精铸硅溶胶型壳工艺的改进

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1、精铸硅溶胶型壳工艺的改进一. 前言：众所周知，全球精铸界通用的硅溶胶型壳工艺存在三大缺点：1.成本高。   2.制壳周期长。   3.铸件脱壳性差（型壳残留强度高）。据统计，表面层型壳通用的耐火料锆英石砂、粉占型壳原辅材料成本的48%，占总生产成本的10%（平均值）[1]。优质锆英石资源稀缺，因而寻找它的代用品或减少其消耗量是当今国内外精铸界共同关心，重点研究的课题之一。“快干”硅溶胶的推广应用和真空干燥设备的逐步完善，缓解了制壳周期长的缺点。由于硅溶胶型壳高温强度高（是水玻璃型壳的6.7倍），其相应的残留强度

2、也高（是水玻璃型壳的2.8倍），因而铸件的脱壳性能比水玻璃差得多。加之大部分生产的精铸件是结构复杂的中小件，型壳残留强度高会严重影响后处理工序生产效率和增加材料工时成本、降低铸件表面质量，延误交货期。  我们通过学习国内外同行的先进经验，经过多年的努力研究和实践，在降低硅溶胶型壳生产成本和改善脱壳性方面取得了一定成效，特向精铸界同仁作一介绍，以期达到抛砖引玉的目的。二. 表面层制壳工艺的改进：〈一〉.锆英石粉料的代用—    长期以来锆英石是全球精铸业首选的型壳表面层耐火料。正如2007年美国精铸学会（ICI）

3、第54届年会论文所言：“锆英石与多种合金反应低、密度高、热化学性能好，要寻找替代用品是困难的”。[2] 1. 美国在2006年前面层涂料的典型工艺是在锆英粉中掺加5-10%（质量）的熔融石英粉。其主要目的是：降低成本，提高铸件尺寸精度和改善脱壳性、透气性。国外重点工艺改进方向是：充分利用熔融石英纯度高，杂质少，密度和热膨胀系数小，加上高温“析晶”，低温“相变”的特点，使型壳在高温时保持高强度而在低温时因相变产生剧烈收缩（-3.7%）致使型壳残留强度大大降低，从而使铸件脱壳性、透气性、尺寸精度提高。自2007年起

4、，通过技术改进美国已有80%的精铸企业表面层涂料中的熔融石英粉掺入量已提高至50%（按体积比为68.7%）。其中更有20%工厂其石英掺入量高达75%（按体积比86.8%，锆粉仅占14.2%）[3] 2. 我们根据分析和试验证实其工艺改进的关键技术要点有两方面：a． 通过采用高致密度即优良级配的粉料提高了表面层涂料的工艺性能。其中主要是“覆盖性”（涂层平均厚度δ）和致密性（粉液比n或粉料在涂料中的体积浓度k%）两项。以往进口原包装澳大利亚锆粉配制的涂料其粉液比多为：n=3.2-3.7（ηΦ4=40±5s）而近年来

5、已提高到n=3.9-4.6。国内加工的锆粉则仍大部分为n=2.5-3.7。b．在表面层涂料中加入少量（0.1%-0.2%占硅溶胶质量）“分散剂”。它可在不影响涂料其他工艺性能前提下提高了涂料平均厚度（δ）15-25%(表三)。同时还能改善涂料的均匀性，悬浮性。使涂挂性和均匀性很差的熔融石英在锆英粉—硅溶胶涂料中掺入量有原5-10%提高到50%-75%。试验和生产实践充分证明了上述结论。从表一、二、三、四试验结果得出下列结论：1. 要提高混合涂料（锆英粉—熔融石英粉硅溶胶涂料）中熔融石英的掺入量，应采用较高致密度

6、（n=3.9-4.6）的锆英粉（表一）及熔融石英粉（n=1.5）。这两种粉料配制的混合涂料（锆粉70%+熔融石英粉30%）其致密性n=2.5-3.0（k=44-48.5%），ηΦ4=40±5(s)，δ=0.08-0.09（表七），才能满足生产工艺要求。2. 混合涂料用粉料粒度要求应符合表五规定。注：1.采用GSL-101BI型“激光颗粒度测定仪”测定（丹东市辽宁仪器仪表研究所生产）。    2.粒度判定以DV90，DV50及Wo%三项指标为主要依据。DV98，DV84为参考指标。    3.无粒度检测条件时，可

7、将待测粉料与“标准”硅溶胶配制成“标准”涂料来判定粉料粒度大小及组成是否符合（表七）各项工艺性能指标规定。3. 砂粉料（锆英石及熔融石英石）的物理化学性能要求：⑴.锆英石砂粉的物理性能应符合“中国铸造协会精密铸造分会”标准CICBA/C02.09-1999规定，但应确定砂、粉中游离铁  （磁性物）含量。即加工过程中混入的磁性物杂质（表九）。⑵.熔融石英砂、粉，我国尚无精铸业内标准，参考国外资料结合我国生产厂具体情况暂按表八验收。4.为改善混合涂料的工艺性能，提高熔融石英的加入量，涂料严格选用优质的粉料和合理进行

8、两种粉料的级配外，加入适量的“添加剂”是不可缺少的措施[6]。     实验证实：无论在锆英粉，熔融石英粉或两者配制的混合涂料中加入少量的“分散剂”能较大幅度地提高涂料的屈服值。使涂料覆盖性（涂层平均厚度）提高，这正是国外精铸界能使锆英粉—硅溶胶涂料中熔融石英粉掺入量由原来5-10%提高到50-75%的主要原因和重要措施之一。5.由表十一，十二及十三实验结果得出以下结论：