CN110090917B - 一种铸渗涂料的制备方法及铸渗涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸渗涂料的制备方法及铸渗涂层的制备方法，所述铸渗涂料包括如下组分：松香树脂1.8‑2.2％，酚醛树脂0.9‑1.1％，聚乙烯醇缩丁醛0.4‑0.6％，有机膨润土1.0‑1.5％，溶剂油4.0‑6.0％，碳化硅11‑13％，铬铁粉8‑12％，余量为无水乙醇。本发明制备的铸渗涂料，具有悬浮性好，强度高，透气性好，流平性好的优点，同时涂料的黏度适中，具有良好的涂刷性。经检测，黏度随转速的变化率为0.057以上，2h悬浮性为99.9％以上，24h悬浮性达87.6％以上，落砂冲下量达0.14以上，透气性可达2.0以上，流平性达510mm以上。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种铸渗涂料的制备方法及铸渗涂层的制备方法。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上材料组成，通常两者性质截然不同，形成性能互补的状态，最终加以优化组合构成的一种材料。按照基体材料的不同，通常将复合材料分为三类，分别为树脂基复合材料(PMC)、金属基复合材料(MMCs)、陶瓷基复合材料(CMC)。与其他复合材料相比，金属基复合材料凭借其高强度、高弹性模量、良好的高温性能和抗疲劳性能、良好的耐磨性和尺寸稳定性等优点，成为近年来人们研究的热点。
铸渗法是制备复合材料的重要方法，铸渗法是将合金粉末或者陶瓷颗粒等预先固定在铸型表面上，通过浇注使高温金属液渗入涂层微孔，使其溶解从而在铸件表面形成具有特殊组织和性能的铸渗层的一种表面处理和成型相结合的工艺。铸渗法得到的铸渗层一般都具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等特殊性能。铸渗层的好坏直接影响着复合材料的性能，又因为铸渗层的涂料的好坏是影响其性能的重要因素，因此，铸渗层的涂料是其核心。但是，一般的铸渗涂料存在以下的缺陷：铸渗涂料一般都是高密度金属颗粒，比重较大，易沉淀，不利于使涂料具有良好的耐热性、悬浮性、刷涂性、附着性和流平性，铁液或钢液浇注时会冲刷掉铸渗涂料，同时铸件表面铸渗层厚不均匀；不利于涂料由耐热型转变成耐磨型，不便于得到性能良好的表面复合型涂料；因此设计一种可以克服上述缺陷的铸渗涂料是很有必要的。
发明内容
针对现有技术中铸渗涂料的耐热性、悬浮性、涂刷性、附着性和流平性较差的问题，本发明提供一种铸渗涂料的制备方法及铸渗涂层的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种铁基复合材料用铸渗涂料，包括如下质量百分比的原料组分：松香树脂1.8-2.2％，酚醛树脂0.9-1.1％，聚乙烯醇缩丁醛0.4-0.6％，有机膨润土1.0-1.5％，溶剂油4.0-6.0％，碳化硅11-13％，铬铁粉8-12％，余量为无水乙醇。
相对于现有技术，本发明提供的铁基复合材料用铸渗涂料，通过各物质综合作用，使得涂料具有悬浮性好，强度高，透气性好，流平性好的优点，同时涂料的黏度适中，具有良好的涂刷性。经检测，黏度随转速的变化率可达0.060以下，2h悬浮性可达99.9％以上，24h悬浮性可达87.6％以上，落砂冲下量可达0.15以下，透气性可达2.0以上，流平性可达510mm以上；通过浇注试验，涂料能够有效与基体材料结合，且铸件表面质量良好，满足使用要求。
