一种用于铸件的硅溶胶复合涂料及其制备方法与流程

本发明涉及功能涂料，具体为一种用于铸件的硅溶胶复合涂料及其制备方法。

背景技术：

1、铸钢件采用树脂砂型、水玻璃砂型或其他砂型进行浇注时，由于钢液浇注温度较高，且具有较大的静压力和流动冲刷作用，高温金属液容易通过砂粒之间的间隙、涂层内部的连通孔隙以及涂层干燥过程中形成的细小裂纹向砂型内部渗透。当涂层的耐火度不足、致密性较差、厚度不均匀或局部存在漏涂时，涂层难以对金属液形成连续、稳定的阻隔，金属液便会进入砂粒间隙并包围部分砂粒。待金属液凝固后，被包裹的砂粒会牢固附着在铸件表面，从而形成机械粘砂。对于壁厚较大、浇注温度较高或者金属液与砂型接触时间较长的铸钢件，金属液的渗透深度通常更大，机械粘砂现象也更为明显。

2、与此同时，高温金属液及其氧化产物还可能与型砂或涂层耐火粉料中的二氧化硅、氧化铁、碱金属氧化物及其他低熔点杂质发生界面作用，形成熔点相对较低的硅酸盐类物质或液态烧结相。此类低熔点物质在高温下能够润湿砂粒，并渗入砂粒之间的微小间隙；在铸件冷却后，其会形成连接铸件表面与砂粒的烧结层，从而产生化学粘砂。若耐火粉料纯度偏低、杂质含量较高，或者涂层在高温下发生软化和烧结，均会增加烧结层形成的可能性。机械粘砂和化学粘砂不仅会降低铸件表面质量，还会增加后续清砂、抛丸和打磨的工作量，严重时可能造成铸件局部尺寸超差或表面缺损。

3、除粘砂缺陷外，铸件表面粗糙度还会受到涂料中耐火粉体粒径、颗粒形貌、分散状态及涂层流平性能的影响。当耐火粉体粒度偏大时，较粗颗粒容易在涂层表面形成明显凸起，颗粒之间也容易留下较大的凹陷和孔隙；当粉体呈尖角状、片状或其他不规则形貌时，颗粒在涂层中的排列不够紧密，难以形成连续、平整的工作表面。高温金属液进入型腔后，会复制涂层表面的颗粒轮廓、凹凸结构及局部缺陷，最终使这些微观起伏反映在铸件表面，导致铸件表面粗糙度升高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于铸件的硅溶胶复合涂料及其制备方法，以解决上述背景技术提出的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种用于铸件的硅溶胶复合涂料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将乙酸镁、勃姆石溶胶和水配制成镁铝前驱液，将所述镁铝前驱液包覆于高铝耐火粉体表面，经干燥、煅烧和解聚，制得表面具有镁铝尖晶石富集层的改性高铝粉；

5、（2）将偏高岭土与氧化铝配料，经湿法分散、喷雾造粒和煅烧，制得球形莫来石整平粉；

6、（3）将熔融石英粉和锆英粉在水中预分散，制得双相调节浆料；

7、（4）将所述双相调节浆料、球形莫来石整平粉和改性高铝粉加入硅溶胶中进行分散混合，调节所得混合物的流变性能，制得所述用于铸件的硅溶胶复合涂料。

8、作为优选，步骤（1）中所述高铝耐火粉体为煅烧高铝矾土粉；

9、所述煅烧高铝矾土粉中al2o3的质量含量≥85%，fe2o3的质量含量≤1.5%，中位粒径为12～18μm。

10、作为优选，步骤（1）中所述镁铝前驱液由4.0～4.6质量份四水合乙酸镁、14～18质量份固含量为13%～17%的勃姆石溶胶和10～15质量份水配制而成。

11、作为优选，步骤（1）中，将所述高铝耐火粉体置于60～80℃的流化状态下，将所述镁铝前驱液雾化喷覆于高铝耐火粉体表面；喷覆后的粉体在100～120℃下干燥2～3h，再以2～4℃/min的升温速率升温至1180～1220℃并保温2～3h，冷却后解聚和筛分。

12、作为优选，步骤（2）中所述偏高岭土的中位粒径为1～3μm，所述氧化铝为纯度不低于99%、中位粒径为0.5～1.5μm的煅烧α-al2o3；每100质量份偏高岭土加入90～94质量份所述煅烧α-al2o3。

