關于硅溶膠粘結劑與制殼工藝第一頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-2硅溶膠（ColloidSilica)

硅溶膠是熔模鑄造常用的一種粘結劑，外觀清淡乳白色或稍帶乳光。它是二氧化硅膠體（溶膠），由無定形二氧化硅的微小顆粒分散在水中而形成的穩(wěn)定膠體溶液，在電子顯微鏡下可看到膠體顆粒。參看圖（一）第二頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-3圖（一）

硅溶膠電子顯微鏡照片第三頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-4圖（二）

二氧化硅膠粒表面的擴散雙電層及電位第四頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-5熔模鑄造制殼用硅溶膠技術指標熔模鑄造用硅溶膠技術要求（HB5346-1986）SiO2%Na2O%密度g/cm3PH運動粘度mm2/SGRJ-2624-28≤0.31.15～1.199～9.5≤6GRJ-3029-31≤0.51.20～1.229～10≤8SiO2膠粒直徑nm外觀保存期7～15乳白色或淡青色≥一年9～20無外來雜物≥一年第五頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-6

硅溶膠物化參數(shù)與其性能

及涂料、型殼性能的關系第六頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-7SiO2含量

硅溶膠中膠體含量的多少，即粘結力的強弱與型殼高溫強度關系密度/g/Cm31.16～1.3125～401.16～251.21～301.27～351.31～40第七頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-8Na2O含量

PH值第八頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-9

運動粘度第九頁，共八十三頁，2022年，8月28日1-10膠體粒子直徑第十頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-1硅溶膠涂料硅溶膠涂料種類：面層涂料——影響鑄件表面質量過渡層涂料——將面層潤濕和背層粘結好背涂料——影響型殼強度和鑄件精度第十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-2

硅溶膠涂料組成面層涂料：由耐火材料、粘結劑、潤濕劑、消泡劑等組成。過渡層涂料：由耐火材料、粘結劑組成。背層涂料：由耐火材料、粘結劑、選擇性改性材料（石墨粉等）組成。第十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-3

潤濕劑的作用

潤濕劑是一種表面活性劑，其分子一般由兩種性質不同的原子基因組成：一種是非極性的親油基因，另一種是極性的親水基因。如聚氧乙烯烷基醇醚（JFC）憎水親水圖（七）第十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-4

潤濕劑作用示意圖

表面活性劑（潤濕劑）有一薄層即可，用量為硅溶膠的千分之一左右。參看圖（八）表面活性劑親油基因在熔模表面的定向排列第十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-5

國內使用最多的潤濕劑（表面活性劑）為JFC，又稱滲透EA，全名聚氧乙稀烷基醇醚。同時還有潤濕劑TX-10（OP-10）、農(nóng)乳130、農(nóng)乳100、還有烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等。第十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-6消泡劑

加入潤濕劑后，涂料的表面強力下降了，攪拌過程中易將空氣卷入形成氣泡，為此，需加入消泡劑來消泡，消泡劑一般為有機添加劑，如硅樹脂、醇類。第十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-7

消泡劑作用使氣泡表面膜被拉伸變薄而使氣泡破滅（圖九）第十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-8

硅溶膠涂料配方幾種國內硅溶膠涂料配方

序加入號量名稱12345涂料組成硅溶膠[ω(SiO2)=30%]/kg12.112.1101010電熔剛玉/kg32～36熔融石英/kg17～18鋯英粉/kg36～40高嶺石類熟料/kg16～1714～15潤濕劑/mL242416消泡劑/mL161612

涂料密度/(g/cm3)2.3～2.51.7～1.82.7～2.81.82～1.851.81～1.83

涂料粘度/s33～3722～2632±119±113±1

用途表面層表面層表面層過渡層背層第十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-9

粉液比

配方中耐火材料和粘結劑（硅溶膠）的重量比稱之為粉液比。它直接影響涂料及型殼的性能。應加以嚴格控制。涂料粉液比高，所制型殼內表面致密，鑄件表面質量好。涂料粉液比高，所制型殼強度高，鑄件精度高。第十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-10

粉液比高低，取決于硅溶膠的粘度和耐火粉料的粒度及粒度級配。圖（十）第二十頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-11

