CN115007796B - 一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种铸造铝合金升液管用涂料，包括涂料‑升液管接触层材料和涂料‑铝液接触层材料，所述涂料‑升液管接触层材料包括ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，ZrO₂所占比例为70%‑80%，Al₂O₃所占比例为10%‑15%，ZnO所占比例为10%‑15%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1；涂料‑铝液接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，在涂料‑升液管接触层中ZrO₂所占比例为80%‑90%，Al₂O₃所占比例为5%‑10%，ZnO所占比例为5%‑10%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1。本发明主要是通过设计ZrO、Al₂O₃、ZnO粘结剂等材料的配比以及涂层烘干热处理工艺，从而最大限度的发挥出涂料保护效果，最终实现保护升液管、不粘铝、延长寿命的效果。此涂料对升液管保护性、不粘铝、延长寿命等效果显著，是一种保护性好、环保的涂料。

Description

一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法

技术领域

本发明涉及铝合金铸造领域，具体地说是一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法。

背景技术

当下能源再生、资源可持续、环境保护等方面面临着十分严峻的挑战，航空航天、重工、交通运输等领域通过轻量化来解决能源消耗以及环境问题。铝合金作为一种主要的轻量化材料，对于减少汽车排放、节约能源起到了非常重要的作用，同时铝合金具有良好的导电导热性、耐蚀性以及良好铸造性能使得其在工程结构材料中的应用正在日趋扩大。

工业发展对轻量化的铝合金材料需求越来越大，在所有的铝合金产品中铸造铝合金占比高达68.5%。铸造铝合金成型工艺简单，对设备需求低，由于铝合金良好的流动性能够铸造出各种形状的铝合金铸件。目前主要的铝合金铸件制备方法主要包含重力铸造、低压铸造、差压铸造、高压铸造等。汽车用铝合金零件中安全结构件由于对性能、外形等要求比较高，一般采用低压铸造、差压铸造等方法。低压铸造和差压铸造属于反重力铸造，反重力铸造是20世纪50年代发展起来的一种铸造成形工艺，主要是通过将坩埚或者保温炉内的金属液在压力作用下沿升液管自下而上克服重力及其他阻力充填铸型，并在压力下获得铸件的一种方法。随着铸造技术的发展以及对铸件产品质量要求的提高，目前反重力铸造的范围正在不断扩展，从简单的铸件到薄壁、复杂的铸件。在反重力铸造过程中升液管作为关键部件，在充型时，在气压的作用下，金属液通过升液管从坩埚或者保温炉内进入铸型中；卸压时，未凝固的金属液也通过升液管回流至坩埚内。作为浇注系统中的重要组元，升液管具有导流和补缩的作用，因此升液管应当具有良好的耐热性、化学稳定性确保金属液能够完成充型及回流过程。

目前铸造铝合金在反重力铸造过程中一般多采用金属及陶瓷升液管。金属升液管由于其耐热性差，热冲击差、污染铝液、寿命短、更换困难等缺点使用范围小。铝合金铸造主要使用的陶瓷升液管材质一般采用钛酸铝、氮化硅结合碳化硅等，由于陶瓷材料高温易分解高温抗热震性差、材料力学性能差、易碎、易挂渣、成本高等特点，严重影响铸造铝合金产品的质量及成本，废弃的升液管难以分解再利用，造成严重的环境污染。因此升液管涂料成为国内外学者关注的重点。

