貴州鑄造材料為您介紹如何制備與應用

中小實型鑄造企業(yè)采用外購涂料的方法解決涂料來源問題。這些企業(yè)涂料用量小，一次購進一定量的涂料后短期用不完，經(jīng)常發(fā)生涂料變質(zhì)、沉底等質(zhì)量問題，造成涂料報廢。有些交通不便的企業(yè)所購進的涂料一旦質(zhì)量出現(xiàn)問題，無法退貨，涂料將批量報廢，造成較大的經(jīng)濟損失。因此，這些企業(yè)迫切需要自制涂料，并掌握一定的涂料性能調(diào)節(jié)知識，使自身能夠?qū)σ恍┩苛腺|(zhì)量問題，通過現(xiàn)場采取措施，挽救問題涂料。企業(yè)自制涂料需了解涂料的配方、混制方法、檢測方法及涂料性能的變化規(guī)律。這些企業(yè)條件都比較簡陋，需要配制人員能夠利用自身的條件特點選擇設備和材料。涂料的配方和混制設備有很多選擇，掌握了涂料的配制規(guī)律和鑄造工藝要求，制備出滿足使用要求的涂料。配制涂料滿足了生產(chǎn)的需要，為企業(yè)降低了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；本文將相關經(jīng)驗總結如下，僅供有關中小企業(yè)參考。

1、涂料所用原材料簡介

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，掌握相關材料的理化性能和微觀結構等資料。

1. 1 耐火材料

耐火材料應主要根據(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、藍晶石粉等，對幾種國外鑄鐵涂料的耐火材料進行了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、莫來石、云母、剛玉、鋰輝石等，骨料中各種粒型也是搭配使用，具說可提高涂料的透氣性和強度，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性侵蝕。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，往往影響涂料的作用，因為SiO2和MnO會產(chǎn)生化學反應而粘砂。

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/徑比≥22：1)和良好的耐熱性低（耐熱度≥1500℃）和燒結性，在涂料中可增加涂料強度、懸浮性和高溫透氣性。一般應選用SiO2%≥50，沉降度＜70的高溫型材料。它在吉林、遼寧地區(qū)蘊藏量非常大，可在鑄鐵涂料中廣泛使用。

莫來石【3AI2O*2SiO2】：斜方晶系，熔點1810℃，多角粒型。化學性質(zhì)穩(wěn)定。線膨脹系數(shù)小（20～1000℃，5.3×10-6/℃），抗激冷激熱性好，商品粉料可選用經(jīng)過高溫燒結的煤矸石粉，可保證涂料的高溫穩(wěn)定性。該材料國內(nèi)供應豐富，價格較低，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，熱化學穩(wěn)定性較好。該材料熔點較低（1270～1330℃），用于鑄鐵涂料時易于粘砂。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裂性，可用于鑄鋁件涂料中。

藍晶石【AL2[SiO4]O】：根據(jù)含藍晶石的形態(tài)特點，將藍晶石礦分成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晶石集合體；⑶藍晶石結核礦（結核型礦石）。

藍晶石礦物在高溫下（1100～1650℃）煅燒轉(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎腿廴跔钣坞x二氧化硅（方石英），同時產(chǎn)生不同程度的體積膨脹。其轉(zhuǎn)變反應式為：

3（AI2SiO5）     3AI2O3*2SiO2+SiO2（1300℃以上）

鑄造涂料應采用煅燒過的纖維針狀產(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，在選用時應仔細查找相關資料。

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，但它有以下問題：澆注時發(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單的鑄件，如錳鋼鍔板等。甲醇的應用可改善烘干質(zhì)量，可和乙醇配合使用。

1．3粘結劑

根據(jù)載液的不同，粘結劑分為水基用和醇基用兩種。對粘結劑的一般要求是：在水中或乙醇中易溶易分散；具有較高的干強度，尤其是高溫強度。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劑。酚醛樹脂、既具有較高的常溫強度，又具有較高的高溫強度，我們在涂料中廣泛應用。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，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混制、使用。某些水溶性樹脂，如PAM就具備這種性能。

1. 4懸浮劑

常用的懸浮劑有鋰基、鈉基或有機膨潤土、凸凹棒土、CMC等。鋰基膨潤土不但懸浮性好，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。有機土效果最好，價格過高，一般在要求較高的醇基涂料中少量加入。選用膨潤土類懸浮劑時，在保證懸浮性的前提下，加入量越少越好，加入量過大涂層易開裂。

1．5其它添加劑

實型（或消失模）涂料還需加入以下幾種助劑：⑴表面活性劑  用來改善涂料對塑料模樣表面的潤濕性，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。⑵消泡劑  涂料在高速攪拌過程中也可能卷入空氣產(chǎn)生氣泡，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）。⑶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。⑷碳吸附劑  冰晶石（Na3AIF6）在高溫下形成活性NaF、AIF3等，對模樣分解出的碳產(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氣孔能力。件表面光潔，并在一定程度上提高尺寸精度。

