【热坛学习】浅谈如何应用砂型（芯）涂料

昨天

在铸造生产过程中，砂型(芯)与金属液直接接触的工作表面的质量对铸件质量具有十分重要的影响。用涂料来涂敷铸型（或砂芯）表面是提高铸件表面质量经济适用而又收效显著的方法。浇注时涂料层介于金属液与铸型之间，可以控制和改善金属液与砂型（芯）界面间的接触状态和高温下的反应，防止多种缺陷的产生。近年来，由于对铸件质量的要求日益提高，国内外普遍重视优质涂料的生产与应用。我作为一名技术工人，通过学习和多年工作经验的总结，找到了一些应用涂料来提高铸件质量的方法，取得了较好的效果，叙述如下：

　　一、涂料的作用

1、提高表面质量

涂料可防止机械粘砂，提高铸件尺寸精度，获得理想的表面粗糙度。在涂层良好的情况下，铸件表面的粗糙度可由未使用涂料时Ra=25-50μm下降到Ra=3.2-6.3μm

2、防止化学粘砂

当金属液浇注温度较高，铸件教厚较大时，若想金属液与砂型不发生化学反应，可利用优良涂料的良好高温化学稳定性及其中的附加物，而不产生粘砂层，使铸件得到光洁的表面。

3、提高铸型表面强度，减少或防止铸件夹砂、冲砂、砂眼等缺陷

某些表面强度低（如粘土湿型砂型和要求溃散性好的水玻璃砂型）或粘土结剂热分解温度低（如各种有机粘结剂）的砂型（芯），在金属液浇注过程中易发生夹砂、冲砂、和砂眼缺陷。具有良好强度和耐火度的涂料有助于减少和防止以上缺陷，扩大有机粘结剂的温度适用范围。

4、控制铸件冷却速度，防止铸件产生缩孔、缩松、裂纹等缺陷

采用不同热导率的耐火材料，调整涂层厚度，可以控制金属液向砂型的传热速度，从而控制和调整铸件冷却速度，防止铸件产生裂纹和缩孔类缺陷。

5、屏蔽有害元素，防止铸件产生气孔、增碳、增硫、局部球化不良等缺陷

采用含氮的呋喃树脂和用苯磺酸等作固化剂的呋喃树脂砂铸造时，铸钢件容易产生皮下气孔，低碳不锈钢件还增硫和增碳，球墨铸铁件会产生局部球化不良。烧结致密的涂料能作为屏蔽层有效阻挡来自砂型（芯）的N、S、C与金属液反应，从而避免铸钢件产生皮下气孔、增C、增S等缺陷，消除球墨铸铁件局部球化不良等问题。

6、调整铸件表面成分、组织和性能

利用特种涂料的保温特性和激冷特性，能改变金属液的冷却速度和结晶速度，使铸件表面获得反白口和白口组织，从而获得铸件表面所需要的硬度和力学性能。在涂料中加入浇注金属同类或晶格常数接近的金属粉末，可直接作为晶核生长成晶粒，使晶粒细化。在涂料中加入熔点比金属液浇注温度略低的金属元素和合金粉末时，通过液态扩散可使铸件表面合金化。如加入熔点比金属液浇注温度更高的金属元素和合金粉末时，则其虽不能在铸件表面造成合金化，但能以镶嵌方式存在于铸件表面，可用来使铸件的表层具有某些特殊性能（如耐磨等）。

应用涂料能获得良好的经济效益。以砂型铸造为例，据粗略统计，铸件清理成本一般占铸件生产成本的30%左右，上涂料后使清理成本降低10%以上，而涂料成本和施涂费用占铸件生产成本的5%左右。因此，采用涂料能降低铸件生产成本5%以上（还不包括降低废品率和改善铸件力学性能等方面的效益）。

