面层制壳工艺研究

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1、面层制壳工艺研究熔模铸造表面层制壳工艺的研究景宗梁车顺强（郑州大禹化工产品有限公司）摘要近年来，熔模铸造硅溶胶工艺表面层制壳工艺呈现新的改进，例如熔融石英粉、莫来粉、砂、精铸专用粉、砂等应用于面层，使面层耐火材料从单一品种发展为多品化，充分发挥出不同材料之间铸造性能上的互补性，显示出多种耐火材料特性的优化组合，形成了多档次的面层结壳工艺，使铸件表面质量持续保持优秀，尺寸精度稳定，从而，制壳生产成本大幅度下降。另外，水玻璃工艺面层引入新材料，成为水玻璃制壳工艺的新亮点。关键词表面涂层；混合浆料；耐火材料的优化组合　　全硅溶胶结

2、壳工艺的面层结壳耐火材料一直采用价格昂贵的锆英粉和锆英砂，据统计,制壳材料成本占精铸成本的30%左右,耐火材料占制壳材料成本的80%左右,而面层的材料成本占整个制壳材料成本的五分之三，所以，必须突破传统工艺的束搏，改进面层材料的应用，创新面层结壳工艺，降低面层制壳的生产成本。1高岭石类耐火材料进入面层　　高岭石属于铝-硅系耐火材料，组分是以氧化铝和二氧化硅为主要组成的铝硅酸盐，相组成是莫来石、玻璃相、石英，铝-硅系材料的特性是耐火度高，线膨胀系数比硅砂、刚玉小，高温化学稳定性好，热稳定性高，所以，粘土质耐火粉料早在上世纪七十

3、年代就应用于水玻璃工艺的背层浆，采用结晶氯化铝硬化，即当时所谓的高强度模壳；至于硅溶胶工艺的背层浆料及背层用砂，莫来粉、莫来砂的应用，已经成为经典工艺。1.1莫来粉作面层粉料　　将莫来粉加入到锆英粉中，从理论组成分析：硅酸锆中的三分之一是二氧化硅，铝-硅系材料中的二分之一强是二氧化硅，锆粉与莫来粉混合，二者中的二氧化硅应该是相似相溶，不发生排斥，仅增加了氧化铝组分，氧化铝与氧化锆这两种氧化物互不干扰，独立存在，形成三元组合混物ZrO2-Al2O3-SiO2，兼容性良好，晶相组织理论分析可行。面层配浆工艺如下：粉液比:1：3.

4、4～3.5锆英粉:莫来粉320目（熟料）=1:1粘度值(詹氏4#):34±1s润湿剂:10kg面层硅溶胶加30ml消泡剂:10kg面层硅溶胶加22ml面层撒砂：90～120目锆英砂面层干燥时间：7～8h环境条件：温度22～25℃；湿度22～25第二层及以后，采用莫来粉浆、撒莫来砂，工艺参数仍然是全硅溶胶结壳工艺，脱蜡及焙烧工艺也相同于全硅溶胶结壳工艺。图1前盖脱壳后未经抛丸铸件的表面粗糙度材质304生产实践效果，此混合浆料的涂挂性好,易于操作,有助于面层强度和耐火度的提高,铸件表面粗糙度接近于全锆英粉浆料,尺寸精度高，不粘砂

5、，溃散性同于全锆英粉浆料。　　该混合面层浆料，适用于较大、壁厚较厚的铸件,例如泵类、阀类铸件上应用。大多数采用低温模料，浇注300系列奥氏体不锈钢铸件表面粗糙度粗糙度可达Ra≤6.3，尺寸精度可达到CT4级，浇注碳钢、低合金钢更理想，见图1所示。制壳成本比全锆英粉浆料降低60-70%。1.2莫来砂做面层撒砂材料　　锆英石与高岭石这两种耐火材料有着良好的兼容性和复合性，所以，面层砂采用以莫来砂替代锆英砂。面层配浆工艺如下：粉液比（325目锆英粉）:1：3.3～3.4粘度值(詹氏4#):42～45s润湿剂:10kg面层硅溶胶加2

6、8ml消泡剂:10kg面层硅溶胶加20ml面层撒砂：100目莫来砂面层干燥时间：8～9h环境条件：温度22～25℃；湿度22～25%第二层及以后，采用莫来粉浆、撒莫来砂，具体的工艺参数相同于全硅溶胶结壳工艺。　　生产实践结果，面层浆料的粉液比及粘度值要相应适当提高，砂与浆层的结合力好，若采用浮砂机撒砂，则效果更佳，干燥时间略长。铸件表面粗糙度可达Ra6.3，尺寸精度达到CT4级，质量稳定，不粘砂，溃散性同于锆英粉锆英砂。见图2所示。　　　　图2阀芯粗抛后铸件表面粗糙度材质1.4408　　该工艺适用于机械件、水暖管件等壁厚不是

7、很厚的铸件上应用，低、中温模料的蜡模均可使用。浇注300系列奥氏体不锈钢、沉淀不锈钢，铸件表面粗糙度比撒锆英砂逊色不了多少，若浇注碳钢、低合金钢，铸件表面粗糙度与撒锆英砂达到同等水准。制壳成本比撒锆英砂降低80%。　　2熔融石英作面层材料　　近年来，国外先进的工业国家，用于制壳的耐火材料发生明显的变化，锆英石使用得最少，熔融石英大幅上升，这与国内的情况绝然不同。熔融石英的热膨胀系数在所有耐火材料中堪称最小，型壳在脱蜡和焙烧过程中的开裂、变形倾向最小，型壳高温抗蠕变性能优秀，使得铸件尺寸稳定，故尔，将熔融石英引入面层材料有理论

8、、实践依据。2.1锆英粉-熔融石英粉混合浆-撒锆英砂面层配浆工艺如下：锆英粉:熔融石英粉=85%:15%粉液比:1：3.2粘度值(詹氏4#):42～45s润湿剂:10kg面层硅溶胶加30ml消泡剂:10kg面层硅溶胶加22ml面层撒砂：100～120目锆英砂面层干燥时间：6～7h环境条件：