鑄造涂料配方及作用

1、鑄造涂料配方及作用1、涂料所用原材料簡(jiǎn)介確定涂料的配方，需確定涂料的耐火材料組成、懸浮劑、消泡劑、載體溶劑的種類(lèi)，掌握相關(guān)材料的理化性能和微觀結(jié)構(gòu)等資料。1. 1 耐火材料耐火材料應(yīng)主要根據(jù)鑄造合金種類(lèi)選定。鑄鐵用涂料的耐火材料常選用鱗片石墨和普通石墨、石英粉、鋁礬土、滑石粉、藍(lán)晶石粉等，對(duì)幾種國(guó)外鑄鐵涂料的耐火材料進(jìn)行了X射線熒光光譜分析和衍射分析，發(fā)現(xiàn)他們的耐火材料常有硅灰石、莫來(lái)石、云母、剛玉、鋰輝石等，骨料中各種粒型也是搭配使用，具說(shuō)可提高涂料的透氣性和強(qiáng)度，粒型有片狀、纖維狀及粒狀。鑄鋼件用涂料常選鎂砂粉、鋯英粉、高鋁粉、棕剛玉粉等耐火粉料。對(duì)于高錳鋼常用電熔鎂砂粉和鎂橄欖石粉，這些

2、材料可抗高錳鋼的堿*蝕。粒度一般在320目200目，也要搭配使用。此種涂料必須注意鎂橄欖石粉中SiO2（石英）含量40%時(shí)，往往影響涂料的作用，因?yàn)镾iO2和MnO會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而粘砂。硅灰石【CaO*SiO2】：是一種偏硅酸鹽，屬三斜晶系，分低溫型高溫型兩種，低溫型在1125轉(zhuǎn)變成高溫型。硅灰石具有針狀、纖維狀晶體形態(tài)(長(zhǎng)/徑比22：1)和良好的耐熱性低（耐熱度1500）和燒結(jié)性，在涂料中可增加涂料強(qiáng)度、懸浮性和高溫透氣性。一般應(yīng)選用SiO2%50，沉降度70的高溫型材料。它在吉林、遼寧地區(qū)蘊(yùn)藏量非常大，可在鑄鐵涂料中廣泛使用。莫來(lái)石【3AI2O*2SiO2】：斜方晶系，熔點(diǎn)1810，多角粒

3、型。化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。線膨脹系數(shù)?。?01000，5.3×10-6/），抗激冷激熱性好，商品粉料可選用經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)的煤矸石粉，可保證涂料的高溫穩(wěn)定性。該材料國(guó)內(nèi)供應(yīng)豐富，價(jià)格較低，在鑄鐵和普通鑄鋼中可使用。云母【KAI2（AISi3O20）(OH*F)2】:一種具有層片狀的硅酸鹽，密度2.62.86，導(dǎo)熱系數(shù)低（平均0.67W/m.K），保溫性能較好。其鱗片具有彈性，晶格穩(wěn)定，熱化學(xué)穩(wěn)定性較好。該材料熔點(diǎn)較低（12701330），用于鑄鐵涂料時(shí)易于粘砂。由于具有片狀形態(tài)，可賦予涂料防降性、流平行，使涂料具有良好的韌性和抗開(kāi)裂性，可用于鑄鋁件涂料中。藍(lán)晶石【AL2SiO4O】：根據(jù)含藍(lán)晶石

4、的形態(tài)特點(diǎn)，將藍(lán)晶石礦分成3類(lèi)變態(tài)：針狀和纖維狀集合體（纖維針狀礦石）；富含空晶石的假象藍(lán)晶石集合體；藍(lán)晶石結(jié)核礦（結(jié)核型礦石）。藍(lán)晶石礦物在高溫下（11001650）煅燒轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊?lái)石和熔融狀游離二氧化硅（方石英），同時(shí)產(chǎn)生不同程度的體積膨脹。其轉(zhuǎn)變反應(yīng)式為：3（AI2SiO5） 3AI2O3*2SiO2+SiO2（1300以上）鑄造涂料應(yīng)采用煅燒過(guò)的纖維針狀產(chǎn)品，它的耐火度比硅灰石和石英粉高，和鋯英粉相似，由于它的纖維針狀形態(tài)，可提高涂料的強(qiáng)度和透氣性及耐火度。目前該產(chǎn)品在吉林磐石等地也有出產(chǎn)，可用于鑄鐵、普通鑄鋼等涂料中。其它材料的性能本文不在詳述，在選用時(shí)應(yīng)仔細(xì)查找相關(guān)資料。12載液水或

