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转移涂料的性能及应用研究
孙亚琴， 潘嘉祺， 陈麒忠， 陈建斌， 杨舟
(上海应用技术学院材料科学与工程学院，上海201418)
转移涂料又称非占位涂料，其工作原理是将涂料直接喷涂到芯盒或模样表面，然后填砂、紧实，涂料层和型砂在芯盒的约束下同时固化。起模时涂料能从芯盒或模样表面转移到砂型表面，从而制得带有涂料的精密砂型。由于这种工艺方法所形成的涂层不占据型腔的有效位置， 故称为转移涂料法。采用这种方法可使涂层完美地复制出模样或芯盒的表面，不存在刷痕、流淌、堆积等涂料表面缺陷，能获得精密光洁的铸件， 可与熔模铸造相媲美，而其成本仅相当于或略高于普通砂型铸造, 生产效率大大提高。该工艺的成败取决于涂料的配方、涂料的硬化及转移程度。本研究在优化转移涂料配方的基础上， 研究了不同转移方法对转移效果的影响，提出了新的涂料转移方法。
1 实验
1.1 实验用原材料
实验采用石墨粉作为耐火填料，水作为载体，水玻璃作为粘结剂，膨润土和凹凸棒土作为悬浮剂，有机酯作为固化剂。其中石墨粉研磨到100 目以下，水玻璃的模数为2.5～2.6。
1.2 涂料配方及性能测定
对不同悬浮剂的涂料配方的性能进行了测定，同时考察在其中添加有机酯时对涂料性能的影响，在此基础上选用合适的涂料配方对涂料进行转移，转移涂料配方如表1。
1.3 实验过程
1.3.1 涂料性能测定
根据表1 的涂料配方， 分别测定转移涂料的悬浮性、粘度及剪切应力。实验过程如下。
根据实验方案，配置相应的涂料60 mL，再加水至100 mL，把它放到量筒里，搅拌1 min，静置16 h测量沉淀的高度，并且记录其刻度，考察其悬浮性的差异。
根据实验方案配制好涂料，搅拌1 min 后，测量涂料在粘度杯中的流淌时间，考察其粘度的大小。
根据实验方案配制相应涂料并涂刷在砂型表面，在80 ℃下烘烤45 min，在SUM 涂料表面耐磨性测定仪上测定其涂刷性。通过称量涂刷下来的涂料的重量，代表转移涂料剪切应力的高低。
1.3.2 转移涂料的转移
首先配制好涂料并混好所需要的粘土砂。然后在模具上涂上均匀的薄薄的一层涂料， 涂料中的有机酯加入有两种方法，一种是直接配在涂料里，一种是涂料涂好后直接喷洒在涂料上。接着在模具中间的空白处填上粘土砂， 紧实砂型一直到和模具顶部在同一水平线上， 盖上另一块板然后连着底部的那块板360°翻转。最后慢慢用力的推开板，看涂料是否能够黏在砂型上。
1.3.3 转移涂料抗拉强度的测定
1.3.3.1 测定转移涂料抗拉强度的模具
实验室用来测量型砂强度的仪器为XQY-Ⅱ智能型砂强度测试仪。该仪器无法用来直接测量转移涂料的抗拉强度， 为此设计了一个与之配套的模具来进行转移涂料的抗拉强度测试，模具如图1。
1.3.3.2 转移涂料抗拉强度的测定过程
根据实验方案配制好涂料，并混好水玻璃砂。在设计好的模具的一端涂上一层白胶， 再将配好的涂料涂在白胶上，在涂料中添加有机酯。有机酯有两种处理方法，一种是直接配在涂料里，一种是涂料涂好后直接喷洒在涂料上。将模具安装好，并填入事先混好的水玻璃砂，填充紧实。随后将整个模具放入干燥箱中，在150 ℃条件下烘烤0.5 h。将烘干后模具取出冷却后， 到万能强度测试仪上测定涂料的抗拉强度。
