当粘结离心铸造剂含量过大时

　　0945561139摘要：离心涂料的作用包括以下几方面: 降低金属型所受的热冲击, 提高其使用寿命; 调节 系统热阻、控制冷却速度, 以保证铸件的组织和性能达到要求; 形成合适的铸件表面。铸铁 管、缸套、轧辊、高合金钢管等管、套类零件均可采用离心铸造工艺生产, 每种产品对涂料 都有自己特殊的要求。 关键字：离心铸造涂料、水基、发展 离心铸造是一种先进的铸造工艺， 在金属型离心铸造铸管生产中，涂料是个关键技术。 涂料的质量直接影响铸型的寿命、铸管的质量及生产率。涂料的作用包括以下几方面: 降低 金属型所受的热冲击, 提高其使用寿命; 调节系统热阻、控制冷却速度, 以保证铸件的组织 和性能达到要求; 形成合适的铸件表面。铸铁管、缸套、轧辊、高合金钢管等管、离心铸造套类零件 均可采用离心铸造工艺生产, 每种产品对涂料都有自己特殊的要求。 因为不同的管套类零件对涂料的要求不同，因此对不同零件铸造涂料的研究方向也不尽 相同。 一、铸铁管类零件的涂料研究 首先就是铸铁管类零件的涂料研究，因涂料发气量过大易引起铸管的气孔、针孔等缺陷； 或涂料粘度问题而造成涂挂不上或涂挂不均匀，这样既影响铸型寿命，又会造成铸管表面凹 凸不平甚至渗漏等缺陷。因此，有必要对离心铸造灰铁管涂料进行深入研究。 涂料作用及性能要求1.1、涂料的作用 离心铸铁管的生产工艺要求涂层在浇注时能承受住高温铁水的冲刷而不脱落，在铸管冷 却凝固后，涂层又能粘附在型壁上并随铸管一起从铸型中被拉出，且冷却后的涂层易于清除。 还要求涂料具有保温作用，使铸管不产生白口。另外，涂料应具有蓄气和排气能力，使铸管 不出现气孔、针孔、凹陷等缺陷。 1.2、涂料的要求 金属型离心铸造涂料要求：涂料应具有较高的耐火度，使涂料不被高温金属液熔化； 涂料应具有较高的内聚强度和附着强度，以防止在浇注时涂料被冲刷下来；同时还应具有 在铸管凝固后容易从铸型中拔出来的性能；涂料应具有较小的发气量，以防止铸管产生气 孔、针孔等缺陷；涂料应具有适当的粘度、足够的流动性和悬浮性，以保证涂料的各种性 能的稳定和均匀。 2、涂料悬浮性的影响因素 涂料悬浮性的好坏直接关系到涂料在喷涂时的雾化，因此，悬浮性也是金属型涂料的主 要性能之一。（1）耐火骨料对涂料悬浮性的影响 表现在耐火粉骨料颗粒度的大小；颗粒度 越大，悬浮性越差；在保证耐火粉骨料原来结构的前提下，耐火骨料的粒度越细涂料的悬浮 性越好。（2）悬浮剂对悬浮性的影响 膨润土用来防止耐火骨料的沉淀；随着膨润土含量的 增加，涂料的悬浮性能也越来越好，同时也能增加涂料的强度。但是膨润土的发气量很大。 在试验中，膨润土的加入量为２％～５％时，既能满足离心铸造涂料悬浮性能的要求，也能 减少发气量。 影响涂料强度的因素（1）粘结剂的影响 磷酸铝作为粘结剂时，高温变形量较小；此外磷酸铝粘结剂在 1500~1850时还具有良好的粘结强度，故涂料中加入磷酸铝可有效地提高涂料的高温强度， 但是，所用磷酸铝的量不宜过大，从第3 组涂料中就可以看出，当粘结剂含量过大时，磷酸 铝在高温下的烧结现象较为严重；聚合氯化铝也是涂料常用的粘结剂，试验后发现其悬浮性 差、强度低，不能满足离心铸管生产要求。 （2）悬浮剂的影响 悬浮剂同样对涂层附着强度、内聚强度影响较大。钠基膨润土涂 料附着强度、内聚强度能够满足离心铸造涂料应用的要求。 