消失模塗料

消失模塗料分:鑄鐵類消失模塗料、鑄鋼類消失模塗料、合金鋼、高烙鋼、高錳鋼、消失模塗料。

概述

1:普通鑄件1-2次即可

2:厚大鑄件2-3

3:包裝

50kg 100kg

消失模塗料防粘砂,防氣孔,防砂眼原理

傳統的鑄造塗料只是在鑄件和鑄型中間起到阻擋隔離作用,達到防粘砂目的,但普通鑄造塗料高溫下由於 附著力差、強度低、耐火差、發氣量大,容易造成鑄件產生粘砂、砂眼、氣孔、碳渣等缺陷。

鑄件粘砂是因為塗料沒有有效起到阻擋隔離作用,或塗料與高溫金屬液體發生化學反應。

1).塗料附著力差:填砂震動時造成塗料剝落,引起鑄件粘砂,

2).塗料膨脹係數大:與高溫金屬液體接觸時塗料受熱體積膨脹脫離鑄型導致鑄件粘砂。

3).高溫液體金屬被氧化與塗料和鑄型發生化學反應生成金屬氧化物,對塗料和型砂都有極強的粘結性,能夠將型砂牢固粘附在鑄件表面上形成一系列的低熔點化合物〔在鑄件厚壁及轉角處等,低熔點物更多,粘砂層更後),造成鑄件粘砂,有時雖未產生粘砂,但在鑄件表面粘附上一層難以清除的塗料,及產生粘灰。

鑄件砂眼:

1).鑄型內有掉入的砂子。

2),.塗料強度低,耐火差,經不住高溫金屬液體的沖刷,型砂被捲入鑄件。

鑄件氣孔:

產生的原因很多,最常見的就是因為鑄型中存在較多發氣量大的物質,發氣速度快,塗料或被砂透氣性差,氣體未及時排除所致。或由於鑄件塗層厚度不一,強度較小,在澆注過程中抽取負壓較高從而引起氣孔

在傳統鑄造塗料基礎上的技術加以改進,調整,高溫下不開裂,不脫落,強度高,並且能有效防止高溫液體金屬氧化,與鑄型和高溫液體金屬接觸過程中不起化學反應。同時能預防氮、硫、碳等氣體的產生。

從而徹底解決:

鑄件粘砂,鑄件砂眼,鑄件粗糙,鑄件氣孔,鑄件夾雜〔渣〕,球磨鐵變異,鑄鋼滲硫裂紋,增碳缺陷等。

性能參數

消失模鑄造用塗料的使用性能主要是熱性能和透氣性,這兩項決定了其在澆注過程中的作用。在實際操作中則需要測量和控制其粘度、固體含量、透氣性、PH值等。只有確保塗料的性能穩定一致,才可保證消失模鑄造產品的質量。

粘度:描述的是流動對於剪下力的反應,是衡量塗料流動性的一項重要指標,粘度雖然主要取決於塗料的成分,但也受攪拌過程的影響。

透氣性:其直接控制著泡沫融化和分解的產物逸出的速度,從而決定了液態金屬的流動速度,進而決定了是否可以消除氣孔、冷隔、澆不到、積碳等缺陷的產生。透氣性的直接測量對於塗料質量控制尤為重要。由於塗料在高溫下使用,直接測量其在使用狀態下的透氣性很困難,現有方法均為常溫下進行。

塗料的導熱性對於獲得高質量的消失模鑄件至關重要,導熱常熟、比熱、熱膨脹係數等的測量多在塗料的研發階段而不是在使用過程中。

基本組成

消失模塗料一般由耐火骨料、粘結劑、載體(溶劑)、表而活性劑、懸浮劑、觸變劑以及其他附一加物組成。各種組分被均勻混合在一起,在塗料的塗掛和金屬液澆注過程中綜合發揮作用。

