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关于消失模铸造水基涂料的研制研究
发布时间:2011-9-9 14:38:00

    来源:[烟台南山学院材料工程  ]

    摘要:选用滑石粉辅加石英粉为耐火填料,以糊精为粘结剂,通过正交实验确定了铝合金件消失模涂料的最佳配比。经测试和生产验证,其性能良好,能很好地适应生产要求。

    关键词:消失模铸造;滑石粉、石英粉;水基涂料

    中图分类号:TG221+.1  文献标识码:A  文章编号:1001-3814(2009)21-0054-02

    近年来伴随消失模铸造技术的发展,有近1/3的铝合金件采用了此技术,并有进一步发展的趋势。但国内有关铝合金的专用涂料研制尚少,在使用中存在的主要问题是涂料性能欠佳,涂料的抗流淌性不好。当铸型浸挂涂料后需撒石英粉,以防止涂料往下蹋落,故涂挂场地粉尘较大,只适用于涂一层涂料的铸件。若涂挂两层以上涂料时,需采用快速烘干措施,否则会使干燥了的第一层涂层壳潮解脱落。干燥后的涂料在空气中放置久会吸潮,耐火涂层的强度较低。若使用醇基涂料成本又偏高,且悬浮性等涂料性能指标又不尽人意,因此有必要研制一种能满足消失模铸造生产要求,且性能优良、成本低廉的铝合金消失模水基涂料。

    1·实验材料

    1.1耐火骨料

    通常铝合金件涂料采用滑石粉、白垩粉、氧化锌等。滑石粉主要成分是滑石,分子式为3MgO·4SiO·2H2O,属单斜晶系。熔化温度800~1350℃、密度2.9g/cm3,线膨胀系数(7~10)×10-6℃-1。考虑到滑石粉中杂质会使其熔点降低,故加入少量石英粉以提高涂料的整体熔点。为此按滑石粉为100%,加入不同比例的石英粉并对该涂料的透气性进行了测试。发现在石英粉占滑石粉质量的特定范围内,其透气性比单用滑石粉的涂料透气性有较大提高。这表明加入石英粉是正确的。石英粉是一种资源丰富、价格低廉的耐火粉料,其主要成分SiO2呈酸性,熔点1713℃,密度2.7g/cm3,线膨胀系数在300~1100℃的范围为30×10-6℃-1,导热系数在1100℃为1.59W/(m·℃),莫氏硬度为7。石英密度小,配合滑石粉使用有利于在增稠的载液中悬浮,分布弥散,不易凝结,所配制的涂料有良好的悬浮性。石英粉及滑石粉粒度为270~320目。

    1.2其他组分

    粘结剂选用糊精,系淀粉加水后在特定条件下发生水解反应的产物,质量百分比浓度为4%。在配制过程中为增强其粘结强度,尚需加入定量硼砂,并加入微量甲醛,以防止其发酵变质。采用的CMC质量百分比浓度为4%,与钠基膨润土结合使用作为复合悬浮剂。当CMC与钠基膨润土配合使用时,CMC分子中的羧基与膨润土颗粒表面的氧离子形成键力,使涂料中形成很强的立体网状结构,从而提高了涂料的屈服极限值和触变性。溶剂为水,助剂采用微量表面活性剂,消泡剂(正辛醇等)。

    2·涂料性能的测试方法

    悬浮性采用静置法,测量在100ml量筒中静置24h涂料中的沉淀物所占体积百分比。透气性在STZ直接式透气性测定仪上测定。在升温至100℃保温、随炉冷至室温条件下,采用自然风干或50℃左右烘干的透气性标准试样。测定涂料层干态透气性的具体操作及计算方法见文献[1]。

    涂层强度测定[2]是由恩氏粘度杯向涂有涂层的玻璃板上落砂,直至擦破涂层,露出玻璃板为止,称出落砂总质量,作为判断涂层表面强度的定量指标。

    高温急热抗裂性测定是将准50mm的水玻璃砂型试样浸入涂料形成2mm的涂层,干燥后,放入控温炉中,在1200℃急热2min,取出观察涂层开裂情况,评定开裂等级。

    触变性是采用NDJ-1型旋转式粘度计测量涂料的表观粘度随时间的变化情况,即触变性曲线。

    涂料的其它性能测试参照文献[1]进行。

    3·实验结果

    3.1最佳涂料配方的确定

    在EPS方法中,涂料的透气性、悬浮性和涂层强度是其基本性能指标。为此采用正交实验的方法分析、考查滑石粉、石英粉及糊精等主要组分对这些性能的影响,以确定出最佳涂料配方。在滑石粉与辅加石英粉的透气性预实验测定基础上,从而确定正交实验采用4因素3水平,见表1,实验结果见表2。

表1 因素水平表

表1 因素水平表

 

表2 正交实验方案及结果

表2 正交实验方案及结果

 

    根据各因素对性能影响的主次关系综合权衡。A3B2C2D2为最佳配方,其具体配比为:滑石粉100%,石英粉20%,糊精4%,钠基膨润土4%,CMC0.4%。

    3.2最佳涂料性能

    确定最佳涂料配方后,再以此配制涂料,考察该涂料综合性能能否满足消失模铸造要求。

混制工艺

混制工艺

 

    3.2.1涂挂性

    涂料的pH值表征涂料的涂挂等性能,碱性涂料优于酸性涂料。从实验可知,配制的涂料属碱性涂料。

    实际上,用该涂料对不同结构消失模采用刷、浸、喷淋等多种涂敷方法均能形成均匀涂料层,且流淌性适中,说明该涂料涂挂性良好。

    3.2.2触变性

    消失模涂层一般在0.5~2.0mm之间,为使其形成一定厚度涂料层,涂料必须具备良好的触变性。同时,涂料应具有一定的涂刷性和抗流淌性。从图1可见,涂料的表观粘度在恒定的剪切速率下随剪切时间的延长而大幅度降低,这就保证了涂料涂敷时的涂刷性和涂平性的要求,且具有较好的抗流淌性。

图1 涂料触变特性曲线

图1 涂料触变特性曲线

 

    触变性计算时将10min的粘度读数(S′)与30s时的粘度读数(S)代入下式计算:

触变性计算公式

触变性计算公式

 

    远大于涂料触变性应大于20的要求[3]。说明其触变性良好。

    3.2.3其他物化性能

    涂料密度为1.6g/cm3,pH为10,作为涂敷涂料,具有良好的高温急热抗裂性(Ⅰ级)。其悬浮性为96.5%,透气性为0.926,其涂层强度平均值为311g,均较好地满足了消失模法工艺要求。

    3.3生产验证

    涂敷涂料时采用了刷涂、浸涂等方法,可使涂层厚度达0.5~1.5mm。涂敷涂料一遍后,铸型需要在低于50℃下干燥,然后再涂一遍。用带有这种涂料的消失模批量浇注ZL102泵的壳体,铸件表面光洁、平整,棱角清晰,无粘砂,涂料呈片状脱落,铸件尺寸精度高。

    4·结束语

    (1)研究的铝合金件消失模水基涂料性能优良,成本低廉;浇注的铸件表面品质好,光洁、无粘砂,尺寸精度高。

    (2)涂料具有良好的触变性,对中小件消失模可使涂敷涂料一次完成,简化了工序,提高了生产效率。

    参考文献:

    [1]沈嘉猷,杨正山.造型材料测试技术[M].北京:机械工业出版社,1987.

    [2]张忠明.消失模用铸铁涂料的研制与应用[J].铸造技术,1994,(1):21-23.

    [3]陈捷.铸造表面粗糙度[M].北京:机械工业出版社,1993.


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