5、乙醇（甲醇）可作為載液。水基涂料成本比醇基涂料低，且懸浮性好控制，但需要一套烘干和和排除水蒸汽的設(shè)備。醇基涂料烘干容易，很多小型企業(yè)經(jīng)常使用，但它有以下問(wèn)題：澆注時(shí)發(fā)氣量大，成本高，涂料氣味很大，影響工人健康，安全性也差。一般建議多采用水基涂料工藝，尤其是一些形狀較簡(jiǎn)單的鑄件，如錳鋼鍔板等。甲醇的應(yīng)用可改善烘干質(zhì)量，可和乙醇配合使用。13粘結(jié)劑根據(jù)載液的不同，粘結(jié)劑分為水基用和醇基用兩種。對(duì)粘結(jié)劑的一般要求是：在水中或乙醇中易溶易分散；具有較高的干強(qiáng)度，尤其是高溫強(qiáng)度。糖漿、紙漿、酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇（PVA）、聚乙酸乙烯乳液（白乳膠）、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）、羧甲基纖維素（CMC），以及高溫

6、性能好的粘土、磷酸二氫鋁、硫酸鹽、松香、水玻璃和硅溶膠都可作為涂料的粘結(jié)劑。酚醛樹(shù)脂、既具有較高的常溫強(qiáng)度，又具有較高的高溫強(qiáng)度，我們?cè)谕苛现袕V泛應(yīng)用。水基涂料可直接采用堿性液態(tài)酚醛樹(shù)脂，醇基涂料采用熱固性酚醛樹(shù)脂，先在酒精中泡開(kāi)，溶化后再加入涂料中，它和PVB配合使用效果更佳。聚乙烯醇（PVA）和磷酸二氫鋁配合使用，效果也較好，成本也低。某些商品涂料具有硬化可逆性，即掉到地上已硬化的涂料仍可重復(fù)混制、使用。某些水溶性樹(shù)脂，如PAM就具備這種性能。1. 4懸浮劑常用的懸浮劑有鋰基、鈉基或有機(jī)膨潤(rùn)土、凸凹棒土、CMC等。鋰基膨潤(rùn)土不但懸浮性好，所制涂料的涂刷性能也較好，在醇基涂料澡中經(jīng)常采用，但

7、采用鋰基土的涂料易于發(fā)生“沉死底”的現(xiàn)象，涂料最好現(xiàn)配現(xiàn)用。要水基涂料中可采用鈉土和CMC配合使用，效果也較好。有機(jī)土效果最好，價(jià)格過(guò)高，一般在要求較高的醇基涂料中少量加入。選用膨潤(rùn)土類(lèi)懸浮劑時(shí)，在保證懸浮性的前提下，加入量越少越好，加入量過(guò)大涂層易開(kāi)裂。15其它添加劑實(shí)型（或消失模）涂料還需加入以下幾種助劑：表面活性劑 用來(lái)改善涂料對(duì)塑料模樣表面的潤(rùn)濕性，常用的是非離子型的表面活性劑JCF（脂肪醇聚乙烯醚）、OP-10（烷基酚與環(huán)氧乙烷的縮合物）、NNO（萘磺酸鈉甲醛縮合物），它兼有分散和減水作用。表面活性劑易于產(chǎn)生氣泡，在涂料中盡量少加或不加。消泡劑 涂料在高速攪拌過(guò)程中也可能卷入空氣產(chǎn)生

8、氣泡，因此要加入少量的消泡劑。常用的有正辛醇、正丁醇、SPA-202脂肪族礦物油、SAF（聚甲基硅氧烷乳液）。防腐劑 常用的防腐劑有五氯酚萘、五氯苯酚、苯甲酸鈉、甲醛等。碳吸附劑 冰晶石（Na3AIF6）在高溫下形成活性NaF、AIF3等，對(duì)模樣分解出的碳產(chǎn)生吸附作用，使之不沉淀在鑄件表面，從而防止鑄件表面積碳的產(chǎn)生。此外，涂料中還摻入氧化鐵粉（Fe2O3），提高涂料的自剝離能力和抗氮?dú)饪啄芰Α＜砻婀鉂?，并在一定程度上提高尺寸精度?涂料的作用和性能要求涂料可以填充型和芯的表面孔隙在高溫下抑制砂型與金屬液的熱相互作用 (機(jī)械滲透和化學(xué)侵蝕)，從而防止機(jī)械粘砂，使鑄件表面光潔，并在一定程度上提

