可用于消失模铸造的涂覆有耐火浆料的泡沫模样及其制造和使用方法.pdf

摘要
申请专利号：	CN201310098984.7	申请日：	2013.03.26
公开号：	CN104070132A	公开日：	2014.10.01
当前法律状态：	实审	有效性：	审中
法律详情：	实质审查的生效IPC(主分类):B22C 7/02申请日:20130326\|\|\|公开
IPC分类号：	B22C7/02; B22C3/00; B22C9/04	主分类号：	B22C7/02
申请人：	通用电气公司
发明人：	吴召平; 布赖恩.V.穆尔; 阿内特.D.迈克尔; 汪德家; 朴俊泳; 古彦飞; 赵奇
地址：	美国纽约州
优先权：
专利代理机构：	北京市柳沈律师事务所 11105	代理人：	封新琴
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内容摘要

本发明涉及一种用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料，其包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。本发明还提供了一种在其耐火涂层中包含所述催化剂的泡沫模样以及制造和使用该模样的方法。

权利要求书

1.  一种用于消失模铸造的泡沫模样，其包括：
泡沫模型；以及
涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为（Na₂O） _xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中：
0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；
A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；
B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；
C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；
D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。

2.  如权力要求1所述的泡沫模样，其中所述钙钛矿物质选自改性LaCrO₃、改性LaMnO₃、BaCeO₃、BaZrO₃、BaCe_yZr_（1-y）O₃、BaCe_yY_（1-y）O₃及其组合，其中0≤y≤1。

3.  如权利要求1所述的泡沫模样，其中所述钙钛矿物质为BaCe_yZr_（1-y）O₃，其中0≤y≤1。

4.  如权利要求1所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层包含约1-80%质量百分比的所述催化剂。

5.  如权利要求4所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层包含约50-80%质量百分比的所述催化剂。

6.  如权利要求4所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层包含约1-30%质量百分比的所述催化剂和约30-60%质量百分比的耐火材料，该耐火材料选自氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合。

7.  如权利要求5或6所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层进一步包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。

8.  如权利要求7所述的泡沫模样，其中所述粘接剂包括粘土和羧甲基纤维素胶。

9.  一种制造消失模铸造用的泡沫模样的方法，其包括：
制造泡沫模型；以及
在所述泡沫模型上涂覆耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为（Na₂O） _xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中：
0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；
A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；
B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；
C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；
D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。

10.  如权利要求9所述的方法，其中所述钙钛矿物质选自改性LaCrO₃、改性LaMnO₃、BaCeO₃、BaZrO₃、BaCe_yZr_（1-y）O₃、BaCe_yY_（1-y）O₃及其组合，其中0≤y≤1。

11.  如权利要求9所述的方法，其中所述钙钛矿物质为BaCe_yZr_（1-y）O₃，其中0≤y≤1。

12.  如权利要求9所述的方法，其中所述耐火涂层是通过包括以下步骤的工艺涂覆到所述泡沫模型上的：
制备包含所述催化剂的耐火浆料；
在所述泡沫模型上涂敷一层所述耐火浆料层；以及
将所述耐火浆料层干燥。

13.  用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料，其包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中：
0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；
A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；
B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；
C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；
D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。

14.  如权利要求13所述的耐火浆料，其中所述催化剂的质量百分含量约为50-80%。

15.  如权利要求13所述的耐火浆料，其中所述催化剂的质量百分含量约为1-30%。

16.  如权利要求15所述的耐火浆料，进一步包括约30-60%质量百分比的耐火材料，该耐火材料选自氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合。

17.  如权利要求14或16所述的耐火浆料，进一步包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。

18.  如权利要求17所述的耐火浆料，其中所述粘接剂包括粘接剂和羧甲基纤维素胶。

19.  一种消失模铸造方法，其包括：
提供泡沫模样，其包括泡沫模型和涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中：
0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；
A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；
B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；
C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；
D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取;
将所述泡沫模样包覆于砂床中形成模子；
往所述模子中注入熔融金属液，以将其中的泡沫模型气化，并取代泡沫模型形成一个复制该泡沫模型形状的铸件，与此同时在所述耐火涂层附近催化所述气化泡沫模型的反应；以及
去除所述所述铸件表面的砂。

