精密铸造硅溶胶浆料品质控制pdf

发布时间: 2025-03-13 22:35:24 人气：1 来源：汽车零件

  学兔兔 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、常规使用的寿命、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，可以轻松又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：1 673—3320(2OO9)03一OO08一O4 Quali Contr01 0f Silica Sol Slurry f0r InVestment Casting Li mping (Foseco Foundry(China)Co．，Ltd．，Shenzhen 5 l 8059，Guangdong，China) Abstract：The silica sol and refracto and its innuence on the slu丌y f1owability，coVering，durability and ref actOriness were discussed．Silica sOl s1urry is a water based system． The(1uality Of sluI1y depend On the cOntrOl Of cOntent Of SiO2，pH Value，fast gelatiOn test，cOntent Of bacterias． Key wOrds：slur ；silica sOl；inVestment casting 硅溶胶工艺精密铸造过程控制的关键工序是 表1 REMET硅溶胶性能指标 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验测试手段来 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。 型壳性能是精密铸造的主要影响因素，作为 形成壳模强度、耐火度的浆料体系，应该有更完 善的检测和操控方法来保证其性能的稳定性。 1 原材料对浆料的影响 越小，越容易凝胶、浆料干燥越快、常规使用的寿命越 1．1 硅溶胶 短、浆料稳定性也越差；如果浆料不失效，其涂 一 般情况下，普通硅溶胶为钠离子稳定型碱 层强度也越高，但面层浆料消耗量少、周转期 性硅溶胶，硅溶胶自身的性能对其所配制的浆料 长，容易失效；一旦有轻微的失效，其涂层强度 性能影响较大。 就会大幅度的降低，出现成批的龟裂和面层脱 REMET普通硅溶胶的性能指标如表l所示。 落。而浆料的轻微失效又很难被监控，因此面层 SP．30粒径严控在7～9 LLm，LP．30的粒径严 浆料的稳定性对型壳的影响远大于其强度，LP一30 格控制在11～13“m。 也比SP一30更适合作为面层粘结剂。SP．30是标准 粒径影响：粒径的大小直接影响硅溶胶自身 的背层硅溶胶，其小粒径提供给整个型壳更高的 和浆料的稳定性。si0：含量相同的硅溶胶，粒径 强度，干燥也更快；但由于背层浆料消耗快，其 8 l z。。。年第。期 学兔兔 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重要的因素。因此SP一30 Na2O、K2O、CaO、Mg0、TiO2、A12O3等氧化物， 更适合作为背层粘结剂。 此类氧化物在硅溶胶中能部分或全部溶解，形成 国内之所以选择830硅溶胶用于面层，是由 Fe 、Na+、K 、Ca 等金属离子。由于硅溶胶特 于受生产的基本工艺条件及整体市场成本的影响，830硅 殊的Si0 胶团负离子平衡结构，金属正离子可以 溶胶粒径分布范围较宽 (8～l4 m)，平均粒径偏 作为桥梁，将硅溶胶中弥散在水中的SiO：胶团链 大 (9～12 LLm)，其稳定性和强度接近于LP．30； 接，促使硅溶胶凝胶，所以此类杂质将直接影响 1430的粒径范围更宽 (10～20 um)，平均粒径 浆料的稳定性和常规使用的寿命，同时还会影响型壳的 也更大 (14～17 um)，其涂层强度和干燥速度受 强度和铸件的表面品质。 