消失模铸造用铝矾土基涂料

消失模涂料的作用和功能

消失模铸造涂料是消失模铸造的一项关键技术之一，它在整个铸造过程中占有着十分重要的地位。

（1），消失模铸造涂料要具有高温透气性。涂料的高温透气性很大的程度上直接影响铸件的品质问题，高温是指涂层的耐火性一定好，热膨胀系数要低，涂料的透气作用是确保模型气化所生成的气体可以通过涂层，通过型料之间的间隙由真空泵抽走。
（2），消失模铸造涂料要具有很好的涂挂性。涂料的涂层比较厚，因此，对于涂料的要求一定要有塑性变形的能力，严格地控制涂料的流淌性，对热固性树脂为粘结剂的涂料，可以在其中加入少量的触变剂，用来提高涂料的涂挂性。
(3)，消失模铸造涂料要具有很好的润湿性，在涂料中添加适量的表面活性剂与粘结剂，在涂挂后能够得到优良的铸件。
    如上所述，消失模涂料的作用在于支撑和保护泡沫模型、防止液态金属渗入砂子和粘砂、吸收分解产物和让分解气体通过涂层、保持泡沫模型挥发后形成的型腔的完整、并保持液态金属热量不会很快散发。因此消失模涂料的使用可以降低铸件表面粗糙度，确保铸件精度，减少或防止铸件粘砂、砂眼、气孔、金属渗透、冷隔、浇不到、积碳等缺陷。所以消失模涂料应具有足够的耐火度、一定的机械强度、恰当的保温和导热性能、合适的透气性和吸收液体分解产物的能力、光滑的表面、足够的涂刷性能、不与泡沫模型发生化学反应等。提高涂料涂挂性、流淌性、透气性、耐火度、强度等。

3. 消失模涂料的成分设计

消失模涂料要具有优良的特性。①、耐火性能：涂料在金属液浇注温度下有足够的忍受能力，能保持足够的物理特性。②、透气性性：在一定负压条件下EPS汽化物能从涂料层顺利排出。③、工艺性：易于制备，涂挂流平性能好。④、脱壳性能：高温后能形成壳，能在冷却过程中自行爆裂，易于清理。常见的涂料由多种原、辅材料配制而成，主要包括耐火骨料、粘结剂、悬浮剂、浸润剂、消泡剂、防腐剂及载体等七种基本组分。消失模铸造用涂料的基本成分包括耐火材料、载体、粘结剂、悬浮剂、防腐剂、表面活性剂、去沫剂等。加入洗衣服可以提高润湿性，提高涂挂力，并可以在涂料干燥后在涂层里形成空洞，浇注时提高透气性。但不可多加

3.1 耐火材料是涂料的骨架，保证其耐热性、强度及透气性等，从而避免粘砂、毛刺等缺陷、获得光滑表面。耐火材料选择一般是取决于浇注金属种类、浇注温度、零件厚度、造型砂的性能等。为达到最佳效果，可以选择同一种耐火材料但不同颗粒大小的粉末混用、或几种不同种类不同颗粒形状和粉末混用。在消失模铸造中，如何选用涂料的耐火填料，主要考虑填料的如下性质：(1)耐火度；(2)密度；(3)热膨胀系数；(4)粒型与粒度分布；(5)与金属液的化学反应性；(6)发气量；(7)与涂料中其它成份的互融性；(8)对操作工人健康与环境是否影响。常用的有二氧化硅、氧化铝、锆英石、铬铁矿、硅酸铝等。

