专利名称：稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种涂料的配制与使用方法，特别涉及一种稀土镁合金覆膜砂砂 型铸造用涂料以及该涂料的使用方法。
背景技术：
随着镁合金在汽车业、航空航天工业、电子器件等领域的日益广泛应用，对 镁合金承力铸件的质量及尺寸精度提出了愈来愈高的要求，而采用传统的镁合金 砂型铸造方式常出现砂型与镁合金熔体反应、铸件表面粗糙、内部出现夹砂和氧 化夹杂，铸件的力学性能偏低、耐腐蚀性能下降等问题。目前所用的覆膜砂砂型 铸造，虽然适宜于制造结构复杂的薄壁件，但用于铸造镁合金时却没有特别的措 施来防止镁合金与砂型的反应，镁合金热容低、薄壁部位充型困难、砂型烘烤温 度受限制，铸件内部氧化巻气严重。因此，迫切需要寻求一种能够改善砂型铸件 表面质量、减少砂型与铸件之间的反应、提高充型能力措施的涂料。目前我国尚 无应用在覆膜砂砂型铸造的涂料。
发明内容
本发明针对目前覆膜砂砂型铸造稀土镁合金时的缺陷而提供一种可有效解 决覆膜砂砂型铸造时出现的镁合金与砂型反应现象、从而提高铸件表面质量的稀 土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料及其使用方法。
为实现上述发明目的，本发明的实施方案是
一种稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料，其特征在于所述的涂料原料质量百 分数为
氧化锆 2 20% 硼酸 3 15% 白垩粉 2 10% 水玻璃 0.5 6.5% 石墨粉 0.5 5% 余量为水
按上述成分配方经涂料配制步骤制得涂料。所述的涂料配制步骤为
a、 计算出每种原料的质量数，并先将水倒入干净的容器内；
b、 将已经称量好的硼酸、白垩粉、氧化锆混合后同时放入或取任一种依次 放入上述容器内，搅拌均匀，配制成溶液；
C、将已经称量好的水玻璃放入上述己经配制好的溶液中，经搅拌均匀后配 制成悬浮液；
d、将已经称量好的石墨粉放入步骤c巳经配制的悬浮液中，搅拌5 25min 即得所需涂料。
所述的硼酸、白垩粉、氧化锆的任一种依次放入上述容器的过程是首先将 称量好的硼酸放入上述容器内，搅拌均匀配制成含有硼酸的溶液；然后将称量好 的白垩粉放入上述容器内的溶液中，搅拌均匀配制成含有硼酸、白垩粉的溶液； 最后将称量好的氧化锆放入上述容器内，搅拌均匀配制成含有硼酸、白垩粉和氧 化锆的溶液。
所述的使用方法在砂型腔面低于IO(TC温度条件下直接进行均匀刷涂；或在 100 28(TC温度条件下用空气压縮喷枪对砂型腔面进行均匀喷涂。
所述的使用喷枪喷涂的，当砂型腔面温度高于16(TC后，砂型升温速度不得 大于2°C/min。
本发明涂料涂刷在覆膜砂铸型表面可以抑制和减少稀土镁合金熔体与砂型 反应，提高覆膜砂砂型预热温度改善合金熔体的充型能力和提高稀土镁合金的成 型性能，使稀土镁合金铸件尤其是薄壁铸件表面质量和内部质量得以显著提高， 涂料制作简单，在常温下使用对人体无伤害，环境无污染。
具体实施例方式
本发明的具体实施包括三部分。
一、 涂料成分配比
按原料质量百分数氧化锆2 20%，硼酸3 15%，水玻璃0.5 6.5%,石墨 粉0.5 5%，白垩粉2 10%，余量为水。
二、 涂料配制步骤
a、 计算出每种原料的质量数，并先将水倒入干净的容器内；
b、 将已经称量好的硼酸放在上述容器内，搅拌均匀；
C、将已经称量好的白垩粉放入步骤b已经配制好的溶液中，搅拌均匀； d、将已经称量好的氧化锆放入步骤C已经配制的溶液中，搅拌均匀；e、 将己经称量好的水玻璃加入步骤d已经配制的悬浮液中，搅拌均匀；
f、 将己经称量好的石墨粉放入步骤e已经配制的悬浮液中，根据所配涂料 的浓稀程序，搅拌5 25min即可使用。
在制备含有硼酸、白垩粉和氧化锆的溶液时以依次放入为较好，容易得到搅 拌均匀的溶液。
三、涂料使用方法
