CN110465622A - 风力发电机球铁轮毂铸造用涂料及制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电机球铁轮毂铸造用涂料及制备方法和应用，属于铸造涂料制备领域。风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，包括位于两个独立单元的砂芯涂料和砂型涂料：所述涂料由载液20‑50重量份、粘结剂2‑5重量份、悬浮剂4‑7重量份和耐火骨料50‑70重量份组成；其中砂芯涂料的耐火骨料由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比10‑13:9‑12:1‑4:3‑8:0.5‑2组成；砂型涂料的耐火骨料由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比3‑7:0.5‑3:3‑7:1‑2组成。本发明的涂料具有很好的防硫、吸硫效果,能够有效防止球墨铸铁中球化衰退的问题。

Description

风力发电机球铁轮毂铸造用涂料及制备方法和应用

技术领域

本发明涉及风力发电机球铁轮毂铸造用涂料及制备方法，属于铸造涂料制备领域。

背景技术

铸造涂料一般由耐火材料、载液、粘结剂、悬浮剂和其它助剂组成。广泛应用于铸造生产中各种铸型和型芯。具有防止铸件粘砂、降低铸件表面粗糙度、提高砂型使用寿命、改善铸件表面材质等作用。

铸造涂料可用多种方法分类。按耐火程度可分为高耐火度涂料、中耐火度涂料和低耐火度涂料；按所用的载液分为水基涂料和醇基涂料；按铸型材料分为粘土砂型用涂料、树脂砂涂料、水玻璃砂涂料和金属型涂料；按铸造合金材料可分为铸钢涂料、铸铁涂料和有色合金涂料等。

在铸造涂料的选择上，主要依据耐火材料的耐火度来进行选择。一般石墨涂料用于铸铁件和有色金属件；锆英粉涂料用于铸钢件；铝矾土涂料用于小型铸钢件、铸铁件；石英粉涂料用于中小型铸钢件；镁砂粉涂料主要用于碱性合金钢；铬铁矿砂粉涂料用于大型铸钢件和各种合金钢件；刚玉砂粉涂料用于耐高温合金钢、不锈钢以及镁合金等铸件，滑石粉涂料用于有色合金铸件和小型铸铁件。

球墨铸铁是20世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件，比如风电球铁铸件。在生产过程中，球墨铸铁有个常见的缺陷就是球化衰退，造成球化衰退的一个重要的原因是型砂含硫量高。由于界面反应，铁液中的镁与铸型表面的硫发生反应，使铸件表面层铁水中的镁含量下降，不足以使石墨球化，最终造成铸件表面层1-12mm球化衰退，形成一薄层的片状石墨，甚至变成灰口铸铁，导致铸件的强度、硬度、延伸率大幅度降低。

风电球铁铸件特别是风力发电机球铁轮毂，属于薄壁高要求铸件。由于风电设备在野外大风和高温高寒的环境下服役期限需超过20年，因此铸件内在和表面质量均不允许存在丝毫缺陷，需要铸件表面光滑，机械性能优良，所以在铸造过程中对铸造涂料也提出了较高的要求。

目前，严格的生产厂家在风力发电机球铁轮毂铸造时，使用锆英粉进行造型，但还有一些厂家直接采用石墨涂料进行造型。但是单独使用锆英粉进行造型成本过高，单独使用石墨涂料不能够满足造型要求，铸件容易出现物理及化学粘砂。因此，使用以上两种涂料均有缺点。

申请号为201711189202.5的中国专利《风力发电机球铁轮毂真空密封铸造方法》提供了一种风力发电机球铁轮毂真空密封铸造方法。将采用传统的真空密封造型用于风力发电机球铁轮毂的造型和铸造，采用树脂砂芯，且铸型型腔用固体涂料涂覆，该专用固体涂料主要由石墨、石英粉和锆英粉组成，其重量份数比为：石墨粉:石英粉:锆英粉＝5-7:1:2-5。但是该专利主要侧重于采用V法进行生产风电路轮毂，而V法与传统砂型铸造方法有很大的不同，V法直接采用原砂造型，并不添加水份和粘结剂，避免了使用呋喃树脂固化剂，可以完全防止铸件表面渗硫。但是如果将该涂料用于传统的呋喃树脂砂型上，其防硫性能、耐温性能均较差。同样，该涂料也不适用于砂芯，涂覆在砂芯后，也无法起到较好的耐高温、耐高压和防止砂芯渗硫的作用。

