消失模鑄造用涂料

1、第三章 消失模鑄造用涂料3.1 表面耐火涂料因?yàn)榕菽芰夏Ｔ煨秃?，四周被型砂所包覆。一方面，由于型砂是近似球型的，型砂與模型表面之間實(shí)際上是點(diǎn)接觸，其界面處存在著許多微小的空隙；另一方面，澆注成型時(shí)高溫金屬液在負(fù)壓的作用下，其穿透能力比普通砂型鑄造要強(qiáng)得多，因此金屬液極容易滲入這些空隙。如果泡沫塑料模型表面不使用耐火涂料，則一般得到的鑄件表面往往存在大量的針狀缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品嚴(yán)重粘砂。所以，消失模鑄造時(shí)不論泡沫塑料模型表面多么光滑，都必須涂掛一層耐火涂料。3.1.1 涂料的作用與技術(shù)要求3.1.1.1 涂料的作用消失模鑄造所用的造型材料一般是普通干石英砂，泡沫塑料模型被液態(tài)金屬置換時(shí)，熱分解產(chǎn)生

2、的大量氣體要通過(guò)干砂間空隙方能排出鑄型外。然而，液態(tài)金屬在負(fù)壓的作用下很容易滲入干砂間的空隙而形成機(jī)械粘砂。為了避免產(chǎn)生機(jī)械粘砂，消失模模樣表面必須涂掛一層耐火涂料。在鑄型澆注過(guò)程中，這一層耐火涂料是介于金屬液和型砂之間，對(duì)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(chǎn)生機(jī)械粘砂和熱化學(xué)粘砂。機(jī)械粘砂的實(shí)質(zhì)是金屬液對(duì)砂粒間細(xì)孔的充填滲入。在普通砂型鑄造中，金屬液在鑄型某點(diǎn)上的滲入壓力即為金屬液的壓強(qiáng)。當(dāng)滲入壓入超過(guò)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(shí)，金屬液才能滲入砂?？障吨行纬蓹C(jī)械粘砂。一般情況下，消失模鑄造中金屬液的滲入壓力要大于砂型鑄

3、造，所以鑄件表面有較嚴(yán)重的針刺和粘砂現(xiàn)象。在泡沫塑料模的外表面涂掛一層一定厚度的致密涂層，可以起到阻止金屬液滲入的作用，從而防止鑄件產(chǎn)生針刺和機(jī)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，由于耐火度均不高，熔融溫度較低。當(dāng)澆入高溫金屬液后極容易被金屬液所熔融，形成節(jié)瘤等缺陷，產(chǎn)生熱化學(xué)粘砂。因此，在金屬液和型料之間隔離一層耐火度高的涂層，有助于防止熱化學(xué)粘砂。(2)提高泡沫塑料模型的剛度，防止埋型時(shí)變形。 這是耐火涂料層在消失模鑄造中的獨(dú)特的作用。泡沫塑料模在埋型操作時(shí)，不可避免地要受到一定大小的沖擊力作用，因而模型可能產(chǎn)生壓縮變形和彎曲變形，進(jìn)而影響到鑄件的最終尺寸精度。模型表面

4、涂上一層耐火涂料，干燥后會(huì)形成一層緊緊包覆在外表的具有一定強(qiáng)度的硬殼層，使其強(qiáng)度比未掛涂料前有成倍地提高，同時(shí)模型的剛度也相應(yīng)增強(qiáng)，因此可以使各種變形量降低到最小。例如，2mm厚的涂層，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) 有助于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(chǎn)生的氣體不能及時(shí)排出，可能產(chǎn)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涂層可以使氣體在負(fù)壓的作用下及時(shí)排出鑄型。3.1.1.2 消失模鑄造對(duì)涂料的技術(shù)要求消失模鑄造用的耐火涂料最終涂覆在泡沫塑料模型的表面。泡沫塑料種類(lèi)不同以及鑄件材質(zhì)不同，對(duì)涂料性

5、能的要求也就不一樣。此外，泡沫塑料不透氣、熱變形溫度低（約700C左右）、對(duì)水的親和力小、氣化后的發(fā)氣量大，這些特點(diǎn)決定了涂覆在它表面的耐火涂料應(yīng)具備如下技術(shù)要求：(1)涂層具有一定的透氣性從防止鑄件粘砂的角度來(lái)說(shuō)，泡沫模型外表必須要涂掛涂料，而且涂層要盡可能致密；但致密的涂層不利于氣化模氣化后生成的氣體往外逸散。因此，要求涂料具有一定的透氣性，使模型氣化生成的氣體容易通過(guò)涂層，通過(guò)型料之間的間隙由真空泵抽走。為了使涂層獲得良好的透氣性，可以采取如下技術(shù)措施：a：將不同種類(lèi)和粒度的耐火骨料進(jìn)行合理搭配。耐火骨料的種類(lèi)和粒度對(duì)涂料的透氣性影響很大。一般來(lái)說(shuō)，單獨(dú)使用某一種骨料時(shí)涂料的透氣性很差，

6、而將不同的耐火骨料搭配起來(lái)使用時(shí)透氣性較好。如將鋁礬土與適量石英粉復(fù)合可獲得良好的透氣性。同時(shí)，骨料的顆粒形狀對(duì)涂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、云母）形成隱蔽的微孔。胞格狀組織（珍珠巖）及纖維結(jié)構(gòu)（石棉、蛭石）的填料形成無(wú)序結(jié)構(gòu)，構(gòu)成松散的多孔結(jié)構(gòu)，透氣性較高。將不同種類(lèi)的骨料進(jìn)行合理搭配可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)涂料的透氣性。b：選用有機(jī)粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑在高溫下分解可形成一些空洞，從而增加了涂料的高溫透氣性。而高溫粘結(jié)劑如硅溶膠、水玻璃等所配成的涂料透氣性較差。C：加入適量的氧化劑。泡沫塑料模在高溫下不完全分解時(shí)會(huì)在涂料表面沉積一些碳，阻塞排氣通

