铸造涂料新技术及发展趋势

1、铸 造涂料是铸造业屮非常重耍的材料，对铸件的外观质量及内部质量冇很大的 影响。近年来，铸造涂料技术发展迅速，涂料的性能不断提高，功能不断扩展, 涂料的詁种越来越丰富。木文将对铸造涂料近年来出现的一些新技术如高渗透 涂料、防脉纹涂料、整体浸涂涂料、非错质涂料及先进的在线涂料质量控制技术 等做一简单归纳总结，并对铸造涂料的发展趋势进行探讨。1涂料新技术 1.1高渗透涂料砂型芯表层砂粒z间存在很多孔隙，孔隙的大小由原砂粒度及紧实度决定。孔 隙越大、越多，金属液就越容易渗入其中而形成机械粘砂。对于一定粒度的原砂, 砂粒之间孔隙大小主要取决于紧实度。由于受砂型芯的结构差异、造型或制芯 操作者的习惯、型芯

2、砂的流动性等因索的影响，铸造生产实践中砂型芯各部位的 紧实度很难做到一致，特别在转角、突出或薄壁砂芯兰等难以坚实的部位极易 出现紧实不良，在型芯疏松部位容易发生图1所示的金屈液渗透，砂粒间的空 隙清晰可见并己被金属填充。图1显示了砂粒之间的空隙及渗入的金属图2硅砂颗粒旁边渗入的涂料粒子为了克服这个问题，涂料要能够渗透砂芯表面并在空隙屮填充足够的耐火骨料 颗粒，有效地进行密封，从而消除或减少金属渗透。普通涂料通常只能渗入1-2 个砂粒，当金屈压力较高或浇注温度较高时，不能有效地阻止金属液的渗入而产 生机械粘砂。使用特殊设计的高渗透涂料，如semco coating 9223 （水基钻英 粉高渗透

3、涂料）或teno coating zkpx （醇基铅英粉高渗透涂料）,其渗透深度 可达到550 mm,可有效地堵塞砂型芯表面的孔隙，从而可有效地防止机械粘砂 的出现。通常采用刷涂或喷涂将这些涂料直接用于容易发生渗透的区域。使用高 渗透涂料后的砂芯表面结构如图2所示。sem影像显示出硅砂颗粒旁边渗入的 涂料粒子填充砂粒间隙的状态。图3-图6显示了高渗透涂料的一些主要应用实例。口前主要用于大型铸铁件、 铸钢件关键砂芯、细长或盲孔砂芯，可冇效地防止烧结或机械粘砂。该涂料还可 以部分代替钻铁矿砂（图5）。在汽车铸件的关键砂芯上也用于防止局部粘砂、 烧结（图7）。特殊设计的高渗透涂料用于涡壳用液压件的脉

4、纹防止。该涂料含 有氧化铁等防止脉纹的活性成分，同时还含有磷片石墨等防粘砂材料。涂料浸涂时氧化铁等活性成分可渗入砂芯表而5輝10 mm,抗粘砂材料留在砂芯的表 面。因此，该涂料可有效地防止脉纹和粘砂（图8） o图5烏穆透涂料用钢砂芯 代替協铁矿砂|图4髙渗透涂料用j柴油叽牵引锚砂芯图6高谗透涂料用1风电讨件图7涂料用 m仏釘盖八谴砂芯图8舄淒透涂料用j防止祸壳必件脉纹1.2防脉纹涂料脉纹缺陷是发动机铸件生产屮的典型铸造缺陷。莫屮冷芯盒砂芯产生脉纹的倾 向最大。发动机铸件在水套、油道、气道部位经常会出现脉纹缺陷，这种缺陷会 阻碍发动机内腔气液涡流特性，从而影响到发动机的工作性能。大量的研究和 长