其中，松香树脂和酚醛树脂以特定的比例复配使用作为黏结剂，可使涂料具有较高的黏度，使得涂料牢固附着在型壁上，在高温金属液浇注时不被冲散，避免出现粘砂、毛刺和变形等缺陷，同时，选择松香树脂和酚醛树脂复配，以及优选的两者的加入量，还保证了浇注金属液后能够充分燃烧、气化，不留残渣，不在涂料层形成空洞，且在涂料干燥后能够增强涂层的强度，避免涂层脱落或者开裂；有机膨润土作为悬浮剂，不会明显降低碳化硅和铬铁粉的耐火度，且发发气量低，有利于提高铸件的质量；聚乙烯醇缩丁醛作为增稠剂，可迅速提高涂料的悬浮性和黏度，且使涂料在低温状态下仍具有较高的黏结性，通过有机膨润土和聚乙烯醇缩丁醛的协同配合，有效提高了增强颗粒在涂料中的悬浮性，使得涂料具有较好的低温强度。且铬铁粉的加入量为8-12％时，有利于在浇注高温金属液时增加涂料与金属液之间的润湿性，有利于碳化硅增强颗粒均匀分散于铸件表面的复合层中，从而提高铸件表面质量以及铸件的耐磨性。
优选的，所述酚醛树脂为甲阶酚醛树脂。
优选的酚醛树脂和松香树脂以特定比例配合，可使涂料具有合适的黏度，使得在较长时间高温下也能使涂料中的碳化硅和铬铁粉紧密的粘合在一起，保证涂料在型砂表面的涂挂及涂层强度，抵御钢水的持续高温冲刷，防止钢水直接与砂型接触造成粘砂缺陷，从而保证铸件的表面质量。
优选的，所述溶剂油为120#溶剂油。
120#溶剂油可使有机膨润土充分膨化，且与无水乙醇的相容性好，可使有机膨润土在乙醇中有效膨胀分散，保证了有机膨润土悬浮胶体的稳定性；且优选的120#溶剂油的加入量，有利于提高有机膨润土在乙醇中分散胶体的黏度和胶体率，且保证了燃烧时的发热量，有利于涂层干燥。
优选的，所述碳化硅的粒度为70-100目。
优选的，所述铬铁粉为低碳铬铁，铬含量为22-26％，粒度为100-250目。
采用优选的铬铁粉可增强浇注金属液(高铬合金液)与涂料中各组分的润湿性，获得表面质量良好的铸件。
优选的碳化硅和铬铁粉的粒度，有利于金属液向涂层中渗透，增加复合层的厚度，同时还有利于两种增强颗粒的熔化。100-250目的铬铁粉可增强金属母液对增强颗粒的浸润作用，将80-100目的碳化硅和100-250目的铬铁粉按照特定比例混合使用，可使铬铁粉部分填充70-100目的碳化硅颗粒间的缝隙，且由于100-250目的铬铁粉可加强毛细作用，因此，铬铁粉填充至碳化硅颗粒间以后不但不会堵塞空隙增加流动阻力，反而能起到较好的毛细作用促进金属液的渗透，改善复合层的表面结合质量。
本发明还提供了一种铁基复合材料用铸渗涂料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
步骤a，按照上述铁基复合材料用铸渗涂料的设计配比称取各组分，将称取的酚醛树脂加入4-7wt％的无水乙醇中，混合均匀，得酚醛树脂溶液，将称取的松香树脂研磨成粉后加入所述酚醛树脂溶液中，混合均匀，得树脂溶液；
步骤b，将称取的聚乙烯醇缩丁醛加入2-5wt％的无水乙醇中，混合均匀，得聚乙烯醇缩丁醛溶液；
步骤c，将称取的有机膨润土加入所述溶剂油中，搅拌8-10min，加入5-10wt％无水乙醇，继续搅拌3-5min，得有机膨润土悬浮液；
步骤d，将所述有机膨润土悬浮液加入余量的无水乙醇中，混合均匀，依次加入所述树脂溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液，混合均匀，得第一物料；
步骤e，将称取的碳化硅和铬铁粉混合均匀，加入所述第一物料中，混合均匀，得所述铁基复合材料用铸渗涂料。
上述制备方法操作简单，无复杂工序，也无需特殊的设备，成本低，适合工业化大规模生产，制备的铁基复合材料用铸渗涂料渗透性强，具有很好的高温强度及稳定性，发气量小，且具有很好的高温强度及稳定性，能有效防止钢水直接与砂型接触造成粘砂缺陷，具有广阔的市场前景。
优选的，步骤c中，将所述有机膨润土以8-12g/min的速度加入所述溶剂油中。
优选的，步骤c中，搅拌速度为150-200r/min。