13、作为优选，步骤（2）包括：

14、将偏高岭土、氧化铝、聚丙烯酸铵和水混合，调节所得浆料的ph值为8.5～9.2，并进行湿法研磨；

15、将湿法研磨后的浆料在进风温度190～210℃、出风温度85～95℃的条件下喷雾造粒；

16、将喷雾造粒所得颗粒以2～3℃/min的升温速率升温至1430～1460℃，保温2～3h，冷却并筛分，得到粒径为5～25μm、中位粒径为8～15μm的球形莫来石整平粉。

17、作为优选，步骤（3）中，所述熔融石英粉的中位粒径为3～5μm、sio2质量含量≥99%，所述锆英粉的中位粒径为8～12μm、zrsio4质量含量≥97%；

18、所述熔融石英粉与锆英粉的质量比为(1.5～2):1。

19、作为优选，步骤（4）包括：

20、将硅溶胶和部分水混合，依次加入所述双相调节浆料、球形莫来石整平粉和改性高铝粉，在≤35℃的条件下分散；

21、加入经水化处理的黄原胶、聚丙烯酸铵和消泡剂，继续搅拌，将所得涂料的ph值调节至8.8～9.5；

22、将所得涂料密闭熟化4～8h后进行筛分。

23、作为优选，所述硅溶胶为碱性硅溶胶，其sio2质量含量为29%～31%，ph值为9.0～9.5，胶体粒径为10～20nm，na2o质量含量≤0.4%。

24、一种用于铸件的硅溶胶复合涂料，由上述的方法制备得到。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、镁铝尖晶石富集表层将高铝矾土粉的主体强度和低成本保留下来，同时隔离了部分容易被金属液润湿或形成低熔点界面相的杂质。高温金属液接触涂层后，不易沿耐火颗粒表面连续铺展，涂层也不易被冲刷破坏，金属液向砂粒间隙渗入的深度随之减小。铸件冷却后，砂粒与金属表面之间难以形成牢固烧结桥，因此机械粘砂和化学粘砂均受到抑制，表现为粘砂缺陷率下降、清砂工作量减少。

27、2、球形莫来石整平粉的作用不在于单纯增加超细粉含量，而在于改变涂层工作面的颗粒接触方式。近球形颗粒在施工剪切作用下容易移动和重新排布，可填平高铝耐火颗粒形成的局部凹坑；其表面缺少破碎粉常见的尖角，干燥后形成的工作面起伏较小。金属液凝固时复制的是较为连续的陶瓷表面，而不是砂粒和不规则骨料的轮廓，因此铸件ra、rz等表面粗糙度参数可以降低。

28、3、将球形莫来石整平粉与表层改性高铝粉复配，球形莫来石整平粉能够填充改性高铝粉之间的空隙，使涂层表面更加平整，但细颗粒的紧密排列也会使涂层内部可供释放热应变的空间减少。当高温金属液与涂层接触时，涂层在短时间内受到快速加热，容易因局部温度梯度和不同耐火相之间的热膨胀差异而产生热应力；当热应力超过涂层的承受能力时，便可能形成热微裂纹。微裂纹一旦相互连通，金属液即可沿裂纹向砂型内部渗透，从而削弱表层改性高铝粉所形成的抗粘砂屏障。为解决此技术问题，在涂料中同时加入熔融石英粉和锆英粉，并将二者作为耐火功能粉体使用。其中，熔融石英粉具有较低的热膨胀特性，能够缓冲涂层快速升温时产生的瞬时热变形，降低热应力的产生程度，但其单独使用时难以为涂层提供足够稳定的高温骨架，对已经萌生裂纹的阻断能力有限；锆英粉具有较好的耐火稳定性，能够在细颗粒基体中形成相对稳定的颗粒骨架，并通过颗粒界面使裂纹发生偏转或终止，但其单独使用不能充分消减涂层快速升温所产生的热应变。由此，熔融石英粉主要从热应力产生端发挥缓冲作用，锆英粉主要从涂层结构及裂纹扩展端发挥限制作用，缺少其中任意一种，均难以同时实现降低热应力和阻止裂纹贯通的效果。二者配合使用后，可在保持涂层表面平整性的同时降低贯通性热微裂纹的形成概率，维持涂层对高温金属液的连续阻隔作用。