5、期的铸造实践表明，铸件表面产生脉纹缺陷的根本原凶是硅砂在573°c相变膨 胀引起的热应力导致砂芯表层开裂，铁液渗入裂纹中所致。脉纹的产生有两个基 本条件：一是相变膨胀产生的热应力大于砂芯表而的强度；二是铁液具冇足够的 流动性。因此，凡是能减少热应力的因素都会减少脉纹的产牛，能提高砂芯高 温强度及韧性的因素也会减少脉纹的出现，能加速铁液凝同的因素也会减少脉纹 的产牛。目前国内外针对脉纹缺陷所采取的措施无外乎以上三个方面。防脉纹 涂料是最为经济有效地防脉纹措施。口前在国内外汽车铸铁件屮已获得广泛的应 用。福士科公司的rheotec xl是典型的防脉纹涂料，同时也是一种综合性能极 佳的汽车

6、铸件复杂关键砂芯专用涂料。主耍用于缸体缸盖的水套、油道、进排气 道、差速器等关键砂芯，可以冇效地防止铸件内腔常见的脉纹、烧结、粘砂等 缺陷，大大提高铸件内腔的清洁度。可以代替防脉纹添加剂，降低成本。该涂料 具有良好的隔热性，可以推迟砂粒的相变膨胀和砂芯粘结剂的分解；涂料屮含 冇氧化铁红等具冇防脉纹作用的成分；涂层在浇注吋冇适度烧结，从而提高了涂 层和砂芯表面的强度。图9是采用不同涂料时砂芯表面的温度随时间的变化曲 线。从曲线可以看出，rheotec xl涂料具冇良好的保温性能，可使砂芯表而的 温度大大降低，减低硅砂相变的发生速率及相变产生的应变量。同时也使铁液处 于液相线温度以上的吋间大大缩短

7、，使铁液钻入砂芯产牛脉纹的机率明显降低。 图10为几种涂料的防脉纹效果。图11、图12是防脉纹涂料在缸盖及气道砂芯 上的应用实例。图10涂料旳防联纯效申15111纹涂料在e盖上i匸应舟图12肪脉级涂料在气迫芯上j应用1.3整体浸涂涂料汽车发动机缸体缸盖的生产是铸造技术的一个至高点，缸体缸盖的砂芯是铸造 行业中最复杂的一类砂芯。随着汽车技术的发展，对缸体缸盖的尺寸精度及内腔质量的耍求越来越高。如何捉高缸体缸盖的尺寸精度及内腔清洁度，减少脉纹、 烧结、粘砂等铸造缺陷是摆在广大汽车铸造工作者面前的一项重要课题。目前国 内缸体缸盖铸 件的质量与欧美发达国家还有很大的差距。汽车发动机缸体缸盖 类砂芯的整

8、体浸涂可以大大提高发动机铸件的尺寸精度及生产效率，代表了新一 代汽车铸造技术的发展方向，但对涂料的综合性能提出了更高的要求。一方面 由于组合后的砂芯立体空间结构及形状的复杂程度大大增加，使得浸涂工艺的难 度大大增加，对涂料的流变性能提出了非常苛刻的要求。涂层厚度在砂芯不同 部位要保持一致，不能有滴痕、流痕及堆积等缺陷；另一方面，为了保证优良的 内腔清洁度，涂料还应具冇良好的抵抗粘砂、脉纹、烧结等性能。semcosil 301 是最新研制的高性能水基整体浸涂涂料，如图13。该涂料在德国daimler ag已 获得非常成功的应用。图13整休浸涂涂料semco s订301在daimler缸体及缸盖上

9、的应用该涂料具有优界的流变性能和良好的综合工艺性能，且通用性较强，可用于缸体 缸盖等各种发动机铸件。铸件具冇很强的抗粘砂及抗脉纹能力，铸件的内腔清洁 度高。1. 4非钻质铸造涂料错英粉一直是性能最好、应用最广的涂料耐火骨料。但近一两年错英粉的价格 一路狂涨，达到2325元/kg,远远高于历史上钳英粉的最高价格，使得木來就 利润微薄的我国铸造厂难以承受。这次钻英粉涨价是金球性的，而月将会持续 很长时间。面对这样严峻的形势，摆脱对钻英粉的依赖，开发非钻质涂料是非常 迫切的，也是非常有意义的。广大铸造工作者在错英粉的代用方面已做过大量 的试验研究工作，也取得了一些成果。如以高铝矶土、莫來石、钻铁矿、