高温铝合金液在反重力铸造的过程中，金属液在压力的作用下从坩埚或者保温炉中通过升液管进入铸造模具中。由于气体压力和高温金属液的作用，升液管受到金属液反复冲刷，在此过程中升液管与金属液的界面冲蚀严重，部分升液管材料会发生脱落并且进入金属液中；其次高温金属液中的由于与空气接触发生氧化粘附在升液管的内壁及外壁，造成升液管寿命的降低；再次，高温熔融态的金属液内部的夹渣物在升液管中由于反复的冲刷很容易粘结在升液管内壁，造成升液管的堵塞，影响金属液冲入模具形成中的压力及紊流状态，引起充型不足及缩松等缺陷，最终影响工厂的生产效率。国内外研究发现在升液管的内壁有严重的粘铝现象，由于升液管材料在长期与高温铝液的接触过程中发生了氧化反应，材料的润湿角开始变小，最终导致升液管内壁粘铝严重且难以清理干净，坩埚或者保温炉中铝液内夹渣越来越多，同时升液管寿命严重降低。根据铝合金铸造工厂统计结果显示，升液管内壁粘铝重量高达3-5Kg,；由于升液管渣铝寿命降低约1/5；铝合金铸件成品率降低1%-2%。因此有必要发明一种耐高温、耐热冲击、不粘铝、保护性好、环保的升液管涂料。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法，对目前铸造用铝合金升液管在使用过程中内壁粘铝严重、寿命短、增加铸件缺陷、污染环境等问题，提出的一种耐高温、耐热冲击、不粘铝、保护性好、环保的升液管涂料及其使用方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种铸造铝合金用升液管涂料，包括涂料-升液管接触层材料和涂料-铝液接触层材料，所述涂料-升液管接触层材料包括ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，ZrO₂所占比例为70%-80%，Al₂O₃所占比例为10%-15%，ZnO所占比例为10%-15%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1；

涂料-铝液接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为80%-90%，Al₂O₃所占比例为5%-10%，ZnO所占比例为5%-10%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1。

在一些实施例中，所述涂料-升液管接触层材料中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm-70μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm-60μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm-60μm。

在一些实施例中，所述涂料-升液管接触层材料厚度为0.5mm-1.0mm。

在一些实施例中，所述涂料-铝液接触层材料中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为30μm-50μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm-30μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm-30μm。

在一些实施例中，所述涂料-铝液接触层材料厚度为1.0mm-1.5mm。

在一些实施例中，涂料烘干主要分为两级烘干，其中第一级烘干热处理工艺参数为保温温度250℃-350℃，保温时间为5h-6h；第二级烘干热处理工艺参数为保温温度300℃-400℃，保温时间为2h-3h。

本发明的实质性特点为：

当前铸造铝合金在反重力铸造生产过程中坩埚或者保温炉内高温金属液在气体压力的作用下，通过升液管进入模具型腔内部，并在保压阶段金属液在升液管中停留一段时间，随着坩埚或者保温炉内部气体卸压，升液管中的金属液体重新流会坩埚或者保温炉内部。在充型过程中700℃-760℃的高温金属液体从坩埚或者保温炉中进入升液管中，并对升液管内壁形成热冲击，容易引起升液管开裂及热冲蚀。在保压阶段升液管中的金属液在压力的作用下与升液管内壁进行反应并金属液中的夹渣物由于升液管内部粗糙度大极易粘结在升液管内壁形成溜渣，造成升液管内部粘铝堵塞铝液充型。由于金属液是在高温情况下反应并形成粘铝，后续升液管清理需要高温烘烤且清理非常困难，严重增加劳动强度和生产成本。在卸压过程中，升液管内的高温铝液回流坩埚或者保温炉中，在升液管内部残留的金属液与空气接触后快速氧化，并粘附在升液管内部，由于氧化层薄且与升液管内部热膨胀系数不同，在下一次高温铝液进入升液管过程中很容易脱落并且混入铝液中从而形成夹渣及缩松等缺陷。升液管在长期的使用过程中由于不断受到热冲击、热冲蚀、管壁粘铝、挂渣等问题，导致升液管内壁夹渣越来越厚，且内部裂纹增加，最终影响铸件质量，更换升液管。

