1、文中采用石英粉为耐火骨料 ,石英粉共有 3 种粒度分布。所有涂料用碾轮式混砂 机制成膏状涂料 ,在搅拌机中加入适量水搅拌成液体涂料 ,然后测其性能。研制出的涂料 , 配方为 :石英粉 10 0 % ,膨润土 4 % ,白乳胶 2 .5 % ，树脂3%,羧甲基纤维素钠 （CMC） 0 .5 % ,以及其它附加物 ,其中石英粉要求粒度分布相对集中。该涂料成本低且具有优良的工 艺性能 ,特别适用于铸钢，球墨铸铁件的消失模铸造生产 5. 高锰钢件消失模醇基涂料的研制 失模铸造作为一种先进的铸造方法深受人们的重视 , 并应用到高锰钢件的生 产。目前 , 生产厂家所用涂料大都采用水基刚玉、锆英粉涂料或醇基
2、镁砂粉涂 料。使用水基刚玉涂料成本偏高 , 且涂料性能也不理想。水基锆英粉涂料由于 锆英粉呈弱酸性 , 而高锰钢呈碱性 , 所以用其生产高锰钢件时 , 在铸件热节 部位或者是厚大铸件往往产生严重粘砂 1 。以聚乙烯醇缩丁醛 （PVB） 为粘 结剂的醇基镁砂粉涂料 , 强度偏低 , 若为增加强度而增加 PVB 的使用量又造 成 PVB 发泡 , 铸件表面出现麻坑。因此 , 为获得优质铸件 , 有必要开发新的 涂料以适应生产高锰钢件尤其是大型高锰钢件的需要。 1 试验材料 1 . 1 耐火骨料 涂料所用耐火骨料为铁合金厂生产铬铁的副产品 铬铁渣 , 经破碎研磨成 粉状 （ 料度 200 目 ） 。
3、因其 A l 2 O 3 含量超过 85% ,C r 2 O 3 含量超过 10% , 故称高铬刚玉。其熔点为 1 830 2 000 , 密度为 3. 68g /cm 3 , 莫氏硬度为 9, 热膨胀系数约为石英的一半 , 热导率为石英的 2 倍。高铬刚玉 属中性材料 , 不易与高锰钢液发生化学反应 , 且耐火度较高 , 能够抵御高温 金属液体的冲刷 , 其它性能皆有利于配制性能良好的涂料 , 同时成本较低 , 仅为刚玉粉、锆英粉价钱的 1 /3 左右。 1 . 2 其它组分 醇基涂料粘结剂采用酚醛树脂 , 其耐热性好 , 价格 也 适当。 PVB 既是悬浮剂又是粘结剂。 PVB 与酚醛树脂
4、混合使用可以提高涂层强 度 2 。二者在使用前均溶 于酒精中待用。悬浮剂选用锂基膨润土 , 可在酒 精溶剂 中形成醇溶胶。先用少量水引发 , 静置 24 h 后 , 变成膏 状 , 这时 加适量乙醇再用高速搅拌机分散制成膏状悬 浮剂。 溶剂为工业乙醇 , 助剂采用微量表面活性剂、消泡 剂 （ 正辛醇 ） 等。为使涂 料层在落砂时易剥离、防粘砂 , 加入熔剂 Fe 2 O 3 。 2 涂料性能的测试方法 悬浮性系用静置法 , 在 100m l 量筒中测涂料静置 24 h 后的沉淀物所占体积 百分比。 透气性在 STZ 直接式透气性测定仪上测定 （ 用透 气性标准度样 ） 。涂料层干 态透气性的具
5、体操作及计算 方法见文献 3 。 涂层强度测定 4 是由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 , 作为判断涂料层面强度的定量指标。 高温抗裂性测定 , 是将 _ 50 mm 的水玻璃砂型试 样浸入涂料形成 2 mm 的 涂层 , 干燥后放入高温炉中 , 在 1 200 急热 2m in 取出观察涂层开裂的情 况。 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。涂料其它性能测试参照文献 3 进行。 3 试验结果 3 . 1 最佳涂料配方的确定 悬浮性、透气性和涂层强度是消失模涂料的基本性能。为