到较大的影响，需要更加多的涂层和更厚的型壳来 粒度分布：耐火粉料的粒度及粒度分布会影 满足整体强度的要求。在目前国内硅溶胶的现有 响浆料的总固含量、浆料的流杯黏度、流平性和 条件下，830硅溶胶比1430更适合用于背层。与 涂层厚度。合理的粒度应是经过级配的、双峰或 l430硅溶胶相比，830用作背层浆料，可适当地减 三峰值分布，如图l中REMET公司的锆粉粒度分 少涂层数量。 布。一般面层锆浆，为了能够更好的保证浆料中合理的固含 SiO 含量影响 ：普通硅溶胶在同样粒径下， 量，在浆料拥有非常良好的流动性下，粉液比 (质量 SiO 含量越高，稳定性就越差，配制的浆料使用 份)应不小于3．5：l。如果粒度分布不合理会出现 寿命也越短 (不加蒸馏水)；未失效的浆料，其涂 两种情况，如果粒度整体偏细，在保证浆料流杯 印 ∞ 加 如 加 层强度也越高。但粒径为8 m的硅溶胶，当其 黏度时，浆料固含量过低、粉液比过低，会使其 siO2含量大于32％(普通的830胶的SiO2含量大 流动性、流平性不够好，凹角处容易堆积、操作 于33％)，将慢慢的出现凝胶现象，故浆料中SiO： 性差。如果粒度整体偏粗，能够保证高固含量、 含量到达此临界值时，即开始失效。 高流动性，但浆料流动过快、不易控制、涂层过 杂质影响：硅溶胶中的杂质主要有过量的 薄、棱角部位难于涂挂。只有经过级配、粒度分 Na 0、胶体中析出的晶体SiO：和生产的全部过程及原材 布合理的粉料，才能同时具有高固含量，良好的 料中带入的其他杂质。杂质含量高会影响硅溶胶 流动性、流平性，合理的涂层厚度，凹角和棱角 及浆料的稳定性，型壳的湿强度、高温强度及耐 处均匀涂挂等综合性能。 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 V 于9。如果pH值小于9，细菌含量会快速增高，浆 妊 料稳定性将会降低，严重时会导致浆料失效，出现 ^ √ 口一凶 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。 0 U．1 l lO l0O lOOO 生产、存储、运输温度 ：硅溶胶需要在合适 图1 REMET锆粉粒度 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 2 浆料的检测与控制 用寿命和使用性能 ：温度过低 (低于0℃)，硅溶 为了保持浆料性能的稳定性，需要定时对浆料 胶被冻结，将直接引发其失效。 做必要的维护、检测和调整。除流杯黏度、密度 1．2 耐火粉料 外，还有以下主要的检验测试的项目和检测、调整方法。 通用的面层耐火粉料一般为锆粉，背层耐火 2．1 pH值 粉料为莫来石粉。耐火粉料对浆料的性能影响主 2．1．1 pH值的检测 要在杂质含量和粒度分布两方面。 主要仪器是精确度为0．0l的pH计，具体使用 杂质含量：耐火粉料中的杂质主要为Fe O 、 办法能够参照仪器的说明书，仪器使用前必须经 z㈣年第。期 I 9 学兔兔 一 域 过校正。 失效。 所测浆料须经过离心法将其中的粉料和液体 SiOz含量过低 (低于26％)，可能是由于水 分离，收集液体，用pH计测量其pH值。所测的结 添加过多，硅溶胶已凝胶 ；或浆料已严重失效所 果应精确到小数点后两位数，同一样品所有结果 造成的。如果是水添加过量，可以补加硅溶胶和 差异都应在0．1范围内。如果差异大于0．1，应重新 粉料加以调整 ；如果浆料已失效，必须报废。 校正仪器，并重复测试。 2．3 细菌含量的测试与控制 检测的频次，建议每天每桶浆料检测一次。 2．3．1 细菌含量的检测 2．1．2 pH值的调整 主要仪器：有载波片的细菌培养管或类似培 可通过氨水 (NH OH)来提高浆料的pH 养片、30℃恒温箱。 值，试剂级的氨水 (28％～30％NH )需要用蒸 所有的硅溶胶类产品都是有利于细菌滋生的媒 馏水或去离子水，按50／50的比率稀释。稀释后的 体，长期在大气环境中储存的浆料，受到来自耐火 溶液须搅拌均匀并缓慢地加入浆料中。由于氨水 粉料、空气、灰尘、操作的流程及去离子水或蒸馏水 会很快地失效，每次只制备l一2天的用量。为了 的污染，浆料中就会出现细菌生长的现象。 