硅溶膠涂料的配制加料順序：1）硅溶膠2）潤濕劑3）耐火粉料4）消泡劑攪拌時間：面層全部新料24h

部分新料12h背層全部新料10h

部分新料5h第二十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-12

涂料配制需長時間均勻攪拌，特別新配涂料，嚴格控制攪拌時間，到時方可測定涂料流杯度和涂片厚度。第二十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-13涂料的質量控制流杯粘度：一定容積的涂料流盡的秒數(shù)。國內外常用的流杯是美國的Zahn流杯4#（#004）和5#（#005）號杯。容積為44ml，出口孔徑分別為：4#（#004）?4.27、5#（#005）?5.28，大部分采用4#（#004）居多。第二十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-14流杯粘度測定終點的確定第二十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-15

涂掛試片的測試

涂料層厚度可用涂掛試片測定其重量。涂片重是采用40mm×40mm×2mm的不銹鋼涂掛試片來測試，涂片重越大，表明涂層越厚。流杯粘度與涂片重配合使用，可以更好的反映硅溶膠涂料性能。第二十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-16

硅溶膠制殼工藝清洗蠟模

硅溶膠型殼采用干燥硬化的膠凝法，其過程如下

上涂料

撒砂

干燥第二十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-17模組清洗

模組清洗的目的：去除熔模上的油污、灰塵、蠟屑。對模組輕度刻蝕，以增加涂掛性。現(xiàn)在用環(huán)保型水基清洗劑如ZF-301、YQA01代替有機清洗劑：三氯乙烷、乙醇、丁酮等。第二十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-18

面層涂掛

面層涂掛是制殼工藝中的關鍵，只有面層涂掛均勻、完整、沒有漏涂或涂料堆積才能獲得內表面光潔、堅實的型殼內表面，并撒砂一定均勻，即使在全自制殼流水線中機械手只完成后2～5層，面層依然由人工控制手工涂掛。第二十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-19

手工浸涂

面層涂料一般流杯粘度控制在32～45s之間，將清洗好的模組吹干后以30°左右角度緩慢地浸入面層涂料漿中稍作旋轉，注意蠟模上的文字、凹槽、轉角、小孔和盲孔，一定吹掉氣泡，涂掛要均勻，必要時可用壓縮空氣輕輕吹拂，同時可用筆刷涂料，最好浸涂兩次，一定采用淋砂機撒砂，在撒砂時一定不停的轉動在模組上形成完整均勻的面層。若不能獲得均勻完整的涂層要重新沾漿涂掛。第二十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-20兩次沾漿

兩次沾漿是指模組分兩次分別在不同流杯粘度的面層漿桶中沾漿。第一次是在流杯粘度小的漿桶中沾漿，大約流杯粘度在15～20s。第二次在流杯粘度在35～40s的大粘度桶中再次沾漿后撒砂。第三十頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-21噴涂加浸涂

先用噴槍把稀涂料噴在模組上，不撒砂，然后馬上浸涂在正常涂料中，達到消除氣泡的目的。第三十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-22

真空沾漿

在真空條件下進行涂掛，以達到消泡的目的。操作比較麻煩，但效果比較好?？傊?，面層涂掛是制殼的關鍵，要根據(jù)不同結構的鑄件，進行適當?shù)恼{整。第三十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-23

對于深孔及盲孔的面層涂掛1、預制陶瓷型芯。2、涂兩層涂料（撒砂）后，用砂灌滿后堵孔作假芯。第三十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-24

過渡層涂掛

把面層干燥好的模組吹去浮砂，浸入預濕劑中，停留不超過2秒取出，滴凈預濕劑在約3～5秒，以30°浸入過渡層涂料桶中進行沾漿，也建議采用淋砂機，過渡層也一定均勻，特別是槽、孔、凹字和轉角涂料易堆積部分，一定吹均勻，滴凈多余涂料后迅速淋砂。第三十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-25

