《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》是中國兵器工業第五九研究所於2013年02月04日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN103111585A，專利公布日：2013年05月22日，該專利申請號為2013100430310，發明人是陳強，陶健全，黃志偉，樊富友，陳明，朱春華。
《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》公開一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝，複合鑄型中面層是以鋯溶膠為黏結劑，電熔白剛玉粉為耐火材料形成的陶瓷型殼。背層是石膏、鋁礬土和硼酸混合料形成的加固保溫層。用該發明製備的陶瓷石膏複合鑄型，背層石膏溫度高，導熱率低，能降低鎂合金熔體充型過程中的散熱速度，提高鎂合金熔體的充型能力，陶瓷層能防止鎂合金熔體與鑄型工作面層發生化學反應，同時提高鎂合金鑄件的表面質量。
2020年7月14日，《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝
- 公布號：CN103111585A
- 地址：重慶市沙坪壩區渝州路33號
- 公布日：2013年05月22日
- 發明人：陳強，陶健全，黃志偉，樊富友，陳明，朱春華
- 申請號：2013100430310
- Int. Cl.：B22C9/04（2006.01）I
- 申請日：2013年02月04日
- 申請人：中國兵器工業第五九研究所
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,製備工藝,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
鎂合金鑄件質量輕，在航空航天領域套用廣泛。砂型鑄造方法生產的鎂合金鑄件尺寸精度低，表面較粗糙；同時砂型導熱較快，使得鎂合金熔體散熱速度快，砂型鑄造只能生產厚大的鎂合金鑄件，再通過加工才能達到使用要求。
熔模鑄造能生產結構複雜的鎂合金鑄件，同時能滿足鑄件的表面粗糙度和尺寸公差要求。但是，傳統的熔模鑄造鑄型均含有SiO2粘結劑。由於鎂合金熔體化學性質異常活潑，能與SiO2發生化學反應，導致鎂合金熔體氧化甚至燃燒，大大限制了其套用。因此《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》採用在非平衡狀態下不與鎂合金熔體發生化學反應的耐火材料和含有ZrO2的鋯溶膠粘結劑型殼作為鑄型的面層。同時，常規熔模鑄造型殼因其材質導熱率較高，殼體厚度較薄的特點，使得在澆鑄過程中散熱較快的鎂合金熔體，在大型薄壁複雜鎂合金殼體類鑄件澆鑄時難以成型。因此，《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》採用保溫性能好，強度較高的石膏作為鑄型背層，不但可以加固面殼，而且可以大大降低鎂合金熔體充型過程中的散熱速率。《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》的陶瓷石膏複合鑄型能防止鎂合金熔體在澆注過程中的燃燒，同時提高鑄件的尺寸精度和表面質量。
發明內容
專利目的
《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》提供一種鑄造鎂合金用陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝，目的在於介紹一種鎂合金熔模精密鑄造方法，以提高鎂合金鑄件的表面質量。
製備工藝
《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》的製備工藝，包括：
- 製備陶瓷型殼
（A）配製塗料
稱量適量的鋯溶膠溶液，其中ZrO2質量百分比約為20%—25%，在不鏽鋼容器中使用塗料攪拌機攪拌，攪拌速度為200—300轉/分鐘，向溶液中加入表面活性劑和消泡劑，活性劑質量為電熔白剛玉微粉的0.035%，消泡劑質量為電熔白剛玉微粉的0.035%，攪拌均勻，向溶液中加入粒度為300—325目的電熔白剛玉微粉，粉液質量比為2:1—4:1，連續攪拌2—4小時，靜置4—6小時，靜置溫度為15—25℃；
（B）製備蠟模，並組焊模組，清洗、晾乾；
（C）對模組進行塗料、撒砂，形成陶瓷型殼；
用淋塗或者刷塗的方法，在模組內外表面製取塗料層，待模組內外表面塗料均勻且無流紋後，進行人工撒砂；待乾燥後，將上述塗料層製作和撒砂工序再重複1—2次，從而得到2—3層的陶瓷型殼；撒砂材料為電熔白剛玉砂，粒度為80—120目，並進行層間乾燥；
- 製備石膏
（D）石膏混合粉料中各組分配比為：高強度α石膏20—30wt%，鋁礬土粉35—45wt%，粒度為270目—320目，鋁礬土砂25—35wt%，粒度為20目—70目，另外加入質量為石膏混合粉料的1—3%的硼酸；質量為石膏混合粉料的0.003%的檸檬酸；質量為石膏混合粉料的0.02—0.03%正辛醇，水粉質量比為25:100—30:100；
（E）在不鏽鋼桶中加入稱量好的水，加入硼酸、檸檬酸和正辛醇，攪拌均勻，再一邊攪拌，一邊加入石膏混合料，攪拌速度為600—1000轉/分鐘，攪拌時間3—4分鐘；
（F）將已形成陶瓷面殼的模組置於相應砂箱中，模組與砂箱底板平穩良好接觸，然後將攪拌好的石膏漿料澆灌至砂箱中，將帶有陶瓷面層模組完全淹沒，澆灌石膏漿料後，使砂箱靜置12—24小時；
- 脫蠟、焙燒鑄型