6、此采用正交试验方法考 察涂料主要组成 （ 酚醛树脂、 PVB 、膨润土及氧化铁粉 ） 对其性能的影响 , 以确定出最佳涂料配方。正交试验采用 4 因素 3 水平 （ 表 1） , 试验结果如 表 2 。醇基涂料的配制工艺 : 锂基膨润土 + 助剂 + PVB+ 酚醛树脂 + 耐火填 料 + 熔剂 + 适量 球磨球磨 工业酒精 30 60 m in + 酒精 . 5 - 0 m in 出料。根据各因 素对悬浮性、透气性和涂料强度的主次关系综合权衡 , A 2 B 2 C 3 D 3 为最佳水平组合条件 , 即为最佳涂料配方。 表 1 L 9 （ 3 4 ） 因素水平表 （ 质量分数 , %） 表
7、 2 正交试验结果 3 . 2 最佳涂料性能 确定最佳配方后 , 再以此配方配制涂料 , 考察涂料的其它性能能否满足消失 模铸造的要求。 （1） 涂挂性 对不同结构的消失模采用刷、浸、喷、淋等涂敷方法在消失模表面 涂敷涂料 , 都能在表面上形成一层均匀的涂层 , 说明研制的涂料涂挂性较好。 （2） 触变性 要使消失模表面形成一层均匀且具有一定厚度的涂料层 , 就要求 涂料应具有良好的触变性 , 使其同时具有一定的涂刷性和抗流淌性。图 1 为研 制涂料及文献涂料的触变性曲线 , 可见两种涂料的表观粘度在恒定的剪切速率 下随着剪切时间的延长而大幅度降低 , 但最佳涂料触变性曲线斜率大于文献涂 料
8、图 1 涂料触变特性曲线 触变性曲线的斜率 , 表明该涂料涂敷时的涂刷性和涂平性优于文献涂料。 触变性值计算时 , 将 10m in 的读数 （ S ） 与 30 s 时的读数 （ S ） 代入 下式计算 5 : 最佳涂料触变性S =（ S - S S ） 100 /（63-21） 100 /63= 66. 6 文献涂料触变性 =（ S - S S ） 100 /= （65-25） 100 /65= 61. 5 可见两种涂料触变性值均远大于涂料触变性应大于 20 的要求 6 。但仍可看 出最佳涂料触变性优于文献涂料的触变性值。 （3） 物化性能 将最佳涂料与文献 7 推荐的醇基镁砂粉涂料性能比
9、较见表 3, 可见其悬浮性、透气性、涂层强度均优于推荐涂料 , 证明新开发的涂料比较 优良。 表 3 最佳涂料与文献 推荐涂料性能对比 3 . 3 生产验证 在锦州发电厂铸造分厂进行批量生产验证。采用了刷涂、浸涂和淋涂方法 , 用 带有这种涂层的消失模浇注球磨机衬板 , 破碎机颚板及挖掘机半齿等高锰钢铸 件 , 最大件 270 kg, 最大壁厚达 120mm 。落砂后铸件表面光洁 , 平整 , 棱 角清晰 , 无粘砂 , 尺寸精度高。涂料烧结层呈片状脱落。 4 结论 （1） 研制的高锰钢件消失模醇基涂料性能优良 , 成本低廉 , 浇注的铸件表面 质量好 , 光洁无粘砂 , 尺寸精度高。 （2）