二、涂料的性能

1、涂料的理化性能

　　（1）密度

涂料的密度是指单位体积的质量。对于同一种涂料，因加水量不同，涂料的稀稠度不同，密度也不同，所以工厂常用密度来衡量涂料的粘稠度。

　　（2）悬浮性

涂料搅拌后放置一段时间，往往会出现分层和粉料沉淀现象。涂料的悬浮性太差会给涂敷工作带来困难，并会影响涂层质量。悬浮性的测定，多用常规带磨口的具塞量筒沉淀法；水基涂料的沉降时间按24h，醇基涂料的沉降时间按8h计。

（3）粘度

在外力作用下，涂料本身阻止内部分子之间相对运动的特性成为“粘度”。粘度高，涂料的流动性差，涂刷费力，涂层难以均匀平整，浸涂涂层过厚，容易形成局部堆积，涂料渗入砂基体的深度不够。反之，若涂料粘度过低，则悬浮性差，渗透性强，涂层过薄。

2、涂料的工艺性能

（1）浸润性与渗入性

为了使涂料与砂型（芯）基体的牢固结合，需要涂料向基体渗入一定的深度。即涂料需要一定的渗入性。影响涂料渗入性的因素较多，其中最重要的是涂料与砂型（芯）是否浸润。若涂料与砂型（芯）互不浸润，则无论其他条件如何，涂料的渗入性都极差，甚至根本涂不上。因此，涂料需要与所涂挂的砂型（芯）互相浸润。为了提高涂料的浸润性和渗入性，往往需要在涂料中加入适量的表面活性剂。

（2）涂刷性和流平性

涂刷性是指用毛刷饱蘸涂料刷砂型（芯）时手感滑爽而不干涩，刷过的涂层较长距离而保持不开裂分岔的性能。

3、涂料的使用性能

（1）涂层的强度

有涂料的砂型（芯）在搬运、下芯、合型等过程中要经受摩擦和碰撞，在浇注过程中要承受高温金属液的冲刷，因此要求涂料层有良好的强度和附着力。

（2）抗激热开裂性

涂层不仅在风干、烘干过程中不应产生收缩开裂，更为重要的是在受到金属液的激热作用下也不开裂。

（3）防粘砂性能

涂料最主要的作用是防止铸件产生粘砂缺陷，因此涂料的防粘砂性能应该满足铸件的生产要求。　　

三、涂料的组成

涂料主要由5种基本组分组成：耐火骨料、载体材料、悬浮剂、粘结剂及各种辅料。

1、耐火骨料

耐火骨料对涂料的抗粘砂性起着决定性的作用。耐火骨料的耐火性能和化学性质决定其适用的合金和质量范围。

选用耐火骨料时，必须同时遵循以下两个基本原则：

①耐火骨料的耐火性能要与铸造合金的浇注温度相一致。

②耐火骨料的酸碱性要与铸造合金的酸碱性相一致。

此外，还应注意两个问题：耐火骨料自身与砂型基体在高温下的化学反应；耐火骨料的化学成分对铸造合金成分的影响。

按照“高耐火度防粘砂”理论，耐火骨料的耐火度需高于铸造合金的浇注温度（这种涂料称之为耐火型涂料）。按照“烧结剥离防粘砂”理论，耐火骨料的耐火度不要求过高，要求其烧结点接近铸造合金的浇注温度，能在浇注过程中生成新相或产生轻度烧结，或完全烧融，涂料层呈陶瓷态或高粘度的玻璃态，能抗金属液渗透，并且冷却后易于与铸件剥离，得到表面光洁的铸造（这种涂料称之为烧结剥离涂料）。

涂料的耐火骨料越细，则需粘结剂越多，涂料层也易开裂。因此，希望骨料颗粒排列致密，细颗粒镶嵌于粗颗粒之间，一般推荐使用200号、270号、320号三种配合使用为好。

常用铸造涂料的骨料有以下几种：

①氧化物：刚玉粉、硅砂粉、锻烧氧化镁。

②硅铝酸盐：锆英石粉、锆钒土粉、橄榄石粉、滑石粉等。

③铬铁粉：铬铁矿、镁铬铁矿等。

④碳质材料：石墨粉、碳粉等。

2、载体材料：

载体的作用在于使耐火骨料充分分散于其中形成涂敷的悬浮液体。载体材料的选用主要取决于粘结剂的种类、生产条件、功能和价格。根据载体的不同，通常涂料分为水基及醇基二种。

