硅溶膠粘結(jié)劑與制殼工藝2

硅溶膠粘結(jié)劑與制殼工藝演示文稿當(dāng)前1頁，總共81頁。硅溶膠粘結(jié)劑與制殼工藝當(dāng)前2頁，總共81頁。1-3圖（一）

硅溶膠電子顯微鏡照片當(dāng)前3頁，總共81頁。1-4圖（二）

二氧化硅膠粒表面的擴散雙電層及電位當(dāng)前4頁，總共81頁。1-5熔模鑄造制殼用硅溶膠技術(shù)指標(biāo)熔模鑄造用硅溶膠技術(shù)要求（HB5346-1986）SiO2%Na2O%密度g/cm3PH運動粘度mm2/SGRJ-2624-28≤0.31.15～1.199～9.5≤6GRJ-3029-31≤0.51.20～1.229～10≤8SiO2膠粒直徑nm外觀保存期7～15乳白色或淡青色≥一年9～20無外來雜物≥一年當(dāng)前5頁，總共81頁。1-6

硅溶膠物化參數(shù)與其性能

及涂料、型殼性能的關(guān)系當(dāng)前6頁，總共81頁。1-7SiO2含量

硅溶膠中膠體含量的多少，即粘結(jié)力的強弱與型殼高溫強度關(guān)系密度/g/Cm31.16～1.3125～401.16～251.21～301.27～351.31～40當(dāng)前7頁，總共81頁。1-8Na2O含量

PH值當(dāng)前8頁，總共81頁。1-9

運動粘度當(dāng)前9頁，總共81頁。1-10膠體粒子直徑當(dāng)前10頁，總共81頁。2-1硅溶膠涂料硅溶膠涂料種類：面層涂料——影響鑄件表面質(zhì)量過渡層涂料——將面層潤濕和背層粘結(jié)好背涂料——影響型殼強度和鑄件精度當(dāng)前11頁，總共81頁。2-2

硅溶膠涂料組成面層涂料：由耐火材料、粘結(jié)劑、潤濕劑、消泡劑等組成。過渡層涂料：由耐火材料、粘結(jié)劑組成。背層涂料：由耐火材料、粘結(jié)劑、選擇性改性材料（石墨粉等）組成。當(dāng)前12頁，總共81頁。2-3

潤濕劑的作用

潤濕劑是一種表面活性劑，其分子一般由兩種性質(zhì)不同的原子基因組成：一種是非極性的親油基因，另一種是極性的親水基因。如聚氧乙烯烷基醇醚（JFC）憎水親水圖（七）當(dāng)前13頁，總共81頁。2-4

潤濕劑作用示意圖

表面活性劑（潤濕劑）有一薄層即可，用量為硅溶膠的千分之一左右。參看圖（八）表面活性劑親油基因在熔模表面的定向排列當(dāng)前14頁，總共81頁。2-5

國內(nèi)使用最多的潤濕劑（表面活性劑）為JFC，又稱滲透EA，全名聚氧乙稀烷基醇醚。同時還有潤濕劑TX-10（OP-10）、農(nóng)乳130、農(nóng)乳100、還有烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等。當(dāng)前15頁，總共81頁。2-6消泡劑

加入潤濕劑后，涂料的表面強力下降了，攪拌過程中易將空氣卷入形成氣泡，為此，需加入消泡劑來消泡，消泡劑一般為有機添加劑，如硅樹脂、醇類。當(dāng)前16頁，總共81頁。2-7

消泡劑作用使氣泡表面膜被拉伸變薄而使氣泡破滅（圖九）當(dāng)前17頁，總共81頁。2-8

硅溶膠涂料配方幾種國內(nèi)硅溶膠涂料配方

序加入號量名稱12345涂料組成硅溶膠[ω(SiO2)=30%]/kg12.112.1101010電熔剛玉/kg32～36熔融石英/kg17～18鋯英粉/kg36～40高嶺石類熟料/kg16～1714～15潤濕劑/mL242416消泡劑/mL161612

涂料密度/(g/cm3)2.3～2.51.7～1.82.7～2.81.82～1.851.81～1.83

涂料粘度/s33～3722～2632±119±113±1

用途表面層表面層表面層過渡層背層當(dāng)前18頁，總共81頁。2-9

粉液比

配方中耐火材料和粘結(jié)劑（硅溶膠）的重量比稱之為粉液比。它直接影響涂料及型殼的性能。應(yīng)加以嚴(yán)格控制。涂料粉液比高，所制型殼內(nèi)表面致密，鑄件表面質(zhì)量好。涂料粉液比高，所制型殼強度高，鑄件精度高。當(dāng)前19頁，總共81頁。2-10

