硅溶胶粘结剂与制壳工艺.

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1、1-1 硅溶胶粘结剂及制壳工艺 中国铸造协会精密铸造分会 1-2 硅溶胶（Colloid Silica) 硅溶胶是熔模铸造常用的一种粘结剂 ，外观清淡乳白色或稍带乳光。它是二氧化硅 胶体（溶胶），由无定形二氧化硅的微小颗粒 分散在水中而形成的稳定胶体溶液，在电子显 微镜下可看到胶体颗粒。参看图（一） 1-3 图（一） 硅溶胶电子显微镜照片 1-4 图（二） 二氧化硅胶粒表面的扩散双电层及电位 1-5 熔模铸造制壳用硅溶胶技术指标 熔模铸造用硅溶胶技术要求（HB5346- 1986） SiO2%Na2O%密度g/cm3PH运动动粘度mm2/S GRJ-26 24-280.31.151.1999.

2、56 GRJ-30 29-310.51.201.229108 SiO2胶粒直径nm外 观观保存期 715乳白色或淡青色一年 920无外来杂杂物一年 1-6 硅溶胶物化参数与其性能 及涂料、型壳性能的关系 1-7 SiO2含量 硅溶 胶中胶体含量 的多少，即粘 结力的强弱与 型壳高温强度 关系 密度/g/Cm3 1.161.31 2540 1.1625 1.2130 1.2735 1.3140 1-8 Na2O含量 PH值 1-9 运动粘度 1-10 胶体粒子直径 2-1 硅溶胶涂料 硅溶胶涂料种类： n面层涂料影响铸件表面质量 n过渡层涂料将面层润湿和背层粘结 好 n背涂料影响型壳强度和铸件精

3、度 2-2 硅溶胶涂料组成 n面层涂料： 由耐火材料、粘结剂、润湿剂 、 消泡剂等组成。 n过渡层涂料：由耐火材料、粘结剂组成。 n背层 涂料：由耐火材料、粘结剂、选择 性 改性材料（石墨粉等）组 成。 2-3 润湿剂的作用 润湿剂是一种表面活性剂，其分子 一般由两种性质不同的原子基因组成：一种 是非极性的亲油基因，另一种是极性的亲水 基因。如聚氧乙烯烷基醇醚（J F C） 憎水 亲水 图（七） 2-4 润湿剂作用示意图 表面活性剂（润湿剂）有一薄层即可 ，用量为硅溶胶的千分之一左右。参看图（八 ） 表面活性剂亲油基因在熔模表面的定 向排列 2-5 国内使用最多的润湿剂（表面活性 剂）为JFC

4、，又称渗透EA，全名聚氧乙稀烷基 醇醚。同时还有润湿剂TX-10（OP-10）、农 乳130、农乳100、还有烷基磺酸钠、十二烷 基苯磺酸钠等。 2-6 消泡剂 加入润湿剂后，涂料的表面强 力下降了，搅拌过程中易将空气卷入形 成气泡，为此，需加入消泡剂来消泡， 消泡剂一般为有机添加剂，如硅树脂、 醇类。 2-7 消泡剂作用使气泡表面膜被拉伸变薄而 使气泡破灭（图九） 2-8 硅溶胶涂料配方 几种国内硅溶胶涂料配方 序 加 入 号 量 名 称 12345 涂 料 组 成 硅溶胶(SiO2)=30%/kg12.112.1101010 电熔刚玉/kg3236 熔融石英/kg1718 锆英粉/kg36

5、40 高岭石类熟料/kg16171415 润湿剂/mL242416 消泡剂/mL161612 涂料密度/(g/cm3)2.32.51.71.82.72.81.821.851.811.83 涂料粘度/s33372226321191131 用 途表面层表面层表面层过渡层背层 2-9 粉液比 配方中耐火材料和粘结剂（硅溶胶 ）的重量比称之为粉液比。它直接影响涂料 及型壳的性能。应加以严格控制。 涂料粉液比高，所制型壳内表面致 密，铸件表面质量好。 涂料粉液比高，所制型壳强度高， 铸件精度高。 2-10 粉液比高低，取决于硅溶胶的 粘度和耐火粉料的粒度及粒度级配。 图（十） 2-11 硅溶胶涂料的配制

6、 加料顺序：1）硅溶胶2）润湿剂3）耐火 粉料4）消泡剂 搅拌时间： 面层 全部新料24h 部分新料12h 背层 全部新料10h 部分新料5h 2-12 涂料配制需长时间均匀搅 拌，特别新配涂料，严格控制 搅拌时间，到时方可测定涂料 流杯度和涂片厚度。 2-13 涂料的质量控制 流杯粘度：一定容积的涂料流尽的秒数。 国内外常用的流杯是美国的Zahn流杯4#（ #004）和5#（#005）号杯。容积为44ml，出口孔 径分别为： 4#（#004）4.27、 5#（#005）5.28， 大部分采用4#（#004）居多。 2-14 流杯粘度测定终点的确定 2-15 涂挂试片的测试 涂料层厚度可用涂挂