优选的有机膨润土的加入速度以及搅拌速度和搅拌时间，可使有机膨润土充分膨化，并且高度分散于无水乙醇中，从而保证了铬铁粉和碳化硅均匀分散悬浮，赋予涂料良好的触变性，改善涂刷性能，提高涂层和铸件的表面质量，同时，还能提供涂料良好的储存稳定性。同时，优选的搅拌速度，在保证有机膨润土充分膨化的前提下，还能避免产生过多的气泡，提高了涂料的稳定性和涂刷性。
本发明还提供了一种利用上述铁基复合材料用铸渗涂料制备铸渗涂层的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
将所述涂料涂覆在铸型型腔或型芯表面，15-20min后，点燃涂层，待涂料燃烧完全后，在所述铸型型腔或型芯表面涂覆第二层涂料，15-20min后，点燃涂料，涂料燃烧完全后，将熔炼好的金属液浇注到所述型腔或型芯中，凝固冷却后，在铸件表面即得所述铸渗涂层。
通过特定的涂料，结合特定的铸渗技术，制成适用于铁基复合材料的涂层，使得增强颗粒(碳化硅和铬铁粉)与基体材料之间能够有效结合，且所得铸件表面的质量良好，没有表面缺陷，铸件表面平整、光滑，显著提高了铸件的耐磨性能和抗腐蚀性能。
将涂料涂覆到铸型型腔或型芯表面15-20min后再进行点燃，可有效改善铸件表面复合层的质量，若点燃时间过早，会使得涂料层出现气泡，影响涂层的质量；点燃过晚，会使溶剂过分渗入砂型或挥发；本发明优选的点燃时间可确保涂层强度，改善铸件表面质量。
优选的，浇注温度为1420-1470℃。
优选的，浇注温度为1450℃。
浇注温度过低，金属液的流动性变差，渗透能力降低，易产生夹渣、气孔等缺陷，也不利于合金涂层的熔化，导致复合涂层的厚度降低；浇注温度过高，导致金属液易冲散涂层，复合层厚度减少甚至不能产生复合层。优选的浇注温度，有利于金属液向涂层的渗透及涂层的熔融、分解，也有利于气体和夹杂物的排出，同时还可提高复合层的厚度以及改善增强颗粒的分布情况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种铁基复合材料用铸渗涂料，包括如下质量百分比的原料组分：松香树脂1.8％，酚醛树脂1.1％，聚乙烯醇缩丁醛0.5％，有机膨润土1.0％，120#溶剂油5.0％，碳化硅11％，铬铁粉10％，余量为无水乙醇。
其中，碳化硅的粒度为80目，铬铁粉为低碳铬铁粉，铬含量为22-26％，粒度为200目。
上述铁基复合材料用铸渗涂料的制备步骤如下：
步骤a，配制树脂溶液：将称取的甲阶酚醛树脂加入到4wt％的乙醇中，搅拌3-5min，得酚醛树脂溶液，然后将称取的松香树脂脂研磨成粉后，以10g/min速度加入到所述酚醛树脂溶液中，溶解12小时，得树脂溶液；
步骤b，配制聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶液：将称取的PVB以10g/min速度加入2wt％的乙醇中，搅拌10-20min溶解，得PVB溶液；
步骤c，配制有机膨润土悬浮液：先将有机膨润土以10g/min速度加到称好的120#溶剂油中，搅拌8-10分钟，加入5wt％的乙醇搅拌3-5min，得有机膨润土悬浮液；
步骤d，在150r/min的搅拌条件下，将所述有机膨润土悬浮液以20ml/min的速度加入到余量的无水乙醇中，加入完成后继续搅拌3-5min，以20ml/min的速度加入所述树脂溶液，加入完成后继续搅拌3-5min，以20ml/min的速度加入所述PVB溶液，加入完成后继续搅拌3-5min，得第一物料；
步骤e，将称取的碳化硅和铬铁粉混合均匀，以50-60g/min的速度加入到所述第一物料中，慢速搅拌直至加入完成5min后停止，得所述铁基复合材料用铸渗涂料。
