新型自剥落醇基浅色铸铁涂料的研究

刘旭麟1，刘顺华1，温斌1，李廷举1，高路斯1，郭勇2，靳向阳2，包相峰2，张宜高2
（1. 大连理工大学，辽宁大连116023；2. 中国北车集团大连机车车辆有限公司，辽宁大连116022）

铸造生产中为了提高铸件表面质量、铸件落砂容易，简单且常用的方法是使用铸造涂料。石墨涂料耐火度高，铸件表面光滑，铸件容易清理，是我国目前铸铁件生产中广泛使用的主要涂料。但在清理铸件时石墨涂料会产生大量的粉尘，恶化了环境，危害现场工作人员的身体健康；石墨涂料乌黑的颜色也给生产现场工作人员带来不愉快的视觉感受。因此，工程技术人员一直进行新型铸铁涂料的开发研究，陆续有研制浅色烧结剥离型涂料的报道[1-3]。目前，浅色烧结剥离型铸铁涂料烧结（或玻璃态） 温度区间小，因此同一种配方的涂料不能同时适应大铸件（壁厚） 和小铸件（壁薄），或不能同时适应浇注温度高和浇注温度低的铸件，因而限制了浅色烧结剥离型铸铁涂料的广泛应用。本试验研制了新型铝矾土醇基自剥落浅色铸铁涂料，经实验室试验和工厂生产现场验证，该新型涂料能够满足不同的铸铁件生产要求，同时简化了铸型制作工艺，缩短了生产周期，达到了研制预期结果。

1 涂料的组成
涂料通常由耐火粉料、溶剂（载液）、悬浮剂、粘结剂、助剂组成。
1.1 耐火粉料的选择
国内市场可售的耐火粉料很多，例如：石墨粉、铬矿粉、锆英粉、镁砂粉、石英粉、刚玉粉、铝矾土粉、钛铁矿粉、滑石粉等。选用何种耐火粉料，通常要根据金属和铸型的种类、对铸件质量的要求以及减少污染和公害、铸件成本等各方面综合考虑确定。另外，选择耐火粉料还要注意高温下与金属液的润湿性，耐火粉料与金属液不润湿，对防止粘砂有利。经过多次试验，终确定新型自剥落醇基浅色铸铁涂料的耐火粉料为铝矾土粉。
1.2 溶剂（载液） 的选择
铸造涂料主要分成烘干、点火快干和挥发自干三种类型。本试验采用点火快干型涂料。点火快干型涂料的溶剂可供选择的有甲醇、异丙醇、丙酮、乙醇、正丁醇、石油醚、汽油等。综合考虑燃烧性、毒性、环保、价格、安全性、工艺性能等因素，终选择工业乙醇为涂料的溶剂。
1.3 悬浮剂的选择
悬浮剂是指具有使固体物分散，并使之悬浮在载液中的能力的物质。悬浮剂与粘结剂在涂料中的作用是难以截然分开的，作为悬浮剂的材料通常也有粘结剂的作用。某种材料起粘结作用是主要的，而悬浮作用是次要的，另一种材料则起悬浮作用是主要的，而粘结作用是次要的。虽然对悬浮剂与粘结剂的区分不严谨，但本试验按照铸造行业的通常习惯仍将悬浮剂与粘结剂作为涂料中的两种物质分别叙述。可作为点火快干涂料的悬浮剂有聚乙烯醇缩丁醛、锂膨润土、有机膨润土、累托石粘土、凹凸棒土等。考虑到材料来源是否广泛、预处理工艺的繁简程度、价格高低、悬浮能力等因素，终选择聚乙烯醇缩丁醛与锂膨润土作为涂料的悬浮剂。
1.4 粘结剂的选择
为使耐火粉料颗粒在高温和低温粘结成具有一定强度的粘结层，牢固地附着在铸型或型芯的表面上，涂料中的粘结剂是必不可少的。如前所述，悬浮剂也有粘结作用。醇基涂料可用作粘结剂的有聚丙烯酸、松香、酚醛树脂、锂膨润土、有机膨润土等，一般有机粘结剂主要起到低温粘结作用，而无机粘结剂起到高温粘结作用。综合考虑粘结能力、预处理工艺、价格、工艺性能等因素，终选择松香和锂膨润土作为涂料的粘结剂。
1.5 助剂的选择
铸造行业涂料的助剂包含的种类很多，例如防腐剂、芳香剂、润湿剂、消泡剂、助熔剂等都是助剂。本文中所述助剂是指助熔剂。铝矾土耐火度很高，在高温条件下要使其烧结或部分烧结必须加入助熔剂。石英粉的化学成分主要是SiO2，会使涂料的烧结温度范围变宽，并会降低铝矾土的耐火度。经过多次试验终确定助熔剂由石英粉为主要物质的多种化合物组成。

2 新型自剥落铝矾土醇基铸铁涂料的配方
经过多次试验，确定了新型涂料的配方。固体料：铝矾土70%，锂膨润土3%，松香1%，聚乙烯醇缩丁醛0.3%，助熔剂余量。纯度为95%的工业乙醇适量。

3 试验结果
3.1 涂料工艺性能
3.1.1 悬浮性
本试验，悬浮性按照JB/T 5107—1991规定的方法进行测定。涂料的悬浮率为98%。
3.1.2 粘度
粘度过高则流动性差，涂刷操作困难，涂层不均匀，而且渗入深度不够。粘度过低则涂层太薄，同时悬浮性能也差。本试验，粘度按照JB 4007中2.1条规定的方法进行测定。粘度测定结果为7.0 s。在实际流涂过程中，涂料表现出很好的涂敷性。
3.1.3 流动性
本试验将涂料涂敷在树脂砂型上，涂料流动性表现在流平性上。流涂时树脂砂型表面无流痕，均匀、平整、光滑。
3.1.4 燃烧性
燃烧性是点火快干涂料的重要性能，新型涂料点火后有较高的火焰，能够完全燃烧。
3.1.5 涂料表面强度与抗裂性
表面强度试验砂型设计为长方体，尺寸为110mm×80 mm×30 mm，粘土砂造型。本试验将点火燃烧后的涂敷涂料的试样放在180#砂布上的一端，单向重复等距离的拉动试样5次，得到磨掉的涂料质量即为衡量表面强度的定性示值。磨损量小的涂料表面强度高，新型涂料磨损量为0.7 g，传统石墨涂料磨损量为0.9 g，新型涂料表面强度能够满足现场生产的要求。抗裂性试验试样设计如图1所示，粘土砂造型。本试验在试样表面均匀涂敷约0.5~1 mm厚涂料，点火燃烧后400 ℃恒温3 min，然后观察试样表面涂料层的裂纹倾向。新型涂料点火燃烧后和400 ℃恒温3 min后都没有产生裂纹。