一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法，其组分及重量百分比为：去离子水70～80，硅酸钠4.7～6.0，氧化铝10.0～13.0，氧化硅2.0～3.5，磷酸二氢钠0.8～1.3，磷酸一氢钠0.4～0.7，氯化钙1.5～2.5，氧化石墨烯0.8～1.2，四硼酸钠1.0～1.8。本发明配料和制备简单，组分配比科学，原料无毒无害；可长期保存使用。本发明可有效实现铍铝合金与模壳壁的隔离防护，脱模快速简便，不影响合金部件及模壳表面质量，有利于模壳的多次重复使用及铍铝合金精密铸造过程，大大提高了工作效率并降低了合金熔铸成本。

权利要求

1.一种铍铝合金精密铸造脱模剂，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：去离子水70.0～80.0，硅酸钠4.7～6.0，氧化铝10.0～13.0，氧化硅2.0～3.5，磷酸二氢钠0.8～

1.3，磷酸一氢钠0.4～0.7，氯化钙1.5～2.5，氧化石墨烯0.8～1.2，四硼酸钠1.0～1.8。

2.根据权利要求1所述的铍铝合金精密铸造脱模剂，其特征在于，由包括以下重量份的组分制成：去离子水70，硅酸钠6.0，氧化铝13，氧化硅3.5，磷酸二氢钠1.3，磷酸一氢钠0.7，氯化钙2.5，氧化石墨烯1.2，四硼酸钠1.8。

3.根据权利要求1或2所述的铍铝合金精密铸造脱模剂，其特征在于，所述氧化铝和氧化硅的粒度均为500目以下。

4.根据权利要求1或2所述的铍铝合金精密铸造脱模剂，其特征在于，所述氧化石墨烯的平均尺寸低于300微米。

5.一种制备权利要求1～4任意一项所述的铍铝合金精密铸造脱模剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按照所述重量配比备料，将所有固体类原料预先烘干；

(2)先将原料硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠溶解于去离子水中，再加入氯化钙、四硼酸钠并搅拌使完全溶解；

(3)将氧化铝、氧化硅、氧化石墨烯原料加入步骤(2)所得的溶液中，搅拌使均匀分散后静置；

(4)将步骤(3)的混合物加热至65～80℃，同时连续搅拌0.5小时以上，然后静置冷却至室温备用。

6.根据权利要求5所述的制备铍铝合金精密铸造脱模剂的方法，其特征在于，步骤(1)的烘干在温度75～85℃下的干燥箱中进行。

7.根据权利要求5所述的制备铍铝合金精密铸造脱模剂的方法，其特征在于，步骤(2)按照顺序将固体原料硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、氯化钙、四硼酸钠溶解在去离子水中时，应在上一种原料完全溶解后再加入后续原料。

8.根据权利要求5所述的制备铍铝合金精密铸造脱模剂的方法，其特征在于，步骤(2)～(4)所述的搅拌采用电动机械完成，转速应低于600r/min，搅拌时间应大于20min。

9.根据权利要求5所述的制备铍铝合金精密铸造脱模剂的方法，其特征在于，步骤(3)所述静置的时间为1h以上。

说明书

一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属材料精密铸造领域，具体涉及一种模具喷涂防护与铸锭表面质量控制，特别是一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 铍铝合金结合了金属铍的低密度、高强度和金属铝的高塑性和优良机加性能，具有较好的韧性与易加工性，是一种独特的质轻、刚性、高阻尼性和高稳定性的材料。经过40余年的发展，铍铝合金已在航空航天、武器系统及汽车领域取得了广泛的应用。

[0003] 目前，铍铝合金部件的生产主要采用粉末冶金和铸造两种方法，其中前者能获得综合性能相对较好的合金产品，但其缺点也很明显，即该技术成本高、时间长、技术难度大，且难以获得具有大尺寸和复杂结构的合金部件。采用铸造方法，尤其是发展日益成熟的精密铸造，技术理论上可以制备得各类形状及尺寸的铍铝合金零件产品，且生产周期短、技术难度相对低，同时结合合金化及熔体快冷技术可以获得不亚于粉末冶金铍铝合金的综合性能。

