data-full-width-responsive="true"> 涂料是消失模铸造的关键技术之一，也是制约消失模铸造技术大规模推广和技术进一步发展的瓶颈之一［１，２］。目前，铝合金消失模铸造工艺在我国尚不成熟，其主要问题之一是涂料技术不过关。长期以来，国内对铸铝件使用的涂料多与铸铁件通用［３］，在使用中存在的主要问题是涂料性能欠佳，涂料的抗流淌性不好，使用的涂料储藏时间短、透气性差和铸件表面质量不理想、内部不致密等［４］。随着铝合金消失模铸造产量日益增加，研制专用的铸铝涂料已成为当务之急。本课题研制了一种能满足消失模铸造生产要求、性能优良、成本低廉的铝合金消失模铸造水基涂料。１ 试验材料１．１ 耐火粉料铸铝件的浇注温度低、金属液的热容量小，同时泡沫热解需要吸收大量的热量，因此对涂料的绝热性有很高的要求。若冷却过快，易导致浇不足和冷隔缺陷，所以试验选用保温性能好的硅藻土和滑石粉做耐火骨料。此外，滑石粉的绝热性可以控制铸件的凝固速度，并提高金属液的流动性［５］。滑石粉是一种复杂的含水硅酸镁，其分子式为３ＭｇＯ４ＳｉＯ２Ｈ２Ｏ，耐火度为１ ２００～１ ３００℃，密度为２．７～２．８ｇ／ｃｍ３，且成本低。硅藻土是一种绝热性好的耐火材料，属于生物硅质沉积岩，质软，呈多孔状结构，能隔热，吸附性好。
它的主要成分是ＳｉＯ２，含少量Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ和ＭｇＯ等，熔点为１ ６５０～１ ７５０℃范围内，密度为０．４～０．９ｇ／ｃｍ３。硅藻土和滑石粉的粒度为２７０～３２０目。１．２ 悬浮剂选用钠基膨润土和羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）作复合悬浮剂。钠基膨润土颗粒质点很小，水分子吸附在其表面，并进入晶层之间形成胶体质点，该质点在胶体溶液中形成空间网状结构，使膨润土浆具有屈服值，耐火骨料颗粒质点不易下沉。羧甲基纤维素钠（ＣＭＣ）按其粘度分为高、中、低３种，其中将中粘度的ＣＭＣ配成２％的水溶液，其粘度为（３００～６００）１０－３ Ｐａｓ，价格较低，来源丰富，因此被广泛的用作水基涂料的悬浮剂。ＣＭＣ与钠基膨润土配合使用，比单独用ＣＭＣ时更容易形成网状结构，明显提高涂料的屈服值，使涂料具有更好的悬浮性。１．３ 粘结剂涂料层的强度主要取决于粘结剂的粘结强度。消失模涂料层应兼具适宜的透气性和较高的涂层强度，因此采用高低温复合粘结剂。在水溶液中加入０．０１％～０．１％的聚丙烯酰胺（ＰＡＭ），便可获得很高的粘度，同时，ＰＡＭ 和膨润土质点之间有很强烈的吸附作用，使涂料具有很好的悬浮性［６］。但温度超过１２０℃会分解［７］，所以它做低温粘结剂，选择硅溶胶做高温粘结剂１．４ 其
他组分对于铝合金消失模铸造，涂料吸附液态聚苯乙烯的能力越强，越有利于减少铝铸件的孔隙率。研究发现，涂料组成中以凹凸棒土对涂料吸附性的影响最大，涂料中加入２％的凹凸棒土可以使涂料的吸附性提高８１％［８］。消失模水基涂料中加入２％的凹凸棒粘土可使涂料的流变性大为提高［９］。采用水为载体，ＯＰ－１０为表面活性剂，正丁醇为消泡剂。２ 涂料性能的测试（１）透气性 用测定型砂透气性的ＳＴＺ型直读式透气性测定仪测定，将试样筒稍加改进［１０］。在原有试样筒的一端蒙上一层１４０目的筛网，侧面接缝处用胶带纸封严。测定时，用毛刷将涂料刷在筛网上，涂层厚度控制在０．８～１．０ｍｍ 之间，经１２ｈ风干后，再放到ＳＴＺ透气性测定仪上测定其透气性，取３次测定结果的平均值。（２）悬浮性 用１００ｍＬ量筒测定。将涂料装入量筒，至刻度１００ｃｍ为止，静置２４ｈ，读出沉淀物的体积（％），即为该涂料的悬浮性。（３）强度 用ＮＤＪ－５涂四杯粘度杯向涂有涂层的玻璃板上落砂（８０～１００目），直至擦破涂层露出泡沫为止，穿孔直径为１．０～１．５ｍｍ，称出落砂总质量，作为判断涂料层表面强度的质量指标［１１］。（４）滴淌性 在２５ｍｍ７６ｍｍ 的载玻片上距底部４０ｍｍ处画一刻度，使刻度下１０ｃｍ２ 面积的泡沫浸入涂料中，然后垂直取出，任其滴淌，称取滴落涂料质量以表示其流淌性。（５）附着量和涂挂性 将ＥＰＳ泡沫塑料制成相同大小的长方体形状，在配好的涂料中浸渍两次后放２４ｈ测定其质量，与未涂涂料之前泡沫质量之差即为附着量。观察泡沫表面塌落现象，可以得出涂挂性是否良好，涂挂性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ３个等级，依次是优、良、差的级别。３ 耐火骨料比例的确定为了确定耐火骨料中各组分之间的最佳比例，进行３组试验，按照表１的配比配制涂料，并测定了３组涂料的各种性能，见表２。
从表２中试验数据可以看出，其他组分相同的情况下，不同比例的滑石粉和硅藻土组合所配制的涂料的性能有很大差距。首先，随着滑石粉加入量的增加，涂料的强度随之增大。第３组，即滑石粉占７０％、硅藻土占３０％的涂料强度最大。其次，第１组的透气性明显高于其他两组，第３组的透气性最小。这是因为硅藻土结构疏松多孔，会提高涂料的透气性，另外透气性可通过后期对粘结剂和悬浮剂的加入量来调节。再次，从涂挂性、悬浮性两组数据来看，第３组中涂挂性和悬浮性均好于前两组。综合对比分析，初步确定第３组试验中的耐火骨料配比为最佳骨料比例，即采用滑石粉７０％，硅藻土３０％。４ 正交试验透气性、悬浮性、涂层强度、附着量、吸着性是消失模铸铝涂料的基本性能指标。本课题参考文献［８］，在涂料中添加２％的凹凸棒土，能显著提高涂料的吸着性，同时文献［８］认为，硅藻土的含量对吸着性也有一定的影响。采用正交试验［１２］的方法只分析考查钠基膨润土、ＣＭＣ、ＰＡＭ、硅溶胶４种组分对这些性能的影响，以确定出最佳配比。因耐火骨料的最佳组合已经确定，正交试验只需要确定上述４种添加剂的最佳含量，采用４因素３水平。根据正交表的试验计划共进行了９次试验，并对各组配方进行性能测试，表３为因素水平表，表４为正交试验方案及结果，表５为正交试验及分析表，表６为极差分析表。