本发明涂料-升液管接触层以ZrO₂、Al₂O₃、ZnO作为主要材料，其中ZrO₂占比70%-80%，充分的保证了升液管内部不粘铝、耐热冲击效果。众所周知ZrO₂与铝合金液不反应且不润湿，其次ZrO₂熔点约为2680℃，高温化学性质稳定，耐热冲击性能好，抗氧化性强，抗热震性强，在高温环境中不挥发、不产生有毒有害物质。ZrO₂与铝液的润湿角接近180°，根据固液界面润湿角的知识可知，当润湿角为0°时代表完全润湿，当润湿角为180°时代表着完全不润湿，作为接触铝液的材料必须保证其与铝液不润湿，否则容易在升液管内壁产生铝渣粘结，因此以ZrO₂为主要材料的升液管涂料是区别于其他涂料的最大不同点。

本发明中涂料-升液管接触层、涂料-铝液接触层所使用材料的配比不同。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为70%-80%，Al₂O₃所占比例为10%-15%，ZnO所占比例为10%-15%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1。在涂料-铝液接触层中ZrO₂所占比例为80%-90%，Al₂O₃所占比例为5%-10%，ZnO所占比例为5%-10%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1。在涂料-升液管接触层中耐高温材料占比高，粘接剂比例小，涂料在使用的过程中粘度较大，能够充分保证涂料中的耐高温材料与升液管内壁结合，在升液管的内壁形成保护层。其次涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例高，能够充分的保证升液管在高温金属液冲入其中后的耐热冲击性且不产生微小的内部裂纹。在涂料-铝液接触层中同样耐高温材料占比高，同时粘结剂的比例大，使得涂料粘度稍微低一点，能够使涂料全部覆盖在涂料-升液管接触层上，更高比例的耐高温材料可以确保涂料与铝液接触过程中不会发生反应形成溜渣、铝渣粘结等现象。

本发明中涂料-升液管接触层、涂料-铝液接触层中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径不同。涂料-升液管接触层中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm-70μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm-60μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm-60μm。ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径较小，颗粒的比表面积相较于其他涂料中的颗粒比表面积更大，充分地与粘结剂接触，在颗粒表面形成粘性膜并与升液管内壁粘结，粘结力牢固，防止了涂料-升液管接触层在高温金属液的热冲击下出现开裂、起皮等现象。涂料-铝液接触层中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为30μm-50μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm-30μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm-30μm。ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径更小，比表面积更大，既可以这些颗粒与涂料-升液管接触层具有良好的粘结力，形成保护层；其次涂料-铝液接触层中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径小可以填充在涂料-升液管接触层颗粒的缝隙中，防止升液管中的铝液在保压阶段发生渗入的现象。由于涂料-升液管接触层、涂料-铝液接触层中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径不同，涂料-铝液接触层中直径小的颗粒可以填充涂料-升液管接触层的缝隙，在涂料-升液管接触层和涂料-铝液接触层的界面处形成一层致密、全覆盖的保护层，防止铝液渗入涂料-升液管接触层中，同时也能够形成隔热层，有效的阻隔高温金属液中的热量通过涂料-铝液接触层对涂料-升液管接触层形成热冲击，从而保护升液管延长寿命。最后，由于涂料-铝液接触层中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直小，在涂料-铝液接触层表面形成大量的球面可以近似地看作为光滑的平面，在高温铝液与涂料-铝液接触层反应过程中，光滑的平面不利于铝液形成粘渣。同样的，坩埚或者保温炉卸压后，升液管内涂料-铝液接触层表面的铝液与空气接触发生氧化，也不容易粘接在涂料-铝液接触层上，确保升液管不粘铝、不形成溜渣。