7、试片测定其重量 。涂片重是采用40mm40mm2mm的不锈钢涂 挂试片来测试，涂片重越大，表明涂层越厚 。流杯粘度与涂片重配合使用，可以更好的 反映硅溶胶涂料性能。 2-16 硅溶胶制壳工艺 清洗 蜡模 硅溶胶型壳采用干燥硬化的胶凝 法，其过程如下 上 涂料 撒 砂 干 燥 2-17 模组清洗 模组清洗的目的：去除熔模上 的油污、灰尘、蜡屑。对模组轻度刻蚀 ，以增加涂挂性。现在用环保型水基清 洗剂如ZF-301、YQA01代替有机清洗剂： 三氯乙烷、乙醇、丁酮等。 2-18 面层涂挂 面层涂挂是制壳工艺中的关键， 只有面层涂挂均匀、完整、没有漏涂或涂料 堆积才能获得内表面光洁、坚实的型壳内表

8、面，并撒砂一定均匀，即使在全自制壳流水 线中机械手只完成后25层，面层依然由人 工控制手工涂挂。 2-19 手工浸涂 面层涂料一般流杯粘度控制在32 45s之间，将清洗好的模组吹干后以30左右 角度缓慢地浸入面层涂料浆中稍作旋转，注意 蜡模上的文字、凹槽、转角、小孔和盲孔，一 定吹掉气泡，涂挂要均匀，必要时可用压缩空 气轻轻吹拂，同时可用笔刷涂料，最好浸涂两 次，一定采用淋砂机撒砂，在撒砂时一定不停 的转动在模组上形成完整均匀的面层。若不能 获得均匀完整的涂层要重新沾浆涂挂。 2-20 两次沾浆 两次沾浆是指模组分两次分别在不 同流杯粘度的面层浆桶中沾浆。 n第一次是在流杯粘度小的浆桶中沾浆，

9、 大约流杯粘度在1520s。 n第二次在流杯粘度在3540s的大粘度桶 中再次沾浆后撒砂。 2-21 喷涂加浸涂 先用喷枪把稀涂料喷在模组上 ，不撒砂，然后马上浸涂在正常涂料中 ，达到消除气泡的目的。 2-22 真空沾浆 在真空条件下进行涂挂，以 达到消泡的目的。操作比较麻烦，但 效果比较好。 总之，面层涂挂是制壳的关 键，要根据不同结构的铸件，进行适 当的调整。 2-23 对于深孔及盲孔的面层涂挂 1、预制陶瓷型芯。 2、涂两层涂料（撒砂）后，用砂 灌满 后堵孔作假芯。 2-24 过渡层涂挂 把面层干燥好的模组吹去浮砂， 浸入预湿剂中，停留不超过2秒取出，滴净预 湿剂在约35秒，以30浸入过

10、渡层涂料桶 中进行沾浆，也建议采用淋砂机，过渡层也 一定均匀，特别是槽、孔、凹字和转角涂料 易堆积部分，一定吹均匀，滴净多余涂料后 迅速淋砂。 2-25 背层涂挂 把过渡层干燥好的模组吹去浮砂， 浸入背层浆桶中，浸涂时间以消泡为限，拿 出来滴去多余涂料，模组表面基本上没有气 泡了，说明浸渍比较好，可以用压缩空气吹 去多余涂料，斜放入沸砂桶中，待浇口杯散 上砂后可以取出。35层均可重复涂挂。 2-26 半层涂挂 把干燥好的涂层达到工艺要 求的模组，浸入半层浆桶中5秒钟，然 后挂在涂料桶上方，滴尽多余涂料不 撒砂叫半层涂挂，主要提高型强度， 防止掉砂。 2-27 型壳涂挂后干燥 硅溶胶型壳是利用水

11、分蒸发，使 SiO2胶体胶凝，随着水分蒸发SiO2浓度增加， 最终形成陈化凝胶，这是利用电介质、PH、 SiO2胶体浓度、温度、蒸发速度等因素使SiO2 胶体胶凝完成制壳工序。 2-28 制壳工艺参数 包括：涂料种类、撒砂种类、砂子粒 度； 制壳间的温度、湿度和风速； 每层干燥时间。 2-29 层层数 参数 面层层二层层背层层封浆浆 涂料种类类面层层 涂料 过过渡层层 涂料 背层层 涂料 背层层 涂料 撒砂（目）100/120 锆锆砂 30/60 高岭土砂 16/30高 岭土砂 温度()2226 湿度(%)60704060 风风速(m/s)-68 干燥时间时间 (h)46 8 12 预预湿剂剂