20.  如权利要求19所述的方法，进一步包括：去除包覆在所述铸件表面的耐火涂层。

说明书

可用于消失模铸造的涂覆有耐火浆料的泡沫模样及其制造和使用方法
技术领域
本发明涉及一种消失模铸造工艺中所用的耐火浆料、用该耐火浆料制成的泡沫模样以及制造和使用该泡沫模样的方法。
背景技术
消失模铸造工艺涉及准备一个包括目标铸件的塑料（如泡沫塑料）模型和涂覆于模型表面的耐火涂层的模样，然后注入熔融金属以将塑料模型气化并取代。所述熔融金属复制塑料模型以形成铸件。
一般地，在消失模铸造工艺中，在所制成的与目标铸件形状尺寸相同的塑料模型镀上一层耐火材料涂层，形成消失模铸造所需的模样，将该模样埋入干砂中，再通过机械方法，如振动，使其紧实，包围所述模样形成一个模子。其中所述模型上的耐火涂层，也就是模样的表层，可保证铸件的表面质量，并防止熔融金属渗透到干砂中。然后在真空状态下将熔融金属液注入到模子中以将塑料模型气化。该熔融金属液将耐火涂层内的塑料模型分解成气体，并最终取代该塑料模型，从而精确地复制出模型的所有特征，冷却后便形成了再现了塑料模型形状的铸件。再将铸件周围的砂和表面的耐火涂层去除后，就获得所需铸件。
消失模铸造是一种很智能的铸造工艺，其相比传统的砂型铸造具有很多优势。比如，由于没有空腔，不需要分型和下芯子，消失模铸造特别适用于各种几何形状复杂、传统铸造难以完成的铸件。又比如，消失模铸用干砂埋模型，干砂可反复使用，不仅可以减少工业垃圾，还可降低成本。
然而，消失模铸造存在一个问题，由于熔融金属液会吸收塑料模型在气化的过程中产生的碳，容易造成最终铸件中的碳水平上升，因此消失模铸造的铸件上容易产生增碳现象或形成碳残余。来自塑料模型的碳进入金属中后可能导致铸件的性能下降，因此，如何将碳残余减少到最少一直是消失模铸造工艺的巨大挑战。
因此，需要提供一种新的方法来解决消失模铸造中，尤其是消失模铸造用于低碳钢的铸造时的增碳问题。
发明内容
本发明的一方面提供了一种用于消失模铸造的泡沫模样。所述泡沫模样包括泡沫模型和涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述催化剂包括化学式为(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。
本发明的另一方面提供了一种制造消失模铸造用的泡沫模样的方法。所述方法包括：制造泡沫模型及在所述泡沫模型上涂覆耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述催化剂包括化学式为(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。
本发明的又一方面提供了用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料。所述耐火浆料包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述催化剂包括化学式为(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。
本发明的再一方面提供了一种消失模铸造方法。所述方法包括：提供泡沫模样，其包括泡沫模型和涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂;将所述泡沫模样包覆于砂床中形成模子；往所述模子中注入熔融金属液，以将其中的泡沫模型气化，并取代泡沫模型形成一个复制该泡沫模型形状的铸件，与此同时在所述耐火涂层附近催化所述气化泡沫模型的反应；以及去除所述所述铸件表面的砂。所述催化剂包括化学式为(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈]的类三斜霞石物质和化学式为A_aB_bC_cD_dO_3-δ的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5；A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。
附图说明
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1中的示意图显示了消失模铸造过程中泡沫模型的催化气化机制。
具体实施方式
本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在一些实施例中，“大约”表示允许其修正的数值在正负百分之十（10%）的范围内变化，比如，“大约100”表示的可以是90到110之间的任何数值。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，大约同时修正第一和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。
本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从1到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于1的数值，0.0001,0.001,0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述例子仅作举例说明之用，实际上，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。
除有定义外，本文中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种元件和另一种元件。并且，“一”或“一个”不表示数量的限定，而是表示存在一个的相关项目。
本发明实施提供了一个用于消失模铸造的泡沫模样，该泡沫模样包括一个涂覆有耐火涂层的泡沫模型，在消失模铸造的过程中，所述耐火涂层可在熔融金属液和包覆于泡沫模样周围的砂型之间提供一个防护阻隔层，确保铸件的表面完整性。所述耐火涂层中包含了催化剂，该催化剂对使泡沫模型气化的反应可起到催化作用。本文所述的催化剂是指可引发或加速化学反应的物质，在本发明实施例中的情况下，是指能引发或加速泡沫模型气化的物质。本文所述的气化是指产生蒸汽或气体的化学或物理变化，涉及消失模铸造工艺中的反应，比如，在存在氧气和（或）水的条件下将泡沫材料转化为二氧化碳、一氧化碳和氢气等气体的反应。由于所述催化剂本身具有一定的耐高温性能，可能足于耐受在消失模铸造过程中注入到泡沫模样中的熔融金属液的温度，因此所述催化剂可能发挥双重作用，不仅催化相关反应，还作为耐火成分存在。在催化剂也作为耐火成分的情况下，催化剂可以是形成耐火涂层中的主要组分。
图1显示了消失模铸造过程中的气化机制，将熔融金属液102注入一个包括泡沫模型106和涂覆于泡沫模型上的耐火涂层108的泡沫模样104内时，高温金属熔融液102将泡沫模型106气化，在该过程中，泡沫材料中所含的碳与泡沫内空气中的氧气和（或）水反应生成二氧化碳、一氧化碳和氢气等气体109，这些气体透过所述耐火涂层108逸出。所述熔融金属液102取代了气化的泡沫模型106，在耐火涂层108内形成铸件。铸件中可能会形成碳残余110，导致冷却后形成的铸件产品中产生增碳问题。实验和实践应用的结果显示增碳易于发生在消失模铸造的铸件表面及靠近内浇口处。碳残余110或增碳的问题是由于缺乏足够的时间完成气化（没有完全与氧气反应），或是由于表面温度的快速降低，没有足够的反应热动力来确保足够的氧气或空气。
所述耐火涂层108中所含的催化剂可帮助或加速使泡沫模型气化的反应，与耐火涂层中不含所述催化剂的情况相比，泡沫材料中的碳可以更高的效率和（或）在更低的温度下完成气化，尤其是在靠近耐火涂层108的位置处（即形成铸件表面的位置），这样，可尽量减少碳残余的形成。即使形成了碳残余，耐火层中的催化剂也可将移到铸件表面的碳残余进一步气化。因此，在泡沫模型的耐火涂层中添加所述催化剂可尽量减少碳残余的形成，防止在铸件上产生增碳问题，从而使得消失模铸造可用来制造不锈钢铸件，尤其是低碳不锈钢铸件。
