涂料在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、鎂合金金屬型鑄造用涂料A,F,Mark,B,R,Davis皇后大學(xué),Kingston,Ontavio,加拿大1、研究目的作者研究了8種涂料,主要成分如下（表1）。這些涂料曾在鋁合金金屬型鑄造中使用過。本文目的是研究它們對(duì)鎂合金金屬型鑄造的適用性。表1試驗(yàn)用涂料涂料代號(hào)成份主要目的A硅酸鈉、滑石、云母絕熱B硅酸鈉、滑石、蛭石絕熱C硅酸鈉、滑石、A12O3、云母絕熱D硅酸鈉、BaSO4,TiO2表面光潔E硅酸鈉、SiO2、FeO、ZrSiO4耐久基底F硅酸鈉、滑石一般目的GCaCO、3FeO一般目的H硅酸鋯高密度2、研究方法2-1試樣的制備2-1-1浸涂法試驗(yàn)設(shè)備包括涂布涂料用的鋼板,加熱鋼板的爐

2、子和鎂合金熔池,將涂過涂料的鋼板放在低功率爐中加熱到150至250之間,然后用鉗子將鋼板從爐中取出,浸入鎂熔液中并保持10或25秒鐘,然后盡可能平穩(wěn)地取出,以免鎂熔液表面發(fā)生燃燒,表2給出詳細(xì)資料。表2浸涂試驗(yàn)操作涂料代號(hào)次數(shù),保持時(shí)間,秒鎂熔液溫度,±5A1,10,695B3,10,680C3,10,680D2,10,680;1,10,670E0F2,25,670G1,10,695;1,10,670; 1, 10, 670H2,10,695;1,25,6952-1-2滴落法將已加熱的鋼板從爐中取出,放在耐火材料平板表面。用澆包將30g左右的鎂熔液從約5mnW處澆注到每塊鋼板上，鎂熔

3、液在鋼板上5秒鐘內(nèi)凝固。板和板上面的鎂滴一起冷卻,該試驗(yàn)示于表3。1表3滴落試驗(yàn)參數(shù)涂料代號(hào)次數(shù),鎂液溫度,±5A2,670B2,720;2,670C2,695;2,670D3,670E2,720F3,670G2,670;1,720H2,6702-2試樣檢測(cè)試樣的測(cè)試用幾種方法進(jìn)行,用顯微鏡觀察試樣的形態(tài),同時(shí)進(jìn)行了化學(xué)分析。第一階段試驗(yàn)用立體顯微鏡進(jìn)行，在放大倍數(shù)為40X時(shí)，查找了暴露的涂料和附著的鎂滴、分散的涂料顆粒和形態(tài)變化。在使用立體顯微鏡發(fā)現(xiàn)附著鎂滴時(shí),同時(shí)用掃描電鏡更仔細(xì)地觀察或者移走,再用電子探針鑒定。用顯微鏡和分度鏡進(jìn)行作用范圍密度計(jì)數(shù)。為了比較每個(gè)試樣附著作用范圍密

4、度的相關(guān)性,使用了點(diǎn)計(jì)數(shù)。采用二種計(jì)數(shù)法,在每個(gè)選定的面積的顆粒數(shù)和點(diǎn)數(shù)。在每個(gè)試樣上任意地選擇進(jìn)行二種計(jì)數(shù)位置,在每個(gè)位置上進(jìn)行二種類型的計(jì)數(shù)。取每種計(jì)數(shù)結(jié)果的平均值與其他試樣比較。在查找附著顆粒和粘附的涂料顆粒的同時(shí),還在鎂滴的底部進(jìn)行了同樣的密度分析。3試驗(yàn)結(jié)果3-1涂料成分表4為8種涂料成分,其中氧化物來自顯微探針分析;元素值來自等離子體原子發(fā)射光譜分析。粘結(jié)劑是所有涂料的主要成分,除H涂料而外。表4涂料成分、按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)算涂料SiO2Na2O其他A5890.6%Mg,0.5%Al,0.3%K,其余為0和HB76163.3%Mg,2.1%Al,1.5%K,其余為0和HC63110.3