施涂方式对涂料高温强度的影响理论上分析，施涂方式对附着强度影响不大。 因为涂层与铸型的附着强度受粘结剂、悬浮剂及涂料与铸型的润湿性有关，属于化学粘结强 度。施涂方式对涂层的内聚强度影响较大。常用的施涂方式有 种：有气喷涂；无气喷涂；流涂。3 种施涂方式中流涂涂层的内聚强度，离心铸造无气喷涂次之，有气喷涂。 4、铸铁管涂料研究结论 （1）耐火骨料、粘结剂、悬浮剂的种类及加入量对离心铸造灰铁管涂料发气量起到决 定性的作用。 （2）涂料的高温强度受粘结剂、悬浮剂等种类及加入量的影响。 （3）涂料发气量７．５ｍＬ／ｇ时，离心铸管不会出现针孔、气孔、凹陷等缺陷。 二、缸套类零件涂料的研究 缸套因其形状为圆柱形管状零件，故也多用离心铸造发进行生产。涂料对离心铸造缸 套质量起到至关重要的作用, 研究涂料对缸套在离心铸造过程中的影响是很有必要的。在缸 套离心铸造工艺过程中, 涂料可为金属型提供绝热保护层, 防止和减缓合金液对铸型的直接 冲蚀和热击, 减少型壁的内应力, 延长金属型的使用寿命。同时, 更重要的是通过控制涂料 的热物理性能, 防止毛坯铸件产生料硬等缺陷,便于切削加工。 涂料质量及评定采用离心铸造生产缸套时, 涂料质量的优劣, 直接影响缸套毛坯质量和废品率, 因此要 求涂料有足够的耐热性, 不被合金液熔化、烧损, 即要求有较高的耐火度, 有较好的化学稳 定性和适当的导热性, 涂料要能够牢固地粘附在金属铸型表面, 防止合金液将涂料冲刷下来, 应有足够的附着强度和高温强度, 且容易从铸件表面清除;要有适当的粘度, 足够的流动性 和悬浮性, 以便喷涂, 形成均匀的涂层; 发气性要小, 以防止铸件产生气孔等缺陷。 涂料质量主要包括涂料的组成、配制工艺方法、涂敷性能等。涂料常由以下五种基本组 分构成：耐火材料，粘结剂，载体，悬浮剂，附加物。涂料质量不仅与组成有关, 还与配制 工艺方法密切相关, 因此涂料的制是需要重视的工艺过程。要获得良好悬浮稳定的涂料, 制工艺就应保证悬浮剂、粘结剂与载体充分分散, 在此基础上悬浮剂和粉料发生强烈吸附 作用, 形成絮状凝聚物小而坚实, 具有良好的触变性能和涂挂性。在缸套涂料性能的评定中, 生产中主要考虑的是涂料的悬浮性、密度、烘干抗裂性和高温抗裂性作为评定指标, 而其它 一些指标如:发气性、导热系数、粘度、离心铸造清理性等检测较困难, 一般不作为评定指标。 上涂料方法的影响目前国内缸套行业使用的涂料主要有干涂料和湿涂料两种, 由于使用干涂料对环境存 在较严重的污染, 对人体有害, 需要有防尘系统, 大多数家均采用湿涂料, 上涂料的方法 主要有倾倒法、灌涂法、自动喷涂法。 2.1、倾倒法 这种方法就是用定量涂料盒将涂料均匀地撒入预热至适当温度、旋转着的铸型中, mm的铁皮做成, 呈半圆形管状, 管的长度应稍短于铸件毛坯长度, 容积相当 于铸型中涂层厚度所需的湿涂料或干涂料的用量, 每一种铸型都配有专用涂料盒定量。当涂 料盒中灌满涂料后, 水平地插入铸型前端盖的中心孔, 然后翻转 180, 将涂料倒净后取出, 利用铸型热量干燥涂料。 2.2、灌涂法 就是用专用的涂料勺, 装上涂料, 从铸型中心向型内灌入( 涂料。2.3、自动喷涂法 用压缩空气或其它动力将涂料压送至喷嘴以雾状形式喷涂在预热至 200～300 转铸型工作表面上,利用铸型热量干燥涂料层。 