一種3d打印砂型用水基流涂涂料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011本發(fā)明涉及3D打印砂型鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種3D打印砂型用水基流涂涂 料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著技術(shù)進(jìn)步，生產(chǎn)、生活方式的改變，鑄造業(yè)也必須考慮可持續(xù)化發(fā)展。未來(lái)的 鑄造發(fā)展，從產(chǎn)品需求上呈現(xiàn)"品種多樣性、現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、更新?lián)Q代快"等特點(diǎn)，從鑄造生 產(chǎn)上要求優(yōu)質(zhì)可靠、高效智能、綠色低碳，從對(duì)鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率上要求越來(lái)越 高，把3D打印技術(shù)應(yīng)用到鑄造工藝設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、分析、制造過(guò)程的一體化，大大提高 了鑄造工藝研發(fā)的效率、降低了企業(yè)研發(fā)成本、提高了鑄件質(zhì)量。3D打印砂型技術(shù)與傳統(tǒng)鑄 造緊密融合，有利于改造和提升傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)，巨大的市場(chǎng)容量也將砂 型3D打印技術(shù)帶入快速發(fā)展通道。
[0003]與傳統(tǒng)制芯方式相比，3D打印砂型技術(shù)無(wú)需模具，可制作復(fù)雜的砂型/砂芯，尤其 是豐旲具難以成型的型芯。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜砂芯的一體成型，提尚造型精度，打印砂芯尺寸大，精度 高，速度快，成本低，而且自動(dòng)化控制工作，勞動(dòng)強(qiáng)度低，噪音、粉塵污染小，剩余原料可回收 再利用。3D打印技術(shù)在快速成形鑄造型(芯)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004] 但是，由于砂型3D打印技術(shù)所用的砂粒比傳統(tǒng)制芯所用砂粒目數(shù)較細(xì)，常規(guī)涂料 的滲透性很難滿(mǎn)足使用需求；由于3D打印的砂型內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)涂料的流平性要求 較高，使用常規(guī)涂料時(shí)流痕較大，堆積、滴掛嚴(yán)重，后續(xù)處理麻煩，嚴(yán)重影響鑄件質(zhì)量。如果 通過(guò)調(diào)低涂料的波美度來(lái)滿(mǎn)足滲透性和流平性，流痕、堆積、滴掛會(huì)有所解決，但是涂料的 涂層厚度不夠，鑄件粘砂嚴(yán)重;如果通過(guò)多流幾遍解決涂層厚度問(wèn)題，那么在多次烘干的過(guò) 程中對(duì)砂型的強(qiáng)度影響較大，有時(shí)砂型還會(huì)開(kāi)裂，而且砂型在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中容易損壞?，F(xiàn)有技 術(shù)中，公開(kāi)號(hào)為CN103878302A的專(zhuān)利文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種水基自干/快干砂型鑄造涂料及其制 備方法，具體公開(kāi)了一種水基自干/快干砂型鑄造涂料，干燥速度快、少/無(wú)污染、使用安全、 制造成本低、燒結(jié)剝離率高。目前傳統(tǒng)的鑄造用涂料還沒(méi)有解決上述問(wèn)題的方法。
[0005] 因此，開(kāi)發(fā)3D打印砂型用水基流涂涂料，對(duì)于拓寬砂型3D打印技術(shù)在鑄造生產(chǎn)中 的應(yīng)用具有較大的現(xiàn)實(shí)意義，而且這對(duì)提高鑄件的質(zhì)量具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有優(yōu)越的流動(dòng)性、適當(dāng)?shù)臐B透 性、良好的流平性、高效的懸浮穩(wěn)定性、合適的涂層厚度、超強(qiáng)的抗粘砂性以及環(huán)保、無(wú)污 染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料制備方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)： 一種3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，包括以下組分:鋯英粉、白剛玉、高鋁細(xì) 粉、鉻鐵礦粉、葉臘石粉、硅線石粉、藍(lán)晶石粉、紅柱石粉、鋰輝石粉、鈉基膨潤(rùn)土、海泡石粉、 聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸鹽、硅溶膠、磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽、防腐劑、消泡劑、螢 石、氧化鐵紅和水。