V法鑄造工藝用干粉涂料 

　　V法鑄造由于其不使用黏結(jié)劑，落砂簡(jiǎn)便，造型材料的耗量低，造型簡(jiǎn)單效率高，對(duì)環(huán)境較友好等優(yōu)點(diǎn)，得到了不錯(cuò)的發(fā)展。

　　由于V法工藝的特殊性，V法涂料不僅需要滿(mǎn)足傳統(tǒng)砂型涂料的一些基本性能，如較好的懸浮穩(wěn)定性、較優(yōu)的涂層質(zhì)量、較高的耐火度、以及高溫下對(duì)金屬液的低潤(rùn)濕度和反應(yīng)性，還需要具備一些區(qū)別于砂型涂料的特殊性能。

1. 涂料的種類(lèi)

　　現(xiàn)有的V法干粉涂料種類(lèi)如表1所示，涂料現(xiàn)場(chǎng)使用效果如圖1所示。

　　表1  V法干粉涂料種類(lèi)表

涂料	適用材質(zhì)	波美度 (Be)	比重 （g/ml）	24h懸浮性 （%）
V-1	合金鋼鑄件	100-110	2.0-2.1	≥98
V-2	碳鋼鑄件	100-110	1.9-2.0	≥98
V-3	高錳鋼鑄件	90-100	1.6-1.7	≥98
V-4	鑄鐵件	80-90	1.3-1.5	≥98

 

2. 涂料的作用

2.1 防止粘砂

　　鑄型在真空的作用下缺乏防止粘砂的氣氛，且型砂的潤(rùn)濕角小，砂粒間呈點(diǎn)接觸，加之抽真空，幾乎不存在鑄型背壓，很容易產(chǎn)生粘砂。因此，涂料便成為了防止粘砂最有效的方法，避免了金屬液與砂子接觸。

選用高耐火度的骨料，提高涂料的干強(qiáng)度和耐磨性，減少裂紋并確保涂層的完整性，有助于防止鑄件粘砂，提高鑄件表面質(zhì)量。

2.2 保持鑄型與型腔之間的壓差

　　薄膜燒失后，由于鑄型和型腔中具有同等的壓力而容易發(fā)生變形或者塌箱的情況。因此，V法涂料需要起到保持鑄型與型腔之間壓差的作用。

增加涂層的厚度和致密度，有助于確保砂箱的密封性，提高鑄型的穩(wěn)定性，避免塌箱。

2.3 防止沖砂

　　澆筑過(guò)程中，砂子易被金屬液沖入型內(nèi)，表現(xiàn)為砂眼或多肉現(xiàn)象。

提高涂料的高溫附著性能，并確保涂料能充分烘干，有助于防止沖砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.4 幫助氣體的排出

　　生產(chǎn)過(guò)程中，砂芯、型腔、金屬液、薄膜、涂料都會(huì)產(chǎn)生氣體。適當(dāng)?shù)奶岣咄苛贤笟庑杂欣�于氣體透過(guò)涂料排出型腔。減少憋氣、氣孔等缺陷的產(chǎn)生。

增加涂料的流平性，降低涂層表面的堆積，并通過(guò)耐火骨料的合理配級(jí)，有利于提高涂層的透氣性，降低鑄件氣孔的風(fēng)險(xiǎn)。

3. 涂料的性能特點(diǎn)

　　V法干粉涂料與普通砂型涂料相比需具備以下特殊性能：1）使用便捷易存放。2）快速干燥。3）與塑料薄膜有良好的附著性能。4）較低的發(fā)氣量。

3.1 便捷性

　　使用過(guò)程中，只需在干粉涂料中加入適量的載液，快速攪拌5~10min后，涂料即可成型并確保狀態(tài)穩(wěn)定。便捷的使用性能，降低了客戶(hù)的操作難度，更確保了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的高效穩(wěn)定。

其次，干粉涂料整體不含任何的溶劑，便于出口及運(yùn)輸，相對(duì)低廉的運(yùn)輸價(jià)格也降低了客戶(hù)的生產(chǎn)成本。

此外，干粉涂料性狀穩(wěn)定，保質(zhì)期達(dá)1年之久，便于客戶(hù)的庫(kù)存周轉(zhuǎn)。

3.2 快干性

　　V法涂料由于直接用于EVA（乙烯-乙酸乙烯共聚物）塑料薄膜，不能采用高溫烘干，所以涂料能否在常溫或低溫環(huán)境下快速干燥就成為了影響生產(chǎn)效率的重要因素。

表2  鑄鐵穿襠線造型周期時(shí)間分布表

工序/時(shí)間（s）	上型	下型
展膜（自動(dòng)展膜）	30	30
烤膜	60	30
覆膜（氣動(dòng)）	120	20
涂料噴涂	80	40
涂料烘干（鼓風(fēng)機(jī)輔吹）	120	100
加砂震實(shí)（密封、定量）	60	60
覆背膜（人工）	20	20

