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常见铸造涂料创新趋势发展分析

文章出处:精密铸造厂 人气:发表时间:2019-03-06 11:19

  铸造涂料是铸造业中十分重要的资料,对铸件的外观质量及内部质量有很大的影响。近年来,铸造涂料技能开展迅速,涂料的功用不断前进,功用不断扩展,涂料的品种越来越丰厚。本文将对铸造涂料近年来呈现的一些新技能如高浸透涂料、防脉纹涂料、全体浸涂涂料、非锆质涂料及先进的在线涂料质量操控技能等做一简单归纳总结,并对铸造涂料的开展趋势进行讨论。
  1涂料新技能
  1。1高浸透涂料
  砂型芯表层砂粒之间存在很多孔隙,孔隙的大小由原砂粒度及紧实度决议。孔隙越大、越多,金属液就越简单进入其间而构成机械粘砂。关于必定粒度的原砂,砂粒之间孔隙大小首要取决于紧实度。因为受砂型芯的结构差异、造型或制芯操作者的习惯、型芯砂的流动性等要素的影响,铸造生产实践中砂型芯各部位的紧实度很难做到共同,特别在转角、杰出或薄壁砂芯兰等难以坚实的部位极易呈现紧实不良,在型芯疏松部位简单发作图1所示的金属液浸透,砂粒间的空地清晰可见并已被金属填充。
  为了克服这个问题,涂料要能够浸透砂芯外表并在空地中填充足够的耐火骨料颗粒,有效地进行密封,然后消除或削减金属浸透。一般涂料一般只能进入1-2个砂粒,当金属压力较高或浇注温度较高时,不能有效地阻挠金属液的进入而发作机械粘砂。运用特别规划的高浸透涂料,如SEMCOCoating9223(水基锆英粉高浸透涂料)或TenoCoatingZKPX(醇基锆英粉高浸透涂料),其浸透深度可到达5~50mm,可有效地堵塞砂型芯外表的孔隙,然后可有效地避免机械粘砂的呈现。一般选用刷涂或喷涂将这些涂料直接用于简单发作浸透的区域。运用高浸透涂料后的砂芯外表结构如图2所示。SEM印象显现出硅砂颗粒旁边进入的涂料粒子填充砂粒空隙的状况。
  图3-图6显现了高浸透涂料的一些首要运用实例。现在首要用于大型铸铁件、铸钢件要害砂芯、细长或盲孔砂芯,可有效地避免烧结或机械粘砂。该涂料还能够部分代替铬铁矿砂(图5)。在轿车铸件的要害砂芯上也用于避免局部粘砂、烧结(图7)。特别规划的高浸透涂料用于涡壳用液压件的脉纹避免。该涂料含有氧化铁等避免脉纹的活性成分,一起还含有磷片石墨等防粘砂资料。涂料浸涂时氧化铁等活性成分可进入砂芯外表5耀10mm,抗粘砂资料留在砂芯的外表。因而,该涂料可有效地避免脉纹和粘砂(图8)。
  1。2防脉纹涂料
  脉纹缺点是发动机铸件生产中的典型铸造缺点。其间冷芯盒砂芯发作脉纹的倾向最大。发动机铸件在水套、油道、气道部位经常会呈现脉纹缺点,这种缺点会阻碍发动机内腔气液涡流特性,然后影响到发动机的作业功用。很多的研讨和长时间的铸造实践表明,铸件外表发作脉纹缺点的底子原因是硅砂在573℃相变胀大引起的热应力导致砂芯表层开裂,铁液进入裂纹中所致。脉纹的发作有两个根本条件:一是相变胀大发作的热应力大于砂芯外表的强度;二是铁液具有足够的流动性。因而,但凡能削减热应力的要素都会削减脉纹的发作,能前进砂芯高温强度及韧性的要素也会削减脉纹的呈现,能加快铁液凝结的要素也会削减脉纹的发作。现在国内外针对脉纹缺点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。现在在国内外轿车铸铁件中已取得广泛的运用。福士科公司的RheotecXL是典型的防脉纹涂料,一起也是一种归纳功用极佳的轿车铸件杂乱要害砂芯专用涂料。首要用于缸体缸盖的水套、油道、进排气道、差速器等要害砂芯,能够有效地避免铸件内腔常见的脉纹、烧结、粘砂等缺点,大大前进铸件内腔的清洁度。能够代替防脉纹添加剂,下降成本。该涂料具有杰出的隔热性,能够推延砂粒的相变胀大和砂芯粘结剂的分化;涂料中含有氧化铁红等具有防脉纹作用的成分;涂层在浇注时有适度烧结,然后前进了涂层和砂芯外表的强度。图9是选用不同涂料时砂芯外表的温度随时间的改变曲线。从曲线能够看出,RheotecXL涂料具有杰出的保温功用,可使砂芯外表的温度大大下降,减低硅砂相变的发作速率及相变发作的应变量。一起也使铁液处于液相线温度以上的时间大大缩短,使铁液钻入砂芯发作脉纹的机率显着下降。图10为几种涂料的防脉纹作用。图11、图12是防脉纹涂料在缸盖及气道砂芯上的运用实例。