10、 涂料不仅适合于生产高锰钢铸件 , 也适合于生产碳钢件。. 6. 消失模铸造水基涂料的研制 摘 要 : 涂料是消失模铸造最关键的辅助材料之一。为降低消失模铸造涂料的 成本 , 研制了水基消失模涂料。文中采用石英粉为耐火骨料 , 石英粉共有 3 种粒度分布。所有涂料用碾轮式混砂机制成膏状涂料 , 在搅拌机中加入适量水 搅拌成液体涂料 , 然后测其性能。 石英粉 100 % , 膨润土 4 % , 白乳胶 2. 5 % , 羧甲基纤维素钠 （CMC）0. 5 % , 以及其它附加 物 , 其中石英粉要求粒度分布相对集中。该涂料成本低且具有优良的工艺性能 , 特别适用于球墨铸铁件的消失模铸造生产。
11、关键词 : 消失模铸造 ; 涂料 ; 透气性 ; 流变性 自从 1958 年消失模铸造诞生以来 , 消失模铸造引起了铸造界的广泛注 意 , 在铸铁件、铸铝件的生产上有一些应用。进入 80 年代 , 随着干砂消失模 铸造专利的失效 , 消失模铸造得到了迅猛的发展 , 国外开始建立了一大批生 产线 , 用于铸铝、铸铁件以及铸钢件的批量生产。 泡沫塑料模样、涂料、真空度、振动等均为消失模 铸造的关键技术 , 这些技术 对铸件的质量有重要的影响。其中涂料层的性状不仅影响模样的气化和气体的迁 移 , 而且和铸件表面质量、表面缺陷、铸件精度乃至 铸件内在质量等都密切相 关。除传统砂型铸造中要求 涂料有良好
12、的悬浮性、适宜的密度、粘度和流变特 性 外 , 还要求涂料有适宜的透气性。现有消失模铸造涂 料一般以棕刚玉、锆 英粉、铝矾土等为耐火骨料 , 成本 较高。石英粉是最便宜的耐火填料之一 , 具 有较高的熔点 （1 713 ） 和烧结温度 （1 500 1 700 ） 1 。虽然 高温下 ,SiO 2 能与 FeO 发生反应 , 生成低熔点、低粘度化合物 FeO SiO 2 , 易造成铸件化学粘砂 , 但对于热作用不强的中、小铸钢件和铸铁件 , 石英粉耐 火涂料在普通砂型铸造中仍有一定的应用。文中在寻找一种适用于球墨铸铁件且 性能优良而价格低廉的涂料目的下 , 研究了以石英粉为耐火骨料的消失模铸造
13、 水基涂料。 1 试验材料及方法 1. 1 试验材料 共用 3 种石英粉耐火骨料 , 其粒形均为多角形 , 粒 度集中在 0. 075 mm 左 右 , 粒度分布见表 1 。膨润土为 四川盐亭钠质膨润土 , 其吸蓝量为 39 , 使 用前两天 , 将 其调制成膨润土浆 , 并加入膨润土量 3 % 的 Na 2 CO 3 。 聚乙烯醇 （PVA） 使用前在沸水中熬煮成 10 % 胶体水溶 液。羧甲基纤维素钠 （CMC） 使用前 24 h 配制成 5 % 的 水溶液。载体为自来水。 表 1 石英粉的粒度分布 % 1. 2 试验方法 文中拟定了表 2 中 5 种涂料 , 每种涂料均用 S460 型碾
14、轮式混砂机制成膏 状 , 然后在自制搅拌机中加入 适量水搅拌成液体涂料 , 膏状涂料混制工艺如 下 : 表 2 涂料配方 % 用 30 mm 的带磨口量筒 （ 刻度为 0 100 mm） 测定涂料悬浮性 , 静 置时间为 24 h 。涂料干强度测定为 : 从 1 000 mm 高处加铁丸冲击泡沫塑料 上的约 1 mm 厚的涂料壳层 , 以冲出白点为终止条件 , 涂料强度用铁丸质量 m 与涂料层的厚度 d 之比表示 , 其度量单位为 g / mm 。用 STZ 型直读式透 气性测定仪测试涂料在常温以及 400 、 700 、 1 000 下的透气性 2 。 流变性的测定采用 NDJ-1 型旋转式