粉液比高低，取決于硅溶膠的粘度和耐火粉料的粒度及粒度級配。圖（十）當(dāng)前20頁，總共81頁。2-11

硅溶膠涂料的配制加料順序：1）硅溶膠2）潤濕劑3）耐火粉料4）消泡劑攪拌時間：面層全部新料24h

部分新料12h背層全部新料10h

部分新料5h當(dāng)前21頁，總共81頁。2-12

涂料配制需長時間均勻攪拌，特別新配涂料，嚴(yán)格控制攪拌時間，到時方可測定涂料流杯度和涂片厚度。當(dāng)前22頁，總共81頁。2-13涂料的質(zhì)量控制流杯粘度：一定容積的涂料流盡的秒數(shù)。國內(nèi)外常用的流杯是美國的Zahn流杯4#（#004）和5#（#005）號杯。容積為44ml，出口孔徑分別為：4#（#004）?4.27、5#（#005）?5.28，大部分采用4#（#004）居多。當(dāng)前23頁，總共81頁。2-14流杯粘度測定終點的確定當(dāng)前24頁，總共81頁。2-15

涂掛試片的測試

涂料層厚度可用涂掛試片測定其重量。涂片重是采用40mm×40mm×2mm的不銹鋼涂掛試片來測試，涂片重越大，表明涂層越厚。流杯粘度與涂片重配合使用，可以更好的反映硅溶膠涂料性能。當(dāng)前25頁，總共81頁。2-16

硅溶膠制殼工藝清洗蠟?zāi)?/p>

硅溶膠型殼采用干燥硬化的膠凝法，其過程如下

上涂料

撒砂

干燥當(dāng)前26頁，總共81頁。2-17模組清洗

模組清洗的目的：去除熔模上的油污、灰塵、蠟屑。對模組輕度刻蝕，以增加涂掛性?，F(xiàn)在用環(huán)保型水基清洗劑如ZF-301、YQA01代替有機清洗劑：三氯乙烷、乙醇、丁酮等。當(dāng)前27頁，總共81頁。2-18

面層涂掛

面層涂掛是制殼工藝中的關(guān)鍵，只有面層涂掛均勻、完整、沒有漏涂或涂料堆積才能獲得內(nèi)表面光潔、堅實的型殼內(nèi)表面，并撒砂一定均勻，即使在全自制殼流水線中機械手只完成后2～5層，面層依然由人工控制手工涂掛。當(dāng)前28頁，總共81頁。2-19

手工浸涂

面層涂料一般流杯粘度控制在32～45s之間，將清洗好的模組吹干后以30°左右角度緩慢地浸入面層涂料漿中稍作旋轉(zhuǎn)，注意蠟?zāi)Ｉ系奈淖?、凹槽、轉(zhuǎn)角、小孔和盲孔，一定吹掉氣泡，涂掛要均勻，必要時可用壓縮空氣輕輕吹拂，同時可用筆刷涂料，最好浸涂兩次，一定采用淋砂機撒砂，在撒砂時一定不停的轉(zhuǎn)動在模組上形成完整均勻的面層。若不能獲得均勻完整的涂層要重新沾漿涂掛。當(dāng)前29頁，總共81頁。2-20兩次沾漿

兩次沾漿是指模組分兩次分別在不同流杯粘度的面層漿桶中沾漿。第一次是在流杯粘度小的漿桶中沾漿，大約流杯粘度在15～20s。第二次在流杯粘度在35～40s的大粘度桶中再次沾漿后撒砂。當(dāng)前30頁，總共81頁。2-21噴涂加浸涂

先用噴槍把稀涂料噴在模組上，不撒砂，然后馬上浸涂在正常涂料中，達到消除氣泡的目的。當(dāng)前31頁，總共81頁。2-22

真空沾漿

在真空條件下進行涂掛，以達到消泡的目的。操作比較麻煩，但效果比較好?？傊鎸油繏焓侵茪さ年P(guān)鍵，要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的鑄件，進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。當(dāng)前32頁，總共81頁。2-23

對于深孔及盲孔的面層涂掛1、預(yù)制陶瓷型芯。2、涂兩層涂料（撒砂）后，用砂灌滿后堵孔作假芯。當(dāng)前33頁，總共81頁。2-24

過渡層涂掛

把面層干燥好的模組吹去浮砂，浸入預(yù)濕劑中，停留不超過2秒取出，滴凈預(yù)濕劑在約3～5秒，以30°浸入過渡層涂料桶中進行沾漿，也建議采用淋砂機，過渡層也一定均勻，特別是槽、孔、凹字和轉(zhuǎn)角涂料易堆積部分，一定吹均勻，滴凈多余涂料后迅速淋砂。當(dāng)前34頁，總共81頁。2-25

