砂芯與涂料的關(guān)系

砂芯與涂料的關(guān)系

涂料是砂芯不可分割的重要組成部分。這不僅是砂芯的最后過程，也是防止金屬滲透和粘土砂芯粘合劑的第一個預(yù)防措施。涂料的正確選擇及合理施涂是獲得高質(zhì)量鑄件的關(guān)鍵。再好的砂芯,如果涂料選擇有誤或使用不當(dāng),也不可能得到好的鑄件,反之亦然。近年來,鑄造涂料技術(shù)發(fā)展迅速,涂料的性能不斷提高,功能不斷擴(kuò)展,涂料的品種越來越豐富。同時,涂料的應(yīng)用技術(shù)及設(shè)備也越來越受到廣大鑄造工作者的重視。一、砂芯質(zhì)量的影響涂料與砂芯在鑄造過程中是一個整體,既相互依存又相互影響,兩者協(xié)同作用的結(jié)果決定鑄件的質(zhì)量或缺陷(粘砂、燒結(jié)、脈紋、氣孔)。砂芯質(zhì)量是基礎(chǔ),砂芯的耐火度、緊實度、強(qiáng)度、發(fā)氣量及透氣性等對涂料性能的發(fā)揮有很大影響。涂料可進(jìn)一步提高砂芯的性能(耐火度、密實度、強(qiáng)度等),但若涂料使用不當(dāng)也會給砂芯造成一些不良影響。1.砂芯的油封抗壓作用涂料可進(jìn)一步提高砂芯的耐火度,提高其常溫及高溫強(qiáng)度,從而可更有效地抵抗高溫鐵液對砂芯的熱作用及機(jī)械沖刷。涂料中的細(xì)骨料可以滲入砂芯表層,堵塞砂芯表面砂粒之間的孔隙,使砂芯表面更加致密,可有效防止金屬液的滲入。特殊設(shè)計的涂料有很好的絕熱性能,可推遲砂芯的相變膨脹及砂芯粘結(jié)劑的分解,這有助于消除某些膨脹缺陷如脈紋,以及由于砂芯過早潰散引起的砂眼。涂料的絕熱性能對砂芯在澆注過程中的變形、斷裂也有很好的抑制作用。涂料還可以封閉砂芯內(nèi)分解出來的SO2等有害氣體,降低砂芯的發(fā)氣速度。當(dāng)然涂料使用不當(dāng)也會對砂芯產(chǎn)生一些消極的影響,如涂料過度稀釋或滲透過深可降低砂芯的強(qiáng)度,嚴(yán)重時會引起砂芯斷裂。涂料也會增加砂芯的發(fā)氣總量,系統(tǒng)排氣不暢時會引起氣孔或結(jié)疤等缺陷。2.砂芯砂細(xì)、緊實度過高引起涂層發(fā)酵砂芯是涂料的基礎(chǔ),基礎(chǔ)牢固了涂料才能發(fā)揮最大的效能。但是如果砂芯的質(zhì)量存在問題時會大大削弱涂料的作用。砂芯對涂料的消極作用主要有以下幾個方面:(1)砂芯緊實度低引起涂料滲透過深及涂層過薄。(2)砂芯耐火度低引起涂料失效形成粘砂或燒結(jié)。(3)砂芯發(fā)氣量過大引起涂層剝落形成結(jié)疤。(4)砂芯相變膨脹引起涂層開裂形成脈紋。(5)砂芯表面殘留脫模劑影響涂料潤濕性。(6)砂芯某些成分可引起涂料破水、黑斑等。(7)芯砂過細(xì)或緊實度過高會降低涂料的附著力,嚴(yán)重時會引起涂層剝落。總之,砂芯與涂料關(guān)系緊密,在解決實際問題時必須全面、整體地考慮,不可偏廢。二、防脈紋和制動盤專用涂料涂料的正確選擇是保證鑄件質(zhì)量的前提。涂料選擇不當(dāng),不僅起不到相應(yīng)的作用,還可能造成更加嚴(yán)重的問題。涂料的選擇需要考慮鑄件材質(zhì)、鑄件特征參數(shù)、鑄造缺陷、砂芯種類、砂芯的結(jié)構(gòu)、砂芯在鑄件中的位置、原砂的種類、芯砂添加劑、施涂方法、施涂設(shè)備、砂芯組合及成本等因素。