  1。3全体浸涂涂料
  轿车发动机缸体缸盖的生产是铸造技能的一个至高点,缸体缸盖的砂芯是铸造职业中最杂乱的一类砂芯。随着轿车技能的开展,对缸体缸盖的尺度精度及内腔质量的要求越来越高。如何前进缸体缸盖的尺度精度及内腔清洁度,削减脉纹、烧结、粘砂等铸造缺点是摆在广阔轿车铸造作业者面前的一项重要课题。现在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。轿车发动机缸体缸盖类砂芯的全体浸涂能够大大前进发动机铸件的尺度精度及生产功率,代表了新一代轿车铸造技能的开展方向,但对涂料的归纳功用提出了更高的要求。一方面因为组合后的砂芯立体空间结构及形状的杂乱程度大大添加,使得浸涂工艺的难度大大添加,对涂料的流变功用提出了十分严苛的要求。涂层厚度在砂芯不同部位要保持共同,不能有滴痕、流痕及堆积等缺点;另一方面,为了保证优良的内腔清洁度,涂料还应具有杰出的抵抗粘砂、脉纹、烧结等功用。SemcoSil301是最新研发的高功用水基全体浸涂涂料,如图13。该涂料在德国DaimlerAG已取得十分成功的运用。
  该涂料具有优异的流变功用和杰出的归纳工艺功用,且通用性较强,可用于缸体缸盖等各种发动机铸件。铸件具有很强的抗粘砂及抗脉纹能力,铸件的内腔清洁度高。
  
  
  1.4非锆质铸造涂料
  锆英粉一直是功用最好、运用最广的涂料耐火骨料。但近一两年锆英粉的价格一路狂涨,到达23~25元/kg,远远高于历史上锆英粉的最高价格,使得本来就利润微薄的我国铸造厂难以承受。这次锆英粉提价是全球性的,并且将会持续很长时间。面临这样严峻的形势,摆脱对锆英粉的依赖,开发非锆质涂料是十分火急的,也是十分有意义的。广阔铸造作业者在锆英粉的代用方面已做过很多的实验研讨作业,也取得了一些作用。如以高铝矾土、莫来石、铬铁矿、铬刚玉或棕刚玉等资料为基的涂料用于生产中小型碳钢件。可是因为缺乏理论上的辅导,加上某些原资料本身的质量波动较大,这些涂料的质量安稳性及其运用规模十分有限。往往当铸件的原料、结构及壁厚等要素改变较大时涂料的运用作用差异很大。单单从耐火度来看,铝矾土、刚玉、莫来石、铬铁矿、镁砂粉等常用的骨料都在1700℃以上,远远高于各种铸钢件的浇注温度。可是从实践的运用作用及质量安稳性来看,却并不是很抱负。运用不同耐火资料的复合或添加烧结助剂等在理论上能够到达扬长避短、改善涂料烧结功用等目的。实践上在这方面也的确取得了很多可喜的作用,可是复合的比例或烧结助剂的添加量的掌握十分困难,往往需求很多的实验来断定。到现在为止,就涂料的通用性和剥离性而言,没有一种涂料能够彻底到达锆英粉涂料的水平。可是经过长时间的尽力和很多的实验,现在能够针对不同铸件运用几种(2-4种)不同的涂料而完成锆英粉涂料的彻底代用。个别涂料在合金钢铸件上的运用作用甚至超过了传统的锆英粉涂料。图14是运用某种复合天然矿物资料制造的涂料在泵壳类碳钢件上运用作用。图15是一种非锆质复合涂料在汽轮机不锈钢叶片上的运用。曾经选用锆英粉涂料生产时在浇口邻近一直存在严重的粘砂。选用新研发的非锆质涂料后,较好地解决了浇口部位粘砂这一问题。现在此涂料在核电、水电、火电类铸件上也取得了很好的运用作用。图16为复合非锆质涂料在铁路碳钢件上运用作用。这几种涂料根本覆盖了碳钢、低合金钢及高合金钢等本来运用锆英粉涂料的大部分铸钢件。在大型铸铁件上现在也可完成锆英粉涂料的彻底代替。
  1。5涂料在线准确质量操控技能
  CPP全主动涂料作业站(CoatingPreparationPlant)是福士科(FOSECO)公司开发的最新涂料运用设备,适用于高品质铸件主动化生产线中涂料运用参数的全主动准确操控。该作业站经过实时、接连测定涂料的密度及粘度将涂料的制造及质量操控完成全主动进程操控,可有效地消除人为要素的影响,使涂料涂敷质量愈加安稳共同。CPP作业站集涂料制造及质量操控一体化,可完成主动加料、输送、循环及在线、实时、接连、主动测定涂料的密度及粘度,操控精度及可靠性高,环境及人为要素影响小。配有超声波清洗器可主动清洗传感器探头,双联过滤器可滤除涂料中的杂质。丈量数据记载并保存在专用数据库中,可生成定制化陈述。CPP作业站还可与全球技能服务中心衔接,完成长途操控。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。CPP可完成一机多用,可一起供应多个涂料浸涂或流涂槽工位。图18是带有CPP作业站的流涂设备。