2 实验结果及分析讨论
2.1 涂料性能测定结果
转移涂料的性能测定结果如表2、表3 和表4。
从表2、表3 和表4 看出，采用膨润土和凹凸棒土做转移涂料悬浮剂时， 涂料的悬浮性及粘度相差不大，但其涂刷性更优。在涂料中添加有机酯后，涂料性能有所改善。
2.2 转移方法对转移涂料转移效果的影响
2.2.1 转移涂料的配方
根据前面的实验结果选择添加有机酯的涂料配方进行转移涂料实验，其配方如表1。有机酯加入有两种方法，一种是直接配在涂料里，一种是涂料涂好后直接喷洒在涂料上。
2.2.2 转移涂料的实验结果
转移涂料实验结果如图2～图5。可以看出：两种配方都是把有机酯喷洒到涂料上的转移效果较好。而直接把有机酯加入涂料时转移效果较差。因为有机酯在转移涂料中起固化作用， 有机酯直接加入涂料会过早的进行固化， 这样就会降低涂料与型砂之间的粘结强度，而涂好涂料后再喷洒有机酯就会使固化发生在涂料与型砂接触的时候， 从而使二者之间的粘结强度提高，即抗拉强度较大。
2.3 有机酯加入方法及加入量对涂料抗拉强度的影响
根据前面的实验结果选择表5 的涂料配方并用图1 设计的模具进行转移涂料抗拉强度实验， 主要考察悬浮剂的种类及不同的有机酯加入方式和加入量对转移涂料抗拉强度的影响
2.3.1 有机酯加入量对转移涂料抗拉强度的影响
有机酯加入量对转移涂料抗拉强度的影响如图6 和图7。从图中看出，无论是把有机酯直接加入涂料中，还是涂料涂好后再喷洒有机酯到涂料中。都有随着有机酯加入量的增加， 转移涂料和型砂之间的抗拉强度增加， 且用膨润土做悬浮剂的转移涂料比用凹凸棒土做悬浮剂的转移涂料的抗拉强度要大。因为有机酯加入涂料后，跟水玻璃接触，有机酯不断地自水玻璃粘结膜吸水，分解出弱有机酸，有机酸又与水玻璃中的Na2O 反应， 使水玻璃以化学方式胶凝，从而使涂料固化。有机酯加入量越多，固化效果越好，因而随有机酯加入量的增加，转移涂料和型砂之间的抗拉强度增加。
2.3.2 有机酯加入方法对转移涂料抗拉强度的影响
有机酯加入方法对转移涂料抗压强度的影响如图8 和图9 所示。从图中看出：涂料涂好后再喷洒有机酯的方法获得的转移涂料抗拉强度更大。因为当有机酯加入涂料后，有一部分就开始固化，涂料与型砂之间固化的有机酯含量减少。而涂料混好后再喷有机酯，减少了有机酯在涂料中的固化时间，相应的涂料转移时起作用的有机酯含量增加， 使固化发生在涂料与型砂接触的时候。因此涂料涂好后再喷洒有机酯的方法获得的转移涂料抗拉强度更高。
3 结论
（1） 采用石墨粉作为耐火填料， 凹凸棒土或膨润土作为悬浮剂，水玻璃作为粘结剂，水作为载液的涂料，可以作为转移涂料用。较佳的重量配比为石墨粉40，膨润土/ 凹凸棒土2，水玻璃15。有机酯2～3。
（2） 开发了一种新的转移涂料应用方法， 在涂料涂好后再喷洒有机酯，其涂料的转移效果较好。
（3） 转移涂料的抗拉强度与有机酯加入量有关，抗拉强度随着有机酯量的增加而增加，且采用涂料喷好再喷洒有机酯的方法比直接在涂料中加入有机酯所得涂料抗拉强度更高。
（4） 采用膨润土做悬浮剂比凹凸棒土做悬浮剂的涂料抗拉强度高。