7、道，從而降低了涂料的高溫透氣性。加入一些氧化劑可以加速泡沫塑料模的分解，從而防止碳的沉積，增加涂料的透氣性。(2)具有良好的潤(rùn)濕性和粘附性聚苯乙烯泡沫塑料為非極性材料，表面張力低，不易被水基涂料潤(rùn)濕、滲透，因此，涂料中需加入少量表面活性劑并選擇適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑。所選用的粘結(jié)劑要求與泡沫塑料模的粘附性好，這樣涂掛后能在模型外表獲得一定厚度的耐火涂層。如涂料的粘附性差，則可造成涂層厚度不夠或不均，甚至涂層不連續(xù)，很難獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的鑄件。(3)高溫強(qiáng)度好耐火涂層的耐火度要高，熱膨脹系數(shù)要低，否則澆注過(guò)程中由于金屬液的沖刷作用，很容易將粘附不牢的涂層沖刷而卷入鑄件，使制品產(chǎn)生粘砂和夾渣等缺陷。(4)干燥速

8、度快涂料在低溫（一般要低于60）下的干燥速度要快，不龜裂，并能形成堅(jiān)固的耐火涂層。如果干燥速度過(guò)慢，不僅影響生產(chǎn)效率，而且由于涂層長(zhǎng)期不能干燥、固化，可能會(huì)從氣化模表面脫落。(5)發(fā)氣量要小涂料層一經(jīng)烘干后，在澆注過(guò)程中與高溫金屬液相接觸時(shí)，不得有其它的氣體產(chǎn)生。否則涂料層容易崩潰、脫落，所產(chǎn)生的氣體還會(huì)影響澆注過(guò)程的平穩(wěn)性。(6)良好的涂掛性消失模涂料的涂層比較厚，要求涂料有較高的屈服值和塑性變形能力，應(yīng)嚴(yán)格控制涂料的流淌性，對(duì)于熱固性樹(shù)脂為粘結(jié)劑的涂料，可以在其中加入少量觸變劑，以提高涂料的涂掛性。3.1.2 涂料的種類(lèi)與組成3.1.2.1 涂料的種類(lèi)消失模鑄造用涂料的種類(lèi)根據(jù)所用粘結(jié)劑的

9、性質(zhì)通常分為水基涂料、醇基涂料、樹(shù)脂涂料等三種。水基涂料是指其粘結(jié)劑以水為溶劑，常用的粘結(jié)劑多種多樣，如聚乙烯醇、CMC、水玻璃等。水基涂料一般厚度較大（0.52mm），其強(qiáng)度也較醇基高，但是水基涂料的透氣性一般較差，一般在水基涂料中需要加入少量的發(fā)泡劑。涂層烘干后，發(fā)泡劑在涂層中會(huì)產(chǎn)生大量的毛細(xì)孔，氣化模分解產(chǎn)生的氣體就是由這些毛細(xì)孔排出。醇基涂料與樹(shù)脂涂料的干燥速度較快，又稱(chēng)之為快干型涂料。快干型涂料中通常不需要加入發(fā)泡劑，涂層的透氣性主要依靠涂料中的粘結(jié)劑或溶劑的揮發(fā)而產(chǎn)生?？旄尚屯繉颖人繉颖。云渫笟庑砸草^好。水基涂料與快干型涂料各有特色，其特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表3-1。表3-1水基涂料與

10、快干型涂料的比較涂層厚度干燥工藝涂層強(qiáng)度涂掛性潰散性透氣性水基涂料12mm600C 左右烘干高一般差較好快干涂料0.51mm晾干較差好好較好水基涂料中含有大量的毛細(xì)孔而對(duì)高溫液態(tài)金屬產(chǎn)生毛細(xì)吸力作用，使涂層清理時(shí)潰散性差，容易產(chǎn)生鑄件粘砂現(xiàn)象。但對(duì)于水基涂料可以增加厚度而使涂層強(qiáng)度升高；醇基涂料防粘砂、針刺功能好，但其強(qiáng)度低。這里需要注意的是，長(zhǎng)期以來(lái)在鑄造生產(chǎn)中通常有兩種不正確的認(rèn)識(shí)，一是過(guò)分強(qiáng)調(diào)涂料的透氣性好壞，認(rèn)為水基涂料的透氣性差；二是認(rèn)為醇基涂料雖然方便快捷但成本高昂，事實(shí)并非如此。大量的實(shí)踐表明，鑄型中的氣體能否迅速排除是涂層透氣性、涂層厚度、真空度、型砂粒度等因素共同作用的結(jié)果。

11、水基涂料與快干涂料相比，在相同厚度的條件下其透氣性相差無(wú)幾，更本不可能對(duì)消失模鑄造工藝產(chǎn)生顯著的影響。其次，雖然醇基涂料中原材料成本高，但其涂層比較薄，涂料用量少而且不必專(zhuān)門(mén)烘干、鑄件清理方便，所以其綜合成本反而比水基涂料要低。對(duì)于厚大鑄件、重要零件或某些關(guān)鍵部位，將這兩種涂料結(jié)合起來(lái)使用效果很好，即內(nèi)層用醇基涂料（0.5mm）而外層使用水基涂料。有時(shí)可以將這兩種涂料交替使用，涂覆多層，鑄件的防粘砂效果也十分理想。3.1.2.2 涂料的主要組成涂料的基本成分是耐火材料、粘結(jié)劑和溶劑。有時(shí)為了改進(jìn)涂料的某些性能，也可以加入一些特殊添加劑。比如，為了提高其透氣性，可以加入少量的發(fā)泡劑。(1)耐火材