防止氨水挥发，浆料加入氨水后要立即将浆桶盖 旋开培养管，取出其中的载波片，注意载波 好。 片上的琼脂莫接触到管壁及其它物品。将分离 搅拌30 min后，用标准的pH计测量浆料的pH 出的清液或要测试的粘结剂滴入载波片上，将琼 值。浆料较适宜的pH值范围是9．4～9．8。如果浆料 脂完全润湿；滴尽多余的液体；将载波片的下端 的pH值降到9．0时，应小心调整浆料；在提高pH值 用干净、干燥的布或纸吸干。 时，分两次或更多次调整比一次调整到位要好；在浆 将载波片放入管 中，旋紧密封盖；在 料的pH值下降过低之前，调整其到要求的范围内较 27～30℃的恒温箱中孵化48 h，或在室温下孵化 容易。如果浆料的pH值下降得过低 (9．0)，即使 5天。孵化后的载波片与标准图谱作比较。标准 调整回来，浆料的性能也难于恢复。 图谱如图2所示。 2．2 二氧化硅含量 液体／fCFu·mL。 1 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2 mL， 表面／(CFU’cm。1 放入在980℃的马弗炉中至少焙烧20 min、干燥器 非常轻微 轻微 中度 严重 很严重 中冷却5 min并称量后的坩埚 (内有纤维盘)中， 图2 用于比较细菌含量的标准图谱 称其质量；放入980℃的马弗炉中至少30 min、取 2．3．2 细菌含量的控制 出坩埚置于干燥器中冷却5 min，称量焙烧后的质 如果细菌含量检测结果大于10 ，可使用不含 量。通过质量差和所滴入液体质量计算SiO 含量。 香精的氯漂白剂 (如84消毒液)加入浆料中，加 计算结果应精确到小数点后一位数。 入量为浆料液体体积量的0．05％～0．10％。 2．2．2 二氧化硅含量的调整 加入方法：取适量氯漂白剂溶液，用等量的 Si0 含量过高 (大于32％)，说明水分蒸发 蒸馏水稀释，缓缓加入浆料中；搅拌30 min后浆 过多，应添加蒸馏水或去离子水以补充失去的水 料即能够正常的使用。对于不能检测细菌量的工厂，可 分，降低SiO 含量。使用后的浆料流杯黏度时有 每2周添加一次，在添加蒸馏水时加入；如果细菌 增加，如果此时能将浆料均匀搅拌，这种黏度的 严重，可在几天里分多次小剂量加入，效果会比 增加，主要应是其中水分蒸发造成的，应添加蒸 一 次大剂量加入要好。 馏水或去离子水调整黏度 ；如果添加硅溶胶，就 2．4 快速凝胶实验检测浆料寿命 会增加浆料中SiO：含量，多次添加后会造成浆料 主要仪器：温度范围可保持在60℃±3℃恒 1 0 l z㈣年第湖 学兔兔 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 (50 mL 许多因素影响凝胶实验，特别是粘结剂的 或更大)。 二氧化硅含量。有时，样品不能通过快速凝胶实 快速凝胶试验可拿来检测浆料的稳定性和 验，只是由于二氧化硅含量过高；降低二氧化硅 适合使用程度，可每周检测一次，或在怀疑浆料 含量就能减少或消除其凝胶的倾向。其它性能比 有问题时及时检测，具体检测步骤如下 ： 如pH值、细菌含量也能导致快速凝胶实验的失 将 1 0～40 mL浆料滤清液粘结剂放入两个干 败。 净的玻璃或塑料瓶中，用瓶盖密封 (不漏气)。在 3 结语 玻璃瓶的外面标记粘结剂的水平位置。给已装粘 1)硅溶胶浆料的品质首先取决于所用主要原 结剂的瓶标号，以便查找；其中…瓶保持在室温 材料硅溶胶和耐火粉料的品质。目前国内普通830 状态 ；另一瓶放置于6O℃的恒温炉中保持24 h， 比l430硅溶胶更适合作为背层粘结剂。耐火粉料 用夹子或手套将粘结剂从炉子中取出，冷却到室 中杂质含量越低越好，粒度要经过级配、形成两 温。检查粘结剂的水平位置，如果位置明显低于 峰或三峰值的粒度分布。合适的硅溶胶与具有合 原始标记，该样品无效。观察样品的流动性与室 理化学成分和粒度分布的耐火粉料结合，可使浆 温下的样品比较，黏度变化与粘结剂及浆料稳定 料拥有非常良好的使用性能。 性的关系如表 1所示。 2)硅溶胶浆料要一直地维护才能保持其性 表1 样品黏度与粘结剂及浆料关系 能的稳定性。除常规的流杯黏度、密度检测外，

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