消失模铸造用涂料

1、第三章 消失模铸造用涂料3.1 表面耐火涂料因为泡沫塑料模造型后，四周被型砂所包覆。一方面，由于型砂是近似球型的，型砂与模型表面之间实际上是点接触，其界面处存在着许多微小的空隙；另一方面，浇注成型时高温金属液在负压的作用下，其穿透能力比普通砂型铸造要强得多，因此金属液极容易渗入这些空隙。如果泡沫塑料模型表面不使用耐火涂料，则一般得到的铸件表面往往存在大量的针状缺陷，导致产品严重粘砂。所以，消失模铸造时不论泡沫塑料模型表面多么光滑，都必须涂挂一层耐火涂料。3.1.1 涂料的作用与技术要求3.1.1.1 涂料的作用消失模铸造所用的造型材料一般是普通干石英砂，泡沫塑料模型被液态金属置换时，热分解产生

2、的大量气体要通过干砂间空隙方能排出铸型外。然而，液态金属在负压的作用下很容易渗入干砂间的空隙而形成机械粘砂。为了避免产生机械粘砂，消失模模样表面必须涂挂一层耐火涂料。在铸型浇注过程中，这一层耐火涂料是介于金属液和型砂之间，对消失模模样的气化、金属液充填和铸件的形成等起着十分重要的作用。(1)防止铸件产生机械粘砂和热化学粘砂。机械粘砂的实质是金属液对砂粒间细孔的充填渗入。在普通砂型铸造中，金属液在铸型某点上的渗入压力即为金属液的压强。当渗入压入超过砂粒间空隙中的气体反压力和由金属液表面张力引起的附加压力时，金属液才能渗入砂粒空隙中形成机械粘砂。一般情况下，消失模铸造中金属液的渗入压力要大于砂型铸

3、造，所以铸件表面有较严重的针刺和粘砂现象。在泡沫塑料模的外表面涂挂一层一定厚度的致密涂层，可以起到阻止金属液渗入的作用，从而防止铸件产生针刺和机械粘砂。消失模铸造目前广泛使用的型料诸如铁丸、石英砂等，由于耐火度均不高，熔融温度较低。当浇入高温金属液后极容易被金属液所熔融，形成节瘤等缺陷，产生热化学粘砂。因此，在金属液和型料之间隔离一层耐火度高的涂层，有助于防止热化学粘砂。(2)提高泡沫塑料模型的刚度，防止埋型时变形。 这是耐火涂料层在消失模铸造中的独特的作用。泡沫塑料模在埋型操作时，不可避免地要受到一定大小的冲击力作用，因而模型可能产生压缩变形和弯曲变形，进而影响到铸件的最终尺寸精度。模型表面

4、涂上一层耐火涂料，干燥后会形成一层紧紧包覆在外表的具有一定强度的硬壳层，使其强度比未挂涂料前有成倍地提高，同时模型的刚度也相应增强，因此可以使各种变形量降低到最小。例如，2mm厚的涂层，在同等受力条件下，可使泡沫模型的受压变形降低2/3，使弯曲变形降低9/10以上。(3) 有助于消失模模样热分解气体的迅速排出。如果泡沫模型热分解产生的气体不能及时排出，可能产生浇注不完全、气孔、夹渣和碳黑等缺陷。具有一定透气性的表面耐火涂层可以使气体在负压的作用下及时排出铸型。3.1.1.2 消失模铸造对涂料的技术要求消失模铸造用的耐火涂料最终涂覆在泡沫塑料模型的表面。泡沫塑料种类不同以及铸件材质不同，对涂料性

5、能的要求也就不一样。此外，泡沫塑料不透气、热变形温度低（约700C左右）、对水的亲和力小、气化后的发气量大，这些特点决定了涂覆在它表面的耐火涂料应具备如下技术要求：(1)涂层具有一定的透气性从防止铸件粘砂的角度来说，泡沫模型外表必须要涂挂涂料，而且涂层要尽可能致密；但致密的涂层不利于气化模气化后生成的气体往外逸散。因此，要求涂料具有一定的透气性，使模型气化生成的气体容易通过涂层，通过型料之间的间隙由真空泵抽走。为了使涂层获得良好的透气性，可以采取如下技术措施：a：将不同种类和粒度的耐火骨料进行合理搭配。耐火骨料的种类和粒度对涂料的透气性影响很大。一般来说，单独使用某一种骨料时涂料的透气性很差，