12、料 涂料的性能主要決定于耐火材料，而其它成分僅起粘結(jié)、分散、懸浮和助溶劑等輔助作用。一般選用耐火度高、燒結(jié)點(diǎn)適當(dāng)、熱膨脹系數(shù)小、不被金屬及其氧化物潤(rùn)濕、來(lái)源廣和價(jià)格低的耐火材料。耐火材料的品種很多，消失模鑄造通常選用以下四種耐火材料。a.鋯英粉 主要成分是ZrO2、SiO2，即正硅酸鋯。它的耐火度高，是目前用于消失模鑄造最好的一種抗粘砂材料。澆注鑄鋼件和大型鑄鐵件時(shí)多采用這種耐火材料，可以減少鑄件的清理工作量，獲得表面光潔的鑄件。b.石英粉 主要成分是SiO2。由于石英粉在不同的溫度條件下具有不同晶型轉(zhuǎn)變，使其發(fā)生體積改變，從而降低了它的使用價(jià)值。一般用來(lái)澆柱中小鑄鐵和鑄鋁、鑄銅件等有色金屬。

13、由于消失模鑄造目前主要用于中小件，所以石英粉應(yīng)用比較普遍。c.氧化鋁 氧化鋁即剛玉粉，主要成分是Al2O3。它也是一種性能優(yōu)良的耐火材料，可用來(lái)澆注鑄鋼件和大型鑄鐵件。d.石墨粉 石墨粉是鑄鐵生產(chǎn)中廣泛作用的耐火材料之一，具有很高的耐火度，但易氧化。它的熱膨脹系數(shù)很低，一般在5010-7以?xún)?nèi)。另外，在南京航空航天大學(xué)的大量實(shí)踐中有時(shí)也采用碳化硅粉體作為鑄造高溫合金用耐火涂料的骨料，其抗高溫性能和防粘砂性能均十分理想。不同鑄件材質(zhì)，所用的耐火填料種類(lèi)不同。如鑄鋼常用砂料、棕剛玉粉、熱鋁礬土粉、石英粉；鑄鐵常用石英粉、鱗片石墨、土狀石墨、滑石粉；鑄鋁常用滑石粉、土狀石墨等。耐火材料的粒度太粗，涂料

14、的懸浮穩(wěn)定性差，鑄件表面粗糙度大，但涂層透氣性高；粒度太細(xì)，澆注時(shí)涂層容易產(chǎn)生裂紋，涂層透氣性低。不同粒級(jí)的耐火骨料適當(dāng)配合，可提高涂料的密度，減少涂層的收縮而提高抗龜裂性能。耐火材料的顆粒配級(jí)，要根據(jù)涂料的透氣性和涂掛性等性能來(lái)綜合考慮，一般在120200目范圍內(nèi)調(diào)整。(1)不同耐火填料制成的涂料的常溫與高溫透氣性的比較。選用同一粒度(150目)的鋯英砂、棕剛玉、鋁礬土以及石英砂，分別按同一配方配制涂料，測(cè)試涂層的常溫與高溫透氣率。結(jié)果表明，無(wú)論是常溫或高溫透氣率，鋁礬土涂料的透氣性最高，其次是石英砂和棕剛玉，鋯英砂涂料的透氣率最低。造成不同耐火填料的涂層透氣率不同的原因主要有填料粒度、表面

15、狀況、涂料干燥與收縮特性等。(2)不同耐火填料粒度的對(duì)比。將棕剛玉粉篩分出五種不同粒度：100目、150目、200目、250目以及250目，配制出五種粒度不同的涂料以比較粒度對(duì)涂料透氣性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，耐火填料的粒度對(duì)涂層的常溫與高溫透氣率的影響比較顯著。耐火骨料的粒度越粗，透氣率越高。因此，在保證涂料具有一定的懸浮性、涂掛性以及保證鑄件光潔度的情況下，盡量采用粒度較粗的耐火填料配制涂料。因此，在配方設(shè)計(jì)上，除保證涂料具有較好的懸浮性、涂掛性、干燥強(qiáng)度以及耐火度外，盡可能提高其常溫與高溫透氣率。表3-2 常用耐火骨料的某些性能耐火材料熔點(diǎn)()氧化氣氛中的使用溫度()密度(g/cm3)熱膨

16、脹系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)(W/m.K)氧化鋁201519808010-7(201580)2.39石英粉172816802.323010-6(30011000C)1.59鋯英粉247018704.65510-7(2012000C)2.1表3-3 消失模鑄造用石墨的性能類(lèi)別牌號(hào)固定炭（%）灰分（%）揮發(fā)分（%）水分（%）粒度（%）鱗片石黑鱗片石墨土狀石墨土狀石黑ZZL84-1ZZL78-1ZZT84-1ZZT79-28478847914.520.513.519.02.22.73.43.50.50.52.02.090%通過(guò)100目篩90%通過(guò)100目篩90%通過(guò)200目篩90%通過(guò)200目篩注：表中的鱗片石墨

17、即鑄造車(chē)間常稱(chēng)的白銅粉，土狀石墨為黑銅粉。(2)粘結(jié)劑和溶劑作為懸浮穩(wěn)定劑使用的膨潤(rùn)土和有機(jī)高分子化合物等都能起到粘結(jié)劑作用，但因其加入的量受到限制，要達(dá)到涂層需要的強(qiáng)度還需另加粘結(jié)劑。常用的粘結(jié)劑大致分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑如膨潤(rùn)土、水玻璃、硅溶膠、磷酸鹽、硫酸鹽等。有機(jī)粘結(jié)劑如糖漿、紙漿殘液、水溶或醇溶樹(shù)脂、聚醋酸乙烯乳液(乳白膠)等。消失模鑄造用涂料中可同時(shí)加入有機(jī)、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。不損害泡沫塑料模型是消失模鑄造用粘結(jié)劑和溶劑的基本要求。對(duì)于丙酮等強(qiáng)極性溶劑對(duì)聚苯乙烯有強(qiáng)烈的溶解作用，不能輕易選用?？梢宰鳛榫郾揭蚁┡菽芰嫌玫恼辰Y(jié)劑主要有紙漿廢液、糖漿、羧甲基纖維素（CMC）、聚乙烯