所述催化剂可以是防结焦材料。在一些实施例中，所述催化剂至少包括具有以下化学式I的类三斜霞石物质或具有以下化学式II的钙钛矿物质中的至少一种，其中：
(Na₂O)_xNa₂[Al₂Si₂O₈] （I）,
A_aB_bC_cD_dO_3-δ （II）,
0<x≤1,0<a<1.2,0≤b≤1.2,0.9<a+b≤1.2,0<c<1.2,0≤d≤1.2,0.9<c+d≤1.2,-0.5<δ<0.5;
A从钙（Ca）、锶（Sr）、钡（Ba）及其组合中选取；
B从锂（Li）、钠（Na）、钾（K）、铷（Rb）及其组合中选取；
C从铈（Ce）、锆（Zr）、锑（Sb）、镨（Pr）、钛（Ti）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、镓（Ga）、锡（Sn）、铽（Tb）及其组合中选取；
D从镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、钛（Ti）、钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、钇（Y）、锆（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）、锝（Tc）、钌（Ru）、铑（Rh）、钯（Pd）、银（Ag）、镉（Cd）、铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）、铼（Re）、锇（Os）、铱（Ir）、铂（Pt）、金（Au）、镓（Ga）、铟（In）、锡（Sn）、锑（Sb）及其组合中选取。
在一些具体的实施例中，所述钙钛矿物质选自改性LaCrO₃、改性LaMnO₃、BaCeO₃、BaZrO₃,BaCe_yZr_（1-y）O₃,BaCe_yY_（1-y）O₃及其组合，其中0≤y≤1。特别地，所述钙钛矿物质可为BaCeyZr_（1-y）O₃，其中0≤y≤1，比如，其可为BaCe_0.7Zr_0.3O₃。
所述化学式I所示的类三斜霞石物质对将碳转化为二氧化碳的反应具有催化能力，在2011年5月5日申请的美国申请US2011/0319690中有更详细的描述，该专利申请的内容在此以引用的方式全部纳入本文。所述化学式II所示的钙钛矿物质具有防结焦能力，能催化碳的气化反应，在2011年5月25日申请的美国专利申请US2011/0295051和在2011年12月5日申请的国际专利申请WO2012/087550中有详细的描述，该等专利内容在此以引用的方式全部纳入本文。
所述泡沫模型可采用任何适用于消失模铸造的泡沫材料制成，合适的材料包括但不限于发泡聚苯乙烯（EPS）、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯（STMMA）和发泡聚苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯（EPSMMA）。
在一些实施例中，所述催化剂可能发挥双重作用，不仅催化相关反应，还用作耐火成分，因此，所述耐火涂层中可能含约1-80%质量百分比的化学式I或II所示的催化剂。在一些实施例中，所述催化剂约占耐火涂层50-80%的质量百分比，构成耐火涂层的主要部分。比如，所述化学式I所示的类三斜霞石物质可耐1000°C左右的高温，因此，在消失模铸造工艺的最高温度低于1000°C时，其可兼做耐火成分和催化剂，成为耐火涂层的主要组成部分。所述化学式II所示的钙钛矿物质可耐1800°C左右的高温，因此，在消失模铸造工艺的最高温度低于1800°C时，其可兼做耐火成分和催化剂，成为耐火涂层的主要组成部分。在一些实施例中，所述耐火涂层包括约1-30%质量百分比的催化剂和约30-60%质量百分比的与催化剂不同的耐火材料。所述耐火材料可以是任何难熔的、可耐受消失模铸造过程中注入泡沫模样中的熔融金属液的温度的材料。合适的耐火材料包括但不限于氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合。
除了催化剂和耐火材料，所述泡沫模样的耐火涂层还可包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。所述粘接剂可包括无机粘接剂和有机粘接剂。在一个具体的实施例中，所述无机粘接剂包括粘土，在一个具体的实施例中，所述有机粘接剂包括羧甲基纤维素（CMC）胶。包括粘土和羧甲基纤维素胶的粘接剂既可提供足够形成耐火涂层的粘接强度，又可确保铸件形成后该耐火涂层易于从铸件上脱落下来。
本发明实施例还提供了消失模铸造所用的泡沫模样的制造方法。泡沫模型制成后，在其上形成一层耐火涂层，该耐火涂层中包含可对泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述泡沫模样可通过不同的方法获得，包括但不限于注塑发泡成形。所述耐火材料可通过不同的方法涂覆到所述泡沫模型上，合适的方法包括但不限于浸渍、刷涂、喷涂、淋涂（flow coating）及其组合。
在一些实施例中，所述耐火涂层是通过包括以下步骤的工艺涂覆到泡沫模型上的：制备包含所述催化剂的耐火浆料，将该耐火浆料涂敷到泡沫模型上，在其表面形成一层浆料层，再将该浆料层干燥。在一些具体的实施例中，所述耐火涂层是通过将泡沫模型浸渍到耐火浆料中以在其表面形成浆料层，再干燥浆料层而获得的。比如，可将泡沫模型在耐火浆料中浸渍后取出，再将其在约80°C的温度下，或更适宜的，在控制的室温下悬挂约24小时晾干，以获得所需耐火涂层。
本发明的实施例还提供了用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料。所述耐火浆料包含了如前所述的可对泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述耐火浆料中催化剂的质量百分含量可在约1-80%之间。在一些实施例中，所述催化剂也作耐火成分，在耐火涂层中占到约50-80%的质量百分含量。在一些实施例中，耐火涂层包括约1-30%质量百分比的催化剂和约30-60%质量百分比的选自氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合的耐火材料。除了所述催化剂和耐火材料，所述耐火涂层还可包括其他有助于形成浆料和（或）构成耐火涂层的物质，包括但不限于粘接剂、悬浮介质（如，水）、表面活性剂、触变剂、分散剂和生物杀灭剂。比如，在一些实施例中，除耐火材料合催化剂外，所述耐火浆料可进一步包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。所述粘接剂可包括粘土和羧甲基纤维素胶。所述耐火浆料可通过将催化剂粉末、耐火材料颗粒和所述其他有助于形成浆料和（或）构成耐火涂层的物质混合而成。
本发明的实施例还提供了使用泡沫模样进行消失模铸造的方法，其中所述泡沫模样中，泡沫模型上的耐火涂层中含有可对泡沫模型气化的反应可起到催化作用的催化剂。当所述泡沫模样制成后，被包覆于砂床中形成模子。将熔融金属液注入到所述模子中，以气化和取代其中的泡沫模型，形成一个与泡沫模型一样形状的铸件，在此过程中耐火涂层中的催化剂可对泡沫模型的气化反应起到催化作用。当逐渐冷却后，先后或同时除去铸件表面的沙子和耐火涂层，获得所需的铸件成品。
实例
可通过注塑发泡成形工艺用发泡聚苯乙烯制得一个泡沫模型。含有对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂（本实例中为BaCe_0.7Zr_0.3O₃粉末）的耐火浆料可通过混合下表中的材料制得：

