涂料在铸造生产中的应用

1、镁合金金属型铸造用涂料A,F,Mark,B,R,Davis皇后大学,Kingston,Ontavio,加拿大1、研究目的作者研究了8种涂料,主要成分如下（表1）。这些涂料曾在铝合金金属型铸造中使用过。本文目的是研究它们对镁合金金属型铸造的适用性。表1试验用涂料涂料代号成份主要目的A硅酸钠、滑石、云母绝热B硅酸钠、滑石、蛭石绝热C硅酸钠、滑石、A12O3、云母绝热D硅酸钠、BaSO4,TiO2表面光洁E硅酸钠、SiO2、FeO、ZrSiO4耐久基底F硅酸钠、滑石一般目的GCaCO、3FeO一般目的H硅酸锆高密度2、研究方法2-1试样的制备2-1-1浸涂法试验设备包括涂布涂料用的钢板,加热钢板的炉

2、子和镁合金熔池,将涂过涂料的钢板放在低功率炉中加热到150至250之间,然后用钳子将钢板从炉中取出,浸入镁熔液中并保持10或25秒钟,然后尽可能平稳地取出,以免镁熔液表面发生燃烧,表2给出详细资料。表2浸涂试验操作涂料代号次数,保持时间,秒镁熔液温度,±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滴落法将已加热的钢板从炉中取出,放在耐火材料平板表面。用浇包将30g左右的镁熔液从约5mnW处浇注到每块钢板上，镁熔

3、液在钢板上5秒钟内凝固。板和板上面的镁滴一起冷却,该试验示于表3。1表3滴落试验参数涂料代号次数,镁液温度,±5A2,670B2,720;2,670C2,695;2,670D3,670E2,720F3,670G2,670;1,720H2,6702-2试样检测试样的测试用几种方法进行,用显微镜观察试样的形态,同时进行了化学分析。第一阶段试验用立体显微镜进行，在放大倍数为40X时，查找了暴露的涂料和附着的镁滴、分散的涂料颗粒和形态变化。在使用立体显微镜发现附着镁滴时,同时用扫描电镜更仔细地观察或者移走,再用电子探针鉴定。用显微镜和分度镜进行作用范围密度计数。为了比较每个试样附着作用范围密

4、度的相关性,使用了点计数。采用二种计数法,在每个选定的面积的颗粒数和点数。在每个试样上任意地选择进行二种计数位置,在每个位置上进行二种类型的计数。取每种计数结果的平均值与其他试样比较。在查找附着颗粒和粘附的涂料颗粒的同时,还在镁滴的底部进行了同样的密度分析。3试验结果3-1涂料成分表4为8种涂料成分,其中氧化物来自显微探针分析;元素值来自等离子体原子发射光谱分析。粘结剂是所有涂料的主要成分,除H涂料而外。表4涂料成分、按重量百分数计算涂料SiO2Na2O其他A5890.6%Mg,0.5%Al,0.3%K,其余为0和HB76163.3%Mg,2.1%Al,1.5%K,其余为0和HC63110.3

5、%Mg,0.3%Al,0.2%K,其余为0和HD47342%TiO2,其余为BaSO4E55626%FeO,其余为ZrSiO4F69130.8%Mg,其余为0和HG32312.9%Ca,2%FeO,其余为0和CH00100%ZrSiO4为了估计每种涂料的粘结剂含量,比较了氧化硅和氧化钠的含量。在涂料ABC和F中的SiO2来自硅酸钠粘结剂以及滑石、云母或蛭石。可以认为，滑石和蛭石中的SiO2含量相当于镁的数量，而云母中SiO2含量相当于铝的数量。根据涂料生产商的资料，涂料E含有达10%SiO2的骨料。从每种涂料中的SiO2总量中减去SiO2骨料的数量得到粘结中SiO2的近似值,然后分别地按照氧化