本发明中本发明中涂料-升液管接触层、涂料-铝液接触层的厚度要求不同。涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为0.5mm-1.0mm，涂料-铝液接触层要求涂刷厚度为1.0mm-1.5mm。涂料-升液管接触层主要是对升液管起保护作用，通过阻隔热量的方式减少高温金属液对升液管的冲击，确保升液管不开裂。涂料-升液管接触层中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径大，在热量传递的过程中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒之间会进行热传导，由于其颗粒直径大热量传导过程中所损失的热量大，能够降低热冲击，但涂料-升液管接触层的这种降低热冲击的作用需要确保涂料-铝液接触层有适当的厚度。从理论方面分析，涂料-升液管接触层厚度越大，在热量传导过程中热量损失越大，但厚度越大其与升液管内壁的线膨胀系数差异越大，这种差异会降低涂料-升液管接触层的粘结力，造成涂料剥落、起皮等现象，因此涂料-升液管接触层厚度应当为0.5mm-1.0mm。涂料-铝液接触层是直接与高温金属液接触，高温金属液在升液管中的反复冲刷需要涂料-铝液接触层对升液管进行保护。涂料-铝液接触层的厚度在1.0mm-1.5mm能够阻隔金属液与升液管接触，保证在反复的冲刷过程中涂料-铝液接触层表面致密、不产生破损。涂料-铝液接触层中ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒直径小，在涂料-铝液接触层厚度1.0mm-1.5mm条件下，要形成完整的涂料-铝液接触层需要涂刷涂料的次数更多，这样就可以保证在涂料-铝液接触层中有更多的涂料层，高温金属液通过涂料-铝液接触层是需要通过更多的涂料层，在每个涂料层与涂料层之间形成热交换损失大量的热，减少对升液管的冲击。

本发明涂料烘干过程分为两级。第一级烘干热处理工艺参数为保温温度250℃-350℃，保温时间为5h-6h。第二级烘干热处理工艺参数为保温温度300℃-400℃，保温时间为2h-3h。升液管内壁在使用涂料涂刷后需要进行烘干，由于本发明涂料中材料以及粘结剂与其他涂料不同，因此本发明的涂料所需相匹配的烘干热处理工艺参数。第一级烘干热处理工艺参数为保温温度250℃-350℃，保温时间为5h-6h，升液管中的涂料在250℃-350℃的保温箱中长时间保温，能够确保升液管及涂料中的水分充分蒸发，并且低温长时间保温能够对涂料-升液管接触层、涂料-铝液接触层中的材料和粘结剂充分预热。第二级烘干热处理工艺参数为保温温度300℃-400℃，保温时间为2h-3h，在高温环境下涂料中的ZrO₂、Al₂O₃、ZnO颗粒和粘结剂充分的反应形成致密的保护层，升液管内壁与涂料-升液管接触层、涂料-升液管接触层与涂料-铝液接触层均可以良好的粘结，形成牢固的保护层。

相对于现有技术，本发明所述的铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法具有以下优势：

当前铸造铝合金在反重力铸造生产过程中坩埚或者保温炉内高温金属液在气体压力的作用下，通过升液管进入模具型腔内部，并在保压阶段金属液在升液管中停留一段时间，随着坩埚或者保温炉内部气体卸压，升液管中的金属液体重新流会坩埚或者保温炉内部。金属液进入升液管中，并对升液管内壁形成热冲击，容易引起升液管开裂及热冲蚀。在此过程中升液管与金属液的界面冲蚀严重，部分升液管材料会发生脱落并且进入金属液中；其次高温金属液中的由于与空气接触发生氧化粘附在升液管的内壁及外壁，造成升液管寿命的降低；再次，高温熔融态的金属液内部的夹渣物在升液管中由于反复的冲刷很容易粘结在升液管内壁。由于金属液是在高温情况下反应并形成粘铝，后续升液管清理需要高温烘烤且清理非常困难，严重增加劳动强度和生产成本。本发明针对上述问题提出一种耐高温、耐热冲击、不粘铝、保护性好、延长寿命、环保的升液管涂料。

