一种高效环保型镁合金铸造涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于特种功能涂料技术领域，具体涉及一种高效环保型镁合金铸造涂料及其制备方法。

背景技术

镁合金具有比强度、比刚度高、密度小、阻尼性和切削加工性能好等优点，采用镁合金生产的铸件具有良好的减振和降噪性能、电磁屏蔽性能及易回收性等，在航天、航空等领域有着广泛的应用。由于镁合金材料性能较活泼，在镁合金铸件浇注时，镁合金熔体极易与氧发生反应，在铸件中形成氧化夹渣物甚至使整个铸件发生燃烧。同时，镁合金铸件差低压成形时，由于金属液在较大压力下充型，金属液极易挤如铸型砂粒间的间隙而造型胀砂等缺陷。

为了控制镁合金熔体在充型过程中与氧气发生反应，并防止铸件胀砂，实际铸件生产时，需在与熔体接触的铸型表面刷硫磺粉+硼酸+滑石粉的醇基涂料，通过硫磺粉、硼酸与氧气反应，消耗、驱逐铸型内的氧气，并瞬间在金属液表面形成较为致密的保护膜，阻隔金属液与氧气的接触，从而阻止镁合金熔体在高温下氧化及燃烧。同时，涂料中的滑石粉能够填补砂粒间的间隙，阻止金属液渗入砂粒间间隙，防止铸件胀砂。但是，刷硫磺粉+硼酸+滑石粉醇基涂料的工艺方法存在以下所述的一系列弊端：

(1)使用性能较差：硫磺粉+硼酸+滑石粉醇基涂料中，缺少有效的悬浮剂，涂料悬浮和防沉性能差，涂料短时间内就会出现分层结块现象，涂料均匀性及稳定性能难以得到有效控制，砂芯刷涂后，刷痕明显，涂料层厚度难以有效控制；同时，滑石粉颗粒间的结合强度、滑石粉与砂芯间的附着力较差，砂芯烘干后，容易产生脱落。

(2)污染环境：涂料中的硫磺粉在高温下与氧气反应生成的有害气体二氧化硫为大气主要污染物。

(3)损害人体健康：二氧化硫具有强烈刺激性气味，有毒，吸入该气体对呼吸系统、肝、肾、心脏都有危害，为世卫组织国际癌症研究机构公布的3类致癌物之一。同时，脱漏的滑石粉弥漫在空气中，对人体健康也造成较大损害。

(4)损害设备：涂料中硫磺与氧反应生成的二氧化硫与氧气及水反应生成硫酸，腐蚀生产现场设备；同时，滑石粉沉降在精密设备(如设备控制系统、3D打印机等)上，也对设备的使用性能及寿命造成影响。

目前，国内市场上还没有一款使用效果较好、环保的镁合金铸造涂料，国外的镁合金铸造涂料价格昂贵且基本未对中国市场开放，很难采购。

国内有一些相关的专利技术研究，公告号为CN101985156B的专利文件公开了一种适合镁合金铸造用醇基涂料及加工方法，其组成包括：三氧化二铁、酒精、凹凸棒土、酚醛树脂、磷酸二氢铝、膨润土、硼酸。此技术方案中采用的是酚醛树脂，在高温下能够产生燃烧，产生有毒有害气体，涂料发气量较大，降低涂料阻燃效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一款兼具高保护性、环保性及使用性的专用镁合金铸造涂料的制造及使用方法

具体是通过以下技术方案来实现的：

1、一种高效环保型镁合金铸造涂料，其组成包括：基体成分、粘结剂、悬浮剂和阻燃剂；其中，基体成分按质量百分比计为硅藻土20-25％和石墨粉12-18％；按质量百分比计，粘结剂的用量为13-18％，悬浮剂为15-22％，阻燃剂为20-25％。

进一步，所述的粘结剂为水玻璃，悬浮剂为凹凸棒黏土，阻燃剂为MR5202镁合金型砂保护剂。

进一步，所述的硅藻土为325目，石墨粉为500目。

2、上述高效环保型镁合金铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)先采用球磨机对阻燃剂进行高能球磨3-5min；

(2)将基体成分、悬浮剂和球磨好的阻燃剂混合2-3min，再加入粘结剂；

(3)加入涂料成分总质量75-90％的工业酒精，采用搅拌器以100-200r/min的转速搅拌3-5min后得到高效环保型镁合金铸造涂料，采用波美计检测涂料波美度，如波美度未达到30-40则重复加入酒精、搅拌的步骤直至涂料的波美度达到设定范围。

3、上述高效环保型镁合金铸造涂料的使用方法：

(1)砂芯刷涂涂料前，需将砂芯表面的浮砂清理干净；

(2)采用涂料刷刷涂涂料，砂芯每个位置刷涂3-4遍，涂刷完成后，点火烧除砂芯表面酒精；

(3)为保证涂料的均匀性，涂料每使用3-4分钟，需采用搅拌勺搅拌约1分钟；

(4)将砂芯至于砂芯烘烤炉中，在80-150℃下保温1-3h，然后取出砂芯，用毛刷清理砂芯表面富集的涂料层，然后吹干净即可进行组型使用。

综上所述，本发明的有益效果在于：本发明提出一种具备良好悬浮性、附着力及对镁合金铸件良好保护性的专用镁合金砂型铸造涂料，所述涂料的组成包括基体成分、粘结剂、悬浮剂和阻燃剂。涂料使用效果好，能有效防止铸件胀砂及燃烧，铸件表面光洁度高。同时，涂料环保性好，涂料附着力强，清理时不会产生大量粉尘，铸件浇注时，涂料不会产生有毒有害腐蚀性气体，涂料环保性显著提高。同时，按照提出的涂料使用方法，生产出的铸件表面质量高。通过样块比较法检测，铸件表面粗糙度可达6.3，铸件无烧蚀。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。