材料质量百分含量（%）水 31.49 羧甲基纤维素胶 0.04 粘土（流变性改剂） 0.33 Surfynol 104PA（润湿/泡沫控制） 0.23 分散剂（如Darvan811） 0.40 木质素磺酸钠 0.26 消泡剂 0.13 氧化铝 47.63 染料（蓝色） 0.02 醋酸乙烯酯/乙烯 2.71 生物杀灭剂 0.07 气雾剂75%表面活性剂0.02

[0039] BaCe_0.7Zr_0.3O₃（催化剂） 16.67

可将所述泡沫模型浸入所述耐火浆料中，使其表面涂敷上一层浆料层，再将所述涂敷有耐火浆料层的泡沫模型在控制的室温下悬挂晾干。通过优化浆料制备工艺和浸渍工艺，可将获得的耐火涂层的厚度控制在约0.1-1.0毫米之间。这样，便可获得一个在泡沫模型表面镀有包含BaCe_0.7Zr_0.3O₃催化剂颗粒的耐火涂层的泡沫模样。BaCe_0.7Zr_0.3O₃可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用，从而有效减少在泡沫模样耐火涂层内形成的铸件的表面碳残余。将所述泡沫模样用于消失模铸造时，可使铸件的增碳缺陷降低到最小。

资源描述

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1、10申请公布号CN104070132A43申请公布日20141001CN104070132A21申请号201310098984722申请日20130326B22C7/02200601B22C3/00200601B22C9/0420060171申请人通用电气公司地址美国纽约州72发明人吴召平布赖恩V穆尔阿内特D迈克尔汪德家朴俊泳古彦飞赵奇74专利代理机构北京市柳沈律师事务所11105代理人封新琴54发明名称可用于消失模铸造的涂覆有耐火浆料的泡沫模样及其制造和使用方法57摘要本发明涉及一种用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料，其包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化。

