精密铸造硅溶胶浆料品质的控制.docx
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精密铸造硅溶胶浆料品质的控制
精密铸造硅溶胶浆料品质的控制
画造型材料
精密铸造硅溶胶浆料品质的控制
李彦平
(福士科铸造材料(中国)有限公司,广东深圳518059)
摘要:
阐述了硅溶胶和耐火粉料对浆料的流动性,涂覆性能,使用寿命,耐火度等的影响.硅
溶胶浆料是水性体系,通过对浆料的si0含量,pH值,快速凝胶试验,细菌含量几个主要参数
的控制,可以有效地控制浆料的品质..
关键词:
浆料;硅溶胶;精密铸造
中图分类号:
TG249.5文献标识码:
A文章编号:
1673—3320(2OO9)03一OO08一O4
QualiContr010fSilicaSolSlurryf0rInVestmentCasting
Limping
(FosecoFoundry(China)Co.,Ltd.,Shenzhen5l8059,Guangdong,China)
Abstract:
Thesilicasolandrefractoanditsinnuenceontheslu不yf1owability,coVering,durabilityand
refactOrinesswerediscussed.SilicasOls1urryisawaterbasedsystem.The(1ualityOfsluI1ydependOn
thecOntrOlOfcOntentOfSiO2,pHValue,fastgelatiOntest,cOntentOfbacterias.
KeywOrds:
slur;silicasOl;inVestmentcasting
硅溶胶工艺精密铸造过程控制的关键工序是
制壳,而制壳工序中最难于量化和控制的是浆料
的性能.通常精密铸造厂没有完善的检测手段来
检测制壳原材料的各项指标,供应商对硅溶胶,
耐火粉料品质控制的稳定性,直接影响精密铸造
厂浆料性能的稳定性.大部分精铸厂对浆料的控
制也只是检测作为使用性能的流杯黏度.
作为型壳性能是精密铸造的主要影响因素,
形成壳模强度,耐火度的浆料体系,应该有更完
善的检测和控制方法来保证其性能的稳定性.
1原材料对浆料的影响
1.1硅溶胶
一
般情况下,普通硅溶胶为钠离子稳定型碱
性硅溶胶,硅溶胶自身的性能对其所配制的浆料
性能影响较大.
REMET普通硅溶胶的性能指标如表l所示.
SP.30粒径严格控制在7,9LLm,LP.30的粒径严
格控制在11,13”m.
粒径影响:
粒径的大小直接影响硅溶胶自身
和浆料的稳定性.si0:
含量相同的硅溶胶,粒径
8lz...年第.期
表1REMET硅溶胶性能指标
越小,越容易凝胶,浆料干燥越快,使用寿命越
短,浆料稳定性也越差;如果浆料不失效,其涂
层强度也越高,但面层浆料消耗量少,周转期
长,容易失效;一旦有轻微的失效,其涂层强度
就会大幅度的降低,出现成批的龟裂和面层脱
落.而浆料的轻微失效又很难被监控,因此面层
浆料的稳定性对型壳的影响远大于其强度,LP一30
也比SP一30更适合作为面层粘结剂.SP.30是标准
的背层硅溶胶,其小粒径提供给整个型壳更高的
强度,干燥也更快;但由于背层浆料消耗快,其
精密铸造硅溶胶浆料品质的控制李彦平
稳定性不是影响浆料性能的主要因素.因此SP一30
更适合作为背层粘结剂.
国内之所以选择830硅溶胶用于面层,是由
于受生产工艺条件及整体市场成本的影响,830硅
溶胶粒径分布范围较宽(8,l4m),平均粒径偏
大(9,12LLm),其稳定性和强度接近于LP.30;
1430的粒径范围更宽(10,20um),平均粒径
也更大(14,17um),其涂层强度和干燥速度受
到较大的影响,需要更多的涂层和更厚的型壳来
满足整体强度的要求.在目前国内硅溶胶的现有
条件下,830硅溶胶比1430更适合用于背层.与
l430硅溶胶相比,830用作背层浆料,可适当地减
少涂层数量.
SiO含量影响:
普通硅溶胶在同样粒径下,
SiO含量越高,稳定性就越差,配制的浆料使用
寿命也越短(不加蒸馏水);未失效的浆料,其涂
层强度也越高.但粒径为8m的硅溶胶,当其
siO2含量大于32%(普通的830胶的SiO2含量大
于33%),将开始出现凝胶现象,故浆料中SiO:
含量到达此临界值时,即开始失效.
杂质影响:
硅溶胶中的杂质主要有过量的
Na0,胶体中析出的晶体SiO:
和生产过程及原材
料中带入的其他杂质.杂质含量高会影响硅溶胶
及浆料的稳定性,型壳的湿强度,高温强度及耐
火度.