申请号为201110394856.8的中国专利《一种湿型铸造球铁铸件造型用冷铁涂料及其使用方法》提供了一种湿型铸造球铁铸件造型用冷铁涂料及其使用方法。涂料是由以下质量百分比的组分制成的：石墨醇基涂料55～60％，酒精30～35％，氧化铁粉5～10％。使用时，将该涂料均匀涂刷在冷铁表面，厚度为1～2mm。该涂料是涂刷在冷铁表面的涂料，并不适用于砂芯和砂型。

申请号为201410737835.5的中国专利《一种煅烧石英粉铸造涂料及其制作方法》公开了一种铸造涂料。但是该涂料以石英粉为主要骨料的涂料，该涂料仅仅能够用于铸铁的中小件的生产，不能够用于风电球铁轮毂的生产，主要原因为耐火度不够。

申请号为2010105830922的中国专利《一种改善奥氏体球铁铸件内流道片状石墨层的涂料及方法》公开了一种砂芯涂料，本发明能阻止树脂中挥发处的还原气体氧化铁水中的球化元素，确保铁水得到有效球化，对硫具有屏蔽、吸收或置换作用，使硫不能扩散进入铁水中，防止铸件表面出现片状石墨，大大提高奥氏体球铁铸件的表面质量。但是该涂料主要采用锆英粉作为耐火材料，成本较高。

由于现有砂芯、砂型涂料不能满足风电设备球铁轮毂的生产需要，因此，有必要提出改进。

发明内容

针对目前生产风力发电机球铁轮毂铸造用涂料中，所使用的涂料防渗硫效果差的问题，本发明提出一种铸造用涂料。

风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，包括位于两个独立单元的砂芯涂料和砂型涂料。

所述砂芯涂料由载液20～50重量份、粘结剂2～5重量份、悬浮剂4～7重量份和耐火骨料A 50～70重量份组成；砂型涂料由载液20～50重量份、粘结剂2～5重量份、悬浮剂4～7重量份和耐火骨料B 50～70重量份组成；

其中，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比10～13:9～12:1～4:3～8:0.5～2组成；耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比3～7:0.5～3:3～7:1～2组成。

优选的，砂芯涂料由载液20～35重量份、粘结剂2～3.5重量份、悬浮剂4～5.5重量份和耐火骨料A 50～60重量份组成。

优选的，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比11.5-13:10.5-12:1-2.5:3-6:1.2-2组成。

进一步优选的，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比13:12:1:3:2组成。

优选的，砂型涂料由载液20～35重量份、粘结剂2～3.5重量份、悬浮剂4～5.5重量份和耐火骨料B 50～60重量份组成。

优选的，耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比5-7:0.5-1.5:5-7:1-1.5组成。

更优选的，耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比7:0.5:7:1组成。

优选的，所述载液为甲醇、乙醇、异丙醇以及溶剂油中的至少一种；粘结剂为松香、酚醛树脂、PVB和淀粉粘结剂中的至少一种；悬浮剂为锂基膨润土、有机膨润土、气相二氧化硅、改性硅酸铝镁、改性凹凸棒土和水合硅酸镁中至少的一种。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的制备方法。

风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的制备方法，按以下步骤进行：

a、将载液、粘结剂和悬浮剂混匀得到混合液；

b、再将耐火骨料A或耐火骨料B加入到混合液中，混匀得到砂芯涂料或砂型涂料。

优选的，步骤b中，得到的涂料波美度在110-120°Bé。

本发明还提供球铁铸造用涂料的应用方法。

球铁铸造用涂料的应用：在铸件铸造前，将砂芯涂料采用涂刷的方式涂覆在砂芯上，将砂型涂料涂覆在砂型上。

优选的，所述砂芯和砂型采用呋喃树脂砂制成。

本发明的有益效果：

1、本发明砂芯涂料没有使用高成本的锆英粉或锆刚玉涂料，砂型涂料仅添加了极少量的锆英粉，大大降低了成本。

2、本发明的涂料，具有很好的防硫，吸硫效果，解决了现有技术中由于采用呋喃树脂固化剂带进的硫元素，引起的球墨铸铁中球化衰退的问题。

3、本发明的涂料具有良好的耐高温性能。

4、本发明的砂芯和砂型涂料适用于风力发电机球铁轮毂的铸造。

5、采用本发明的涂料进行风力发电机球铁轮毂铸件的造型和铸造，可以保证铸件的高拉伸强度、高延伸度以及高布氏硬度。

具体实施方式

针对目前生产风力发电机球铁轮毂铸造用涂料中，所使用的涂料防渗硫效果差的问题，本发明提出一种铸造用涂料。

风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，包括位于两个独立单元的砂芯涂料和砂型涂料。

所述砂芯涂料由载液20～50重量份、粘结剂2～5重量份、悬浮剂4～7重量份和耐火骨料A 50～70重量份组成；砂型涂料由载液20～50重量份、粘结剂2～5重量份、悬浮剂4～7重量份和耐火骨料B 50～70重量份组成；