2、剂。本发明还提供了一种在其耐火涂层中包含所述催化剂的泡沫模样以及制造和使用该模样的方法。51INTCL权利要求书3页说明书6页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书6页附图1页10申请公布号CN104070132ACN104070132A1/3页21一种用于消失模铸造的泡沫模样，其包括泡沫模型；以及涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为（NA2O）XNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中0X1,0A12,0B12,09AB。

3、12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（。

4、CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。2如权力要求1所述的泡沫模样，其中所述钙钛矿物质选自改性LACRO3、改性LAMNO3、BACEO3、BAZRO3、BACEYZR（1Y）O3、BACEYY（1Y）O3及其组合，其中0Y1。3如权利要求1所述的泡沫模样，其中所述钙钛矿物质为BACEYZR（1Y）O3，其中0Y1。4。

5、如权利要求1所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层包含约180质量百分比的所述催化剂。5如权利要求4所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层包含约5080质量百分比的所述催化剂。6如权利要求4所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层包含约130质量百分比的所述催化剂和约3060质量百分比的耐火材料，该耐火材料选自氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合。7如权利要求5或6所述的泡沫模样，其中所述耐火涂层进一步包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。8如权利要求7所述的泡沫模样，其中所述粘接剂包括粘土和羧甲基纤维素胶。9一种制造消失模铸造用的泡沫模样的方法，其包括制造泡沫模型；以及在所述泡沫模型上涂覆耐火涂层。

6、，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为（NA2O）XNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；权利要求书CN104070132A2/3页3C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB。

7、）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。10如。

8、权利要求9所述的方法，其中所述钙钛矿物质选自改性LACRO3、改性LAMNO3、BACEO3、BAZRO3、BACEYZR（1Y）O3、BACEYY（1Y）O3及其组合，其中0Y1。11如权利要求9所述的方法，其中所述钙钛矿物质为BACEYZR（1Y）O3，其中0Y1。12如权利要求9所述的方法，其中所述耐火涂层是通过包括以下步骤的工艺涂覆到所述泡沫模型上的制备包含所述催化剂的耐火浆料；在所述泡沫模型上涂敷一层所述耐火浆料层；以及将所述耐火浆料层干燥。13用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料，其包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为NA。

9、2OXNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（D。

10、Y）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。14如权利要求13所述的耐火浆料，其中所述催化剂的质量百分含量约为5080。15如权利要求13所述的耐火浆料，其中所述催化剂的质量百分含量约为。

11、130。16如权利要求15所述的耐火浆料，进一步包括约3060质量百分比的耐火材料，该耐火材料选自氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合。17如权利要求14或16所述的耐火浆料，进一步包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。18如权利要求17所述的耐火浆料，其中所述粘接剂包括粘接剂和羧甲基纤维素胶。19一种消失模铸造方法，其包括提供泡沫模样，其包括泡沫模型和涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包权利要求书CN104070132A3/3页4含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂，所述催化剂包括化学式为NA2OXNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCD。

12、DO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪。

13、（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取将所述泡沫模样包覆于砂床中形成模子；往所述模子中注入熔融金属液，以将其中的泡沫模型气化，并取代泡沫模型形成一个复制该泡沫模型形状的铸件，与此同时在所述耐火涂层附近催化所述气化泡沫模型的反应；以及去除所述所述铸件表。

14、面的砂。20如权利要求19所述的方法，进一步包括去除包覆在所述铸件表面的耐火涂层。权利要求书CN104070132A1/6页5可用于消失模铸造的涂覆有耐火浆料的泡沫模样及其制造和使用方法技术领域0001本发明涉及一种消失模铸造工艺中所用的耐火浆料、用该耐火浆料制成的泡沫模样以及制造和使用该泡沫模样的方法。背景技术0002消失模铸造工艺涉及准备一个包括目标铸件的塑料（如泡沫塑料）模型和涂覆于模型表面的耐火涂层的模样，然后注入熔融金属以将塑料模型气化并取代。所述熔融金属复制塑料模型以形成铸件。0003一般地，在消失模铸造工艺中，在所制成的与目标铸件形状尺寸相同的塑料模型镀上一层耐火材料涂层，形成消。

15、失模铸造所需的模样，将该模样埋入干砂中，再通过机械方法，如振动，使其紧实，包围所述模样形成一个模子。其中所述模型上的耐火涂层，也就是模样的表层，可保证铸件的表面质量，并防止熔融金属渗透到干砂中。然后在真空状态下将熔融金属液注入到模子中以将塑料模型气化。该熔融金属液将耐火涂层内的塑料模型分解成气体，并最终取代该塑料模型，从而精确地复制出模型的所有特征，冷却后便形成了再现了塑料模型形状的铸件。再将铸件周围的砂和表面的耐火涂层去除后，就获得所需铸件。0004消失模铸造是一种很智能的铸造工艺，其相比传统的砂型铸造具有很多优势。比如，由于没有空腔，不需要分型和下芯子，消失模铸造特别适用于各种几何形状复杂。

