铸造用涂料是多种材料组成的混合物,包括5种基本组分:
耐火填料
耐火填料是涂层的主体部分,它的物理和化学性质在很大程度上决定了涂料的使用效果,且对涂层的耐火度和热化学稳定性有决定性的影响。选择耐火填料时应该考虑到耐火填料的如下性质:微粒的尺寸和形状、密度、耐火度、热膨胀系数、与铸造金属的化学反应特性、在浇注温度下与型砂的化学反应性、热传导率、原材料的易得程度及价格、气体含量、对人体健康有无危害、对环境的污染程度等。常用耐火填料有石墨粉、石英粉、铝矾土、镁砂、铬铁矿、镁橄榄、锆英粉。
(1)石墨粉石墨粉是铸铁件最常用的酎火填料,铸铜、铸铝也常用它,但一般不适用于铸钢。石墨是一种碳素材料,对金属激冷能力高,不被金属或金属氧化物浸湿、不与金属液发生化学反应,来源丰富,价格低廉。天然石墨有两种形态:无定形石墨(黑色土状,耐火度低,易燃烧)和结晶鳞片状石墨(银灰色,有光泽,耐火度可超过2000℃)。还有焦炭粉,具有耐高温,防止裂纹产生的作用,在浇注时,易形成CO还原性气体,保护金属液不被氧化。
(2)锆英粉锆英粉是铸钢件常用的耐火填料。它外观为白色或淡黄色细颗粒,主要成分是2r02和Si02,其热膨胀系数小,导热系数和蓄热系数大,化学稳定性好,并且与熔融金属不浸润,抗渗透能力强,尤其是其抗粘砂性。
(3)石英粉石英粉主要应用在铸钢涂料中。它是白色透明粉状物,主要成分为Si0:,其来源广泛,成本低廉,有一定的耐火度,但石英粉热膨胀系数大,导热系数低,尤其是石英粉在573 0C时相变膨胀产生突然膨胀,容易导致涂层开裂、剥落。
(4)铝矾土铝矾土主要应用在铸钢和铸铁件中。它的主要矿物组成是刚玉和莫来石,其耐火度很高,一般大于1800℃。铝矾土在浇注温度下不和金属氧化物生成低熔点物质,同时钢液及其氧化物对铝矾土的浸润性比较诋,因此用于涂料起到良好的抗粘砂作用。
(5)镁砂镁砂适用于高锰钢铸件和石灰石砂型。它主要成分为氧化镁,热膨胀率比石英小,没有集中的相变膨胀,而且抗碱性熔渣能力强,不易与金属氧化物相润湿,是一种优质的抗粘砂材料,因此它便能很有效的起到防粘砂的目的。
(6)铬铁矿是钢铁冶金用矿物原料,是一种储量丰富的矿产资源。其主要矿物组成是Fe0.Cr:0。,其余杂质有Al:O。、Fe:0。、Si0。、Mg0、Ca0等。化学性质呈中性一碱性,密度3.8~4.1(g.cm书),熔点2180 0C,耐火度>1900 0C,铬铁矿粉热膨胀系数低,在浇注中不会于熔融钢中的其他元素作用,能抗金属渗透,激冷性能还优于锆英粉,价格也较低,还有很好地抗碱性渣的作用,不与氧化铁等发生化学反应,而且在熔融金属浇注的过程中铬铁矿砂本身发生固相烧结,有利于防止熔融金属的渗透,应用于大型铸钢件或合金钢铸件。
(7)镁橄榄石属岛状构造的硅酸盐,是橄榄石族矿物的一种。其主要矿物组成是2Mg0.Si0。,在成分中常含Fe,微量Na、K、Al等混入物。化学性质呈碱性,密度3.2~3.4(g.cm。3),熔点1910℃,耐火度1690~1710℃.镁橄榄石粉不含游离的Si0。,故无硅尘危害,且不与铁和锰的氧化物反应,故具有较强的抗金属氧化物侵蚀的能力,是一种较好的碱性耐火材料,一般应用于浇注高锰钢铸件和石灰石砂型使用。
液体载体
液体载体的作用是使填料悬浮起来,使涂料成为浆状,以便涂敷,水和有机溶剂是两种最常用的载体。
水是最便宜、最常用的载体,选择涂料载体时首先要考虑选择水,除了便宜外,水基涂料还有如下优点:(1)容易使耐火填料悬浮,只要加入少量悬浮剂即可获得满意的悬浮性,而悬浮剂大多为发气量高的物质,因此水基涂料的最终发气量小;(2)可使涂料较易获得良好的触变性,因而涂料涂刷性、深入深度、流平性都较好,涂料层的质量比较高,铸件表面质量容易得到保证;(3)安全可靠、无毒无味。水基涂料通常都需要烘干,它在粘土干砂型、烘干硬化水玻璃型、金属型、热模法离心铸管等铸型上使用比较方便。当采用各种自硬砂时,就需要应用以有机溶剂为载体的快干涂料以便省去烘干工序。在采用粘土湿型砂时,为了提高铸件质量,扩大湿型的应用范围,也需要采用不烘干的快干涂料。采用有机溶剂为载体时,一定要注意安全和劳动保护。快干型涂料主要选择乙醇为液体载体。乙醇是用得多的快干涂料载体,它无毒、无臭味、易挥发、可燃烧,是快干涂料中最经济、最安全的载液。使用酒精配制涂料时要注意它的含水量,含水量大于1%使涂料点火燃烧难,燃烧不安全。这样导致溶剂残留在涂层与型、芯表层中,浇铸时铸件可能发生孔或呛火缺陷。目前市场上出现了以甲醇为液体载体的铸铁快干型涂料,主要是一些小涂料企业生产的3400元/t左右的浅色或黑色快干型涂料,甲醇挥发或燃烧危害工人健康,污染环境,应当引起铸造厂领导和采购者的重视.
