精密铸造硅溶胶浆料品质的控制.doc

精密铸造硅溶胶浆料品质的控制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,使用寿命,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:16733320(2OO9)03一OO08一O4QualiContr010fSilicaSolSlurryf0rInVestmentCastingLimping(FosecoFoundry(China)Co.,Ltd.,Shenzhen5l8059,Guangdong,China)Abstract:Thesilicasolandrefractoanditsinnuenceontheslu丌yf1owability,coVering,durabilityandrefactOrinesswerediscussed.SilicasOls1urryisawaterbasedsystem.The(1ualityOfsluI1ydependOnthecOntrOlOfcOntentOfSiO2,pHValue,fastgelatiOntest,cOntentOfbacterias.KeywOrds:slur;silicasOl;inVestmentcasting硅溶胶工艺精密铸造过程控制的关键工序是制壳,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测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控制方法来保证其性能的稳定性.1原材料对浆料的影响1.1硅溶胶一般情况下,普通硅溶胶为钠离子稳定型碱性硅溶胶,硅溶胶自身的性能对其所配制的浆料性能影响较大.REMET普通硅溶胶的性能指标如表l所示.SP.30粒径严格控制在79LLm,LP.30的粒径严格控制在1113”m.粒径影响:粒径的大小直接影响硅溶胶自身和浆料的稳定性.si0:含量相同的硅溶胶,粒径8lz.年第.期表1REMET硅溶胶性能指标越小,越容易凝胶,浆料干燥越快,使用寿命越短,浆料稳定性也越差;如果浆料不失效,其涂层强度也越高,但面层浆料消耗量少,周转期长,容易失效;一旦有轻微的失效,其涂层强度就会大幅度的降低,出现成批的龟裂和面层脱落.而浆料的轻微失效又很难被监控,因此面层浆料的稳定性对型壳的影响远大于其强度,LP一30也比SP一30更适合作为面层粘结剂.SP.30是标准的背层硅溶胶,其小粒径提供给整个型壳更高的强度,干燥也更快;但由于背层浆料消耗快,其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主要因素.因此SP一30更适合作为背层粘结剂.国内之所以选择830硅溶胶用于面层,是由于受生产工艺条件及整体市场成本的影响,830硅溶胶粒径分布范围较宽(8l4m),平均粒径偏大(912LLm),其稳定性和强度接近于LP.30;1430的粒径范围更宽(1020um),平均粒径也更大(1417um),其涂层强度和干燥速度受到较大的影响,需要更多的涂层和更厚的型壳来满足整体强度的要求.在目前国内硅溶胶的现有条件下,830硅溶胶比1430更适合用于背层.与l430硅溶胶相比,830用作背层浆料,可适当地减少涂层数量.SiO含量影响:普通硅溶胶在同样粒径下,SiO含量越高,稳定性就越差,配制的浆料使用寿命也越短(不加蒸馏水);未失效的浆料,其涂层强度也越高.但粒径为8m的硅溶胶,当其siO2含量大于32%(普通的830胶的SiO2含量大于33%),将开始出现凝胶现象,故浆料中SiO:含量到达此临界值时,即开始失效.杂质影响:硅溶胶中的杂质主要有过量的Na0,胶体中析出的晶体SiO:和生产过程及原材料中带入的其他杂质.杂质含量高会影响硅溶胶及浆料的稳定性,型壳的湿强度,高温强度及耐火度.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值应大于9.如果pH值小于9,细菌含量会快速增高,浆料稳定性将会降低,严重时会导致浆料失效,出现大批量裂壳,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.生产,存储,运输温度:硅溶胶需要在合适的温度下生产,存储和运输.温度过高(大于40),会加速硅溶胶中细菌的繁殖,影响其使用寿命和使用性能:温度过低(低于0),硅溶胶被冻结,将直接导致其失效.1.2耐火粉料通用的面层耐火粉料一般为锆粉,背层耐火粉料为莫来石粉.耐火粉料对浆料的性能影响主要在杂质含量和粒度分布两方面.杂质含量:耐火粉料中的杂质主要为FeO,Na2O,K2O,CaO,Mg0,TiO2,A12O3等氧化物,此类氧化物在硅溶胶中能部分或全部溶解,形成Fe,Na+,K,Ca等金属离子.由于硅溶胶特殊的Si0胶团负离子平衡结构,金属正离子可以作为桥梁,将硅溶胶中弥散在水中的SiO:胶团链接,促使硅溶胶凝胶,所以此类杂质将直接影响浆料的稳定性和使用寿命,同时还会影响型壳的强度和铸件的表面品质.粒度分布:耐火粉料的粒度及粒度分布会影响浆料的总固含量,浆料的流杯黏度,流平性和涂层厚度.