金属型铸造涂料在铝合金铸造中的应用2003年第3期 金属型铸造涂料在铝合金铸造中的应用 桂全红(深圳市民营企业管理办公室518031) 摘要对金属型铸造涂料成分,功能,应用和实际操作工艺做了介绍。 关键词涂料金属型铝合金 ApplicationofMetalMoldCoatinginAluminumCasting GuiQuanhong(ShenzhenPrivateEnterpriseManagementOffice) 金属型铸造和砂型铸造相比,具有较好的冶金性 能和铸件表面性能,尺寸公差小,生产率高,在生产中 经济性好等优点,因而在铝合金铸造生产中获得了广 泛应用。但是由于金属铸模传热速度快,会使铸件产 生不同的金属流场和不同凝固方式等许多问题。因 此,涂料的选择和正确使用是提高铸件质量至关重要 的环节。 1涂料的功能 金属型铸造涂料的基本作用可以概括为以下几 个方面: 1)保护金属模具 2)有利于铸件脱模 3)提高铸件表面质量 4)改善铸件的成形 5)控制型壁界面的热传递速率 要提高铸件的质量,就必须有效控制合金熔液在 模具内凝固的全过程,因此模具涂层最重要的功能便 是在模具内腔表面形成绝热层,控制高温熔液向模具 的热传递速率。

2影响涂层绝热性的因素 涂层的绝热性主要取决于三个因素,即:涂料成 分,涂层厚度和涂层的孔隙度。 2。1涂料成分 模具涂料主要由作为载体的水,高温粘结剂(通 常是水玻璃)和耐火材料等配制而成。不同性能的涂 料,成分又有所不同。绝热性能的涂料含有绝热矿物 混合材料,如滑石粉,云母,硅藻土,二氧化钛,氧化铝 等;润滑和导热涂料成分通常以胶体或半胶体石墨为 基,用于铸件脱模和减小热隔;绝热涂料是介于前两 种涂料之间的涂料制品,具有良好的脱模性能和绝热 性能。 涂料的骨料应有足够的耐火度,在正常的浇注温 度下,保证涂料和熔液不发生化学反应。在实际生产 中选择涂料时,人们最关心的性能是:润滑性,导热率 和粒度,以保证铸件容易脱型和表面光洁度,并保证 涂层有高的绝热性,防止铸件边缘缺肉。 一 般来说,涂层表面越粗糙,具有的绝热性能就 愈好,因为在浇注过程中,当熔液流过模具型腔表面 时,由于熔液的瞬时高表面张力而在熔液与涂层界面 处形成空隙,从而使涂层获得最大的绝热性能。熔液 与涂层间的接触面积较小会显着减小传热作用,因而 有助于熔液的流动。另外,粗糙的耐火颗粒在熔液充 填型腔时可连续不断地破坏熔液表面的氧化膜,从而 提高熔液的流动能力。

相反,由细颗粒形成的光滑涂 层和熔液的接触面积增大,因而使涂层的传热系数增 大。 2。2涂层厚度 图1所示为涂层绝热性与涂层厚度的典型关系 曲线。该图说明:涂层的绝热性随厚度而增加,但不是 线形增加。如300~m厚度的涂层,其绝热性并不比 200~m的涂层大多少,另外涂层厚度超过300~m左 右,涂层极易与模具分离而剥落,因此,涂层的厚度有 一 个最佳的范围,经验表明一般在150m～250m左 右。 涂层厚度/ 图1涂层厚度与绝热性能关系 2。3涂层的孔隙度 涂层的绝热性不但取决于涂层的厚度,而且取决 于涂层本身的孔隙度。涂层的孔隙度在很大程度上受 到所采用的施涂方法和条件的影响,因为涂层中孔隙 的形成程度基本上取决于模具型腔表面接触载体水 ?29? 铸造工程?造型材料 的蒸发速度。最常用的模具涂料施涂方法是喷涂,但 有时采用刷涂施涂,如在浇注系统和冒口区中。 在17O～200C左右进行施涂,常能获得最佳的涂 覆效果。但涂料粘度和喷涂设备对涂料沉积层的质量 也有影响,因此,根据涂料粘度和喷涂设备的不同,有 时有必要稍稍偏离一点该最佳施涂温度。模具温度较 高时进行喷涂,涂料的载体水与高温之间会反应强 烈,通常金属型铸造涂料作用,能获得很大的涂料孔隙度,涂层的绝热性能 会更好。