5、%Mg,0.3%Al,0.2%K,其余為0和HD47342%TiO2,其余為BaSO4E55626%FeO,其余為ZrSiO4F69130.8%Mg,其余為0和HG32312.9%Ca,2%FeO,其余為0和CH00100%ZrSiO4為了估計(jì)每種涂料的粘結(jié)劑含量,比較了氧化硅和氧化鈉的含量。在涂料ABC和F中的SiO2來自硅酸鈉粘結(jié)劑以及滑石、云母或蛭石?？梢哉J(rèn)為，滑石和蛭石中的SiO2含量相當(dāng)于鎂的數(shù)量，而云母中SiO2含量相當(dāng)于鋁的數(shù)量。根據(jù)涂料生產(chǎn)商的資料，涂料E含有達(dá)10%SiO2的骨料。從每種涂料中的SiO2總量中減去SiO2骨料的數(shù)量得到粘結(jié)中SiO2的近似值,然后分別地按照氧化

6、鈉的數(shù)量,將這兩種目錄相配合。涂料中所用粘結(jié)劑排列的順序?yàn)?最多-B,F,C,A,E,D,G,H-最少3-2涂料形貌3-2-1原始涂料所有檢驗(yàn)過的涂料具有粗糙的粒狀表面,差別在顆粒大小,絕熱涂料具有大范圍的粗粒度和明顯的孔隙。表面光潔的涂料具有類似的外觀但范圍較小。基底涂料是光滑的。3-2-2露出的涂料浸涂和滴落的涂料顯示相似的結(jié)果,不同性質(zhì)的新顆粒已經(jīng)出現(xiàn),這些新顆粒看來是金屬和涂料相互作用的產(chǎn)物。許多試樣的涂料顆粒尖端已脫落。這種尖端脫落物,在某些滴落試驗(yàn)場(chǎng)合充分?jǐn)U散,引起了涂膜厚度變化,同時(shí)明顯地減少涂膜粗糙度。在一或二種情況下,整個(gè)涂膜被除去,暴露出鋼底板。3-3試驗(yàn)板上附著物的外觀在

7、某些場(chǎng)合用肉眼能看到附著物,在另一些場(chǎng)合要用顯微鏡。附著物全部在涂料顆粒的尖端,從來沒有在顆粒的裂縫中。附著物一般有二種形式。主要是長(zhǎng)、扁平、方形端接的串,這些串形成了從涂料長(zhǎng)出的印象,這些串一般是黑色無(wú)光澤的,其尺寸和數(shù)量變動(dòng)相當(dāng)大。在多個(gè)大型串的情況下,這些串往往以多群的形式出現(xiàn),如圖1所示。3-4從單滴到多滴試驗(yàn)的外觀在滴落試驗(yàn)期間鎂滴群的接觸表面顯示鎂不潤(rùn)濕涂料。鎂滴表面粗糙但不完全與涂料的型式相符。一些鎂滴顯示與試板相同的黑附著物,另一些還顯示粘附在鎂滴底部的涂料顆粒。如圖2所示。在許多場(chǎng)合,涂料顆粒和一層鎂與涂料顆粒之間的附著物一起出現(xiàn)在滴群上。看來黑色附著物已粘住鎂和涂料。并且使

8、涂料顆粒從試板剝落。在二種情況下涂料連續(xù)膜附著在滴底,在一種情況下在涂料膜與鎂滴表面之間顯然有一層黑附著物。圖1滴落試驗(yàn)中附著在涂料B上的單個(gè)串和串群3-5附著物的化學(xué)成分電子探針分析表明取自露出試樣的黑色附著物的主要成分為MgO少量的AL2O3Na2O?口SiO2也出現(xiàn)在附著物中,顆粒的成分說明顆粒是鎂和涂料中某些成分之間的反應(yīng)產(chǎn)物。具有這些成分的顆粒出現(xiàn)在全部涂料中，除了H涂料而外。它們出現(xiàn)在浸涂和滴落試樣中。球形顆粒出現(xiàn)在FArray涂料中。浸涂試樣含有大量的SiO2和MgO。3-6試驗(yàn)板上附著物有效范圍的密度對(duì)所選擇的試驗(yàn)進(jìn)行相對(duì)密度計(jì)數(shù),結(jié)果示于表5。這些數(shù)據(jù)是每個(gè)試樣上黑色附著顆粒