其中，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比10～13:9～12:1～4:3～8:0.5～2组成；耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比3～7:0.5～3:3～7:1～2组成。

其中，石英粉主要矿物成分是α型SiO₂；云母的主要成分为二氧化硅与氧化铝的共生矿，多为单斜晶系，呈叠板状或书册状晶形；叶腊石为二氧化硅和氧化铝的共生矿，为一含水层状铝硅酸盐粘土矿物，叶腊石矿物颗粒微结构中最基本的构成单元为纳米板片,且该板片多呈聚集态,单层板片面积大小不一,厚度约为(8±2)nm；莫来石也为二氧化硅和氧化铝的共生矿，斜方晶系，成柱状或针状晶体。由于上述几种材料的组份或晶型结构不一致，因此材料在高温下所表现的性能也不一致。因此，这几种材料不能互相替代，替代后，制得涂料的防硫、耐火性能大大降低。

本发明采用特定的耐火材料：石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红这五种，在特定的配比下，搭配载液、粘结剂和悬浮剂，制备出的砂芯涂料，不仅具有很好的耐高温性能，而且具有很好的防硫、吸硫效果。缺少耐火材料中的任意一种，制备的砂芯涂料效果较差，导致制得的风力发电机球铁轮毂铸件拉伸强度、延伸率以及布式硬度偏低。

砂型涂料中，本发明选用土状石墨和鳞片石墨复配代替普通石墨粉，原因在于：(1)普通的黑色石墨在使用时，会严重污染工作环境；(2)石墨粉在高温铁水作用下会氧化，导致涂层变得稀疏，铸件易出现毛刺等缺陷。

由于在铸造浇筑过程中，砂芯受到的热效应及压力均远远大于砂型所受到的，砂型受到的冲刷力也大于砂芯，因此，本发明的砂型涂料不能用在砂芯上，砂芯涂料不能用在砂型上，如果把本发明的砂型涂料用在砂芯上，防渗硫效果有限；同样，把本发明的砂芯涂料用在砂型上，防渗硫效果也有限。

为了提高砂芯涂料的耐热、防硫等性能，优选的，砂芯涂料由载液20～35重量份、粘结剂2～3.5重量份、悬浮剂4～5.5重量份和耐火骨料A 50～60重量份组成。

为了提高砂芯涂料的耐热、防硫等性能，优选的，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比11.5-13:10.5-12:1-2.5:3-6:1.2-2组成。

进一步优选的，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比13:12:1:3:2组成。

为了提高砂型涂料的耐热、防硫等性能，优选的，砂型涂料由载液20～35重量份、粘结剂2～3.5重量份、悬浮剂4～5.5重量份和耐火骨料B 50～60重量份组成。

为了提高砂型涂料的耐热、防硫等性能，优选的，耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比5-7:0.5-1.5:5-7:1-1.5组成。

更优选的，耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比7:0.5:7:1组成。

优选的，所述载液为甲醇、乙醇、异丙醇以及溶剂油中的至少一种；粘结剂为松香、酚醛树脂、PVB和淀粉粘结剂中的至少一种；悬浮剂为锂基膨润土、有机膨润土、气相二氧化硅、改性硅酸铝镁、改性凹凸棒土和水合硅酸镁中至少的一种。