10、珞刚玉 或棕刚玉等材料为基的涂料用于生产中小型碳钢件。但是由于缺乏理论上的指 导，加上某些原材料本身的质量波动较大，这些涂料的质量稳定性及其应用范围 十分有限。往往当铸件的材质、结构及壁厚等因素变化较大时涂料的应用效果 差异很大。单单从耐火度来看，铝矶土、刚玉、莫来石、锯铁矿、镁砂粉等常用 的骨料都在1700°c以上，远远高于各种铸钢件的浇注温度。但是从实际的使用 效杲及质量稳定性來看，却并不是很理想。利用不同耐火材料的复合或添加烧结 助剂等在理论上可以达到取长补短、改善涂料烧结性能等目的。实际上在这方 面也确实取得了很多可喜的成果，但是复合的比例或烧结助剂的添加量的把握十 分困难，

11、往往需要大量的试验来确定。到目前为止，就涂料的通用性和剥离性 而言，没有一种涂料能够完全达到钻英粉涂料的水平。但是经过长期的努力和大 量的试验，口前可以针对不同铸件使用几种（2-4种）不同的涂料而实现错英 粉涂料的完全代用。个别涂料在合金钢铸件上的使用效果其至超过了传统的错英 粉涂料。图14是利用某种复合天然矿物材料配制的涂料在泵壳类碳钢件上使用 效果。图15是一种非鉛质复合涂料在汽轮机不锈钢叶片上的应用。以前采用铅 英粉涂料牛产时在浇口附近一直存在严重的粘砂。采用新研制的非钻质涂料后， 较好地解决了浇口部位粘砂这一问题。口前此涂料在核电、水电、火电类铸件 上也取得了很好的应用效果。图16为复

12、合非错质涂料在铁路碳钢件上应用效 杲。这几种涂料基木覆盖了碳钢、低合金钢及高合金钢等原來使用错英粉涂料的 大部分铸钢件。在大型铸铁件上目前也可实现钻英粉涂料的完全替代。图14非钻质涂料用于泵壳类铸钢件图15非错质涂料用于汽轮机不锈钢叶片图16非错质涂料用于铁路碳钢件1. 5涂料在线精确质量控制技术cpp全自动涂料工作站(coating preparation plant)是福士科(f0sec0)公司 开发的最新涂料应用设备，适用于高品质铸件自动化生产线中涂料使用参数的全 口动精确控制。该工作站通过实时、连 续测定涂料的密度及粘度将涂料的配制 及质量控制实现全自动过程控制，可冇效地消除人为因素的

13、影响，使涂料涂敷质 量更加稳定一致。cpp工作站集涂料配制及质量控制一体化，可实现口动加料、 输送、循环及在线、实吋、连续、自动测定涂料的密度及粘度，控制精度及可靠 性高，环境及人为因索影响小。配冇超声波清洗器可自动清洗传感器探头，双 联过滤器可滤除涂料中的杂质。测量数据记录并保存在专用数据库中，可生成定 制化报告。cpp i作站述可与全 球技术服务屮心连接，实现远程控制。cpp适用 于各种水基涂料及醇基涂料，可适用于浸涂、流涂及喷涂。cppt1t实现一机多用, 可同吋供给多个涂料浸涂或流 涂槽工位。图18是带有cpp工作站的流涂设备。(叩主白动毬倒功皱技荃養效注料土致范山仏50 1帧纠川&q