黏度的影响:
硅溶胶黏度直接影响浆料的粉
液比,黏度和涂覆性能.
pH值与细菌含量:
硅溶胶和浆料的pH值应大
于9.如果pH值小于9,细菌含量会快速增高,浆
料稳定性将会降低,严重时会导致浆料失效,出现
大批量裂壳,暴皮,气孔等缺陷.夏季气温高,
湿度大,细菌繁殖迅速,浆料的pH值需要随时监
控.
生产,存储,运输温度:
硅溶胶需要在合适
的温度下生产,存储和运输.温度过高(大于
40?
),会加速硅溶胶中细菌的繁殖,影响其使
用寿命和使用性能:
温度过低(低于0?
),硅溶
胶被冻结,将直接导致其失效.
1.2耐火粉料
通用的面层耐火粉料一般为锆粉,背层耐火
粉料为莫来石粉.耐火粉料对浆料的性能影响主
要在杂质含量和粒度分布两方面.
杂质含量:
耐火粉料中的杂质主要为FeO,
Na2O,K2O,CaO,Mg0,TiO2,A12O3等氧化物,
此类氧化物在硅溶胶中能部分或全部溶解,形成
Fe,Na+,K,Ca等金属离子.由于硅溶胶特
殊的Si0胶团负离子平衡结构,金属正离子可以
作为桥梁,将硅溶胶中弥散在水中的SiO:
胶团链
接,促使硅溶胶凝胶,所以此类杂质将直接影响
浆料的稳定性和使用寿命,同时还会影响型壳的
强度和铸件的表面品质.
粒度分布:
耐火粉料的粒度及粒度分布会影
响浆料的总固含量,浆料的流杯黏度,流平性和
涂层厚度.合理的粒度应是经过级配的,双峰或
三峰值分布,如图l中REMET公司的锆粉粒度分
布.一般面层锆浆,为了保证浆料中合理的固含
量,在浆料具有良好的流动性下,粉液比(质量
份)应不小于3.5:
l.如果粒度分布不合理会出现
两种情况,如果粒度整体偏细,在保证浆料流杯
黏度时,浆料固含量过低,粉液比过低,会使其
流动性,流平检测的频次,建议每天每桶浆料检测一次.
2.1.2pH值的调整
可以利用氨水(NHOH)来提高浆料的pH
值,试剂级的氨水(28%,30%NH)需要用蒸
馏水或去离子水,按50/50的比率稀释.稀释后的
溶液须搅拌均匀并缓慢地加入浆料中.由于氨水
会很快地失效,每次只制备l一2天的用量.为了
防止氨水挥发,浆料加入氨水后要立即将浆桶盖
好.
搅拌30min后,用标准的pH计测量浆料的pH
值.浆料较适宜的pH值范围是9.4,9.8.如果浆料
的pH值降到9.0时,应小心调整浆料;在提高pH值
时,分两次或更多次调整比一次调整到位要好;在浆
料的pH值下降过低之前,调整其到要求的范围内较
容易.如果浆料的pH值下降得过低(<9.0),即使
调整回来,浆料的性能也难于恢复.
2.2二氧化硅含量
2.2.1二氧化硅含量的检测
主要仪器:
坩埚,纤维盘,精密分析天平,
马弗炉,干燥器.
二氧化硅是粘结剂和滤清液中的矿物成分,在
浆料样品中通过离心法将液体部分从浆料的耐火粉
料中分离出来,取搅拌均匀的分离滤清液约2mL,
放入在980?
的马弗炉中至少焙烧20min,干燥器
中冷却5min并称量后的坩埚(内有纤维盘)中,
称其质量;放入980?
的马弗炉中至少30min,取
出坩埚置于干燥器中冷却5min,称量焙烧后的质
量.通过质量差和所滴入液体质量计算SiO含量.
计算结果应精确到小数点后一位数.
2.2.2二氧化硅含量的调整
Si0含量过高(大于32%),说明水分蒸发
过多,应添加蒸馏水或去离子水以补充失去的水
分,降低SiO含量.使用后的浆料流杯黏度时有
增加,如果此时能将浆料搅拌均匀,这种黏度的
增加,主要应是其中水分蒸发造成的,应添加蒸
馏水或去离子水调整黏度;如果添加硅溶胶,就
会增加浆料中SiO:
含量,多次添加后会造成浆料
10lz?
年第湖
失效.
SiOz含量过低(低于26%),可能是由于水
添加过多,硅溶胶已凝胶;或浆料已严重失效所
造成的.如果是水添加过量,可以补加硅溶胶和
粉料加以调整;如果浆料已失效,必须报废.
2.3细菌含量的测试与控制
2.3.1细菌含量的检测
主要仪器:
有载波片的细菌培养管或类似培
养片,30?
