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消失模涂料的作用與技術要求- 劉子利

   

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金屬置換時,熱分解產生的大量氣體要通過干砂間空隙方能排出鑄型外。然而,液態金屬在負壓的作用下很容易滲入干砂間的空隙而形成機械粘砂。為了避免產生機械粘砂,消失模模樣表面必須涂掛一層耐火涂料。在鑄型澆注過程中,這一層耐火涂料是介于金屬液和型砂之間,對消失模模樣的氣化、金屬液充填和鑄件的形成等起著十分重要的作用。

(1)防止鑄件產生機械粘砂和熱化學粘砂。

機械粘砂的實質是金屬液對砂粒間細孔的充填滲入。在普通砂型鑄造中,金屬液在鑄型某點上的滲入壓力即為金屬液的壓強。當滲入壓入超過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,金屬液才能滲入砂?障吨行纬蓹C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造,所以鑄件表面有較嚴重的針刺和粘砂現象。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,從而防止鑄件產生針刺和機械粘砂。

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。當澆入高溫金屬液后極容易被金屬液所熔融,形成節瘤等缺陷,產生熱化學粘砂。因此,在金屬液和型料之間隔離一層耐火度高的涂層,有助于防止熱化學粘砂。

(2)提高泡沫塑料模型的剛度,防止埋型時變形。

這是耐火涂料層在消失模鑄造中的獨特的作用。泡沫塑料模在埋型操作時,不可避免地要受到一定大小的沖擊力作用,因而模型可能產生壓縮變形和彎曲變形,進而影響到鑄件的最終尺寸精度。模型表面涂上一層耐火涂料,干燥后會形成一層緊緊包覆在外表的具有一定強度的硬殼層,使其強度比未掛涂料前有成倍地提高,同時模型的剛度也相應增強,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生的氣體不能及時排出,可能產生澆注不完全、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壓的作用下及時排出鑄型。

2 消失模鑄造對涂料的技術要求

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。泡沫塑料種類不同以及鑄件材質不同,對涂料性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)、對水的親和力小、氣化后的發氣量大,這些特點決定了涂覆在它表面的耐火涂料應具備如下技術要求:

(1)涂層具有一定的透氣性

從防止鑄件粘砂的角度來說,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涂層,通過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,可以采取如下技術措施:

a:將不同種類和粒度的耐火骨料進行合理搭配。耐火骨料的種類和粒度對涂料的透氣性影響很大。一般來說,單獨使用某一種骨料時涂料的透氣性很差,而將不同的耐火骨料搭配起來使用時透氣性較好。如將鋁礬土與適量石英粉復合可獲得良好的透氣性。同時,骨料的顆粒形狀對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)及纖維結構(石棉、蛭石)的填料形成無序結構,構成松散的多孔結構,透氣性較高。將不同種類的骨料進行合理搭配可在一定范圍內調節涂料的透氣性。

b:選用有機粘結劑。有機粘結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會在涂料表面沉積一些碳,阻塞排氣通道,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,不易被水基涂料潤濕、滲透,因此,涂料中需加入少量表面活性劑并選擇適當的粘結劑。所選用的粘結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,很難獲得質量優良的鑄件。

(3)高溫強度好

耐火涂層的耐火度要高,熱膨脹系數要低,否則澆注過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,使制品產生粘砂和夾渣等缺陷。

(4)干燥速度快

涂料在低溫(一般要低于60)下的干燥速度要快,不龜裂,并能形成堅固的耐火涂層。如果干燥速度過慢,不僅影響生產效率,而且由于涂層長期不能干燥、固化,可能會從氣化模表面脫落。

(5)發氣量要小

涂料層一經烘干后,在澆注過程中與高溫金屬液相接觸時,不得有其它的氣體產生。否則涂料層容易崩潰、脫落,所產生的氣體還會影響澆注過程的平穩性。

(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,應嚴格控制涂料的流淌性,對于熱固性樹脂為粘結劑的涂料,可以在其中加入少量觸變劑,以提高涂料的涂掛性。

 

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