6、而将不同的耐火骨料搭配起来使用时透气性较好。如将铝矾土与适量石英粉复合可获得良好的透气性。同时，骨料的颗粒形状对涂料的透气性也有很大的影响。球形颗粒（石英、刚玉）形成外露的微孔，而片状颗粒（滑石、云母）形成隐蔽的微孔。胞格状组织（珍珠岩）及纤维结构（石棉、蛭石）的填料形成无序结构，构成松散的多孔结构，透气性较高。将不同种类的骨料进行合理搭配可在一定范围内调节涂料的透气性。b：选用有机粘结剂。有机粘结剂在高温下分解可形成一些空洞，从而增加了涂料的高温透气性。而高温粘结剂如硅溶胶、水玻璃等所配成的涂料透气性较差。C：加入适量的氧化剂。泡沫塑料模在高温下不完全分解时会在涂料表面沉积一些碳，阻塞排气通

7、道，从而降低了涂料的高温透气性。加入一些氧化剂可以加速泡沫塑料模的分解，从而防止碳的沉积，增加涂料的透气性。(2)具有良好的润湿性和粘附性聚苯乙烯泡沫塑料为非极性材料，表面张力低，不易被水基涂料润湿、渗透，因此，涂料中需加入少量表面活性剂并选择适当的粘结剂。所选用的粘结剂要求与泡沫塑料模的粘附性好，这样涂挂后能在模型外表获得一定厚度的耐火涂层。如涂料的粘附性差，则可造成涂层厚度不够或不均，甚至涂层不连续，很难获得质量优良的铸件。(3)高温强度好耐火涂层的耐火度要高，热膨胀系数要低，否则浇注过程中由于金属液的冲刷作用，很容易将粘附不牢的涂层冲刷而卷入铸件，使制品产生粘砂和夹渣等缺陷。(4)干燥速

8、度快涂料在低温（一般要低于60）下的干燥速度要快，不龟裂，并能形成坚固的耐火涂层。如果干燥速度过慢，不仅影响生产效率，而且由于涂层长期不能干燥、固化，可能会从气化模表面脱落。(5)发气量要小涂料层一经烘干后，在浇注过程中与高温金属液相接触时，不得有其它的气体产生。否则涂料层容易崩溃、脱落，所产生的气体还会影响浇注过程的平稳性。(6)良好的涂挂性消失模涂料的涂层比较厚，要求涂料有较高的屈服值和塑性变形能力，应严格控制涂料的流淌性，对于热固性树脂为粘结剂的涂料，可以在其中加入少量触变剂，以提高涂料的涂挂性。3.1.2 涂料的种类与组成3.1.2.1 涂料的种类消失模铸造用涂料的种类根据所用粘结剂的

9、性质通常分为水基涂料、醇基涂料、树脂涂料等三种。水基涂料是指其粘结剂以水为溶剂，常用的粘结剂多种多样，如聚乙烯醇、CMC、水玻璃等。水基涂料一般厚度较大（0.52mm），其强度也较醇基高，但是水基涂料的透气性一般较差，一般在水基涂料中需要加入少量的发泡剂。涂层烘干后，发泡剂在涂层中会产生大量的毛细孔，气化模分解产生的气体就是由这些毛细孔排出。醇基涂料与树脂涂料的干燥速度较快，又称之为快干型涂料。快干型涂料中通常不需要加入发泡剂，涂层的透气性主要依靠涂料中的粘结剂或溶剂的挥发而产生。快干型涂层比水基涂层薄，所以其透气性也较好。水基涂料与快干型涂料各有特色，其特点对比见表3-1。表3-1水基涂料与

10、快干型涂料的比较涂层厚度干燥工艺涂层强度涂挂性溃散性透气性水基涂料12mm600C 左右烘干高一般差较好快干涂料0.51mm晾干较差好好较好水基涂料中含有大量的毛细孔而对高温液态金属产生毛细吸力作用，使涂层清理时溃散性差，容易产生铸件粘砂现象。但对于水基涂料可以增加厚度而使涂层强度升高；醇基涂料防粘砂、针刺功能好，但其强度低。这里需要注意的是，长期以来在铸造生产中通常有两种不正确的认识，一是过分强调涂料的透气性好坏，认为水基涂料的透气性差；二是认为醇基涂料虽然方便快捷但成本高昂，事实并非如此。大量的实践表明，铸型中的气体能否迅速排除是涂层透气性、涂层厚度、真空度、型砂粒度等因素共同作用的结果。