1.常用的耐火材料有剛玉、鋯砂、矽砂、鋁礬土、高嶺土熟料、氧化鎂、硅藻土、藍晶石等。生產不同的消失模鑄件時,應選用不同的耐火材料製作塗料。不同材質鑄件對塗料耐火度、化學穩定性、絕熱性要求各不相同。通常生產鋁鑄件時其消失模塗料要用硅藻土、滑石粉等耐火材料;鑄鐵件常用矽砂、鋁礬土、高嶺土熟料、棕剛玉等粉狀耐火材料;鑄鋼件常用剛玉、鋯砂、氧化鎂等粉狀耐火材料。

配製消失模塗料除要正確選擇耐火材料種類外,還應正確選擇耐火材料的粒度粗細和分布,以及顆粒形狀。因為粒度粗細和分布及顆粒形狀將影響塗料的透氣性。據報導,消失模塗料用耐火材料顆粒以圓形為好,粒度偏粗而集中較合適。

2.常用的粘結劑大致可分為無機和有機兩類,在一種塗料中可以同時使用。無機粘結劑(高溫粘結劑):親水型:粘土、膨潤土、水玻璃、矽溶膠、磷酸鹽、硫酸鹽、聚合氯化鋁。憎水型:有機膨潤土有機粘結劑(低溫粘結劑):親水型:糖漿、紙漿廢液、糊精、澱粉、聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯乳液、水溶性酚醛樹脂、天然樹膠。憎水型: 瀝青、煤焦油、松香、酚醛樹脂、乾性植物油、合脂油、矽酸乙酯,聚乙烯醇縮丁醛(PVB)

3.載體:消失模塗料有水基塗料和醇基塗料之分,但生產中使用較多的為水基塗料。

4.懸浮劑:為防止塗料中的固體耐火材料沉澱而加入的物質叫懸浮劑。水基塗料常用的懸浮劑有:膨潤土、凹凸棒土、羧甲基纖維素鈉、聚丙烯酞胺、海藻酸鈉等。有機溶劑塗料常用的懸浮劑有:有機膨潤土、鋰膨潤土、凹凸棒土、聚乙烯醇縮丁醛等。

作用與要求

作用

消失模鑄造所用的造型材料一般是普通乾石英砂,泡沫塑膠模型被液態金屬置換時,熱分解產生的大量氣體要通過乾砂間空隙方能排出鑄型外。然而,液態金屬在負壓的作用下很容易滲入乾砂間的空隙而形成機械粘砂。為了避免產生機械粘砂,消失模模樣表面必須塗掛一層耐火塗料。在鑄型澆注過程中,這一層耐火塗料是介於金屬液和型砂之間,對消失模模樣的氣化、金屬液充填和鑄件的形成等起著十分重要的作用。

(1)防止鑄件產生機械粘砂和熱化學粘砂。

機械粘砂的實質是金屬液對砂粒間細孔的充填滲入。在普通砂型鑄造中,金屬液在鑄型某點上的滲入壓力即為金屬液的壓強。當滲入壓入超過砂粒間空隙中的氣體反壓力和由金屬液表面張力引起的附加壓力時,金屬液才能滲入砂粒空隙中形成機械粘砂。

一般情況下,消失模鑄造中金屬液的滲入壓力要大於砂型鑄造,所以鑄件表面有較嚴重的針刺和粘砂現象。在泡沫塑膠模的外表面塗掛一層一定厚度的緻密塗層,可以起到阻止金屬液滲入的作用,從而防止鑄件產生針刺和機械粘砂。

消失模鑄造目前廣泛使用的型料諸如鐵丸、石英砂等,由於耐火度均不高,熔融溫度較低。當澆入高溫金屬液後極容易被金屬液所熔融,形成節瘤等缺陷,產生熱化學粘砂。因此,在金屬液和型料之間隔離一層耐火度高的塗層,有助於防止熱化學粘砂。

