膨潤土對醇基鑄造涂料工藝性能的影響

徐 磊, 張 權(quán), 李 瑩, 張湘渝, 王皖紅, 龔 關(guān)

(湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心,湖北 武漢 430034)

在鑄造生產(chǎn)過程中,鑄型和金屬液在高溫下的相互作用會導(dǎo)致鑄件表面產(chǎn)生粘砂、砂眼、氣孔等缺陷,采用鑄造涂料是避免產(chǎn)生此類缺陷,改善鑄件表面質(zhì)量的重要措施。鑄造涂料的組成包括耐火粉料、載液、懸浮劑、粘結(jié)劑和助劑等,根據(jù)載液的不同可分為水基鑄造涂料和有機(jī)溶劑鑄造涂料兩大類,其中有機(jī)溶劑鑄造涂料使用最多的是醇基鑄造涂料,因具有點(diǎn)火快干、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)在鑄造企業(yè)得到了更廣泛的應(yīng)用[1]。

涂覆于砂型、砂芯表面的鑄造涂料涂層在經(jīng)受金屬液的機(jī)械和熱沖擊之前基本屬于一種膠態(tài)狀的物理分散體系,這種分散體系應(yīng)具有優(yōu)良的的懸浮性、涂覆性、流平性、滲透性和抗流淌性才能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求,除了選擇合適的耐火粉料外,懸浮劑的選擇是關(guān)鍵的因素之一。懸浮劑種類很多,膨潤土由于具有良好的性能和相對低廉的成本,目前仍是醇基鑄造涂料使用最廣泛的懸浮劑。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

膨潤土、鋁礬土、白剛玉、鋯英粉,均為工業(yè)級原料。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

SHN-5輪碾機(jī),邯鄲市自動化儀表廠;涂-6杯粘度計(jì),上海上天精密儀器有限公司;SF-SFL-2發(fā)氣性測定儀,北京同德創(chuàng)業(yè)儀器公司;SUM涂料耐磨試驗(yàn)儀,濟(jì)南瑞普儀器有限公司;SX4-12-12實(shí)驗(yàn)電爐,武漢亞華電爐有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 膨潤土物化性能測試

膨潤土的物化性能測試按照《非金屬礦石物化性能和成分分析方法手冊》所述的方法操作[2]。

1.3.2 醇基鑄造涂料的配制

醇基鑄造涂料的配制包括以下幾道工序:原材料的稱重、混煉、攪拌、分散。

1.3.3 醇基鑄造涂料性能檢測

醇基鑄造涂料性能檢測按照J(rèn)BT 9226—2008《砂型鑄造用涂料》規(guī)定的試驗(yàn)方法操作[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 膨潤土基本物化性能

膨潤土基本物化性能見表1、表2。

表1 膨潤土化學(xué)成分(%)Table 1 Chemical constituents of bentonite

2.2 膨潤土對醇基鑄造涂料懸浮性的影響

醇基鑄造涂料的填料通常采用鋯英粉、鋁礬土、白剛玉等耐火材料,這些材料由于密度較大,在涂料靜止存放過程中容易下沉,需要在涂料體系中加入懸浮劑才能使耐火填料在載液中保持均勻時(shí)的分散狀態(tài)。試驗(yàn)中采用膨潤土作為懸浮劑,涂料配方中其它組分保持不變,只改變膨潤土的加入量。涂料性能檢測過程中保持條件粘度不變,測定放置2 h涂料懸浮率。膨潤土的加入量與醇基鑄造涂料懸浮性的關(guān)系見表3。

表2 膨潤土物理性能Table 2 Physical properties of bentonite

表3 膨潤土的加入量與醇基鑄造涂料懸浮性的關(guān)系Table 3 The relationship between the added amount of bentonite and the suspensibility of alcohol-based foundry coating

從表3的結(jié)果可以看出,在保持涂料條件粘度不變的情況下,隨著膨潤土加入量的增加,涂料懸浮性得到提高。

2.3 膨潤土對醇基鑄造涂料發(fā)氣量的影響

醇基鑄造涂料組分里含有的揮發(fā)物和可分解物質(zhì)在高溫下均會析出,通過測定涂料的發(fā)氣量可測算出其揮發(fā)物和可分解物質(zhì)的含量,高的發(fā)氣量會導(dǎo)致澆注的鑄件產(chǎn)生氣孔、結(jié)疤和桔皮等缺陷。

