雙金屬復合鑄件離心鑄造鐵模涂料應用實踐

■ 葛小磊

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鐵模離心鑄造生產雙金屬筒形鑄件，在提升產品性能、降低生產成本、加快生產節奏方面有著較大的優勢，而鐵模涂料在控制金屬液流動、保護金屬型、方便脫模等方面起著至關重要的作用。在生產中，因選擇涂料激冷性不當造成離心雙金屬產品開裂，或涂料噴涂參數搭配不合理造成掛涂料失敗的問題時有發生，增加了生產成本。

1. 鐵模的準備

（1）鐵模的清理 鐵模使用時需清理干凈上次使用時殘留的涂料粉末，以免影響涂料的附著力。建議將鐵模在離心機上低速旋轉，并使用可水平移動的長桿鐵刷進行內部清理，完成后用壓縮空氣進行型腔吹掃，此過程中粉塵會比較嚴重，操作工要注意勞保用品的穿戴。型腔內部需保證一定的表面粗糙度，以保證涂料能夠附著牢固，對于精密的產品，型腔內部可適當加工出溝槽，一種可選擇溝槽結構如圖1所示。另外，應防止加熱時鐵模內表面發生銹蝕，從而影響涂料附著力。我公司曾經發生過產品脫模后，沿長度方向出現重皮，且在重皮底部有裂紋存在，致使產品報廢。事后分析是由于鐵模表面溝槽磨損，該部位涂料附著力降低，導致澆注過程中涂料開裂，鐵液與鐵模直接接觸導致重皮和激冷開裂。

（2）鐵模預熱 噴涂料時鐵模的溫度直接影響涂料層的孔隙度，對涂料性能有著直接的影響，鐵模溫度過高或過低，都會對離心鐵模鑄造產生不良影響。

當鐵模溫度過高時，涂料中的水蒸發量就會增加，從而使涂料的孔隙度變大，涂料的絕熱性增強，但黏附性和耐用性就會變差，此種情況下會發生掛涂后涂料發生大面積剝落，或是在澆注前高速振動過程中，涂料大面積發粉剝落，給生產造成損失。

當鐵模溫度太低時，雖然掛涂后涂料表面沒有異常，但在隨后的鐵模加熱過程中，出爐后會發生涂料表面開裂嚴重，無法使用。部分涂料雖然掛涂后不需要再高溫加熱便可直接使用，但事實證明，在較低溫度下掛鐵模涂料時，離心產品表面更易產生氣孔或夾雜缺陷。這是因為溫度低時，水分未能充分揮發，澆注后受鐵液熱沖擊時水分快速外逸，造成涂料開裂，水分及涂料破片進入鑄件，從而產生鑄造缺陷。

長期經驗得出，模具掛涂料的最佳溫度為180～250℃，薄壁模具選上限。

圖1 金屬模掛涂面溝槽示意

2. 涂料的準備

（1）高鋁粉涂料 適用于產品表面硬度均勻性要求不高的鑄鐵類產品，涂料制作和涂料掛涂要求都相對較低，對現場設備要求也不高，掛涂一般采用滾涂的方式，即掛涂料時先低速旋轉鐵模，將配制好的涂料傾倒進鐵模型腔，再提高轉速，待型腔內水蒸氣消失時即可停機，涂料厚度2.5～3.5mm。

高鋁粉涂料的特點是涂料強度高、表面光滑、抗震能力強、耐沖蝕。缺點是涂料高溫強度高，不利于離心件的高溫脫模。其原材料包括高鋁粉、水、氫氧化鋁、磷酸。其中氫氧化鋁和磷酸用來制作粘結劑，其反應方程式如下：

需要注意的是，起黏結作用的是磷酸二氫鋁，因此要控制氫氧化鋁和磷酸的加入比例，由反應式可看出，制作時需要磷酸過量，才可保證產物是磷酸二氫鋁。實際操作中，磷酸和氫氧化鋁物質的量按3.5:1進行配比，即可起到良好的黏結效果。