實際應(yīng)用過程中,一般根據(jù)鑄件的主要缺陷并綜合考慮以上各種因素來確定合適的涂料。有時還需要進(jìn)一步的試驗來確認(rèn)使用效果。例如在用冷芯盒生產(chǎn)汽車發(fā)動機(jī)缸體鑄件時,常在水套和油道部位出現(xiàn)脈紋及燒結(jié)缺陷。因此水套及油道砂芯用涂料應(yīng)選用保溫性能優(yōu)良的防脈紋專用涂料,如Rheotec451XL。普通砂芯如曲軸箱及炮筒芯對涂料的要求比水套、油道低一些,可采用成本較低的通用型涂料。而在生產(chǎn)缸蓋時,水套部位除了脈紋、燒結(jié),還可能存在結(jié)疤及氣孔缺陷,這時要選擇保溫性、透氣性較好的防脈紋專用涂料,如RheotecXL+。制動盤鑄件對涂料的要求比較特殊。例如在用冷芯盒生產(chǎn)高檔制動盤鑄件時,其典型的鑄造缺陷為脈紋、飛翅及尺寸超差。制動盤砂芯為輻射狀圓盤,沿圓周上分布著一圈細(xì)小的砂芯,截面為方形或扁平,脈紋及變形缺陷就出現(xiàn)在這一部位。因此,在用冷芯盒生產(chǎn)制動盤鑄件時要選用保溫性能好的防脈紋專用涂料。由于制動盤砂芯在涂料烘干時極易變形,因此涂料的烘干溫度及烘干時間都要嚴(yán)格控制。典型的烘干工藝為100℃烘干25min,為此要求涂料的干燥速度要快,另外還要采用高效烘干設(shè)備。針對制動盤鑄件的特殊要求,福士科開發(fā)出制動盤專用涂料SemcoSil3454C,該涂料在歐洲及國內(nèi)高檔制動盤的生產(chǎn)中已獲得成功應(yīng)用。在用覆膜砂芯生產(chǎn)缸蓋等復(fù)雜鑄件時,常會出現(xiàn)涂料破水(見圖1)、起皮,破壞了涂層的完整性,會引起粘砂。另外,由于覆膜砂發(fā)氣量較高,鑄件易出現(xiàn)氣孔缺陷。因此,在選擇覆膜砂制芯用涂料時要選用抗破水、抗起皮能力強(qiáng)及發(fā)氣量低的涂料。在生產(chǎn)重型載貨汽車的缸體時,由于鑄件較大,澆注時砂芯受高溫鐵液熱作用時間很長。即使采用了加入鉻鐵礦砂、寶珠砂或熟料砂等措施,在水套等熱節(jié)部位也會產(chǎn)生嚴(yán)重的燒結(jié)。在這種情況下可考慮選用特殊的預(yù)處理涂料(也稱為高滲透涂料),即在燒結(jié)部位局部預(yù)先刷涂高滲透性、高耐火度的特種涂料(如TenoCoatingZKPX),然后再浸涂普通的涂料。三、正確使用涂料和質(zhì)量控制選擇了合適的涂料,還要加上正確的使用及質(zhì)量控制,才能保證良好的使用效果。1.施工前和使用過程中涂層的主要影響因素涂料的正確使用需考慮下列多個方面的因素:涂料的稀釋;涂料槽中的攪拌;施涂工藝、設(shè)備;烘干工藝及設(shè)備;微生物的影響;氣候、地域;涂料槽的清理維護(hù);以及砂芯的預(yù)處理等。比如,涂料在使用前往往需要稀釋。醇基涂料所用的稀釋劑為乙醇、甲醇或異丙醇。市售工業(yè)酒精往往含有較高的甲醇,用于低檔甲醇涂料沒有問題,但不能用于優(yōu)質(zhì)乙醇或異丙醇基涂料。水基涂料稀釋用水對涂料的性能也有很大影響。水的硬度、pH值、電導(dǎo)率等影響涂料的流變性能,進(jìn)而影響涂層厚度、滴痕、流淌。水中細(xì)菌的含量也需要引起關(guān)注。