　　表2為國(guó)內(nèi)典型的鑄鐵件穿檔線造型周期時(shí)間分布，可以看出涂料的噴涂和烘干時(shí)間占據(jù)總時(shí)間的30%（上型）和47%（ 下型），嚴(yán)重制約了造型效率。

　　3.2.1  毛刷劃痕法

　　采用毛刷劃痕法對(duì)V法涂料進(jìn)行快干性測(cè)試。測(cè)試方法為：將鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)升溫至50℃左右，使其保持在50℃±2℃，敞開(kāi)箱門(mén)，形成半封閉式的烘干環(huán)境；將薄膜固定于平板上并涂覆涂料，涂層厚度保持在0.5mm，將平板放入烘箱內(nèi)并用秒表計(jì)時(shí)；經(jīng)過(guò)4min后每隔1min從烘箱內(nèi)取出平板，并用毛刷劃痕法評(píng)定涂層的干燥性。

　　涂層在0.5mm厚度的情況下，50℃烘干4分鐘，涂層表面劃痕量少但較明顯，當(dāng)烘干時(shí)間達(dá)到5分鐘后，劃痕不明顯，涂料整體基本干燥。

　　也就是說(shuō)，常規(guī)低溫烘干狀態(tài)下，涂料能保證在5min以?xún)?nèi)基本自干，涂層整體光滑、平整，且不會(huì)因?yàn)槭湛s速度的不一致而產(chǎn)生開(kāi)裂和剝落的情況，達(dá)到了較理想的自干速度。

　　3.2.2  溶劑揮發(fā)速率測(cè)試

　　現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒(méi)有針對(duì)V法涂料干燥速度的量化方法。因此，我們發(fā)明了一種檢測(cè)V法涂料中溶劑揮發(fā)速率的方法，并申報(bào)專(zhuān)利，為V法涂料干燥速度的快慢，提供了判定方法。

測(cè)試方法為：將鼓風(fēng)干燥箱升溫至50℃，并采用水銀溫度計(jì)校正溫度，使其保持在50℃±1℃。將EVA薄膜固定于平面玻璃板上，將帶有薄膜的玻璃板放入50℃的干燥箱內(nèi)，烘干后將玻璃板放入干燥皿內(nèi)冷卻至室溫并稱(chēng)重，反復(fù)操作直至玻璃板衡重。將V法涂料稀釋至75波美度并涂覆于衡重薄膜上，涂層厚度控制在0.3~0.4mm，涂覆完后測(cè)定此時(shí)玻璃板的質(zhì)量M，將玻璃板放入50℃干燥箱內(nèi)并用秒表計(jì)時(shí)，經(jīng)過(guò)5min后取出玻璃板測(cè)定質(zhì)量M1，之后繼續(xù)將玻璃板放入干燥箱，每半小時(shí)取出玻璃板測(cè)定質(zhì)量，直至質(zhì)量衡重后記錄為M2，計(jì)算涂料中溶劑的揮發(fā)率。涂料中溶劑揮發(fā)率的計(jì)算公式為：

溶劑揮發(fā)率（%）=（M-M1）/（M-M2）                                   （1）

式中：  M—涂覆完涂料后玻璃板的質(zhì)量（g）；

        M1—涂覆完涂料后的玻璃板50℃烘5min后的質(zhì)量（g）；

        M2—涂覆完涂料后的玻璃板50℃烘至衡重的質(zhì)量（g）。

我們將合金鋼用V法涂料以及合金鋼醇基砂型涂料進(jìn)行溶劑揮發(fā)速率的對(duì)比測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3  溶劑揮發(fā)率測(cè)定結(jié)果表

涂料	V法涂料	醇基砂型涂料
M（g）	1076.8	1085.4
M1（g）	1071.9	1082.0
M2（g）	1070.6	1078.9
涂料中溶劑揮發(fā)率（%）	79.03	52.31

　　由此可見(jiàn)，V法涂料較傳統(tǒng)砂型涂料而言，溶劑的揮發(fā)率更大，通過(guò)數(shù)據(jù)量化對(duì)比，也證明了V法涂料在快速干燥方面的優(yōu)異性能。

3.3 附著性能

　　V法鑄造涂料必須與EVA塑料薄膜有良好的附著性能，同時(shí)所添加的材料不能與薄膜起反應(yīng)，以避免塑料薄膜溶化。

　　為了與薄膜形成良好的強(qiáng)度，可以通過(guò)兩種方法來(lái)解決，一種是在涂料中添加一些與塑料薄膜有粘性的，如聚乙烯或聚醋酸類(lèi)高分子化合物，但此類(lèi)化合物自身粘度較大，容易破壞涂料的整體狀態(tài)，添加需適量；另一種方法是增加涂料中粘結(jié)劑的加入量，但這會(huì)導(dǎo)致涂料在高溫下釋放出更多的氣體，因此在保證強(qiáng)度的同時(shí)，也要嚴(yán)格控制好涂料的發(fā)氣量，盡可能避免鑄件氣孔的出現(xiàn)，達(dá)到附著性和發(fā)氣性的平衡點(diǎn)。

