涂料在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、鎂合金金屬型鑄造用涂料A,F,Mark,B,R,Davis皇后大學(xué),Kingston,Ontavio,加拿大1、研究目的作者研究了8種涂料,主要成分如下（表1）。這些涂料曾在鋁合金金屬型鑄造中使用過。本文目的是研究它們對鎂合金金屬型鑄造的適用性。表1試驗用涂料涂料代號成份主要目的A硅酸鈉、滑石、云母絕熱B硅酸鈉、滑石、蛭石絕熱C硅酸鈉、滑石、A12O3、云母絕熱D硅酸鈉、BaSO4,TiO2表面光潔E硅酸鈉、SiO2、FeO、ZrSiO4耐久基底F硅酸鈉、滑石一般目的GCaCO、3FeO一般目的H硅酸鋯高密度2、研究方法2-1試樣的制備2-1-1浸涂法試驗設(shè)備包括涂布涂料用的鋼板,加熱鋼板的爐

2、子和鎂合金熔池,將涂過涂料的鋼板放在低功率爐中加熱到150至250之間,然后用鉗子將鋼板從爐中取出,浸入鎂熔液中并保持10或25秒鐘,然后盡可能平穩(wěn)地取出,以免鎂熔液表面發(fā)生燃燒,表2給出詳細(xì)資料。表2浸涂試驗操作涂料代號次數(shù),保持時間,秒鎂熔液溫度,±5A1,10,695B3,10,680C3,10,680D2,10,680;1,10,670E0F2,25,670G1,10,695;1,10,670; 1, 10, 670H2,10,695;1,25,6952-1-2滴落法將已加熱的鋼板從爐中取出,放在耐火材料平板表面。用澆包將30g左右的鎂熔液從約5mnW處澆注到每塊鋼板上，鎂熔

3、液在鋼板上5秒鐘內(nèi)凝固。板和板上面的鎂滴一起冷卻,該試驗示于表3。1表3滴落試驗參數(shù)涂料代號次數(shù),鎂液溫度,±5A2,670B2,720;2,670C2,695;2,670D3,670E2,720F3,670G2,670;1,720H2,6702-2試樣檢測試樣的測試用幾種方法進(jìn)行,用顯微鏡觀察試樣的形態(tài),同時進(jìn)行了化學(xué)分析。第一階段試驗用立體顯微鏡進(jìn)行，在放大倍數(shù)為40X時，查找了暴露的涂料和附著的鎂滴、分散的涂料顆粒和形態(tài)變化。在使用立體顯微鏡發(fā)現(xiàn)附著鎂滴時,同時用掃描電鏡更仔細(xì)地觀察或者移走,再用電子探針鑒定。用顯微鏡和分度鏡進(jìn)行作用范圍密度計數(shù)。為了比較每個試樣附著作用范圍密

4、度的相關(guān)性,使用了點計數(shù)。采用二種計數(shù)法,在每個選定的面積的顆粒數(shù)和點數(shù)。在每個試樣上任意地選擇進(jìn)行二種計數(shù)位置,在每個位置上進(jìn)行二種類型的計數(shù)。取每種計數(shù)結(jié)果的平均值與其他試樣比較。在查找附著顆粒和粘附的涂料顆粒的同時,還在鎂滴的底部進(jìn)行了同樣的密度分析。3試驗結(jié)果3-1涂料成分表4為8種涂料成分,其中氧化物來自顯微探針分析;元素值來自等離子體原子發(fā)射光譜分析。粘結(jié)劑是所有涂料的主要成分,除H涂料而外。表4涂料成分、按重量百分?jǐn)?shù)計算涂料SiO2Na2O其他A5890.6%Mg,0.5%Al,0.3%K,其余為0和HB76163.3%Mg,2.1%Al,1.5%K,其余為0和HC63110.3