6、钠的数量,将这两种目录相配合。涂料中所用粘结剂排列的顺序为:最多-B,F,C,A,E,D,G,H-最少3-2涂料形貌3-2-1原始涂料所有检验过的涂料具有粗糙的粒状表面,差别在颗粒大小,绝热涂料具有大范围的粗粒度和明显的孔隙。表面光洁的涂料具有类似的外观但范围较小。基底涂料是光滑的。3-2-2露出的涂料浸涂和滴落的涂料显示相似的结果,不同性质的新颗粒已经出现,这些新颗粒看来是金属和涂料相互作用的产物。许多试样的涂料颗粒尖端已脱落。这种尖端脱落物,在某些滴落试验场合充分扩散,引起了涂膜厚度变化,同时明显地减少涂膜粗糙度。在一或二种情况下,整个涂膜被除去,暴露出钢底板。3-3试验板上附着物的外观在

7、某些场合用肉眼能看到附着物,在另一些场合要用显微镜。附着物全部在涂料颗粒的尖端,从来没有在颗粒的裂缝中。附着物一般有二种形式。主要是长、扁平、方形端接的串,这些串形成了从涂料长出的印象,这些串一般是黑色无光泽的,其尺寸和数量变动相当大。在多个大型串的情况下,这些串往往以多群的形式出现,如图1所示。3-4从单滴到多滴试验的外观在滴落试验期间镁滴群的接触表面显示镁不润湿涂料。镁滴表面粗糙但不完全与涂料的型式相符。一些镁滴显示与试板相同的黑附着物,另一些还显示粘附在镁滴底部的涂料颗粒。如图2所示。在许多场合,涂料颗粒和一层镁与涂料颗粒之间的附着物一起出现在滴群上。看来黑色附着物已粘住镁和涂料。并且使

8、涂料颗粒从试板剥落。在二种情况下涂料连续膜附着在滴底,在一种情况下在涂料膜与镁滴表面之间显然有一层黑附着物。图1滴落试验中附着在涂料B上的单个串和串群3-5附着物的化学成分电子探针分析表明取自露出试样的黑色附着物的主要成分为MgO少量的AL2O3Na2O?口SiO2也出现在附着物中,颗粒的成分说明颗粒是镁和涂料中某些成分之间的反应产物。具有这些成分的颗粒出现在全部涂料中，除了H涂料而外。它们出现在浸涂和滴落试样中。球形颗粒出现在FArray涂料中。浸涂试样含有大量的SiO2和MgO。3-6试验板上附着物有效范围的密度对所选择的试验进行相对密度计数,结果示于表5。这些数据是每个试样上黑色附着颗粒

9、的相对有效范围密度比较的依据。(图2)显示黑附着物(A)和附着在滴表面的涂料颗粒的涂料B产生的镁滴表面。图示面积为直径约10mm的圆。图2表5试验板上的附着物密度涂料代号点数面积数试验方法镁液温度A2.05.0浸涂680A1.56.3搅拌640B5.05.0浸涂680C1.53浸涂680C11.05.5滴落680D0.50.3浸涂680F7.07.0搅拌650F32.020.0浸涂670G0.00.0浸涂25秒680G2.06.0滴落670G4.89.2滴落7253-7镁滴上附着物和涂料颗粒的密度对镁表面上两种颗粒的相对作用范围的密度也进行了统计。结果示于表6表6粘附在镁滴上的黑色附着物和涂料

10、颗粒的有效区密度黑色附着物涂料颗粒涂料代码镁熔液温度点数区域数点数区域数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 颗粒大小区域数与点数的比较说明了试样上颗粒大小的概念。点数数据表明大多数附着物颗粒是小的,包括试板上和落滴上的附着物颗

11、粒,显微镜观察也证明了这一点。只有涂料B例外。在考虑统计数据和显微镜观察两方面时,涂料B一贯地显示出大颗粒。由于化学分析的结果在全部试样上是一致的,附着物颗粒大小的变化看来不是由于成分的差别造成的,附着物颗粒多半受到涂料形态的影响。含有许多尖端的较细涂料看来已产生一些小颗粒,最粗的涂料B具有较大的尖端颗粒和较大的附着物。反应的进行也会明显地影响颗粒的大小和颗粒的数量。这表示一种高点数。暗示着较多的提前反应,而高点数则表示强附着作用范围不是由于较多颗粒就是由于较大颗粒。3.9 涂料强度沉积物在涂料颗粒和已凝固的镁之间起到连结作用。每种涂料磨损的数量取决于二个因素,沉积物的数量和涂料的强度。弱涂料

