砂型芯涂料-3涂料组成及主要原材料

涂料的根本组成及主要原材料铸造涂料是一种简洁的多相混合体，一般包括耐火填料、悬浮剂、粘结剂、载液和各种耐火填料性质对涂料的工艺性能及工作性能都有很大的影响。选择耐火填料时应综合考虑其耐火度、烧结点、粒度组成、高温化学稳定性、PH导率、结晶水、发气量等物理化学性质。此外还应考虑其价格，资源及环保等因素，常用耐火填料的物理化学性质见表3-1。不同铸造合金、铸型〔或面砂〕种类，不同铸件尺寸应选用不同的耐火填料来配制涂料。一种涂料可以承受单一耐火填料，也可以承受两种以上的耐火填料。锆英粉锆英粉的主要成分为硅酸锆(ZrSiO4),有很高的耐火度，优异的高温化学惰离力气，因此是极好的且适用范围最广的涂料用耐火填料，在各类厚大铸件上用得很普遍。但锆英粉属弱酸性材料，不适用于碱性钢种如高锰钢铸件。配制涂料用的锆英粉分为三级，3-102(JB/T9223-1999)。(Zr·Hf)O*SiOTiOFe(Zr·Hf)O*SiOTiOFeOPOAlO222232523≥≤66.033.000.300.150.200.3065.033.001.000.250.200.8063.033.502.500.500.251.002

与ZrO2

共生，难以分别。硅石粉即石英粉，主要成分为SiO2

,是涂料用最廉价的耐火填料之一，资源丰富。它的性质与硅砂相像，具有较高的熔点和烧结温度，但由于它在高温下能与铁的氧化物生成低熔点、低粘度的铁橄榄石(2FeO·SiO23-***。化学成分(质量分数,%)灼烧减量(质量分数,%)耐火度/化学成分(质量分数,%)灼烧减量(质量分数,%)耐火度/CSiO2CaO、MgO、NaO、KO22FeO23≤0.5≥1690≥98≤1.0≤0.75刚玉粉刚玉粉分为白刚玉和棕刚玉两种，属中性耐火材料。刚玉的构造致密，高温化学惰性高，抗酸碱性强，热导率比石英高，热胀系数比石英约小1/2。可用来配制大型钢铸件和合金钢铸件用的涂料。刚玉粉的资源较少，白刚玉粉纯度很高〔AlO≥97%23效果更好，但价格昂贵。纯度相对低一些〔AlO≥92.5%〕的棕刚玉粉，性能稍低于白刚玉，23但其价格较低，广泛用于中型铸钢件、高锰钢及铸铜件。铝硅质耐火粉料

为主要组成的铝硅酸盐，是资源最为丰富的一种原材23 2料，在很宽的成分范围内都具有较好的耐火性能。以下是几种典型的铝硅质耐火材料。高铝矾土粉高铝矾土粉的资源较丰富，价格也比刚玉粉和锆英粉等廉价，无硅尘和放射性危害。其耐火度较高、热性能稳定、不易与金属氧化物生成低熔点物质，也不易被金属液和金属氧化物所润湿，可用来配制中小型铸钢件、铸铁件及有色合金用的涂料。由1300~1500C则用于涂料会导致涂层严峻开裂乃至剥落，还会造成铸件气孔缺陷的产生。莫来石粉3AlO2SiO，广泛用23 2于冶金及建材等行业的耐火材料。目前莫来石主要有两种，一种是电熔莫来石，纯度高、性能好，但价格昂贵。另一种是烧结莫来石，是承受自然莫来石精矿等原料通过1600C结合成的产品，纯度和性能虽比电熔莫来石稍差，但其价格较廉价，可作为铸钢、铸铁及非铁合金用涂料的耐火填料。另外，用煤矸石煅烧并粉碎制成的低品位莫来石粉，价格低廉，也可用于铸造涂料。型号莫来石的的成分及性能型号AlOSiOFeOKONaO体积密度耐火度2322322%%%%/g3/CM7068～7822～28≤0.80≤0.20≤0.062.65～2.80≥1850O1200～23 2 2用，用于铸铁件涂料，具有很好的抗粘砂和剥离效果。此外，叶蜡石粉也可用于有色铸件。理AlO23