优选的，所使用的改性硅酸铝镁为巴斯夫水合硅酸铝镁；改性凹凸棒土为有机改性凹凸棒土；水合硅酸镁为托尔萨水合硅酸镁。

本发明要解决的技术问题是提供一种风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的制备方法。

风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的制备方法，按以下步骤进行：

a、将载液、粘结剂和悬浮剂混匀得到混合液；

b、再将耐火骨料A或耐火骨料B加入到混合液中，混匀得到砂芯涂料或砂型涂料。

优选的，步骤b中，得到的涂料波美度在110-120°Bé。

本发明涂料的具体制备方法优选为：

1)将载液、粘结剂、悬浮剂加入搅拌容器，将分散盘转速调至1500r/min，搅拌分散30-50分钟；

2)将耐火骨料加入搅拌容器中，将分散盘转速调至1500r/min，搅拌分散50-80分钟；

3)搅拌分散完成后，采用载液调整波美度至要求范围即可。

本发明还提供球铁铸造用涂料的应用方法。

球铁铸造用涂料的应用：在铸件铸造前，将砂芯涂料采用涂刷的方式涂覆在砂芯上，将砂型涂料涂覆在砂型上。

优选的，所述砂芯和砂型采用呋喃树脂砂制成。

下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

配制砂芯涂料X1-X5，各组具体组成组份见表1；配制砂型涂料XG1-XG5，具体组成组份见表2；表中所述份数均为重量份。

配制方法：

1)将载液、粘结剂和悬浮剂加入搅拌容器，将分散盘转速调至1500r/min，搅拌分散40分钟；

2)将耐火骨料加入搅拌容器中，将分散盘转速调至1500r/min，搅拌分散65分钟，得到砂芯涂料或砂型涂料。

表1

表2

对比例1

配制涂料D1-D7，各组具体组成组份见下表3。表中所述份数均为重量份。

配制方法：

1)将载液、粘结剂和悬浮剂加入搅拌容器，将分散盘转速调至1500r/min，搅拌分散40分钟；

2)将耐火骨料加入搅拌容器中，将分散盘转速调至1500r/min，搅拌分散65分钟，得到涂料。

表3

试验例

本试验采用呋喃树脂砂芯和呋喃树脂砂型进行风力发电机球铁轮毂铸件的造型和铸造，将涂料分别涂覆在砂芯或砂型上，砂芯上涂料的喷涂厚度为0.8-1.0mm，砂型上涂料的喷涂厚度为0.8-1.0mm。本试验例所使用的轮毂球铁铸件的材质为QT400-18，重量为8吨，壁厚为500～800mm，浇铸温度为1430℃。得到的风力发电机轮毂球铁铸件的表面状况如下表4所示。

表4

Claims (10)

1.风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，包括位于两个独立单元的砂芯涂料和砂型涂料，其特征在于：所述砂芯涂料由载液20～50重量份、粘结剂2～5重量份、悬浮剂4～7重量份和耐火骨料A 50～70重量份组成；砂型涂料由载液20～50重量份、粘结剂2～5重量份、悬浮剂4～7重量份和耐火骨料B 50～70重量份组成；

其中，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比10～13:9～12:1～4:3～8:0.5～2组成；耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比3～7:0.5～3:3～7:1～2组成。

2.根据权利要求1所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，其特征在于：砂芯涂料由载液20～35重量份、粘结剂2～3.5重量份、悬浮剂4～5.5重量份和耐火骨料A 50～60重量份组成。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，其特征在于：耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比11.5-13:10.5-12:1-2.5:3-6:1.2-2组成；优选的，耐火骨料A由石英粉、叶腊石、云母粉、莫来石和氧化铁红按重量比13:12:1:3:2组成。

4.根据权利要求1所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，其特征在于：砂型涂料由载液20～35重量份、粘结剂2～3.5重量份、悬浮剂4～5.5重量份和耐火骨料B 50～60重量份组成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，其特征在于：耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比5-7:0.5-1.5:5-7:1-1.5组成；优选的，耐火骨料B由土状石墨、鳞片石墨、铝矾土和锆英粉按重量比7:0.5:7:1组成。

6.根据权利要求1所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料，其特征在于：所述载液为甲醇、乙醇、异丙醇以及溶剂油中的至少一种；粘结剂为松香、酚醛树脂、PVB和淀粉粘结剂中的至少一种；悬浮剂为锂基膨润土、有机膨润土、气相二氧化硅、改性硅酸铝镁、改性凹凸棒土和水合硅酸镁中至少的一种。

7.权利要求1-6任一项所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

a、将载液、粘结剂和悬浮剂混匀得到混合液；

b、再将耐火骨料A或耐火骨料B加入到混合液中，混匀得到砂芯涂料或砂型涂料。

8.根据权利要求7所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的制备方法，其特征在于，步骤b中，得到的涂料波美度在110-120°Bé。

9.权利要求1-6任一项所述的球铁铸造用涂料的应用，其特征在于：在铸件铸造前，将砂芯涂料采用涂刷的方式涂覆在砂芯上，将砂型涂料涂覆在砂型上；优选的，涂覆厚度为0.8-1mm。

10.根据权利要求9所述的风力发电机球铁轮毂铸造用涂料的应用，其特征在于：所述砂芯和砂型采用呋喃树脂砂制成。