背層涂掛

把過渡層干燥好的模組吹去浮砂，浸入背層漿桶中，浸涂時間以消泡為限，拿出來滴去多余涂料，模組表面基本上沒有氣泡了，說明浸漬比較好，可以用壓縮空氣吹去多余涂料，斜放入沸砂桶中，待澆口杯散上砂后可以取出。3～5層均可重復涂掛。第三十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-26

半層涂掛

把干燥好的涂層達到工藝要求的模組，浸入半層漿桶中5秒鐘，然后掛在涂料桶上方，滴盡多余涂料不撒砂叫半層涂掛，主要提高型強度，防止掉砂。第三十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-27

型殼涂掛后干燥

硅溶膠型殼是利用水分蒸發(fā)，使SiO2膠體膠凝，隨著水分蒸發(fā)SiO2濃度增加，最終形成陳化凝膠，這是利用電介質、PH、SiO2膠體濃度、溫度、蒸發(fā)速度等因素使SiO2膠體膠凝完成制殼工序。第三十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-28

制殼工藝參數(shù)包括：①涂料種類、撒砂種類、砂子粒度；②制殼間的溫度、濕度和風速；③每層干燥時間。第三十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-29

層數(shù)參數(shù)面層二層背層封漿涂料種類面層涂料過渡層涂料背層涂料背層涂料撒砂（目）100/120鋯砂30/60高嶺土砂16/30高嶺土砂溫度(℃)22～26濕度(%)60～7040～60風速(m/s)--6～8干燥時間(h)4～6＞8＞12預濕劑浸預濕劑--第三十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-30

模組涂掛過程的質量分析三種涂料的作用：面層涂料及撒砂保證型殼內表面質量直接影響鑄件表面質量。過渡層涂料是將面層和背層牢固的粘結好避免分層，提高型殼強度。背層涂料制殼是保證型殼的高低溫度強度，保證鑄件不變形和尺寸精度。第四十頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-31

型殼的結構涂料的流杯粘度是由高到低撒砂是由細到粗，是逐層漸粗一般用三種砂100/120、30/60、16/30要求型殼是嵌鋃結構，使型殼成為一個整體。如圖兩種不同結構的型殼第四十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-32●影響干燥的因素：T℃、濕度和風力—T℃不變以保證鑄件精度—濕度很重要面層濕度60～70％背層濕度40～60％第四十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-33

因面層的主要的矛盾是干得過快，面層型殼易開裂，造成毛刺缺陷，為防止干得過快，面層濕度要高些，60～70%。背層的主要矛盾是干得過慢，生產(chǎn)效率低，為提高生產(chǎn)效率，背層濕度要低些，40～60%第四十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-34a）b）

風速對型殼干燥和硅溶膠中水的蒸發(fā)影響

a）風速對型殼干燥的影響b）風速對硅溶膠中水的蒸發(fā)影響第四十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-35

圖介紹美國制殼間第四十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日第四十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日第四十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-36

內部第四十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日第四十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日第五十頁，共八十三頁，2022年，8月28日第五十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-34

機械手第五十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日2-37

攪拌桶第五十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-1

快干硅溶膠

為了防止面層干燥時產(chǎn)生的裂紋和提高型殼整體干燥速度。研制一類新型快干硅溶膠。如國產(chǎn)的FS-1、FS-111、ZF-801、SKP-27等，快干膠已成功的用在硅溶制殼工藝中，取得良好效果。福斯科中國公司研制出快干劑，加入在普通硅溶膠中，大大縮短了制殼干燥時間，同時降低了成本，使層間干燥時間縮短為2h左右。第五十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-2快干原理①快干膠中加入高分子有機物，它本身就是一種強粘結劑，如乳膠和PVA等高聚物增強材料，高聚物改性硅溶膠會更早達到膠凝濃度、早期建立濕強度。第五十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-3②離子改性硅溶膠是用金屬離子通過以堿性金屬化物的形式加入堿性硅溶膠溶液中，通常用鋁、錫、鉛，但是多數(shù)用鋁，鋁Al3+離子加入會發(fā)生水解反應生成Al(OH)3膠體,該膠體會增強硅溶膠的粘結力，有利于使型殼在下一層掛漿前建立足夠的強度。第五十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-4纖維增強劑