人工上涂料时一般认为倾倒法比较好一点，该方法易定量, 一般不需要补加涂料,涂层 厚度易控制。 3、涂层厚度的影响 由于涂料的导热性低, 其厚度对铸件的冷却速度有较大的影响。涂层厚度的确定应综 合考虑涂料的性质、铸型的壁厚、预热温度及冷却速度等情况而定。若涂料过薄, 尤其是近 铸件外圆表面的冷却速度过快, 各部分冷却不均匀, 易出现料硬。若涂料过厚, 不但铸件冷 却速度减慢, 而且铁液注入时湿涂料易剥落、干涂料易冲散, 造成缸套外圆表面铸造缺陷。 通常情况下, 农机、汽车等小品种缸套使用湿涂料涂层厚度为 种缸套涂层厚度为1.5～3 mm。涂层过薄缸套外圆表面及两端冷却速度会过快, 出现料硬、 白口等缺陷, 涂层过厚铁液浇入时会冲散涂料造成铸件缺陷。此外, 在实际生产时, 浇注每 只缸套涂层厚度差应控制在0.5mm 以内, 以保证铸件有稳定的冷却速度。 4、铸型温度的影响 铸型温度要适宜, 金属铸型温度过低, 热量不够, 涂料中水分蒸发慢, 甚至发生流淌、堆 集现象, 与型壁粘附不牢固, 涂料不均匀、干不透, 还影响正常操作。金属铸型温度过高, 汽挥发过分强烈,使涂料中粉料弹起失散, 即涂料在铸型中会产生飞溅现象, 很难形成均匀 的涂层, 涂层与型壁附着力弱, 宜被铁液冲掉。 涂料对缸套质量的影响, 主要体现在缸套局部料硬、白口和外圆表面铸造缺陷上。涂 料质量控制不仅要从涂料的组成、配比、涂敷性能方面入手, 而且要选择适当的上涂料方法, 适宜的铸型温度, 针对不同的品种选择合理的涂层厚度保证铸件有稳定的冷却速度。 轧辊、高合金钢管类零件的离心铸造涂料与铸钢类，缸套类零件涂料的研究大同小异。 三、几种铸造用涂料 1、硅溶胶涂料 硅溶胶具有很好的耐温性, 因其主要化学成分为SiO2, 故一般可耐1500 一1600 右的高温,因此选硅溶胶作为涂料的高温粘结剂。硅溶胶涂料成分配比:石英粉 150，硅溶胶 10，纸浆 碾制8~12h后放置有搅拌机的桶内用。每次使用前, 须开动电动机于搅拌15 mi 后使用。涂料高温强度高。1200 高温时的抗弯强度可达 4MPa 以上, 1500时还保留相 应的强度。 硅溶胶的粘度较小, 涂料的粉液比可大大提高, 从而使涂料表面强度提高, 硬度提高, 以获得优质光洁的铸件表面。 硅溶胶涂料稳定性好, 而且可采用自然干燥的方式获得强度。它是非易燃易爆品，用它 配制的涂料对环境无污染, 对人身安全。 硅溶胶涂料充分满足了离心铸造缸套的性能, 尤其在间隔一定时间后的二次浇注的性 充分发挥了金属型涂料的特点。由于涂料具有良好的附着力、高温强度和抗裂性,减少 了铸件的缺陷, 提高了铸件表面质量, 且延长了铸型的使用寿命。 硅藻土涂料硅藻土涂料主要用来保护离心铸造的管模，，硅藻土涂料具有以下优点：铸管外表面 光洁度较好、尺寸精度较高，而树脂砂布砂时易形成树脂砂波浪线，造成管子外表面出现相 应的波浪线，影响铸管尺寸精度，同时由于砂粒直径比较大、粘砂也会增加铸管外表面粗糙 度；生产成本较低，生产同规格的铸管，涂料成本为树脂砂成本的1/5，对于大规模生产， 效益尤其显著；生产效率高，工人劳动强度小。 硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，主要含硅藻质的二氧化硅。硅藻土为多孔状结构， 通常呈浅黄色或浅灰色，具有质软、能隔热、吸附性强、熔点高、热稳定性好的特点。