3、悬浮剂

悬浮性的作用是稠化载体液，促使涂料中的耐火骨料在载体中保持均匀悬浮，长时间不分层，不沉淀，并能有效地防止载体脱离骨料而单独渗入基体，促使骨料一起渗入基体。适用作涂料的悬浮剂按载体不同大致分为二类：水基涂料悬浮剂和醇基涂料用悬浮剂。

①水基涂料的悬浮剂：膨润土、羧甲基纤维素钠（CMC）、海藻酸钠、聚乙烯醇（PVA）、聚酸乙烯。

②醇基涂料的悬浮剂：有机膨润土、锂膨润土、聚乙烯缩丁醛（PVB）。

4、粘结剂

涂料中粘结剂的作用是使涂料中的骨料相互粘结并牢固地附着于型（芯）表面，即形成涂料的强度。粘结剂的种类繁多，常用的有如下几类：

① 合成高分子化合物

各类合成树脂如环氧树脂、丙烯树脂及传统的尿醛树脂、呋喃树脂等。

② 高分子乳液

醋酸乙烯及其共聚物、聚氨脂乳液、聚氯乙烯乳制品液等。

③硅化合物

水玻璃、水解硅酸乙酯、硅溶液胶、各种硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐等。

④耐火粘土、膨润土等。

⑤其它材料：天然树脂、干性油、沥青、淀粉类、糖浆等。

5、添加剂

各种添加剂对涂料的工艺性能和使用性能起着重要作用，按其作用大致分类如下：

① 润湿剂

用于提高涂料对型（芯）的浸润能力。加入适量的表面活性剂，可

明显改善涂料对型（芯）润湿情况。

② 防渗剂

醇基料与水基料相反，它表现于载体渗入过深的问题，通常的办法，

加入增稠效果较好的粘结剂来防止或延缓载体的渗入。

③ 消泡剂

为消除涂料在配制或搅拌过程中产生的大量气泡，可加微量消泡剂。

④ 防腐剂

防止涂料中有机物发酵引起的腐败变质，应在涂料中加防腐剂。

四、涂料的分类

根据ZBJ31008《砂型铸造用涂料》，按耐火骨料不同将涂料分为9

类：石墨粉（SM）、滑石粉（H）、精制硅石粉（JS），高铝矾土粉（GL）、棕刚玉粉（Z）、锆英粉（GY），镁砂粉（M）、镁橄榄石粉（MG），其它（Q）。根据载体材料不同分为：水基涂料（用代号S表示），有机溶剂类涂料（用代号Y表示）。

习惯上人们把涂料分为：水基涂料、醇基涂料（甲醇、乙醇、异丙醇），其它（汽油或石脑油等石油类、混合溶剂等）。

水基涂料一般需要进干燥炉烘干，或者用喷灯、煤气或氧—乙炔气进行表面干燥，高固含量的水基涂料在环境温度和通风条件好时可风干（自干）。

醇基涂料点火燃烧后，其干燥工序即可完成，醇基涂料也可风干（自干）。

五、选择砂型（芯）涂料的方法

砂型涂料的选择应根据铸造工艺和铸型性质进行选择。见下表：

按铸型性质选择涂料种类

铸型性质	推荐用涂料种类
粘土砂湿型	醇基涂料、水基高固含量涂料
烘干硬化和表面干燥的粘土砂、水玻璃砂和树脂砂、油砂型	水基涂料
吹CO2硬化、自硬化水玻璃砂型	醇基涂料、水基高固含量涂料
吹气硬化、自硬化树脂砂型	醇基涂料、水基高固含量涂料