[0004] 由于高温下金属铍、铝化学性质活泼，合金比热容及热膨胀系数异于常规金属材料，合金熔点较高(高于1200摄氏度)，铍铝合金铸造过程对熔体与模壳之间的隔离防护有很高要求。此外，铍金属价格较高，合金精密铸造要求铸锭容易脱模以保证表面质量，以避免后续机加工过程造成的材料浪费，因此常规的应用于铝、镁合金及钢铁的油性脱模剂无法应用于铍铝合金的精密铸造。从经济效益角度看，适用于铍铝合金精密铸造的脱模剂还应适用于包括陶瓷及石墨等在内的多种模壳材料，能有效保护合金铸锭及模壳，以实现模壳的多次重复使用。

发明内容

[0005] 针对现有技术缺少铍铝合金精密铸造用的脱模剂的不足，本发明的目的在于提供一种铍铝合金精密铸造脱模剂，及其制备方法。该脱模剂能耐高温、不与合金发生反应且无毒无污染，合金部件脱模快速简便，而且均不损伤模壳和合金表面，大大降低了合金熔铸成本。

[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0007] 一种铍铝合金精密铸造脱模剂，由包括以下重量份的组分制成：去离子水70.0～80.0，硅酸钠4.7～6.0，氧化铝10.0～13.0，氧化硅2.0～3.5，磷酸二氢钠0.8～1.3，磷酸一氢钠0.4～0.7，氯化钙1.5～2.5，氧化石墨烯0.8～1.2，四硼酸钠1.0～1.8。

[0008] 优选的，本发明上述的铍铝合金精密铸造脱模剂，由包括以下重量份的组分制成：去离子水70，硅酸钠6.0，氧化铝13，氧化硅3.5，磷酸二氢钠1.3，磷酸一氢钠0.7，氯化钙
2.5，氧化石墨烯1.2，四硼酸钠1.8。

[0009] 进一步地，上述的铍铝合金精密铸造脱模剂，所述氧化铝和氧化硅的粒度均为500目以下。

[0010] 进一步地，上述的铍铝合金精密铸造脱模剂，所述氧化石墨烯的平均尺寸低于300微米。

[0011] 进一步地，上述的铍铝合金精密铸造脱模剂，通过将前述的组分采用包括以下步骤的方法制备：

[0012] (1)按照所述重量配比备料，将所有固体类原料预先烘干；

[0013] (2)先将原料硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠溶解于去离子水中，再加入氯化钙、四硼酸钠并搅拌使完全溶解；

[0014] (3)将氧化铝、氧化硅、氧化石墨烯原料加入步骤(2)所得的溶液中，搅拌使均匀分散后静置；

[0015] (4)将步骤(3)的混合物加热至65～80℃，同时连续搅拌0.5小时以上，然后静置冷却至室温备用。

[0016] 本发明还提供了一种制备前述铍铝合金精密铸造脱模剂的方法，包括以下步骤：

[0017] (1)按照所述重量配比备料，将所有固体类原料预先烘干；

[0018] (2)先将原料硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠溶解于去离子水中，再加入氯化钙、四硼酸钠并搅拌使完全溶解；

[0019] (3)将氧化铝、氧化硅、氧化石墨烯原料加入步骤(2)所得的溶液中，搅拌使均匀分散后静置；

[0020] (4)将步骤(3)的混合物加热至65～80℃，同时连续搅拌0.5小时以上，然后静置冷却至室温备用。

[0021] 本发明上述的制备方法，步骤(2)先将硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠溶解后再加入氯化钙和四硼酸钠，这种顺序可避免当硅酸钠与四硼酸钠固体或粉末同时加入室温条件下的水中时易产生的团聚现象，有利于四硼酸钠的快速溶解。