(2)提高泡沫塑膠模型的剛度,防止埋型時變形。

這是耐火塗料層在消失模鑄造中的獨特的作用。泡沫塑膠模在埋型操作時,不可避免地要受到一定大小的衝擊力作用,因而模型可能產生壓縮變形和彎曲變形,進而影響到鑄件的最終尺寸精度。模型表面塗上一層耐火塗料,乾燥後會形成一層緊緊包覆在外表的具有一定強度的硬殼層,使其強度比未掛塗料前有成倍地提高,同時模型的剛度也相應增強,因此可以使各種變形量降低到最小。例如,2mm厚的塗層,在同等受力條件下,可使泡沫模型的受壓變形降低2/3,使彎曲變形降低9/10以上。

(3) 有助於消失模模樣熱分解氣體的迅速排出。

如果泡沫模型熱分解產生的氣體不能及時排出,可能產生澆注不完全、氣孔、夾渣和碳黑等缺陷。具有一定透氣性的表面耐火塗層可以使氣體在負壓的作用下及時排出鑄型。

技術要求

消失模鑄造用的耐火塗料最終塗覆在泡沫塑膠模型的表面。泡沫塑膠種類不同以及鑄件材質不同,對塗料性能的要求也就不一樣。此外,泡沫塑膠不透氣、熱變形溫度低(約70℃左右)、對水的親和力小、氣化後的發氣量大,這些特點決定了塗覆在它表面的耐火塗料應具備如下技術要求:

(1)塗層具有一定的透氣性

從防止鑄件粘砂的角度來說,泡沫模型外表必須要塗掛塗料,而且塗層要儘可能緻密;但緻密的塗層不利於氣化模氣化後生成的氣體往外逸散。因此,要求塗料具有一定的透氣性,使模型氣化生成的氣體容易通過塗層,通過型料之間的間隙由真空泵抽走。

為了使塗層獲得良好的透氣性,可以採取如下技術措施:

a:將不同種類和粒度的耐火骨料進行合理搭配。耐火骨料的種類和粒度對塗料的透氣性影響很大。一般來說,單獨使用某一種骨料時塗料的透氣性很差,而將不同的耐火骨料搭配起來使用時透氣性較好。如將鋁礬土與適量石英粉複合可獲得良好的透氣性。同時,骨料的顆粒形狀對塗料的透氣性也有很大的影響。球形顆粒(石英、剛玉)形成外露的微孔,而片狀顆粒(滑石、雲母)形成隱蔽的微孔。胞格狀組織(珍珠岩)及纖維結構(石棉、蛭石)的填料形成無序結構,構成鬆散的多孔結構,透氣性較高。將不同種類的骨料進行合理搭配可在一定範圍內調節塗料的透氣性。

b:選用有機粘結劑。有機粘結劑在高溫下分解可形成一些空洞,從而增加了塗料的高溫透氣性。而高溫粘結劑如矽溶膠、水玻璃等所配成的塗料透氣性較差。

C:加入適量的氧化劑。泡沫塑膠模在高溫下不完全分解時會在塗料表面沉積一些碳,阻塞排氣通道,從而降低了塗料的高溫透氣性。加入一些氧化劑可以加速泡沫塑膠模的分解,從而防止碳的沉積,增加塗料的透氣性。

(2)具有良好的潤濕性和粘附性

聚苯乙烯泡沫塑膠為非極性材料,表面張力低,不易被水基塗料潤濕、滲透,因此,塗料中需加入少量表面活性劑並選擇適當的粘結劑。所選用的粘結劑要求與泡沫塑膠模的粘附性好,這樣塗掛後能在模型外表獲得一定厚度的耐火塗層。如塗料的粘附性差,則可造成塗層厚度不夠或不均,甚至塗層不連續,很難獲得質量優良的鑄件。

(3)高溫強度好

耐火塗層的耐火度要高,熱膨脹係數要低,否則澆注過程中由於金屬液的沖刷作用,很容易將粘附不牢的塗層沖刷而捲入鑄件,使製品產生粘砂和夾渣等缺陷。

(4)乾燥速度快

塗料在低溫(一般要低於60℃)下的乾燥速度要快,不龜裂,並能形成堅固的耐火塗層。如果幹燥速度過慢,不僅影響生產效率,而且由於塗層長期不能幹燥、固化,可能會從氣化模表面脫落。

