粘土湿型砂铸造新型醇基喷涂涂料的研究与应用样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当或者侵权,请联系改正或者删除。粘土湿型砂铸造新型醇基喷涂涂料的研究与应用冯胜山 朱松林( 湖北工业大学机电研究设计院 武汉430070) 摘要: 本文介绍了粘土湿型砂铸造新型醇基喷涂涂料的组成结构、 生产工艺、 性能特点、 应用实例和使用经验, 重点分析了新型复合分散悬浮剂的主要特点, 对比研究了它的悬浮效果, 简述了它的作用机理。结果表明: 新型醇基复合分散悬浮剂的耐火度高, 抗裂性好, 悬浮能力与有机膨润土相当; 静电分散稳定机理和空间位阻分散稳定机理的共同作用是其分散悬浮效果优良的主要原因; 粘土湿型砂铸造新型醇基喷涂涂料的主要性能达到了国内外同类产品领先
2、水平; 生产的高锰钢、 可锻铸铁和灰口铸铁产品表面光洁, 无粘砂、 气孔等缺陷。 关键词: 湿型砂; 醇基涂料; 喷涂中图分类号: TG221The Investigation and Application of New Alcohol Based Brushing Coatings for Green Sand CastFeng Shengshan Zhu Songlin (Hubei Research & Design Institute of Mechanical & Electronic Engineering Wuhan 430070)Abstract The compose, p
3、roducing technology, properties, application example and using experiences of new alcohol based brushing coatings for green sand cast are introduced in this paper. The main properties and mechanism of new disperse-suspending agent are analyzed emphatically. Its suspension effect is studied by compar
4、ing. The results show that refractory temperature of the new disperse-suspending agent is higher, the ability of preventing crack is powerful, its suspending stability is equivalent to organized bentonite,s, the co-action of disperse-suspending mechanisms of electrostatics and space is the main caus
5、e, the main properties of new alcohol based brushing coatings for green sand cast are superior to the abilities of internal and outside coatings of the same kind, the surfaces of castings that are produced used new alcohol based brushing coatings are smooth without adhering sand and gas-hore.Key wor
6、ds green sand alcohol-based casting brushing0 前言粘土湿型砂铸造工艺因其成本低、 效率高, 当前在造型制芯工艺中占有重要地位。普通铸铁湿型砂一般都加入煤粉, 以提高铸件表面质量, 但它降低了型砂的透气性和强度, 更为严重的是恶化了劳动条件。采用普通湿型砂工艺直接生产铸钢件时, 铸件容易产生粘砂、 气孔等缺陷。为了改进湿型砂工艺的劳动条件, 实现”绿色铸造”, 提高铸件表面质量, 研制和应用湿型砂铸造系列涂料是一个重要途径。湿型砂铸造时如采用水基涂料, 需要进行表面烘干, 否则极易降低砂型表面强度, 也使铸件容易产生气孔缺陷, 但这将增加生产工序,