15、粘度计 , 该粘度计共有 4 个转速 , 分别 为 6 、 12 、 30 、 60 r / min 。测定时使用 3 号转子 , 并且涂料的温度 保持在 （25 1） 。涂料的静态剪切应力的测定用 U 型连通管 3 。 2 试验结果与分析 2. 1 涂料的强度与悬浮率 钠质膨润土和 CMC 作复合悬浮剂 , 涂料有优良的悬浮性。涂料 2 的悬浮率为 98 % , 而其余均为 100 % 。涂料 2 的干强度明显低于其余 4 种涂料 , 只有 其余 4 种的 60 % 左右 （ 见表 3） 。涂料 2 用水玻璃与白乳胶作粘结剂。白 乳胶 （ 聚醋酸乙烯乳液 ） 其 p H 值为 4 6 , 呈
16、弱酸性 , 而钠水玻璃有很 强的碱性 , 其 p H 值为 11 13 , 因此两者易发生化学反应。膏状涂料 2 在 搅拌机中搅拌时 , 涂料液表面有黑色的油状物质生成。即白乳胶与水玻璃发生 了化学反应 , 生成新物质 （ 有待进一步确认其组成 ）, 降低有效粘结剂含量 , 涂料呈现出较低的干强度以及略低的悬浮率。涂料 1 、 3 、 4 、 5 均用无机 粘结剂和有机粘结剂相结合 , 有理想强度与悬浮率。 表 3 涂料的悬浮率和强度 2. 2 涂料的流变性 图 1 是涂料的流变曲线 ,5 种涂料均为有屈服值的假塑性流体。所有涂料用钠 质膨润土和 CMC 作悬浮剂 , 膨润土颗粒在高度分散状态
17、下呈片状 , 片状颗粒 平面上一般带负电荷 , 边棱部分带正电荷 , 正负电荷 相吸引 , 使膨润土颗 粒在溶液中形成立体网状结构 ; CMC 的主链上带有许多强极性的亲水基团 , 基团之间可借助于氢键、静电引力和范德华力相结合 , 从而 CMC 高分子链间形 成立体网状结构。在低剪切应力下这种结构只稍变形而不被破坏 , 这使得涂料 具有一定的屈服值 1 ,4 。 图 1 涂料的流变曲线 从图 1 中还可看出 , 剪切应力 的增长小于剪切速率 的增长 , 涂料的表 观粘度 （ = / ） 随剪切速率的增长而减少。即涂料受到的搅拌速度或 涂刷速度增高 , 则表观粘度降低 , 涂料具有 “ 剪切变
18、稀 ” 特性。 涂料 1 、 3 、 5 比涂料 2 、 4 的膨润土含量高 , 涂料内形成的立体网状结 构更牢固 , 剪切变稀作用更强 , 涂挂涂料时 , 涂料的粘度下降快 , 涂刷手 感好。涂挂结束后剪切速率趋于零 , 由于剪切稀释作用表观粘度大幅度增加 ; 同时涂料中的立体网状结构逐渐恢复也使表观粘度增加 , 两方面同时作用 , 使得涂料 1 、 3 、 5 有更好的滴淌性。涂挂后 , 泡沫塑料模样的垂直表面以 及下表面的涂料可以不滴淌或只有少量滴淌 , 可以保证模样的所有表面涂料层 厚度均匀。 2. 3 涂料的透气性 涂料的透气性 K 如图 2 所示。涂料 5 的透气性明显高于涂料 1
19、 4 , 其常 温透气性达 3. 76 cm 4 g -1 min -1 。涂料 1 4 的透气性基本上一 致 , 其常温透气性均在 0. 4 0. 7 cm 4 -1 g min -1 之间。尽管涂 料透气性相差较大 , 但均先随温度 t 升高而降低 , 在 400 或 700 时 达最低点 , 然后再随温度的升高而增加。 图 2 涂料的透气性 涂料的透气性先随温度的升高而降低 , 然后再随 温度的升高而升高 , 这主要 由以下几方面的作用共同作用的结果。第一 , 随温度的升高石英粉由于热膨胀 和相变导致其体积增加。 300 1 100 时 , 石英粉的热膨胀系数为 3 10 -5 。石英粉