18、醇、聚乙烯醇縮丁醛、水玻璃等。(3) 懸浮穩(wěn)定劑懸浮穩(wěn)定劑是使涂料具有懸浮穩(wěn)定性和適當(dāng)流變性能的材料。 水基涂料的懸浮穩(wěn)定劑這類(lèi)穩(wěn)定劑主要有鈉基膨潤(rùn)土或活化膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土與某些有機(jī)高分子化合物一起使用，效果會(huì)更好。常用的高分子化合物有羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙烯醇、糖漿、木質(zhì)素磺酸鈣等，最常用的是羧甲基纖維素鈉(CMC)。 醇基涂料的懸浮穩(wěn)定劑此類(lèi)穩(wěn)定劑常用的有聚乙稀醇縮丁醛(PVB)、有機(jī)改性膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土和鋰基膨潤(rùn)土等。(4) 分散介質(zhì)水基涂料用水作為分散介質(zhì)，一般用自來(lái)水即可。水的硬度(即水中碳酸鹽含量)對(duì)涂料性能有影響，一般可不予考慮。如果水的硬度大到對(duì)涂料性能產(chǎn)生影響時(shí)必需更

19、換。醇基涂料的分散介質(zhì)，常用普通工業(yè)酒精。(5) 添加劑是指為改善涂料的某種性能而添加的少量物質(zhì)。如防止涂料中有機(jī)物質(zhì)腐壞變質(zhì)而添加少量的防腐劑；為改善涂料的潤(rùn)濕性，消除涂料制備過(guò)程產(chǎn)生的氣泡而添加少量的消泡劑；用以增加涂料的滲入深度而添加少量的滲透劑等。3.1.3 常用涂料配方涂料的配方多種多樣，但基本組成都是一樣的。3.1.3.1 水基涂料a、紙漿廢液涂料基本配方（表3-4）表3-4 紙漿廢液涂料基本配方組分石英粉紙漿廢液膨潤(rùn)土無(wú)水碳酸鈉聚醋酸乙烯乳液水wt（%）10061.551適量紙漿廢液涂料一般用于中小鑄鐵件、鋁合金鑄件。若將其中的耐火材料換成鋯英粉，則可用于鑄鋼件和厚大的鑄鐵件。紙

20、漿廢液涂料使用時(shí)需注意浸掛涂料后需要撒干石英砂，以防止涂料往下滑落，通常涂料的涂掛場(chǎng)地粉塵較大。需要涂掛兩層以上的涂料時(shí)，應(yīng)采取快速干燥措施，否則干燥了的第一層涂料層容易潮解脫落。此外，即使干燥后的涂層在空氣中放置過(guò)久也會(huì)吸潮，耐火層的干強(qiáng)度一般較低。b、CMC涂料基本配方表3-5 CMC涂料基本配方組分石英粉CMC膨潤(rùn)土無(wú)水碳酸鈉聚醋酸乙烯乳液水wt（%）10081.542適量CMC涂料的用途與紙漿液涂料相同，但模型浸掛CMC涂料后不用撒干石英砂，改善了勞動(dòng)條件；進(jìn)行多層涂掛時(shí)，無(wú)需快速干燥設(shè)備，進(jìn)普通烤箱后或自然干燥均不會(huì)使前一層涂料層潮解脫落，干強(qiáng)度較高，適用于噴涂。c.糖漿涂料基本配方

21、表3-6 糖漿涂料基本配方材料石英粉糖漿膨潤(rùn)土無(wú)水碳酸鈉水wt%10045237適量糖漿涂料的用途與紙漿液涂料相同，干強(qiáng)度比C.M.C涂料差一些，但其涂掛性能較好，澆注出來(lái)的鑄件表面比較光滑。3.1.3.2有機(jī)溶劑快干涂料有機(jī)溶劑快干涂料，目前主要以酒精為溶劑，聚乙烯醇縮丁醛為粘結(jié)劑。采用聚乙烯醇縮丁醛配制涂料，操作簡(jiǎn)單，涂料涂掛到泡沫塑料模上后，有結(jié)膜的性質(zhì)，所以澆注的鑄件較光滑。配制時(shí)先將聚乙烯醇縮丁醛充分溶解到酒精溶劑中，不得有塊狀物；再將耐火材料慢慢倒入混合溶劑中，不斷攪拌即可。表3-7 有機(jī)溶劑快干涂料的基本配方(wt%)序號(hào)石墨粉石英粉鎂砂粉鎬粉氧化鋁聚乙烯醇縮丁醛酒精用途1234

22、5675050100適量適量適量適量353535351.531.5331001001001004748.54748.5100合金綱、厚大碳鋼件合金綱、厚大碳鋼件高錳鋼鑄件一般碳鋼、鑄鐵件鑄鐵件厚大、要求高的鑄鐵件小鑄鐵件 若以酒精為溶劑，為了防止酒精揮發(fā)后涂料結(jié)塊，配置好的涂料應(yīng)保存在密閉的容器中，用完后隨時(shí)封閉起來(lái)。模型需要涂掛兩層涂料時(shí)，外層涂料的透氣性要好一些。為此，可在涂料中加入少量發(fā)泡劑如烷基磺酸鈉、仲烷基磺酸鈉或洗滌劑等。涂料干燥后涂層內(nèi)形成許多微孔，大大提高了涂層的透氣性。第一層涂料不宜加入發(fā)泡劑來(lái)提高透氣性，因?yàn)檫@樣容易造成鑄件表面產(chǎn)生針刺之類(lèi)的缺陷。3.1.3 涂料的配制3.