纖維增強快干硅溶膠與一般的高聚物改性硅溶膠不同，它不是靠加入聚合物，而是靠中加入不溶于的有機纖維（尼龍絲）來增強的，在涂料中加入直徑約20um，長約1mm的尼龍纖維。第五十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-5一種乳膠增強型快干硅溶膠

乳膠增強型快干硅溶膠是新推出的一種快干硅溶膠，常溫強度優(yōu)于FS1，與A相當；高溫強度和殘留強度均高于A，但是略低于FS1殘留強度相對于FS1有一定改善。乳膠增強型快干硅溶膠在高溫下的燒失，被燒失的乳膠成分在型殼中留下微觀孔隙，進而降低了型殼的殘留強度并增加型殼的透氣性。第五十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日3-6硅溶膠對型殼尺寸的影響

宇達新型乳膠增強硅溶膠與目前得到批量使用的FS1型硅溶膠工藝參數(shù)相同的條件下，高溫性能相當，常溫強度得到提高，有利于獲得優(yōu)質型殼。為滿足熔模鑄造的發(fā)展要求，采用快干增強型硅溶膠成為發(fā)展的必然趨勢。第五十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-1熔模鑄造件常見缺陷和型殼的關系一、氣孔型殼培燒溫度低，保溫時間不足，型殼過厚透氣性不好。二、皮下氣孔型殼內表面與金屬液發(fā)生反應。第六十頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-2三、渣氣孔型殼焙燒不足四、縮松型殼溫度過低，冷卻速度過快第六十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-3五、熱裂型殼溫度低，冷卻速度過快，型殼強度過高，退讓性差，阻礙收縮。六、金屬刺面層涂料粉液比低，流杯粘度低，涂料與蠟模表面潤濕性差，面層砂過粗。第六十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-4七、粘砂面層涂料用耐火材料和撒砂材料雜質含量高，耐火材料及耐結劑選用不當。第六十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-5八、表面麻坑耐火材料中雜質含量過高第六十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-6九、夾雜物型殼面層干燥硬化不良，型殼涂層結合不良、面層剝落。型殼強度低，承受不了金屬液沖擊。型殼脫蠟后放置時間過短，水分多升溫過快，澆口杯掉砂。第六十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-7十、型殼膨脹（鑄件變形）型殼耐火材料雜質含量過高，耐火材料煅燒溫度低，粘結劑高溫性能差。第六十六頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-8十一、鑄件表面凹陷型殼分層，型殼面層向內膨脹第六十七頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-9十二、鑄瘤面層涂料中氣泡未被排除，涂掛時蠟模拐角處、溝槽處、鑄字處有氣體夾雜在涂料中。第六十八頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-10十三、鼠尾面層熱膨脹系數(shù)大，而背層熱膨脹系數(shù)小，在焙燒加熱過程中面層翹起。面層和背層結合不牢。第六十九頁，共八十三頁，2022年，8月28日4-11十四、變形型殼在高溫澆注時，高溫強度低而導致鑄件變形。第七十頁，共八十三頁，2022年，8月28日對熔模鑄造型殼的性能基本要求第七十一頁，共八十三頁，2022年，8月28日5-1①型殼強度強度是型殼最主要、最基本的要求1）常溫強度；2）高溫強度；3）殘留強度性能良好的優(yōu)質型殼應具有較高的常溫強度，適當?shù)母邷貜姸群洼^低的殘留強度。第七十二頁，共八十三頁，2022年，8月28日5-2②型殼的高溫透氣性③型殼的熱膨脹性，是型殼的重要指標，熱膨脹要小。第七十三頁，共八十三頁，2022年，8月28日5-3

④導熱性型殼的導熱性要好，有利補縮、晶粒細化。⑤熱振穩(wěn)定性好、抗高溫鋼水沖擊。第七十四頁，共八十三頁，2022年，8月28日5-4⑥熱化學穩(wěn)定性好⑦脫殼性好第七十五頁，共八十三頁，2022年，8月28日6-1

硅溶膠型殼小結①硅溶膠是一種典型的硅溶膠體溶液；②硅溶膠的性能指標：SiO2%、Na2O%、PH、密度、運動粘度、膠體粒徑；③硅溶膠涂料分三種