20、在 573 发生 - 石英 - 石英相变 , 其线膨胀率为 4. 5 10 -3 。此外 , 石 - 磷石英、 英粉还会发生 - 磷石英、 - 磷石 英以及 - 方石英、 - 方石英之间的相变 , 这些相变都会导致石英粉的 体积膨胀 5 。耐火骨料体积膨胀后 , 骨料排列更紧密 , 骨料间的孔隙减少 , 涂料的透气性下降。第二 , 温度升高空气中气体分子的热运动加剧 , 空气的粘 度增加 , 通过涂料层的孔隙的阻力增大 , 使得涂料的透气性下降。第三 , 在 高温下 , 涂料中的有机物会发生分解 , 产生的气体排出涂料层后 , 涂料的孔 隙增加 , 透气性也随之升高。在中温阶段 （400 70
21、0 ）, 第一、第二两种 因素起作主导作用 , 涂料的透气性表现为随温度升高而下降 ; 在高温阶段 （1 000 ）, 第三种因素起主导作用 , 导致涂料的透气性随温度的升高而升高。 涂料 3 与涂料 4 的差别在于含有的无机粘结剂不同 , 涂料 3 含有 4 % 的膨 润土用作无机粘结剂与悬浮剂 , 而涂料 4 只含有 1. 5 % 的膨润土作悬浮剂 , 无机粘结剂用水玻璃。由于膨润土粉充填于耐火骨料之间 , 骨料间的孔隙通道 截面积减少 , 这样涂料 3 的透气性比涂料 4 低。 涂料 1 与涂料 5 组成上唯一差别在于耐火骨料的粒度分布不同 , 石英粉 1 的粒度分布较分散 , 而石英粉
22、 3 的粒度相对集中。粒度集中的石英粉 3 组成 的涂料 5 的骨料之间的孔隙较大 , 透气性也较高 , 涂料 1 由于石英粉的粒 度分布分散 , 耐火骨料排列致密 , 骨料间孔 隙小 , 其常温至 1 000 的透 气性均低于 1. 0 cm 4 涂料 2 、 3 、 4 的耐火骨料石英 粉 2 的分布也比较分散 , 尽管它们的粘结剂组成不同 , 但透气性与涂料 1 几乎一致 , 这说明耐火骨料的粒度分布是决定涂料透气性高低的关键性因素。 涂料透气性低于 2. 5 cm 4 g min -1 , 生产出的铸件会存在冷隔、 缺肉、气孔等常规铸造缺陷 , 以及铸钢件表面增碳、铸铁件表面皱皮等消失
23、模 特有铸造缺陷。透气性很低的涂料在消失模铸造生产过程中 , 泡沫塑料气化所 产生的大量气体不能及时通过涂料层排出铸型 , 易造成金属液从浇口处反喷 , 这相当危险 ! 透气性高于 6. 0 cm 4 min -1 , 又会造成严重的机 械粘砂 , 合适的涂料透气性范围是 2. 5 6. 0 cm 4 g min -1 6 。 所以只有涂料 5 的透气性能满足消失模铸造生产要求。 2. 4 生产浇注试验 涂料 1 4 的透气性太低 , 无法满足消失模铸造技术要求 , 涂料 5 有优良 的透气性、流变性等 , 因此选用涂料 5 对贝氏体球墨铸铁磨球和衬板进行浇注 试验。 磨球的规格为 40 、
