铸钢件砂型新型醇基涂料的研制-毕业设计(论文).pdf
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1、东南大学 硕士学位论文铸钢件砂型新型醇基涂料的研制_ 姓名:齐全谈_申请学位级别:硕士_专业:材料学_指导教师:林萍华_20071231摘要摘要开发新型铸钢件铸型用醇基涂料对实现高品质铸造涂料国产化,提高我国企业铸钢 件生产的国际竞争力具有重要意义。本文以错英粉为主要骨料,PVB为触变剂,松香/酚醛树脂为粘结剂,分别以Li膨润土、有机改性膨润土和有机改性凹凸棒石粘土为悬 浮剂,在这些基本组分中添加少量其他添加剂,制备了涂料样品,研究了配方与制备工 艺对涂料性能的影响。着重研究了凹凸棒石粘土的改性处理,作为醇基涂料新型悬浮剂 的改性凹凸棒石粘土性能及其对涂料性能的影响。在以Li膨润土为悬浮剂的醇
2、基涂料中添加适量的滑石粉,涂料的流变性改善,涂 层光滑;分别配制Li膨润土和有机膨润土为悬浮剂的醇基涂料,通过均匀试验方法获 得两种涂料的最佳工艺参数,采用这些参数制得的涂料涂刷砂型并浇注,获得的铸件表 面无粘砂和气孔缺陷。对凹凸棒石粘土进行有机改性处理的结果表明:改性剂聚丙烯酸铉只能提高凹凸棒 石粘土水悬浮液的悬浮性;MA/TM复合改性处理后,凹凸棒石粘土转变成两亲性酯化 物,改性凹凸棒石粘土乙醇悬浮液的悬浮性良好。在以MA/TM复合改性凹凸棒石粘土为悬浮剂配制的涂料中,添加表面活性剂油 酸、正硅酸四乙酯不能有效消除醇基涂料长期放置后的“死沉淀”现象。气相纳米Si。?能有效改善涂料的触变性,
3、使“死沉淀”现象消除。TE M照片表明:纳米Si 6吸附在 凹凸棒石粘土棒晶上,能阻止凹凸棒石粘土团聚。经过合理的分散和添加次序,配成的 改性凹凸棒石粘土醇基涂料放置一个月后,悬浮性能优越,搅拌之后即可使用。该涂料 涂刷方便,涂层光滑,粘结强度高。关键词:醇基铸造涂料,悬浮剂,凹凸棒石粘土,改性处理,铸钢,砂型东南大学硕士学位论文AbstractIt i s o f gr ea t si gni fi ca nce t o d evelo p new t ype a lco ho l-ba sed st eel ca st i ngs sa nd mo ld co a t i ngs fo r
4、 a chi evi ng t he d o mest i c pr o d u ct i o n o f hi gh-qu a li t y ca st co a t i ng a nd enha nci ng Chi nese ent er pr i ses t he i nt er na t i o na l co mpet i t i veness o f t he st eel ca st i ng pr o d u ct i o ns.In t hi s pa per,t he co a t i ng sa mples a r e pr epa r ed w i t h zi r
5、co n po w d er a s t he ma i n a ggr ega t e,PVB a s t he t hi xo t r o pi c a gent,r o si n/ba keli t e a s t he bi nd er,u si ng Li bent o ni t e cla y,o r ga ni c mo d i fi ed bent o ni t e cla y a nd o r ga ni c mo d i fi ed a t t a pu lgi t e cla y a s t he su spensi o n a gent r espect i vely,
6、a nd a d d i ng a sma ll a mo u nt o f o t her a d d i t i ves.The i nflu ences o f t he fo r mu la a nd t he pr epa r a t i o n pr o cess o n t he pr o per t i es o f t he co a t i ngs a r e i nvest i ga t ed.The empha si s i s o n t he pa lygo r ski t e cla y mo d i fi ca t i o n,t he pr o per t i
7、 es o f t he mo d i fi ca t ed pa lygo r ski t e cla y w hi ch i s u sed a s t he new su spensi o n a gent o f t he a lco ho l-ba sed co a t i ng,a nd i t s i nflu ences o n t he pr o per t i es o f t he co a t i ng.The r heo lo gy o f t he co a t i ng ca n be i mpr o ved a nd t he co a t i ng su r
8、fa ce beco mes smo o t h by a d d i ng so me t a lcu m po w d er i nt o co a t i ng w i t h Li bent o ni t e cla y a s su spensi o n a gent.Tw o co a t i ngs w i t h Li bent o ni t e cla y a nd o r ga ni c mo d i fi ed bent o ni t e cla y a r e fa br i ca t ed by mea ns o f u si ng t he o pt i mi ze