悬浮剂
悬浮剂用来防止耐火填料的沉淀及载体对型、芯砂的过分渗透,还可以使涂料具有所要求的流变学性能。涂料中使用的耐火填料一般密度都比载体液体(水或乙醇)的密度大得多,故涂料中必须使用悬浮剂才能使耐火填料悬浮在载液中并保持均匀她弥散状态。悬浮剂的选择要根据液体载体种类和耐火填料的不同而不同。对醇基涂料来说,在一定时间内使粉料粒子在溶剂中保持悬浮状是必须首先解决的问题,由于钙基、钠基膨润土不能在有机溶剂中制成溶胶,因而不能用于铸造快干涂料作悬浮剂;有机膨润土价格昂贵,而且用量大时,会使涂料的发气量增加,从而影响铸件质量。而以锂基膨润土作悬浮剂的铸造涂料,涂层光洁、铸件质量高,既可用于醇基涂料,也可用于水基涂料。
粘结剂
粘结剂的作用是将耐火填料颗粒粘结在一起,使涂层具有一定强度,并使耐火填料颗粒粘结在型腔表面上,防止涂层从型腔表面脱落或开裂。上述悬浮剂也具有一定的粘结能力,但通常悬浮剂加入量不允许过高,因此涂料层强度不够,还需要再加粘结剂。粘结剂加入量和耐火填料细度有关,颗粒越细,表面积增加,则粘结剂加入量要增加。粘结剂加入量要适当,太少了则附着强度不够。太多了使涂层易于开裂或脱落。有机溶剂太多了会使发气量增加。当作涂料用的粘结剂品种繁多,可分为无机的粘结剂和有机的粘结剂两大类。前者可称为高温粘结剂,后者可称为低温粘结剂。每种粘结剂中又可分为亲水型和憎水性两种。亲水型粘结剂可溶于水,用作水基涂料的粘结剂,憎水性粘结剂一般用作醇基涂料粘结剂。某些憎水性粘结剂也可用于水基涂料,但需要经过乳化处理或使固体成粉状,均匀地悬浮在涂料中。
酚醛树脂为粘结剂,该树脂是用苯酚和甲醛按一定摩尔比,在一定催化条件下和一定温度下缩聚而成。醇基涂料中使用酚醛树脂作粘结剂可使涂层获得较高强度。若与聚乙烯醇缩乙醛热塑性高聚物配合作用,可使酚醛树脂的粘结力提高。这种树脂作为快干醇基涂料的粘结剂时所遇到的问题是当酒精载液燃烧完毕后涂层表面粘度增加,它将阻隔酒精蒸气的挥发,使溶剂残留。在浇注时,有可能使铸件产生气孔缺陷。为了消除这种缺陷,涂料中的树脂加入量不可过多,并采用偶联剂,以提高树脂的粘结强度。
其他附加物
涂料中除了耐火填料、液体载体、悬浮剂和粘结剂等4个基本组元外,有时为了改变某些性能需要加入一些特殊附加物。如表面活性剂、增稠剂、消泡剂、防腐剂、防潮剂、着色剂、芳香剂等。加入了少量的PVB,即聚乙烯醇缩丁醛,作为增稠剂用。它与酚醛树脂配合可使涂层粘结强度高,并可使涂料具有较高的触变性。
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