鑄造涂料配方及作用

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，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℃，多角粒型?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。線膨脹系數(shù)?。?0～1000℃，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2.6～2.86，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（1270～1330℃），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【AL2[SiO4]O】：根據(jù)含藍(lán)晶石的形態(tài)特點(diǎn)，將藍(lán)晶石礦分成3類變態(tài)：⑴針狀和纖維狀集合體（纖維針狀礦石）；⑵富含空晶石的假象藍(lán)晶石集合體；⑶藍(lán)晶石結(jié)核礦（結(jié)核型礦石）。藍(lán)晶石礦物在高溫下（1100～1650℃）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。1．2載液水或乙醇（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。1．3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)酚醛樹脂，醇基涂料采用熱固性酚醛樹脂，先在酒精中泡開(kāi)，溶化后再加入涂料中，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。涂料要全面滿足以上要求，實(shí)際上是困難的。對(duì)于不同的砂型種類、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)鑄造合金的種類和鑄件大小等要求確定制備涂料的性能，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脂PVB鋰土酒精氧化鐵粉鋯粉石墨鱗片石墨WT/%258255505150800503．2涂料的制備制備時(shí)一般先在分散機(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)，2~3千瓦的分散機(jī)即可。其葉輪有葉片和圓盤兩種。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)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、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。涂層厚度可采用稱量法和專用卡尺測(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，在普通透氣性儀上測(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)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（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常易于剝離，完全解決了粘砂的問(wèn)題，而且鑄件的成品率較高，達(dá)到了同批澆注的采用阿什涂料的水平。配方如表1。某廠實(shí)型法生產(chǎn)球磨機(jī)鄂板高錳鋼鑄件，以前涂料依靠購(gòu)買商品涂料，經(jīng)常發(fā)生涂層開(kāi)裂、粘砂等涂料廢品。為了自己解決涂料問(wèn)題，曾經(jīng)試驗(yàn)過(guò)多種配方，都沒(méi)有成功，尤其是粘結(jié)劑和骨料的選擇，問(wèn)題較大。如采用PVA加硫酸鹽粘結(jié)劑+高鋁粉等配方，涂料的常溫強(qiáng)度可以，但高溫強(qiáng)度低，鑄件粘砂嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)采用表2的配方，采用該廠的球磨機(jī)等現(xiàn)用設(shè)備，成功的生產(chǎn)出了大批鑄件。配制用于鑄鐵材質(zhì)的石墨涂料配方見(jiàn)表3。6、結(jié)論6.1中小實(shí)型鑄造廠采用各種國(guó)產(chǎn)材料自制涂料，可降低材料成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，也可增強(qiáng)靈活性，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。正確選用涂料的配方、原輔材料是自配涂料成敗的關(guān)鍵。配方的選擇除考慮技術(shù)因素外，還應(yīng)考慮材料的成本，可優(yōu)先采用當(dāng)?shù)睾洼^近地區(qū)的材料。6.2從國(guó)際范圍看，商品涂料的品種