9、d pa r a met er s o bt a i ned fr o m t he u ni fo r m t est s.The su r fa ce o f t he st eel ca st i ng pr o d u ced by t he sa nd mo ld br u shed w i t h ea ch o f t he t w o co a t i ngs ha s no penet r a t i o n o r st o ma t a d efect s.The o r ga ni c mo d i fi ca t i o n r esu lt s sho w t ha
10、 t t he po Jypr o pylene-a mmo ni u m mo d i fi er ca n o nly i mpr o ve t he su spensi o n r a t e o f pa lygo r ski t e cla y w a t er su spensi o n,w hi le MA/TM ca n mo d i fy pa lygo r ski t e cla y i nt o a mphi phi li c est er i fi ed est er.The su spensi o n r a t e o f t he a lco ho l su sp
11、ensi o n w i t h mo d i fi ed pa lygo r ski t e cla y i s hi gh.In t he a lco ho l-ba sed co a t i ngs w i t h MA/TM mo d i fi ed pa lygo r ski t e cla y a s t he su spensi o n a gent,a d d i ng o lei c a ci d o r Si(OC2H5)4 su r fa ct a nt ca n no t effect i vely pr event t he per ma nent pr eci pi
12、 t a t e pheno meno n a ft er lo ng-t er m st o r a ge,w hi le fu med na no-si li co n d i o xi d e ca n effect i vely i mpr o ve t he t hi xo t r o py a nd eli mi na t e t he per ma nent pr eci pi t a t e pheno meno n.TEM pi ct u r es sho w t ha t:na no-si li co n d i o xi d e a r e a d so r bed o
13、n t he pa lygo r ski t e cr yst a l r o d s,w hi ch ca n pr event t hem r eu ni o n;Fa br i ca t i ng i n a cco r d a nce w i t h r ea so na ble d i sper si ng a nd a d d i ng pr o ced u r e,t he su spensi o n pr o per t y o f t he a lco ho l-ba sed co a t i ngs w i t h mo d i fi ed pa lygo r ski t
14、e cla y i s st i ll su per i o r a ft er pla ced fo r o ne mo nt h,a nd i t ca n be u sed ju st a ft er st i r r i ng.It i s a go o d a lco ho l-ba sed ca st i ng fo r st eel ca st i ngs sa nd mo ld beca u se o f i t s co nveni ent br u shi ng,smo o t h co a t i ng a nd hi gh bo nd st r engt h.key w
15、ords:a lco ho l-ba sed ca st co a t i ngs,su spensi o n a gent,a t t a pu lgi t e cla y,mo d i fi ca t i o n,st eel ca st i ngs,sa nd mo ld s东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果,也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作
16、了明确的说明并 表示了谢意。研究生签名:R期:_东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 竟印件和电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文.本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被杳阅和借阅,可 以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研 究生院办理。研究生签名:导师签名:日期:第一章绪论第一章绪论铸造涂料一般由耐火材料、载液、粘结剂、悬浮剂和其它附加剂组成。广泛应用于 铸造生产中各种铸型和型芯.具有防止铸件粘砂、降低铸件表面粗糙度、提高金属型使 用寿
17、命、改善铸件表面材质等作用,某些新型涂料还能使铸件表面合金化.铸造涂料种 类繁多,有多种分类方法,可根据铸造合金、铸型材料、耐火填料、载体液以及铸造工 艺等进行分类,如根据铸造合金材料的不同可分为铸钢用涂料、铸铁用涂料、铸铝用涂 料、铸镁用涂料等;根据铸型材料的不同可分为粘土砂湿型用涂料、粘土砂干型用涂料、水玻璃砂型用涂料、树脂砂型用涂料等;根据耐火填料的不同可分为石墨粉涂料、石英 粉涂料、镁砂粉涂料、钻英粉涂料等:根据液体载体的不同可分水基涂料、有机溶剂涂 料;根据铸造工艺方法的不同可分为砂型用涂料、金属型用涂料、离心铸造用涂料、实 型铸造用涂料、真空负压造型用涂料、压铸用涂料、熔模精铸用涂