發(fā)氣量是指單位質(zhì)量的涂料在高溫下產(chǎn)生的氣體體積,以mL/g表示。實(shí)驗(yàn)采用SFL型記錄式發(fā)氣量測定儀檢測涂料的發(fā)氣量,膨潤土加入量與涂料發(fā)氣量的關(guān)系見表4。

表4 膨潤土的加入量與醇基鑄造涂料發(fā)氣量的關(guān)系Table 4 The relationship between the added amount of bentonite and gas evolution of alcohol-based foundry coating

從表4的結(jié)果可以看出,隨著膨潤土加入量的增加,涂料發(fā)氣量逐漸增大。

2.4 膨潤土對醇基鑄造涂料耐磨性的影響

表5 膨潤土的加入量與醇基鑄造涂料耐磨性的關(guān)系Table 5 The relationship between the added amount of bentonite andwear resistance of alcohol-based foundry coating

從表5的結(jié)果看,鑄造涂料涂層耐磨性與膨潤土的加入量關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。

2.5 膨潤土對醇基鑄造涂料高溫抗裂性的影響

涂料的高溫抗裂性是指涂料層抵抗高溫急熱產(chǎn)生裂紋和剝離的能力。實(shí)驗(yàn)采用硅鉬棒高溫電爐,將涂料涂上并經(jīng)烘干的砂模試樣置入加熱到1 200 ℃的高溫爐中急熱保溫2～3 min,然后打開爐門,快速觀察高溫下是否產(chǎn)生裂紋或裂紋的大小、數(shù)量等。高溫抗裂性采用四級評價(jià),四級特征如下:Ⅰ級,表面光滑無裂紋或只有極細(xì)的裂紋,涂料與基體之間無剝離現(xiàn)象;Ⅱ級,表面有樹枝狀或網(wǎng)狀裂紋,裂紋寬度<0.5 mm,涂料與基體之間無剝離現(xiàn)象;Ⅲ級,表面有樹枝狀或網(wǎng)狀裂紋,裂紋寬度<1 mm,裂紋較深,沿橫向(即水平圓周方向),或縱向無貫通粗裂紋,涂料與基體之間無明顯剝離;Ⅳ級,表面有樹枝狀或網(wǎng)狀裂紋,寬度>1 mm,橫向或縱向有貫通裂紋,涂料與基體間有剝離現(xiàn)象。膨潤土的加入量對醇基鑄造涂料高溫抗裂性的影響見表6。

表6 膨潤土的加入量與醇基鑄造涂料高溫抗裂性的關(guān)系Table 6 The relationship between the added amount of bentonite and high temperature crackability of alcohol-based foundry coating

從表6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著膨潤土用量的增加,醇基鑄造涂料的高溫曝?zé)崃鸭y等級逐漸升高。這是由于膨潤土主要礦物成分為蒙脫石,蒙脫石在高溫情況下失去層間水產(chǎn)生收縮,當(dāng)膨潤土加入量越大,高溫收縮也就越大。當(dāng)涂層因收縮產(chǎn)生的應(yīng)力超出一定范圍就會擴(kuò)展為裂紋。因此,膨潤土加入量過多,將降低醇基鑄造涂料高溫抗裂性能。

2.6 醇基鑄造涂料標(biāo)準(zhǔn)要求

《砂型鑄造用涂料》(JBT 9226—2008)對醇基鑄造涂料的性能要求見表7。

表7 有機(jī)溶劑漿狀涂料性能指標(biāo)Table 7 Performance index of organic solvent slurry coatings

從表7可以看出,標(biāo)準(zhǔn)對有機(jī)溶劑漿狀涂料的主要性能指標(biāo)要求是放置2 h涂料懸浮率≥95%,發(fā)氣量<20 mL/g,涂層耐磨性<0.5 g(64r),高溫曝?zé)崃鸭y等級要求Ⅰ級-Ⅱ級。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,膨潤土加入量為4%～6%可以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

(1) 膨潤土對醇基鑄造涂料的性能影響明顯,隨著膨潤土用量的增加,能顯著改善鑄造涂料的懸浮性,同時(shí)會增加涂料的發(fā)氣量,當(dāng)膨潤土加入量過多,將降低鑄造涂料的高溫抗裂性能。

(2) 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,膨潤土合適的加入量為4%～6%,制出的涂料可以滿足《砂型鑄造用涂料》(JBT 9226—2008)對醇基鑄造涂料的性能指標(biāo)要求。