1）本发明采用的ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂等材料具有高的熔点，易于制备成涂料。通过这些材料形状、尺寸、占比等参数的设计能够保证涂料对升液管具有保护的效果。经过统计可以得出在现有生产工艺条件下，未使用涂料的升液管每使用5天需要拆卸清理，累计使用寿命约为60天，而以本发明方案设计的涂料及烘烤方法处理的升液管使用10天后进行清理，重新涂刷涂料，累计寿命可以达到110天。经过对工厂使用升液管价格与寿命进行核算，每月可以节约升液管费用约为4.8万元。由此可以说明本发明对升液管具有良好的保护、延长寿命、节约成本的效果。

2）采用本发明设计的涂料涂刷升液管并按照烘烤工艺进行烘烤，能够有效的降低升液管内壁挂渣，且内壁挂渣清除不需要高温加热，极大的改善劳动环境和劳动强度。对未使用涂料和使用本发明涂料的升液管进行粘铝量沉重对比，可以发现未使用涂料的升液管报废时重量增加了约2.8Kg，使用本发明涂料的升液管报废时重量增加了0.4Kg。由此可以看出本发明的涂料能够阻止铝渣粘结在升液管内部，减少铝液的质量损失。未使用涂料和使用本发明涂料的升液管在清理时间方面存在差异，未使用涂料的升液管清理需要高温烘烤4h，清理2h；采用本发明涂料的升液管，清理过程中不需高温烘烤，清理时间为30min。因此本发明设计的涂料能够达到升液管内壁不粘铝、减少结渣、节约成本、环保的效果。

3）本发明中所设计的涂料中的材料以及烘烤工艺所使用的设备均为常规的材料，这些耐火材料生产工艺成熟、稳定，因此不会增加升液管的成本。因此本发明具有易于实现、经济、实用的效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明铸造铝合金用升液管涂料示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合图1及实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例描述本发明实施例的铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法。该涂料的材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂等。本发明主要是通过设计ZrO、Al₂O₃、ZnO粘结剂等材料的配比以及涂层烘干热处理工艺，从而最大限度的发挥出涂料保护效果，最终实现保护升液管、不粘铝、延长寿命的效果。此涂料对升液管保护性、不粘铝、延长寿命等效果显著，是一种保护性好、环保的涂料。

实施例一：

本发明实施例提供一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法，涂料材料主要由ZrO₂、Al₂O₃、ZnO粘结剂构成，其中所占的比例均为重量百分比。

涂料-升液管接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，其中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为70%，Al₂O₃所占比例为15%，ZnO所占比例为15%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1，整个涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为0.5mm。

将以上规定的材料放入搅拌桶中进行初步混合，搅拌机的转速为200转每分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入粘结剂，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1，搅拌机的转速为300转每分钟得到涂料-升液管接触层涂料，并使用该涂料涂刷升液管，涂料厚度为0.5mm。

涂料-铝液接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，其中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为30μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为80%，Al₂O₃所占比例为10%，ZnO所占比例为10%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，整个涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为1.0mm。

将以上规定的材料放入搅拌桶中进行初步混合，搅拌机的转速为200转每分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入粘结剂，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，搅拌机的转速为300转每分钟得到涂料-铝液接触层涂料，并使用该涂料涂刷升液管，涂料厚度为1.0mm。

涂料-升液管接触层和涂料-铝液接触层的涂料涂刷完毕后，升液管晾干2h后放入保温箱中开始加热。烘干主要分为两级烘干，其中第一级烘干热处理工艺参数为保温温度250℃，保温时间为6h。第二烘干热处理工艺参数为保温温度300℃，保温时间为3h。最终得到有涂料覆盖层的升液管。

实施例二：

本发明实施例提供一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法，涂料材料主要由ZrO₂、Al₂O₃、ZnO粘结剂构成，其中所占的比例均为重量百分比。

涂料-升液管接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，其中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为70μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为60μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为60μm。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为80%，Al₂O₃所占比例为10%，ZnO所占比例为10%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1，整个涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为1.0mm。

将以上规定的材料放入搅拌桶中进行初步混合，搅拌机的转速为200转每分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入粘结剂，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1，搅拌机的转速为300转每分钟得到涂料-升液管接触层涂料，并使用该涂料涂刷升液管，涂料厚度为1.0mm。

