admin
1 引言
1.1 概况
铸造涂料的研究自20世纪50年代起，由于对铸件的表面质量要求不断提高，对劳动环境的要求日趋严格，不少铸造厂为增强其产品的竞争能力而致力于涂料的研制，于是，自20世纪50年代各铸造厂自行研制的基础上，进入了涂料研究和生产专业化的新阶段。具体表现为：
（1）将流变学和胶体化学等新学科的理论用于涂料的研究，对涂料的认识不断深化。
（2）在涂料的组成中不断采用包括耐火材料、粘结剂、悬浮剂、流平剂、表面活性剂等在内的各种新材料。
（3）涂料的制备逐步由简单的搅拌转到采用化工生产中的新技术、新工艺。
经过近50年的推广，铸造涂料已在我国得到较为广泛的应用。我国铸造涂料的研究、生产经过几十年的研究，己经取得了很大的进展。产品质量达到或接近工业发达国家同类水平，质量稳定，品种齐全，技术指标先进。但在生产实践中也显示中出一些急待解决的问题，主要是：（1）醇基涂料属于易燃危险品，运输周期长，费用高，而且由于醇基涂料悬浮稳定性差，涂料在长途运输过程中易产生死沉淀现象。（2）需要解决醇基涂料的成本和污染的问题。（3）研究铸造用白色或浅色涂料。（4）提高涂料的抗粘砂性能。因此，如何解决以上问题将是未来铸造涂料的研究方向。目前大型铸件用涂料一般采用锆英粉、膨润土、粘结剂、载液合成，随着国家对环境和劳动保护的重视，最大限度的降低铸造涂料中可挥发的有害成分的含量是涂料生产厂家和铸造企业的共同目标。本课题旨在研制一种有害成分含量低、性能可靠、适合大型铸件生产的铸造用涂料。
1.2 技术关键
采用耐火骨料、悬浮剂、粘结剂等为原料，通过改变原料配比和选择合适的工艺参数，根据因素水平实验法，开发出了满足大型铸件造型工艺需求的铸造用涂料。
● 主要技术要求
（1）原材料的预处理，通过对粉末的破碎、湿润、分散，使其建立必要的悬浮及沉降稳定性。
（2）控制好耐火骨料、载液、粘结剂的颗粒大小，控制骨料、载液的加入方法及加入顺序。提高涂料的涂刷稳定性。
（3）分散方法的控制，控制好湿点和流点。提高涂料的强度及流变性能。
1.3 取得的成果
该铸造涂料选用的复合悬浮剂不需要用水进行引发，避免了涂料因水分含量而导致的铸件气孔缺陷。涂料的发气量小。降低铸件表面焊补、修磨量，保证铸件得到良好的外观和内在质量。同时，该工艺选用复合粘结剂，涂层强度高。选用的载液为乙醇，毒性小，降低了其对人体的伤害。
（1）不加任何外来水，水分含量几乎为零，在一定程度上克服了水分使铸件产生气孔的缺陷。
（2）采用复合粘结剂，涂层强度高。
（3）载液选用乙醇，毒性小。
（4）涂料2小时悬浮性≥95%，24小时悬浮性≥90%。
（5）涂料涂刷后无裂纹、无起泡、涂层均匀，表面质量好。
2 研究内容与技术实施
2.1 主要研究内容
铸造涂料是涂覆于铸型表面的一薄层耐火涂层。铸造涂料在涂覆于砂型之前，实际是一种胶体状态的物理悬浮分散体系。这种分散体系通常包括耐火骨料、载液、粘结剂、悬浮剂、其它助剂等。本课题针对铸造涂料存在的问题做以下研究：（1）如何在增加涂料的剪切速度下，剪切应力增长缓慢，提高涂料的涂刷性能。（2）如何降低涂料的有害成分含量。保证涂料的悬浮稳定性。（3）如何使最终的涂料达到假塑性流体。（4）粘结剂的选择及加入方法，使涂层有合适的强度。
2.2 研制方案和技术实施过程
2.2.1 铸造用涂料的生产工艺
它是由耐火骨料、悬浮剂、粘结剂、载液经过分散形成的悬浮液，主要分四步法合成。首先，对悬浮剂、粘结剂进行预处理，使其成分胶体。其次对粉料进行分散使其得到充分溶解。再次将粉料，悬浮剂胶体、粘结剂辅料进行充分分散，做成悬浮液。最后加入载液得到合适波美度的涂料。
2.2.2 提高涂料涂刷效果及增加涂层强度的措施