23、1.3.1 水基涂料的配制水基涂料配制過(guò)程大致是先將耐火材料、膨潤(rùn)土、無(wú)水碳酸鈉等干料加入混砂機(jī)，干混10分鐘左右，加入粘結(jié)劑溶液和少許水；濕混2030分鐘左右，將濕料倒入桶里，加入適量水后進(jìn)行攪拌。最后在攪拌過(guò)程中加入各種添加劑。生產(chǎn)實(shí)踐證明，攪拌器的轉(zhuǎn)速和攪拌時(shí)間會(huì)影響涂料的涂掛性能和沉淀情況。攪拌器轉(zhuǎn)速高，攪拌時(shí)間長(zhǎng)，涂料混合越均勻，不易沉淀，涂掛效果也很好。從工藝角度考慮，要求攪拌器的轉(zhuǎn)速1380r/ min，攪拌時(shí)間1h。對(duì)于球磨機(jī)配制涂料，由于有球磨作用，能使涂料充分混合，達(dá)到膠質(zhì)狀態(tài)，涂掛的效果更好。其配制工藝是將耐火材料、活化膨潤(rùn)土和少許水先配成膏狀涂料（水份占粉料質(zhì)量的253

24、0）一起加入球磨機(jī)，然后再加適量水?dāng)嚢璩赏苛?，球?8小時(shí)，加入粘結(jié)劑和聚醋酸乙烯乳液后再球磨1小時(shí)，將涂料倒入或用壓縮空氣壓入涂料桶充分?jǐn)嚢瑁⒁曂苛系耐笟庑阅芗尤胍恍┨砑觿?。如果采用鈣基膨潤(rùn)土，可加入碳酸鈉(占膨潤(rùn)土量的5)使其轉(zhuǎn)化成鈉基膨潤(rùn)土，稱(chēng)為活化處理。對(duì)于高分子粘結(jié)劑使用前須預(yù)先配制成溶液。如羧甲基纖維素鈉(CMC)預(yù)先配制成140的水溶液；聚乙烯醇縮西醛(PVB)或酚醛樹(shù)脂等預(yù)先配制成一定比例的乙醇溶液。用球磨機(jī)或碾壓機(jī)配制涂料，因耐火材料顆粒能被破碎，可選用較粗的粒度；而用攪拌機(jī)配制涂料則沒(méi)有粉碎作用，因此應(yīng)選用較細(xì)粒度的耐火材料。采用球磨機(jī)或碾壓機(jī)配制水基涂料時(shí)較粗的耐火骨料

25、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(wěn)定性、觸變性及高的強(qiáng)度等特性。3.1.3.2 快干涂料的配制以聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或酚醛樹(shù)脂等作為粘結(jié)劑的快干涂料應(yīng)預(yù)先配制成一定比例的乙醇溶液，然后將耐火骨料以及各種添加劑一并加入并充分?jǐn)嚢琛?.1.4 涂料的性能與檢驗(yàn)方法涂料的性能檢測(cè)與控制是維持生產(chǎn)工藝和鑄件質(zhì)量穩(wěn)定的必要條件。涂料的物理性能如密度、粘度和重量可以在試驗(yàn)室用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行檢查，也可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)用比重計(jì)、流杯粘度計(jì)和沉淀重量法進(jìn)行測(cè)定。涂料的流變性能則采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)加以測(cè)定。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于消失模鑄造的涂料技術(shù)在組成、密度、粘度、強(qiáng)度

26、、透氣性以及差熱、熱失重等物理、化學(xué)性能方面都作了較系統(tǒng)的研究。如利用涂料在模樣上的沉積重量(濕態(tài)和干態(tài)兩種)來(lái)測(cè)試涂料的涂覆性和干態(tài)涂料層的厚度。模樣一定時(shí)，其上粘附的涂料重量應(yīng)當(dāng)在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)，以確保鑄件質(zhì)量。國(guó)外有人把這個(gè)范圍定為1020。涂料層的強(qiáng)度，國(guó)外多采用測(cè)定帶涂料模樣的負(fù)荷變量來(lái)表征。3.1.4.1耐火涂層的透氣性液態(tài)合金充填真空消失模鑄型時(shí)，金屬液與泡沫塑料模之間始終存在一個(gè)氣隙層，氣化后生成的氣體也都存在于此間隙內(nèi)。涂料層的透氣性主要決定了氣隙層內(nèi)氣體的壓力P氣。澆注過(guò)程中，如果涂料層的透氣性低，氣隙層內(nèi)的氣體不能及時(shí)地被排除出去，一方面氣體壓力P氣必然升高，減緩了液態(tài)合

27、金的充型速度，降低其充型能力；另一方面增加了氣化氣體裂解的機(jī)會(huì)以及金屬液與裂解產(chǎn)物的接觸時(shí)間，使金屬液受到“污染”。涂層的透氣性不是越高越好。片面提高涂層的透氣性，盡管液態(tài)合金的充型能力提高了，但卻惡化了鑄件的表面質(zhì)量。涂層透氣性過(guò)大，鑄件表面產(chǎn)生針刺缺陷的概率顯著增加，甚至出現(xiàn)金屬液穿透涂層燒結(jié)型料，產(chǎn)生嚴(yán)重節(jié)瘤的缺陷。因此，涂層的透氣性應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)并結(jié)合工藝參數(shù)的控制加以選擇。批量生產(chǎn)時(shí)，要定時(shí)測(cè)試涂層透氣率，若測(cè)試結(jié)果不合要求，應(yīng)及時(shí)對(duì)涂料配方或配制方法進(jìn)行檢查或調(diào)整、改進(jìn)，以免影響鑄件質(zhì)量給生產(chǎn)造成不應(yīng)有的損失。關(guān)于涂層透氣率的測(cè)試與計(jì)算，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試方法多種多樣。最早