六、涂料的施涂方法及优缺点

涂料的施涂方法主要有刷涂、浸涂、流涂和喷涂。

1、 刷涂法

刷涂法是最简单、灵活的一种施涂方法，在单件、小批量生产中应用最广泛。刷涂时涂层厚度一般在0.3-2㎜之间，若一次保证不了要求的厚度，可涂刷2—3次。刷涂的施涂效率低，难以满足大批量生产要求。对工人的操作熟练程度要求高，劳动强度大，铸型形状不限，涂料消耗少。施涂工具是毛刷，刷涂很难涂敷均匀，有的涂层厚薄不匀，刷痕难以消除（特别是醇基涂料），使铸件外观质量受到影响。

2、 浸涂

浸涂主要用于各种砂芯。浸涂法有两种：一种是砂芯运动，涂料槽

固定；另一种是砂芯固定，涂料槽运动。

浸涂可实现机械化连续操作，适用于成批、大量生产。

浸涂时要注意防止涂料浸入砂芯的排气孔道中，以免影响砂芯的排气；此外要避免芯头粘附涂料，使芯头变粗，造成下芯困难或影响排气。

3、 喷涂

喷涂主要适用于大面积铸型（芯）和大量铸型（芯）的生产，以及表面强度较低的粘土砂湿型的施涂，涂层厚度均匀，无刷痕。

喷涂法有三种形式；空气喷涂、低压热空气喷涂和高压无气喷涂。

①空气喷涂

空气喷涂的主要设备为空气压缩机和喷枪。空气压力一般在0.2-0.4Mpa之间。喷枪的作用是把涂料喷成细雾。喷枪有两种类型：吸力型和压力型。

吸力型喷枪是利用压缩空气在喷嘴附近产生的负压，将涂料从料罐中吸出雾化，并射向砂型（芯）表面。

压力型喷枪与涂料罐分离，两者用软管连接。向涂料罐中通压缩空气，它迫使涂料沿着软管到达喷枪；当打开喷枪时，涂料即从喷嘴喷出。

空气喷涂法的主要缺点是：涂料很难深入空隙之中，涂层附着强度较低，部分涂料散空气中，涂料利用率低，环境污染严重，对工人健康不利。用醇基涂料时，载液雾化进入空气中易引起火灾。

②低压热空气喷涂

这种喷涂的特点是空气经预热至高于室温20℃以上，空气压力低到约0.035-0.07Mpa。此外，涂料也预热到50-65℃。涂料预热后粘度大为降低，这样可用大量低压热空气将涂料微粒喷涂在砂型表面。这种工艺消除了涂料回弹，改善了劳动条件，并可节省涂料。

③高压无气喷涂

高压无气喷涂法的特点是将涂料压力升高后储存在高压容器内，利用涂料本身的压力喷出涂料，涂料通过喷嘴分散为小液滴，喷射到砂型（芯）表面。它对砂型（芯）表面撞击小，固体微粒回弹少，涂料飞散损耗小，涂层表面较光滑。高压无气喷涂的涂层附着强度高，具有节省涂料，减少环境污染，提高生产效率等优点，是喷涂的发展方向。

喷涂的不足之处是：对有较深沟槽的复杂砂型（芯）不适用，原因是沟槽侧面喷涂不到，喷涂对涂料性能有特殊要求，如涂料中混入粗料杂质，会阻塞泵的进口阀门和喷枪喷嘴，使喷涂机无法正常工作，且堵塞后的清理非常困难。

4、 流涂

流涂法实际上是一种低压喷涂法。采用一个泵输送系统和专门设计

的喷嘴，涂料通过喷嘴喷浇到型（芯）表面，迅速聚积成涂层，多余的涂料回流到涂料槽中。此法节省涂料，易实现机械化、自动化。但凹坑处不易涂上涂料，局部又易堆积过厚。

七、使用涂料时应注意的问题

1、涂料的搅拌和稀释

使用前应加以充分搅拌，再根据粘度的变化情况适量加入溶剂稀释到所需的粘度。

采用喷涂、浸涂、流涂三种施涂方式时，或砂型基体透气性及强度较低时，涂料粘度应调低些；采用刷涂或砂型基体透气性和强度较高时，粘度可调高些。

2、涂料的涂层厚度

涂层厚度如果太薄，即使其性能优良，铸件的表面质量也不会令人满意。涂层太厚，当然是不必要的浪费。在保证涂料层抗粘砂性能的前提下，涂层厚度应尽量降低，以节约涂料并提高涂层抗裂性。