11、水基涂料与快干涂料相比，在相同厚度的条件下其透气性相差无几，更本不可能对消失模铸造工艺产生显著的影响。其次，虽然醇基涂料中原材料成本高，但其涂层比较薄，涂料用量少而且不必专门烘干、铸件清理方便，所以其综合成本反而比水基涂料要低。对于厚大铸件、重要零件或某些关键部位，将这两种涂料结合起来使用效果很好，即内层用醇基涂料（0.5mm）而外层使用水基涂料。有时可以将这两种涂料交替使用，涂覆多层，铸件的防粘砂效果也十分理想。3.1.2.2 涂料的主要组成涂料的基本成分是耐火材料、粘结剂和溶剂。有时为了改进涂料的某些性能，也可以加入一些特殊添加剂。比如，为了提高其透气性，可以加入少量的发泡剂。(1)耐火材

12、料 涂料的性能主要决定于耐火材料，而其它成分仅起粘结、分散、悬浮和助溶剂等辅助作用。一般选用耐火度高、烧结点适当、热膨胀系数小、不被金属及其氧化物润湿、来源广和价格低的耐火材料。耐火材料的品种很多，消失模铸造通常选用以下四种耐火材料。a.锆英粉 主要成分是ZrO2、SiO2，即正硅酸锆。它的耐火度高，是目前用于消失模铸造最好的一种抗粘砂材料。浇注铸钢件和大型铸铁件时多采用这种耐火材料，可以减少铸件的清理工作量，获得表面光洁的铸件。b.石英粉 主要成分是SiO2。由于石英粉在不同的温度条件下具有不同晶型转变，使其发生体积改变，从而降低了它的使用价值。一般用来浇柱中小铸铁和铸铝、铸铜件等有色金属。

13、由于消失模铸造目前主要用于中小件，所以石英粉应用比较普遍。c.氧化铝 氧化铝即刚玉粉，主要成分是Al2O3。它也是一种性能优良的耐火材料，可用来浇注铸钢件和大型铸铁件。d.石墨粉 石墨粉是铸铁生产中广泛作用的耐火材料之一，具有很高的耐火度，但易氧化。它的热膨胀系数很低，一般在5010-7以内。另外，在南京航空航天大学的大量实践中有时也采用碳化硅粉体作为铸造高温合金用耐火涂料的骨料，其抗高温性能和防粘砂性能均十分理想。不同铸件材质，所用的耐火填料种类不同。如铸钢常用砂料、棕刚玉粉、热铝矾土粉、石英粉；铸铁常用石英粉、鳞片石墨、土状石墨、滑石粉；铸铝常用滑石粉、土状石墨等。耐火材料的粒度太粗，涂料

14、的悬浮稳定性差，铸件表面粗糙度大，但涂层透气性高；粒度太细，浇注时涂层容易产生裂纹，涂层透气性低。不同粒级的耐火骨料适当配合，可提高涂料的密度，减少涂层的收缩而提高抗龟裂性能。耐火材料的颗粒配级，要根据涂料的透气性和涂挂性等性能来综合考虑，一般在120200目范围内调整。(1)不同耐火填料制成的涂料的常温与高温透气性的比较。选用同一粒度(150目)的锆英砂、棕刚玉、铝矾土以及石英砂，分别按同一配方配制涂料，测试涂层的常温与高温透气率。结果表明，无论是常温或高温透气率，铝矾土涂料的透气性最高，其次是石英砂和棕刚玉，锆英砂涂料的透气率最低。造成不同耐火填料的涂层透气率不同的原因主要有填料粒度、表面

15、状况、涂料干燥与收缩特性等。(2)不同耐火填料粒度的对比。将棕刚玉粉筛分出五种不同粒度：100目、150目、200目、250目以及250目，配制出五种粒度不同的涂料以比较粒度对涂料透气性的影响。实验结果表明，耐火填料的粒度对涂层的常温与高温透气率的影响比较显著。耐火骨料的粒度越粗，透气率越高。因此，在保证涂料具有一定的悬浮性、涂挂性以及保证铸件光洁度的情况下，尽量采用粒度较粗的耐火填料配制涂料。因此，在配方设计上，除保证涂料具有较好的悬浮性、涂挂性、干燥强度以及耐火度外，尽可能提高其常温与高温透气率。表3-2 常用耐火骨料的某些性能耐火材料熔点()氧化气氛中的使用温度()密度(g/cm3)热膨

16、胀系数导热系数(W/m.K)氧化铝201519808010-7(201580)2.39石英粉172816802.323010-6(30011000C)1.59锆英粉247018704.65510-7(2012000C)2.1表3-3 消失模铸造用石墨的性能类别牌号固定炭（%）灰分（%）挥发分（%）水分（%）粒度（%）鳞片石黑鳞片石墨土状石墨土状石黑ZZL84-1ZZL78-1ZZT84-1ZZT79-28478847914.520.513.519.02.22.73.43.50.50.52.02.090%通过100目筛90%通过100目筛90%通过200目筛90%通过200目筛注：表中的鳞片石墨