12、中的涂料颗粒容易破裂。涂料颗粒比沉积物与涂料的结合、涂料颗粒本身或沉积物与镁的结合弱。在强涂料中,涂料颗粒比较坚固,不容易断裂,而沉积物容易断裂,或者与涂料或镁分离。涂料B具有最大的沉积密度和粘结在剥离去的镁滴基层底上的最大涂料颗粒数。这表示不仅活性较大,而且脆弱。涂料E和F显示出高的沉积密度,但附着的涂料颗粒少，说明尽管它们是活性的，但强度大。涂料A和C有中等到高的沉积密度和中等水平的粘附性。这说明它们比涂料B强度大,活性低。但比涂料E和F更脆弱。涂料D和G也相当于中等水平。涂料D稍有活性，但有较小的粘附性，它的强度大。涂料G反应性不是很大，粘附强度中等。强度估计综合于表7。表7按磨损数据估

13、计的涂料强度,从弱到强涂料成分的注释H（最弱）只有硅酸结B粘结剂最多,涂料最软A中等到到大量粘结剂,大量软骨料C中等到到大量粘结剂,中量软骨料G最少的粘结剂,大量碳酸钙D少量到中等粘结剂,无软骨料F大量粘结剂,中等软骨料E（最强）中等粘结剂，无软骨料强度趋向说明，云母和蛭石削弱涂料，涂料AB和C的强度比涂料F低许多。尽管它们都含较多的碳酸钠,涂料F含有次多的滑石,但不含云母或蛭石,涂料B含蛭石约为涂料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证明,他们发现含云母的涂料强度很低。硬骨涂料产生较大的强度。涂料D和E含硅酸钠较少，涂料E含

14、石英比涂料D多，它的强度稍大，但也有较大的反应性。涂料G强度较低或许可以通过碳酸钙和粘结剂含量少说明。这种涂料反应性较小,但是由于粘结剂少强度较低,同时软的碳酸钙导致相应地较多涂料颗粒粘附在镁上。4结论41镁合金金属型铸造使用的优质涂料所需的性质是:适宜大小的绝热性,使气体能逸出的十分粗糙的表面。微小的磨损率以保证头二项性能。小磨损率只有在零件和涂料之间无粘结力,因此这种涂料使另件顺利落砂时才能达到。42对目前铝合金金属型铸造使用的8种涂料进行了试验,按照这们对镁合金的适用性进行排序,其结果示于表8表8试验涂料的顺序（适用性从高到低）涂料代号说明成分D反应性不是很大,中等强度,有点绝热性硅酸钠

15、、Baso4.Tio2G反应性不是很大,中等强度,绝热性不是很大硅酸钠、CaCO3,FeOA绝热性很好,有点反应性,强度不是很大硅酸钠,滑石,云母C绝热性很好,有点反应性,强度不是很大硅酸钠,滑石,Al2O3云母E有强度,反应性很大,有点绝热性硅酸钠,滑石E无绝热性硅酸钠,SiO2、FeO、ZrsiO4H强度很低硅酸锆B反应性很大,强度很低硅酸钠,滑石,蛭石43所实验的涂料无一能完全满足上述要求,其原因目前已明白,看来镁与硅酸钠粘结剂析出的水份发生反应,同时在较小的程度上与石英以及截留在涂料和镁之间的氧发生反应，这个反应产生了MgO很可能这种MgOf粘结剂中的SiO2反应形成硅酸镁界面层;44含有绝热材料的涂料,具有低导热率和高的粗糙度,要求大量粘结剂使绝热骨料保持在一起,这就引起了较多的附着物和较多的磨损,同时,最好的绝热骨料云母和蛭石,强度很低,这就使问题严重了,另一方面,不含粘结剂的涂料,例如涂料H,其强度是很低的，这也引起了大量磨损，强度高足以防止大量磨损附着物的涂料反应性好但不绝热。45磨损的原因是由于反应产生的附着物的粘性使涂料颗粒受拉。相关磨损取决于涂料的的反应性和涂料的强度,当低强度涂料由于强反应产生大量附着物时产生大量磨损。含有云母和蛭石骨料的涂量强度低。然而,云母和蛭石是二种绝缘性较好的骨料,因此需用它们制备适当绝热的涂料。46大概可