涂层的厚度一般在0.15-1㎜之间，特厚铸件在1—2㎜之间。铸铁件选用较小的值，铸钢件和铸铜件选用较大的值。

每次施涂的厚度以不超过0.3㎜为好。厚涂料层要多次施涂，但是需等第一层稍干后（水基）或点燃干燥冷却到室温后（醇基）再涂第二次。

3、涂料的固化

水基涂料需在水玻璃砂型（芯）烘干或表干前施涂；热硬树脂砂和油砂一般在烘干后施涂，利用其余热干燥，或进行二次烘干；而粘土干型（芯）或表干型（芯）在烘干前后均可施涂。

水基涂料的烘干温度范围为100-450℃；如用喷灯、煤气或氧—乙炔气进行表面干燥，则不可将火焰集中在局部区域，以免温度过高而使部分粘结剂过烧。

醇基涂料需在施涂后及时点燃干燥，以免溶剂过分渗透和挥发。若涂覆后因间隔时间长而导致点火不着或燃烧不充分时，可在涂层上喷洒少量酒精助燃。涂刷大的砂型（芯）时，可采用局部干燥的方法。

5、 涂料的贮存

水基涂料贮存时需注意防晒、防冻。醇基涂料贮存时需注意密封、

防火、防水。

此外，要使涂料产生良好的效果，砂型（芯）基体必须具有比较光滑的表面，均匀的紧实度和足够的强度，否则不易施涂，涂层易产生裂纹或剥离等缺陷。

八、本人在实际工作中对醇基涂料的应用

醇基涂料国内一般采用酒精作为溶剂，它无毒、无臭、易挥发，易燃。我在实际工作中接触的醇基涂料基本上都是用酒精作溶剂，我们称为酒精涂料。

酒精涂料的配制原料：酒精、松香、石墨粉、高铝粉、钠基膨润土。

酒精涂料的配制方法：石墨粉、高铝粉、松香、钠基膨润土的用量比例为4：1：0.2：0.1。配制时先将石墨粉、松香粉、高铝粉、钠基膨润土干混搅拌均匀后再加入酒精搅拌均匀即可使用。酒精涂料的稀稠度用酒精、石墨粉的加入量控制，涂料稀加石墨粉，涂料稠加酒精。配制好的酒精涂料先刷一小片点火烧干后，用手触摸涂层表面，如果涂层坚固不脱落，手指不黑，说明涂料配制合格可以使用。如果手摸上去涂层会脱落，手指上有石墨粉，说明松香的加入量不够，需加入适量的松香搅拌均匀后，才能使用。实际操作中高铝粉、膨润土的加入量可以稍微少一些，不能多加；松香可以多加，石墨粉可适量多加，但最多不超过原加入量的20%。

以上酒精涂料用于粘土湿型砂型上，可绕注中、小型铸铁件（手工造型用刷涂法、机械造型用喷涂法）。浇出的铸件表面光洁，基本无粘砂，铸号字迹清晰。可部分代替粘土表干型或干型生产一些比较大的铸件，拓宽粘土湿型铸造工艺的应用范围，降低生产成本，缩短生产周期。

用于粘土干型合箱前砂型表面裂纹和破损的修补上，更是具有水基涂料无法比的优势，它能大幅度地提高效率，浇出的铸件表面光洁，无气孔、夹砂、砂眼等缺陷。

生产运用结果表明：该涂料的参透性、抗流淌性和抗裂性均很好，涂层强度高，发气量小。

九、结束语

综上所述，涂料在当前的铸造生产中占有重要的地位。如果涂料在生产中应用得当，能有效地防止铸件粘砂，减少气孔、夹砂、砂眼等缺陷的产生，提高铸件质量，降低生产成本。新涂料、新施涂工艺的开发大有前途。

以上是本人对砂型（芯）涂料应用的一些认识，不足之处敬请各位指导老师和专家指正。

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