(5)發氣量要小

塗料層一經烘乾後,在澆注過程中與高溫金屬液相接觸時,不得有其它的氣體產生。否則塗料層容易崩潰、脫落,所產生的氣體還會影響澆注過程的平穩性。

(6)良好的塗掛性

消失模塗料的塗層比較厚,要求塗料有較高的屈服值和塑性變形能力,應嚴格控制塗料的流淌性,對於熱固性樹脂為粘結劑的塗料,可以在其中加入少量觸變劑,以提高塗料的塗掛性。

(7)良好的燒結及剝離性

即在澆注後形成易於自動剝落的塗料殼,從而獲得表面光潔的鑄件,生產的鑄件表面質量的光滑度大大增加,提升了鑄件成品的合格率。

塗掛方法

消失模鑄造的塗料要塗掛在消失模模樣的表面上,而傳統的砂型鑄造的塗料則是塗刷在制好的鑄型表面上,兩者的塗掛方法差別很大,而且其技術要求也不盡相同。消失模塗料的塗掛有多種方法如刷、浸、淋、噴或浸淋相結合。一般而言,消失模鑄件的表面粗糙度和尺寸精度取決於消失模模樣本身的質量,而塗層的厚度並不影響鑄件尺寸。表面粗糙的塗料層不但不影響鑄件的表面粗糙度,反而對改善透氣性有利。

刷塗

刷塗方法靠手工通過刷子來完成。這種方法對塗料的某些性能要求不如噴塗或浸塗嚴格,但對操作者的技術和經驗要求比較高。

刷塗時,塗料的厚度均勻性雖不如噴塗或浸塗,但效果還令人滿意。對於一些結構形狀複雜的消失模模樣,最好選擇刷塗。因為噴塗時,一些“死角”部位常常噴塗不到;而浸塗又常常難於排出某些凹槽中的堆積塗料。

刷塗的主要缺點是勞動強度大、生產效率低,因此只適用於修復性補刷操作或體積較大而又無法浸塗或噴塗完成的單件生產。

噴塗

噴塗方法是用噴槍將塗料噴塗在消失模模樣上。噴塗的效率比刷塗高,勞動強度也低得多。

由於耐火塗料的比重大,粘度高,要進行噴塗必須使塗料成為霧狀噴射出去;此外,塗料噴塗的對象為極易被損壞的泡沫塑膠模,要求塗料噴落在泡沫塑膠模型上的衝擊力要儘可能小。

噴塗法存在如下問題:

①對塗料的技術要求高,塗料濃度過大時,常常無法噴射或噴塗不均勻;濃度過小,又易於淌流或粘掛不上。此外,塗料中夾雜的大的顆粒、異物容易堵死噴嘴,中斷生產;

②消失模模樣不易夾持,在噴塗過程中常常引起消失模模樣變形或損壞;

③浪費塗料:噴槍噴出的霧狀塗料有相當部分並不能落到消失模模樣上,不但浪費塗料而且污染環境;

④質量不易控制:有些死角不能噴射到,而且第二次噴塗時容易將第一層塗料層破壞。

浸塗法

浸塗法具有生產效率高、節省塗料、塗層均勻以及對塗料的要求不高、操作簡便、不需要特殊設備等特點。由於泡沫塑膠模樣的密度小(與塗料密度相差數十倍)且本身強度又不高,因此應注意防止塗料密度過大導致消失模模樣難以浸入而變形損壞。