铸造涂料随着粘结剂的增加，其涂刷效果明显降低（刷痕大，涂刷过程费劲），且粘结剂加入量过高，涂层在点火时会出现剥离现象。但加入量过低，涂层强度低，砂型在放置、搬用、下型合箱过程中涂料层会损坏。因此，要选择好粘结剂的种类及控制好其加入量。粘结剂的选用及加入量控制方法：1）选用多种粘结剂；2）粘结剂的总量只有普通铸造涂料的50%；3）选用高分子化合物做为涂料粘结剂。本课题同时从上述几方面对传统铸造涂料工艺进行改进，其它工艺条件不变，最后生产的涂料性能优异。
2.2.3 降低涂料中有害成分的措施
铸造用醇基涂料使用的悬浮剂主要有有机膨润土、锂基膨润土、CMC（羧甲基纤维素钠）、（CH2CH）nCONH2（聚丙稀酰胺）、PVB（聚乙烯醇缩丁醛）等。本课题在保证悬浮剂的加入量的前提下，采用不同的悬浮剂，使其不需用水、溶剂油、醚等发酵就可保证铸造涂料的悬浮性，降低了涂料中有害成分含量。
（1）有害成分对涂料及人体的影响
有机土类悬浮剂用溶剂油等进行引发，其毒性较大，铸造车间储存过程中要特别注意安全。锂基等无机土需要用水进行引发，涂料燃烧不充分，水分会留到砂型中使铸件产生气孔缺陷。为提高燃烧性能，许多厂家在涂料中添加醚类物质，其毒性较大，安全性较低。
（2）反应条件对铸造涂料性能的影响
① 粉料的处理情况对铸造涂料性能的影响粉料必须经过合适的处理才能保证涂料的性能，本实验在前面实验基础上，主要考察粉料的加入顺序，分散程度、载液比例对铸造涂料性能的影响，结果如表1所示。
表1 粉料的处理对铸造涂料的影响
从表1可以看出，粉料的混配方法及配比对涂料的性能影响较大，本实验经过多次进行对比，最终确定的粉料的处理方法，最终确定为粉料通过不同方法加入载液中，分散充分均匀。
② 不同粘结剂及加入方法对铸造涂料性能的影响
粘结剂加入量太低，涂层强度低。加入量过高，涂刷性较差（刷不开，刷痕大）。本实验在前面的实验基础上，通过选用不同的粘结剂及通过不同的加入方法，改善了涂料的性能，结果如表2所示。
表2 粘结剂对涂料性能的影响
由表2可知，当调整工艺选用不同的粘结剂时其性能大不一样，通过多次对比实验，最终确定为粘结剂2与3按2%总比例配成涂料，粘结剂含量低，发气量小，涂刷效果好。并且在填加粘结剂前前将粘结剂以乳状液的形式在载液中悬浮，涂料强度高。
③ 不同悬浮剂及加入方法对铸造涂料性能的影响
不同的悬浮剂预处理方法不同，其悬浮稳定性不同。本实验在前面实验基础上，考查了不同悬浮剂及不同处理方法对涂料性能的影响。实验结果如表3所示。
表3 悬浮剂对铸造涂料的影响
由表3可知，选用不同的悬浮剂，通过对悬浮剂进行陈化等预处理，其悬浮性都能达到行业标准，考虑到悬浮剂预处理使用的溶剂对人体及铸件的影响，本工艺采用复合悬浮剂。
2.2.4 提高涂料流变、触变性能的方法。
3 试验材料、方法及结果
本课题以涂料的2h悬浮性、24h悬浮性、涂层强度、涂刷效果对比实验，确定了最佳生产工艺条件。具体工艺过程如下：1）在装有分散机、搅拌器的分散器中，按一定比例加入载液及耐火粉料，在一定转速下分散一定的时间；2）将粘结剂配成悬浮液； 3）将粘结剂悬浮液加入粉料中进行分散；4）将悬浮剂陈化处理后进行分散；5）将流平剂、助剂加入载液中分散；6）将溶剂加
入预聚体后配成合适的浓度后出料。在该工艺中，骨料、载液、悬浮剂和粘结剂的质量比为66∶33∶5.3∶1，合成过程中各步t1：20min，t2：30min，t3：30min，t4：20min 。分散率：2000。
本工艺中，原料为耐火骨料（锆英粉）、粘结剂、悬浮剂、载液，来源广泛，价格稳定。检验结果显示，本工艺生产的涂料，2h悬浮性大于95%，24h悬浮性大于90%，密度1.6g/ml-2.2g/ml，涂层强度较好，涂刷过程容易，涂刷后无裂纹、起泡现象，涂层均匀。
4 结语
本项研究依据大型铸件对涂料的使用要求，结合公司实际情况进行了大量的对比分析实验，确定了该种涂料的生产条件。该生产方法可操作性强、再现性好，产品质量符合行业标准要求。
