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              關于消失模鑄造水基涂料的研制研究
                摘要:選用滑石粉輔加石英粉為耐火填料,以糊精為粘結劑,通過正交實驗確定了鋁合金件消失模涂料的最佳配比。經測試和生產驗證,其性能良好,能很好地適應生產要求。

                  關鍵詞:消失模鑄造;滑石粉、石英粉;水基涂料

                  中圖分類號:TG221+.1  文獻標識碼:A  文章編號:1001-3814(2009)21-0054-02

                  近年來伴隨消失模鑄造技術的發展,有近1/3的鋁合金件采用了此技術,并有進一步發展的趨勢。但國內有關鋁合金的專用涂料研制尚少,在使用中存在的主要問題是涂料性能欠佳,涂料的抗流淌性不好。當鑄型浸掛涂料后需撒石英粉,以防止涂料往下蹋落,故涂掛場地粉塵較大,只適用于涂一層涂料的鑄件。若涂掛兩層以上涂料時,需采用快速烘干措施,否則會使干燥了的第一層涂層殼潮解脫落。干燥后的涂料在空氣中放置久會吸潮,耐火涂層的強度較低。若使用醇基涂料成本又偏高,且懸浮性等涂料性能指標又不盡人意,因此有必要研制一種能滿足消失模鑄造生產要求,且性能優良、成本低廉的鋁合金消失模水基涂料。

                  1·實驗材料

                  1.1耐火骨料

                  通常鋁合金件涂料采用滑石粉、白堊粉、氧化鋅等;壑饕煞质腔,分子式為3MgO·4SiO·2H2O,屬單斜晶系。熔化溫度800~1350℃、密度2.9g/cm3,線膨脹系數(7~10)×10-6℃-1?紤]到滑石粉中雜質會使其熔點降低,故加入少量石英粉以提高涂料的整體熔點。為此按滑石粉為100%,加入不同比例的石英粉并對該涂料的透氣性進行了測試。發現在石英粉占滑石粉質量的特定范圍內,其透氣性比單用滑石粉的涂料透氣性有較大提高。這表明加入石英粉是正確的。石英粉是一種資源豐富、價格低廉的耐火粉料,其主要成分SiO2呈酸性,熔點1713℃,密度2.7g/cm3,線膨脹系數在300~1100℃的范圍為30×10-6℃-1,導熱系數在1100℃為1.59W/(m·℃),莫氏硬度為7。石英密度小,配合滑石粉使用有利于在增稠的載液中懸浮,分布彌散,不易凝結,所配制的涂料有良好的懸浮性。石英粉及滑石粉粒度為270~320目。

                  1.2其他組分

                  粘結劑選用糊精,系淀粉加水后在特定條件下發生水解反應的產物,質量百分比濃度為4%。在配制過程中為增強其粘結強度,尚需加入定量硼砂,并加入微量甲醛,以防止其發酵變質。采用的CMC質量百分比濃度為4%,與鈉基膨潤土結合使用作為復合懸浮劑。當CMC與鈉基膨潤土配合使用時,CMC分子中的羧基與膨潤土顆粒表面的氧離子形成鍵力,使涂料中形成很強的立體網狀結構,從而提高了涂料的屈服極限值和觸變性。溶劑為水,助劑采用微量表面活性劑,消泡劑(正辛醇等)。

                  2·涂料性能的測試方法

                  懸浮性采用靜置法,測量在100ml量筒中靜置24h涂料中的沉淀物所占體積百分比。透氣性在STZ直接式透氣性測定儀上測定。在升溫至100℃保溫、隨爐冷至室溫條件下,采用自然風干或50℃左右烘干的透氣性標準試樣。測定涂料層干態透氣性的具體操作及計算方法見文獻[1]。

                  涂層強度測定[2]是由恩氏粘度杯向涂有涂層的玻璃板上落砂,直至擦破涂層,露出玻璃板為止,稱出落砂總質量,作為判斷涂層表面強度的定量指標。

                  高溫急熱抗裂性測定是將準50mm的水玻璃砂型試樣浸入涂料形成2mm的涂層,干燥后,放入控溫爐中,在1200℃急熱2min,取出觀察涂層開裂情況,評定開裂等級。

                  觸變性是采用NDJ-1型旋轉式粘度計測量涂料的表觀粘度隨時間的變化情況,即觸變性曲線。

                  涂料的其它性能測試參照文獻[1]進行。

                  3·實驗結果

                  3.1最佳涂料配方的確定

                  在EPS方法中,涂料的透氣性、懸浮性和涂層強度是其基本性能指標。為此采用正交實驗的方法分析、考查滑石粉、石英粉及糊精等主要組分對這些性能的影響,以確定出最佳涂料配方。在滑石粉與輔加石英粉的透氣性預實驗測定基礎上,從而確定正交實驗采用4因素3水平,見表1,實驗結果見表2。

              表1 因素水平表

              表1 因素水平表

               

              表2 正交實驗方案及結果

              表2 正交實驗方案及結果

               

                  根據各因素對性能影響的主次關系綜合權衡。A3B2C2D2為最佳配方,其具體配比為:滑石粉100%,石英粉20%,糊精4%,鈉基膨潤土4%,CMC0.4%。

                  3.2最佳涂料性能

                  確定最佳涂料配方后,再以此配制涂料,考察該涂料綜合性能能否滿足消失模鑄造要求。

              混制工藝

              混制工藝

               

                  3.2.1涂掛性

                  涂料的pH值表征涂料的涂掛等性能,堿性涂料優于酸性涂料。從實驗可知,配制的涂料屬堿性涂料。

                  實際上,用該涂料對不同結構消失模采用刷、浸、噴淋等多種涂敷方法均能形成均勻涂料層,且流淌性適中,說明該涂料涂掛性良好。

                  3.2.2觸變性

                  消失模涂層一般在0.5~2.0mm之間,為使其形成一定厚度涂料層,涂料必須具備良好的觸變性。同時,涂料應具有一定的涂刷性和抗流淌性。從圖1可見,涂料的表觀粘度在恒定的剪切速率下隨剪切時間的延長而大幅度降低,這就保證了涂料涂敷時的涂刷性和涂平性的要求,且具有較好的抗流淌性。

              圖1 涂料觸變特性曲線

              圖1 涂料觸變特性曲線

               

                  觸變性計算時將10min的粘度讀數(S′)與30s時的粘度讀數(S)代入下式計算:

              觸變性計算公式

              觸變性計算公式

               

                  遠大于涂料觸變性應大于20的要求[3]。說明其觸變性良好。

                  3.2.3其他物化性能

                  涂料密度為1.6g/cm3,pH為10,作為涂敷涂料,具有良好的高溫急熱抗裂性(Ⅰ級)。其懸浮性為96.5%,透氣性為0.926,其涂層強度平均值為311g,均較好地滿足了消失模法工藝要求。

                  3.3生產驗證

                  涂敷涂料時采用了刷涂、浸涂等方法,可使涂層厚度達0.5~1.5mm。涂敷涂料一遍后,鑄型需要在低于50℃下干燥,然后再涂一遍。用帶有這種涂料的消失模批量澆注ZL102泵的殼體,鑄件表面光潔、平整,棱角清晰,無粘砂,涂料呈片狀脫落,鑄件尺寸精度高。

                  4·結束語

                  (1)研究的鋁合金件消失模水基涂料性能優良,成本低廉;澆注的鑄件表面品質好,光潔、無粘砂,尺寸精度高。

                  (2)涂料具有良好的觸變性,對中小件消失?墒雇糠笸苛弦淮瓮瓿,簡化了工序,提高了生產效率。

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