大型複雜薄壁殼體零件的消失模鑄造塗層

發佈時間： 06 / 22 2021 作者：網站編輯訪問：10909

中國一拖自主研發的一款大功率輪式拖拉機，後變速箱較大，結構非常複雜（見圖1），外形尺寸為1050mm×925mm×750mm，實際體積為鑄件約0.085m3。理論重量約為615kg。

大型後變速箱和非常複雜的結構

在該殼體部件的試制中，採用了消失模鑄造技術。如此大體積、重量、結構複雜的薄壁殼體零件就是用這種技術生產的，現有期刊雜誌上的報導很少。通過多次試制，發現澆注後的鑄件存在以下三個問題：一是鑄件變形，鑄件尺寸精度難以保證；二是鑄件內腔容易形成包鐵砂，增加清理難度；三是鑄件表面。產生炭黑缺陷，造成鑄件在加工過程中報廢。

造成上述鑄造缺陷的因素很多，但塗層在整個消失模鑄造過程中起著至關重要的作用。如果塗料本身配方不當，塗料性能差，不僅不能有效解決問題，反而會造成缺陷。

(1)塗料的懸掛性差。生產試驗使用的油漆為水性漆，後變速箱的白色模具為聚苯乙烯泡沫塑料，不易被水性漆潤濕或滲透。潤濕性差，塗層差，油漆不能掛在白模表面或附著力差。一方面會造成圖案多次塗佈，多次塗佈和乾燥過程中白模變形的傾向會增加。 ; 另一方面會造成塗層厚度不均，甚至塗層不連續，白模局部暴露會造成粘砂缺陷。由於後變速箱的白模尺寸較大（見圖2），浸漬時產生的浮力會導致外觀破損。因此，白模的應用採用噴塗和幕塗相結合的方式。對塗層性能提出了更高的要求。
(2)塗層強度低。後變速箱白模體積大、壁薄、密度低。整個白模沒有固有的剛性。塗層在常溫下的粘合強度不高，在乾燥和處理圖案的過程中容易造成塗層剝落和損壞。無法保證花紋在填砂壓實過程中具有足夠的抗變形能力，導致變形；塗層的高溫強度不高，在高溫條件下，無法防止金屬液在澆鑄成型過程中對塗層的破壞，造成塌陷、粘砂等缺陷，使無法保證鑄件的尺寸精度和表面質量；塗層殘餘強度差會造成澆注後鑄件表面的塗層不易清除。
(3)塗層的透氣性差。由於試製品材質為HT250，生產試驗中澆注溫度控制在1380～1430℃，而白模材質為聚苯乙烯泡沫塑料，溫度範圍為1350～1550℃。，開始快速裂解，燃燒汽化，低分子量聚合物快速裂解，析出大量氫和游離碳。如果塗層的透氣性差，大量的熱解產物不能順利通過塗層輸出，會導致鑄件產生氣孔；如果塗料不能吸收聚苯乙烯泡沫燃燒過程中產生的殘留物，則鑄件容易出現殘留碳夾雜缺陷。

針對技術背景下塗料造成的鑄造缺陷，重點開發塗料配方，同時探索塗料的混合工藝。

塗料配方的開發

1. 組成和材料選擇

(1)耐火粉末消失模塗料對耐火粉末的選擇有三個重要的要求：一是耐火粉末的粒徑要比較粗，但過粗會影響塗料的抗砂性，並且會考慮防粘砂。且透氣性高，選擇粒徑0.08～0.071mm（180/200目）；其次，耐火粉的形狀越圓越好，圓粉透氣性好；三是耐火粉透氣性好；泡沫塑料的熱解產物必須具有吸附能力。為提高塗料的綜合性能，選用高鋁礬土熟料粉（粒徑0.08mm）和雲母粉（粒徑0.071mm）作為耐火粉體。高鋁鋁土礦粉具有多孔結構，顆粒圓潤，可提高塗層的透氣性和泡沫熱解產物的吸附能力；雲母粉從結構上是層狀矽酸鹽，耐熱耐磨，絕緣性能好，彈性和柔韌性好，在塗料中加入一定比例的雲母粉可以提高覆蓋率、高溫透氣性和可燒結性的塗層。
(2)粘合劑 EPC塗料粘合劑是塗料的重要組成部分。它不僅賦予塗層的強度和鋪展性，而且影響塗層的透氣性和懸浮性。通常，無機結合劑和有機結合劑的結合，不僅可以保證塗層在常溫和高溫下的強度，而且可以有效地提高塗層的透氣性。由於變速箱和變速箱的體積大、壁薄，為了保證塗層的剛性、強度和透氣性，採用了白乳膠、α澱粉和具有潤濕作用的RSF粉三種粘合劑。被選中。結合劑按一定比例混合使用。特別是選用RSF粉體，有效提高了塗層的剛性、強度和透氣性。
(3)載液的主要作用是將耐火粉料分散在其中。在消失模鑄造中，考慮到環保、應用、乾燥、產氣、成本等方面的要求，很容易採用水作為載液。使塗料獲得良好的懸浮性、塗刷性和不流動性。
(4)懸浮劑塗層的懸浮性直接影響塗層的塗層能力和塗層質量，也影響塗層的操作性能。由於耐火粉粒徑粗，塗料粘度大，在製備塗料時，採用鋰基膨潤土和凹凸棒石作為懸浮劑。鋰基膨潤土和凹凸棒石在水中可形成三維網絡結構。兩者結合可改善塗料的懸浮性，改善塗料的流變性和工藝性能。