但由于过高的模具温度会引起强烈的”回 弹”,使涂层很难粘附到型腔表面上金属型铸造涂料作用,致使涂层对铸型 的附着力及寿命都会降低。 相反,较低的温度施涂时,虽然涂层寿命较高,但 这种涂层较致密,绝热性变差,而且过低的施涂温度 会使涂层不均匀,形成补丁状。当模具加热到工作温 度时,会产生涂层开裂和起皮缺陷,并且涂层中吸收 的水分在高温蒸发时,还会使粘结剂膜龟裂。 3涂料的施涂 对于一个特定的铸件,如果模具涂料选择合适, 施涂操作是稳定和受到控制的,从理论上讲,则一定 能获得合格的铸件。然而在实际铸造过程中,施涂操 作往往被认为是变动性最大的一个环节。所以,精心 做好模具的涂前准备和涂料准备以及选好所采用的 施涂工具,显得非常重要。 1)涂料施涂前准备:施涂基底对于涂层的性能是 极其重要的。新模具施涂前必须进行彻底的清洗,除 去所有的润滑油脂和锈斑,已经使用过的模具必须将 原有的涂层彻底清除掉。传统的清理模具方法是用钢 丝刷清除表面污垢。该方法常使模具表面过度磨损或 在模具表面产生细小裂纹。因此,人们都在寻找新的 无损清理方法,用以清洗金属表面。这些方法包括湿 化学清洗法和树脂介质法。但由于环境污染以及费用 太高,尚未在工业上获得广泛应用。

近来,有一种用干 冰(二氧化碳)喷丸法清理模具的技术,在实际生产中 正在被大家接受。清理后的模具应均匀加热到300～ 350C左右,加热方法常采用煤气燃烧嘴,使火焰均匀 分布在模具的各个部位,许多厂家使用专用的预热 炉,在严格控制加热参数下预热模具,以保证模具温 度均匀。 施涂时,模具温度通常应先冷却到180C左右,第 一 层(基底)涂料通常采用含表面活性剂的水溶液或 高度稀释的涂料,这样可提高涂层对模具表面的附着 力。 2)涂料准备和操作:涂料施涂前,应将原装涂料 搅拌均匀,并稀释至所需的浓度和粘度,使用玻美度 测密度及供应商提供的其他指标,就可对涂料的原始 性能给予较好的控制。如果施涂时间较长,在施涂过 程中,还需定时测量和调整涂料的粘度和浓度,涂层 厚度以及模具温度。目前在线测量涂层厚度及模具实 时温度的专用仪器已被广泛应用。 目前用得最广的施涂技术是喷射法,喷射装置由 容器,输管和压缩空气管道组成。这种喷射系统结构 简单,喷涂效果较好,但它缺乏控制时会产生大量”斑 点”,使涂层变得不平滑。现在有人设计出专用喷枪, 这种喷枪可调节扇形喷射面的宽度,喷射强度和流 量,可获得微细而均匀的喷雾。

也有人研制一种当喷 枪不工作时,它不但能搅拌罐中的涂料而且能使涂料 在涂料供给管道中再循环的设备,从而有助于在工作 中防止涂料的液固分层,并能实时显示涂料各种性能 参数。 4计算机模拟在施涂工艺中的应用 计算机模拟可以在模具制作之前涂料品牌网,试验和确定模 具的各种各样的结构参数和工艺参数,提高设计制作 模具和采用铸造工艺的一次成功率。通过熔液充填模 具和在模具内的凝固过程模拟,从而找到最佳工艺, 帮助人们在制作模具之前预测模具的使用性能。涂料 的类型和施涂方法对铸造合金充填模具过程,凝固 场,以及铸件和温度场的影响,是计算机模拟的重要 一 部分。如用计算机可以模拟出不同涂料以及涂层厚 度对铸件温度场的影响,人们结合实际就可以对优化 施涂工艺提供有效的帮助。 ?3O?