浸塗塗掛的塗層厚度,可通過塗料濃度、浸塗次數和控制浸塗操作來控制。一般採用兩次浸塗作業:第一遍,浸塗濃度較小的稀薄塗料,以便獲得均勻的薄塗層,改善兩遍作業的塗掛性能;第二遍,浸塗要通過調整塗料濃度來獲得均勻的塗料厚度。如果塗料的濃度不改變而又要求控制塗層厚度時,則只能靠浸塗後抖動消失模模樣次數來調整。熟練的塗料工要做到這個要求一般是不困難的。

浸塗操作的注意事項:

(1) 進行浸塗操作前,必須對塗料進行合理的攪拌,最好在浸塗過程中一直處於緩慢攪拌之中,防止捲入空氣;

(2) 浸塗時應選擇好消失模模樣浸入塗料的方向、部位,防止模樣變形;

(3) 塗層要均勻,塗層上不得有露白現象出現;

(4) 浸塗後的消失模模樣,從容器中取出、運送、放置時均應防止變形。

(5) 消失模模樣經浸塗後,應及時抖動,以使塗層均勻並使多餘的塗料去除。

為克服浸塗法浮力引起消失模模樣的變形,可採用合適的卡具將消失模模樣固定後再浸入塗料容器。大批量生產時,可採用專門的機械化浸塗裝置,消失模模樣先用卡具固定,然後將塗料從底部壓入,淹沒消失模模樣後再撤走,塗料便自動下落,完成浸塗工序。

浸塗方法適宜於小型鑄件生產,較大尺寸的消失模模樣只要塗料桶容積允許,也可採用分段多次浸塗的辦法。

種類

消失模鑄造用塗料的種類根據所用粘結劑的性質通常分為水基塗料、醇基塗料、樹脂塗料等三種。

水基塗料是指其粘結劑以水為溶劑,常用的粘結劑多種多樣,如聚乙烯醇、CMC、水玻璃等。水基塗料一般厚度較大(0.5~2mm),其強度也較醇基高,但是水基塗料的透氣性一般較差,一般在水基塗料中需要加入少量的發泡劑。塗層烘乾後,發泡劑在塗層中會產生大量的毛細孔,氣化模分解產生的氣體就是由這些毛細孔排出。

醇基塗料與樹脂塗料的乾燥速度較快,又稱之為快乾型塗料。快乾型塗料中通常不需要加入發泡劑,塗層的透氣性主要依靠塗料中的粘結劑或溶劑的揮發而產生。快乾型塗層比水基塗層薄,所以其透氣性也較好。

水基塗料中含有大量的毛細孔而對高溫液態金屬產生毛細吸力作用,使塗層清理時潰散性差,容易產生鑄件粘砂現象。但對於水基塗料可以增加厚度而使塗層強度升高;醇基塗料防粘砂、針刺功能好,但其強度低。

這裡需要注意的是,長期以來在鑄造生產中通常有兩種不正確的認識,一是過分強調塗料的透氣性好壞,認為水基塗料的透氣性差;二是認為醇基塗料雖然方便快捷但成本高昂,事實並非如此。

大量的實踐表明,鑄型中的氣體能否迅速排除是塗層透氣性、塗層厚度、真空度、型砂粒度等因素共同作用的結果。水基塗料與快乾塗料相比,在相同厚度的條件下其透氣性相差無幾,更本不可能對消失模鑄造工藝產生顯著的影響。其次,雖然醇基塗料中原材料成本高,但其塗層比較薄,塗料用量少而且不必專門烘乾、鑄件清理方便,所以其綜合成本反而比水基塗料要低。

對於厚大鑄件、重要零件或某些關鍵部位,將這兩種塗料結合起來使用效果很好,即內層用醇基塗料(≤0.5mm)而外層使用水基塗料。有時可以將這兩種塗料交替使用,塗覆多層,鑄件的防粘砂效果也十分理想。

消失模鑄造塗料國內外的發展狀況

80年代以前,我國對消失模鑄造的研究主要集中在模樣的設計、製作和裝配以及鑄件的形成過程中的物理化學現象等,對消失模鑄造塗料的研究很少涉及到。90年代以後,國內對消失模鑄造塗料研究的主要內容有塗料的透氣性、塗層強度、塗料的組分以及流變性、塗料對充型過程及鑄件缺陷的影響。其中,研究最多的是消失模鑄造塗料透氣性的測試方法。