（1）铝矾土粉（阳泉市正光炉料厂-消失模高铝粉厂家）
　　铝矾土以其耐火度高、化学稳定性好，膨胀系数小且来源丰富、价格低等特点，近年来在普通铸造钢涂料及铸铁涂料中广泛应用。
　　铝矾土化学成分Al2O3+SiO2、烧结温度及Ti02、Fe2O3等杂质含量对涂料影响较大，因此选用Al2O3含量高的矿石经1450℃-1500℃锻烧后，精选熟料研磨，制成细粉后，酸洗处理，不经酸洗处理的铝矾土除Ti02、Fe2O3含量较高外，锻烧及研磨过程中混入的灰尘及机械铁增多，(目前铝矾土细粉的加工多以雷蒙磨为主，耐磨件大多是高锰钢铸件，混入的机械铁用磁选难以除去。)制备的涂料一是耐火度受影响，二是漂浮物及沉淀物增多，影响涂料的涂刷性、悬浮性及存放时间。
　　铝矾土的粒度及粒度分布是影响涂层致密度和透气性的重要因素，特别是消失模涂料，泡沫塑料模样在烧结过程中的热解产物通过涂层能否顺利排出，消失模涂料的透气性是区别于其它砂型铸造涂料的一大特点。翔宇公司根据不同需要，将铝矾土的粒度级配成两种不同规格分别使用于砂型铸造涂料和消失模涂料中。
　 消失模涂料所用铝矾土的粒度分布为：-270目至-320目 78%-200目至-270目；15%-100目至-200目；5%+100目不大于 2%。以上粒度分布同时适用于其它耐火填料的级配。砂型铸造涂料所用铝矾土粉的粒度分布为：-270目至320目，集中率为96%+270目不大于1%。

（3）锆英粉和N-3粉
　　锆英粉由锆英砂加工而成，其线膨胀系数小、热震稳定性好，耐火度高且在高温时对大多数合金不起化学作用，是一种良好的耐火填料，多用于不锈钢、高合金钢铸件，进口锆英粉国外多采用气流磨研磨，Zr02含量大于65%，且杂质含量低，国内加工的锆英粉多为雷蒙磨研磨，杂质含量相对较高，近年来锆英粉来源较为复杂，价格一路走高，很多涂料厂家都在寻找锆英粉的替代产品，来降低铸钢涂料的成本，翔宇公司成功研制了一种人工合成新型耐火填料N-3粉，已广泛应用于铸钢涂料。
　　 N-3粉是由几种天然耐火材料按比例合成，电熔、粉碎、酸洗而制得，耐火度、线膨胀系数、化学稳定性都接近锆英粉，且不与Fe2O3等碱性氧化物起反应，有利于涂料的防粘砂性，价格仅为锆英粉的1/3。

（4）镁砂粉和镁橄榄石粉
　　镁砂粉和镁橄榄石粉通常作为配制碱性铸钢件用涂料的首选耐火材料，镁砂粉主要成份为天然菱镁矿石(MgCO3)煅烧而得到的烧结块经破碎、研磨、磁选加工而成，值得特别注意的是以下几点：
①烧结块必须是经1500℃-1600℃煅烧的所谓烧死块，颗料致密坚硬，MGO含量大于90%，否则高温浇注时涂层易产生龟裂。
②烧结块含铁及氧化铁成份等磁性物相当高，翔宇公司采用5000高磁双辊磁选机磁选两遍，选出磁性物高达25%左右。所以想获得优质镁砂粉，磁选是关键一步。
③)镁砂粉易吸水受潮板结，应特别注意粉中水份含量。
镁橄榄石粉中应主要控制氧化铁含量，不得大于10%，蛇纹石(含水镁硅酸盐)含量愈少愈好，一般不大于20%，否则耐火度下降，灼减量和发气量增大。

（5）棕刚玉粉和白刚玉
　 棕刚玉是以铝矾土为原料，经2000℃-2400℃高温治炼制得，白刚玉是用氧化铝粉经电熔再结晶而制得，其基本矿物为a-Al2O3,前者大于94%，后者大于97%，刚玉硬度高、熔点高、热导率大、热稳定性好，不易龟裂，抗酸、碱性好，棕刚玉粉适用于配制普通铸刚及合金钢涂料，白刚玉粉因其价格昂贵，往往作为大型铸钢件涂料的复合填料。需要说明的是磨料用刚玉粉和铸造涂料用刚玉粉的粒度分布及标号均不一致，使用时应按涂料用耐火填料的粒度组成级配。另市场上有废砂轮研磨制成刚玉粉，其杂质含量高，选购时要特别注意。