17、即铸造车间常称的白铜粉，土状石墨为黑铜粉。(2)粘结剂和溶剂作为悬浮稳定剂使用的膨润土和有机高分子化合物等都能起到粘结剂作用，但因其加入的量受到限制，要达到涂层需要的强度还需另加粘结剂。常用的粘结剂大致分为无机和有机两大类。无机粘结剂如膨润土、水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐等。有机粘结剂如糖浆、纸浆残液、水溶或醇溶树脂、聚醋酸乙烯乳液(乳白胶)等。消失模铸造用涂料中可同时加入有机、无机粘结剂。不损害泡沫塑料模型是消失模铸造用粘结剂和溶剂的基本要求。对于丙酮等强极性溶剂对聚苯乙烯有强烈的溶解作用，不能轻易选用。可以作为聚苯乙烯泡沫塑料用的粘结剂主要有纸浆废液、糖浆、羧甲基纤维素（CMC）、聚乙烯

18、醇、聚乙烯醇缩丁醛、水玻璃等。(3) 悬浮稳定剂悬浮稳定剂是使涂料具有悬浮稳定性和适当流变性能的材料。 水基涂料的悬浮稳定剂这类稳定剂主要有钠基膨润土或活化膨润土。膨润土与某些有机高分子化合物一起使用，效果会更好。常用的高分子化合物有羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯醇、糖浆、木质素磺酸钙等，最常用的是羧甲基纤维素钠(CMC)。 醇基涂料的悬浮稳定剂此类稳定剂常用的有聚乙稀醇缩丁醛(PVB)、有机改性膨润土、钠基膨润土和锂基膨润土等。(4) 分散介质水基涂料用水作为分散介质，一般用自来水即可。水的硬度(即水中碳酸盐含量)对涂料性能有影响，一般可不予考虑。如果水的硬度大到对涂料性能产生影响时必需更

19、换。醇基涂料的分散介质，常用普通工业酒精。(5) 添加剂是指为改善涂料的某种性能而添加的少量物质。如防止涂料中有机物质腐坏变质而添加少量的防腐剂；为改善涂料的润湿性，消除涂料制备过程产生的气泡而添加少量的消泡剂；用以增加涂料的渗入深度而添加少量的渗透剂等。3.1.3 常用涂料配方涂料的配方多种多样，但基本组成都是一样的。3.1.3.1 水基涂料a、纸浆废液涂料基本配方（表3-4）表3-4 纸浆废液涂料基本配方组分石英粉纸浆废液膨润土无水碳酸钠聚醋酸乙烯乳液水wt（%）10061.551适量纸浆废液涂料一般用于中小铸铁件、铝合金铸件。若将其中的耐火材料换成锆英粉，则可用于铸钢件和厚大的铸铁件。纸

20、浆废液涂料使用时需注意浸挂涂料后需要撒干石英砂，以防止涂料往下滑落，通常涂料的涂挂场地粉尘较大。需要涂挂两层以上的涂料时，应采取快速干燥措施，否则干燥了的第一层涂料层容易潮解脱落。此外，即使干燥后的涂层在空气中放置过久也会吸潮，耐火层的干强度一般较低。b、CMC涂料基本配方表3-5 CMC涂料基本配方组分石英粉CMC膨润土无水碳酸钠聚醋酸乙烯乳液水wt（%）10081.542适量CMC涂料的用途与纸浆液涂料相同，但模型浸挂CMC涂料后不用撒干石英砂，改善了劳动条件；进行多层涂挂时，无需快速干燥设备，进普通烤箱后或自然干燥均不会使前一层涂料层潮解脱落，干强度较高，适用于喷涂。c.糖浆涂料基本配方

21、表3-6 糖浆涂料基本配方材料石英粉糖浆膨润土无水碳酸钠水wt%10045237适量糖浆涂料的用途与纸浆液涂料相同，干强度比C.M.C涂料差一些，但其涂挂性能较好，浇注出来的铸件表面比较光滑。3.1.3.2有机溶剂快干涂料有机溶剂快干涂料，目前主要以酒精为溶剂，聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂。采用聚乙烯醇缩丁醛配制涂料，操作简单，涂料涂挂到泡沫塑料模上后，有结膜的性质，所以浇注的铸件较光滑。配制时先将聚乙烯醇缩丁醛充分溶解到酒精溶剂中，不得有块状物；再将耐火材料慢慢倒入混合溶剂中，不断搅拌即可。表3-7 有机溶剂快干涂料的基本配方(wt%)序号石墨粉石英粉镁砂粉镐粉氧化铝聚乙烯醇缩丁醛酒精用途1234