合理的粒度应是经过级配的,双峰或三峰值分布,如图l中REMET公司的锆粉粒度分布.一般面层锆浆,为了保证浆料中合理的固含量,在浆料具有良好的流动性下,粉液比(质量份)应不小于3.5:l.如果粒度分布不合理会出现两种情况,如果粒度整体偏细,在保证浆料流杯黏度时,浆料固含量过低,粉液比过低,会使其流动性,流平检测的频次,建议每天每桶浆料检测一次.2.1.2pH值的调整可以利用氨水(NHOH)来提高浆料的pH值,试剂级的氨水(28%30%NH)需要用蒸馏水或去离子水,按50/50的比率稀释.稀释后的溶液须搅拌均匀并缓慢地加入浆料中.由于氨水会很快地失效,每次只制备l一2天的用量.为了防止氨水挥发,浆料加入氨水后要立即将浆桶盖好.搅拌30min后,用标准的pH计测量浆料的pH值.浆料较适宜的pH值范围是9.49.8.如果浆料的pH值降到9.0时,应小心调整浆料;在提高pH值时,分两次或更多次调整比一次调整到位要好;在浆料的pH值下降过低之前,调整其到要求的范围内较容易.如果浆料的pH值下降得过低(<9.0),即使调整回来,浆料的性能也难于恢复.2.2二氧化硅含量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2mL,放入在980的马弗炉中至少焙烧20min,干燥器中冷却5min并称量后的坩埚(内有纤维盘)中,称其质量;放入980的马弗炉中至少30min,取出坩埚置于干燥器中冷却5min,称量焙烧后的质量.通过质量差和所滴入液体质量计算SiO含量.计算结果应精确到小数点后一位数.2.2.2二氧化硅含量的调整Si0含量过高(大于32%),说明水分蒸发过多,应添加蒸馏水或去离子水以补充失去的水分,降低SiO含量.使用后的浆料流杯黏度时有增加,如果此时能将浆料搅拌均匀,这种黏度的增加,主要应是其中水分蒸发造成的,应添加蒸馏水或去离子水调整黏度;如果添加硅溶胶,就会增加浆料中SiO:含量,多次添加后会造成浆料10lz年第湖失效.SiOz含量过低(低于26%),可能是由于水添加过多,硅溶胶已凝胶;或浆料已严重失效所造成的.如果是水添加过量,可以补加硅溶胶和粉料加以调整;如果浆料已失效,必须报废.2.3细菌含量的测试与控制2.3.1细菌含量的检测主要仪器:有载波片的细菌培养管或类似培养片,30恒温箱.所有的硅溶胶类产品都是有利于细菌滋生的媒体,长期在大气环境中储存的浆料,受到来自耐火粉料,空气,灰尘,操作过程及去离子水或蒸馏水的污染,浆料中就会出现细菌生长的现象.旋开培养管,取出其中的载波片,注意载波片上的琼脂不要接触到管壁及其它物品.将分离出的清液或要测试的粘结剂滴入载波片上,将琼脂完全润湿;滴尽多余的液体;将载波片的下端用干净,干燥的布或纸吸干.将载波片放入管中,旋紧密封盖;在2730的恒温箱中孵化48h,或在室温下孵化5天.孵化后的载波片与标准图谱进行比较.标准图谱如图2所示.液体/fCFu?mL.1表面/(CFUcm.1非常轻微轻微中度严重非常严重图2用于比较细菌含量的标准图谱2.3.2细菌含量的控制如果细菌含量检测结果大于10,可使用不含香精的氯漂白剂(如84消毒液)加入浆料中,加入量为浆料液体体积量的0.05%0.10%.加入方法:取适量氯漂白剂溶液,用等量的蒸馏水稀释,缓缓加入浆料中;搅拌30min后浆料即可以使用.对于不能检测细菌量的工厂,可每2周添加一次,在添加蒸馏水时加入;如果细菌严重,可在几天里分多次小剂量加入,效果会比一次大剂量加入要好.2.4快速凝胶实验检测浆料寿命主要仪器:温度范围可保持在603恒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(50mL或更大).快速凝胶试验可以用来检测浆料的稳定性和适合使用程度,可每周检测一次,或在怀疑浆料有问题时及时检测,具体检测步骤如下:将1040mL浆料滤清液粘结剂放入两个干净的玻璃或塑料瓶中,用瓶盖密封(不漏气).在玻璃瓶的外面标记粘结剂的水平位置.给已装粘结剂的瓶标号,以便查找;其中瓶保持在室温状态;另一瓶放置于6O的恒温炉中保持24h,用夹子或手套将粘结剂从炉子中取出,冷却到室温.检查粘结剂的水平位置,如果位置明显低于原始标记,该样品无效.观察样品的流动性与室温下的样品比较,黏度变化与粘结剂及浆料稳定性的关系如表1所示.表1样品黏度与粘结剂及浆料关系黏度情况粘结剂及浆料情况样品的黏度没有变化说明粘结剂的稳定性良好.粘结剂可能已经在胶凝,必须样品黏了明显翁的亦1已求升正示伯汞利十煤驯.程;重复该实验,以确认结果的可重复性.样品已经凝固成固态说明粘结剂可能非常不稳定,该或像蜂蜜一样黏稠浆料的使用寿命已非常可疑.许多因素影响凝胶实验,特别是粘结剂的二氧化硅含量.有时,样品不能通过快速凝胶实验,只是由于二氧化硅含量过高;降低二氧化硅含量就能减少或消除其凝胶的倾向.其它性能比如pH值,细菌含量也能导致快速凝胶实验的失败.3结语1)硅溶胶浆料的品质首先取决于所用主要原材料硅溶胶和耐火粉料的品质.目前国内普通830比l430硅溶胶更适合作为背层粘结剂.耐火粉料中杂质含量越低越好,粒度要经过级配,形成两峰或三峰值的粒度分布.合适的硅溶胶与具有合理化学成分和粒度分布的耐火粉料结合,可使浆料具有良好的使用性能.2)硅溶胶浆料需要不断地维护才能保持其性能的稳定性.除常规的流杯黏度,密度检测外,SiOz含