面层制壳工艺研究
熔模铸造表面层制壳工艺的研究
景宗梁 车顺强
（郑州大禹化工产品有限公司）
摘 要 近年来，熔模铸造硅溶胶工艺表面层制壳工艺呈现新的改进，例如熔融石英粉、莫来粉、砂、精铸专用粉、砂等应用于面层，使面层耐火材料从单一品种发展为多品化，充分发挥出不同材料之间铸造性能上的互补性，显示出多种耐火材料特性的优化组合，形成了多档次的面层结壳工艺，使铸件表面质量持续保持优秀，尺寸精度稳定，从而，制壳生产成本大幅度下降。另外，水玻璃工艺面层引入新材料，成为水玻璃制壳工艺的新亮点。
关键词 表面涂层；混合浆料；耐火材料的优化组合
全硅溶胶结壳工艺的面层结壳耐火材料一直采用价格昂贵的锆英粉和锆英砂，据统计,制壳材料成本占精铸成本的30%左右,耐火材料占制壳材料成本的80%左右,而面层的材料成本占整个制壳材料成本的五分之三，所以，必须突破传统工艺的束搏，改进面层材料的应用，创新面层结壳工艺，降低面层制壳的生产成本。
1高岭石类耐火材料进入面层
高岭石属于铝-硅系耐火材料，组分是以氧化铝和二氧化硅为主要组成的铝硅酸盐，相组成是莫来石、玻璃相、石英，铝-硅系材料的特性是耐火度高，线膨胀系数比硅砂、刚玉小，高温化学稳定性好，热稳定性高，所以，粘土质耐火粉料早在上世纪七十年代就应用于水玻璃工艺的背层浆，采用结晶氯化铝硬化，即当时所谓的高强度模壳；至于硅溶胶工艺的背层浆料及背层用砂，莫来粉、莫来砂的应用，已经成为经典工艺。
1.1莫来粉作面层粉料
将莫来粉加入到锆英粉中，从理论组成分析：硅酸锆中的三分之一是二氧化硅，铝-硅系材料中的二分之一强是二氧化硅，锆粉与莫来粉混合，二者中的二氧化硅应该是相似相溶，不发生排斥，仅增加了氧化铝组分，氧化铝与氧化锆这两种氧化物互不干扰，独立存在，形成三元组合混物ZrO2-Al2O3-SiO2，兼容性良好，晶相组织理论分析可行。
面层配浆工艺如下：
粉液比: 1：3.4～3.5
锆英粉:莫来粉320目（熟料） = 1:1
粘度值(詹氏4#):34±1s
润湿剂:10kg面层硅溶胶加30ml
消泡剂:10kg面层硅溶胶加22ml
面层撒砂：90～120目锆英砂
面层干燥时间：7～8h
环境条件：温度22～25℃；湿度22～25第二层及以后，采用莫来粉浆、撒莫来砂，工艺参数仍然是全硅溶胶结壳工艺，脱蜡及焙烧工艺也相同于全硅溶胶结壳工艺。
图1 前盖 脱壳后未经抛丸铸件的表面粗糙度 材质304
生产实践效果，此混合浆料的涂挂性好,易于操作,有助于面层强度和耐火度的提高,铸件表面粗糙度接近于全锆英粉浆料,尺寸精度高，不粘砂，溃散性同于全锆英粉浆料。
该混合面层浆料，适用于较大、壁厚较厚的铸件,例如泵类、阀类铸件上应用。大多数采用低温模料，浇注300系列奥氏体不锈钢铸件表面粗糙度粗糙度可达Ra ≤6.3，尺寸精度可达到CT4级，浇注碳钢、低合金钢更理想，见图1所示。制壳成本比全锆英粉浆料降低 60-70%。
1.2莫来砂做面层撒砂材料
锆英石与高岭石这两种耐火材料有着良好的兼容性和复合性，所以，面层砂采用以莫来砂替代锆英砂。
面层配浆工艺如下：
粉液比（325目锆英粉）: 1：3.3～3.4
粘度值(詹氏4#):42～45s
润湿剂:10kg面层硅溶胶加28ml
消泡剂:10kg面层硅溶胶加20ml
面层撒砂：100目莫来砂
面层干燥时间：8～9h
环境条件：温度22～25℃；湿度22～25%
第二层及以后，采用莫来粉浆、撒莫来砂，具体的工艺参数相同于全硅溶胶结壳工艺。
生产实践结果，面层浆料的粉液比及粘度值要相应适当提高，砂与浆层的结合力好，若采用浮砂机撒砂，则效果更佳，干燥时间略长。铸件表面粗糙度可达Ra 6.3，尺寸精度达到CT4级，质量稳定，不粘砂，溃散性同于锆英粉锆英砂。见图2所示。
图2 阀芯 粗抛后铸件表面粗糙度 材质1.4408
该工艺适用于机械件、水暖管件等壁厚不是很厚的铸件上应用，低、中温模料的蜡模均可使用。浇注300系列奥氏体不锈钢、沉淀不锈钢，铸件表面粗糙度比撒锆英砂逊色不了多少，若浇注碳钢、低合金钢，铸件表面粗糙度与撒锆英砂达到同等水准。制壳成本比撒锆英砂降低80 %。
2 熔融石英作面层材料
近年来，国外先进的工业国家，用于制壳的耐火材料发生明显的变化，锆英石使用得最少，熔融石英大幅上升，这与国内的情况绝然不同。熔融石英的热膨胀系数在所有耐火材料中堪称最小，型壳在脱蜡和焙烧过程中的开裂、变形倾向最小，型壳高温抗蠕变性能优秀，使得铸件尺寸稳定，故尔，将熔融石英引入面层材料有理论、实践依据。
2.1 锆英粉-熔融石英粉混合浆-撒锆英砂
面层配浆工艺如下：
锆英粉:熔融石英粉 = 85%:15%
粉液比: 1：3.2
粘度值(詹氏4#):