  2涂料的开展趋势
  伴随着机械和铸造业的开展,铸造涂料现已并还将不断涌现出很多新技能、新产品及新的理念,然而其总体上的开展趋势不外乎技能上的前进和环保意识的加强这两大主线。归结起来首要有以下几个方面:
  2.1开展防缺点涂料
  随着铸造涂料技能的不断开展,涂料的功用也在不断地扩展。运用特别规划的涂料避免铸件的某些典型缺点成为铸造涂料的一个重要开展趋势。其实,最早的涂料就是避免粘砂这一铸造缺点的。碲粉涂料也是一种避免缩松(渗漏)缺点的一种涂料。近年来开展起来的防脉纹涂料是其间的较为老练的一种新式防缺点涂料,在国内外轿车铸铁件中已取得广泛的运用。含有氧化铁的防气孔涂料也是一种新式的防缺点涂料,现在在铸铁件及铸钢件上均有成功的运用案例。随着各种高级球铁件如风电及轿车铸件的添加,呋喃树脂砂特别是再生砂中硫的问题越来越杰出。呋喃树脂固化剂中的有机磺酸在浇注时会分化出含硫气体,进而被铸件外表的铁液吸收,导致铸件外表的石墨球变异,呈现必定深度的片状石墨或蠕虫状石墨层。现在国内外已开宣布多种具有防硫作用的涂料。该涂料一般被规划成烧结隔离型、碱性吸收型或混合型防硫涂料。铸钢件也简单受硫的影响。现在国内已开宣布能够避免铸钢件外表微裂纹的阻硫涂料,并在铁路铸件上得到运用。
  防缺点涂料是经过影响或操控涂料与金属液的界面反响到达避免某种缺点的目的,这一类涂料将有十分好的开展潜力及愈加广泛的运用远景。能够预见,能够避免更多铸造缺点的涂料品种将会不断涌现。
  2.2开展水基涂料
  水基涂料的环保优势、质量优势及成本优势都很显着,将是未来涂料的一个重要开展趋势。水基涂料在大型铸铁件如风电铸件及大型铸钢件上具有十分好的开展远景。现在在国内外一些厂家已取得十分成功的运用。如某风电铸造厂选用水基流涂涂料生产大型风电球铁件。涂料的烘干选用热风炉,而其热风炉的热量来自于铸件浇注后的废热。这是一个十分值得借鉴或推广的技能。又如某铸钢厂选用水基涂料生产大型铸钢件。涂料首要靠自干,合箱后选用热风进一步烘干涂料及铸型内的剩余水分。水基快干涂料也将是一个很有远景的开展方向。
  2.3开展非锆质涂料
  因为锆英粉的资源严重、价格飞涨以及开采锆英砂对环境的严重破坏,非锆质涂料将是一个清晰的开展方向。非锆质涂料的首要研讨方向是复合骨料,现在最大的妨碍是缺乏理论上的辅导。首要需考虑以下几个方面的要素:
  (1)不同金属原料具有不同的酸碱性,这取决于金属中合金元素的种类及含量。各种耐火资料的酸碱性要和金属原料的酸碱性相适应;
  (2)涂料的烧结功用决议涂料的剥离作用。烧结功用一般能够经过不同资料的复合或加入烧结助剂来完成。资料的复合及烧结助剂的挑选及加入量的断定要考虑资料之间高温的矿相反响产物及动力学要素,还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进程中的体积及线胀大特性将会影响涂料的剥离作用。耐火骨料本身的相变、矿相反响发作的新相以及烧结发作的缩短都应考虑在内。
  这些考虑将有赖于涂料抗粘砂及主动剥离理论及实验方法方面的突破,今后应加大这方面的研讨力度。
  2。4开展高功用、高精度、高功率的新式施涂及操控技能和设备
  轿车铸造中将向机械化、主动化、机器人浸涂方向开展,逐渐淘汰手艺或机械化程度较低的施涂方式。一起将越来越多地选用主动在线涂料质量操控技能如CPP全主动涂料作业站等,使涂料的施涂质量及安稳性到达更高的水平。单件或小批量生产线如各种树脂砂生产线将更多地选用流涂涂料。流涂可前进施涂功率和涂层质量、消除刷痕。
  3结束语
  前进涂料归纳功用、添加涂料附加功用将是涂料开展的永久课题。经过吸收相关职业的先进技能、先进资料以及最新的理论不断丰厚铸造涂料的理论和产品立异,铸造涂料的开展潜力将是巨大的。

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