28、用水玻璃CO2砂做標(biāo)準(zhǔn)試樣，直接用型砂透氣性?xún)x測(cè)出帶涂層砂柱的透氣率。也有利用裝有塑料模的測(cè)柵制取涂層試樣，用型砂透氣性?xún)x測(cè)定涂層透氣率。這里主要介紹兩種方法。3.1.4.1.1 精確測(cè)試法（1）涂層試片的制取。在內(nèi)徑16mm的耐熱瓷管的一端嵌入一個(gè)16mm(厚約10mm)的EPS墊塊并使墊塊外平面與管口齊平，隨后在瓷管口的EPS墊塊外平面上放置一個(gè)16mm1.2mm的片并壓推鐵片嵌入管口至鐵片外平面與管口齊平為止，然后取出鐵片，在EPS墊塊平面上抹少許變壓器油，再敷上一層涂料、括平。待其干燥后，通過(guò)預(yù)埋在EPS墊塊里的一根細(xì)銅絲將EPS墊塊從瓷管的另一頭輕輕拉出，使涂層留在瓷管口處。（2）測(cè)

29、試裝置。將帶有涂層試片的瓷管與型砂透氣性測(cè)定儀相連，便可以進(jìn)行常溫透氣率的測(cè)試。若將瓷管伸入到高溫管式電爐中，便可進(jìn)行高溫透氣率測(cè)試。圖3-1為測(cè)試裝置簡(jiǎn)圖。圖3-1測(cè)試裝置簡(jiǎn)圖1管式電爐；216mm瓷管；3橡皮軟塞；4記錄儀；5微機(jī)傳感器；6透氣性測(cè)定儀；7微壓表測(cè)試時(shí)首先將透氣性測(cè)定儀試樣座上的阻流孔部件卸下，并將內(nèi)有型砂試樣的試樣筒放到透氣性測(cè)定儀的試樣座上，使兩者密合。關(guān)閉三通閥，使氣鐘處于漂浮位置。將三通閥旋轉(zhuǎn)至“工作”位置，使氣鐘下沉，此時(shí)鐘內(nèi)的空氣即通過(guò)型砂試樣逐漸逸向大氣，同時(shí)用秒表測(cè)定氣鐘內(nèi)2000cm3空氣通過(guò)型砂試樣的時(shí)間，并從微壓表上讀出型砂試樣前面氣體的壓力數(shù)值。通過(guò)

30、型砂試樣的氣體量與氣體的壓力、型砂試樣的截面積、氣體通過(guò)型砂試樣的時(shí)間成正比，而與型砂試樣的高度成反比，采用如下公式計(jì)算透氣率： （3-1）式中V0為通過(guò)型砂試樣的空氣的體積，H為型砂試樣高度，F(xiàn)為型砂試樣截面積，p為型砂試樣前面的氣體壓力，t為空氣通過(guò)型砂試樣的時(shí)間，Kz為系數(shù)即所求的型砂透氣率，是一個(gè)無(wú)量度單位的數(shù)值。此法比較麻煩和費(fèi)時(shí)，常用于研究開(kāi)發(fā)測(cè)試。快速測(cè)定型砂透氣率的方法，是在透氣性測(cè)定儀試樣座上裝一個(gè)孔徑很小的通氣嘴，這樣就可以在微壓表上計(jì)算出型砂試樣前面氣體的壓力數(shù)值后，由壓力與透氣率的換算表，查出對(duì)應(yīng)的透氣率值Kz，而無(wú)需等氣鐘內(nèi)的空氣全部通過(guò)型砂試樣。3.1.4.1.2

31、一般測(cè)試法采用圓形篩網(wǎng)（50mm），浸入攪拌好的涂料中，掛一定厚度的涂料，置于烘箱中，在5060下烘干2.5小時(shí)，取出冷卻至室溫。裝入特制樣筒（圖3-2），然后在型砂透氣性測(cè)定儀上測(cè)試透氣性。圖3-2 涂層透氣性測(cè)試裝置3.1.4.2 耐火涂層的厚度涂層的厚度影響其透氣性的大小和耐火性能。就耐火特性而眼，希望涂層盡可能厚一點(diǎn)，這是解決鑄件粘砂的一個(gè)十分有效的工藝方法。但是，涂層太厚，除了涂掛作業(yè)麻煩外，涂層的透氣性下降；反之，從透氣性考慮，要求涂層薄一點(diǎn)為好，而涂層太薄，會(huì)導(dǎo)致鑄件表面產(chǎn)生針刺缺陷，甚至?xí)硅T件產(chǎn)生粘砂，影響表面質(zhì)量。表3-8 涂層厚度的確定鑄件重量（kg）涂層厚度(mm)用

32、途5001.52.0大鑄鐵、鑄鋼件3.1.4.3潤(rùn)濕性一般采用測(cè)定潤(rùn)濕角的方法評(píng)價(jià)涂料的潤(rùn)濕性能。測(cè)試時(shí)，涂料中不加耐火骨料，借用影像式燒結(jié)點(diǎn)儀的攝影裝置。具體方法是在水平放置的泡沫塑料試片(20mm15mm4mm)中心部位，滴入0.05ml液滴，然后聚焦、拍攝，由放大照片測(cè)量潤(rùn)濕角，測(cè)量5次，取平均值。3.1.4.4抗磨性抗磨性實(shí)驗(yàn)?zāi)M造型過(guò)程中流砂對(duì)涂層的沖刷、磨損現(xiàn)象。流砂（4070目石英砂）自漏斗經(jīng)盛砂管到擴(kuò)大口徑的球形容器垂直落下，沖刷傾斜的帶有涂層的EPS板，當(dāng)試樣板上沖刷出大約1.52.0mm的白點(diǎn)時(shí)，停止沖刷，取出盛砂盤(pán)，對(duì)型砂稱(chēng)重，最后用砂重W除以涂層厚度h來(lái)表示抗磨性M，即

