硅溶膠粘結(jié)劑與制殼工藝.ppt

1、1-1 硅溶膠粘結(jié)劑及制殼工藝,1-2 硅溶膠（Colloid Silica),硅溶膠是熔模鑄造常用的一種粘結(jié)劑，外觀清淡乳白色或稍帶乳光。它是二氧化硅膠體（溶膠），由無(wú)定形二氧化硅的微小顆粒分散在水中而形成的穩(wěn)定膠體溶液，在電子顯微鏡下可看到膠體顆粒。參看圖（一）,1-3 圖（一） 硅溶膠電子顯微鏡照片,1-4 圖（二） 二氧化硅膠粒表面的擴(kuò)散雙電層及電位,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）,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,1-7 SiO2含量,硅溶膠中膠體含量的多少，即粘結(jié)力的強(qiáng)弱與型殼高溫強(qiáng)度關(guān)系,密度/g/C

2、m3 1.161.31 2540,1.1625 1.2130 1.2735 1.3140,1-8 Na2O含量 PH值,1-9 運(yùn)動(dòng)粘度,1-10 膠體粒子直徑,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(guò)渡層涂料將面層潤(rùn)濕和背層粘結(jié)好 背涂料影響型殼強(qiáng)度和鑄件精度,2-2 硅溶膠涂料組成,面層涂料： 由耐火材料、粘結(jié)劑、潤(rùn)濕劑、 消泡劑等組成。 過(guò)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。,2-3 潤(rùn)濕劑的作用,潤(rùn)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

3、的親水基因。如聚氧乙烯烷基醇醚（J F C） 憎水 親水 圖（七）,2-4 潤(rùn)濕劑作用示意圖,表面活性劑（潤(rùn)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,2-5,國(guó)內(nèi)使用最多的潤(rùn)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(shí)還有潤(rùn)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。,2-6 消泡劑,加入潤(rùn)濕劑后，涂料的表面強(qiáng)力下降了，攪拌過(guò)程中易將空氣卷入形成氣泡，為此，需加入消泡劑來(lái)消泡，消泡劑一般為有機(jī)添加劑，如硅樹(shù)脂、醇類。,2-7,消泡劑作用使氣泡表面膜被拉伸變薄而使氣泡

4、破滅（圖九）,2-8 硅溶膠涂料配方,幾種國(guó)內(nèi)硅溶膠涂料配方,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(qiáng)度高，鑄件精度高。,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(jí)配。,圖（十）,2-11 硅溶膠涂料的配制,加料順序：1）硅溶膠2）潤(rùn)濕劑3）耐火粉料4）消泡劑 攪拌時(shí)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,2-12 涂料配制需長(zhǎng)時(shí)間均勻攪拌，特別新配涂料，嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間，到時(shí)方可測(cè)

5、定涂料流杯度和涂片厚度。,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(guó)內(nèi)外常用的流杯是美國(guó)的Zahn流杯4#（#004）和5#（#005）號(hào)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。,2-14 流杯粘度測(cè)定終點(diǎn)的確定,2-15 涂掛試片的測(cè)試,涂料層厚度可用涂掛試片測(cè)定其重量。涂片重是采用40mm40mm2mm的不銹鋼涂掛試片來(lái)測(cè)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。,2-16 硅溶膠制殼工藝,清洗蠟?zāi)?硅溶膠型殼采用干燥硬化的膠凝法，其過(guò)程如

6、下,上涂料,撒砂,干燥,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(duì)模組輕度刻蝕，以增加涂掛性。現(xiàn)在用環(huán)保型水基清洗劑如ZF-301、YQA01代替有機(jī)清洗劑：三氯乙烷、乙醇、丁酮等。,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(méi)有漏涂或涂料堆積才能獲得內(nèi)表面光潔、堅(jiān)實(shí)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(jī)械手只完成后25層，面層依然由人工控制手工涂掛。,2-19 手工浸涂,面層涂料一般流杯粘度控制在3245s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

7、定吹掉氣泡，涂掛要均勻，必要時(shí)可用壓縮空氣輕輕吹拂，同時(shí)可用筆刷涂料，最好浸涂?jī)纱?，一定采用淋砂機(jī)撒砂，在撒砂時(shí)一定不停的轉(zhuǎn)動(dòng)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。,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1520s。 第二次在流杯粘度在3540s的大粘度桶中再次沾漿后撒砂。,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(dá)到消除氣泡的目的。,2-22 真空沾漿,在真空條件下進(jìn)行涂掛，以達(dá)到消泡的目的。操作比較麻煩，但效果比較好。 總之，面