24、60 、 100 三种 , 采用立式串铸工艺。衬板为 1. 83 m 水泥磨机衬板。聚苯乙烯泡沫塑料模样 （EPS） 密度为 0. 019 6 g / cm 3 , 模样上涂挂 1 mm 左右厚的涂料 , 在 （55 5） 温度下烘 2 4 h 。浇 注时真空度为 0. 04 0. 06 MPa , 浇注过程中无反喷以及塌箱。浇出的磨球 和衬板全都成形良好、表面光洁 , 无任何浇不足、冷隔 , 内部致密 , 无缩松、 缩孔等。涂料 5 能很好的浸润泡沫塑料 , 涂挂性良好 , 其强度、透气性等完 全满足干砂消失模铸造生产 , 特别适合球墨铸铁的生产。 3 结论 1） 涂料 5 有优良的性能 ,
25、 适合于球墨铸铁的消失模铸造生产。其配方为 : 石 英粉 100 % , 膨润土 4 % , 白乳胶 2.5 % , 浓度为 5 % 的羧甲基纤维素钠 （CMC）0. 5 % , 以及其它附加物。 2） 耐火骨料的粒度分布是影响涂料透气性的关键性因素 , 粒度分布越集中的 涂料其透气性也越高 , 反之亦然。 3） 涂料的透气性随温度的变化而变化 , 先随温度的升高而下降 , 然后再随温 度的升高而升高。 4） 膨润土含量较高 （4 %） 的涂料 , 其流变曲线平缓 , 工 艺性能好。 7. 最佳答案 涂料成分为镁砂粉3050、珠光粉2040、云母粉1530、硅溶胶39、白乳 胶15、聚丙烯酰胺
26、0.10.8、羧甲基纤维素钠0.10.8、吸附剂16、阻燃剂 0.32 制备时先将吸附剂、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺分别加水配成溶液，再与骨料及其他成分 混合搅拌而成。本发明的涂料能有效吸附泡沫塑料模样热解产生的液态产物，大大减少铸件 的孔隙率，并在铸型镁液界面间形成还原性保护气氛层，使镁合金表面形成保护膜，阻止 氧化进行，防止了浇注时镁合金在铸型内的燃烧，有利于获得表面光洁、无氧化皱皮的镁合 金铸件。 8. 1.浇注时的负压度 浇注时施以负压可以帮助热解产物排出型外，有利于减少皱皮缺陷，但应注意负压度不可过 低，否则容易引起渗透粘砂缺陷。 1.铝矾土 90%，石英粉 10%，酚醛树脂 2%，
27、白乳胶 2%，钙膨润土 3%，洗衣粉 0.1%， 异丙醇0.1%，适量的水 2.硅砂粉与铝矾土比例 2：3，（耐火材料 100%），GM-1 树脂 2%，硅溶胶 3%，锂膨润土 1%，CMC1.5%,平平如0.3%，减水剂0.5%，适量的水 3.铝矾土60%，片状石墨40%，硅溶胶4%，粘结剂4%，膨润土1%氧化铁3%，CMC3%,N 助剂0.5% 以上配方摘自于书本至于比例之和超过100%我也处于迷惑不解中。望共同探讨 9. 铸造用改良消失模水基涂料 本发明目的实现，主要改进是通过在消失模涂料组成中引入有机短纤维，从而使涂料在浇注 受热状态，先于消失模气化，从而在涂料层上留出众多排气气孔，为滞后气化的消失模排气 留出通道，这样在保证涂料原有性能前提下，克服了涂料浇注时透气差造成的缺陷。具体说， 本发明消失模用水基涂料，包括有耐火骨料、粘结剂和悬浮剂，其特征在于所述涂料中还有 0.11.0%WT（按耐火骨料计）的有机短纤维。 本发明在涂料中加入有机短纤维，因其气化温度低，可以先于消失模气化，从而在涂料层上 留下大量贯通蜂孔，有利于消失模气化后气体排出，而又不会造成涂料本身孔隙大带来粘砂。 有机短纤维加入量低于0.