輔助添加劑主要有以下3種。

①消泡劑。用於消除塗料生產過程中因攪拌而產生的氣泡。
②表面活性劑。在塗料中加入少量表面活性劑的主要目的是提高塗料對圖案的附著力，便於施工。
③防腐。為了便於油漆的儲存和長期使用，在油漆中加入了一定量的防腐劑，可以有效地防止油漆在溫度較高的季節發生霉變、變質和失去粘度。

塗層性能研究

一、塗層性能測試方法

(1)塗料的密度採用100mL量筒稱重法測定塗料的密度。
(2)塗層懸浮穩定性試驗採用100mL量筒測定6h沉積速率法。
(3) 使用波美計（在生產現場使用）測試塗料濃度。
(4)塗層厚度測試：將製備好的泡沫塑料試塊浸入100mm×100mm×12mm（最好用廢棄的白色模具），在混合漆中浸泡10s，取出，放入50℃電在乾燥箱中乾燥3小時後，取出試塊，測量塗層厚度。
(5)塗層的高溫透氣性和高溫強度測試採用華中科技大學研製的多功能性能測試儀。

2、消失模塗料的性能以上述塗料配方為準

塗料的製備過程

許多試驗發現，塗料的性能不僅與塗料配方有關，還與塗料的配方工藝有關。相同的配方和不同的配方工藝對塗料的性能影響很大。為獲得具有良好工藝性能的塗料，製備過程中應保證觸變劑、粘結劑和溶劑充分分散，並與耐火粉體有較強的吸附作用，使塗料各組分充分結合，使塗料具有良好的觸變性和塗佈性。

1. 塗料製備設備

高速分散攪拌機、滾筒式混砂機。

二、製備方法

(1)濕粉塗料的製備：將稱重的耐火粉料倒入滾筒混砂機中，混合5-10分鐘，然後將結合劑、懸浮劑、助劑依次倒入磨機內，混合均勻後30-40分鐘，將其研磨並裝袋以備後用。
(2)漿料塗料的製備。稱取一定量的濕粉塗料，按粉水比1：0.6～0.7，稱取一定量的水放入塗料攪拌桶中，將塗料桶置於高速分散攪拌機下方。打開高速分散混合器，然後加入稱重的濕粉塗料。高速（800～900r/min）攪拌40分鐘左右，然後低速（＜600r/min）攪拌2小時。攪拌均勻後，靜置24小時，充分熟化，使用時可根據波美度要求調節水分。

結論

(1)在耐火粉料中加入適量的雲母粉，可改善塗料的包覆性和懸浮性。塗上圖案時，一次可得到較厚的塗層，減少上漆次數，簡化生產工藝改進；加入適量的雲母粉獲得相同的塗層厚度，塗層後圖案整體重量減輕，可有效保證圖案的挺度和強度；加入適量的雲母粉，降低鋁土礦粉塗層的燒結溫度，澆注後塗層容易從鑄件上剝離，鑄件表面光滑乾淨。
(2)在塗料配方中，加入潤濕性粘結劑RSF粉，塗料對泡沫花紋的附著力明顯增強，提高塗料的強度，對保證花紋的挺度和強度非常重要.
(3)鋰基膨潤土與凹凸棒石並用。根據消失模塗料配製的混合工藝，已驗證塗料的懸浮性、觸變性和塗層性能得到顯著改善。層厚均勻，避免白模外露造成的粘砂缺陷。

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