硅藻 土通常含有有机物及3.0％～3.5％的结晶水，在使用之前必须经过高温焙烧 去掉有机物和结晶水。硅藻土的多孔性对铸管的外观质量起着重要的作用。在高温铁水的作 用下，从涂料原料中释放、来不及从未凝固铁水中析出的气体可以储存在多孔质的涂料内， 防止铸管外表面形成气坑、针孔等缺陷。 硅藻土涂料的配制：将活化好的膨润土浆与一定量的水加入涂料罐中用搅拌器搅拌 30min，稀释膨润土泥浆，再将一定量的硅藻土加入其中，搅拌30min 后再调整涂料至合适 的粘度要求后放入压力罐中待用。由于生产不同管径的铸管离心机转速不同，铁水对涂层的 冲刷强度不同，热模法涂料中配比及粘稠程度也随之不同。一般小管径的管模涂料膨润土含 量较高，涂层强度较大，涂料中硅藻土与膨润土的质量比为（8~15）1，大口径管模涂层 强度可以稍差，硅藻土与膨润土质量比为（12~20）1。涂料稀稠程度要以保证喷枪顺利喷 涂为前提，太稠容易堵塞喷枪；太稀增加涂料用量，增加能量消耗、降低生产率。涂料稀稠 程度以T4 杯来衡量，生产不同规格铸管使用不同的喷枪，涂料的流杯粘度也不同，一般在 8~18S 之间，根据实际情况来适当调整。 硅藻土涂料选用长白山硅藻土，其发气量为6mL/g 左右，膨润土发气量在20mL/g 左右， 且膨润土里所含的结晶水析出的温度较高，一般在500~600，其大量高温发气会对铸管质 量影响很大，所以在保证涂层有足够强度的情况下，尽量降低膨润土含量。 铸造用水基涂料一般采用铝钒土与硅藻土作为复合耐火骨料。其具体配比为: 硅藻土 10%; 硅溶胶 8%; CMC0. 1%; 膨润土 5%。铝钒土主要组成为刚玉( A-Al2O3 2Al2O32SiO2 770,高温性能稳定; 同时, 钢水及其氧化物对铝钒土浸 润性比较小, 因此使涂料具有良好的抗粘砂作用。硅藻土成分以SiO2 为主, 其耐火性与绝热 使用前须在800～850下焙烧数小时,去除结晶水。选用硅溶胶为粘结剂。采用CMC 与钠基膨润土作为复合悬浮剂。当 CMC 与钠基膨润土配合使用时,CMC 分子中的羧基与膨 润土颗粒表面的氧离子形成键力, 使涂料中形成很强的立体网状结构, 不仅提高了涂料的悬 还提高了涂料的屈服极限值和触变性。助剂采用微量表面活性剂;消泡剂为正辛醇。 四、未来涂料的发展 1、发展防缺陷涂料 随着铸造涂料技术的不断发展，涂料的功能也在不断地扩展。利用特殊设计的涂料防止 铸件的某些典型缺陷成为铸造涂料的一个重要发展趋势。其实，早的涂料就是防止粘砂这 一铸造缺陷的。碲粉涂料也是一种防止缩松（渗漏）缺陷的一种涂料。近年来发展起来的防 脉纹涂料是其中的较为成熟的一种新型防缺陷涂料，在国内外汽车铸铁件中已获得广泛的应 用。含有氧化铁的防气孔涂料也是一种新型的防缺陷涂料，目前在铸铁件及铸钢件上均有成 功的应用案例。随着各种高档球铁件如风电及汽车铸件的增加，呋喃树脂砂特别是再生砂中 硫的问题越来越突出。呋喃树脂固化剂中的有机磺酸在浇注时会分解出含硫气体，进而被铸 件表面的铁液吸收，导致铸件表面的石墨球变异，离心铸造出现一定深度的片状石墨或蠕虫状石墨层。 目前国内外已开发出多种具有防硫作用的涂料。该涂料一般被设计成烧结隔离型、碱性吸收 型或混合型防硫涂料。铸钢件也容易受硫的影响。目前国内已开发出能够防止铸钢件表面微 裂纹的阻硫涂料，并在铁路铸件上得到应用。 