8、層涂掛是制殼的關(guān)鍵，要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的鑄件，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。,2-23 對(duì)于深孔及盲孔的面層涂掛,1、預(yù)制陶瓷型芯。 2、涂?jī)蓪油苛希ㄈ錾埃┖?，用砂灌滿 后堵孔作假芯。,2-24 過(guò)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(guò)2秒取出，滴凈預(yù)濕劑在約35秒，以30浸入過(guò)渡層涂料桶中進(jìn)行沾漿，也建議采用淋砂機(jī)，過(guò)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。,2-25 背層涂掛,把過(guò)渡層干燥好的模組吹去浮砂，浸入背層漿桶中，浸涂時(shí)間以消泡為限，拿出來(lái)滴去多余涂料，模組表面基本上沒(méi)有氣泡了，說(shuō)明浸漬比較好，可以用壓縮空氣吹去多余涂料，斜

9、放入沸砂桶中，待澆口杯散上砂后可以取出。35層均可重復(fù)涂掛。,2-26 半層涂掛,把干燥好的涂層達(dá)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(qiáng)度，防止掉砂。,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。,2-28 制殼工藝參數(shù),包括：涂料種類、撒砂種類、砂子粒度； 制殼間的溫度、濕度和風(fēng)速； 每層干燥時(shí)間。,2-29,2-30 模組涂掛過(guò)程的質(zhì)量分析,三種涂料的作用：

10、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(guò)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(qiáng)度。 背層涂料制殼是保證型殼的高低溫度強(qiáng)度，保證鑄件不變形和尺寸精度。,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(xì)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(gè)整體。如圖,兩種不同結(jié)構(gòu)的型殼,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 6070 背層濕度 4060,2-33,因面層的主要的矛盾是干得過(guò)快，面層型殼易開(kāi)裂，造成毛刺缺陷，為防止干得過(guò)快，面層濕度要高些，6

11、070%。 背層的主要矛盾是干得過(guò)慢，生產(chǎn)效率低，為提高生產(chǎn)效率，背層濕度要低些，4060%,2-34,a ） b） 風(fēng)速對(duì)型殼干燥和硅溶膠中水的蒸發(fā)影響a ）風(fēng)速對(duì)型殼干燥的影響 b）風(fēng)速對(duì)硅溶膠中水的蒸發(fā)影響,3-35 圖介紹美國(guó)制殼間,2-36 內(nèi)部,2-34 機(jī)械手,2-37 攪拌桶,3-1 快干硅溶膠,為了防止面層干燥時(shí)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(guó)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(guó)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(shí)間，同時(shí)降低了成本，使層間干燥時(shí)

12、間縮短為2h左右。,3-2 快干原理,快干膠中加入高分子有機(jī)物，它本身就是一種強(qiáng)粘結(jié)劑，如乳膠和PVA等高聚物增強(qiáng)材料，高聚物改性硅溶膠會(huì)更早達(dá)到膠凝濃度、早期建立濕強(qiáng)度。,3-3,離子改性硅溶膠是用金屬離子通過(guò)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(huì)發(fā)生水解反應(yīng)生成Al(OH)3膠體,該膠體會(huì)增強(qiáng)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(qiáng)度。,3-4 纖維增強(qiáng)劑,纖維增強(qiáng)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(jī)纖維（尼龍絲）來(lái)增強(qiáng)的，在涂料中加入直徑約20um，長(zhǎng)約1mm的尼龍纖維。

13、,3-5 一種乳膠增強(qiáng)型快干硅溶膠,乳膠增強(qiáng)型快干硅溶膠是新推出的一種快干硅溶膠，常溫強(qiáng)度優(yōu)于FS1，與A相當(dāng)；高溫強(qiáng)度和殘留強(qiáng)度均高于A，但是略低于FS1殘留強(qiáng)度相對(duì)于FS1有一定改善。 乳膠增強(qiáng)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(jìn)而降低了型殼的殘留強(qiáng)度并增加型殼的透氣性。,3-6 硅溶膠對(duì)型殼尺寸的影響,宇達(dá)新型乳膠增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)型硅溶膠成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。,4-1 熔模鑄造件常見(jiàn)缺陷和型殼的關(guān)系,一、氣孔 型殼培燒