[0022] 优选地，上述方法步骤(1)的烘干在温度75～85℃下的干燥箱中进行。烘干时间在6小时以上。磷酸一氢钠与磷酸氢二钠在室温下长期放置会因吸收水分子而由五水物转变为约七水物，摩尔质量增加，不利于通过称重方式控制其在溶液中的精确浓度；加热至100℃时又会失去全部结晶水而成无水物，不利于在水中的溶解，更高温度下则发生分解、失效。此外，磷酸一氢钠在34℃以下长期放置会最终转化为白色粉末的二水磷酸氢二钠。在本发明的温度范围内，两种物质在烘烤6h以上后均可形成分子式稳定的二水化合物，可通过称重方式精确控制浓度，同时能快速溶解于水中。

[0023] 优选地，上述方法步骤(2)将固体原料溶解在去离子水中时，在上一种原料完全溶解后再加入后续原料。该操作方式可避免多种碱性物质粉末同时加入室温水中产生团聚现象而不利于溶解。

[0024] 在本发明的方法中，步骤(2)～(4)所述的搅拌，转速过高会使溶液溶解过多空气(尤其是氧气)，后期需要再采用超声方式除去溶解气体，否则溶解的大量气体在脱模剂被涂刷在模具表面并烘干的过程会释放出来，从而使涂层产生鼓包甚至是破损。因此，优选地，步骤(2)～(4)所述的搅拌采用电动机械完成，转速低于600r/min，搅拌时间低于20分钟。

[0025] 优选地，上述方法步骤(3)静置1h以上。静置1h以上，溶液可较为充分地释放出搅拌过程中溶解的气体。

[0026] 本发明提供的一种铍铝合金精密铸造脱模剂的组分选择原理是：磷酸二氢钠、磷酸一氢钠及四硼酸钠在溶液中形成缓冲溶液体系，即使溶液在静置过程中吸收空气中的二氧化碳等酸性气体也能有效地长期保持为弱碱性，有助于长期保持氧化铝及氧化硅的均分分布而不沉降；硅酸钠作为耐高温的粘合剂，将主体材料氧化铝及氧化硅固化后紧密粘附在模壳表面，两者导热性良好，有利于熔体的快速散热冷却，且不与合金原料发生任何反应；氯化钙引入了钙离子，与其他组分反应生成具有亲油性的皂化钙，有利于提高脱模剂涂层在陶瓷材料及多孔性石墨材料模壳表面的渗透性和附着力，并充分填补模壳表面缺陷。但在浇铸后的冷却过程，皂化钙发生缓慢分解从而降低了涂层与模壳壁的粘附性，有利于后续的脱模；氧化石墨烯作为复合增强材料可有效提高脱模剂涂层的综合强度与浇铸时的抗热冲击性能。

[0027] 本发明的铍铝合金精密铸造脱模剂，配方合理，组分配比科学，所用原料均无毒无害，可长期保存、使用，成本较低；其制备方法工艺规范，操作简单。该脱模剂可通过喷涂、刷涂方式使用，可有效实现合金与模壳壁的隔离防护，脱模快速简便，不影响合金部件及模壳表面质量，有利于模壳的多次重复使用及铍铝合金精密铸造过程，大大提高了工作效率并降低了合金熔铸成本。

附图说明

[0028] 图1为本发明所述的一种铍铝合金精密铸造脱模剂喷涂后在模壳表面的结构示意图，模壳-1，脱模剂涂层-2，模壳缺陷-3；

[0029] 图2为实施例4的合金铸件表面质量对比图，a是使用实施例3制备的脱模剂后的合金铸件表面，b是未使用脱模剂时合金铸件表面的质量对比。

具体实施方式

[0030] 以下通过具体实施例对本发明的发明内容做进一步的阐释。

[0031] 实施例1

[0032] 一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法由以下步骤实现：

[0033] (一)原料组分及所占重量份为：去离子水75.0，硅酸钠5.5，氧化铝12.0，氧化硅2.0，磷酸二氢钠0.8，磷酸一氢钠0.4，氯化钙2.0，氧化石墨烯1.0，四硼酸钠1.3。其中氧化铝及氧化硅粉末粒度为400目，氧化石墨烯平均尺寸为120微米；

[0034] (二)制备方法为：

[0035] (1)将已备好的原料放入鼓风干燥箱中并在80摄氏度烘干8小时；

[0036] (2)按照硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、氯化钙、四硼酸钠的顺序将原料加入去离子水中，采用机械搅拌使原料溶解，转速300r/min，时间20分钟，在上一种原料完全溶解后在加入后一种原料；