目前國內、以生產球鐵曲軸和管件為主的剛玉粉塗料的耐火度高、透氣性、覆蓋性、強度及韌性均優於其他石墨塗料和石英粉塗料。從塗料的透氣性能上講,無論是常溫透氣性還是高溫透氣性,生產鑄鋼件塗料是以鋁礬土塗料為最高,其次是石英粉和棕剛玉,鋯英粉塗料的透氣性較低。目前,國內各種常規的鑄型塗料也有不少人分別從耐火骨料、懸浮劑、粘結劑、載體和助劑等方面做了研究,成型配方有很多種,但是普遍存在著原材料價格昂貴、成本高、塗層表面質量質量不高的問題。

國內消失模鑄造塗料的研發隨著消失模鑄造技術的發展有了長進,但專業化生產廠少,有些消失模鑄造廠配製塗料供本廠使用。但普遍缺乏研發能力,甚至不具備基本的檢測和質量控制手段。塗料也是制約消失模鑄造技術在中國大規模推廣和技術進步的瓶頸之一。

近年來國內愈來愈多的高端客戶對消失模鑄造塗料的需求量增加,所以塗料的國產化提到議事日程。美國亞什蘭公司一直積極參與推動消失模鑄造技術在全球包括中國的普及和進步,曾多次與國內同行交流並向國內介紹相關技術尤其是塗料技術。

在國外,研製的消失模鑄造塗料都是專利產品,英國Fosrco MORNAL 公司研製的性能優良的styromol系列塗料,用於鐵及非鐵金屬消失模,具有不同的保溫性、透氣性和耐火性。由Fosrco國際公司提供的塗料中加入少量冰晶石,使其在高溫下形成活性高的NaF、AlF3等,可對模樣熱分解的碳產生吸附作用,使之不沉澱在鑄件表面,從而消除皺皮等缺陷。在日本,已經開發出使用鑄鋁、鑄鐵、鑄鋼等不同類型鑄件的系列塗料。塗料的組成和性能要求文獻都有報導,並認為塗料的組成和透氣性是關鍵。日本的消失模塗料,一般鑄件是以SiO2做基材,鑄鋼以鋯英粉做基材,並添加粘結劑、防腐劑等材料配製而成。為減輕鑄鋼件的增碳缺陷,塗料中還加入5%-8%的氧化性物質等。美國Robinson鑄造公司,從矽砂、氧化鋁和莫來石的耐火性開始試驗了60-70種塗料,尋找一種能適合各種尺寸和形狀的塗料。

配製

水基塗料配製過程大致是先將耐火材料、膨潤土、無水碳酸鈉等乾料加入混砂機,乾混10分鐘左右,加入粘結劑溶液和少許水;濕混20~30分鐘左右,將濕料倒入桶里,加入適量水後進行攪拌。最後在攪拌過程中加入各種添加劑。

生產實踐證明,攪拌器的轉速和攪拌時間會影響塗料的塗掛性能和沉澱情況。攪拌器轉速高,攪拌時間長,塗料混合越均勻,不易沉澱,塗掛效果也很好。從工藝角度考慮,要求攪拌器的轉速≥1380r/ min,攪拌時間>1h。

對於球磨機配製塗料,由於有球磨作用,能使塗料充分混合,達到膠質狀態,塗掛的效果更好。其配製工藝是將耐火材料、活化膨潤土和少許水先配成膏狀塗料(水份占粉料質量的25%~30%)一起加進球磨機,然後再加適量水攪拌成塗料,球磨7~8小時,加入粘結劑和聚醋酸乙烯乳液後再球磨1小時,將塗料倒入或用壓縮空氣壓入塗料桶充分攪拌,並視塗料的透氣性能加入一些添加劑。