33、M=W/h，表示單位厚度涂層受沖磨破壞所需的砂量。圖3-3 抗磨性測(cè)試裝置1.漏斗 2.支架 3.盛砂管 4.試樣板 5.盛砂盤(pán)3.1.4.5抗彎強(qiáng)度圖3-4 涂料抗彎強(qiáng)度測(cè)試裝置原理如圖所示。用配制好的涂料制取一定尺寸的涂料試片，烘干溫度為5060，時(shí)間2.5小時(shí)，抗彎強(qiáng)度采用下式計(jì)算： (3-2)式中L為試片支點(diǎn)間距離，b為試片寬度，h為試片厚度，P為載荷。3.1.4.6表面強(qiáng)度用芯砂制取50mm60mm的試樣、烘干。試樣側(cè)面浸涂料，烘干涂層，冷卻至室溫。在涂層表面強(qiáng)度測(cè)試儀上測(cè)量涂層表面強(qiáng)度，荷重100g。3.1.4.7粘度的測(cè)試粘度的測(cè)試采用NDJ-1型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)。該粘度計(jì)共有4種轉(zhuǎn)

34、速，分別為6、12、30、60r/min。使用3號(hào)轉(zhuǎn)子，使涂料的溫度保持在251，涂料的剪切應(yīng)力按下式計(jì)算： (3-3)式中為涂料的剪切應(yīng)力，K為系數(shù)，為粘度計(jì)上指針讀數(shù)（偏轉(zhuǎn)角度），n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子對(duì)涂料的剪切速率D按式計(jì)算。 (3-4)通過(guò)以上兩式可以計(jì)算出涂料在4種轉(zhuǎn)速下的剪切速率D和剪切應(yīng)力，將所得的數(shù)據(jù)在-D坐標(biāo)中，連成曲線(xiàn)，就可得到涂料的流變曲線(xiàn)。涂料靜態(tài)剪切應(yīng)力s的測(cè)定用U形連通管，靜態(tài)剪切應(yīng)力s按下式計(jì)算： (3-5) 圖3-5 U形連通器式中R為U形管的內(nèi)徑，H0為涂料處于平衡態(tài)時(shí)左右兩側(cè)的液面高度差，為涂料的密度，L為涂料在U形管內(nèi)沿中心線(xiàn)的長(zhǎng)度。至于涂料的其他性能，如

35、懸浮性、涂掛性、觸變性等已有較為成熟的測(cè)試方法，可參照傳統(tǒng)方法進(jìn)行測(cè)試。涂料層還有其他一些檢測(cè)和分析方法，如示差熱分析法(DTA)、熱重分析法(TGA)、灼損(IOI)、紅外光譜法(RI)等，對(duì)澆柱前后的涂層進(jìn)行分析，可以了解澆注過(guò)程中涂料層的物化性能及其變化。3.2 涂料的涂掛方法及烘烤規(guī)范氣化模掛涂料是消失模鑄造整個(gè)生產(chǎn)中的一個(gè)中心環(huán)節(jié)。由于涂料一般具有很高的附著強(qiáng)度，這層涂料在澆注后一般不會(huì)卷入鑄件內(nèi)部，而是完整地附著在鑄件的外表面。3.2.1 涂料的涂掛方法消失模鑄造的涂料要涂掛在消失模模樣的表面上，而傳統(tǒng)的砂型鑄造的涂料則是涂刷在制好的鑄型表面上，兩者的涂掛方法差別很大，而且其技術(shù)要

36、求也不盡相同。消失模涂料的涂掛有多種方法如刷、浸、淋、噴或浸淋相結(jié)合。一般而言，消失模鑄件的表面粗糙度和尺寸精度取決于消失模模樣本身的質(zhì)量，而涂層的厚度并不影響鑄件尺寸。表面粗糙的涂料層不但不影響鑄件的表面粗糙度，反而對(duì)改善透氣性有利。刷涂刷涂方法靠手工通過(guò)刷子來(lái)完成。這種方法對(duì)涂料的某些性能要求不如噴涂或浸涂嚴(yán)格，但對(duì)操作者的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)要求比較高。刷涂時(shí)，涂料的厚度均勻性雖不如噴涂或浸涂，但效果還令人滿(mǎn)意。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的消失模模樣，最好選擇刷涂。因?yàn)閲娡繒r(shí)，一些“死角”部位常常噴涂不到；而浸涂又常常難于排出某些凹槽中的堆積涂料。刷涂的主要缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，因此只適用于修復(fù)

37、性補(bǔ)刷操作或體積較大而又無(wú)法浸涂或噴涂完成的單件生產(chǎn)。噴涂噴涂方法是用噴槍將涂料噴涂在消失模模樣上。噴涂的效率比刷涂高，勞動(dòng)強(qiáng)度也低得多。由于耐火涂料的比重大，粘度高，要進(jìn)行噴涂必須使涂料成為霧狀噴射出去；此外，涂料噴涂的對(duì)象為極易被損壞的泡沫塑料模，要求涂料噴落在泡沫塑料模型上的沖擊力要盡可能小。噴涂法存在如下問(wèn)題：對(duì)涂料的技術(shù)要求高，涂料濃度過(guò)大時(shí)，常常無(wú)法噴射或噴涂不均勻；濃度過(guò)小，又易于淌流或粘掛不上。此外，涂料中夾雜的大的顆粒、異物容易堵死噴嘴，中斷生產(chǎn)；消失模模樣不易夾持，在噴涂過(guò)程中常常引起消失模模樣變形或損壞；浪費(fèi)涂料：噴槍噴出的霧狀涂料有相當(dāng)部分并不能落到消失模模樣上，不但浪