(6)其它耐火填料
　　除以上所述的几种耐火填料外，还有莫来石粉、铬铁矿粉、高铝钢玉粉、硅藻土粉、滑石粉、云母粉、长石粉等，依据涂料的功能需要，可单独选用或复合后作为耐火填料使用。总之，耐火填料是涂料的主体部分，对涂料的效果起着决定性的作用。选择耐火填料应着重考虑耐火填料的矿物组成、纯度、杂质含量、粒度组成等指标。
3.2 消失模涂料的载体是调整涂料的粘度并将耐火材料涂上泡沫模型且有一定的厚度所必须的，对于消失模铸造用涂料来说一般是水，极少用酒精，不能用其他可能与泡沫模型起化学反应的有机溶剂。粘结剂则将涂料内的各组分粘结在一起并在涂刷时保证涂料粘结在泡沫模型的表面，粘结剂多为一种或几种有机粘结剂。粘结剂除了在涂料被烘干前保证涂料粘结在泡沫模型的表面，还要在涂料烘干后和浇注时为涂料提供一定的强度。悬浮剂的主要作用是与载体形成胶体从而将耐火陶瓷粉末悬浮起来，以保证涂料的流动性，防止固体颗粒的聚集和沉淀。防腐剂控制细菌和微生物在涂料中的生长，以防止涂料腐坏变质。表面活性剂主要使涂料生产过程中固体颗粒更易被润湿并使涂料在使用时更易润湿泡沫模型表面。去沫剂则用于使涂料生产和使用时不产生大量泡沫。为美观和管理方便，涂料中还可加入颜料。各种组分可以有多种选择，但需要注意的是有些组分之间会相互作用，有些组分会同时影响涂料的几方面的性能。涂料的成分设计多是基于经验和大量的试验，也有少量已发表的文献触及涂料的性能和组织结构的关系。

使用方法:

1．按涂料重量加入70﹪左右水(1kg涂料加0.7kg水)，搅拌1h后即可涂刷。加水量可根据涂刷情况定，但加入量不能太多。否则涂料太稀，涂层厚度达不到要求。

2．要据工艺情况，一般刷2一3遍。低负压厚大件可刷3遍，涂层厚度在1mm以上。采用浸涂工艺的，加70﹪左右水，合适的粘度，浸涂2一3遍，即可达到1mm左右，第一次浸涂后，烘干厚度在0.3mm左右。消失模涂料加入搅动的水中（比重为料1：水0.9）搅拌30min再根据实际生产需要微量加入水调整浓度比例（建议如涂3遍波美比重55-60，如涂2遍波美比重可适当增加到58-62），再搅拌10min即使用。消失模专用粘结剂按1比10加入耐火骨料即可按消失模涂料操作方法使用。

消失模涂料的厚度及烘干：它是以水为载体，模样涂涮后需产即烘干，热节较大的铸件，涂刷至少要刷2－3遍，件的涂刷厚度不能低于1.5－2.0mm; 涂刷厚度也可根据铸件的大小和装箱砂粒来定，一般是装箱砂粒的2/3，烘干温度45－55℃，烘干最好在通风条件下进行，也可在自然环境下晒干。

干粉涂料保质期1年以上。加水搅拌后夏天3天内用完，冬天10天内用完。

4.消失模涂料的性能和结构的关系

对于消失模涂料的性能和组分间的关系已有很多的经验和知识积累，对于涂料的性能和结构的关系的理解则很有限，建立涂料的性能和结构的关系有助于高性能新型涂料的开发和使用，并对消失模铸造工艺控制提供帮助。早期的研究已触及该方面，已揭示涂层的透气性取决于涂料中颗粒大小及分布、形状、以及气孔的特征，研究显示，一种主要由接近圆形的、尺寸较大、大小分布较均匀的氧化铝颗粒构成的涂料比另一种由不规则形状的、尺寸较小、大小分布不均匀的二氧化硅颗粒构成的涂料透气性更高。有的研究表明涂层中“有效气孔”的大小和结构与涂层的透气性紧密相关。曾尝试建立一个关于消失模涂料的结构模型以解释其传热和传质的特征。鉴于其复杂性，对于消失模涂料的性能和结构的关系还有很多的研究工作要做。

4.1消失模涂料的性能参数
消失模铸造用涂料的使用性能主要是热性能和透气性，这两项决定了其在浇注过程中的作用。在实际操作中则需要测量和/或控制其粘度、固体含量、透气性、PH 值等。只有确保涂料的性能稳定一致，才可保证消失模铸造产品的质量。涂料的性能对消失模铸件质量有很重要的影响。消失模涂料的性能：它应该具有耐高温性、悬浮性、抗粘砂性、耐冲涮性、透气性、流平性、烧结性。涂刷后能使泡塑模型表面上形成致密的高强度涂层，在高温浇注的时候，应有微小部份溶熔化，这样才能达到涂料烧结，在冷却后涂料才能脱壳好，同时在高温浇注中涂料也应有很小量的挥发成份，这样才能达到涂料透气好。