14、uot;' 池蛟: 6- 8 bar图17 cpp全自动涂料工作站图18带有cpp工作站的流涂设备先严牢 i 51b-olli) fh2涂料的发展趋势伴随着机械和铸造业的发展，铸造涂料已经并还将不断涌现出很多新技术、新产 品及新的理念，然而其总体上的发展趋势不外乎技术上的进步和环保意识的加强 这两大主线。归结起來主要有以卜几个方面：2. 1发展防缺陷涂料 随着铸造涂料技术的不断发展，涂料的功能也在不断地扩展。利用特殊设计的 涂料防止铸件的某些典型缺陷成为铸造涂料的一个重要发展趋势。其实，最早的 涂料就是 防止粘砂这一铸造缺陷的。确粉涂料也是一种防止缩松（渗漏）缺陷 的一种涂料。近年來发

15、展起來的防脉纹涂料是其中的较为成熟的一种新型防缺陷 涂料，在国内外汽车铸铁件屮已获得广泛的应用。含冇氧化铁的防气孔涂料也 是一种新型的防缺陷涂料，目前在铸铁件及铸钢件上均有成功的应用案例。随着 各种高档球铁件如风电及汽车铸件的增加，咲喃树脂砂特别是再牛砂小硫的问 题越來越突出。咲喃树脂固化剂中的冇机磺酸在浇注吋会分解出含硫气体，进而 被铸件表面的铁液吸收，导致铸件表面的石墨球变异，出现一定深度的片状石 墨或嫦虫状右墨层。目前国内外己开发出多种具冇防硫作用的涂料。该涂料一般 被设计成烧结隔离型、碱性吸收型或混合型防硫涂料。铸钢件也容易受硫的影 响。口前国内已开发出能够防止铸钢件表面微裂纹的阻硫涂

16、料，并在铁路铸件上 得到应用。防缺陷涂料是通过影响或控制涂料与金屈液的界而反应达到防止某种缺陷的目 的，这一类涂料将有非常好的发展潜力及更加广泛的应用前景。可以预见，能够 防止更多铸造缺陷的涂料胡种将会不断涌现。2.2发展水基涂料水基涂料的环保优势、质量优势及成本优势都很明显，将是未来涂料的一个重 要发展趋势。水基涂料在大型铸铁件如风电铸件及大型铸钢件上具有非常好的发 展前景。目前在国内外一些厂家已获得非常成功的应用。如某风电铸造厂采用 水基流涂涂料生产大型风电球铁件。涂料的烘干采用热风炉，而其热风炉的热量 来自于铸件浇注后的废热。这是一个非常值得借鉴或推广的技术。又如某铸钢 厂采用水基涂料牛

17、产大型铸钢件。涂料主要靠自干，合箱后采用热风进一步烘干 涂料及铸型内的残余水分。水基快干涂料也将是一个很有前景的发展方向。2. 3发展非错质涂料由于钻英粉的资源紧张、价格飞涨以及开采钻英砂对环境的严重破坏，非铅质涂 料将是一个明确的发展方向。非错质涂料的主要研究方向是复合骨料，口前最大 的障碍是缺乏理论上的指导。主要需考虑以下几个方面的因索：（1）不同金屈材质具冇不同的酸碱性，这取决于金屈屮合金元素的种类及含量。 各种耐火材料的酸碱性要和金属材质的酸碱性相适应；（2）涂料的烧结性能决定涂料的剥离效果。烧结性能一般可以通过不同材料的 复合或加入烧结助剂來实现。材料的复合及烧结助剂的选择及加入量的确定耍考 虑材料z间高温的矿相反应产物及动力学因素，述要考虑低熔点玻璃相的种类、 数量及粘度特性；（3）耐火骨料在浇注及冷却过程中的体积及线膨胀特性将会影响涂料的剥离效 果。耐火骨料自身的相变、矿相反应产生的新相以及烧结产生的收缩都应考虑在 内。这些考虑将冇赖于涂料抗粘砂及自动剥离理论及试验方法方面的突破，今后应加 大这方面的研究力度。2