铝合金金属型水基铸造涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 　目前常用的铝合金金属型铸造涂料主要有石棉粉保温涂料、石墨粉涂料、氧化锌涂料3 种[ 1 ] 。石棉粉涂料保温性能良好,但热涂刷性差,涂层易起皮开裂,表面凸凹不平,得到的铸件表面较粗糙[2 ] ;氧化锌涂料悬浮性差,且热稳定性不好,高温下易与Al2Si 系合金中的Si 发生反应,合金液与型壁粘附[3 ] ;石墨粉涂料强度低,浇注时涂料在合金液的冲刷下易脱落,导致铸件表面形成缺陷;上述涂料显然已不能满足铸件表面质量越来越高的要求。因此,开发提高金属型铝合金铸件表面质量的高性能铸造涂料是目前研究热点。现有的商品化铝合金金属型铸造涂料成本普遍较高,且关于涂料成分对性能影响的研究相对较少。本实验选用硅藻土为耐火骨料,钠基膨润土和羟甲基纤维素钠为悬浮剂,水玻璃和聚乙烯醇为粘结剂,水为载液,得到一种底层和面层合二为一的金属型水基铸造涂料,所用原料均来源广泛、价格低廉,因而涂料成本较低。同时研究了涂料成分对涂料粘度、悬浮率等性能的影响,为铝合金金属型铸造水基涂料的研制提供参考。1 　实验材料及方法1 1 　实验材料以硅藻土为耐火骨料,钠基膨润土和羟甲基纤维素钠(CMC) 作为复合悬浮剂,水玻璃(模数为3 0) 和聚乙烯醇(PVA ,聚合度1 750 50) 作为复合粘结剂,NaCl 作为辅助材料,自来水作为载液。1 2 　实验方法在钠基膨润土中加入其质量3 %的NaCl ,对其起到活化作用,再加入其质量4 倍的水,球磨2 h ,静置48 h使活化反应充分进行; PVA 和CMC 分别配成10 %和5 %的水溶胶。涂料制备的工艺过程是: 将预制的膨润土浆、CMC 以及PVA 水溶胶、水玻璃和水按照实验设定的比例依次加入到硅藻土中,球磨4 h ,得到所需的涂料。涂料的性能测试参照文献[ 4 ]进行。2 　实验结果及分析2 1 　涂料性能测试结果及分析悬浮率、粘度、涂刷性等是金属型涂料的重要性能,以正交实验来考察涂料成分对这些性能的影响,并确定综合性能较佳的水基涂料配比。实验采用4 因素3 水平正交表L9 (34 ) 进行方案设计(表1) ,所有涂料配方均按硅藻土100 份,其它组分相对于硅藻土所占的份数计量。通过调整涂料中水的加入量,将九组涂料的密度控制在1 15 g/ cm3 左右, 固含量控制在32 %左右。按据表1 所给定的因素水平配制涂料,并测试性能,结果见表2 。表1 　正交实验因素水平表L9　一般对水基铸造涂料悬浮率、粘度和涂刷性的要求是:静置6 h 悬浮率应在90 %～95 %以上,24 h 涂料底部不能有板结的情况发生;粘度适中,但是粘度不单独作为考核涂料性能的指标[ 4 ] ;涂刷性指数不小于4 5[5 ] 。从表2 中的实验结果来看,除了A1B3 C3D3 的悬浮性较差以外,其它涂料的悬浮性均满足金属型铸造涂料的要求,A3B3 C2D1 的24 h 悬浮率高达91 7 % ,悬浮性最好。A2B2 C3D1 的涂刷性指数为4 5 ,9 组涂料中其涂刷性最好。在保证涂料涂刷性最好、悬浮率较高、粘度适中的情况下,初步选定配比较佳的涂料是A2B2 C3D1 ,其配比为硅藻土∶钠基膨润土∶CMC ∶水玻璃∶PVA ∶水= 100 0 ∶14 0 ∶0 3 ∶11 0 ∶1 0 ∶240 0 (质量比) 。为了进一步考察涂料A2B2 C3D1 是否满足金属型水基铸造涂料的要求,对其它性能进行了详细的研究。2 1 1 　涂料A2B2 C3D1 的流变性涂料的流变性是衡量涂料工艺性能的一项重要指标,流变性与涂料的涂刷性、流平性等有很大关系。图1 为采用NDJ21 型旋转式粘度计测定的流变性曲线。可以看出,曲线的直线部分延长线与纵轴交于0 (屈服值) ,随着剪切速率D 的增加,剪切应力增长缓慢,剪切应力的增长小于剪切速率D 的增长。由这几个变化过程可知涂料A2B2 C3D1 是带有一定屈服值的假塑性流体,这是铸造涂料理想的流体类型。图1 　涂料A2B2C3D1 的流变性曲线涂刷性好的涂料应为高剪切速率下剪切应力较小的涂料。流平性好的涂料应该是在低剪切速率( D =0～10 s - 1 ) 下剪切应力不大的涂料[1、3 ] 。由图1 可知,涂料A2B2C3D1 满足这两个特点,因此其涂刷性和流平性都很好,涂刷时流畅,涂敷均匀,刷后粘度会迅速恢复,表面张力增大,刷痕很快消失,能够得到平整光滑的涂层。2 1 2 　涂料A2B2 C3D1 的触变性触变性是指涂料剪切变稀、静置变稠的性质[6 ] 。图2 是采用NDJ21 型旋转式粘度计测定的触变性曲线。由图2 可知涂料A2B2 C3D1 的粘度,在恒定的剪切速率下,随着剪切时间的延长而大幅度下降,即涂料具有很强的剪切变稀能力,其触变性为:金属型水基铸造涂料一般要求触变性大于20[4 ] ,涂料A2B2 C3D1 的触变性为47 27 ,说明其触变性良好,且具有较好的抗流淌性。