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消失模涂料新興鑄造工藝方法
消失模涂料新興鑄造工藝方法
近年來消失模工藝是鑄造業(yè)一種新興的鑄造工藝方法，其過程方法為：將鑄件相似尺寸的模型上涂刷一層耐火層，待烘干成形后與石英砂一起造型，最后澆筑金屬液體，過程中高溫使模型氣化，金屬液體凝固后得到所需要的鑄件[1-3]。由于精度高、成本低、易設(shè)計(jì)、工藝簡(jiǎn)單、污染小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，消失模鑄造的應(yīng)用越來越廣泛，受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。
消失模涂料是消失模鑄造中的一種關(guān)鍵因素，它是涂覆在模型表面的一直特殊涂料。消失模鑄造的技術(shù)發(fā)展和革新主要受制于消失模涂料的發(fā)展和創(chuàng)新，可以說，只有消失模涂料的發(fā)展才能帶來消失模鑄造的發(fā)展。本論文主要從消失模涂料的歷史、現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)等介紹消失模涂料。
1 消失模涂料的簡(jiǎn)介
消失模涂料一般由骨料、粘結(jié)劑、懸浮劑、載液、添加劑等原料分散混合而成[4-5]。
骨料是消失模涂料的主要成分，對(duì)涂料的強(qiáng)度、通氣性等方面影響很大，但也會(huì)導(dǎo)致鑄造過程產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。一般通過鑄件的金屬類型、大小、溫度、外形等綜合因素，選擇合適的骨料。常見的骨料有硅砂、剛玉、滑石、石英、石墨等，可以是單一骨料，也可以是多種骨料混合；粘結(jié)劑一般有無機(jī)和有機(jī)兩種，可以增加涂料的強(qiáng)度，增加附著力；懸浮劑在涂料中的作用，主要是防止涂料結(jié)塊、聚集、沉降等，增加粘度、觸變性、涂覆性等特性；載液作為涂料的分散介質(zhì)，一般為水基或醇基，合理選擇載液可以提高鑄件的表面質(zhì)量；對(duì)需要一些特定的性能的涂料，需要有針對(duì)性的添加一些添加劑，比如表面活性劑、消泡劑、防腐劑等等。
消失模涂料涂覆在模型上，在消失模鑄造工藝中起到支撐、轉(zhuǎn)熱、傳質(zhì)、控制金屬流動(dòng)性、影響表面質(zhì)量等作用。主要作用如下：(1)增加模型的強(qiáng)度和剛度，減少形變；(2)起到保護(hù)金屬液作用，防止流入型砂中；(3)高透氣性保證消失模分解產(chǎn)物逸出；(4)良好的剝離性。
2 消失模涂料國(guó)內(nèi)外研究狀況
2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
上世紀(jì)八九十年代，我國(guó)對(duì)消失模鑄造的研究，從起初的模型的設(shè)計(jì)、制造、裝配等，過渡到對(duì)涂料性能的研究[6]。已經(jīng)應(yīng)用的涂料配方，大多價(jià)格昂貴、成本過高，涂料質(zhì)量也不佳。
隨著不少針對(duì)消失模涂料的原料骨料、混合工藝、透氣性的研究，此外還有懸浮劑、粘結(jié)劑等助劑方面的研究，消失模涂料的發(fā)展已有長(zhǎng)足進(jìn)步。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的涂料質(zhì)量還不成熟，要大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化還有一些技術(shù)需要攻克。隨著，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)對(duì)消失模涂料的需求增加，人力和物力的大量投入，涂料的國(guó)產(chǎn)化相信指日可。
2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
在國(guó)外，消失模涂料應(yīng)用和研發(fā)都較早，目前已有不少專利產(chǎn)品[7-8]。例如，英國(guó)的Foseco MORNAL公司擁有成熟的styromol系列涂料，該系列產(chǎn)品體現(xiàn)出優(yōu)良的保溫、透氣、耐火等性能。
英國(guó)Foseco MORNAL將少量冰晶石(Na3AlF6)加入涂料中，鑄造高溫下生產(chǎn)NaF、AlF3等，可以吸附鑄造過程中產(chǎn)生的碳，從而消除缺陷，提高鑄件質(zhì)量。日本的消失模涂料也比較成熟，將5 %~8 %的氧化性物質(zhì)等加入到以SiO2做基材的涂料中，并輔以粘結(jié)劑、懸浮劑、添加劑等原料，可以減輕鑄件的增碳缺陷。
3 消失模鑄造涂料的發(fā)展趨勢(shì)
消失模涂料是消失模鑄造工藝的關(guān)鍵，涂料的發(fā)展才能推進(jìn)消失模鑄造的發(fā)展[9]。為符合鑄造環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)化的發(fā)展方向，消失模涂料的研發(fā)向著綠色環(huán)保、多元化等方向發(fā)展。主要的發(fā)展方向有以下幾個(gè)：
3.1 發(fā)展水基(快干)涂料
當(dāng)前，醇基涂料目前應(yīng)用廣泛，但醇基涂料價(jià)格昂貴，易燃易爆，對(duì)環(huán)境污染大，且不易運(yùn)輸和貯存。與醇基涂料相比，水基涂料成本低廉，也沒有運(yùn)輸和貯存方面的缺陷，在環(huán)保方面也具有優(yōu)勢(shì)，因此發(fā)展水基涂料來替代醇基涂料是未來涂料的熱門方向，目前也取得了較大的進(jìn)步[10]。
3.2 開發(fā)濕型砂涂料
目前造型與制芯都是濕型砂，其中煤粉砂是一種應(yīng)用廣泛的濕型砂涂料，但煤粉砂的透氣性差，影響鑄件質(zhì)量，對(duì)環(huán)境也造成影響。開發(fā)和研究一種替代方案是，消失模涂料研發(fā)的當(dāng)務(wù)之急[11]。
3.3 發(fā)展功能涂料
鑄造涂料對(duì)鑄件的作用已經(jīng)不言而喻，涂料需要能夠?qū)?yīng)各種金屬鑄件工藝的需求，但是對(duì)于一些特定的鑄件，需要在涂料中加入一些特殊物質(zhì)，以賦予涂料一些特殊的性能，滿足鑄造工藝的需求[12]。目前這方面的研究已經(jīng)十分廣泛，例如：表面合金化涂料，在涂料中加入Td、Sn或Zn等元素，可以增加鑄件中珠光體的含量，在涂料中加入Bi、Te或Cr等一些金屬元素，可以增加鑄件的耐磨性[13]；絕緣涂料，是通過設(shè)計(jì)涂料的成分含量，從而降低導(dǎo)熱率，從而提高鑄造零件的凝固時(shí)間，提高質(zhì)量；防滲碳滲硫涂料，是將一些氧化物加入到涂料中，提高鑄件燒結(jié)和氧化性能，比如氧化鈣可以提高燒結(jié)和脫硫的效果，實(shí)現(xiàn)防滲碳滲硫的功能[14]。
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