22、5675050100适量适量适量适量353535351.531.5331001001001004748.54748.5100合金纲、厚大碳钢件合金纲、厚大碳钢件高锰钢铸件一般碳钢、铸铁件铸铁件厚大、要求高的铸铁件小铸铁件 若以酒精为溶剂，为了防止酒精挥发后涂料结块，配置好的涂料应保存在密闭的容器中，用完后随时封闭起来。模型需要涂挂两层涂料时，外层涂料的透气性要好一些。为此，可在涂料中加入少量发泡剂如烷基磺酸钠、仲烷基磺酸钠或洗涤剂等。涂料干燥后涂层内形成许多微孔，大大提高了涂层的透气性。第一层涂料不宜加入发泡剂来提高透气性，因为这样容易造成铸件表面产生针刺之类的缺陷。3.1.3 涂料的配制3.

23、1.3.1 水基涂料的配制水基涂料配制过程大致是先将耐火材料、膨润土、无水碳酸钠等干料加入混砂机，干混10分钟左右，加入粘结剂溶液和少许水；湿混2030分钟左右，将湿料倒入桶里，加入适量水后进行搅拌。最后在搅拌过程中加入各种添加剂。生产实践证明，搅拌器的转速和搅拌时间会影响涂料的涂挂性能和沉淀情况。搅拌器转速高，搅拌时间长，涂料混合越均匀，不易沉淀，涂挂效果也很好。从工艺角度考虑，要求搅拌器的转速1380r/ min，搅拌时间1h。对于球磨机配制涂料，由于有球磨作用，能使涂料充分混合，达到胶质状态，涂挂的效果更好。其配制工艺是将耐火材料、活化膨润土和少许水先配成膏状涂料（水份占粉料质量的253

24、0）一起加入球磨机，然后再加适量水搅拌成涂料，球磨78小时，加入粘结剂和聚醋酸乙烯乳液后再球磨1小时，将涂料倒入或用压缩空气压入涂料桶充分搅拌，并视涂料的透气性能加入一些添加剂。如果采用钙基膨润土，可加入碳酸钠(占膨润土量的5)使其转化成钠基膨润土，称为活化处理。对于高分子粘结剂使用前须预先配制成溶液。如羧甲基纤维素钠(CMC)预先配制成140的水溶液；聚乙烯醇缩西醛(PVB)或酚醛树脂等预先配制成一定比例的乙醇溶液。用球磨机或碾压机配制涂料，因耐火材料颗粒能被破碎，可选用较粗的粒度；而用搅拌机配制涂料则没有粉碎作用，因此应选用较细粒度的耐火材料。采用球磨机或碾压机配制水基涂料时较粗的耐火骨料

25、被粉碎形成新生表面而有较大活性，使载体在耐火材料颗粒表面均匀分布，故有较好的稳定性、触变性及高的强度等特性。3.1.3.2 快干涂料的配制以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或酚醛树脂等作为粘结剂的快干涂料应预先配制成一定比例的乙醇溶液，然后将耐火骨料以及各种添加剂一并加入并充分搅拌。3.1.4 涂料的性能与检验方法涂料的性能检测与控制是维持生产工艺和铸件质量稳定的必要条件。涂料的物理性能如密度、粘度和重量可以在试验室用常规标准仪器进行检查，也可以在生产现场用比重计、流杯粘度计和沉淀重量法进行测定。涂料的流变性能则采用旋转粘度计加以测定。近年来，国内外学者对于消失模铸造的涂料技术在组成、密度、粘度、强度

26、、透气性以及差热、热失重等物理、化学性能方面都作了较系统的研究。如利用涂料在模样上的沉积重量(湿态和干态两种)来测试涂料的涂覆性和干态涂料层的厚度。模样一定时，其上粘附的涂料重量应当在规定范围内波动，以确保铸件质量。国外有人把这个范围定为1020。涂料层的强度，国外多采用测定带涂料模样的负荷变量来表征。3.1.4.1耐火涂层的透气性液态合金充填真空消失模铸型时，金属液与泡沫塑料模之间始终存在一个气隙层，气化后生成的气体也都存在于此间隙内。涂料层的透气性主要决定了气隙层内气体的压力P气。浇注过程中，如果涂料层的透气性低，气隙层内的气体不能及时地被排除出去，一方面气体压力P气必然升高，减缓了液态合

