树脂砂铸造镁合金阻燃技术研究.pdf

制造技术研究 2012年 10月第 5期
树脂砂铸造镁合金阻燃技术研究
秦守益 王宝兵 孙敏杰 罗 建 李宝辉 童云龙
上海航天精密机械研究所,上海 201600
摘要:针对树脂砂铸造镁合金的燃烧问题,通过试验研究找出了采用树脂砂铸造镁合金
过程中防止燃烧的途径,确定了阻燃涂料的成分配比,并采用该技术生产出了合格的舱体铸
件。
关键词:树脂砂;镁合金;阻燃;涂料
1 引言 铸件生产的首要选择。
目前,树脂砂铸造在铸钢和铝合金等铸造生产中
舱体是导弹等武器的主要结构件,在空中高速飞已经得到了比较普遍的应用,然而,由于镁合金易燃
行气动作用 下,往往需 要具有较高 的耐压性和 耐热 烧等特点, 树脂砂铸造 工艺在镁合 金铸造中应 用较
性,同时追求最小的结构重量,镁合金由于密度小、少,且有关镁合金铸造采用树脂砂工艺的防燃烧技术
比强度、比刚度高的特点,广泛应用于舱体铸件的文献介绍不多。如何有效防止燃烧是镁合金树脂砂铸
生产。目前,在我国,舱体大都采用传统的粘土砂铸造工艺亟需解决的问题,直接关系树脂砂铸造工艺在
造工艺进行生产,由于其主要依靠人工造型,舱体的镁合金中的应用及舱体铸件的质量。
尺寸和表面质量往往得不到有效的保障。随着国际形
势的千变万化,对武器的要求越来越高,舱体结构也 2 试验材料与方法
更加复杂,精度要求不断提高,传统粘土砂工艺已经
不能满足当前的工艺要求,而树脂砂工艺由于具有尺 2.1 材料选择
寸精度高、强度高、工艺简单和易操作等特点,可以试验选用 ZM5合金材料,化学成分见表 1。
满足复杂结构舱体的铸造需要,已经成为舱体等复杂
表 1 试验材料化学成分
基本组元 杂质不大于
Al Zn Mn Mg Si Fe Ni Cu Be 其他单个
7.59.0 0.20.8 0.150.5 余量 0.25 0.08 0.01 0.1 0.002 0.1
作者简介:秦守益1973-,高级工程师,铸造专业;研究方向:镁合金、铝合金等
有色合金的铸造工艺及新材料。
收稿日期:2012-09-09
14 制造技制造技术研究术研究 2012年航 10天制月第造技术 5期
树脂的种类很多,按化学结构分为呋喃树脂、酚该树脂的硬化特性好,适合铸件砂型芯的制作,
醛树脂、酚脲烷树脂、多元醇脲烷树脂等,根据合金最大的优点是溃散性好。树脂性质见表 2。
树脂砂铸造镁合金阻燃技术研究
的使用要求选用常州国钧化工厂生产的酚脲烷树脂。
秦守益 王宝兵 孙敏杰 罗 建 李宝辉 童云龙
表 2 树脂性质
上海航天精密机械研究所,上海 201600
组 分 密度 20gcm 粘度 25MPas 外 观
CPⅠ-5140 0.950.05 50 棕黑色液体
CPⅡ-5235 1.090.05 50 棕色液体
摘要:针对树脂砂铸造镁合金的燃烧问题,通过试验研究找出了采用树脂砂铸造镁合金
过程中防止燃烧的途径,确定了阻燃涂料的成分配比,并采用该技术生产出了合格的舱体铸
2.2 试验方法 熔液与空气隔离,能防止镁合金在高温过程中与空气
件。
镁合金铸造中的防燃烧技术种是在合金液中接触而氧化燃烧。
关键词:树脂砂;镁合金;阻燃;涂料
加入些稀土元素;另种是通过在造型材料中加入 试验选用浇注试样尺寸为 200mm200mm
些物质,这种物质可T以与镁发生 echnolog化学反应, y Resear在镁 ch on 30m Ig mn ,阻燃技术从树脂 ition-proof o 砂中直接添 f 加硼酸和使 用添
合金表面形成种致密的保护膜,阻止镁的燃烧,或加硼酸的涂料进行研究。试验时分别把 750镁合金