7、降低生产效率, 在批量生产线上也不易实现。另外, 湿型砂表面强度低, 刷涂涂料时容易带砂, 操作不便, 涂层不光洁。因此, 湿型砂宜喷涂醇基快干涂料。醇基涂料具有干燥快( 点燃干燥或自然挥发干燥) 、 生产效率高、 适用范围广等特点。国内在粘土湿型砂醇基涂料方面的研究很少, 而且所报道的涂料悬浮性、 抗裂性、 发气性、 渗透性等均较差12。由于湿型砂粒度细, 透气性差, 发气量大, 故要求醇基涂料的渗透性和抗裂性高, 发气量小。喷涂工艺又要求涂料的粒度细、 粘度低、 悬浮性和抗流淌性高。醇基涂料普遍存在悬浮稳定性低的技术难题。当前采用较多的醇基涂料悬浮稳定剂主要有锂基膨润土和有机膨润土, 前者
8、生产的涂料在存放时间较长或长途运输后易板结, 后者的发气量很大, 需用有毒的二甲苯引发, 而且价格昂贵。另外, 膨润土的耐火度低, 热收缩率高, 涂层抗裂性差。因此, 开发质优价廉的新型悬浮稳定剂和适于粘土湿型砂工艺的醇基喷涂涂料势在必行。1 粘土湿型砂铸造新型醇基涂料的组成醇基涂料主要由耐火粉料、 溶剂、 分散悬浮剂、 粘结剂和其它附加物等组成。1.1 耐火粉料耐火粉料对涂料的抗粘砂性等浇注性能起着决定性的作用。耐火粉料的耐火性能和化学性质决定其适用的铸件合金和重量范围。选用粉料时, 必须同时遵循的两个基本原则3: 耐火粉料的耐火性能要与铸造合金的浇注温度相一致; 耐火粉料的酸碱性要与铸造合
9、金的酸碱性相一致。另外, 还应注意两个问题: 耐火粉料自身及其与砂型基体在高温下的化学反应; 耐火粉料的化学成分对铸造合金成分的影响。按照”高耐火度”防防砂理论, 粉料的耐火度须高于铸造合金浇注温度( 这种涂料称之为耐火型涂料) 。但按照”烧结剥离”防粘砂理论, 粉料的耐火度不必要求过高, 主要应考虑耐火粉料自身或与涂料中其它组分之间及与砂型基体之间的反应烧结性, 此时要求其烧结点接近铸造合金的浇注温度, 能在浇注过程中生成新相或产生轻度烧结, 或完全熔融, 涂料层呈陶瓷态或高粘度的玻璃态, 能抵抗金属液渗透, 而且冷却后易于与铸件剥离, 得到表面光洁的铸件( 这种涂料称之为反应型涂料) 。耐
10、火型涂料的耐火粉料一般为单一材料, 但有些单一粉料也具有一定的自烧结性( 如锆英粉、 高铝矾土粉和镁橄榄石粉) , 因此, 也具有烧结涂料的特点。反应型涂料的耐火粉料一般为复合型, 即由多种能在金属液浇注温度下相互烧结的粉料构成, 也可在一种粉料的基础上添加相应的助熔剂( 或氧化剂) , 以使粉料产生适度烧结和熔融。碳钢铸造涂料宜选用锆英粉, 各种合金钢宜选用棕刚玉粉和高铝矾土粉, 碱性合金钢也可选用镁砂粉和镁橄榄石粉, 铸铁和有色金属涂料宜以土状石墨粉为基料。石墨粉耐火度高, 价格低, 在浇注温度下能析出光亮碳, 从而在涂料表面形成一层保护膜, 能降低铁水对铸型的润湿能力, 能有效防止由金属
11、渗透产生的粘砂缺陷。虽然具有片状结构的鳞片石墨粉会阻止涂料中的土状石墨粉及其它耐火粉料往砂型里渗透, 但鳞片石墨粉的灰分及挥发物少, 固定碳含量高, 耐热性好, 膨胀系数小, 受热膨胀与铸型的膨胀基本同步, 涂层应力较小, 不易产生裂纹。考虑到涂料的综合性能, 应将土状石墨粉与适量鳞片石墨粉混合使用。耐火粉料还应有合理的粒度分布。粒度过粗, 喷涂时易堵塞喷咀, 涂料层粗糙, 而且悬浮性和渗透性不好; 过细, 则涂层抗裂性差。其粒度分布应在合适的粒径范围内呈较大的分散度, 以充分利用粗细粒子的相互镶嵌作用, 得到致密的涂层, 提高其抗金属液渗透能力。耐火粉料的粒度以260325目为宜, 其中粒径