細(xì)菌的滋生和繁殖會引起涂料在使用存放過程中變質(zhì),嚴(yán)重影響涂料的涂敷質(zhì)量。涂料在使用前和使用中的攪拌工藝對涂料的性能也有很大影響。持續(xù)的高速攪拌會造成涂料黏度下降、滴痕、流淌、涂層變薄及氣泡等問題。但攪拌強(qiáng)度太低,涂料的均勻性難以保證。既要保證涂料的均勻性,又要避免長時間、高速剪切及卷氣。涂料的施涂工藝及設(shè)備要根據(jù)鑄件及砂芯的特點、生產(chǎn)規(guī)模等因素合理選擇。大批量生產(chǎn)的鑄件如汽車鑄件宜采用自動化程度高的機(jī)器人浸涂,較大的砂芯及單件小批可采用流涂或刷涂。如果采用機(jī)械化或智能機(jī)器人浸涂時要設(shè)定正確的動作參數(shù)如浸入速度、時間、出離速度、懸停角度及時間、旋轉(zhuǎn)速度及時間等。要在調(diào)試過程中確定最佳的參數(shù)。涂料槽的定期維護(hù)也很重要。涂料在連續(xù)的生產(chǎn)過程中會有散砂甚至砂塊、雜質(zhì)不斷進(jìn)入涂料槽中,另外槽壁上黏附的涂料也會再次脫落進(jìn)入涂料中,這會影響涂層的外觀。因此,需要通過過濾及定期清理涂料槽,以去除涂料中的外來雜質(zhì)。另外,砂芯往往存在局部疏松,在浸涂涂料前應(yīng)用修補(bǔ)膏對該部位進(jìn)行必要的修補(bǔ)或預(yù)涂,否則這一部位可能涂層過薄或根本蓋不住砂芯表面。2.密度稱重法控制涂料在使用過程中要控制一些指標(biāo)如波美度、黏度、密度。波美度是最常用、最簡單有效的控制方法。但要注意的是波美度受操作者、波美計、讀數(shù)時間、溫度及容器等很多因素的影響,有時會出現(xiàn)較大的偏差。有的采用比重計控制,與波美度存在相似的問題。采用密度(稱重法)控制會更加精確,因為密度受人為因素及檢測儀器的影響較小。目前國外先進(jìn)的生產(chǎn)線采用在線自動測定并控制密度的方法控制涂料質(zhì)量。控制密度的另一好處是涂料的密度與涂層的厚度有良好的線性關(guān)系。另外,流杯黏度在流涂和浸涂涂料的控制中其靈敏度或準(zhǔn)確度優(yōu)于波美度。但要注意不同的流杯(如福特杯、DIN杯、ISO杯等)其檢測結(jié)果差異很大。涂層厚度的控制非常重要。波美度、密度及黏度的控制其實最終是要控制一定的涂層厚度。目前常用的是濕態(tài)涂層厚度規(guī)。濕態(tài)厚度規(guī)也有多種形式,如方形、六角形、圓形等。方形及六角形厚度規(guī)需一定寬度的平面。而圓形厚度規(guī)則不需要平面,可用于曲面上的涂層厚度測定。四、施涂工藝及設(shè)備常用的涂料涂敷方法主要有刷涂、浸涂、流涂及噴涂,要根據(jù)鑄造車間的具體條件及要求來選擇合適的施涂方法。大批量、高效、自動化生產(chǎn)線如汽車鑄造廠通常采用浸涂。另外,涂料的烘干工藝及設(shè)備在涂料應(yīng)用過程中也很重要。因此,下面主要對汽車鑄造廠廣泛采用的浸涂設(shè)備主要關(guān)注點及烘干設(shè)備做幾點說明。1.自動化浸涂技術(shù)低流速、大環(huán)流、無死角是對浸涂設(shè)備的基本要求。低流速可保證浸涂時有一個穩(wěn)定的涂料液面。大環(huán)流是涂料宏觀成分均一性的保證。