18、料等0L1.1 铸造涂料的性能及其影响因素1.1.1 铸造涂料的性能铸造涂料有如下三项基本性能:涂料的物理性能、涂敷性能及工艺性能.用。一、涂料的物理性能1.密度(g/cn?)涂料的质量对其体积的比值。它是由涂料中各种组分的密度及它们 的组合比例所决定的。在保证其他性能的前提下,通常希望涂料的密度能大一些。在一 般情形下,对同一种涂料而言,其密度越大,则条件粘度越大、涂层越厚、流平性越差、渗入砂层也越浅;反之则相反。同一种涂料密度的大小可以间接地反映出该涂料中固体 含量的高低。在涂料的配制和使用中,密度是常用的控制和调节的指标之一。2.固体含量()涂料中固体物所占的质量分数。固体含量高的涂料,
19、易于干燥,甚 至某些水基涂料可以风干;干燥和激热时涂层的收缩率小,不易开裂;在涂刷次数相同 时,所获得的有效涂层厚度大.因此,在满足其他性能的前提下,应尽可能地提高涂料 的固体含量。3.悬浮性涂料抵抗固体耐火粉料分层和沉淀的能力。JB9226-1999标准中规定,将涂料稀释至使用状态时的悬浮性分为两级,表1.1所示。悬浮性差会给涂敷带来困难,同时影响涂层质量,尤其对于采用流涂方式的涂料,对其悬浮性的要求更高。在保证涂 料其他性能的前提下,其悬浮率越高越好,凡出现严重沉淀、板结(又称“死沉淀”)的 涂料,一般不宜使用。东南大学硕士学位论文表L1铸造涂料悬浮性分级Ta b.1.1 The cla
20、ssi fi ca t i o n o f su spensi o n o f ca st co a t i ng级别悬 浮水基(6h)率(%)有机溶剂(2h)一级9590二级290-95285-904.粘度涂料粘性的大小可以用粘度来衡量。条件粘度表示在特定的条件下,涂料液体分子及固体颗粒阻碍涂料相对流动的程 度,用时间(s)表示,是用66mm或4mm流杯进行测量,以流杯内涂料流完所用时间 表示粘度的大小。涂料的条件粘度是涂料的稠度、流变特性和内部结构程度等的综合反 映,同时又关联到涂料的涂刷性、渗透性和流平性等其他性能。因此在涂料的质量控制 中具有相当的实用价值。JB/T922&1999标准
21、规定:稀释好的各种牌号的水基涂料的条 件粘度(e6mm流杯)分别为10-15s、15-20s、15-25s和20-30s稀释好的有机溶剂涂料的 条件粘度(6mm 或4)4mm的孔径。流杯目前尚无统一尺寸,用同一流杯测得的粘度值可相互比较。这种 方法因简单方便,在铸造车间常用。(2)旋转粘度计法这是目前广泛用来测定粘度和流变特性的主要方法。所用仪器为NDJ-9S旋转粘度 计。通过测定不同剪切速率下涂料粘度值的大小,以表观粘度T为纵坐标,剪切速率D 为横坐标,根据测得的值作出流变性拟合曲线,对照标准流变曲线即可确定此种涂料的 流变类型。东南大学硕士学位论文第三章Li 土/有机土悬浮剂铸钢件砂型乙醇
22、基涂料国产Li膨润土(简称Li土)和有机膨润土(简称有机土)悬浮剂铸钢件乙醇基涂料悬 浮性差,长时间存放会板结,触变性差冽。考虑到滑石粉和石墨具有改善涂料悬浮性和 触变性的作用,同时考虑到滑石粉耐火度低,石墨可能导致合金增碳,加入量不宜过多,所以试验尝试在常用Li膨润土悬浮剂铸钢件乙醇基涂料配方中添加少量滑石粉和石 墨,观察滑石粉和石墨及其加入量对涂料性能的影响。滑石粉和石墨加入后,必然影响 其他组分的配比,为了用最少的实验次数获得可靠的结果,采用均匀试验方案。3.1 Li膨润土悬浮剂乙醇基涂料的制备及性能3.1.1 均匀试验方案相关均匀试验如表3.1和表3.2所示。对于未被列入均匀表的因素,
23、在实验过程中 作为恒定因素。配制步骤:1.称量所需的各组分:2.将松香、PVB加入乙醇中分别溶解,松香先加入乙醇中,边加边搅拌即溶。注意:对PVB要小量分批加入,一次性加入造成溶解困难:3.Li 土先以少量的水引发,浸泡然后超声搅拌lOmi n,待其充分溶胀后,和已经溶解 完全的松香/PVB溶液混合并再次用离心搅拌器搅拌O.5h;4.将混合充分的骨料分5次等量加入步骤3中的混合液中,并且边加入边搅拌,直至 全部加完;5.将浆料放在离心搅拌器下进行搅拌:转速固定为1 OOO r/mi n,每种配方的浆料搅拌 lh;6.将搅拌充分的涂料装瓶,密封待用。表3.1均匀试验因素水平表Ta b.3.1 T
24、he fa ct o r s a nd levels o f t he u ni fo r m exper i ment s水平悬浮剂:Li(g)粘结剂:松香(g)触变剂:PVB(g)因 素 教液:乙醇(ml)骨料:错英粉(g)添加剂:滑石粉(g)添加剂:石墨(g)I7.55315050000n8.755.54175480202ni106520046040418第三章Li 土/有机上悬浮剂铸钢件砂型乙醇基涂料表3.2均匀试验方案UQ)Ta b.3.2 The schemes o f t he u ni fo r m exper i ment s 火3)编号悬浮剂;Li(g)粘结剂:松香触变剂:
25、PVB(g)载液:乙醇(ml)骨料:信英粉(g)添加剂:滑石粉(g)添加剂:石墨(g)LI11(8.75)n(5.5)1(3)I(150)1(500)11(20)1(0)L211(8.75)DI(6)11(4)m(2o o)m(460)111(40)nL3m(10)ni(6)i n(5)11(175)11(460)KO)1(0)L4I(7.5)1(5)1(3)11(175)111(460)KOn(2)L5I(7.5)n(5.5)m(5)m(2o o)1(500)1(0)ni(4)L611(8.75)1(5)m1(150)01(460)11(20)ni(4)L7I(7.5)11(5.5)n(4)
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