如果採用鈣基膨潤土,可加入碳酸鈉(占膨潤土量的5%)使其轉化成鈉基膨潤土,稱為活化處理。

對於高分子粘結劑使用前須預先配製成溶液。如羧甲基纖維素鈉(CMC)預先配製成1∶40的水溶液;聚乙烯醇縮西醛(PVB)或酚醛樹脂等預先配製成一定比例的乙醇溶液。

用球磨機或碾壓機配製塗料,因耐火材料顆粒能被破碎,可選用較粗的粒度;而用攪拌機配製塗料則沒有粉碎作用,因此應選用較細粒度的耐火材料。

採用球磨機或碾壓機配製水基塗料時較粗的耐火骨料被粉碎形成新生表面而有較大活性,使載體在耐火材料顆粒表面均勻分布,故有較好的穩定性、觸變性及高的強度等特性。

紙漿廢液塗料是消失模塗料水基塗料的一種,其通常用在中小鑄鐵件、鋁合金鑄件的生產中,整體效果良好。在使用過程中需要注意三點:第一,紙漿廢液塗料在浸掛後需要撒乾石英砂,以防止塗料往下滑落。第二,如果遇到需要塗掛兩層以上塗料的情況時,應採取快速乾燥措施,否則乾燥了的第一層塗料層容易潮解脫落,影響操作進程。第三,由於空氣中有一定的濕度,即使乾燥後的塗層在空氣中放置過久也會吸潮,因此企業要儘量避免塗層在空氣中長時間置放。

紙漿廢液塗料基本配方見下表:

組分 石英粉 紙漿廢液 膨潤土 無水碳酸鈉 聚醋酸乙烯乳液
wt(%) 100 6 1.5 5 1 適量

說明:若將其中的耐火材料石英粉換成鋯英粉,則可用於鑄鋼件、厚大鑄鐵件的使用。

快乾塗料的配製

以聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或酚醛樹脂等作為粘結劑的快乾塗料應預先配製成一定比例的乙醇溶液,然後將耐火骨料以及各種添加劑一併加入並充分攪拌。

消失模塗料的性能和結構的關係

對於消失模塗料的性能和組分間的關係已有很多的經驗和知識積累,在前面已探討過。對於塗料的性能和結構的關係的理解則很有限,建立塗料的性能和結構的關係有助於高性能新型塗料的開發和使用,並對消失模鑄造工藝控制提供幫助。

早期的研究已觸及該方面,Sun等人(1992)已揭示塗層的透氣性取決於塗料中顆粒大小及分布、形狀、以及氣孔的特徵,其研究已顯示,一種主要由接近圓形的、尺寸較大、大小分布較均勻的氧化鋁顆粒構成的塗料比另一種由不規則形狀的、尺寸較小、大小分布不均勻的二氧化矽顆粒構成的塗料透氣性更高。和Penumadu (2005)的研究表明塗層中“有效氣孔”的大小和結構與塗層的透氣性緊密相關。Qi等人(2005)曾嘗試建立一個關於消失模塗料的結構模型以解釋其傳熱和傳質的特徵。鑒於其複雜性,對於消失模塗料的性能和結構的關係還有很多的研究工作要做。

功能解析

消失模鑄造塗料具有防止鑄件產生機械粘砂和熱化學粘砂、提高泡沫塑膠模型的剛度,防止埋型時變形、有助於消失模模樣熱分解氣體的迅速排出等功效,那么消失模鑄造塗料為什麼匯聚了如此多的功能呢,下面我們將從六個方面來解析。

消失模鑄造塗料具有這六大特點(1)高的強度和剛度,防止造型時模樣變形和被乾砂損傷;(2)高的耐火性能,防止澆注時鑄件表面粘砂;(3)優異的透氣性,可以快速導出模樣氣化的產物;(4)較強的附著力,防止生產過程中塗層開裂甚至脫落;(5)良好的塗掛性,使用時能方便的塗覆一定厚度的塗層;(6)良好的燒結及剝離性,即在澆注後形成易於自動剝落的塗料殼,從而獲得表面光潔的鑄件。