2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 (機械滲透和化學侵蝕)，從而防止機械粘砂，使鑄件表面光潔，并在一定程度上提高尺寸精度。涂料還能夠提高型和芯的表面強度，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，通過在涂料中添加絕熱保溫材此外，通過在涂料中添加絕熱保溫材布，調(diào)節(jié)熱流的傳遞和運動，控制合金的凝固和結晶過程，從而消除縮松缺陷。在涂料中添加某些特殊附加物，貴州鑄造材料還能做到局部孕育或表面合金化，達到改善組織的目的。涂料的這些作用，近來也受到人們的重視。對于涂料的性能，有許多要求：

2.1懸浮穩(wěn)定性，涂料應當在一定時間內(nèi)不沉淀、不分層、不結塊并保持密度的   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。滲透性過大，會造成不必要的浪費，或難以保持一定的厚度。滲透性過小，涂料在型或芯上的附著力小，烘干和澆注時易起皮破損。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)部結構特點，以及涂料與型或芯的潤濕性等。

2.3觸變性 ，(搖溶性) 物理化學中把觸變性現(xiàn)象視為一種溶膠軟膠可逆等溫轉(zhuǎn)變過程。觸變性包括剪切變稀粘度依時性的兩個方面：一是在剪切力作用下能變稀，剪切力去除后又會恢復原先的狀態(tài)，二是上述變稀或變稠都有一個時間進程。通俗地說，就是“一攪就稀，靜止還稠”。好的涂料應當具有一定的觸變性，使用時 “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。觸變性取決于涂料懸濁體系的內(nèi)部結構特點，可以通過在一定剪切速率下涂料的表觀粘度和時間的關系來判斷。

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。涂覆時應當不堆積、不流失，也不損壞型或芯的表面。目前還沒有直接測定涂覆性的辦法，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綜合衡量。

2.5表面強度， 涂料必須有足夠的表面強度，以防止涂層在搬運和合箱過程中損壞。

2.6高溫抗裂性， 涂層在烘干和澆注過程中應當不開裂，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)以及澆注時的氣氛。涂層的厚度、強度、抗裂性對抗粘砂性也有影響。

存期長、無公害、低成本、適應性廣等。除上述性能外，還要求涂料發(fā)氣少、存期長、無公害、低成本、適應性廣等。涂料要全面滿足以上要求，實際上是困難的。對于不同的砂型種類、不同的鑄件(甚至同一鑄件的不同部位)，應當根據(jù)低成本高質(zhì)量的原則選擇使用適當?shù)耐苛稀?/p>

3、制備和涂掛

3.1 水基實型涂料配方

首先應根據(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，涂層強度，涂料保存時間等，然后選擇耐火粉料、載液、粘結劑、懸浮劑和助劑，經(jīng)試驗調(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。

3．2涂料的制備

制備時一般先在分散機中分散，再經(jīng)過研磨設備研磨。對于年用量100t以下的企業(yè)，2~3千瓦的分散機即可。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，但轉(zhuǎn)速稍高就會引起物料飛濺，圓盤式葉片上下交錯分布，對物料有很強的剪切作用，可平穩(wěn)地高速轉(zhuǎn)動，分散效果較好，生產(chǎn)率也較高，設備可自制。葉輪的線速度可選用大于200cm/min的為宜。對于產(chǎn)量要求不高的企業(yè)，也可選用小型球磨機，圓桶直徑在0.5-0.8mm左右，轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/min左右。涂料在球磨機中研磨，除分散效果良好外，還可使骨料破碎，起到對涂料的活化作用，提高涂層的質(zhì)量。球磨機比膠體磨效果好，經(jīng)球磨機研磨好的涂料不但涂層強度高，而且流平性和涂刷性等工藝性能都較好，球磨時間4h以上。

水基涂料的攪拌程序一般是將膨潤土、CMC和水置于分散機中攪拌成漿狀再加入耐火材料連續(xù)攪拌，然后依次加入粘結劑、表面活性劑等助劑。膨潤土和CMC預先泡好，效果會更好。醇基涂料如使用鋰基膨潤土作懸浮劑，應預先用水預發(fā)24h以上，酚醛樹脂和PVB等也要先用酒精泡開，再將其加入分散機中混合。我們也采取過將泡好的酚醛樹脂和鋰基膨潤土混合碾壓成預混體長期保存，使用時按比例加入到其它混合料中一起混制成涂料。該法對于小型企業(yè)非常適用。