9、高尺寸精度。涂料還能夠提高型和芯的表面強(qiáng)度，防止因液體金屬的沖刷作用而發(fā)生砂眼、毛刺等缺陷。涂料層的隔離作用，還能夠防止因型和芯受熱產(chǎn)生大量氣體侵入鑄件而形成氣孔缺陷。熱膨脹低的涂料還可減少鑄件夾砂缺陷。此外，通過(guò)在涂料中添加絕熱保溫材此外，通過(guò)在涂料中添加絕熱保溫材布，調(diào)節(jié)熱流的傳遞和運(yùn)動(dòng)，控制合金的凝固和結(jié)晶過(guò)程，從而消除縮松缺陷。在涂料中添加某些特殊附加物，還能做到局部孕育或表面合金化，達(dá)到改善組織的目的。涂料的這些作用，近來(lái)也受到人們的重視。對(duì)于涂料的性能，有許多要求：2.1懸浮穩(wěn)定性涂料應(yīng)當(dāng)在一定時(shí)間內(nèi)不沉淀、不分層、不結(jié)塊并保持密度的 均勻性。懸浮性主要決定于所添加的懸浮劑 的質(zhì)量

10、和加入量，以及耐火填料的顆粒大小和比重等。2.2滲透性它表示涂料在涂覆后能夠滲入型或芯表層一定深度的能力。滲透性并不是越大越好。滲透性過(guò)大，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，或難以保持一定的厚度。滲透性過(guò)小，涂料在型或芯上的附著力小，烘干和澆注時(shí)易起皮破損。滲透深度取決于耐火材料的粒度、涂料的比重和粘度、涂料懸濁體系的表面特性和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及涂料與型或芯的潤(rùn)濕性等。2.3觸變性，(搖溶性) 物理化學(xué)中把觸變性現(xiàn)象視為一種溶膠軟膠可逆等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程。觸變性包括剪切變稀粘度依時(shí)性的兩個(gè)方面：一是在剪切力作用下能變稀，剪切力去除后又會(huì)恢復(fù)原先的狀態(tài)，二是上述變稀或變稠都有一個(gè)時(shí)間進(jìn)程。通俗地說(shuō)，就是“一攪就稀，

11、靜止還稠”。好的涂料應(yīng)當(dāng)具有一定的觸變性，使用時(shí) “稠而不粘，滑而不淌”，便于涂刷、浸涂、噴涂，而涂料既不堆積，也不流失。觸變性是現(xiàn)代鑄造用的涂料的主要工藝性能之一。它在一定程度上是反映涂料許多工藝性能 (如懸浮性、涂刷性等)好壞的綜合指標(biāo)。觸變性取決于涂料懸濁體系的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以通過(guò)在一定剪切速率下涂料的表觀粘度和時(shí)間的關(guān)系來(lái)判斷。2.4涂覆性 它表示涂料以一定厚度均勻覆蓋在型或芯表面的難易程度。涂覆時(shí)應(yīng)當(dāng)不堆積、不流失，也不損壞型或芯的表面。目前還沒(méi)有直接測(cè)定涂覆性的辦法，一般可以用涂料的粘度、比重、觸變性、涂層厚度或涂掛重量等指標(biāo)綜合衡量。2.5表面強(qiáng)度 涂料必須有足夠的表面強(qiáng)度，以

