硅溶胶粘结剂与制壳工艺

面层涂料粉液比低，流杯粘度低，涂 料与蜡模表面润湿性差，面层砂过粗。
4-4
七、粘砂 面层涂料用耐火材料和撒砂材料
杂质含量高，耐火材料及耐结剂选用 不当。
4-5
八、表面麻坑 耐火材料中杂质含量过高
4-6
九、夹杂物 型壳面层干燥硬化不良，型壳涂层结合不
良、面层剥落。 型壳强度低，承受不了金属液冲击。 型壳脱蜡后放置时间过短，水分多升温过
2-25 背层涂挂
把过渡层干燥好的模组吹去浮砂，浸入 背层浆桶中，浸涂时间以消泡为限，拿出来 滴去多余涂料，模组表面基本上没有气泡了， 说明浸渍比较好，可以用压缩空气吹去多余 涂料，斜放入沸砂桶中，待浇口杯散上砂后 可以取出。3～5层均可重复涂挂。
2-26 半层涂挂
把干燥好的涂层达到工艺要求的 模组，浸入半层浆桶中5秒钟，然后挂 在涂料桶上方，滴尽多余涂料不撒砂 叫半层涂挂，主要提高型强度，防止 掉砂。
30/60、16/30 要求型壳是嵌锒结构，使型
壳成为一个整体。如图
两种不同结构的型壳
2-32
● 影响干燥的因素：T℃、湿度和风力
—T℃不变以保证铸件 精度
—湿度很重要 面层湿度 60～70％ 背层湿度 40～60％
2-33
因面层的主要的矛盾是干得过快，面层型 壳易开裂，造成毛刺缺陷，为防止干得过 快，面层湿度要高些，60～70%。
3-4 纤维增强剂
纤维增强快干硅溶胶与一般的高 聚物改性硅溶胶不同，它不是靠加入 聚合物，而是靠中加入不溶于的有机 纤维（尼龙丝）来增强的，在涂料中 加入直径约20um，长约1mm的尼龙纤维。
3-5 一种乳胶增强型快干硅溶胶
乳胶增强型快干硅溶胶是新推出的一 种快干硅溶胶，常温强度优于FS1，与A相 当；高温强度和残留强度均高于A，但是略 低于FS1残留强度相对于FS1有一定改善。
过渡层涂料：由耐火材料、粘结剂组成。 背层 涂料：由耐火材料、粘结剂、选择性
改性材料（石墨粉等）组成。
2-3 润湿剂的作用
润湿剂是一种表面活性剂，其分子一般 由两种性质不同的原子基因组成：一种是非 极性的亲油基因，另一种是极性的亲水基因。 如聚氧乙烯烷基醇醚（J F C）
憎水
亲水
图（七）
2-4 润湿剂作用示意图
2-20 两次沾浆
两次沾浆是指模组分两次分别在不同流 杯粘度的面层浆桶中沾浆。 第一次是在流杯粘度小的浆桶中沾浆，大约 流杯粘度在15～20s。 第二次在流杯粘度在35～40s的大粘度桶中 再次沾浆后撒砂。
2-21 喷涂加浸涂
先用喷枪把稀涂料喷在模组上， 不撒砂，然后马上浸涂在正常涂料中， 达到消除气泡的目的。
1-1 硅溶胶粘结剂及制壳工艺 中国铸造协会精密铸造分会
1-2 硅溶胶（Colloid Silica)
硅溶胶是熔模铸造常用的一种粘结剂，外 观清淡乳白色或稍带乳光。它是二氧化硅胶体 （溶胶），由无定形二氧化硅的微小颗粒分散 在水中而形成的稳定胶体溶液，在电子显微镜 下可看到胶体颗粒。参看图（一）
1-3 图（一） 硅溶胶电子显微镜照片
乳胶增强型快干硅溶胶在高温下的烧 失，被烧失的乳胶成分在型壳中留下微观 孔隙，进而降低了型壳的残留强度并增加 型壳的透气性。
3-6 硅溶胶对型壳尺寸的影响
宇达新型乳胶增强硅溶胶与目前得到批 量使用的FS1型硅溶胶工艺参数相同的条件 下，高温性能相当，常温强度得到提高， 有利于获得优质型壳。
为满足熔模铸造的发展要求，采用快 干增强型硅溶胶成为发展的必然趋势。
1-4 图（二） 二氧化硅胶粒表面的扩散双电层及电位
1-5 熔模铸造制壳用硅溶胶技术指标
熔模铸造用硅溶胶技术要求（HB5346-1986）
SiO2%
GRJ-26 24-28
Na2O%
≤0.3
GRJ-30 29-31 ≤0.5
密度g/cm3
PH 运动粘度mm2/S
1.15～1.19 9～9.5
≤6
2-29
层数 参数
涂料种类
撒砂（目）
温度(℃) 湿度(%) 风速(m/s) 干燥时间(h) 预湿剂
面层
二层
背层 封浆
面层
过渡层
背层 背层
涂料
涂料
涂料 涂料
100/120
30/60
16/30高
锆砂
高岭土砂 岭土砂
22～26
60～70
