——铬铁渣 , 经破碎研磨成粉状 ( 料度 200 目 ) 。
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α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 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) 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。
研制出的涂料 , 配方为 : 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。
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 ] 。