14、溫度低，保溫時(shí)間不足，型殼過(guò)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)。,4-2,三、渣氣孔 型殼焙燒不足 四、縮松 型殼溫度過(guò)低，冷卻速度過(guò)快,4-3,五、熱裂 型殼溫度低，冷卻速度過(guò)快，型殼強(qiáng)度過(guò)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?rùn)濕性差，面層砂過(guò)粗。,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)。,4-5,八、表面麻坑 耐火材料中雜質(zhì)含量過(guò)高,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(qiáng)度低，承受不了金屬液沖擊。 型殼脫蠟后放置時(shí)間過(guò)短，水分多升溫過(guò)快，澆

15、口杯掉砂。,4-7,十、型殼膨脹（鑄件變形） 型殼耐火材料雜質(zhì)含量過(guò)高，耐火材料煅燒溫度低，粘結(jié)劑高溫性能差。,4-8,十一、鑄件表面凹陷 型殼分層，型殼面層向內(nèi)膨脹,4-9,十二、鑄瘤 面層涂料中氣泡未被排除，涂掛時(shí)蠟?zāi)９战翘?、溝槽處、鑄字處有氣體夾雜在涂料中。,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(guò)程中面層翹起。面層和背層結(jié)合不牢。,4-11,十四、變形 型殼在高溫澆注時(shí)，高溫強(qiáng)度低而導(dǎo)致鑄件變形。,對(duì)熔模鑄造型殼的性能基本要求,5-1,型殼強(qiáng)度 強(qiáng)度是型殼最主要、最基本的要求 1）常溫強(qiáng)度；2）高溫強(qiáng)度；3）殘留強(qiáng)度 性能良好的優(yōu)質(zhì)型殼應(yīng)具有較高的常溫強(qiáng)

16、度，適當(dāng)?shù)母邷貜?qiáng)度和較低的殘留強(qiáng)度。,5-2,型殼的高溫透氣性 型殼的熱膨脹性，是型殼的重要指標(biāo)，熱膨脹要小。,5-3,導(dǎo)熱性 型殼的導(dǎo)熱性要好，有利補(bǔ)縮、晶粒細(xì)化。 熱振穩(wěn)定性好、抗高溫鋼水沖擊。,5-4,熱化學(xué)穩(wěn)定性好 脫殼性好,6-1 硅溶膠型殼小結(jié),硅溶膠是一種典型的硅溶膠體溶液； 硅溶膠的性能指標(biāo)：SiO2%、Na2O%、PH、密度、運(yùn)動(dòng)粘度、膠體粒徑； 硅溶膠涂料分三種：面層、過(guò)渡層、背層； 面層涂料中必須加潤(rùn)濕劑、消泡劑。,6-2 硅溶膠型殼小結(jié),硅溶膠制殼工藝簡(jiǎn)單，每層為：上涂料、撒砂、干燥； 硅溶膠型殼通過(guò)水分蒸發(fā)， SiO2溶膠濃度增加、而膠凝。因此，干燥是影響型殼質(zhì)量的重

17、要環(huán)節(jié)； 影響硅溶膠型殼干燥的因素有：溫度、濕度、風(fēng)力，需嚴(yán)格控制。,6-3 硅溶膠型殼小結(jié),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)溫度控制嚴(yán)格，對(duì)風(fēng)力影響尚重視不夠。 快干硅溶膠可以防止面層型殼開(kāi)裂，避免鑄件產(chǎn)生毛刺：可加快制殼速度。 硅溶膠型殼制殼工藝為綠色型殼制殼工藝應(yīng)加以推廣。,7-1 歷屆精密鑄造年會(huì)關(guān)于硅溶膠工藝方面的文章,7-2 第七屆年會(huì),1)硅溶膠粘度性能初探 上虞市宇達(dá)化工有限公司 章浩龍等 2)硅溶膠在熔模鑄造中的應(yīng)用 北京航空材料研究院 肖 先 3)熔模鑄造硅溶膠特性及制殼品質(zhì)控制 4)淺談硅溶膠在精密鑄造中的應(yīng)用 北京航空材料研究院 宋曉輝,7-3 第八屆年會(huì),5)對(duì)硅溶膠型殼的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)如何制作優(yōu)質(zhì)硅溶膠型殼 許云祥 魯