5、%Mg,0.3%Al,0.2%K,其余為0和HD47342%TiO2,其余為BaSO4E55626%FeO,其余為ZrSiO4F69130.8%Mg,其余為0和HG32312.9%Ca,2%FeO,其余為0和CH00100%ZrSiO4為了估計每種涂料的粘結(jié)劑含量,比較了氧化硅和氧化鈉的含量。在涂料ABC和F中的SiO2來自硅酸鈉粘結(jié)劑以及滑石、云母或蛭石。可以認(rèn)為，滑石和蛭石中的SiO2含量相當(dāng)于鎂的數(shù)量，而云母中SiO2含量相當(dāng)于鋁的數(shù)量。根據(jù)涂料生產(chǎn)商的資料，涂料E含有達(dá)10%SiO2的骨料。從每種涂料中的SiO2總量中減去SiO2骨料的數(shù)量得到粘結(jié)中SiO2的近似值,然后分別地按照氧化

6、鈉的數(shù)量,將這兩種目錄相配合。涂料中所用粘結(jié)劑排列的順序為:最多-B,F,C,A,E,D,G,H-最少3-2涂料形貌3-2-1原始涂料所有檢驗過的涂料具有粗糙的粒狀表面,差別在顆粒大小,絕熱涂料具有大范圍的粗粒度和明顯的孔隙。表面光潔的涂料具有類似的外觀但范圍較小。基底涂料是光滑的。3-2-2露出的涂料浸涂和滴落的涂料顯示相似的結(jié)果,不同性質(zhì)的新顆粒已經(jīng)出現(xiàn),這些新顆?？磥硎墙饘俸屯苛舷嗷プ饔玫漠a(chǎn)物。許多試樣的涂料顆粒尖端已脫落。這種尖端脫落物,在某些滴落試驗場合充分?jǐn)U散,引起了涂膜厚度變化,同時明顯地減少涂膜粗糙度。在一或二種情況下,整個涂膜被除去,暴露出鋼底板。3-3試驗板上附著物的外觀在

7、某些場合用肉眼能看到附著物,在另一些場合要用顯微鏡。附著物全部在涂料顆粒的尖端,從來沒有在顆粒的裂縫中。附著物一般有二種形式。主要是長、扁平、方形端接的串,這些串形成了從涂料長出的印象,這些串一般是黑色無光澤的,其尺寸和數(shù)量變動相當(dāng)大。在多個大型串的情況下,這些串往往以多群的形式出現(xiàn),如圖1所示。3-4從單滴到多滴試驗的外觀在滴落試驗期間鎂滴群的接觸表面顯示鎂不潤濕涂料。鎂滴表面粗糙但不完全與涂料的型式相符。一些鎂滴顯示與試板相同的黑附著物,另一些還顯示粘附在鎂滴底部的涂料顆粒。如圖2所示。在許多場合,涂料顆粒和一層鎂與涂料顆粒之間的附著物一起出現(xiàn)在滴群上?？磥砗谏街镆颜匙℃V和涂料。并且使

8、涂料顆粒從試板剝落。在二種情況下涂料連續(xù)膜附著在滴底,在一種情況下在涂料膜與鎂滴表面之間顯然有一層黑附著物。圖1滴落試驗中附著在涂料B上的單個串和串群3-5附著物的化學(xué)成分電子探針分析表明取自露出試樣的黑色附著物的主要成分為MgO少量的AL2O3Na2O?口SiO2也出現(xiàn)在附著物中,顆粒的成分說明顆粒是鎂和涂料中某些成分之間的反應(yīng)產(chǎn)物。具有這些成分的顆粒出現(xiàn)在全部涂料中，除了H涂料而外。它們出現(xiàn)在浸涂和滴落試樣中。球形顆粒出現(xiàn)在FArray涂料中。浸涂試樣含有大量的SiO2和MgO。3-6試驗板上附著物有效范圍的密度對所選擇的試驗進(jìn)行相對密度計數(shù),結(jié)果示于表5。這些數(shù)據(jù)是每個試樣上黑色附著顆粒

