硼砂對鑄鋼消失模涂料剝離性的影響
作者：小編 瀏覽量：1909 發(fā)布日期：2020-8-21 09:34:46
涂料作為消失模鑄造工藝的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能直接影響消失模鑄造工藝的成功與否。消失模鑄造涂料主要包括耐火骨料，添加劑和載液，耐火骨料通常采用石英粉、莫來石、鋯英粉、石墨粉、高鋁礬土、剛玉粉等，添加劑主要包括粘結(jié)劑，懸浮劑，各種助劑(表面潤濕劑，消泡劑，防腐劑等)，載液分為乙醇和水[2]。消失模鑄造用涂料應(yīng)具有良好的工藝及工作性能:
(1)高的強度和剛度，防止造型時模樣變形和被干砂損傷;(2)高的耐火性能，防止?jié)沧r鑄件表面粘砂;(3)優(yōu)異的透氣性，可以快速導(dǎo)出模樣氣化的產(chǎn)物;(4)較強的附著力，防止生產(chǎn)過程中涂層開裂甚至脫落;(5)良好的涂掛性，使用時能方便的涂覆一定厚度的涂層;(6)良好的燒結(jié)及剝離性，即在澆注后形成易于自動剝落的涂料殼，從而獲得表面光潔的鑄件。
中國鋁業(yè)股份有限公司連城分公司采用消失模鑄造工藝生產(chǎn)電解鋁用陽極鋼爪，消失模鑄鋼涂料是以石英粉(純度>99%)和鋯英粉作為耐火骨料，添加商品化的添加劑配制而成，此種涂料具有較好的強度與剛度，優(yōu)異的透氣性能，良好的涂掛性能與耐火度，但澆注后涂料的剝離性不佳，鑄件表面粘附一層未能燒結(jié)且酥脆的涂料層，即粘粉缺陷，為鑄件的后期清理工作中帶來困難。
依據(jù)燒結(jié)剝離型涂料的理論基礎(chǔ)，涂料在澆注溫度下必須生產(chǎn)一定數(shù)量的低熔物，低熔物促進耐火骨料燒結(jié)并粘著在鑄件表面上，鑄件冷卻時的收縮率與涂料層的收縮率不同，從而涂料燒結(jié)層從鑄件表面自動剝離，獲得表面光潔的鑄件。
采用加入硼砂作為燒結(jié)助劑來改善消失模鑄鋼涂料的剝離性。
1·試驗材料與方法
1.1試驗材料
1.1.1耐火骨料
石英粉具有資源豐富、價格低廉等優(yōu)點，鋯英粉具有耐火度高，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點。本試驗采用石英粉純度為99%，鋯英粉純度為65%，200～220目的復(fù)合耐火骨料。
1.1.2添加劑
商品化的添加劑，硼砂。
1.1.3載液
采用水作為載液，具有來源廣，成本低，對人身體無害等優(yōu)點。
1.2試驗方法
采用單因素試驗，即在中國鋁業(yè)股份有限公司連城分公司現(xiàn)有涂料中加入硼砂，硼砂加入量分別為0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%，現(xiàn)場實際澆注后分別考察它們的剝離性，澆注溫度為1580℃，材質(zhì)為普通碳鋼，試驗配比見表1。
按表1配比分別稱量耐火骨料、添加劑、硼砂的質(zhì)量，然后按圖1涂料配制工藝進行涂料的制備。先將添加劑和硼砂加入水中高速分散攪拌30～40min，然后將復(fù)合耐火骨料加入水溶液中高速攪拌3h，再低速攪拌1h后裝桶備用。
涂料的涂掛采用浸涂法，該方法生產(chǎn)效率高，涂掛均勻。涂掛后的聚苯乙烯模樣放入烘房內(nèi)烘干，烘房內(nèi)溫度保持在50～60℃，且保持烘房內(nèi)通風良好，以使烘房內(nèi)濕度不能太大。模樣涂掛3遍涂料，涂料殼層厚度達2～3mm，裝箱造型后進行澆注。
2·試驗結(jié)果及討論
2.1試驗結(jié)果
鑄件澆注后涂料層的剝離效果如圖2所示，可以看出涂料中不加硼砂(圖2a)的鑄件澆注后涂料殼剝離性差，出現(xiàn)粘粉缺陷，鑄件清理困難。涂料中加入0.5%硼砂(圖2b)，涂料的剝離性有所改善，粘粉缺陷減少，但是在鑄件的肩部及橫梁的側(cè)面還有粘粉現(xiàn)象。涂料中加入1.0%硼砂(圖2c)，涂料的剝離效果與加入0.5%硼砂相比沒有明顯區(qū)別，在鑄件的肩部及橫梁的側(cè)面同樣出現(xiàn)粘粉現(xiàn)象。涂料中加入1.5%硼砂(圖2d)，涂料的剝離性有較明顯的改善，鑄件的肩部粘粉缺陷基本消除，但是橫梁的側(cè)面還有粘粉現(xiàn)象。涂料中加入2.0%硼砂(圖2e)，涂料殼的剝離效果良好，涂料殼大片從鑄件表面剝離，鑄件表面質(zhì)量高，只有在鑄件的熱結(jié)部位，冒口頸縮部分與冒口下方的橫梁側(cè)面的涂料殼不能自動剝離，但是涂料殼已經(jīng)燒結(jié)，用錘子輕輕敲打即可從鑄件表面剝離下來。涂料中加入2.5%硼砂(圖2f)，涂料殼大部分從鑄件表面自動剝離，但是在鑄件的頸縮部位及腿部出現(xiàn)了過燒現(xiàn)象，即涂料燒熔，粘附在鑄件表面。
因此硼砂加入量為2.0%時符合試驗要求，硼砂的加入明顯改善涂料的燒結(jié)性及剝離性，提高了鑄件表面質(zhì)量，降低了鑄件的清理難度。
2.2討論
石英粉與鋯英粉的復(fù)合骨料耐火度高，澆注時涂層中有較多的空隙，從而使鋼水滲透到涂料淺表層中，導(dǎo)致了鑄件的粘粉，涂層剝離性差;而硼酸是一種低熔點的物質(zhì)，在其加入一定量到涂料后，會均勻分布在整個耐火骨料之間，由于其熔點低(熔點約為500℃)，澆注時涂層中硼砂會首先熔融，形成的液態(tài)玻璃相，會像粘結(jié)劑一樣將周圍的骨料粉料粘接起來，這些玻璃相將鋼水阻擋，防止鋼水對涂料的滲透。這樣既不會降低骨料本身的耐火度又使整個骨料粉料顆粒粘結(jié)起來，保證了涂料有較好的耐火度又有較低的燒結(jié)溫度。