通過(guò)劃格法來(lái)判定涂料的附著性，測(cè)定方法為：先按快干性試驗(yàn)方法將涂料涂覆于平板上并烘干，在干燥后的帶有平板及EVA薄膜的涂層上，使用切割刀與涂層表面呈45°左右劃定格數(shù)，劃痕的深度要貫穿涂層，規(guī)格為20cm*20cm的矩形，其中每個(gè)劃格的大小為2cm*2cm的矩形，以剝落的格數(shù)來(lái)判定涂料的附著性。

通過(guò)劃格法的測(cè)試可知，兩種粘結(jié)體系涂料的附著性能差異不大。涂料整體無(wú)一格脫落，僅在劃線邊緣和網(wǎng)格交叉部位有少許剝落，且剝落的面積小于5%的劃格面積，證明兩種粘結(jié)體系與薄膜之間的附著性能均較為理想。

3.4 
低發(fā)氣量

　　涂料中的黏結(jié)劑容易造成涂料在高溫下釋放出大量的氣體，增加了鑄件氣孔的可能。因此，在涂料粘結(jié)體系的選擇上，我們不僅需要關(guān)注涂料與薄膜之間的附著性能，同時(shí)也要嚴(yán)格控制好涂料的發(fā)氣量。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JB/T9226-2008采用FQX-2000型高智能發(fā)氣性測(cè)試儀對(duì)兩種粘結(jié)體系的發(fā)氣量進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

　　從測(cè)定結(jié)果不難看出，在附著性能近似的情況下，聚乙烯類(lèi)黏結(jié)劑的發(fā)氣量要大得多，瞬時(shí)的發(fā)起速率也遠(yuǎn)大于酚醛樹(shù)脂+松香，容易引起鑄件氣孔的出現(xiàn)。

因此，選用酚醛樹(shù)脂復(fù)配松香的粘結(jié)體系，能確保涂層與薄膜間形成良好的附著性能，并且不會(huì)過(guò)分增大涂料的整體發(fā)氣量，有助于避免鑄件氣孔的產(chǎn)生。

4. 涂料的應(yīng)用

4.1 高錳鋼件上的應(yīng)用

　　重慶某鑄造廠，使用V法鑄造工藝生產(chǎn)高錳鋼耐磨件，產(chǎn)品主要以軋臼壁及各規(guī)格的鄂板件為主。

由于路途較遠(yuǎn)，出于降低運(yùn)輸成本的考慮，選用干粉涂料進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中，涂料采用刷涂的涂覆工藝，波美度控制在70左右。鄂板件由于尺寸較小，壁厚較薄，涂刷一遍涂料，涂層厚度控制在0.4mm左右，涂刷完成后在60°的熱風(fēng)環(huán)境下吹干，4min后涂料基本干燥，手摸涂層不掉粉。軋臼壁尺寸和壁厚相對(duì)較大，涂料第一遍涂刷完成后，從干燥處開(kāi)始補(bǔ)刷第二遍，施涂過(guò)程中涂層均一，涂料附著力較好，不流淌，涂層厚度控制在0.7mm左右，在60°熱風(fēng)下吹6min后基本干燥，涂料附著牢固。

開(kāi)箱后，涂層能自行剝落，鑄件表面光潔，無(wú)明顯的粘砂和氣孔問(wèn)題，說(shuō)明涂料的耐火度達(dá)到了要求，鑄件表面質(zhì)量如圖4所示。

4.2 鑄鐵件上的應(yīng)用

　　國(guó)外某客戶(hù)，使用V法鑄造工藝生產(chǎn)工程機(jī)械配件，產(chǎn)品包含了灰鐵件和球鐵件。

　　出于產(chǎn)品出口的考慮，選用了干粉涂料進(jìn)行生產(chǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中，涂料采用噴涂的涂覆工藝，噴涂過(guò)程中，噴槍需與薄膜間保持一定的距離，噴槍移動(dòng)時(shí)，保持緩慢而勻速，以免涂層厚度不均。涂料噴涂時(shí)，波美度控制在60左右，整體噴涂一遍，涂層厚度控制在0.4mm左右。

開(kāi)箱后，大部分的涂料層基本已自行剝落，鑄件表面光潔，工人清砂的難度低，鑄件表面質(zhì)量如圖5所示。

5. 結(jié)論

　　對(duì)于V法鑄造工藝而言，涂料的使用是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。而好的V法鑄造工藝用干粉涂料需具備以下性能特點(diǎn)：

1) 涂料使用便攜、運(yùn)輸方便、存放性能良好。

2) 涂料具有較快的干燥速度，常規(guī)低溫烘干狀態(tài)下，能在5min以?xún)?nèi)基本自干，且溶劑的揮發(fā)速率遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)砂型涂料。

3) 涂料與薄膜有較好的附著性能，且能很好的控制發(fā)氣量。

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