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，所述的鋯英粉、白剛 玉、高鋁細(xì)粉、鉻鐵礦粉、葉臘石粉、硅線石粉、藍(lán)晶石粉、紅柱石粉、鋰輝石粉中的一種或幾 種為耐火填料，所述的鈉基膨潤(rùn)土及海泡石粉作為復(fù)合懸浮劑，所述的聚乙烯醇、聚醋酸乙 烯乳液、磷酸鹽及硅溶膠中的兩種或兩種以上作為復(fù)合粘結(jié)劑，所述的磺化琥珀酸二辛酯 鈉鹽作為滲透劑，所述的螢石、氧化鐵紅作為助熔劑，采用DY-防腐劑、KST-202消泡劑，水作 為載液。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，各個(gè)組分的質(zhì)量百分 比為:耐火骨料55-70%、鈉基膨潤(rùn)土 2-3%、海泡石粉1-2%、聚乙烯醇0.4-0.6%、聚醋酸乙烯乳 液0-0.2%、磷酸鹽0-0.2%、硅溶膠0-0.2%、磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽0.1-0.3%、DY-防腐劑0. ΙΟ · 2%、 螢石 0 · 3-2 · 0%、氧化鐵紅 1 · 0-2 · 0%、KST-202 消泡劑 0 · 1-0 · 2% 和水 23-38%。
[0010] 進(jìn)一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，所述的鋯英粉、白剛 玉、高鋁細(xì)粉、鉻鐵礦粉、葉臘石粉、硅線石粉、藍(lán)晶石粉、紅柱石粉目數(shù)均為400-600目。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的3D打印砂型用水基流涂涂料，其特征在于，可以根據(jù)涂料的粘度 及懸浮性調(diào)節(jié)懸浮劑鈉基膨潤(rùn)土和海泡石粉比例，鈉基膨潤(rùn)土:海泡石的比例控制在3:1-1:1〇
[0012] 同時(shí)，本發(fā)明提供了一種3D打印砂型用水基流涂涂料的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟： (1) 鈉基膨潤(rùn)土及海泡石粉預(yù)處理:在攪拌下將膨潤(rùn)土及海泡石與水進(jìn)行1:1混合，完 全分散均勻，靜置12-24小時(shí)，制得預(yù)處理復(fù)合懸浮劑漿； (2) 聚乙烯醇的預(yù)處理:稱(chēng)4倍聚乙烯醇質(zhì)量的水倒入桶中，攪拌條件下緩慢加入聚乙 烯醇，然后充分?jǐn)嚢柚疗渫耆芙猓⒂煤Y網(wǎng)過(guò)濾要現(xiàn)配現(xiàn)用； (3) 向分散釜中加入總水量3/5的水及處理好的復(fù)合懸浮劑漿，開(kāi)啟攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為 1200-1500r/min，然后加入粘結(jié)劑、滲透劑、防腐劑、助熔劑和消泡劑，最后加入預(yù)處理好的 聚乙烯醇溶液，攪拌10-15分鐘； (4) 將攪拌速度調(diào)至500-600r/min，向分散爸中依次耐火骨料，加料完畢后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為 1200-1500r/min，分散 15-20 分鐘； (5) 用水調(diào)波美度，將波美度控制在70-80°Β?，出料包裝。