[0037] (3)将氧化铝、氧化硅、氧化石墨烯原料同时加入步骤(2)所得的溶液中，机械搅拌使所有固体粉末均匀分散，搅拌转速300r/min，搅拌时间25分钟，之后将混合物静置1.2小时；

[0038] (4)将上述混合物加热至75℃后保温，同时连续机械搅拌1.0小时，转速400r/min，结束后静置至室温备用。

[0039] 实施例2

[0040] 一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法由以下步骤实现：

[0041] (一)原料组分及所占重量份为：去离子水80，硅酸钠4.8，氧化铝10，氧化硅2.5，磷酸二氢钠1.0，磷酸一氢钠0.5，氯化钙1.5，氧化石墨烯0.8，四硼酸钠1.0。其中氧化铝及氧化硅粉末粒度为200目，氧化石墨烯平均尺寸为200微米；

[0042] (二)制备方法为：

[0043] (1)将已备好的原料放入鼓风干燥箱中并在75摄氏度烘干6小时；

[0044] (2)按照硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、氯化钙、四硼酸钠的顺序将原料加入去离子水中，采用机械搅拌使原料溶解，转速480r/min，时间30分钟，在上一种原料完全溶解后在加入后一种原料；

[0045] (3)将氧化铝、氧化硅、氧化石墨烯原料先后加入步骤(2)所得的溶液中，机械搅拌使所有固体粉末均匀分散，搅拌转速450r/min，搅拌时间30分钟，之后将混合物静置1.0小时；

[0046] (4)将上述混合物加热至80℃后保温，同时连续机械搅拌1.0小时，转速480r/min，结束后静置至室温备用。

[0047] 实施例3

[0048] 一种铍铝合金精密铸造脱模剂及其制备方法由以下步骤实现：

[0049] (一)原料组分及所占重量份为：去离子水70，硅酸钠6.0，氧化铝13，氧化硅3.5，磷酸二氢钠1.3，磷酸一氢钠0.7，氯化钙2.5，氧化石墨烯1.2，四硼酸钠1.8。其中氧化铝及氧化硅粉末粒度为400目，氧化石墨烯平均尺寸为150微米；

[0050] (二)制备方法为：

[0051] (1)将已备好的原料放入鼓风干燥箱中并在85摄氏度烘干6小时；

[0052] (2)按照硅酸钠、磷酸二氢钠、磷酸一氢钠、氯化钙、四硼酸钠的顺序将原料加入去离子水中，采用机械搅拌使原料溶解，转速600r/min，时间30分钟，在上一种原料完全溶解后在加入后一种原料；

[0053] (3)将氧化铝、氧化硅、氧化石墨烯原料同时加入步骤(2)所得的溶液中，机械搅拌使所有固体粉末均匀分散，搅拌转速600r/min，搅拌时间20分钟，之后将混合物静置1.0小时；

[0054] (4)将上述混合物加热至80℃后保温，同时连续机械搅拌1.5小时，转速500r/min，结束后静置至室温备用。

[0055] 实施例4

[0056] 将实施例3制备的脱模剂喷涂在铍铝合金精密铸造模壳表面，其结构示意图如图1所示，即便模壳表面有缺陷，也可以通过脱模剂避免对合金铸件造成影响。然后进行铍铝合金精密铸造，铸成的铍铝合金表面如图2中b所示，合金表面光滑完整，质量好。未喷涂脱模剂在相同条件下进行铍铝合金精密铸造，铸成的铍铝合金表面如图2中a所示，合金表面不平整、有瑕疵，质量差，而且浪费材料。

[0057] 可见，本发明的脱模剂针对铍铝合金精密铸造的特殊需求，并充分考虑合金成分和模壳的特点，既能耐高温、不与合金发生反应且无毒无污染，又不损伤模壳及合金表面。

[0058] 以上实施例仅为本发明的优选方案，本发明的实施方式与保护范围并不受限于上述实施例，凡使用本发明思路下的设计及技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明设计原理前提下的若干改动也应视作本发明的保护范围。