涂料-铝液接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，其中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为30μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为30μm。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为90%，Al₂O₃所占比例为5%，ZnO所占比例为5%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，整个涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为1.5mm。

将以上规定的材料放入搅拌桶中进行初步混合，搅拌机的转速为200转每分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入粘结剂，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，搅拌机的转速为300转每分钟得到涂料-铝液接触层涂料，并使用该涂料涂刷升液管，涂料厚度为1.5mm。

涂料-升液管接触层和涂料-铝液接触层的涂料涂刷完毕后，升液管晾干2h后放入保温箱中开始加热。烘干主要分为两级烘干，其中第一级烘干热处理工艺参数为保温温度350℃，保温时间为5h。第二烘干热处理工艺参数为保温温度400℃，保温时间为2h。最终得到有涂料覆盖层的升液管。

实施例三：

本发明实施例提供一种铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法，涂料材料主要由ZrO₂、Al₂O₃、ZnO粘结剂构成，其中所占的比例均为重量百分比。

涂料-升液管接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，其中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为60μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为75%，Al₂O₃所占比例为13%，ZnO所占比例为12%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1，整个涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为0.8mm。

将以上规定的材料放入搅拌桶中进行初步混合，搅拌机的转速为200转每分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入粘结剂，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1，搅拌机的转速为300转每分钟得到涂料-升液管接触层涂料，并使用该涂料涂刷升液管，涂料厚度为0.8mm。

涂料-铝液接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，其中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为25μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为28μm。在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为85%，Al₂O₃所占比例为8%，ZnO所占比例为7%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，整个涂料-升液管接触层要求涂刷厚度为1.2mm。

将以上规定的材料放入搅拌桶中进行初步混合，搅拌机的转速为200转每分钟得到初步混合料，其次将得到的初步混合料进行快速混合，快速混合阶段需要加入粘结剂，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，搅拌机的转速为300转每分钟得到涂料-铝液接触层涂料，并使用该涂料涂刷升液管，涂料厚度为1.2mm。

涂料-升液管接触层和涂料-铝液接触层的涂料涂刷完毕后，升液管晾干2h后放入保温箱中开始加热。烘干主要分为两级烘干，其中第一级烘干热处理工艺参数为保温温度300℃，保温时间为5.5h。第二烘干热处理工艺参数为保温温度350℃，保温时间为2.5h。最终得到有涂料覆盖层的升液管。

表1 正常升液管与实施例数据对比表

对比数据	累计使用寿命	粘铝重量	更换清理频次	清理时间
					正常升液管	60天	2.81Kg	5天/次	2.1h
实施例一	112天	0.41Kg	10天/次	32min
					实施例二	110天	0.39Kg	12天/次	30min
实施例三	112天	0.40Kg	11天/次	32min

上述表1中统计了正常升液管与实施例升液管之间的对比数据。从表1中可以看出，正常升液管使用累计寿命低、粘铝量大、更换频次清理高、清理困难，而实施例一、实施例二、实施例三其累计使用寿命、粘铝重量、更换清理频次、清理时间等均有较大幅度的提升。由此可以说明本发明的涂料及其使用方法能够提高升液管的使用寿命，减少内壁粘铝、降低更换频次，减少清理难度及时间。因此本发明具有对升液管保护性好、不粘铝、延长寿命、环保的效果。