经检测，黏度随转速的变化率为0.059，2h悬浮性为99.90％，24h悬浮性为87.67％，落砂冲下量为0.14，透气性为2.02，流平性为510.31mm。
实施例2
本发明实施例提供一种铁基复合材料用铸渗涂料，包括如下质量百分比的原料组分：松香树脂2.0％，酚醛树脂0.9％，聚乙烯醇缩丁醛0.4％，有机膨润土1.2％，120#溶剂油6.0％，碳化硅12％，铬铁粉12％，余量为无水乙醇。
其中，碳化硅的粒度为70目，铬铁粉为低碳铬铁粉，铬含量为22-26％，粒度为100目。
上述铁基复合材料用铸渗涂料的制备步骤如下：
步骤a，配制树脂溶液：将称取的甲阶酚醛树脂加入5wt％的乙醇中，搅拌3-5min，得酚醛树脂溶液，然后将称取的松香树脂脂研磨成粉后，以10g/min速度加入到所述酚醛树脂溶液中，溶解12小时，得树脂溶液；
步骤b，配制聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶液：将称取的PVB以10g/min速度加入3wt％的乙醇中，搅拌10-20min溶解，得PVB溶液；
步骤c，配制有机膨润土悬浮液：先将有机膨润土以8g/min速度加到称好的120#溶剂油中，搅拌8-10分钟，加入7wt％的乙醇搅拌3-5min，得有机膨润土悬浮液；
步骤d，在180r/min的搅拌条件下，将所述有机膨润土悬浮液以20ml/min的速度加入到余量的无水乙醇中，加入完成后继续搅拌3-5min，以20ml/min的速度加入所述树脂溶液，加入完成后继续搅拌3-5min，以20ml/min的速度加入所述PVB溶液，加入完成后继续搅拌3-5min，得第一物料；
步骤e，将称取的碳化硅和铬铁粉混合均匀，以50-60g/min的速度加入到所述第一物料中，慢速搅拌直至加入完成5min后停止，得所述铁基复合材料用铸渗涂料。
经检测，黏度随转速的变化率为0.060，2h悬浮性为99.92％，24h悬浮性为87.84％，落砂冲下量为0.15，透气性为2.03，流平性为510.34mm。
实施例3
本发明实施例提供一种铁基复合材料用铸渗涂料，包括如下质量百分比的原料组分：松香树脂2.2％，酚醛树脂1.0％，聚乙烯醇缩丁醛0.6％，有机膨润土1.5％，120#溶剂油4.0％，碳化硅13％，铬铁粉8％，余量为无水乙醇。
其中，碳化硅的粒度为100目，铬铁粉为低碳铬铁粉，铬含量为22-26％，粒度为250目。
上述铁基复合材料用铸渗涂料的制备步骤如下：
步骤a，配制树脂溶液：将称取的甲阶酚醛树脂加入到7wt％的乙醇中，搅拌3-5min，得酚醛树脂溶液，然后将称取的松香树脂脂研磨成粉后，以10g/min速度加入到所述酚醛树脂溶液中，溶解12小时，得树脂溶液；
步骤b，配制聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶液：将称取的PVB以10g/min速度加入5wt％的乙醇中，搅拌10-20min溶解，得PVB溶液；
步骤c，配制有机膨润土悬浮液：先将有机膨润土以12g/min速度加到称好的120#溶剂油中，搅拌8-10分钟，加入10wt％的乙醇搅拌3-5min，得有机膨润土悬浮液；
步骤d，在200r/min的搅拌条件下，将所述有机膨润土悬浮液以20ml/min的速度加入到余量的无水乙醇中，加入完成后继续搅拌3-5min，以20ml/min的速度加入所述树脂溶液，加入完成后继续搅拌3-5min，以20ml/min的速度加入所述PVB溶液，加入完成后继续搅拌3-5min，得第一物料；
步骤e，将称取的碳化硅和铬铁粉混合均匀，以50-60g/min的速度加入到所述第一物料中，慢速搅拌直至加入完成5min后停止，得所述铁基复合材料用铸渗涂料。
经检测，黏度随转速的变化率为0.057，2h悬浮性为99.93％，24h悬浮性为87.72％，落砂冲下量为0.14，透气性为2.01，流平性为510.29mm。