（1）粘度
粘度描述的是流动对于剪切力的反应，是衡量涂料的流动性的一项重要指标，粘度虽然主要取决于涂料的成分，但也受搅拌过程的影响。尤其是在涂料使用时涂料的粘度会根据需要调整到恰当的范围中，对于粘度的测量和监控尤为重要。粘度的变化会影响到涂料的其他相关性能如固体含量、厚度及透气性等，并进而影响铸件质量。消失模铸造用涂料一般是剪切稀释，在涂料制造过程中延长搅拌时间会导致粘度下降而透气性相对稳定，在使用时涂料的粘度会随着搅拌时间的延长而进一步下降，过度搅拌还可能引起透气性上升

（2）透气性
透气性直接控制着泡沫融化和分解的产物逸出的速度，从而决定液态金属的流动速度，进而决定是否可以消除气孔、冷隔、浇不到、积碳等缺陷的产生。透气性的直接测量对于涂料质量控制尤为重要。由于涂料在高温下使用，直接测量其在使用状态下的透气性很困难，现有方法均为在常温下进行。现阶段使用得比较广泛的有两种方法，一种是由是由美国阿拉巴马大学发明的，通过测量在不同压力下气体流过覆盖有涂料并烘干的屏筛的量，从而计算出涂层的透气系数。另一种是GM法，直接使用原用于测量型砂透气性的, 将试样装夹台加以改装，以承载覆盖有涂料并烘干的屏筛，测量气体在固定压力下通过涂层的速度。此法由于其方便更广泛地应有于消失模铸造生产厂家，虽然只是一个半定量的方法，但其重复性好，已成功用于生产厂质量控制。但该方法未考虑涂层的厚度的影响，因此在实际生产中还需测量涂层的厚度并加以控制。实际研究表明，在涂料的可使用的粘度范围内，使用此法测得的透气性值与涂层的厚度的乘积几乎不随粘度变化而改变，因此在北美已开始采用透气性值与涂层的厚度的乘积，也就是校正透气性值(Normalized Permeability)，来作为质量控制参数并已被实践证明可行。般在讨论透气性时是指涂层的透气性，在前面的讨论中可以看出，在消失模铸造过程中透气性其实应该被放在金属/泡沫模型/涂料/型砂这整个动态系统中来考虑, 涂层的透气性只是这整个系统中的一部分。砂子种类、形状和温度的改变、是否抽真空、泡沫模型性能的改变等都会引起这整个系统的透气性的改变，并从而改变金属流动行为。在实际操作中，有时铸造生产厂家希望通过改变涂层的透气性来补偿因其他工艺参数的变化而引起的整个系统的透气性的改变，但是单纯改变涂层的透气性有时并不足以补偿整个系统的透气性的变化。

（3）其他性能
其他性能参数还包括固体含量、干重和湿重、pH值、波美度等。涂层固体含量主要取决于耐火填料所占的比例，并影响到涂料的粘度，涂料的固体含量的高低与其抗粘砂性紧密相关。干重和湿重易于操作，是对涂料的粘度和固体含量测量的一个补充。监控pH值的变化可以及时发现涂料中细菌和微生物的生长。波美度的测量并不是一个很准确的质量控制参数，尤其是对消失模铸造用涂料而言。

(4)导热性
涂料的导热性能对于获得高质量的消失模铸件至关重要，导热系数、比热、热膨胀系数等的测量多在涂料的研发阶段而不是在使用过程中进行。

4.2消失模涂料防粘砂，防气孔，防砂眼原理。
　　铸件粘砂是因为涂料没有有效起到阻挡隔离作用，或涂料与高温金属液体发生化学反应。
　　（1）涂料附着力差：填砂震动时造成涂料剥落，引起铸件粘砂。

