铸钢用砂型涂料的配制与性能研究

铸钢用砂型涂料的配制与性能研究

涂料是铸造的辅助材料，适用于造船技术。铸造涂料的技术发展应围绕如何提高铸件质量、节约能源、保护环境及涂料质量控制这一中心来进行。本试验基于以上几个方面,通过几组骨料配制的涂料,从中选出三种骨料(石英粉、高铝矾土、滑石粉),配制不同比例骨料的涂料,然后对涂料的辅助材料悬浮剂、粘结剂进行配比试验,选出最佳辅助材料含量,并将其性能与某工厂生产的商业用涂料的性能进行对比,从而确定最佳配比,配制出成本低、颜色和性能都相对较好的铸钢件用砂型涂料。1试验材料1.1粉耐火度好,成本低目前,铸造涂料的耐火骨料较多,主要有石英粉、锆英粉、滑石粉、镁砂粉、高铝矾土等,具体根据铸造合金的种类来选定。石英粉耐火度高于1690℃,来源丰富,成本低,能够满足铸钢件较高的浇注温度。对于高熔点的铁合金,滑石粉能提高涂层的致密度,不易开裂。高铝矾土蕴藏量大,使用它可以代替锆英粉、刚玉粉配制涂料,可以降低成本。因此,本研究采用高铝矾土、石英粉、滑石粉作为耐火骨料,经试验多个配比,选出涂料性能最佳的配比,其配比为高铝矾土∶石英粉∶滑石粉=3∶4∶3。1.2加载液体本试验用经过软化的水作为载液,无毒无害,成本低。1.3膨润土的选用悬浮剂也称稳定剂或稠化剂,是防止耐火粉料沉降,使涂料具有悬浮稳定性和适当的流变性能的材料。涂料的悬浮剂应在溶剂中形成胶体,使涂料的粘度增大,是研制水基涂料的关键。一般常用膨润土作悬浮稳定剂,涂料中含膨润土多,则悬浮稳定性好,但涂料在烘干和浇注时容易开裂。因此,要选用胶质价高的膨润土或活化膨润土,以保证涂料具有足够的稳定性且加入量最少。本试验用的膨润土在选用过程中,进行了两种膨润土比较,一种是钙基膨润土,用4%左右碱液进行活化,活化为钠基膨润土;另一种直接选用钠基膨润土。最终选用了钠基膨润土,其规格性能见表1。1.4粘合剂粘结剂是为了提高涂料层的强度和涂料层与砂型表面的结合强度。粘结剂的种类很多,本研究采用水玻璃作为粘结剂,其性能见表2。2环保涂料的性能2.1膨润土加入量的影响膨润土是以蒙脱石为主要矿物的粘土,蒙脱石在粘土中颗粒最小,比表面积最大,被水润湿后形成胶体质点。膨润土成胶需要一定时间,其胶凝力增长过程也是水膨胀过程。在水玻璃加入量为20%条件下,该膨润土加入量对涂料悬浮性的影响及与商用涂料的比较见表3。静置6h后,测得膨润土对配置涂料的悬浮性影响见图1。由图1可以看出,随着膨润土加入量的增加,当膨润土达到4%~5%之间时,悬浮性已基本达到要求。如果膨润土加入量过多时,涂层在激热时易开裂。与商用涂料的悬浮性相比,加入量4%、5%的悬浮性与之相差不多。2.2水玻璃加入量对配置涂料的悬浮性影响对于配制的铸造涂料来说,水玻璃是很好的粘结剂。选用的水玻璃是硅酸钠的水溶液,呈碱性。在膨润土加入量为5%条件下,加入不同量的水玻璃,测得配制涂料的悬浮性见表4。静置6h后,测得水玻璃对配置涂料的悬浮性影响影响见图2。由图2可以看出,随着水玻璃加入量的增加,涂料的悬浮率也增加,当水玻璃加入量达到15%~20%时,涂料的悬浮性已经达到标准,完全满足生产应用需要。对膨润土加入量为5%、水玻璃加入量为20%的涂料分别进行粘度、密度、耐火度、发气性、高温抗裂性、涂刷性等性能测定,结果显示,其粘度为15.72s,密度为1.32g/cm3,耐火度达到1680℃,发气量为22mL/g,高温抗裂性为Ⅱ级,涂刷时稍有刷痕,这些参数均能满足铸钢件生产要求。3正交试验与分析通过正交试验,分析骨料、膨润土及水玻璃对所配置涂料的悬浮性的影响程度。3.1涂料的配制工艺考核涂料好坏的主要技术指标为悬浮性、密度和粘度等,影响这些指标的因素有骨料(因素A),膨润土(因素B),水玻璃(因素C)。载液水的加入量根据以上经验固定为80%,进行正交试验。试验中,涂料的配制方法为:先干混搅拌均匀,然后加水玻璃溶液和适量的水进行搅拌,搅拌30min后,再加其他助剂,搅拌一段时间后静置,涂料在使用前需再搅拌。正交试验的因素水平见表5,根据正交表选用原则,采用Lg(34)正交表,表头设计见表6。3.2测试结果的误差分析对表6每组试验所混制的涂料分别测试其悬浮性指标,测试结果如表7所示。根据测试指标悬浮性的测试结果计算极差值见表8。对试验结果进行极差分析,其分析结果见表9。从以上极差分析表可知,对悬浮性影响的因素依次为B>C>A,即钠基膨润土、水玻璃、骨料。4骨料、水玻璃对所配置的铸钢用砂型涂