9、的相對(duì)有效范圍密度比較的依據(jù)。(圖2)顯示黑附著物(A)和附著在滴表面的涂料顆粒的涂料B產(chǎn)生的鎂滴表面。圖示面積為直徑約10mm的圓。圖2表5試驗(yàn)板上的附著物密度涂料代號(hào)點(diǎn)數(shù)面積數(shù)試驗(yàn)方法鎂液溫度A2.05.0浸涂680A1.56.3攪拌640B5.05.0浸涂680C1.53浸涂680C11.05.5滴落680D0.50.3浸涂680F7.07.0攪拌650F32.020.0浸涂670G0.00.0浸涂25秒680G2.06.0滴落670G4.89.2滴落7253-7鎂滴上附著物和涂料顆粒的密度對(duì)鎂表面上兩種顆粒的相對(duì)作用范圍的密度也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果示于表6表6粘附在鎂滴上的黑色附著物和涂料

10、顆粒的有效區(qū)密度黑色附著物涂料顆粒涂料代碼鎂熔液溫度點(diǎn)數(shù)區(qū)域數(shù)點(diǎn)數(shù)區(qū)域數(shù)A67010.08.37.32.8B69511.85.58.01.3B72525.93.318.53C69515.510.32.51.3D6705.511.51.52.5E7252718.00.81.3F07015.513.50.50.0F0955.55.82.01.6G0700.52.03.32.0G7258.80.30.50.3H0700.00.017.52.5H6950.00.020.51.43.8 顆粒大小區(qū)域數(shù)與點(diǎn)數(shù)的比較說明了試樣上顆粒大小的概念。點(diǎn)數(shù)數(shù)據(jù)表明大多數(shù)附著物顆粒是小的,包括試板上和落滴上的附著物顆

11、粒,顯微鏡觀察也證明了這一點(diǎn)。只有涂料B例外。在考慮統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和顯微鏡觀察兩方面時(shí),涂料B一貫地顯示出大顆粒。由于化學(xué)分析的結(jié)果在全部試樣上是一致的,附著物顆粒大小的變化看來不是由于成分的差別造成的,附著物顆粒多半受到涂料形態(tài)的影響。含有許多尖端的較細(xì)涂料看來已產(chǎn)生一些小顆粒,最粗的涂料B具有較大的尖端顆粒和較大的附著物。反應(yīng)的進(jìn)行也會(huì)明顯地影響顆粒的大小和顆粒的數(shù)量。這表示一種高點(diǎn)數(shù)。暗示著較多的提前反應(yīng),而高點(diǎn)數(shù)則表示強(qiáng)附著作用范圍不是由于較多顆粒就是由于較大顆粒。3.9 涂料強(qiáng)度沉積物在涂料顆粒和已凝固的鎂之間起到連結(jié)作用。每種涂料磨損的數(shù)量取決于二個(gè)因素,沉積物的數(shù)量和涂料的強(qiáng)度。弱涂料

12、中的涂料顆粒容易破裂。涂料顆粒比沉積物與涂料的結(jié)合、涂料顆粒本身或沉積物與鎂的結(jié)合弱。在強(qiáng)涂料中,涂料顆粒比較堅(jiān)固,不容易斷裂,而沉積物容易斷裂,或者與涂料或鎂分離。涂料B具有最大的沉積密度和粘結(jié)在剝離去的鎂滴基層底上的最大涂料顆粒數(shù)。這表示不僅活性較大,而且脆弱。涂料E和F顯示出高的沉積密度,但附著的涂料顆粒少，說明盡管它們是活性的，但強(qiáng)度大。涂料A和C有中等到高的沉積密度和中等水平的粘附性。這說明它們比涂料B強(qiáng)度大,活性低。但比涂料E和F更脆弱。涂料D和G也相當(dāng)于中等水平。涂料D稍有活性，但有較小的粘附性，它的強(qiáng)度大。涂料G反應(yīng)性不是很大，粘附強(qiáng)度中等。強(qiáng)度估計(jì)綜合于表7。表7按磨損數(shù)據(jù)估