12、小于5m的微细粒子应不多于15%。1.2 粘结剂铸造涂料既要具有一定的常温强度, 又要具有良好的高温强度。根据这一要求, 我们开发了一种以有机低温粘结剂和无机高温粘结剂为主要原料, 外加相应的潜伏型硬化剂和有关表面活性剂, 以最优配比和工艺复合而成的醇基涂料专用复合粘结剂。它对各种耐火材料均有良好的适应性。用其配制的涂料不但常温强度和高温强度均高, 抗裂性好, 而且具有良好的悬浮性和涂刷性等工艺性能。1.3 溶剂醇基涂料的溶剂一般采用乙醇, 可是普通工业乙醇的燃烧性在冬季较差, 涂层燃烧不完全。为了改进燃烧性能, 降低生产成本, 可加入甲醇作为辅助溶剂, 但因其对人体视神经有较强的刺激性, 故
13、不应多加。1.4 新型醇基复合分散悬浮稳定剂我们采用一种特殊硅酸铝质粘土为基础材料, 应用胶体化学的静电位阻分散稳定理论, 以特殊复合电解质和高分子聚合物作为分散剂, 并辅已多种附加物对其进行综合改性处理, 开发出一种新型醇基复合分散悬浮剂4( 已于1998年获得国家创造专利) , 用于生产醇基涂料, 取得了显著效果。1.4.1 主要性能特点新型醇基复合分散悬浮稳定剂的基础材料呈灰白色粘土状, 其主要组成物是一种由二八面体云母与二八面体蒙脱石组成的规则间层矿物, 主要成分为SiO2和Al2O3, 质松软, 有滑感, 真密度为2.87g/cm3, 遇水膨胀, 在水中可解离成超细颗粒, 平均粒径为
14、820nm, 比表面积为246m2/g, PH值为3.96, 具有良好的胶体性质。经特殊复合电解质和高分子聚合物及多种其它附加物综合改性制得的新型醇基复合分散悬浮剂既具有良好的亲水性, 也具有一定的亲油性。表1列出了它与其它几种常见悬浮剂在工业乙醇中的膨胀值( 2g悬浮剂先经一定数量的溶剂引发, 再加浓度为95%的工业乙醇至25mm具塞量筒的50ml处, 人工快速搅拌1mim, 并静置一定时间后的沉淀物体积) 。表 1 几种醇基分散悬浮剂在乙醇中的膨胀值( ml2g) Tab.1 The expansile value of some alcohol based disperse-suspen
15、ding agent in alcohol( ml2g) 静置时间悬浮剂种类2 h24 h备注钠基膨润土锂基膨润土有机膨润土新型悬浮剂72937347232327以等量水活化以等量水活化以两倍重的二甲苯引发以等量水活化新型分散悬浮剂具有以下特点: 不需用二甲苯引发, 仅用水活化即可, 而且在乙醇中的膨胀值与有机膨润土相当。 耐火度高达16501670, 比膨润土高300以上, 对涂料耐火性能无不良影响。 01200热收缩率为12.1%, 仅为膨润土01200热收缩率的2/3, 不会使涂层产生裂纹缺陷。 其耐火度和抗裂性的显著提高, 使其在涂料中的容许最高加入量可高达12%( 占耐火粉料重) ,
16、 加入量范围宽。 起分散剂作用的主要组分同时具有涂料高温粘结剂作用; 起悬浮剂作用的主要组分同时也是低温或高温粘结剂, 均具有多重作用。1.4.2 对醇基涂料悬浮性的影响表2列出了新型醇基复合分散悬浮剂与有机膨润土和一种浙江产商品悬浮剂同时应用于醇基锆英粉涂料时悬浮性的对比情况。结果表明: 新型醇基复合分散悬浮剂的悬浮稳定性略高于有机膨润土, 远高于某商品悬浮剂。1.4.3 作用机理胶体化学的分散理论认为: 微细颗粒在液体介质中的稳定分散是指原生粒子或细小团聚体在静电斥力FER、 空间位阻斥力FSR作用屏蔽颗粒之间的范德华力FWA, 使颗粒不再积聚。颗粒分散稳定的充要条件是: FER + FS
17、R FWA。新型醇基复合分散悬浮剂系一种超细粉状材料, 由于其粒径极小, 表面积很大, 其表面活性相当高, 具有良好的胶体性质, 当它在液体介质中形成扩散双电层时, 由于其中的复合电解质分散剂具有大量的水化阳离子, 呈较强的碱性, 使颗粒表面阳离子显著增加, 从而使扩散双电层的Zeta电位提高, 使原生粒子或细小团聚体之间的静电斥力FER增大, 进而促表2 几种醇基分散悬浮剂对醇基锆英粉涂料悬浮率的影响Tab.2 The effect of some disperse-suspending agent on suspension stability of alcohol based zirco
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