（2）石英粉涂料 適用于產品質量要求高，需要快速激冷的大長度鑄鐵類產品，使用鐵液溫度不高于1450℃。一般采取噴涂的方式進行掛涂，需使用壓力噴涂設備。噴涂時鐵模在離心機上低速旋轉，涂料噴嘴做水平往復運動進行掛涂，涂料成霧狀噴向鐵模，噴涂厚度控制在2.0～2.5mm。

石英粉涂料特點為耐高溫、附著力優良、抗震能力強、表面粗糙度差、脫模性好。涂料的原材料為粘土、石英粉、發泡劑及其他添加劑。添加劑主要用來改善涂料的耐磨性，提高抗剝落能力；發泡劑用來提高涂料的透氣性，改善涂料表面粗糙度。 有關資料顯示，粗糙的涂料表面，有利于在金屬液和涂料之間形成一層空氣隔層，降低金屬熱傳導率，有利于金屬液流動，同時也有利于金屬氧化膜的破碎。成品涂料波美度應控制在60～75°Bé，

（3）鋯英粉涂料 適用產品類型與石英粉涂料相同，但可用于澆注溫度更高的鑄鋼、鑄鐵類產品，激冷性能優于石英粉涂料，使用鐵液溫度可達到1550℃。掛涂料方式與石英粉涂料相同，可共用一套噴涂設備，涂料厚度控制在1.5～2.5mm。

涂料的原材料有鈉基膨潤土、硫酸鎂、鋯英粉及添加劑。其中膨潤土和硫酸鎂作為粘結劑，配制時將膨潤土溶液倒入硫酸鎂溶液中充分攪拌，注意二者順序，否則將不能發揮二者的最佳黏結效果。添加劑用來改善涂料的透氣性和耐磨性，成品涂料波美度控制在65～80°Bé。噴涂時需注意噴涂壓力和鐵模轉速的匹配，以得到良好的涂料質量，建議噴涂壓力保證在240kPa，鐵模線速度為6～8m/s。

3. 噴涂后處理

（1）高鋁粉涂料 此種涂料掛涂完后，雖然有一定表面強度，但不能直接用來進行生產，必須進行高溫焙燒才能使用，粘結劑中的磷酸二氫鋁在焙燒過程中發生物理變化，生成偏磷酸鋁，發生聚合反應，才能達到最終使用性能。反應式如下：

雖然以上反應產物在更高溫度仍會發生類似的聚變反應，但生產中加熱到400～500℃保溫6h以上時，即可滿足離心鑄造生產的需求。需要注意的是，在高鋁粉涂料使用中，在粘結劑制作時及粘結劑加入骨料后，都要留有充足的反應時間，才能達到理想的效果。當涂料發生輕微開裂時，可使用水基鉛粉涂料進行刷補，利用余熱干燥即可使用。

（2）石英粉/鋯英粉涂料 涂料掛完后一般不需要進行高溫焙燒即可使用，可大大加快生產節奏。涂料使用前，局部凸點可用軟木進行修平，防止鐵液沖刷時凸點剝落，造成夾渣；同時澆注前進行高速試轉，停機進行清理后才可使用。以上清理操作非常必要，因為鋯英粉涂料和石英粉涂料顆粒會與鐵液中的氧化渣、防氧化玻璃保護渣相互結合，在金屬結合面上產生高熔點的“疤痕”，造成開裂、熔合不良，如圖2、圖3所示。

圖2 涂料造成的開裂

圖3 涂料造成的熔合不良

此類問題在產品后續超聲波無損檢測中，造成熔合不良的比例很高。當噴涂后鐵模暫時不用時，可以在室溫下放置，待再用時加熱即可。

4. 結語

雙金屬離心鐵模鑄造中，鐵模涂料的骨料類型、掛涂料時的鐵模溫度、涂料厚度及均勻性，都對產品質量有著直接的影響。根據產品的技術等級和生產條件，選擇合適的涂料類型，對保證產品質量和降低生產成本有著重要意義。