40～60
--
6～8
4～6
＞8
＞ 12
浸预湿剂
--
2-30 模组涂挂过程的质量分析
密度/g/Cm3 1.16～1.31
25～40
1-8 Na2O含量
PH值
1-9 运动粘度
1-10 胶体粒子直径
2-Hale Waihona Puke Baidu 硅溶胶涂料
硅溶胶涂料种类： 面层涂料——影响铸件表面质量 过渡层涂料——将面层润湿和背层粘结好 背涂料——影响型壳强度和铸件精度
2-2 硅溶胶涂料组成
面层涂料： 由耐火材料、粘结剂、润湿剂、 消泡剂等组成。
涂
电熔刚玉/kg
料
熔融石英/kg
锆英粉/kg
组
高岭石类熟料/kg
成
润湿剂/mL
消泡剂/mL
涂料密度/(g/cm3)
涂料粘度/s
用途
1
2
3
12.1 32～36
12.1 17～18
10 36～40
24 16 2.3～2.5 33～37 表面层
24 16 1.7～1.8 22～26 表面层
16 12 2.7～2.8 32±1 表面层
三种涂料的作用： 面层涂料及撒砂保证型壳内表面质量直接
影响铸件表面质量。 过渡层涂料是将面层和背层牢固的粘结好
避免分层，提高型壳强度。 背层涂料制壳是保证型壳的高低温度强度，
保证铸件不变形和尺寸精度。
2-31 型壳的结构
涂料的流杯粘度是由高到低 撒砂是由细到粗，是逐层渐
粗 一般用三种砂100/120、
2-15 涂挂试片的测试
涂料层厚度可用涂挂试片测定其重量。涂 片重是采用40mm×40mm×2mm的不锈钢涂挂试 片来测试，涂片重越大，表明涂层越厚。流 杯粘度与涂片重配合使用，可以更好的反映 硅溶胶涂料性能。
2-16 硅溶胶制壳工艺
硅溶胶型壳采用干燥硬化的胶凝法，
其过程如下
清洗蜡模
上涂料
撒砂
干燥
3-2 快干原理
①快干胶中加入高分子有机物，它本 身就是一种强粘结剂，如乳胶和PVA等高聚 物增强材料，高聚物改性硅溶胶会更早达 到胶凝浓度、早期建立湿强度。
3-3
②离子改性硅溶胶是用金属离子通 过以碱性金属化物的形式加入碱性硅溶 胶溶液中，通常用铝、锡、铅，但是多 数用铝，铝Al3+离子加入会发生水解反 应生成Al(OH)3胶体,该胶体会增强硅溶 胶的粘结力，有利于使型壳在下一层挂 浆前建立足够的强度。
4
5
10
10
16～17
14～15
1.82～1.85 1.81～1.83
19±1
13±1
过渡层
背层
2-9 粉液比
配方中耐火材料和粘结剂（硅溶胶）的 重量比称之为粉液比。它直接影响涂料及型 壳的性能。应加以严格控制。
涂料粉液比高，所制型壳内表面致密， 铸件表面质量好。
涂料粉液比高，所制型壳强度高，铸件 精度高。
2-6 消泡剂
加入润湿剂后，涂料的表面强力下 降了，搅拌过程中易将空气卷入形成气 泡，为此，需加入消泡剂来消泡，消泡 剂一般为有机添加剂，如硅树脂、醇类。
2-7
消泡剂作用使气泡表面膜被拉伸变薄而 使气泡破灭（图九）
2-8 硅溶胶涂料配方
几种国内硅溶胶涂料配方
加 入
名称
序
号 量
硅溶胶[ω(SiO2)=30%]/kg
4-1 熔模铸造件常见缺陷和型壳的关系
一、气孔 型壳培烧温度低，保温时间不足，型壳过
厚透气性不好。 二、皮下气孔
型壳内表面与金属液发生反应。
4-2
三、渣气孔 型壳焙烧不足
四、缩松 型壳温度过低，冷却速度过快
4-3
五、热裂 型壳温度低，冷却速度过快，型壳强
度过高，退让性差，阻碍收缩。 六、金属刺
1.20～1.22 9～10
≤8
SiO2胶粒直径nm 7～15 9～20
外观 乳白色或淡青色
无外来杂物
保存期 ≥一年 ≥一年
1-6 硅溶胶物化参数与其性能 及涂料、型壳性能的关系
1-7 SiO2含量
硅溶胶中 胶体含量的多 少，即粘结力 的强弱与型壳 高温强度关系
1.16～25 1.21～30 1.27～35 1.31～40
2-19 手工浸涂
面层涂料一般流杯粘度控制在32～45s之 间，将清洗好的模组吹干后以30°左右角度缓 慢地浸入面层涂料浆中稍作旋转，注意蜡模上 的文字、凹槽、转角、小孔和盲孔，一定吹掉 气泡，涂挂要均匀，必要时可用压缩空气轻轻 吹拂，同时可用笔刷涂料，最好浸涂两次，一 定采用淋砂机撒砂，在撒砂时一定不停的转动 在模组上形成完整均匀的面层。若不能获得均 匀完整的涂层要重新沾浆涂挂。