9、的相對有效范圍密度比較的依據(jù)。(圖2)顯示黑附著物(A)和附著在滴表面的涂料顆粒的涂料B產(chǎn)生的鎂滴表面。圖示面積為直徑約10mm的圓。圖2表5試驗板上的附著物密度涂料代號點數(shù)面積數(shù)試驗方法鎂液溫度A2.05.0浸涂680A1.56.3攪拌640B5.05.0浸涂680C1.53浸涂680C11.05.5滴落680D0.50.3浸涂680F7.07.0攪拌650F32.020.0浸涂670G0.00.0浸涂25秒680G2.06.0滴落670G4.89.2滴落7253-7鎂滴上附著物和涂料顆粒的密度對鎂表面上兩種顆粒的相對作用范圍的密度也進(jìn)行了統(tǒng)計。結(jié)果示于表6表6粘附在鎂滴上的黑色附著物和涂料

10、顆粒的有效區(qū)密度黑色附著物涂料顆粒涂料代碼鎂熔液溫度點數(shù)區(qū)域數(shù)點數(shù)區(qū)域數(shù)A67010.08.37.32.8B69511.85.58.01.3B72525.93.318.53C69515.510.32.51.3D6705.511.51.52.5E7252718.00.81.3F07015.513.50.50.0F0955.55.82.01.6G0700.52.03.32.0G7258.80.30.50.3H0700.00.017.52.5H6950.00.020.51.43.8 顆粒大小區(qū)域數(shù)與點數(shù)的比較說明了試樣上顆粒大小的概念。點數(shù)數(shù)據(jù)表明大多數(shù)附著物顆粒是小的,包括試板上和落滴上的附著物顆

11、粒,顯微鏡觀察也證明了這一點。只有涂料B例外。在考慮統(tǒng)計數(shù)據(jù)和顯微鏡觀察兩方面時,涂料B一貫地顯示出大顆粒。由于化學(xué)分析的結(jié)果在全部試樣上是一致的,附著物顆粒大小的變化看來不是由于成分的差別造成的,附著物顆粒多半受到涂料形態(tài)的影響。含有許多尖端的較細(xì)涂料看來已產(chǎn)生一些小顆粒,最粗的涂料B具有較大的尖端顆粒和較大的附著物。反應(yīng)的進(jìn)行也會明顯地影響顆粒的大小和顆粒的數(shù)量。這表示一種高點數(shù)。暗示著較多的提前反應(yīng),而高點數(shù)則表示強附著作用范圍不是由于較多顆粒就是由于較大顆粒。3.9 涂料強度沉積物在涂料顆粒和已凝固的鎂之間起到連結(jié)作用。每種涂料磨損的數(shù)量取決于二個因素,沉積物的數(shù)量和涂料的強度。弱涂料

12、中的涂料顆粒容易破裂。涂料顆粒比沉積物與涂料的結(jié)合、涂料顆粒本身或沉積物與鎂的結(jié)合弱。在強涂料中,涂料顆粒比較堅固,不容易斷裂,而沉積物容易斷裂,或者與涂料或鎂分離。涂料B具有最大的沉積密度和粘結(jié)在剝離去的鎂滴基層底上的最大涂料顆粒數(shù)。這表示不僅活性較大,而且脆弱。涂料E和F顯示出高的沉積密度,但附著的涂料顆粒少，說明盡管它們是活性的，但強度大。涂料A和C有中等到高的沉積密度和中等水平的粘附性。這說明它們比涂料B強度大,活性低。但比涂料E和F更脆弱。涂料D和G也相當(dāng)于中等水平。涂料D稍有活性，但有較小的粘附性，它的強度大。涂料G反應(yīng)性不是很大，粘附強度中等。強度估計綜合于表7。表7按磨損數(shù)據(jù)估

