六偏磷酸钠对镁合金金属型涂料性能的影响

data-full-width-responsive="true"> 　镁合金可代替钢铁和铝以减轻结构质量，在航天、航空、电子、通讯以及交通运输等行业具有广泛的应用价值。金属型铸造是镁合金的重要成形方法之一，金属型可以多次使用且铸件品质较高［３］。铸造涂料可延长金属型的使用寿命、改善铸件表面质量、扩大其使用范围。镁合金金属型涂料要具有高强度、良好的抗滴淌性以及适当的粘度、偏碱性的ｐＨ 值，同时还要求便于清理，成本低，操作简便。研究表明，用作涂料粘结剂的六偏磷酸钠对涂料的强度、粘度以及抗滴淌性都有很大影响，其加入量是否合适是涂料成功的关键。１　试验方法镁合金金属型涂料选用镁砂粉与硅藻土作为复合骨料，镁砂粉属碱性材料且是少数不与镁合金熔液反应的骨料，而硅藻土具有很低的热导率，适合改善金属型铸造涂料性能，二者配合使用可提高涂料性能。悬浮剂选用膨润土和ＣＭＣ，膨润土分子具有空间网状结构，起到很好的悬浮作用。六偏磷酸钠和水玻璃组成复合粘结剂，水玻璃是铸造涂料中常用的中高温粘结剂，有助于粉料颗粒的烧结，六偏磷酸钠为无机高温粘结剂。用正丁醇作为消泡剂，ＯＰ－１０作为表面活性剂，以水为载体。该涂料除了六偏磷酸钠以外，其他原材料加入量见表１，其中各助剂加入量均为占骨料质量的百分数，ＣＭＣ配制成１∶４９的ＣＭＣ水溶液，钠基膨润土配制成１∶９的膨润土浆，正丁醇微量，ＯＰ－１０微量。　涂料的粘度采用ＳＮＢ－４数字粘度计来测量。悬浮性采用１００ｍＬ量筒的静置法。滴淌性测量采用７６ｍｍ２５ｍｍ 的载玻片和小烧杯，将涂料倒入小烧杯中，然后将载玻片完全浸入涂料中，用镊子夹住载玻片上端垂直取出，让其表面涂料自由滴到准备好的滤纸上，最后用电子天平称出滴落涂料的质量即涂料的滴淌性；重复上述过程３次取平均值作为滴淌性的数值。强度测试是将涂料涂在一块１９ｃｍ１９ｃｍ的玻璃板上晾干，将其放置于倾斜４５的斜面上，在距离玻璃板上方１ｍ处放置装满砂子的涂４粘度杯，用细砂来冲击涂层，当玻璃板的涂层出现２～３ｍｍ 的圆孔时，收集细砂称重作为涂层的强度指标。ｐＨ 值采用ＰＨＳ－３Ｃ测定仪测定。２　试验结果与分析六偏磷酸钠加入量（质量分数，下同）分别取２％、４％、６％、８％，研究其加入量对涂料的ｐＨ值、悬浮性、粘度以及滴淌性、涂层的强度等性能的影响。结果见表２。２．１　六偏磷酸钠含量对涂料ｐＨ值的影响镁合金易与涂料发生反应，要求涂料的ｐＨ 值呈碱性，这样可以避免铸造镁合金与涂料发生化学反应，同时可提供一个碱性的环境减小涂料对模具及铸件的腐蚀。由表２可以看出，随着六偏磷酸钠的增加，涂料的ｐＨ值降低，当六偏磷酸钠加入量为８％时，涂料的ｐＨ值为１０．３４，满足镁合金对涂料性能的要求。２．２　六偏磷酸钠含量对涂层强度的影响六偏磷酸钠含量对涂层强度的影响见图１。随着六偏磷酸钠含量的增加，涂层的强度增大，六偏磷酸钠含量在２％～６％范围内时，涂层的强度增加较平缓，从６％增加到８％时，涂层的强度提高非常快，由５３．７０ｇ增到９５．８２ｇ，增幅达到７５．１３％。根据涂层强度的变化规律，可以确定六偏磷酸钠在６％～８％范围内满足要求。２．３六偏磷酸钠含量对涂料悬浮性的影响图２为六偏磷酸钠对涂料悬浮性的影响曲线。随着六偏磷酸钠含量的增加涂料的悬浮性增大，六偏磷酸钠的含量为２％，涂料的悬浮性为９９．５％，当六偏磷酸钠含量达到６％时，涂料的悬浮性达到１００％，之后保持不变。