恒温箱.
所有的硅溶胶类产品都是有利于细菌滋生的媒
体,长期在大气环境中储存的浆料,受到来自耐火
粉料,空气,灰尘,操作过程及去离子水或蒸馏水
的污染,浆料中就会出现细菌生长的现象.
旋开培养管,取出其中的载波片,注意载波
片上的琼脂不要接触到管壁及其它物品.将分离
出的清液或要测试的粘结剂滴入载波片上,将琼
脂完全润湿;滴尽多余的液体;将载波片的下端
用干净,干燥的布或纸吸干.
将载波片放入管中,旋紧密封盖;在
27,30?
的恒温箱中孵化48h,或在室温下孵化
5天.孵化后的载波片与标准图谱进行比较.标准
图谱如图2所示.
液体/fCFu?
mL.1
表面/(CFU’cm.1
非常轻微轻微中度严重非常严重
图2用于比较细菌含量的标准图谱
2.3.2细菌含量的控制
如果细菌含量检测结果大于10,可使用不含
香精的氯漂白剂(如84消毒液)加入浆料中,加
入量为浆料液体体积量的0.05%,0.10%.
加入方法:
取适量氯漂白剂溶液,用等量的
蒸馏水稀释,缓缓加入浆料中;搅拌30min后浆
料即可以使用.对于不能检测细菌量的工厂,可
每2周添加一次,在添加蒸馏水时加入;如果细菌
严重,可在几天里分多次小剂量加入,效果会比
一
次大剂量加入要好.
2.4快速凝胶实验检测浆料寿命
主要仪器:
温度范围可保持在60?
?
3?
恒
精密铸造硅溶胶浆料品质的控制李彦平
温干燥炉;有密封盖的玻璃或耐高温塑料瓶(50mL
或更大).
快速凝胶试验可以用来检测浆料的稳定性和
适合使用程度,可每周检测一次,或在怀疑浆料
有问题时及时检测,具体检测步骤如下:
将10,40mL浆料滤清液粘结剂放入两个干
净的玻璃或塑料瓶中,用瓶盖密封(不漏气).在
玻璃瓶的外面标记粘结剂的水平位置.给已装粘
结剂的瓶标号,以便查找;其中…瓶保持在室温
状态;另一瓶放置于6O?
的恒温炉中保持24h,
用夹子或手套将粘结剂从炉子中取出,冷却到室
温.检查粘结剂的水平位置,如果位置明显低于
原始标记,该样品无效.观察样品的流动性与室
温下的样品比较,黏度变化与粘结剂及浆料稳定
性的关系如表1所示.
表1样品黏度与粘结剂及浆料关系
黏度情况粘结剂及浆料情况
样品的黏度没有变化说明粘结剂的稳定性良好.
粘结剂可能已经在胶凝,必须
样品黏了明显翁的亦1已求升正示伯汞利十煤驯
.程;重复该实验,以确认结果
的可重复性.
样品已经凝固成固态说明粘结剂可能非常不稳定,该
或像蜂蜜一样黏稠浆料的使用寿命已非常可疑.
许多因素影响凝胶实验,特别是粘结剂的
二氧化硅含量.有时,样品不能通过快速凝胶实
验,只是由于二氧化硅含量过高;降低二氧化硅
含量就能减少或消除其凝胶的倾向.其它性能比
如pH值,细菌含量也能导致快速凝胶实验的失
败.
3结语
1)硅溶胶浆料的品质首先取决于所用主要原
材料硅溶胶和耐火粉料的品质.目前国内普通830
比l430硅溶胶更适合作为背层粘结剂.耐火粉料
中杂质含量越低越好,粒度要经过级配,形成两
峰或三峰值的粒度分布.合适的硅溶胶与具有合
理化学成分和粒度分布的耐火粉料结合,可使浆
料具有良好的使用性能.
2)硅溶胶浆料需要不断地维护才能保持其性
能的稳定性.除常规的流杯黏度,密度检测外,
SiOz含量,pH值,快速凝胶试验和细菌含量都需
要定期检测,及时调整.通过这几项检测能有效
地监控浆料品质的状况,预防由于浆料问题所导
致的批量裂壳,面层脱落,铸件夹渣等缺陷,有
效地减少不良品率,提高铸件品质,降低综合成
本.
1.过滤网技术性能
江苏启东市志良镇联新过滤网厂
2.过滤网规格
本产品可用于球铁,灰铁,合金铸铁,铝合金,铜合金铸件的型内过滤.
士也:
江苏省启东市志良镇竖河镇南首路口向东1公里邮编:
226216电话
:
05l3—3953778139Ol466307联系人:
顾连新
2..9年第3期l11
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