2-10 粉液比高低，取决于硅溶胶的 粘度和耐火粉料的粒度及粒度级配。
图（十）
2-11 硅溶胶涂料的配制
加料顺序：1）硅溶胶2）润湿剂3）耐火粉料 4）消泡剂
搅拌时间： 面层
全部新料24h 部分新料12h 背层 全部新料10h 部分新料5h
2-12 涂料配制需长时间均匀搅 拌，特别新配涂料，严格控制 搅拌时间，到时方可测定涂料 流杯度和涂片厚度。
背层的主要矛盾是干得过慢，生产效率低， 为提高生产效率，背层湿度要低些，40～ 60%
2-34
a）
b）
风速对型壳干燥和硅溶胶中水的蒸发影响
a ）风速对型壳干燥的影响 b）风速对硅溶胶中水的蒸发影响
3-35 图介绍美国制壳间
2-36 内部
2-34 机械手
2-37 搅拌桶
3-1 快干硅溶胶
2-17 模组清洗
模组清洗的目的：去除熔模上的油 污、灰尘、蜡屑。对模组轻度刻蚀，以 增加涂挂性。现在用环保型水基清洗剂 如ZF-301、YQA01代替有机清洗剂：三氯 乙烷、乙醇、丁酮等。
2-18 面层涂挂
面层涂挂是制壳工艺中的关键，只有 面层涂挂均匀、完整、没有漏涂或涂料堆 积才能获得内表面光洁、坚实的型壳内表 面，并撒砂一定均匀，即使在全自制壳流 水线中机械手只完成后2～5层，面层依然 由人工控制手工涂挂。
2-22 真空沾浆
在真空条件下进行涂挂，以达到 消泡的目的。操作比较麻烦，但效果 比较好。
总之，面层涂挂是制壳的关键， 要根据不同结构的铸件，进行适当的 调整。
2-23 对于深孔及盲孔的面层涂挂
1、预制陶瓷型芯。 2、涂两层涂料（撒砂）后，用砂灌满
后堵孔作假芯。
2-24 过渡层涂挂
把面层干燥好的模组吹去浮砂，浸入 预湿剂中，停留不超过2秒取出，滴净预湿剂 在约3～5秒，以30°浸入过渡层涂料桶中进 行沾浆，也建议采用淋砂机，过渡层也一定 均匀，特别是槽、孔、凹字和转角涂料易堆 积部分，一定吹均匀，滴净多余涂料后迅速 淋砂。
2-27 型壳涂挂后干燥
硅溶胶型壳是利用水分蒸发，使SiO2胶 体胶凝，随着水分蒸发SiO2浓度增加，最终 形成陈化凝胶，这是利用电介质、PH、 SiO2 胶体浓度、温度、蒸发速度等因素使SiO2胶 体胶凝完成制壳工序。
2-28 制壳工艺参数
包括：①涂料种类、撒砂种类、砂子粒度； ②制壳间的温度、湿度和风速； ③每层干燥时间。
快，浇口杯掉砂。
4-7
十、型壳膨胀（铸件变形） 型壳耐火材料杂质含量过高，耐火
材料煅烧温度低，粘结剂高温性能差。
4-8
十一、铸件表面凹陷 型壳分层，型壳面层向内膨胀
4-9
十二、铸瘤 面层涂料中气泡未被排除，涂挂时蜡模
拐角处、沟槽处、铸字处有气体夹杂在涂 料中。
4-10
十三、鼠尾 面层热膨胀系数大，而背层热膨胀系
为了防止面层干燥时产生的裂纹和提高 型壳整体干燥速度。研制一类新型快干硅溶 胶。如国产的FS-1、FS-111、ZF-801、SKP27等，快干胶已成功的用在硅溶制壳工艺中， 取得良好效果。福斯科中国公司研制出快干 剂，加入在普通硅溶胶中，大大缩短了制壳 干燥时间，同时降低了成本，使层间干燥时 间缩短为2h左右。
2-13 涂料的质量控制
流杯粘度：一定容积的涂料流尽的秒数。 国内外常用的流杯是美国的Zahn流杯4#（#004） 和5#（#005）号杯。容积为44ml，出口孔径分别 为： 4#（#004）ø4.27、 5#（#005）ø5.28，大部 分采用4#（#004）居多。
2-14 流杯粘度测定终点的确定
表面活性剂（润湿剂）有一薄层即可，用 量为硅溶胶的千分之一左右。参看图（八）
表面活性剂亲油基因在熔模表面的定向排 列
2-5
国内使用最多的润湿剂（表面活性剂） 为JFC，又称渗透EA，全名聚氧乙稀烷基醇醚。 同时还有润湿剂TX-10（OP-10）、农乳130、 农乳100、还有烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸 钠等。