背層涂掛

把過渡層干燥好的模組吹去浮砂，浸入背層漿桶中，浸涂時間以消泡為限，拿出來滴去多余涂料，模組表面基本上沒有氣泡了，說明浸漬比較好，可以用壓縮空氣吹去多余涂料，斜放入沸砂桶中，待澆口杯散上砂后可以取出。3～5層均可重復(fù)涂掛。當(dāng)前35頁，總共81頁。2-26

半層涂掛

把干燥好的涂層達到工藝要求的模組，浸入半層漿桶中5秒鐘，然后掛在涂料桶上方，滴盡多余涂料不撒砂叫半層涂掛，主要提高型強度，防止掉砂。當(dāng)前36頁，總共81頁。2-27

型殼涂掛后干燥

硅溶膠型殼是利用水分蒸發(fā)，使SiO2膠體膠凝，隨著水分蒸發(fā)SiO2濃度增加，最終形成陳化凝膠，這是利用電介質(zhì)、PH、SiO2膠體濃度、溫度、蒸發(fā)速度等因素使SiO2膠體膠凝完成制殼工序。當(dāng)前37頁，總共81頁。2-28

制殼工藝參數(shù)包括：①涂料種類、撒砂種類、砂子粒度；②制殼間的溫度、濕度和風(fēng)速；③每層干燥時間。當(dāng)前38頁，總共81頁。2-29

層數(shù)參數(shù)面層二層背層封漿涂料種類面層涂料過渡層涂料背層涂料背層涂料撒砂（目）100/120鋯砂30/60高嶺土砂16/30高嶺土砂溫度(℃)22～26濕度(%)60～7040～60風(fēng)速(m/s)--6～8干燥時間(h)4～6＞8＞12預(yù)濕劑浸預(yù)濕劑--當(dāng)前39頁，總共81頁。2-30

模組涂掛過程的質(zhì)量分析三種涂料的作用：面層涂料及撒砂保證型殼內(nèi)表面質(zhì)量直接影響鑄件表面質(zhì)量。過渡層涂料是將面層和背層牢固的粘結(jié)好避免分層，提高型殼強度。背層涂料制殼是保證型殼的高低溫度強度，保證鑄件不變形和尺寸精度。當(dāng)前40頁，總共81頁。2-31

型殼的結(jié)構(gòu)涂料的流杯粘度是由高到低撒砂是由細到粗，是逐層漸粗一般用三種砂100/120、30/60、16/30要求型殼是嵌鋃結(jié)構(gòu)，使型殼成為一個整體。如圖兩種不同結(jié)構(gòu)的型殼當(dāng)前41頁，總共81頁。2-32●影響干燥的因素：T℃、濕度和風(fēng)力—T℃不變以保證鑄件精度—濕度很重要面層濕度60～70％背層濕度40～60％當(dāng)前42頁，總共81頁。2-33

因面層的主要的矛盾是干得過快，面層型殼易開裂，造成毛刺缺陷，為防止干得過快，面層濕度要高些，60～70%。背層的主要矛盾是干得過慢，生產(chǎn)效率低，為提高生產(chǎn)效率，背層濕度要低些，40～60%當(dāng)前43頁，總共81頁。2-34a）b）

風(fēng)速對型殼干燥和硅溶膠中水的蒸發(fā)影響

a）風(fēng)速對型殼干燥的影響b）風(fēng)速對硅溶膠中水的蒸發(fā)影響當(dāng)前44頁，總共81頁。3-35

圖介紹美國制殼間當(dāng)前45頁，總共81頁。當(dāng)前46頁，總共81頁。當(dāng)前47頁，總共81頁。2-36

內(nèi)部當(dāng)前48頁，總共81頁。當(dāng)前49頁，總共81頁。當(dāng)前50頁，總共81頁。當(dāng)前51頁，總共81頁。2-34

機械手當(dāng)前52頁，總共81頁。2-37

攪拌桶當(dāng)前53頁，總共81頁。3-1

快干硅溶膠

為了防止面層干燥時產(chǎn)生的裂紋和提高型殼整體干燥速度。研制一類新型快干硅溶膠。如國產(chǎn)的FS-1、FS-111、ZF-801、SKP-27等，快干膠已成功的用在硅溶制殼工藝中，取得良好效果。福斯科中國公司研制出快干劑，加入在普通硅溶膠中，大大縮短了制殼干燥時間，同時降低了成本，使層間干燥時間縮短為2h左右。當(dāng)前54頁，總共81頁。3-2快干原理①快干膠中加入高分子有機物，它本身就是一種強粘結(jié)劑，如乳膠和PVA等高聚物增強材料，高聚物改性硅溶膠會更早達到膠凝濃度、早期建立濕強度。當(dāng)前55頁，總共81頁。3-3②離子改性硅溶膠是用金屬離子通過以堿性金屬化物的形式加入堿性硅溶膠溶液中，通常用鋁、錫、鉛，但是多數(shù)用鋁，鋁Al3+離子加入會發(fā)生水解反應(yīng)生成Al(OH)3膠體,該膠體會增強硅溶膠的粘結(jié)力，有利于使型殼在下一層掛漿前建立足夠的強度。當(dāng)前56頁，總共81頁。3-4纖維增強劑

