膨潤土對醇基鑄造涂料工藝性能的影響

徐 磊, 張 權, 李 瑩, 張湘渝, 王皖紅, 龔 關

(湖北省地質實驗測試中心,湖北 武漢 430034)

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

涂覆于砂型、砂芯表面的鑄造涂料涂層在經受金屬液的機械和熱沖擊之前基本屬于一種膠態狀的物理分散體系,這種分散體系應具有優良的的懸浮性、涂覆性、流平性、滲透性和抗流淌性才能滿足實際生產要求,除了選擇合適的耐火粉料外,懸浮劑的選擇是關鍵的因素之一。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 實驗

1.1 實驗原料

膨潤土、鋁礬土、白剛玉、鋯英粉,均為工業級原料。

1.2 實驗儀器

SHN-5輪碾機,邯鄲市自動化儀表廠;涂-6杯粘度計,上海上天精密儀器有限公司;SF-SFL-2發氣性測定儀,北京同德創業儀器公司;SUM涂料耐磨試驗儀,濟南瑞普儀器有限公司;SX4-12-12實驗電爐,武漢亞華電爐有限公司。

1.3 實驗方法

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JBT 9226—2008《砂型鑄造用涂料》規定的試驗方法操作[3]。

2 結果與討論

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的分散狀態。試驗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系Table 3 The relationship between the added amount of bentonite and the suspensibility of alcohol-based foundry coating

從表3的結果可以看出,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氣量的影響

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

發氣量是指單位質量的涂料在高溫下產生的氣體體積,以mL/g表示。實驗采用SFL型記錄式發氣量測定儀檢測涂料的發氣量,膨潤土加入量與涂料發氣量的關系見表4。

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

從表4的結果可以看出,隨著膨潤土加入量的增加,涂料發氣量逐漸增大。

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系Table 5 The relationship between the added amount of bentonite andwear resistance of alcohol-based foundry coating

從表5的結果看,鑄造涂料涂層耐磨性與膨潤土的加入量關聯性不強。

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生裂紋和剝離的能力。實驗采用硅鉬棒高溫電爐,將涂料涂上并經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生裂紋或裂紋的大小、數量等。高溫抗裂性采用四級評價,四級特征如下:Ⅰ級,表面光滑無裂紋或只有極細的裂紋,涂料與基體之間無剝離現象;Ⅱ級,表面有樹枝狀或網狀裂紋,裂紋寬度<0.5 mm,涂料與基體之間無剝離現象;Ⅲ級,表面有樹枝狀或網狀裂紋,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的實驗結果可以看出,隨著膨潤土用量的增加,醇基鑄造涂料的高溫曝熱裂紋等級逐漸升高。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生收縮,當膨潤土加入量越大,高溫收縮也就越大。當涂層因收縮產生的應力超出一定范圍就會擴展為裂紋。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 醇基鑄造涂料標準要求

《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 有機溶劑漿狀涂料性能指標Table 7 Performance index of organic solvent slurry coatings

從表7可以看出,標準對有機溶劑漿狀涂料的主要性能指標要求是放置2 h涂料懸浮率≥95%,發氣量<20 mL/g,涂層耐磨性<0.5 g(64r),高溫曝熱裂紋等級要求Ⅰ級-Ⅱ級。根據試驗結果,膨潤土加入量為4%～6%可以滿足標準要求。

3 結語

(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,同時會增加涂料的發氣量,當膨潤土加入量過多,將降低鑄造涂料的高溫抗裂性能。

(2) 根據試驗結果,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要求。