13、計(jì)的涂料強(qiáng)度,從弱到強(qiáng)涂料成分的注釋H（最弱）只有硅酸結(jié)B粘結(jié)劑最多,涂料最軟A中等到到大量粘結(jié)劑,大量軟骨料C中等到到大量粘結(jié)劑,中量軟骨料G最少的粘結(jié)劑,大量碳酸鈣D少量到中等粘結(jié)劑,無(wú)軟骨料F大量粘結(jié)劑,中等軟骨料E（最強(qiáng)）中等粘結(jié)劑，無(wú)軟骨料強(qiáng)度趨向說明，云母和蛭石削弱涂料，涂料AB和C的強(qiáng)度比涂料F低許多。盡管它們都含較多的碳酸鈉,涂料F含有次多的滑石,但不含云母或蛭石,涂料B含蛭石約為涂料A的4倍多，涂料C含云母。涂料A含云母稍有多于涂料C。云母的作用已被Chiesa和Mavyopoulos證明,他們發(fā)現(xiàn)含云母的涂料強(qiáng)度很低。硬骨涂料產(chǎn)生較大的強(qiáng)度。涂料D和E含硅酸鈉較少，涂料E含

14、石英比涂料D多，它的強(qiáng)度稍大，但也有較大的反應(yīng)性。涂料G強(qiáng)度較低或許可以通過碳酸鈣和粘結(jié)劑含量少說明。這種涂料反應(yīng)性較小,但是由于粘結(jié)劑少?gòu)?qiáng)度較低,同時(shí)軟的碳酸鈣導(dǎo)致相應(yīng)地較多涂料顆粒粘附在鎂上。4結(jié)論41鎂合金金屬型鑄造使用的優(yōu)質(zhì)涂料所需的性質(zhì)是:適宜大小的絕熱性,使氣體能逸出的十分粗糙的表面。微小的磨損率以保證頭二項(xiàng)性能。小磨損率只有在零件和涂料之間無(wú)粘結(jié)力,因此這種涂料使另件順利落砂時(shí)才能達(dá)到。42對(duì)目前鋁合金金屬型鑄造使用的8種涂料進(jìn)行了試驗(yàn),按照這們對(duì)鎂合金的適用性進(jìn)行排序,其結(jié)果示于表8表8試驗(yàn)涂料的順序（適用性從高到低）涂料代號(hào)說明成分D反應(yīng)性不是很大,中等強(qiáng)度,有點(diǎn)絕熱性硅酸鈉

15、、Baso4.Tio2G反應(yīng)性不是很大,中等強(qiáng)度,絕熱性不是很大硅酸鈉、CaCO3,FeOA絕熱性很好,有點(diǎn)反應(yīng)性,強(qiáng)度不是很大硅酸鈉,滑石,云母C絕熱性很好,有點(diǎn)反應(yīng)性,強(qiáng)度不是很大硅酸鈉,滑石,Al2O3云母E有強(qiáng)度,反應(yīng)性很大,有點(diǎn)絕熱性硅酸鈉,滑石E無(wú)絕熱性硅酸鈉,SiO2、FeO、ZrsiO4H強(qiáng)度很低硅酸鋯B反應(yīng)性很大,強(qiáng)度很低硅酸鈉,滑石,蛭石43所實(shí)驗(yàn)的涂料無(wú)一能完全滿足上述要求,其原因目前已明白,看來鎂與硅酸鈉粘結(jié)劑析出的水份發(fā)生反應(yīng),同時(shí)在較小的程度上與石英以及截留在涂料和鎂之間的氧發(fā)生反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生了MgO很可能這種MgOf粘結(jié)劑中的SiO2反應(yīng)形成硅酸鎂界面層;44含有絕熱材料的涂料,具有低導(dǎo)熱率和高的粗糙度,要求大量粘結(jié)劑使絕熱骨料保持在一起,這就引起了較多的附著物和較多的磨損,同時(shí),最好的絕熱骨料云母和蛭石,強(qiáng)度很低,這就使問題嚴(yán)重了,另一方面,不含粘結(jié)劑的涂料,例如涂料H,其強(qiáng)度是很低的，這也引起了大量磨損，強(qiáng)度高足以防止大量磨損附著物的涂料反應(yīng)性好但不絕熱。45磨損的原因是由于反應(yīng)產(chǎn)生的附著物的粘性使涂料顆粒受拉。相關(guān)磨損取決于涂料的的反應(yīng)性和涂料的強(qiáng)度,當(dāng)?shù)蛷?qiáng)度涂料由于強(qiáng)反應(yīng)產(chǎn)生大量附著物時(shí)產(chǎn)生大量磨損。含有云母和蛭石骨料的涂量強(qiáng)度低。然而,云母和蛭石是二種絕緣性較好的骨料,因此需用它們制備適當(dāng)絕熱的涂料。46大概可