离心铸造灰铸铁管涂料的研制研究

离心铸造灰铸铁管涂料的研制研究

庞铭李１靳玉春１侯华１赵宇宏１任巨良２毕文刚２　　　　（１．中北大学材料科学与工程学院；２．山西高平市泫氏铸业有限公司）　　　　摘要：研究了涂料的组成———耐火粉骨料、粘结剂、悬浮剂对离心铸造涂料的发气量、悬浮性等的影响，确定了涂料的合适配方。试验结果表明，在涂料发气量≤７．５ｍＬ／ｇ时，离心铸铁管不会出现针孔、气孔、凹陷等缺陷。　　　　关键词：离心铸造；涂料发气量；悬浮性　　　　中图分类号：ＴＧ２４９．４文献标志码：Ａ文章编号：１００１－２２４９（２０１２）０２－０１５８－０３　　　　离心铸造工艺中，涂料是该工艺的关键因素之一。涂料的质量不仅直接影响铸型的寿命、铸管的质量，而且还影响生产率。然而，因涂料发气量过大而引起铸管的气孔、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［１］。因此，有必要对离心铸造灰铁管涂料进行深入研究。　　　　１涂料作用及性能要求　　　　１．１涂料的作用　　　　离心铸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［２～４］。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［４］。　　　　１．２涂料的要求　　　　金属型离心铸造涂料要求：①涂料应具有较高的耐火度，使涂料不被高温金属液熔化；②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；③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；④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试验条件及测试方法　　　　２．１试验条件　　　　（１）耐火粉骨料由于耐火粉骨料是涂料的主要部分，应根据离心铸管涂料的要求来选择。试验中选择硅藻土作为耐火粉骨料。表１为选择的耐火粉骨料（硅藻土为吉林某化工厂生产）的性能。

　　表1耐火骨料性能

　　（２）粘结剂配制涂料的粘结剂有有机粘结剂，如：树脂等；无机粘结剂，如：水玻璃、磷酸铝、聚合氯化铝等。在离心铸管涂料中使用无机粘结剂。与有机粘结剂相比，无机粘结剂具有较高的热稳定性和较低的发气性。表２中为选用的无机粘结剂的性能。

　　表2无机粘结剂性能

　　（３）悬浮剂为了保证涂料的均匀性，在涂料中需加入一定量的悬浮剂。离心铸管涂料中一般选用钠基膨润土作为悬浮剂。悬浮剂的性能见表３。

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表3悬浮剂性能

　　（４）载液常用的载液有水和醇两大类。以水为载液具有无毒、安全、价廉的优点。更重要的是涂料的流变性能易于调节，是涂料最常用的载液。本涂料以水为载液［５］。　　　　２．２涂料及原材料性能的测试方法　　　　２．２．１烧失量　　　　烧失量又称灼减量，是指粉料在烧成过程中所排出的结晶水、碳酸盐分解出的ＣＯ２、硫酸盐分解出的ＳＯ２，以及有机杂质燃烧后被排出后的损失。根据离心铸造的条件，粉料烧失量是在１０００℃时保温使粉料的质量不再减少为止。　　　　２．２．２膨润值　　　　称取２ｇ粉料，缓慢的加入在盛有１００ｍＬ水的量筒中，使粉料充分吸水下沉。下层沉淀部分的读值即为所测膨润值。　　　　２．２．３发气量　　　　用ＧＥＴ－Ⅲ智能发气性测试仪测量。测定方法：①对于原材料，直接称取１．００００ｇ粉料在１０００℃下，测量发气量；②涂料试样的测试，将制备好的涂料用搅拌的方法将其调制成质量浓度为１．１０～１．１５ｇ·ｃｍ－３的均匀溶液。用有气喷涂的方法，将调制好的涂料喷在１８０℃（一般铸型温度为１６０～２４０℃）的模板上，涂层厚度为０．１～０．３ｍｍ［５］，停留时间为６０～９０ｓ（在离心铸管中，涂料一般在铸型上停留时间为６０～９０ｓ）。将涂层从模板上研磨下来，称量１．００００ｇ试样，在１０００℃下测量涂料的发气量；同时还应考虑钢舟本身的发气量。　　　　２．２．４悬浮性　　　　采用静置法，测１００ｍＬ量筒中涂料静置２４ｈ后其离析物（水）体积与整个浆涂容积的百分比［６］。　　　　２．２．５粘度　　　　用ＱＮＤ－４涂４粘度计（Ｔ４），将Ｔ４粘度计置于搅拌好的涂料中，待Ｔ４完全浸没在溶液中，慢慢提至液面。然后迅速提起，同时用秒表计时。直至液体离开粘度计时停止计时，记录秒表上的读数即可。

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　３试验结果及分析　　　　３．１涂料的制备工艺　　　　将称取好的耐火粉骨料和悬浮剂放入卧式混砂机中，干混３０ｍｉｎ，将溶解好粘结剂的水溶液缓慢加入混砂机中，碾压３ｈ制成膏状，再碾压１ｈ取出涂料备用。工艺见图１。

　　图1涂料制备工艺流程图

　　３．２试验结果　　　…大量试验选取３组较佳的涂料配方，进行现场试验。采用灰铸铁１５０号铁水，在多功位机进行浇注试验，将涂料采用无气喷涂的方式喷涂在模型上。　　　　涂料配比见表４（以硅藻土的含量为１００％，其他成分的含量为其与硅藻土质量的比值）。涂料的性能见表５。

　　表4硅藻土涂料配比

　　３．３工厂试验结果　　　　三种涂料使用后的铸管及打磨后的铸管见图２。从图１ａ、图１ｂ中可以看出涂料Ⅰ能大部分均匀附着在铸管的表面上，涂料的残留量稍大；铸管的光洁度较差，不能满足要求。而涂料Ⅱ能大部分均匀附着在铸管的表面上，涂料的残留量非常少，无烧结现象，表面光洁度要比Ⅰ组好，能满足工厂生产要求。涂料Ⅲ残留量大，烧结现象较为严重，拔管时非常困难，易出现气孔，长度大约为４０ｃｍ。

　　图2采用3种涂料的铸管效果

　　４试验讨论　　　　４．１涂料发气量的影响因素　　　　涂料的原材料本身就含有结晶水和有机物，在高温时释放出气体，从而影响涂料的发气量［７］。①耐火粉骨料对涂料发气量的影响，耐火粉骨料的发气性物质主要是吸附水和结晶水，另外，耐火粉中可能含有少量有机物；②粘结剂及悬浮剂对发气量的影响，虽然在涂料中占有量很少，但其发气量都很大，因此，粘结剂和悬浮剂的用量对涂料的发气量有一定的影响。

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　４．２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［８］。　　　　（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。　　　　４．３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［８］。　　　　　　　（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。　　　　参考文献　　　　［１］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．　　　　［２］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．　　　　［３］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．　　　　［４］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．　　　　［５］靳玉春，许小忠，党惊知．高合金钢用铝矾土砂型涂料［Ｊ］．太原机械学院学报，１９９３（１）：６７－７０．　　　　［６］沈嘉猷，杨正山．造型材料测试技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８７．　　　　［７］张鑫．离心铸造合金钢管涂料研制［Ｊ］．铸造，２００４，５３（７）：５３８－５４１．　　　　［８］赵占西，周洪，邢西哲．影响铸造涂料工艺性能的因素分析［Ｊ］．河海大学常州分校学报，２０００（３）：７－１２．

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