12、防止涂層在搬運(yùn)和合箱過(guò)程中損壞。2.6高溫抗裂性 涂層在烘干和澆注過(guò)程中應(yīng)當(dāng)不開(kāi)裂，以防止鑄件產(chǎn)生毛刺或脈紋。2.7抗粘砂性防止粘砂的能力是涂料的主要性能之一。它主要取決于涂料的組成，尤其是耐火材料的性質(zhì)以及澆注時(shí)的氣氛。涂層的厚度、強(qiáng)度、抗裂性對(duì)抗粘砂性也有影響。存期長(zhǎng)、無(wú)公害、低成本、適應(yīng)性廣等。除上述性能外，還要求涂料發(fā)氣少、存期長(zhǎng)、無(wú)公害、低成本、適應(yīng)性廣等。涂料要全面滿(mǎn)足以上要求，實(shí)際上是困難的。對(duì)于不同的砂型種類(lèi)、不同的鑄件(甚至同一鑄件的不同部位)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)低成本高質(zhì)量的原則選擇使用適當(dāng)?shù)耐苛稀?、制備和涂掛3.1 水基實(shí)型涂料配方首先應(yīng)根據(jù)鑄造合金的種類(lèi)和鑄件大小等要求確定制備

13、涂料的性能，如耐火能力，涂層強(qiáng)度，涂料保存時(shí)間等，然后選擇耐火粉料、載液、粘結(jié)劑、懸浮劑和助劑，經(jīng)試驗(yàn)調(diào)整調(diào)整并確定配方。表1，表2和 表3列出了配制的幾種配方。3.1表1 鑄鐵水基實(shí)型涂料配方涂 料組 分堿性酚醛樹(shù)脂CMC鈉土水氧 化鐵 粉鋯 粉鋰輝石莫來(lái)石WT/%6033060051004005003.1表2 高錳鋼實(shí)型醇基涂料配方涂 料組 分酚醛樹(shù)脂PVB鋰土酒精氧 化鐵 粉鋯 粉電熔鎂粉正辛醇WT/%30630500517083053.1表3 鑄鐵醇基實(shí)型涂料配方涂料組分酚醛樹(shù)脂PVB鋰土酒精氧化鐵粉鋯粉石墨鱗片石墨WT/%2582555051508005032涂料的制備制備時(shí)一般先在

14、分散機(jī)中分散，再經(jīng)過(guò)研磨設(shè)備研磨。對(duì)于年用量100t以下的企業(yè)，23千瓦的分散機(jī)即可。其葉輪有葉片和圓盤(pán)兩種。葉片式攪拌力較大，能使物料上下翻動(dòng)，但轉(zhuǎn)速稍高就會(huì)引起物料飛濺，圓盤(pán)式葉片上下交錯(cuò)分布，對(duì)物料有很強(qiáng)的剪切作用，可平穩(wěn)地高速轉(zhuǎn)動(dòng)，分散效果較好，生產(chǎn)率也較高，設(shè)備可自制。葉輪的線速度可選用大于200cm/min的為宜。對(duì)于產(chǎn)量要求不高的企業(yè)，也可選用小型球磨機(jī)，圓桶直徑在0.5-0.8mm左右，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/min左右。涂料在球磨機(jī)中研磨，除分散效果良好外，還可使骨料破碎，起到對(duì)涂料的活化作用，提高涂層的質(zhì)量。球磨機(jī)比膠體磨效果好，經(jīng)球磨機(jī)研磨好的涂料不但涂層強(qiáng)度高，而且流平性和涂刷性

15、等工藝性能都較好，球磨時(shí)間4h以上。水基涂料的攪拌程序一般是將膨潤(rùn)土、CMC和水置于分散機(jī)中攪拌成漿狀再加入耐火材料連續(xù)攪拌，然后依次加入粘結(jié)劑、表面活性劑等助劑。膨潤(rùn)土和CMC預(yù)先泡好，效果會(huì)更好。醇基涂料如使用鋰基膨潤(rùn)土作懸浮劑，應(yīng)預(yù)先用水預(yù)發(fā)24h以上，酚醛樹(shù)脂和PVB等也要先用酒精泡開(kāi)，再將其加入分散機(jī)中混合。我們也采取過(guò)將泡好的酚醛樹(shù)脂和鋰基膨潤(rùn)土混合碾壓成預(yù)混體長(zhǎng)期保存，使用時(shí)按比例加入到其它混合料中一起混制成涂料。該法對(duì)于小型企業(yè)非常適用。3. 3 涂料的涂敷根據(jù)鑄件的生產(chǎn)批量來(lái)選用涂料的涂掛方法。對(duì)于單件、小批量生產(chǎn)的模樣，宜采用刷涂。對(duì)于較大的鑄件可采用流涂。流涂的涂料粘度應(yīng)