在砂型腔面低于100'C温度段下可以直接进行均匀刷涂；在100 280'C温度 条件下用空气压縮喷枪对砂型腔面进行均匀喷涂，避免高温烫伤操作人员。当砂 型腔面温度高于160'C后，砂型升温速度要缓慢，升温速度不得大于2'C/min， 若升温速度过快，而覆膜砂本身传热较慢，造成内、外温差大，易造成塌砂现象。 对于覆膜砂来说，其砂型腔面温度不得超过28(TC，否则砂型强度降低，同样会 造成塌砂现象，故必须控制涂料使用条件。在低于10(TC的温度段， 一般均可用 刷涂方法。砂型放在加热炉内加热，其腔面升温速度由炉外温度表控制。当浇铸 含有Nd、 Y、 Gd、 Zr等元素的稀土镁合金时，稀土镁合金熔体温度控制在760 820。C范围内，再浇入表面喷有上述涂料的铸型中，实现铸件成型。
本发明适用于稀土镁合金覆膜砂砂型铸造的铸型涂料。由于稀土镁合金含有 的稀土元素不同和零件的种类、尺寸、复杂程度的区别，对涂料成份的配比、覆 膜砂砂型加热的温度必须作适当调整。下面通过实施例来进一步理解本发明的具 体要点。
实施例l
根据具体的要求，当浇铸一种含有Nd和Y的稀土镁合金非对称薄壁件时， 铸型最薄处仅4mm，将覆膜砂砂型加热到280°C,此时由于砂型腔面温度高于160 。C，故必须控制砂型腔面升温速度不得大于2'C/min。在此温度下配制一种涂料 的原料质量百分数为氧化锆2.0%，硼酸3.0%，水玻璃0.50%，白垩粉2.0%， 石墨粉0.5%，其余量为水。用高速旋转搅拌机将上述涂料搅拌5min，充分混合。 在此温度条件下，将涂料用空气压縮喷枪均匀缓慢地喷涂在覆膜砂砂型表面。
对用此方式得到的稀土镁合金非对称薄壁件进行分析，可以看出得到的铸 件表面致密光滑，性能较好，达到了目标要求，铸件的各项力学性能高，同时在 薄壁部分成型好，縮松、疏松、气孔、縮孔、裂纹、成层、夹杂、氧化膜等问题 得到很好解决。铸件内部出现夹砂和氧化夹杂大大减少，砂型强度高，没有出现 与镁合金熔体发生反应的现象，而且在280'C的高温条件下，由于利用压缩空气喷枪来完成喷涂工作，操作人员得到了有效保护，极大减少了烧伤发生的可能性。 实施例2:
根据具体的要求，当浇铸一种发动机耐热稀土镁合金零部^^时，将覆膜砂 砂型在室温条件下刷涂涂料，在此温度下要求配制一种涂料的原料质量百分数 为氧化锆19.9%，硼酸14.8%，水玻璃6.5%,白垩粉10.0%，石墨粉5.0%， 其余量为水。用高速旋转搅拌机将上述涂料搅拌25min，充分混合。在此温度条 件下，将涂料用细毛刷均匀缓慢地刷涂在覆膜砂砂型表面。
对用此方式得到的发动机耐热稀土镁合金零部件进行分析，可以看出得到 的铸件表面光滑，组织致密，表面性能好，达到了发动机耐热稀土镁合金零部件 的要求，而且在此温度条件下，砂型强度高，没有出现与镁合金液发生反应的现 象，铸件的各项力学性能高，同时在铸件内部氧化巻气问题上得到了有效解决。 实施例3:
根据具体的要求浇铸某大型稀土镁合金航空部件，部件外形尺寸直径约 200mm，最高高度250mm，壁厚最薄处5mm，与其它部位的厚度差达10ram。将砂 型在IO(TC温度条件下用压縮空气喷枪喷涂涂料，在此温度下要求配制一种涂料 的原料质量百分数为氧化锆12.0%，硼酸9.2%，水玻璃3.6%，白垩粉5.9%， 石墨粉2.8%，其余量为水。用高速旋转搅拌机将上述涂料充分搅拌20min，充 分溶解混合，静置即可使用。在此温度条件下，也可用细毛刷将涂料均匀缓慢地 刷涂在覆膜砂砂型表面。
对用此方式得到的稀土镁合金航空部件进行分析，得到的铸件表面光滑， 表面组织得到了细化，表面性能好，达到了规定的要求，而且在此温度条件下， 砂型强度高，没有出现与镁合金液发生反应的现象，铸件的各项力学性能高。 实施例4:
根据具体的要求浇铸某高性能稀土镁合金件时，部件外形尺寸直径约 80mra，最高高度160咖，壁厚最薄处8mm，与其它部位的厚度差达IO咖，部件不 规则、不对称。将砂型在22(TC温度条件下用压縮空气喷枪喷涂涂料，并控制砂 型腔面升温速度不得大于2TVmin。在此温度下要求配制一种涂料的原料质量百 分数为氧化锆5.8%，硼酸6.2%，水玻璃2.3%，白垩粉3.7%，石墨粉1.6%, 其余量为水。用高速旋转搅拌机将上述涂料充分搅拌10min，充分溶解混合，静 置即可使用。