16、、传统铸造难以完成的铸件。又比如，消失模铸用干砂埋模型，干砂可反复使用，不仅可以减少工业垃圾，还可降低成本。0005然而，消失模铸造存在一个问题，由于熔融金属液会吸收塑料模型在气化的过程中产生的碳，容易造成最终铸件中的碳水平上升，因此消失模铸造的铸件上容易产生增碳现象或形成碳残余。来自塑料模型的碳进入金属中后可能导致铸件的性能下降，因此，如何将碳残余减少到最少一直是消失模铸造工艺的巨大挑战。0006因此，需要提供一种新的方法来解决消失模铸造中，尤其是消失模铸造用于低碳钢的铸造时的增碳问题。发明内容0007本发明的一方面提供了一种用于消失模铸造的泡沫模样。所述泡沫模样包括泡沫模型和涂覆于所述泡沫。

17、模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述催化剂包括化学式为NA2OXNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；D从镧（LA。

18、）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆说明书CN104070132A2/6页6（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选。

19、取。0008本发明的另一方面提供了一种制造消失模铸造用的泡沫模样的方法。所述方法包括制造泡沫模型及在所述泡沫模型上涂覆耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述催化剂包括化学式为NA2OXNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、。

20、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、。

21、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。0009本发明的又一方面提供了用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料。所述耐火浆料包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述催化剂包括化学式为NA2OXNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AABBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB。

22、）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE。

23、）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。0010本发明的再一方面提供了一种消失模铸造方法。所述方法包括提供泡沫模样，其包括泡沫模型和涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂层，该耐火涂层包含可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂将所述泡沫模样包覆于砂床中形成模子；往所述模子中注入熔融金属液，以将其中的泡沫模型气化，并取代泡沫模型形成一个复制该泡沫模型形状的铸件，与此同时在所述耐火涂层附近催化所述气化泡沫模型的反应；以及去除所述所述铸件表面的砂。所述催化剂包括化学式为NA2OXNA2AL2SI2O8的类三斜霞石物质和化学式为AA。

24、BBCCDDO3的钙钛矿物质中的至少一种，其中，0X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12,0505；A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽说明书CN104070132A3/6页7（TB）及其组合中选取；D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）。

25、、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。附图说明0011通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中0012图1中的示意图显示了消失模铸造过程中泡沫模型的催化气化机制。具体。

26、实施方式0013本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。在一些实施例中，“大约”表示允许其修正的数值在正负百分之十（10）的范围内变化，比如，“大约100”表示的可以是90到110之间的任何数值。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，大约同时修正第一和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。0014本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果说了一个组分的数量或。

27、一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从1到90，20到80较佳，30到70最佳，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于1的数值，00001,0001,001或者01被认为是比较适当的一个单元。前述例子仅作举例说明之用，实际上，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。0015除有定义外，本文中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。本文所用的术语“第一”、“第二”等并不表示任何顺序、数量或重要性，而只是用于区别一种元件和另一种元件。并且，“一”或“一个”不表示。

28、数量的限定，而是表示存在一个的相关项目。0016本发明实施提供了一个用于消失模铸造的泡沫模样，该泡沫模样包括一个涂覆有耐火涂层的泡沫模型，在消失模铸造的过程中，所述耐火涂层可在熔融金属液和包覆于泡沫模样周围的砂型之间提供一个防护阻隔层，确保铸件的表面完整性。所述耐火涂层中包含了催化剂，该催化剂对使泡沫模型气化的反应可起到催化作用。本文所述的催化剂是指可引发或加速化学反应的物质，在本发明实施例中的情况下，是指能引发或加速泡沫模型气化的物质。本文所述的气化是指产生蒸汽或气体的化学或物理变化，涉及消失模铸造工艺中的反应，比如，在存在氧气和（或）水的条件下将泡沫材料转化为二氧化碳、一氧化碳和氢气等气体。

29、的反应。由于所述催化剂本身具有一定的耐高温性能，可能足于耐受在消失模铸造过程中注入到泡沫模样中的熔融金属液的温度，因此所述催化剂可能发挥双重作用，不仅催化相关反应，还作为耐火成分存在。在催化剂也作为耐火成分的情况下，催化剂可以说明书CN104070132A4/6页8是形成耐火涂层中的主要组分。0017图1显示了消失模铸造过程中的气化机制，将熔融金属液102注入一个包括泡沫模型106和涂覆于泡沫模型上的耐火涂层108的泡沫模样104内时，高温金属熔融液102将泡沫模型106气化，在该过程中，泡沫材料中所含的碳与泡沫内空气中的氧气和（或）水反应生成二氧化碳、一氧化碳和氢气等气体109，这些气体透过。