16、小一些，并具有較好的涂掛性能；批量和形狀復(fù)雜的模樣采用浸涂和流涂，薄壁易變形的模樣采用噴涂法。幾種方法可結(jié)合使用。涂料必須均勻覆蓋模樣表面，無(wú)缺涂、過(guò)度流淌或夾雜氣泡。涂層厚度一般在0.5-2.5mm，可根據(jù)鑄件形狀、薄厚、復(fù)雜程度、合金種類(lèi)、澆口靜壓頭高度等因素確定。一般需涂1-3次，每次涂層均需干燥，如干燥后的涂層產(chǎn)生裂紋，應(yīng)及時(shí)降低涂料的比重、膨潤(rùn)土加入量，適當(dāng)增加粘結(jié)劑的加入量。涂層干燥，一般在烘爐中通過(guò)熱空氣（低于60）循環(huán)實(shí)現(xiàn)。烘干時(shí)間3-10h。也可采用室外晾干、紅外線或微波干燥。4、質(zhì)量與性能檢測(cè)涂料性能的檢測(cè)是保證涂料質(zhì)量的必要重要條件，涂料的物理性能，如比重、粘度和懸浮性可

17、以在試驗(yàn)室中用常規(guī)儀器檢查。比重的檢測(cè)最好用稱(chēng)重法，因?yàn)閷?shí)型涂料的粘度大，比重計(jì)及波美度計(jì)不易自由懸浮，影響檢測(cè)結(jié)果。比重的檢測(cè)非常重要，它直接影響涂層厚度，并可控制溶劑的加入量。涂層厚度可采用稱(chēng)量法和專(zhuān)用卡尺測(cè)得。涂層透氣性測(cè)定有多種方法，在試驗(yàn)室采用固定配方的膨潤(rùn)土濕型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣，在一端涂上涂料后烘干，在普通透氣性?xún)x上測(cè)定。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，可采用測(cè)定澆注時(shí)間的方法間接估算涂層透氣性。涂層強(qiáng)度采用SVQ型涂料涂層強(qiáng)度測(cè)定儀測(cè)定。測(cè)試前先向底座的涂料槽中逐層涂刷涂料并烘干，經(jīng)打磨保證涂層厚度為1.2mm。測(cè)試時(shí)開(kāi)動(dòng)空壓機(jī)向空腔內(nèi)加壓，直至涂層破裂，從壓力表上讀出最高壓力，該壓力值即作為涂料的涂層強(qiáng)

18、度值。對(duì)表2和表3的涂料性能進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表4和表5。表4 鑄鐵水基實(shí)型涂料性能涂料名稱(chēng)（24h）懸浮性g/cm-3密度透氣性涂層強(qiáng)度MPa高溫急熱抗裂性發(fā)氣量Ml/g自制 1981.90170.151級(jí)21表5 實(shí)型醇基涂料性能涂料名稱(chēng)懸浮性（2h）密度g/cm-3透氣性涂層強(qiáng)度MPa高溫急熱抗裂性發(fā)氣量Ml/g自制 2自制 395981.581.2575800.0751.00801級(jí)1級(jí)22.520.05、生產(chǎn)應(yīng)用某廠生產(chǎn)球鐵桿頭鑄件，需要一批高質(zhì)量的實(shí)型涂料，采用進(jìn)口阿什蘭消失模涂料，效果良好，但價(jià)格太高。采用國(guó)產(chǎn)的商品涂料，質(zhì)量不是很穩(wěn)定，如采用僅依靠進(jìn)口涂料，勢(shì)必增加很多成本。我們通過(guò)分析認(rèn)為，如大部分采用國(guó)內(nèi)材料，粉狀材料成本可降低至4000元以下，經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的，而且可以根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行性能調(diào)整。根據(jù)資料配制以270目高鋁粉為耐火材料的涂料，粘結(jié)劑采用白乳膠。經(jīng)輪試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，涂料透氣性較差，涂料易起泡，鑄件廢品很多，最初兩次幾乎沒(méi)有成品。采用200目莫來(lái)石和鋰輝石做為骨料，以水溶性酚醛樹(shù)脂為粘結(jié)劑，經(jīng)試驗(yàn)效果較好，所生產(chǎn)的鑄件基本都澆成了，鑄件粘砂較嚴(yán)重。隨即又在配方中添加了320目鋯粉，進(jìn)行了試驗(yàn)，效果非常明顯。鑄件澆鑄后涂層和鑄件非