对用此方式得到的稀土镁合金件进行分析，得到的铸件表面光滑，表面组织得到了细化，表面性能好，达到了规定的要求，而且在此温度条件下，砂型强 度高，没有出现与镁合金液发生反应的现象，铸件的各项力学性能高。
实施例5
根据具体的要求浇铸某小型高性能稀土镁合金件，部件外形尺寸直径约 70mm，最高高度110mm，壁厚最薄处6mm。将砂型在260'C温度条件下用压縮空 气喷枪喷涂涂料，并控制砂型腔面升温速度不得大于2'C/min。在此温度下要求 配制一种涂料的原料质量百分数为氧化锆16.2%，硼酸12.4%，水玻璃4.8%, 白垩粉7.9%，石墨粉3.9%，其余量为水。用高速旋转搅拌机将上述涂料搅拌 15min，充分溶解混合，静置即可使用。
对用此方式得到的稀土镁合金件进行分析，得到的铸件表面光滑，表面组织 得到了细化，表面性能好，达到了规定的要求，而且在此温度条件下，砂型强度 高，没有出现与镁合金液发生反应的现象，铸件的各项力学性能高。
权利要求
1. 一种稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料，其特征在于所述的涂料原料质量百分数为氧化锆2～20％硼酸 3～15％白垩粉2～10％水玻璃0.5～6.5％石墨粉0.5～5％余量为水按上述成分配方经涂料配制步骤制得涂料。
2、 根据权利要求1所述的稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料，其特征在于所述 的涂料配制步骤为a、 计算出每种原料的质量数，并先将水倒入干净的容器内；b、 将己经称量好的硼酸、白垩粉、氧化锆混合后同时放入或取任一种依次放入 上述容器内，搅拌均匀，配制成溶液；c、 将已经称量好的水玻璃放入上述已经配制好的溶液中，经搅拌均匀后配制成 悬浮液；d、 将已经称量好的石墨粉放入步骤c已经配制的悬浮液中，搅拌5 25min即 得所需涂料。
3、 根据权利要求2所述的稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料，其特征在于所 述的硼酸、白垩粉、氧化锆的任一种依次放入上述容器的过程是首先将称量好的 硼酸放入上述容器内，搅拌均匀配制成含有硼酸的溶液;然后将称量好的白垩粉放 入上述容器内的溶液中，搅拌均匀配制成含有硼酸、白垩粉的溶液；最后将称量好 的氧化锆放入上述容器内，搅拌均匀配制成含有硼酸、白垩粉和氧化锆的溶液。
4、 一种稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料的使用方法，其特征在于所述的使用 方法在砂型腔面低于IO(TC温度条件下直接进行均匀刷涂；或在100 280'C温度条 件下用空气压縮喷枪对砂型腔面进行均匀喷涂。
5、 根据权利要求4所述的稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料的使用方法，其特 征在于所述的使用喷枪喷涂的，当砂型腔面温度高于16(TC后，砂型升温速度不得 大于2°C/min。
全文摘要
本发明涉及一种稀土镁合金覆膜砂砂型铸造用涂料及其使用方法，涂料原料质量百分数为氧化锆2～20％，硼酸3～15％，白垩粉2～10％，水玻璃0.5～6.5％，石墨粉0.5～5％，余量为水。按上述成分配方经配制步骤制得涂料。此种涂料按砂型腔面温度可直接刷涂或喷枪喷涂在覆膜砂砂型表面，可以抑制和减少稀土镁合金熔体与砂型反应，提高覆膜砂型预热温度改善合金熔体的充型能力，提高稀土镁合金的成型性能，使铸件表面质量和内部质量得到显著提高，尤其是对薄壁铸件可起到明显效果，涂料制作过程简单，在常温下使用对人体无伤害，对环境无污染。
文档编号B22C23/00GK101279356SQ200810061819
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者周灵展, 宋运坤, 张广明, 徐永东, 朱秀荣, 波 杨, 荣 王, 费良军, 赵国田, 高明灯 申请人:中国兵器工业第五二研究所