27、金的充型速度，降低其充型能力；另一方面增加了气化气体裂解的机会以及金属液与裂解产物的接触时间，使金属液受到“污染”。涂层的透气性不是越高越好。片面提高涂层的透气性，尽管液态合金的充型能力提高了，但却恶化了铸件的表面质量。涂层透气性过大，铸件表面产生针刺缺陷的概率显著增加，甚至出现金属液穿透涂层烧结型料，产生严重节瘤的缺陷。因此，涂层的透气性应通过试验并结合工艺参数的控制加以选择。批量生产时，要定时测试涂层透气率，若测试结果不合要求，应及时对涂料配方或配制方法进行检查或调整、改进，以免影响铸件质量给生产造成不应有的损失。关于涂层透气率的测试与计算，目前国内外尚无统一的标准，测试方法多种多样。最早

28、用水玻璃CO2砂做标准试样，直接用型砂透气性仪测出带涂层砂柱的透气率。也有利用装有塑料模的测栅制取涂层试样，用型砂透气性仪测定涂层透气率。这里主要介绍两种方法。3.1.4.1.1 精确测试法（1）涂层试片的制取。在内径16mm的耐热瓷管的一端嵌入一个16mm(厚约10mm)的EPS垫块并使垫块外平面与管口齐平，随后在瓷管口的EPS垫块外平面上放置一个16mm1.2mm的片并压推铁片嵌入管口至铁片外平面与管口齐平为止，然后取出铁片，在EPS垫块平面上抹少许变压器油，再敷上一层涂料、括平。待其干燥后，通过预埋在EPS垫块里的一根细铜丝将EPS垫块从瓷管的另一头轻轻拉出，使涂层留在瓷管口处。（2）测

29、试装置。将带有涂层试片的瓷管与型砂透气性测定仪相连，便可以进行常温透气率的测试。若将瓷管伸入到高温管式电炉中，便可进行高温透气率测试。图3-1为测试装置简图。图3-1测试装置简图1管式电炉；216mm瓷管；3橡皮软塞；4记录仪；5微机传感器；6透气性测定仪；7微压表测试时首先将透气性测定仪试样座上的阻流孔部件卸下，并将内有型砂试样的试样筒放到透气性测定仪的试样座上，使两者密合。关闭三通阀，使气钟处于漂浮位置。将三通阀旋转至“工作”位置，使气钟下沉，此时钟内的空气即通过型砂试样逐渐逸向大气，同时用秒表测定气钟内2000cm3空气通过型砂试样的时间，并从微压表上读出型砂试样前面气体的压力数值。通过

30、型砂试样的气体量与气体的压力、型砂试样的截面积、气体通过型砂试样的时间成正比，而与型砂试样的高度成反比，采用如下公式计算透气率： （3-1）式中V0为通过型砂试样的空气的体积，H为型砂试样高度，F为型砂试样截面积，p为型砂试样前面的气体压力，t为空气通过型砂试样的时间，Kz为系数即所求的型砂透气率，是一个无量度单位的数值。此法比较麻烦和费时，常用于研究开发测试。快速测定型砂透气率的方法，是在透气性测定仪试样座上装一个孔径很小的通气嘴，这样就可以在微压表上计算出型砂试样前面气体的压力数值后，由压力与透气率的换算表，查出对应的透气率值Kz，而无需等气钟内的空气全部通过型砂试样。3.1.4.1.2

31、一般测试法采用圆形筛网（50mm），浸入搅拌好的涂料中，挂一定厚度的涂料，置于烘箱中，在5060下烘干2.5小时，取出冷却至室温。装入特制样筒（图3-2），然后在型砂透气性测定仪上测试透气性。图3-2 涂层透气性测试装置3.1.4.2 耐火涂层的厚度涂层的厚度影响其透气性的大小和耐火性能。就耐火特性而眼，希望涂层尽可能厚一点，这是解决铸件粘砂的一个十分有效的工艺方法。但是，涂层太厚，除了涂挂作业麻烦外，涂层的透气性下降；反之，从透气性考虑，要求涂层薄一点为好，而涂层太薄，会导致铸件表面产生针刺缺陷，甚至会使铸件产生粘砂，影响表面质量。表3-8 涂层厚度的确定铸件重量（kg）涂层厚度(mm)用

32、途5001.52.0大铸铁、铸钢件3.1.4.3润湿性一般采用测定润湿角的方法评价涂料的润湿性能。测试时，涂料中不加耐火骨料，借用影像式烧结点仪的摄影装置。具体方法是在水平放置的泡沫塑料试片(20mm15mm4mm)中心部位，滴入0.05ml液滴，然后聚焦、拍摄，由放大照片测量润湿角，测量5次，取平均值。3.1.4.4抗磨性抗磨性实验模拟造型过程中流砂对涂层的冲刷、磨损现象。流砂（4070目石英砂）自漏斗经盛砂管到扩大口径的球形容器垂直落下，冲刷倾斜的带有涂层的EPS板，当试样板上冲刷出大约1.52.0mm的白点时，停止冲刷，取出盛砂盘，对型砂称重，最后用砂重W除以涂层厚度h来表示抗磨性M，即