消失模塗料輔助消失模鑄造生產完美鑄件

消失模塗料在消失模鑄造工藝中日顯重要。消失模鑄造工藝與塗料緊密配合,生產的鑄件表面質量的光滑度大大增加,提升了鑄件成品的合格率。

消失模塗料是消失模鑄造獲得表面光潔的優質鑄件必不可少的輔助材料。如果塗料的性能、配製和乾燥出現問題,就會使鑄件產生質量不穩定、廢品率上升等現象。所以,必須加強對消失模塗料的認識。消失模塗料一般由耐火骨料、粘結劑、載體、懸浮劑及其他添加劑組成,各種組分被均勻混合在一起製成粉狀或膏狀,在塗掛和澆注過程中發揮綜合作用。消失模塗料的性能直接影響著消失模鑄造工藝的成功與否。消失模塗料沒有制定統一的檢測標準,所以,不同廠家生產的塗料性能就存在很大的差異,而且鑄件的材質對消失模塗料的要求不一樣。

攪拌時間

消失模塗料配製過程中攪拌時間對塗料性能有影響作用,一般情況下,攪拌時間不宜過短。攪拌過程是使膏狀塗料稀釋到符合塗覆要求的一種手段,攪拌對塗料中的塊狀物有分離的作用,水在強力作用下對粉狀固體有一定的潤濕作用,同時使塗料各組元發生混合作用。

研究表明,攪拌時間長短對於消失模塗料表觀均勻度(塊狀、顆粒、均勻)、流平性、附著量、粘度、塗層厚度等指標是有影響的,以下是研究結果:

時間(min) 表觀 流平性(cm) 附著量(g) 粘度(mPa.s) 塗層厚度(mm)
10 有大塊 14 3.58 260 1.22
20 有大塊 15 3.25 250 1.04
30 有小顆粒 17 2.02 230 0.93
40 有小顆粒 18 1.86 220 0.72
50 有小顆粒 19 1.69 200 0.55
60 均勻 20 1.40 180 0.49
120 均勻 20 1.39 160 0.38

防止粘砂缺陷

消失模鑄件粘砂可以分為機械粘砂和化學粘砂。機械粘砂的實質是金屬液對砂粒間細孔的填充滲入,此種情況形成是由於金屬液的滲入壓力超過了砂粒間空隙中的氣體反壓力和由金屬液表面張力引起的附加壓力,金屬液滲入砂粒空隙而導致,如果在泡沫塑膠模外表面塗掛一層緻密塗層,方可起到阻止金屬液滲入的作用,從而有效防止鑄件產生機械粘砂。化學粘砂的產生多由於型料耐火度不高、熔融溫度較低所致,當澆入高溫金屬液後很容易被金屬液所熔融,形成節瘤等缺陷,因此,在金屬液和型料之間隔離一層耐火度高的塗料,對於防止化學粘砂很有利。

塗料塗層厚度

消失模塗料塗層的厚度影響其透氣性能和耐火性能的好壞,單就耐火性能而言,企業希望塗料塗層儘可能厚一點,因為這是解決鑄件粘砂缺陷的一個十分有效的工藝方法,但是,如果塗層太厚的話,又會影響到塗層的透氣性能,此外塗掛作業也很麻煩;如果從塗層透氣性能考慮,希望塗層儘可能薄一點為好,然而塗層太薄會導致鑄件表面產生針刺缺陷,甚至是粘砂缺陷,從而影響了鑄件表面質量。

鑄件重量(kg) 塗層厚度(mm) 用 途
<100 0.5~1 鋁、銅鑄件,小鑄鐵件
100~500 1.0~1.5 中等鑄鐵件、中小鑄鋼件
>500 1.5~2.0 大鑄鐵、鑄鋼件

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