者在低温下自身燃烧,使镁合金的周围形成还原性氛液浇注到含有不同百分比硼酸的试样中,对试样进行
围,阻止镁合金的燃烧。 对比分析。
试验选用了常用的硼酸作为阻燃剂。硼酸是镁合
金铸造生产中有效的阻燃剂,其阻燃原理为: H BO 3 结果对比分析
在高温作用 下生成硼酐B O,B O 在高温下能 溶解
多种氧 化物 ,B O 与镁 液体表 面反 应生成 致密 的 3.1 树脂砂中添加硼酸
Mg B保护膜,同时B O与液体表面的MgO反应生成为获取硼酸在树脂砂中的阻燃效果,试验时在树
MgOB O,它是致密的优质保护膜,将高温镁金属脂砂中加入不同比例的硼酸,见表 3。
1 引言 铸件生产的首要选择。
表 3 树脂和硼酸混合比例分组情况
目前,树脂砂铸造在铸钢和铝合金等铸造生产中
树脂砂成分及含量
编号 备注
舱体是导弹等武器的主要结构件,在空中高速飞已经得到了比较普遍的应用,然而,由于镁合金易燃
CPⅠ-5140 CPⅡ-5235 硼酸 型砂
行气动作用 下,往往需 要具有较高 的耐压性和 耐热 烧等特点, 树脂砂铸造 工艺在镁合 金铸造中应 用较
2 1 1 2 1 硼酸比列提高 4时,树脂砂的强
性,同时追求最小的结构重量,镁合金由于密度小、少,且有关镁合金铸造采用树脂砂工艺的防燃烧技术
3 1 1 3 1 度明显下降,试验时将树脂比例提
4 2 2 4 1 高到 2
比强度、比刚度高的特点,广泛应用于舱体铸件的文献介绍不多。如何有效防止燃烧是镁合金树脂砂铸
生产。目前,在我国,舱体大都采用传统的粘土砂铸造工艺亟需解决的问题,直接关系树脂砂铸造工艺在
造工艺进行生产,由于其主要依靠人工造型,舱体的镁合金中的应用及舱体铸件的质量。
图 1是按照表 3分组配砂浇注的试样,从图 1可而发生反应,只有表面层很少的硼酸在树脂膜被烧结
尺寸和表面质量往往得不到有效的保障。随着国际形
以看出,硼 酸直接加入 在树脂砂中 的阻燃效果 不明后才可以与镁合金液直接接触,不能起到阻燃作用。
势的千变万化,对武器的要求越来越高,舱体结构也 2 试验材料与方法
显。分析原因,主要是硼酸直接添加在树脂砂中时,试验还发现,直接加入硼酸会降低树脂砂的强度,加
更加复杂,精度要求不断提高,传统粘土砂工艺已经
颗粒状的硼酸与砂子表面都包袱层树脂膜,在镁合入比例大于等于 4时,强度明显下降。
不能满足当前的工艺要求,而树脂砂工艺由于具有尺 2.1 材料选择
金液浇注过程中,硼酸并没有与高温合金液直接接触
寸精度高、强度高、工艺简单和易操作等特点,可以试验选用 ZM5合金材料,化学成分见表 1。
满足复杂结构舱体的铸造需要,已经成为舱体等复杂
表 1 试验材料化学成分
基本组元 杂质不大于
Al Zn Mn Mg Si Fe Ni Cu Be 其他单个
7.59.0 0.20.8 0.150.5 余量 0.25 0.08 0.01 0.1 0.002 0.1
a 硼酸含量1 硼酸 b 含量 2 c 硼酸含量 3 d 硼酸含量 4 e 硼酸含 量 5
作者简介:秦守益1973-,高级工程师,铸造专业;研究方向:镁合金、铝合金等
图 1 树脂砂中不同硼酸加入量浇注的试样
有色合金的铸造工艺及新材料。
收稿日期:2012-09-09
14 15 制造技术研究制造技术研究制造技术研究 2012 2012年年航 10 10天制月第月第造技术 5 5期期
3 .2 树脂的种类很多,使用添加硼酸的涂料按化学结构分为呋喃树脂、 酚把涂料均匀地涂在砂型试样的表面,该树脂的硬化特性好,适合铸件砂型芯的制作,采用酒精自然风
醛树脂、选