33、M=W/h，表示单位厚度涂层受冲磨破坏所需的砂量。图3-3 抗磨性测试装置1.漏斗 2.支架 3.盛砂管 4.试样板 5.盛砂盘3.1.4.5抗弯强度图3-4 涂料抗弯强度测试装置原理如图所示。用配制好的涂料制取一定尺寸的涂料试片，烘干温度为5060，时间2.5小时，抗弯强度采用下式计算： (3-2)式中L为试片支点间距离，b为试片宽度，h为试片厚度，P为载荷。3.1.4.6表面强度用芯砂制取50mm60mm的试样、烘干。试样侧面浸涂料，烘干涂层，冷却至室温。在涂层表面强度测试仪上测量涂层表面强度，荷重100g。3.1.4.7粘度的测试粘度的测试采用NDJ-1型旋转式粘度计。该粘度计共有4种转

34、速，分别为6、12、30、60r/min。使用3号转子，使涂料的温度保持在251，涂料的剪切应力按下式计算： (3-3)式中为涂料的剪切应力，K为系数，为粘度计上指针读数（偏转角度），n为转子的转速。转子对涂料的剪切速率D按式计算。 (3-4)通过以上两式可以计算出涂料在4种转速下的剪切速率D和剪切应力，将所得的数据在-D坐标中，连成曲线，就可得到涂料的流变曲线。涂料静态剪切应力s的测定用U形连通管，静态剪切应力s按下式计算： (3-5) 图3-5 U形连通器式中R为U形管的内径，H0为涂料处于平衡态时左右两侧的液面高度差，为涂料的密度，L为涂料在U形管内沿中心线的长度。至于涂料的其他性能，如

35、悬浮性、涂挂性、触变性等已有较为成熟的测试方法，可参照传统方法进行测试。涂料层还有其他一些检测和分析方法，如示差热分析法(DTA)、热重分析法(TGA)、灼损(IOI)、红外光谱法(RI)等，对浇柱前后的涂层进行分析，可以了解浇注过程中涂料层的物化性能及其变化。3.2 涂料的涂挂方法及烘烤规范气化模挂涂料是消失模铸造整个生产中的一个中心环节。由于涂料一般具有很高的附着强度，这层涂料在浇注后一般不会卷入铸件内部，而是完整地附着在铸件的外表面。3.2.1 涂料的涂挂方法消失模铸造的涂料要涂挂在消失模模样的表面上，而传统的砂型铸造的涂料则是涂刷在制好的铸型表面上，两者的涂挂方法差别很大，而且其技术要

36、求也不尽相同。消失模涂料的涂挂有多种方法如刷、浸、淋、喷或浸淋相结合。一般而言，消失模铸件的表面粗糙度和尺寸精度取决于消失模模样本身的质量，而涂层的厚度并不影响铸件尺寸。表面粗糙的涂料层不但不影响铸件的表面粗糙度，反而对改善透气性有利。3.2.1.1刷涂刷涂方法靠手工通过刷子来完成。这种方法对涂料的某些性能要求不如喷涂或浸涂严格，但对操作者的技术和经验要求比较高。刷涂时，涂料的厚度均匀性虽不如喷涂或浸涂，但效果还令人满意。对于一些结构形状复杂的消失模模样，最好选择刷涂。因为喷涂时，一些“死角”部位常常喷涂不到；而浸涂又常常难于排出某些凹槽中的堆积涂料。刷涂的主要缺点是劳动强度大、生产效率低，因

37、此只适用于修复性补刷操作或体积较大而又无法浸涂或喷涂完成的单件生产。3.2.1.2喷涂喷涂方法是用喷枪将涂料喷涂在消失模模样上。喷涂的效率比刷涂高，劳动强度也低得多。由于耐火涂料的比重大，粘度高，要进行喷涂必须使涂料成为雾状喷射出去；此外，涂料喷涂的对象为极易被损坏的泡沫塑料模，要求涂料喷落在泡沫塑料模型上的冲击力要尽可能小。喷涂法存在如下问题：对涂料的技术要求高，涂料浓度过大时，常常无法喷射或喷涂不均匀；浓度过小，又易于淌流或粘挂不上。此外，涂料中夹杂的大的颗粒、异物容易堵死喷嘴，中断生产；消失模模样不易夹持，在喷涂过程中常常引起消失模模样变形或损坏；浪费涂料：喷枪喷出的雾状涂料有相当部分并