38、費(fèi)涂料而且污染環(huán)境；質(zhì)量不易控制：有些死角不能?chē)娚涞?，而且第二次噴涂時(shí)容易將第一層涂料層破壞。3.2.1.3 浸涂法浸涂法具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省涂料、涂層均勻以及對(duì)涂料的要求不高、操作簡(jiǎn)便、不需要特殊設(shè)備等特點(diǎn)。由于泡沫塑料模樣的密度小(與涂料密度相差數(shù)十倍)且本身強(qiáng)度又不高，因此應(yīng)注意防止涂料密度過(guò)大導(dǎo)致消失模模樣難以浸入而變形損壞。涂層厚度應(yīng)根據(jù)鑄件材質(zhì)種類(lèi)、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小來(lái)決定，一般在0.53mm范圍內(nèi)。涂層太薄，對(duì)消失模模樣的增強(qiáng)作用?。煌繉舆^(guò)厚，則會(huì)影響透氣性、容易開(kāi)裂剝落并延長(zhǎng)涂層烘干時(shí)間。要獲得合格鑄件，涂層厚度應(yīng)盡可能降低，即采用薄層涂料。但是，所采用的薄層涂料要求既有高的透

39、氣性，又有良好的抗機(jī)械粘砂的能力。浸涂涂掛的涂層厚度，可通過(guò)涂料濃度、浸涂次數(shù)和控制浸涂操作來(lái)控制。一般采用兩次浸涂作業(yè)：第一遍，浸涂濃度較小的稀薄涂料，以便獲得均勻的薄涂層，改善兩遍作業(yè)的涂掛性能；第二遍，浸涂要通過(guò)調(diào)整涂料濃度來(lái)獲得均勻的涂料厚度。如果涂料的濃度不改變而又要求控制涂層厚度時(shí)，則只能靠浸涂后抖動(dòng)消失模模樣次數(shù)來(lái)調(diào)整。熟練的涂料工要做到這個(gè)要求一般是不困難的。浸涂操作的注意事項(xiàng)：(1) 進(jìn)行浸涂操作前，必須對(duì)涂料進(jìn)行合理的攪拌，最好在浸涂過(guò)程中一直處于緩慢攪拌之中，防止卷入空氣；(2) 浸涂時(shí)應(yīng)選擇好消失模模樣浸入涂料的方向、部位，防止模樣變形；(3) 涂層要均勻，涂層上不得有

40、露白現(xiàn)象出現(xiàn)；(4) 浸涂后的消失模模樣，從容器中取出、運(yùn)送、放置時(shí)均應(yīng)防止變形。(5) 消失模模樣經(jīng)浸涂后，應(yīng)及時(shí)抖動(dòng)，以使涂層均勻并使多余的涂料去除。以紙漿液涂料為例，浸涂法的操作過(guò)程是：(a)將模型浸入涂料中（或刷涂、淋涂）一定時(shí)間后取出；(b)待涂料不再往下流淌時(shí)，將石英砂（3050目、經(jīng)600800高溫烘烤）均勻地撒在已浸漬了涂料的模型上；(c)掛好涂料的模型平穩(wěn)地放置在加工平直的型板上，以防止變形；(d)進(jìn)行自然干燥或送烤箱烘干。干燥過(guò)的模型可以擱置待用，但埋型前還需再次烘烤，使涂料干燥程度達(dá)到要求為止（一般干透的涂料，難以從模型上剝離，敲擊時(shí)聲音清脆）。如需掛二次涂料時(shí)，要注意如

41、下事項(xiàng)：(a)為了便于涂掛，所用的涂料可以配制得較稀（即比重?。┮稽c(diǎn)；(b)可以加入適量的發(fā)泡劑，以提高第二層涂料層的透氣性；(c)浸涂取出后，要采取措施快速干燥以除去水分；(d)掛第二層涂料的模型，一定要涼透后再進(jìn)行，帶熱操作，涂層極不均勻。第二層涂料可以不撒干石英砂。為克服浸涂法浮力引起消失模模樣的變形，可采用合適的卡具將消失模模樣固定后再浸入涂料容器。大批量生產(chǎn)時(shí)，可采用專(zhuān)門(mén)的機(jī)械化浸涂裝置，消失模模樣先用卡具固定，然后將涂料從底部壓入，淹沒(méi)消失模模樣后再撤走，涂料便自動(dòng)下落，完成浸涂工序。浸涂方法適宜于小型鑄件生產(chǎn)，較大尺寸的消失模模樣只要涂料桶容積允許，也可采用分段多次浸涂的辦法。3

42、.2.2涂料涂掛方法選擇單件小批量生產(chǎn)的中大型模樣，采用刷涂法。對(duì)批量較大和形狀較復(fù)雜的小型模樣，選用浸涂法和淋涂法；對(duì)于薄的、易變形或易損壞的模型不能浸入，所以必須采用噴涂的方法。實(shí)際生產(chǎn)中幾種方法可結(jié)合使用。涂料必須均勻地覆蓋模型而沒(méi)有缺涂、淌流或夾雜氣泡。中小件、結(jié)構(gòu)緊湊的，可用浸涂法，即把整個(gè)模型浸于涂料中，然后再取出。浸涂法方便易行，得到的涂層比較均勻。對(duì)于大件，特別是較薄的大平面、長(zhǎng)條形或框架結(jié)構(gòu)的模型，不能用浸涂法掛涂料，因?yàn)槿菀资鼓Ｐ彤a(chǎn)生變形，甚至斷裂。可以用刷涂或淋涂的方法。刷涂或淋涂，操作上比較麻煩，涂層也不均勻。對(duì)于這些結(jié)構(gòu)的模型，最好的涂掛方法是采用噴涂。3.2.3 干燥方法的選擇水基涂料必須進(jìn)行干燥，以消除涂層中的水分。由于消失模模樣的軟化溫度