13、計的涂料強度,從弱到強涂料成分的注釋H（最弱）只有硅酸結(jié)B粘結(jié)劑最多,涂料最軟A中等到到大量粘結(jié)劑,大量軟骨料C中等到到大量粘結(jié)劑,中量軟骨料G最少的粘結(jié)劑,大量碳酸鈣D少量到中等粘結(jié)劑,無軟骨料F大量粘結(jié)劑,中等軟骨料E（最強）中等粘結(jié)劑，無軟骨料強度趨向說明，云母和蛭石削弱涂料，涂料AB和C的強度比涂料F低許多。盡管它們都含較多的碳酸鈉,涂料F含有次多的滑石,但不含云母或蛭石,涂料B含蛭石約為涂料A的4倍多，涂料C含云母。涂料A含云母稍有多于涂料C。云母的作用已被Chiesa和Mavyopoulos證明,他們發(fā)現(xiàn)含云母的涂料強度很低。硬骨涂料產(chǎn)生較大的強度。涂料D和E含硅酸鈉較少，涂料E含

14、石英比涂料D多，它的強度稍大，但也有較大的反應(yīng)性。涂料G強度較低或許可以通過碳酸鈣和粘結(jié)劑含量少說明。這種涂料反應(yīng)性較小,但是由于粘結(jié)劑少強度較低,同時軟的碳酸鈣導(dǎo)致相應(yīng)地較多涂料顆粒粘附在鎂上。4結(jié)論41鎂合金金屬型鑄造使用的優(yōu)質(zhì)涂料所需的性質(zhì)是:適宜大小的絕熱性,使氣體能逸出的十分粗糙的表面。微小的磨損率以保證頭二項性能。小磨損率只有在零件和涂料之間無粘結(jié)力,因此這種涂料使另件順利落砂時才能達(dá)到。42對目前鋁合金金屬型鑄造使用的8種涂料進(jìn)行了試驗,按照這們對鎂合金的適用性進(jìn)行排序,其結(jié)果示于表8表8試驗涂料的順序（適用性從高到低）涂料代號說明成分D反應(yīng)性不是很大,中等強度,有點絕熱性硅酸鈉

15、、Baso4.Tio2G反應(yīng)性不是很大,中等強度,絕熱性不是很大硅酸鈉、CaCO3,FeOA絕熱性很好,有點反應(yīng)性,強度不是很大硅酸鈉,滑石,云母C絕熱性很好,有點反應(yīng)性,強度不是很大硅酸鈉,滑石,Al2O3云母E有強度,反應(yīng)性很大,有點絕熱性硅酸鈉,滑石E無絕熱性硅酸鈉,SiO2、FeO、ZrsiO4H強度很低硅酸鋯B反應(yīng)性很大,強度很低硅酸鈉,滑石,蛭石43所實驗的涂料無一能完全滿足上述要求,其原因目前已明白,看來鎂與硅酸鈉粘結(jié)劑析出的水份發(fā)生反應(yīng),同時在較小的程度上與石英以及截留在涂料和鎂之間的氧發(fā)生反應(yīng)，這個反應(yīng)產(chǎn)生了MgO很可能這種MgOf粘結(jié)劑中的SiO2反應(yīng)形成硅酸鎂界面層;44含有絕熱材料的涂料,具有低導(dǎo)熱率和高的粗糙度,要求大量粘結(jié)劑使絕熱骨料保持在一起,這就引起了較多的附著物和較多的磨損,同時,最好的絕熱骨料云母和蛭石,強度很低,這就使問題嚴(yán)重了,另一方面,不含粘結(jié)劑的涂料,例如涂料H,其強度是很低的，這也引起了大量磨損，強度高足以防止大量磨損附著物的涂料反應(yīng)性好但不絕熱。45磨損的原因是由于反應(yīng)產(chǎn)生的附著物的粘性使涂料顆粒受拉。相關(guān)磨損取決于涂料的的反應(yīng)性和涂料的強度,當(dāng)?shù)蛷姸韧苛嫌捎趶姺磻?yīng)產(chǎn)生大量附著物時產(chǎn)生大量磨損。含有云母和蛭石骨料的涂量強度低。然而,云母和蛭石是二種絕緣性較好的骨料,因此需用它們制備適當(dāng)絕熱的涂料。46大概可