相对于现有技术，本发明的铸造铝合金用升液管涂料及其使用方法具有以下优势：

当前铸造铝合金在反重力铸造生产过程中坩埚或者保温炉内高温金属液在气体压力的作用下，通过升液管进入模具型腔内部，并在保压阶段金属液在升液管中停留一段时间，随着坩埚或者保温炉内部气体卸压，升液管中的金属液体重新流会坩埚或者保温炉内部。金属液进入升液管中，并对升液管内壁形成热冲击，容易引起升液管开裂及热冲蚀。在此过程中升液管与金属液的界面冲蚀严重，部分升液管材料会发生脱落并且进入金属液中；其次高温金属液中的由于与空气接触发生氧化粘附在升液管的内壁及外壁，造成升液管寿命的降低；再次，高温熔融态的金属液内部的夹渣物在升液管中由于反复的冲刷很容易粘结在升液管内壁。由于金属液是在高温情况下反应并形成粘铝，后续升液管清理需要高温烘烤且清理非常困难，严重增加劳动强度和生产成本。本发明针对上述问题提出一种耐高温、耐热冲击、不粘铝、保护性好、延长寿命、环保的升液管涂料。

1）本发明采用的ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂等材料具有高的熔点，易于制备成涂料。通过这些材料形状、尺寸、占比等参数的设计能够保证涂料对升液管具有保护的效果。经过统计可以得出在现有生产工艺条件下，未使用涂料的升液管每使用5天需要拆卸清理，累计使用寿命约为60天，而以本发明方案设计的涂料及烘烤方法处理的升液管使用10天后进行清理，重新涂刷涂料，累计寿命可以达到110天。经过对工厂使用升液管价格与寿命进行核算，每月可以节约升液管费用约为4.8万元。由此可以说明本发明对升液管具有良好的保护、延长寿命、节约成本的效果。

2）采用本发明设计的涂料涂刷升液管并按照烘烤工艺进行烘烤，能够有效的降低升液管内壁挂渣，且内壁挂渣清除不需要高温加热，极大的改善劳动环境和劳动强度。对未使用涂料和使用本发明涂料的升液管进行粘铝量沉重对比，可以发现未使用涂料的升液管报废时重量增加了约2.8Kg，使用本发明涂料的升液管报废时重量增加了0.4Kg。由此可以看出本发明的涂料能够阻止铝渣粘结在升液管内部，减少铝液的质量损失。未使用涂料和使用本发明涂料的升液管在清理时间方面存在差异，未使用涂料的升液管清理需要高温烘烤4h，清理2h；采用本发明涂料的升液管，清理过程中不需高温烘烤，清理时间为30min。因此本发明设计的涂料能够达到升液管内壁不粘铝、减少结渣、节约成本、环保的效果。

3）本发明中所设计的涂料中的材料以及烘烤工艺所使用的设备均为常规的材料，这些耐火材料生产工艺成熟、稳定，因此不会增加升液管的成本。因此本发明具有易于实现、经济、实用的效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铸造铝合金升液管用涂料，其特征在于，包括涂料-升液管接触层材料和涂料-铝液接触层材料，所述涂料-升液管接触层材料包括ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，ZrO₂所占比例为70%-80%，Al₂O₃所占比例为10%-15%，ZnO所占比例为10%-15%，粘结剂与这些材料的重量比例为10:1；

涂料-铝液接触层材料主要为ZrO₂、Al₂O₃、ZnO、粘结剂，在涂料-升液管接触层中ZrO₂所占比例为80%-90%，Al₂O₃所占比例为5%-10%，ZnO所占比例为5%-10%，粘结剂与这些材料的重量比例为15:1，

所述涂料-升液管接触层材料中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为50μm-70μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm-60μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为40μm-60μm，

所述涂料-升液管接触层材料厚度为0.5mm-1.0mm，

所述涂料-铝液接触层材料中ZrO₂为颗粒状结构，颗粒尺寸为30μm-50μm，Al₂O₃为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm-30μm，ZnO为颗粒状结构，颗粒尺寸为20μm-30μm，

所述涂料-铝液接触层材料厚度为1.0mm-1.5mm。

2.根据权利要求1所述的铸造铝合金升液管用涂料的使用方法，其特征在于，涂料烘干主要分为两级烘干，其中第一级烘干热处理工艺参数为保温温度250℃-350℃，保温时间为5h-6h；第二级烘干热处理工艺参数为保温温度300℃-400℃，保温时间为2h-3h。