而無死角是指涂料流變性能的一致性。有的涂料觸變性很強(qiáng),很容易出現(xiàn)死角。典型的高觸變性涂料如防脈紋涂料。如果攪拌的強(qiáng)度不夠,涂料浸涂槽中可能只有中心部位流動,四個角上涂料根本不動。不同區(qū)域的涂料波美度及黏度有很大差異,這會造成涂層不均勻、流掛等問題。氣動隔膜泵循環(huán)比較平穩(wěn)但力量往往不夠,容易出現(xiàn)死角,需要配合槳葉式攪拌器,以形成大而穩(wěn)的涂料環(huán)流。另外,在自動化浸涂時,為了保證浸涂的一致性,涂料液面必須保持一致,這是靠溢流槽來實現(xiàn)的。圖2是機(jī)器人浸涂設(shè)備,圖3是浸涂槽實物。2.隔膜泵攪拌系統(tǒng)水基涂料不能長期高速攪拌。正確的攪拌應(yīng)該是低速、平穩(wěn)的攪拌,如槳葉式、隔膜泵攪拌系統(tǒng)。涂料長期高速攪拌剪切會破壞涂料的膠體體系,引起涂料性能下降。最常見的問題是滴痕加重、涂層變薄。攪拌力度不夠時涂料的均勻性無法保證,涂層厚度不均勻、不穩(wěn)定。比較有效的攪拌方式是槳葉式攪拌加隔膜泵攪拌。3.細(xì)菌殘留及感染過去在涂料的使用中細(xì)菌對涂料的影響未引起廠家的普遍關(guān)注。但在實際生產(chǎn)中,細(xì)菌無處不在,特別在夏季,細(xì)菌滋生迅速,常會引起涂料變質(zhì)及缺陷。如涂料流變性能惡化,滴掛、破水,堆積、發(fā)臭、氣泡等。細(xì)菌來源主要是稀釋用水和空氣。另外,在循環(huán)系統(tǒng)中,某些部位如管道及緩沖器中細(xì)菌殘留和滋生比較嚴(yán)重,需要定期清洗、殺菌。稀釋用水也要采取必要的殺菌處理,比如可以裝置圖4所示的管道式紫外殺菌器,也可添加殺菌藥劑等。涂料槽長期不用時(如放假期間),要提前清空涂料槽中的涂料并清洗管道,最好對整個循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行殺菌處理。4.涂料溢流槽設(shè)計涂料槽側(cè)壁上黏附的干固的涂層會脫落再次進(jìn)入涂料中形成涂料顆粒,在浸涂時會在涂層表面形成疙瘩。壓縮空氣中含油,如果未經(jīng)油水分離器去除,可能會進(jìn)入涂料中,攪拌設(shè)備、隔膜泵、浸涂設(shè)備中的潤滑油等可能會滴入涂料中。這些油污會浮在涂料表面,還會引起石墨漂浮、針孔。因此,溢流槽的設(shè)計要考慮如何過濾涂料顆粒及去除油污。涂料中含有一些表面活性劑,對少量油污可以乳化。但如果油污過多時無法去除,因此必須從源頭上防止油污進(jìn)入涂料。5.砂芯或涂料烘干涂料必須經(jīng)過充分干燥才能使用。涂料的干燥速度及殘留水分除了與涂料本身的干燥特性有關(guān)外,主要取決于烘干設(shè)備的性能。個別鑄造廠烘干窯老舊,雖烘干溫度高達(dá)250℃時間在1~2h,涂料還有烘不干的問題,而且有時砂芯或涂料局部粉化或燒焦。而先進(jìn)的烘干設(shè)備可以在很低的溫度下快速烘干涂層。烘干工藝對砂芯的尺寸精度有很大影響。特別是一些復(fù)雜、細(xì)小、薄壁的砂芯,在烘干過程中容易變形,引起尺寸超差的問題。如制動盤砂芯。通常采用的烘干工藝為:90~120℃烘干25min。溫度過高、時間過長都會引起砂芯變形,缸體缸蓋的水套、油道也容