38、不能落到消失模模样上，不但浪费涂料而且污染环境；质量不易控制：有些死角不能喷射到，而且第二次喷涂时容易将第一层涂料层破坏。3.2.1.3 浸涂法浸涂法具有生产效率高、节省涂料、涂层均匀以及对涂料的要求不高、操作简便、不需要特殊设备等特点。由于泡沫塑料模样的密度小(与涂料密度相差数十倍)且本身强度又不高，因此应注意防止涂料密度过大导致消失模模样难以浸入而变形损坏。涂层厚度应根据铸件材质种类、结构形状及尺寸大小来决定，一般在0.53mm范围内。涂层太薄，对消失模模样的增强作用小；涂层过厚，则会影响透气性、容易开裂剥落并延长涂层烘干时间。要获得合格铸件，涂层厚度应尽可能降低，即采用薄层涂料。但是，所

39、采用的薄层涂料要求既有高的透气性，又有良好的抗机械粘砂的能力。浸涂涂挂的涂层厚度，可通过涂料浓度、浸涂次数和控制浸涂操作来控制。一般采用两次浸涂作业：第一遍，浸涂浓度较小的稀薄涂料，以便获得均匀的薄涂层，改善两遍作业的涂挂性能；第二遍，浸涂要通过调整涂料浓度来获得均匀的涂料厚度。如果涂料的浓度不改变而又要求控制涂层厚度时，则只能靠浸涂后抖动消失模模样次数来调整。熟练的涂料工要做到这个要求一般是不困难的。浸涂操作的注意事项：(1) 进行浸涂操作前，必须对涂料进行合理的搅拌，最好在浸涂过程中一直处于缓慢搅拌之中，防止卷入空气；(2) 浸涂时应选择好消失模模样浸入涂料的方向、部位，防止模样变形；(3

40、) 涂层要均匀，涂层上不得有露白现象出现；(4) 浸涂后的消失模模样，从容器中取出、运送、放置时均应防止变形。(5) 消失模模样经浸涂后，应及时抖动，以使涂层均匀并使多余的涂料去除。以纸浆液涂料为例，浸涂法的操作过程是：(a)将模型浸入涂料中（或刷涂、淋涂）一定时间后取出；(b)待涂料不再往下流淌时，将石英砂（3050目、经600800高温烘烤）均匀地撒在已浸渍了涂料的模型上；(c)挂好涂料的模型平稳地放置在加工平直的型板上，以防止变形；(d)进行自然干燥或送烤箱烘干。干燥过的模型可以搁置待用，但埋型前还需再次烘烤，使涂料干燥程度达到要求为止（一般干透的涂料，难以从模型上剥离，敲击时声音清脆）

41、。如需挂二次涂料时，要注意如下事项：(a)为了便于涂挂，所用的涂料可以配制得较稀（即比重小）一点；(b)可以加入适量的发泡剂，以提高第二层涂料层的透气性；(c)浸涂取出后，要采取措施快速干燥以除去水分；(d)挂第二层涂料的模型，一定要凉透后再进行，带热操作，涂层极不均匀。第二层涂料可以不撒干石英砂。为克服浸涂法浮力引起消失模模样的变形，可采用合适的卡具将消失模模样固定后再浸入涂料容器。大批量生产时，可采用专门的机械化浸涂装置，消失模模样先用卡具固定，然后将涂料从底部压入，淹没消失模模样后再撤走，涂料便自动下落，完成浸涂工序。浸涂方法适宜于小型铸件生产，较大尺寸的消失模模样只要涂料桶容积允许，也

42、可采用分段多次浸涂的办法。3.2.2涂料涂挂方法选择单件小批量生产的中大型模样，采用刷涂法。对批量较大和形状较复杂的小型模样，选用浸涂法和淋涂法；对于薄的、易变形或易损坏的模型不能浸入，所以必须采用喷涂的方法。实际生产中几种方法可结合使用。涂料必须均匀地覆盖模型而没有缺涂、淌流或夹杂气泡。中小件、结构紧凑的，可用浸涂法，即把整个模型浸于涂料中，然后再取出。浸涂法方便易行，得到的涂层比较均匀。对于大件，特别是较薄的大平面、长条形或框架结构的模型，不能用浸涂法挂涂料，因为容易使模型产生变形，甚至断裂。可以用刷涂或淋涂的方法。刷涂或淋涂，操作上比较麻烦，涂层也不均匀。对于这些结构的模型，最好的涂挂方法是采用喷涂。3.2.3 干燥方法的选择水基涂料必须进行干燥，以消除涂层中的水分。由于消失模模样的软化温