六偏磷酸钠对涂料悬浮性的影响较小，其在涂料中主要是作为粘结剂，膨润土和ＣＭＣ为涂料的复合悬浮剂。由涂料的悬浮性可知，只要六偏磷酸钠含量达到６％即可满足使用要求。２．４　六偏磷酸钠含量对涂料粘度的影响从图３可看出涂料的粘度随六偏磷酸钠含量的增高而增加，含量在６％时涂料的粘度达到７．６０Ｐａｓ，并且随着含量的增加继续增大，当含量为８％时涂料粘度达到了１４．８６Ｐａｓ，此时粘度过高，涂料成膏状，不符合涂刷性能要求，所以根据涂料的粘度确定六偏磷酸钠的加入量为６％。２．５　六偏磷酸钠含量对涂料滴淌性的影响图４为六偏磷酸钠对涂料的滴淌性的影响。可以看出，六偏磷酸钠对涂料滴淌性的影响很大。涂料的滴淌性随六偏磷酸钠含量的增加呈快速下降的趋势，六偏磷酸钠从２％ 增加到６％时，涂料的滴淌性下降到０．１５ｇ，当含量上升到８％时滴淌性降到０．０８ｇ。滴淌性体现着涂料附着于模具表面的能力，但与粘度不同，滴淌性是涂料的涂刷过程中的重要指标。滴淌性越低涂料对模具的附着越好，但滴淌性也不可过低，在涂刷过程中涂料的滴淌性与流平性都是重要的性能指标，滴淌性过低会导致涂料的流平性能差，使涂料在涂刷过程中出现严重的涂痕。综合流平性和滴淌性可确定，涂料中六偏磷酸钠的加入量为６％～８％比较适宜。根据试验结果可知，在整个六偏磷酸钠加入范围内，涂料的ｐＨ 值均大于８，呈碱性；六偏磷酸钠含量达到６％，涂料的粘度比较适宜、悬浮性可达１００％；六偏磷酸钠在６％～８％范围内，涂料强度和滴淌性满足要求。综上所述，六偏磷酸钠加入量确定为６％。３　六偏磷酸钠的粘结机理六偏磷酸钠的主要粘结机理是，六偏磷酸钠吸水后呈粘胶状物，这与六偏磷酸钠本身的性质密切相关。六偏磷酸钠的分子式一般为（ＮａＰＯ３）６，属于一种组成不定的多磷酸盐，六偏磷酸钠的阴离子团有很高的分子量，一般含ＰＯ３基团数高达３０～９０个，并形成一条长链。六偏磷酸钠在水溶液中水解成为正磷酸盐。涂料中由于水玻璃及其他一些碱性物质的加入，制得了ｐＨ 值在１０～１０．５的碱性环境，即涂料中ＯＨ－ 离子浓度大，反应向右进行，有助于Ｈ３ＰＯ４的进一步分解，也促进了六偏磷酸钠盐向正磷酸盐的转化。而且此时的磷酸盐将进行多个磷酸功能团的缩合，尤其在高温下六偏磷酸钠的分子基团将有缩合作用，缩合之后的分子团与涂料中立体网状结构的膨润土分子团相结合，有效地起到了粘接的作用。随六偏磷酸钠含量的升高，对涂刷性的影响更明显。六偏磷酸钠量在２％时涂料较稀，流动性很好但是滴淌严重，涂料涂刷之后有明显的流痕，效果较差；当涂料中六偏磷酸钠的含量上升到６％左右时，可以饱蘸涂料，刷动轻快、平滑，而且涂刷后涂料经一段时间自动流平不留刷痕，同时粘度恢复，此含量的涂料的滴淌性很低，且涂刷后的涂料在重力作用下能保持固有的外形，达到与滴淌性互相平衡的程度，由此可判断涂料有一定的切稀性（同触变性），同时可知涂料的涂刷过程具有一定的屈服值。涂料从刚涂刷到与滴淌性达到平衡的过程，可以判断该涂料具有调节涂料的剪切应力的依时性，所以涂料为有触变性的假塑性流体。４　结　论在镁合金金属型涂料中六偏磷酸钠对涂料悬浮性影响较小；涂料的ｐＨ 值均大于１０，呈碱性；随六偏磷酸钠含量的升高，涂料层强度以及涂料粘度显著增长、涂料的滴淌性变好；当六偏磷酸钠含量高于６％时涂料悬浮性达到１００％；当加入量在６％左右时，涂料的涂挂性良好，此时的涂料为具有触变性的假塑性流体，综合涂料的各项性能，六偏磷酸钠的最佳加入量为６％。