将上述实施例1-3制备的涂料按照如下步骤进行浇注试验：
步骤一、涂覆复合材料涂料：将所述涂料用刷子涂刷在砂箱和型芯上，涂刷第一层涂料15分钟后，进行点燃，等到第一层涂料燃烧完全后，进行第二次涂刷，15分钟后进行点燃；
步骤二、合箱浇注：浇注的金属液为高铬合金(铬含量为22-26％)，浇注温度为1450℃。为了降低浇注时的危险，防止温度过高的金属液浇筑时由于砂箱中的水分而出现金属液喷出，需要在合箱之前对砂箱和型芯进行烘干处理，然后将烘干后的砂箱型芯进行合箱，然后进行浇注；
步骤三、落砂清理：经过一定时间的凝固冷却后，进行翻箱落砂以及抛丸处理，将铸件取出，观察铸件表面复合情况。
从铸件结果看刷涂的增强颗粒涂料与基体材料高铬铸铁之间的能够充分结合，而且铸件表面质量良好，无气孔和残渣等缺陷。且与基体材料相比，耐磨性能提高了1.8-2.5倍。
当涂料组分的含量不在本发明的范围内时，所得铸件表面的质量均无法达到良好的质量效果，会出现气孔或残渣等缺陷；当碳化硅的粒度不在70-100目的范围，或铬铁粉的粒度不在100-250目的范围时，铸件的耐磨性能与基体材料相比有所提高，但是不能达到1.8-2.5倍的提高效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用铁基复合材料用铸渗涂料制备铸渗涂层的方法，其特征在于，所述铁基复合材料用铸渗涂料包括如下质量百分比的原料组分：松香树脂1.8-2.2％，酚醛树脂0.9-1.1％，聚乙烯醇缩丁醛0.4-0.6％，有机膨润土1.0-1.5％，120#溶剂油4.0-6.0％，碳化硅11-13％，铬铁粉8-12％，余量为无水乙醇；所述碳化硅的粒度为70-100目，所述铬铁粉为低碳铬铁粉，粒度为100-250目；
所述方法至少包括以下步骤：
将所述涂料涂覆在铸型型腔或型芯表面，15-20min后，点燃涂层，待涂料燃烧完全后，在所述铸型型腔或型芯表面涂覆第二层涂料，15-20min后，点燃涂料，涂料燃烧完全后，将熔炼好的金属液浇注入所述型腔或型芯中，浇注温度为1420-1470℃，凝固冷却后，在铸件表面即得所述铸渗涂层。
2.如权利要求1所述的利用铁基复合材料用铸渗涂料制备铸渗涂层的方法，其特征在于，所述酚醛树脂为甲阶酚醛树脂。
3.一种铁基复合材料用铸渗涂料的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
步骤a，按照权利要求1-2任一项中所述的利用铁基复合材料用铸渗涂料制备铸渗涂层的方法的设计配比称取各组分，将称取的酚醛树脂加入4-7wt％的无水乙醇中，混合均匀，得酚醛树脂溶液，将称取的松香树脂研磨成粉后加入所述酚醛树脂溶液中，混合均匀，得树脂溶液；
步骤b，将称取的聚乙烯醇缩丁醛加入2-5wt％的无水乙醇中，混合均匀，得聚乙烯醇缩丁醛溶液；
步骤c，将称取的有机膨润土加入所述溶剂油中，搅拌8-10min，加入5-10wt％无水乙醇中，继续搅拌3-5min，得有机膨润土悬浮液；
步骤d，将所述有机膨润土悬浮液加入余量的无水乙醇中，混合均匀，依次加入所述树脂溶液、聚乙烯醇缩丁醛溶液，混合均匀，得第一物料；
步骤e，将称取的碳化硅和铬铁粉混合均匀，加入所述第一物料中，混合均匀，得所述铁基复合材料用铸渗涂料。
4.如权利要求3所述的铁基复合材料用铸渗涂料的制备方法，其特征在于，步骤c中，将所述有机膨润土以8-12g/min的速度加入所述溶剂油中。
5.如权利要求3所述的铁基复合材料用铸渗涂料的制备方法，其特征在于，步骤c中，搅拌速度为150-200r/min。
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