30、所述耐火涂层108逸出。所述熔融金属液102取代了气化的泡沫模型106，在耐火涂层108内形成铸件。铸件中可能会形成碳残余110，导致冷却后形成的铸件产品中产生增碳问题。实验和实践应用的结果显示增碳易于发生在消失模铸造的铸件表面及靠近内浇口处。碳残余110或增碳的问题是由于缺乏足够的时间完成气化（没有完全与氧气反应），或是由于表面温度的快速降低，没有足够的反应热动力来确保足够的氧气或空气。0018所述耐火涂层108中所含的催化剂可帮助或加速使泡沫模型气化的反应，与耐火涂层中不含所述催化剂的情况相比，泡沫材料中的碳可以更高的效率和（或）在更低的温度下完成气化，尤其是在靠近耐火涂层108的位置处（。

31、即形成铸件表面的位置），这样，可尽量减少碳残余的形成。即使形成了碳残余，耐火层中的催化剂也可将移到铸件表面的碳残余进一步气化。因此，在泡沫模型的耐火涂层中添加所述催化剂可尽量减少碳残余的形成，防止在铸件上产生增碳问题，从而使得消失模铸造可用来制造不锈钢铸件，尤其是低碳不锈钢铸件。0019所述催化剂可以是防结焦材料。在一些实施例中，所述催化剂至少包括具有以下化学式I的类三斜霞石物质或具有以下化学式II的钙钛矿物质中的至少一种，其中0020NA2OXNA2AL2SI2O8（I）,0021AABBCCDDO3（II）,00220X1,0A12,0B12,09AB12,0C12,0D12,09CD12。

32、,05050023A从钙（CA）、锶（SR）、钡（BA）及其组合中选取；0024B从锂（LI）、钠（NA）、钾（K）、铷（RB）及其组合中选取；0025C从铈（CE）、锆（ZR）、锑（SB）、镨（PR）、钛（TI）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、镍（NI）、镓（GA）、锡（SN）、铽（TB）及其组合中选取；0026D从镧（LA）、铈（CE）、镨（PR）、钕（ND）、钷（PM）、钐（SM）、铕（EU）、钆（GD）、铽（TB）、镝（DY）、钬（HO）、铒（ER）、铥（TM）、镱（YB）、镥（LU）、钪（SC）、钛（TI）、钒（V）、铬（CR）、锰（MN）、铁（FE）、钴（CO）、。

33、镍（NI）、铜（CU）、锌（ZN）、钇（Y）、锆（ZR）、铌（NB）、钼（MO）、锝（TC）、钌（RU）、铑（RH）、钯（PD）、银（AG）、镉（CD）、铪（HF）、钽（TA）、钨（W）、铼（RE）、锇（OS）、铱（IR）、铂（PT）、金（AU）、镓（GA）、铟（IN）、锡（SN）、锑（SB）及其组合中选取。0027在一些具体的实施例中，所述钙钛矿物质选自改性LACRO3、改性LAMNO3、BACEO3、BAZRO3,BACEYZR（1Y）O3,BACEYY（1Y）O3及其组合，其中0Y1。特别地，所述钙钛矿物质可为BACEYZR（1Y）O3，其中0Y1，比如，其可为BACE07ZR03O3。。

34、0028所述化学式I所示的类三斜霞石物质对将碳转化为二氧化碳的反应具有催化能力，在2011年5月5日申请的美国申请US2011/0319690中有更详细的描述，该专利申请的内容在此以引用的方式全部纳入本文。所述化学式II所示的钙钛矿物质具有防结焦能力，能催化碳的气化反应，在2011年5月25日申请的美国专利申请US2011/0295051和在2011说明书CN104070132A5/6页9年12月5日申请的国际专利申请WO2012/087550中有详细的描述，该等专利内容在此以引用的方式全部纳入本文。0029所述泡沫模型可采用任何适用于消失模铸造的泡沫材料制成，合适的材料包括但不限于发泡聚苯乙。

35、烯（EPS）、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯（STMMA）和发泡聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯（EPSMMA）。0030在一些实施例中，所述催化剂可能发挥双重作用，不仅催化相关反应，还用作耐火成分，因此，所述耐火涂层中可能含约180质量百分比的化学式I或II所示的催化剂。在一些实施例中，所述催化剂约占耐火涂层5080的质量百分比，构成耐火涂层的主要部分。比如，所述化学式I所示的类三斜霞石物质可耐1000C左右的高温，因此，在消失模铸造工艺的最高温度低于1000C时，其可兼做耐火成分和催化剂，成为耐火涂层的主要组成部分。所述化学式II所示的钙钛矿物质可耐1800C左右的高温，因此，在消失模铸造工艺的最高温度低于1。

36、800C时，其可兼做耐火成分和催化剂，成为耐火涂层的主要组成部分。在一些实施例中，所述耐火涂层包括约130质量百分比的催化剂和约3060质量百分比的与催化剂不同的耐火材料。所述耐火材料可以是任何难熔的、可耐受消失模铸造过程中注入泡沫模样中的熔融金属液的温度的材料。合适的耐火材料包括但不限于氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合。0031除了催化剂和耐火材料，所述泡沫模样的耐火涂层还可包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。所述粘接剂可包括无机粘接剂和有机粘接剂。在一个具体的实施例中，所述无机粘接剂包括粘土，在一个具体的实施例中，所述有机粘接剂包括羧甲基纤维素（CMC）胶。包括粘土和羧。