（G）將鋼製砂箱中的複合鑄型吊入專用石膏型焙燒爐，按照石膏型脫蠟焙燒工藝進行焙燒，脫蠟溫度為200—350℃，最高焙燒溫度控制在650—700℃，焙燒時間為80—120小時，鑄型焙燒完成後的出爐溫度為250—350℃。
優選地，製備蠟模採用的蠟料為中高溫蠟料。
優選地，焙燒採用階梯升溫的方式。
優選地，在吹風條件下，層間乾燥8—12小時，在自然條件下，層間乾燥12—24小時。
附圖說明
圖1為《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》製備的陶瓷型殼；
圖2為該專利中陶瓷石膏複合鑄型示意圖；
圖3為該專利中陶瓷石膏複合鑄型澆注的鎂合金鑄件。
技術領域
《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》涉及一種鑄造鎂合金用陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝，屬於鎂合金熔模精密鑄造領域。
權利要求
1.《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》工藝按如下步驟進行：
1.1製備陶瓷型殼（A）配製塗料稱量適量的鋯溶膠溶液，其中ZrO2質量百分比為20％—25％，在不鏽鋼容器中使用塗料攪拌機攪拌，攪拌速度為200—300轉/分鐘，向溶液中加入表面活性劑和消泡劑，表面活性劑質量為電熔白剛玉微粉的0.035％，消泡劑質量為電熔白剛玉微粉的0.035％，攪拌均勻，向溶液中加入粒度為300—325目的電熔白剛玉微粉，粉液質量比為2:1—4:1，連續攪拌2—4小時，靜置4—6小時，靜置溫度為15—25℃；（B）製備蠟模，並組焊模組，清洗、晾乾；（C）對模組進行塗料、撒砂，形成陶瓷型殼；用淋塗或者刷塗的方法，在模組內外表面製取塗料層，待模組內外表面塗料均勻且無流紋後，進行人工撒砂；待乾燥後，將上述塗料層製作和撒砂工序再重複1—2次，從而得到2—3層的陶瓷型殼；撒砂材料為電熔白剛玉砂，粒度為80—120目，並進行層間乾燥；
1.2製備石膏（D）石膏混合粉料中各組分配比為：高強度α石膏20—30wt％，鋁礬土粉35—45wt％，粒度為270目—320目，鋁礬土砂25—35wt％，粒度為20目—70目，另外加入質量為石膏混合粉料的1—3％的硼酸；質量為石膏混合粉料的0.003％的檸檬酸；質量為石膏混合粉料的0.02—0.03％的正辛醇，水粉質量比為25:100—30:100；（E）在不鏽鋼桶中加入稱量好的水，加入硼酸、檸檬酸和正辛醇，攪拌均勻，再一邊攪拌，一邊加入石膏混合料，攪拌速度為600—1000轉/分鐘，攪拌時間3—4分鐘；（F）將已形成陶瓷面殼的模組置於相應砂箱中，模組與砂箱底板平穩良好接觸，然後將攪拌好的石膏漿料澆灌至砂箱中，將帶有陶瓷面層模組完全淹沒，澆灌石膏漿料後，使砂箱靜置12—24小時；
1.3脫蠟、焙燒鑄型（G）將鋼製砂箱中的複合鑄型吊入專用石膏型焙燒爐，按照石膏型脫蠟焙燒工藝進行焙燒，脫蠟溫度為200—350℃，最高焙燒溫度控制在650—700℃，焙燒時間為80—120小時，鑄型焙燒完成後的出爐溫度為250—350℃。
2.如權利要求1所述鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝，其特徵在於製備蠟模採用的蠟料為中高溫蠟料。
3.如權利要求1所述鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝，焙燒採用階梯升溫的方式。
4.如權利要求1所述鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝，其特徵在於優選在吹風條件下，層間乾燥8—12小時，在自然條件下，層間乾燥12—24小時。
實施方式
採用《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》製備鎂合金鑄件熔模精密鑄造複合鑄型。
（A）配製塗料
稱量鋯溶膠溶液1500克（ZrO2含量約25%），在不鏽鋼容器中使用塗料攪拌機攪拌，攪拌速度為250轉/分鐘，向溶液中加入1.4克十二烷基苯磺酸鈉和1.4克正辛醇，攪拌均勻。向溶液中加入粒度為300—325目的電熔白剛玉微粉4000克。連續攪拌3小時，靜置。
（B）製備蠟模，並組焊模組，清洗、晾乾。
（C）對模組進行塗料、撒砂，形成陶瓷型殼。
用淋塗的方法，在模組內外表面製取塗料層，待模組內外表面塗料均勻且無流紋後，進行人工撒砂。撒砂材料為電熔白剛玉砂，粒度為80—120目，在自然條件下，乾燥24小時。待乾燥後，將上述塗料層製作和撒砂工序再重複2次，得到3層的陶瓷型殼。
（D）稱量高強度α石膏20千克，鋁礬土粉32千克（270目—320目），鋁礬土砂28千克（20目—70目）；稱量20千克水；硼酸0.8千克；檸檬酸2.8克；正辛醇17克。在不鏽鋼桶中加入稱量好的水，加入硼酸、檸檬酸和正辛醇，攪拌均勻，再一邊攪拌，一邊加入石膏混合料，攪拌速度為700轉/分鐘，攪拌時間3.5分鐘。
（F）將已形成陶瓷面殼的模組置於相應砂箱中，模組與砂箱底板平穩良好接觸。將攪拌好的石膏漿料澆灌至砂箱中，將帶有陶瓷面層模組完全淹沒，澆灌石膏漿料後，使砂箱靜置24小時。
（G）將鋼製砂箱及複合鑄型吊入焙燒爐，脫蠟焙燒工藝為：室溫→80—100℃（保溫6—10小時）→150℃（保溫5—10小時）→250℃（保溫10—14小時）→350℃（保溫3—5小時）→500℃（保溫2小時）→600℃（保溫2小時）→700℃（保溫10—15小時）→250—350℃（保溫10—24小時）。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種鎂合金鑄造陶瓷石膏複合鑄型的製備工藝》獲得第二十一屆中國專利優秀獎。