12、浸预预湿剂剂- 2-30 模组涂挂过程的质量分析 三种涂料的作用： n面层涂料及撒砂保证型壳内表面质量直 接影响铸件表面质量。 n过渡层涂料是将面层和背层牢固的粘结 好避免分层，提高型壳强度。 n背层涂料制壳是保证型壳的高低温度强 度，保证铸件不变形和尺寸精度。 2-31 型壳的结构 n涂料的流杯粘度是由高 到低 n撒砂是由细到粗，是逐 层渐粗 n一般用三种砂100/120、 30/60、16/30 n要求型壳是嵌锒结构， 使型壳成为一个整体。如图 两种不同结构的型壳 2-32 影响干燥的因素：T、湿度和风 力 T不变以保证铸件 精度 湿度很重要 面层湿度 6070 背层湿度 4060 2-3

13、3 n因面层的主要的矛盾是干得过快，面层 型壳易开裂，造成毛刺缺陷，为防止干得过 快，面层湿度要高些，6070%。 n背层的主要矛盾是干得过慢，生产效率 低，为提高生产效率，背层湿度要低些，40 60% 2-34 a ） b） 风速对型壳干燥和硅溶胶中水的蒸发影响 a ）风速对型壳干燥的影响 b）风速对硅溶胶中水的蒸发影响 3-35 图介绍美国制壳间 2-36 内部 2-34 机械手 2-37 搅拌桶 3-1 快干硅溶胶 为了防止面层干燥时产生的裂纹和 提高型壳整体干燥速度。研制一类新型快干 硅溶胶。如国产的FS-1、FS-111、ZF-801、 SKP-27等，快干胶已成功的用在硅溶制壳工

14、艺中，取得良好效果。福斯科中国公司研制 出快干剂，加入在普通硅溶胶中，大大缩短 了制壳干燥时间，同时降低了成本，使层间 干燥时间缩短为2h左右。 3-2 快干原理 快干胶中加入高分子有机物， 它本身就是一种强粘结剂，如乳胶和PVA等高 聚物增强材料，高聚物改性硅溶胶会更早达 到胶凝浓度、早期建立湿强度。 3-3 离子改性硅溶胶是用金属离 子通过以碱性金属化物的形式加入碱性 硅溶胶溶液中，通常用铝、锡、铅，但 是多数用铝，铝Al3+离子加入会发生水 解反应生成Al(OH)3胶体,该胶体会增强 硅溶胶的粘结力，有利于使型壳在下一 层挂浆前建立足够的强度。 3-4 纤维增强剂 纤维增强快干硅溶胶与一

15、般 的高聚物改性硅溶胶不同，它不是靠加 入聚合物，而是靠中加入不溶于的有机 纤维（尼龙丝）来增强的，在涂料中加 入直径约20um，长约1mm的尼龙纤维。 3-5 一种乳胶增强型快干硅溶胶 乳胶增强型快干硅溶胶是新推出 的一种快干硅溶胶，常温强度优于FS1，与 A相当；高温强度和残留强度均高于A，但 是略低于FS1残留强度相对于FS1有一定改 善。 乳胶增强型快干硅溶胶在高温下 的烧失，被烧失的乳胶成分在型壳中留下 微观孔隙，进而降低了型壳的残留强度并 增加型壳的透气性。 3-6 硅溶胶对型壳尺寸的影响 宇达新型乳胶增强硅溶胶与目前得 到批量使用的FS1型硅溶胶工艺参数相同的条 件下，高温性能相

16、当，常温强度得到提高， 有利于获得优质型壳。 为满足熔模铸造的发展要求，采 用快干增强型硅溶胶成为发展的必然趋势。 4-1 熔模铸造件常见缺陷和型壳的关系 一、气孔 型壳培烧温度低，保温时间不足，型 壳过厚透气性不好。 二、皮下气孔 型壳内表面与金属液发生反应。 4-2 三、渣气孔 型壳焙烧不足 四、缩松 型壳温度过低，冷却速度过 快 4-3 五、热裂 型壳温度低，冷却速度过快，型 壳强度过高，退让性差，阻碍收缩。 六、金属刺 面层涂料粉液比低，流杯粘度低 ，涂料与蜡模表面润湿性差，面层砂过 粗。 4-4 七、粘砂 面层涂料用耐火材料和撒砂 材料杂质含量高，耐火材料及耐结剂 选用不当。 4-5 八、表面麻坑 耐火材料中杂质含量过 高 4-6 九、夹杂物 型壳面层干燥硬化不良，型壳涂层结 合不良、面层剥落。 型壳强度低，承受不了金属液冲击。 型壳