3. 3 涂料的涂敷

根據(jù)鑄件的生產(chǎn)批量來選用涂料的涂掛方法。對于單件、小批量生產(chǎn)的模樣，宜采用刷涂。對于較大的鑄件可采用流涂。流涂的涂料粘度應小一些，并具有較好的涂掛性能；批量和形狀復雜的模樣采用浸涂和流涂，薄壁易變形的模樣采用噴涂法。幾種方法可結合使用。涂料必須均勻覆蓋模樣表面，無缺涂、過度流淌或夾雜氣泡。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，應及時降低涂料的比重、膨潤土加入量，適當增加粘結劑的加入量。涂層干燥，一般在烘爐中通過熱空氣（低于60℃）循環(huán)實現(xiàn)。烘干時間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

涂料性能的檢測是保證涂料質(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室中用常規(guī)儀器檢查。比重的檢測最好用稱重法，因為實型涂料的粘度大，比重計及波美度計不易自由懸浮，影響檢測結果。比重的檢測非常重要，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得。涂層透氣性測定有多種方法，在試驗室采用固定配方的膨潤土濕型砂標準試樣，在一端涂上涂料后烘干，在普通透氣性儀上測定。在生產(chǎn)現(xiàn)場，可采用測定澆注時間的方法間接估算涂層透氣性。

涂層強度采用SVQ型涂料涂層強度測定儀測定。測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。測試時開動空壓機向空腔內(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度值。對表2和表3的涂料性能進行了測定。

5、生產(chǎn)應用

某廠生產(chǎn)球鐵桿頭鑄件，需要一批高質(zhì)量的實型涂料，采用進口阿什蘭消失模涂料，效果良好，但價格太高。采用國產(chǎn)的商品涂料，質(zhì)量不是很穩(wěn)定，如采用僅依靠進口涂料，勢必增加很多成本。我們通過分析認為，如大部分采用國內(nèi)材料，粉狀材料成本可降低至4000元以下，經(jīng)濟效益是非常明顯的，而且可以根據(jù)需要隨時進行性能調(diào)整。

根據(jù)資料配制以270目高鋁粉為耐火材料的涂料，粘結劑采用白乳膠。經(jīng)輪試驗后發(fā)現(xiàn)，涂料透氣性較差，涂料易起泡，鑄件廢品很多，最初兩次幾乎沒有成品。采用200目莫來石和鋰輝石做為骨料，以水溶性酚醛樹脂為粘結劑，經(jīng)試驗效果較好，所生產(chǎn)的鑄件基本都澆成了，鑄件粘砂較嚴重。隨即又在配方中添加了320目鋯粉，進行了試驗，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題，而且鑄件的成品率較高，達到了同批澆注的采用阿什涂料的水平。配方如表1。

某廠實型法生產(chǎn)球磨機鄂板高錳鋼鑄件，以前涂料依靠購買商品涂料，經(jīng)常發(fā)生涂層開裂、粘砂等涂料廢品。為了自己解決涂料問題，曾經(jīng)試驗過多種配方，都沒有成功，尤其是粘結劑和骨料的選擇，問題較大。如采用PVA加硫酸鹽粘結劑+高鋁粉等配方，涂料的常溫強度可以，但高溫強度低，鑄件粘砂嚴重。經(jīng)過試驗采用表2的配方，采用該廠的球磨機等現(xiàn)用設備，成功的生產(chǎn)出了大批鑄件。配制用于鑄鐵材質(zhì)的石墨涂料配方見表3。

6、結論

6.1中小實型鑄造廠采用各種國產(chǎn)材料自制涂料，可降低材料成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，也可增強靈活性，提高市場競爭力。正確選用涂料的配方、原輔材料是自配涂料成敗的關鍵。配方的選擇除考慮技術因素外，還應考慮材料的成本，可優(yōu)先采用當?shù)睾洼^近地區(qū)的材料。

6.2從國際范圍看，商品涂料的品種將日益增多，涂料的工藝性能和涂覆方法在不斷改善和革新。由于烘爐烘干費用高，使用水基涂料顯得不那么經(jīng)濟，而采用低“泡沫”載體涂料、干態(tài)涂料、靜電粘結涂料、光輻耐固化涂料等，將成為涂料發(fā)展的趨 向?？傊磥淼耐苛?，應用效率將更高，效果將更好。由于嚴格的環(huán)境保護法的限制，可望在幾年之內(nèi)有的國家將不再使用易燃涂料。從國內(nèi)情況看，涂料的基礎理論研究以及新型觸變性涂料的研制和應用會取得新的成果，貴州鑄造材料淺色和自色涂料的應用將會逐步擴大。涂料專業(yè)定點生產(chǎn)和商品化、優(yōu)質(zhì)化，在短期內(nèi)也將逐步實現(xiàn)。