（2）涂料膨胀系数大，与高温金属液体接触时涂料受热体积膨胀，脱离铸型导致铸件粘砂。

（3）高温液体金属被氧化与涂料和铸型发生化学反应生成金属氧化物，对涂料和型砂都有极强的粘结性，能够将型砂牢固粘附在铸件表面上形成一系列的低熔点化合物〔在铸件厚壁及转角处等，低熔点物更多，粘砂层更后），造成铸件粘砂，有时虽未产生粘砂，但在铸件表面粘附上一层难以清除的涂料，及产生粘灰。

铸件砂眼：铸型内有掉入的砂子。涂料强度低，耐火差，经不住高温金属液体的冲刷，型砂被卷入铸件。
　　铸件气孔：因为铸型中存在较多发气量大的物质，发气速度快，涂料或背砂透气性差，气体未及时排除所致。

机械粘砂：涂料耐火度高,不会发生化学粘砂.但透气性好,如果负压过高钢会穿透涂层引起机械粘砂,建议负压在0.03~0.04MPa。涂料层要刷得薄而均匀,内浇道适当刷厚点。

碳缺陷:薄件浇注温度低,容易产生皱皮,流线状残炭等。一般浇注温度可控制在1550℃左右

5、干粉消失模涂料的优势

消失模涂料的成本究竟占铸件成本多少，每个生产者都想知道答案。这与涂料价格有关。一般1t涂料可做20~100t铸件，一吨铸件的涂料也就几十块钱，件越大成本越低，件越小，涂料越多，成本也就越高。

三门峡阳光铸材有限公司研发的消失模涂料,可用于铸铁、铸钢、高锰钢等。还开发了消失模涂料增强剂、脱壳剂、醇基涂料及V法铸造涂料等。

研制的新型铸造涂料是在传统铸造涂料基础上加以改进，调整，高温下不开裂，不脱落，强度高，并且能有效防止高温液体金属氧化，与铸型和高温液体金属接触过程中不起化学反应。同时能预防氮、硫、碳等气体的产生。

消失模涂料水基复合粘合剂广泛应用于消失模大中小消失模铸造厂家，消失模干粉或水基膏状消失模涂料生产厂家，于同类产品相比，具有以下优点：不容易发酵,用量少，悬浮性好、强度高、成本低、1t粘结剂可做12t干粉涂料，干粉状环保型涂料。加水搅拌后就可使用。涂层敷着力强，无气泡，不开裂。浇注后涂层呈壳状剥落。铸件不粘砂，表面光洁。可做24t以上水基膏状消失模涂料。还可根据客户生产的消失模铸件的材质要求“量身定做”提供消失模涂料配方。

①质量可靠。产品骨料全部选用高品位熟料，灼减少，配以高低温粘结剂，固涂料高温下绝不开裂；采取不同粒度级配，既保证了涂料的透气性又防止了粘砂。②价格便宜。原料产自本地，价位比一般的涂料厂低的多。③工艺的特征：干粉状环保型涂料，加水搅拌后就可使用，涂料不流淌性好，特别适用于大批量浸涂工艺。涂层敷着加强，无气泡，不开裂。浇注后涂层呈壳状剥落。铸件不粘砂，表面光洁。适用于消失模工艺各种铸铁件生产。④使用方法简单易于掌握：1按涂料重量加入70﹪的左右水（1kg涂料加0.7kg水），搅拌1h后即可涂刷（中速或低度搅拌最好，气泡少）。加水量可根据涂刷情况定，但加入量不能太多。否则涂料太稀，涂层厚度达不到要求。加水量太少，粘度大，难涂刷，且涂层不易均匀，厚薄不一。根据工艺情况，一般刷2一3遍。低负压厚大件可刷3遍，涂层厚度在1mm以上。采用浸涂工艺的加水量在80﹪左右，应在低速搅拌下进行。适当的粘度，浸涂2遍即可达到合适的厚度（0.8一1.2mm）。

结 语消失模涂料是消失模铸造中金属/泡沫模型/涂料/型砂这个系统中的重要一环，涂料在铸造过程中起到传热、传质、控制金属流动性等作用，涂料的性能取决于其成分和结构，在实际应用中要根据实际工艺来有针对性地选用或开发合适的涂料。细节决定成败，品质铸造企业未来！消失模铸造技术的每一步都是很关键的，消失模铸造涂料更是很重要的，它在研发上的质量改善是工艺技术的一大进步。