防缺陷涂料是通过影响或控制涂料与金属液的界面反应达到防止某种缺陷的目的，这一 类涂料将有非常好的发展潜力及更加广泛的应用前景。可以预见，能够防止更多铸造缺陷的 涂料品种将会不断涌现。 2、发展水基涂料 水基涂料的环保优势、质量优势及成本优势都很明显，将是未来涂料的一个重要发展趋势。 水基涂料在大型铸铁件如风电铸件及大型铸钢件上具有非常好的发展前景。目前在国内外一 些家已获得非常成功的应用。如某风电铸造采用水基流涂涂料生产大型风电球铁件。涂 料的烘干采用热风炉，而其热风炉的热量来自于铸件浇注后的废热。这是一个非常值得借鉴 或推广的技术。又如某铸钢采用水基涂料生产大型铸钢件。涂料主要靠自干，合箱后采用 热风进一步烘干涂料及铸型内的残余水分。水基快干涂料也将是一个很有前景的发展方向。 3、发展非锆质涂料 由于锆英粉的资源紧张、价格飞涨以及开采锆英砂对环境的严重破坏，非锆质涂料将是一个 明确的发展方向。非锆质涂料的主要研究方向是复合骨料，目前的障碍是缺乏理论上的 指导。主要需考虑以下几个方面的因素： （1）不同金属材质具有不同的酸碱性，这取决于金属中合金元素的种类及含量。离心铸造各种耐火 材料的酸碱性要和金属材质的酸碱性相适应； （2）涂料的烧结性能决定涂料的剥离效果。烧结性能一般可以通过不同材料的复合或加入 烧结助剂来实现。材料的复合及烧结助剂的选择及加入量的确定要考虑材料之间高温的矿相 反应产物及动力学因素，还要考虑低熔点玻璃相的种类、数量及粘度特性； （3）耐火骨料在浇注及冷却过程中的体积及线膨胀特性将会影响涂料的剥离效果。耐火骨 料自身的相变、矿相反应产生的新相以及烧结产生的收缩都应考虑在内。 这些考虑将有赖于涂料抗粘砂及自动剥离理论及试验方法方面的突破，今后应加大这方面的 研究力度。 4、发展高性能、高精度、高效率的新型施涂及控制技术和设 汽车铸造中将向机械化、自动化、机器人浸涂方向发展，逐渐淘汰手工或机械化程度较低的 施涂方式。同时将越来越多地采用自动在线涂料质量控制技术如CPP 全自动涂料工作站等， 使涂料的施涂质量及稳定性达到更高的水平。单件或小批量生产线如各种树脂砂生产线将更 多地采用流涂涂料。流涂可提高施涂效率和涂层质量、消除刷痕。 参考文献： 古兴华，杜隆有，陈生隘．金属型离心铸管专用涂料［Ｊ］．铸造，１９９６（１２）：２２－２５． 李四年，张友寿，陈慧敏，等．大型离心汽缸套铸铁涂料的研制［Ｊ］．湖北工学院学报，１９９５（１０）：１８－２２． 郝远，彭镜鑫，张志怡，等．离心铸管用绝热－耐火涂料的研制［Ｊ］．甘肃工业大学学报，１９９７（４）：１２－１５． 王宁，宝音．离心铸铁管硅藻土水基涂料组分的选择［Ｊ］．特种铸造及有色合金，１９９９（２）：２５－２７ 王建光．杨文，涂料对离心铸造缸套质量的影响，现代铸铁2007/6 北京:机械工业出版社,1987. 金美余，樊明峰，张冰成，吴应国，王金秀，离心铸造硅藻土涂料在热模法离心铸造球铁管中的应用 ，特种铸造及有色合金 ２０１１（３１）/１. 李焕臣,李明, 李毅，离心铸造用水基涂料，Hot Working Technology 2004/5. 华，赵宇宏，任巨良，毕文刚，离心铸造灰铸铁管涂料的研制，特种铸造及有色合金 ２０１２（３２）/２.
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