纖維增強快干硅溶膠與一般的高聚物改性硅溶膠不同，它不是靠加入聚合物，而是靠中加入不溶于的有機纖維（尼龍絲）來增強的，在涂料中加入直徑約20um，長約1mm的尼龍纖維。當(dāng)前57頁，總共81頁。3-5一種乳膠增強型快干硅溶膠

乳膠增強型快干硅溶膠是新推出的一種快干硅溶膠，常溫強度優(yōu)于FS1，與A相當(dāng)；高溫強度和殘留強度均高于A，但是略低于FS1殘留強度相對于FS1有一定改善。乳膠增強型快干硅溶膠在高溫下的燒失，被燒失的乳膠成分在型殼中留下微觀孔隙，進而降低了型殼的殘留強度并增加型殼的透氣性。當(dāng)前58頁，總共81頁。3-6硅溶膠對型殼尺寸的影響

宇達新型乳膠增強硅溶膠與目前得到批量使用的FS1型硅溶膠工藝參數(shù)相同的條件下，高溫性能相當(dāng)，常溫強度得到提高，有利于獲得優(yōu)質(zhì)型殼。為滿足熔模鑄造的發(fā)展要求，采用快干增強型硅溶膠成為發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前59頁，總共81頁。4-1熔模鑄造件常見缺陷和型殼的關(guān)系一、氣孔型殼培燒溫度低，保溫時間不足，型殼過厚透氣性不好。二、皮下氣孔型殼內(nèi)表面與金屬液發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)前60頁，總共81頁。4-2三、渣氣孔型殼焙燒不足四、縮松型殼溫度過低，冷卻速度過快當(dāng)前61頁，總共81頁。4-3五、熱裂型殼溫度低，冷卻速度過快，型殼強度過高，退讓性差，阻礙收縮。六、金屬刺面層涂料粉液比低，流杯粘度低，涂料與蠟?zāi)１砻鏉櫇裥圆?，面層砂過粗。當(dāng)前62頁，總共81頁。4-4七、粘砂面層涂料用耐火材料和撒砂材料雜質(zhì)含量高，耐火材料及耐結(jié)劑選用不當(dāng)。當(dāng)前63頁，總共81頁。4-5八、表面麻坑耐火材料中雜質(zhì)含量過高當(dāng)前64頁，總共81頁。4-6九、夾雜物型殼面層干燥硬化不良，型殼涂層結(jié)合不良、面層剝落。型殼強度低，承受不了金屬液沖擊。型殼脫蠟后放置時間過短，水分多升溫過快，澆口杯掉砂。當(dāng)前65頁，總共81頁。4-7十、型殼膨脹（鑄件變形）型殼耐火材料雜質(zhì)含量過高，耐火材料煅燒溫度低，粘結(jié)劑高溫性能差。當(dāng)前66頁，總共81頁。4-8十一、鑄件表面凹陷型殼分層，型殼面層向內(nèi)膨脹當(dāng)前67頁，總共81頁。4-9十二、鑄瘤面層涂料中氣泡未被排除，涂掛時蠟?zāi)９战翘?、溝槽處、鑄字處有氣體夾雜在涂料中。當(dāng)前68頁，總共81頁。4-10十三、鼠尾面層熱膨脹系數(shù)大，而背層熱膨脹系數(shù)小，在焙燒加熱過程中面層翹起。面層和背層結(jié)合不牢。當(dāng)前69頁，總共81頁。4-11十四、變形型殼在高溫澆注時，高溫強度低而導(dǎo)致鑄件變形。當(dāng)前70頁，總共81頁。對熔模鑄造型殼的性能基本要求當(dāng)前71頁，總共81頁。5-1①型殼強度強度是型殼最主要、最基本的要求1）常溫強度；2）高溫強度；3）殘留強度性能良好的優(yōu)質(zhì)型殼應(yīng)具有較高的常溫強度，適當(dāng)?shù)母邷貜姸群洼^低的殘留強度。當(dāng)前72頁，總共81頁。5-2②型殼的高溫透氣性③型殼的熱膨脹性，是型殼的重要指標(biāo)，熱膨脹要小。當(dāng)前73頁，總共81頁。5-3

④導(dǎo)熱性型殼的導(dǎo)熱性要好，有利補縮、晶粒細化。⑤熱振穩(wěn)定性好、抗高溫鋼水沖擊。當(dāng)前74頁，總共81頁。5-