37、甲基纤维素胶的粘接剂既可提供足够形成耐火涂层的粘接强度，又可确保铸件形成后该耐火涂层易于从铸件上脱落下来。0032本发明实施例还提供了消失模铸造所用的泡沫模样的制造方法。泡沫模型制成后，在其上形成一层耐火涂层，该耐火涂层中包含可对泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述泡沫模样可通过不同的方法获得，包括但不限于注塑发泡成形。所述耐火材料可通过不同的方法涂覆到所述泡沫模型上，合适的方法包括但不限于浸渍、刷涂、喷涂、淋涂（FLOWCOATING）及其组合。0033在一些实施例中，所述耐火涂层是通过包括以下步骤的工艺涂覆到泡沫模型上的制备包含所述催化剂的耐火浆料，将该耐火浆料涂敷到泡沫模型上，在其。

38、表面形成一层浆料层，再将该浆料层干燥。在一些具体的实施例中，所述耐火涂层是通过将泡沫模型浸渍到耐火浆料中以在其表面形成浆料层，再干燥浆料层而获得的。比如，可将泡沫模型在耐火浆料中浸渍后取出，再将其在约80C的温度下，或更适宜的，在控制的室温下悬挂约24小时晾干，以获得所需耐火涂层。0034本发明的实施例还提供了用于涂覆在泡沫模型上以形成消失模铸造所需的泡沫模样的耐火浆料。所述耐火浆料包含了如前所述的可对泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂。所述耐火浆料中催化剂的质量百分含量可在约180之间。在一些实施例中，所述催化剂也作耐火成分，在耐火涂层中占到约5080的质量百分含量。在一些实施例中，耐火涂。

39、层包括约130质量百分比的催化剂和约3060质量百分比的选自氧化铝、氧化锆、硅石、铬铁矿、水合硅酸铝及其组合的耐火材料。除了所述催化剂和耐火材料，所述耐火涂层还可包括其他有助于形成浆料和（或）构成耐火涂层的物质，包括但不限于粘接剂、悬浮说明书CN104070132A6/6页10介质（如，水）、表面活性剂、触变剂、分散剂和生物杀灭剂。比如，在一些实施例中，除耐火材料合催化剂外，所述耐火浆料可进一步包括粘接剂、表面活性剂、触变剂和分散剂。所述粘接剂可包括粘土和羧甲基纤维素胶。所述耐火浆料可通过将催化剂粉末、耐火材料颗粒和所述其他有助于形成浆料和（或）构成耐火涂层的物质混合而成。0035本发明的实施。

40、例还提供了使用泡沫模样进行消失模铸造的方法，其中所述泡沫模样中，泡沫模型上的耐火涂层中含有可对泡沫模型气化的反应可起到催化作用的催化剂。当所述泡沫模样制成后，被包覆于砂床中形成模子。将熔融金属液注入到所述模子中，以气化和取代其中的泡沫模型，形成一个与泡沫模型一样形状的铸件，在此过程中耐火涂层中的催化剂可对泡沫模型的气化反应起到催化作用。当逐渐冷却后，先后或同时除去铸件表面的沙子和耐火涂层，获得所需的铸件成品。0036实例0037可通过注塑发泡成形工艺用发泡聚苯乙烯制得一个泡沫模型。含有对所述泡沫模型的气化反应起催化作用的催化剂（本实例中为BACE07ZR03O3粉末）的耐火浆料可通过混合下表中。

41、的材料制得0038材料质量百分含量（）水3149羧甲基纤维素胶004粘土（流变性改剂）033SURFYNOL104PA（润湿/泡沫控制）023分散剂（如DARVAN811）040木质素磺酸钠026消泡剂013氧化铝4763染料（蓝色）002醋酸乙烯酯/乙烯271生物杀灭剂007气雾剂75表面活性剂002BACE07ZR03O3（催化剂）166700390040可将所述泡沫模型浸入所述耐火浆料中，使其表面涂敷上一层浆料层，再将所述涂敷有耐火浆料层的泡沫模型在控制的室温下悬挂晾干。通过优化浆料制备工艺和浸渍工艺，可将获得的耐火涂层的厚度控制在约0110毫米之间。这样，便可获得一个在泡沫模型表面镀有包含BACE07ZR03O3催化剂颗粒的耐火涂层的泡沫模样。BACE07ZR03O3可对所述泡沫模型的气化反应起催化作用，从而有效减少在泡沫模样耐火涂层内形成的铸件的表面碳残余。将所述泡沫模样用于消失模铸造时，可使铸件的增碳缺陷降低到最小。说明书CN104070132A101/1页11图1说明书附图CN104070132A11。

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