[0013] 本發(fā)明的有益效果如下： (1) 所選材料均為無(wú)毒材料，環(huán)保、無(wú)污染，安全系數(shù)高，改善了現(xiàn)場(chǎng)使用的環(huán)境； (2) 本涂料具有優(yōu)越的流動(dòng)性、適當(dāng)?shù)臐B透性、良好的流平性、高效的懸浮穩(wěn)定性、合適 的涂層厚度及超強(qiáng)的抗粘砂性； (3) 與常規(guī)涂料相比，本涂料使用過(guò)程中，只需流一遍就能解決滲透深度和涂層厚度的 問(wèn)題，而且無(wú)流痕、無(wú)滴掛、無(wú)堆積； (4) 本發(fā)明提供的涂料具有高耐火度、低燒結(jié)溫度的特點(diǎn)，適應(yīng)不同壁厚、不同澆注溫 度、大小不一的各類(lèi)鑄鐵件； (5) 本流涂涂料顏色為淺紅色，容易識(shí)別，可避免漏涂。鑄件落砂時(shí)，呈陶瓷態(tài)的涂料自 動(dòng)剝落或輕輕敲擊后剝落，不產(chǎn)生粉塵，消除了常規(guī)粉涂料對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染，改善了鑄造 作業(yè)環(huán)境。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有優(yōu)越的流動(dòng)性、適當(dāng)?shù)臐B透 性、良好的流平性、高效的懸浮穩(wěn)定性、合適的涂層厚度、超強(qiáng)的抗粘砂性以及環(huán)保、無(wú)污 染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料制備方法。
[0015] 為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)： 本發(fā)明提供了一種獨(dú)特的環(huán)保、無(wú)污染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料，生產(chǎn)原 料為:鋯英粉、白剛玉、高鋁細(xì)粉、鉻鐵礦粉、葉臘石粉、硅線石粉、藍(lán)晶石粉、紅柱石粉、鋰輝 石粉、鈉基膨潤(rùn)土、海泡石粉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸鹽、硅溶膠、磺化琥珀酸二辛 酯鈉鹽、DY-防腐劑、KST-202消泡劑、螢石、氧化鐵紅和水。其中，以鋯英粉、白剛玉、高鋁細(xì) 粉、鉻鐵礦粉、葉臘石粉、硅線石粉、藍(lán)晶石粉、紅柱石粉、鋰輝石粉中的一種或幾種為耐火 填料;鈉基膨潤(rùn)土及海泡石粉作為復(fù)合懸浮劑，可以根據(jù)涂料的懸浮性、粘度及其它性能的 需要，調(diào)節(jié)二者比例，都不會(huì)影響涂料的使用;聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、磷酸鹽及硅溶膠 中的兩種或兩種以上作為復(fù)合粘結(jié)劑，其對(duì)各種耐火材料均有良好的適應(yīng)性，用其配制的 涂料不僅常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度均高，抗裂性好，而且具有良好的懸浮性和流平性等工藝性 能;磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽作為滲透劑，無(wú)毒性，具有優(yōu)良的潤(rùn)濕性和很高的滲透力，滲透 性快速均勻，而且對(duì)水沒(méi)有要求，能在硬水中穩(wěn)定存在;螢石、氧化鐵紅作為助熔劑，能有效 降低涂料的燒結(jié)溫度，在鐵水澆注時(shí)能快速的形成陶瓷狀的剝離層，增強(qiáng)了涂料抗粘砂性； 采用DY-防腐劑、KST-202消泡劑;水作為載液。并且，各個(gè)組分的比例（質(zhì)量百分比）為耐火 骨料55-70%、鈉基膨潤(rùn)土2-3%、海泡石粉1-2%、聚乙烯醇0.4-0.6%、聚醋酸乙烯乳液0-0.2%、 磷酸鹽0-0.2%、硅溶膠0-0.2%、磺化琥珀酸二辛酯鈉鹽0.1-0.3%、DY-防腐劑0.1-0.2%、螢石 0.3-2.0%、氧化鐵紅1.0-2.0%、KST-202消泡劑0.1-0.2%、水23-38%;鋯英粉、白剛玉、高鋁細(xì) 粉、鉻鐵礦粉、葉臘石粉、硅線石粉、藍(lán)晶石粉、紅柱石粉目數(shù)均為400-600目；可以根據(jù)涂料 的粘度及懸浮性調(diào)節(jié)懸浮劑鈉基膨潤(rùn)土和海泡石粉比例，鈉基膨潤(rùn)土:海泡石的比例控制 在3:1-1:1 〇
[0016]本發(fā)明所述的獨(dú)特的環(huán)保、無(wú)污染、高效率的3D打印砂型用水基流涂涂料的生產(chǎn) 工藝，包括如下步驟： a. 鈉基膨潤(rùn)土及海泡石粉預(yù)處理:在攪拌下將膨潤(rùn)土及海泡石與水進(jìn)行1:1混合，完 全分散均勻，靜置12-24小時(shí)，制得預(yù)處理復(fù)合懸浮劑漿； b. 聚乙烯醇的預(yù)處理:稱(chēng)4倍聚乙烯醇質(zhì)量的水于桶中，攪拌條件下緩慢加入PVA，然后 充分?jǐn)嚢柚疗渫耆芙?，并用篩網(wǎng)過(guò)濾要現(xiàn)配現(xiàn)用； c. 向分散釜中加入總水量3/5的水及處理好的復(fù)合懸浮劑漿，開(kāi)啟攪拌，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為 1200-15