实施例1

1、一种高效环保型镁合金铸造涂料，其组成包括：基体成分、粘结剂、悬浮剂和阻燃剂；其中，基体成分按质量百分比计为硅藻土24％和石墨粉16％；按质量百分比计，粘结剂的用量为16％，悬浮剂为20％，阻燃剂为24％。

进一步，所述的粘结剂为水玻璃，悬浮剂为凹凸棒黏土，阻燃剂为MR5202镁合金型砂保护剂。

进一步，所述的硅藻土为325目，石墨粉为500目。

2、上述高效环保型镁合金铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)先采用球磨机对阻燃剂进行高能球磨5min；

(2)将基体成分、悬浮剂和球磨好的阻燃剂混合3min，再加入粘结剂；

(3)加入涂料成分总质量80％的工业酒精，采用搅拌器以150r/min的转速搅拌3-5min后得到高效环保型镁合金铸造涂料，采用波美计检测涂料波美度，波美度为34。

涂料悬浮率：2h≥95％，24h≥91％。涂料涂覆、烘干、冷却后，涂料层无裂纹、无起泡、无肉眼可见的针孔，涂料层均匀光滑。

3、上述高效环保型镁合金铸造涂料的使用方法：

(1)砂芯刷涂涂料前，需将砂芯表面的浮砂清理干净；

(2)采用涂料刷刷涂涂料，砂芯每个位置刷涂4遍，涂刷完成后，点火烧除砂芯表面酒精；

(3)为保证涂料的均匀性，涂料每使用3-4分钟，需采用搅拌勺搅拌约1分钟；

(4)将砂芯至于砂芯烘烤炉中，在100℃下保温2h，然后取出砂芯，用毛刷清理砂芯表面富集的涂料层，然后吹干净即可进行组型使用。

实施例2

1、一种高效环保型镁合金铸造涂料，其组成包括：基体成分、粘结剂、悬浮剂和阻燃剂；其中，基体成分按质量百分比计为硅藻土20％和石墨粉18％；按质量百分比计，粘结剂的用量为18％，悬浮剂为22％，阻燃剂为22％。

进一步，所述的粘结剂为水玻璃，悬浮剂为凹凸棒黏土，阻燃剂为MR5202镁合金型砂保护剂。

进一步，所述的硅藻土为325目，石墨粉为500目。

2、上述高效环保型镁合金铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)先采用球磨机对阻燃剂进行高能球磨4min；

(2)将基体成分、悬浮剂和球磨好的阻燃剂混合3min，再加入粘结剂；

(3)加入涂料成分总质量75％的工业酒精，采用搅拌器以200r/min的转速搅拌3min后得到高效环保型镁合金铸造涂料，采用波美计检测涂料波美度，波美度为30。

涂料悬浮率：2h≥97％，24h≥93％。涂料涂覆、烘干、冷却后，涂料层无裂纹、无起泡、无肉眼可见的针孔，涂料层均匀光滑。

3、上述高效环保型镁合金铸造涂料的使用方法：

(1)砂芯刷涂涂料前，需将砂芯表面的浮砂清理干净；

(2)采用涂料刷刷涂涂料，砂芯每个位置刷涂3遍，涂刷完成后，点火烧除砂芯表面酒精；

(3)为保证涂料的均匀性，涂料每使用3-4分钟，需采用搅拌勺搅拌约1分钟；

(4)将砂芯至于砂芯烘烤炉中，在80℃下保温3h，然后取出砂芯，用毛刷清理砂芯表面富集的涂料层，然后吹干净即可进行组型使用。

实施例3

1、一种高效环保型镁合金铸造涂料，其组成包括：基体成分、粘结剂、悬浮剂和阻燃剂；其中，基体成分按质量百分比计为硅藻土25％和石墨粉18％；按质量百分比计，粘结剂的用量为15％，悬浮剂为22％，阻燃剂为20％。

进一步，所述的粘结剂为水玻璃，悬浮剂为凹凸棒黏土，阻燃剂为MR5202镁合金型砂保护剂。

进一步，所述的硅藻土为325目，石墨粉为500目。

2、上述高效环保型镁合金铸造涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)先采用球磨机对阻燃剂进行高能球磨5min；

(2)将基体成分、悬浮剂和球磨好的阻燃剂混合3min，再加入粘结剂；

(3)加入涂料成分总质量90％的工业酒精，采用搅拌器以100r/min的转速搅拌5min后得到高效环保型镁合金铸造涂料，采用波美计检测涂料波美度，涂料波美度为38。

涂料悬浮率：2h≥96％，24h≥92％。涂料涂覆、烘干、冷却后，涂料层无裂纹、无起泡、无肉眼可见的针孔，涂料层均匀光滑。

3、上述高效环保型镁合金铸造涂料的使用方法：

(1)砂芯刷涂涂料前，需将砂芯表面的浮砂清理干净；

(2)采用涂料刷刷涂涂料，砂芯每个位置刷涂3遍，涂刷完成后，点火烧除砂芯表面酒精；

(3)为保证涂料的均匀性，涂料每使用3-4分钟，需采用搅拌勺搅拌约1分钟；

(4)将砂芯至于砂芯烘烤炉中，在150℃下保温1h，然后取出砂芯，用毛刷清理砂芯表面富集的涂料层，然后吹干净即可进行组型使用。