223件。耐火熟料指AlO23

30～46%的粘土质耐火粉料的煅烧产物，是莫来石和二氧化硅的混合物，可用于中小型铸钢件。应用中耐火熟料的化学成分要求AlO23

含量≥30%；FeO≤3%；耐火度>1580℃。23镁质耐火粉料〔1〕镁砂粉镁砂粉是菱镁矿〔MgCO〕1450℃以上高温煅烧并粉碎制成，其主要成3分为方镁石〔MgO2800起的体积突变，属碱性耐火材料，不与氧化铁或氧化锰相互作用，抗碱性熔渣的力气很强，因此特别适用于配制用于高锰钢铸件和涂敷在石灰石砂上的涂料。镁砂粉价格廉价，资源丰Ｍｇ2+性及涂刷性较差。做好的涂料也不易长期存放。〔2〕镁橄榄石粉镁橄榄石粉也属于碱性耐火填料，其主要成分为2MgO·SiO2榄石粉的耐火度较高，不与铁和锰的氧化物反响，故具有较强的抗金属氧化物侵蚀的力气，适用于配制高锰钢等碱性合金钢的涂料，同样适用于用石灰石砂造型的型、芯。与镁砂粉相比，镁橄榄石粉的热胀系数小，铸件外表更光滑。镁橄榄石粉中的蛇纹石会降低其耐火度，增加发气量，因此，蛇纹石的含量越低越好，一般不应大于20%。氧化铁会降低镁橄榄石粉的抗粘砂力气，其质量分数应把握在10%以下。用于涂料的镤橄榄石粉其化学成分和物理性3----等级MgO≥等级MgO≥4744SiO2FeO23L.O.I含水量≤≥一级二级4042101.530.50.51690(3)镁铝尖晶石烧结镁铝尖晶石〔MgAlO〕是用人工合成的一种型耐火原料。该产品24具有热膨胀系数小，抗化学侵蚀力气强、导热性能好、熔点高等优良特性，广泛应用于各种砂粉相比其碱性低、抗水化、抗吸湿性好，涂料的悬浮性、流平性、涂刷性等优良。烧结镁3---3---烧结镁铝尖晶石的成分及性能MgOAlO+MgOFeO耐火度℃35-4023≥90%23≤1.8%≥179025-30≥90%≤2.0%≥179025-30≥96%≤0.5%≥1790〔4〕镁铬砖粉镁铬砖粉是废耐火砖粉碎制成的一种耐火粉料，其主要成分为镁铬尖晶石。其耐火度高、抗熔渣力气强、热性能稳定且价格低廉，可用于高锰钢及碳钢件的耐火涂料。O233-103。CrOCrO23≥45SiO2≤3.0CaO≤1.0≤0.5状石墨。石墨粉是中性材料，耐火度高，对金属液的激冷力气强，不被金属液或金属氧化物而且密度小，易悬浮，资源丰富，价格也不贵。它是铸铁涂料最常用的耐火填料。对于厚大7:38:2鳞片状石墨粉组合使用。由于石墨会使铸钢件增碳，因而不适用于铸钢涂料。石墨对环境的污染也较严峻。用来配制涂料的石墨粉，其化学成分的要求见表3-104。种类3-104固定碳石墨粉的化学成分要求硫分 水分(质量分数,%)灰分挥发分无定形石墨>75<1 <2<15<4.5鳞片状石墨85～90<0.5 <0.5<10-3MgO4SiOHO，840～900C2 2850~900C关心耐火填料等。结点较低，价格廉价，广泛用于陶瓷、玻璃及铸造等行业。在铸造涂料中可作为低熔点非铁合金用涂料的耐火骨料。在铸铁涂料中常参与适量长石粉用为助熔剂，可改善涂料的烧结和剥离性。钾长石熔点较高，钠长石则较低。HKAl(SiO

750～1100℃2 3 43母粉常用于浇注铜铸件、铝铸件，铸件件用涂料中也可参与适量的云母粉。硅藻土硅藻土是一种优良的绝热耐火材料。硅藻土属生物成因的硅质沉积岩，主要由单细胞水生藻类植物的遗骸化石组成，具有显微多孔状构造，主要成分为SiO。其隔热保温2因其产地不同其保温性能及耐热性能有很大不同，一般按SiO2

含量分为三级：SiO>85%为12级，80～852<80%3SiO2

91.98%，到达国外优质、硅藻土的水平。硅藻土原矿发气量很高，用于铸造涂料时需预先在900℃锻烧。几种常用耐火填料的物理性能列于表3-***。不同材质铸件常用的涂料耐火填料列于表3-***。FeOFeO比热容化学密度熔点/烧结温度/耐火填料名称分子式的烧结温度/c性质 /gcm-3 C CC/J(kgK)-1锆英粉ZrOSiO2弱酸性4.6～4.722001600~18001400~1600544223高铝矾土粉mAlOnSiO中性≈2.6>180015001700_莫来石粉3AlO2SiO23酸性3.1～3.31830～185010052硅线石粉AlOSiO23酸性2.6～2.8>17901450~16001300~15002242硅石粉SiO酸性2.6517131500~17001400~15001046刚玉粉2AlO中性3.8～3.92023~2500>1850_1130镁铝尖晶石铬铁矿粉MgAlOFeOCrO碱性中性3.5～3.74.1～4.4>1800>1900_1450~18501450~1850__23镁砂粉MgO碱性3.4～3.6>2023___镤橄榄石粉2MgO·SiO碱性3.2～3.4>18001400~16001200~1400鳞片状石墨粉C中性2.25≈3000___无定形石墨粉C中性-≈2100___滑石粉MgSiO(OH)碱性2.7800~1350_800~1300_3 410 2云母粉HKAl(SiO)弱酸性2.8~3.1750~11002 3 43注：表中熔点等局部性能会随其杂质含量的多少而转变。耐火填料铸件材质碳钢耐火填料铸件材质碳钢铸高锰钢钢合金钢灰铸铁铸球墨铸铁铁可锻铸铁铜合金铝合金镁合金镁无鳞镁硅硅锆棕刚高铝莫来铬铁镁橄定片滑铝线云长叶蜡石粉英粉玉矾石矿砂粉榄石形石石墨石粉尖晶石粉母粉石粉石粉土粉粉粉墨粉石粉+++++++-----+++++----+-++----+++++++ + +++ + + + +++--+ + ++-++++ + - +++----”表示常和其他耐火填料协作使用。载体载体的选用主要取决于所用粘结剂的类别、操作条件和使用工艺等因素。常用的载体通常分为水和有机溶剂两类。以水作载体的涂料称为水基涂料；承受有机溶剂作载体的涂料称为有机溶剂涂料，其中以醇类做载体的涂料可称为醇基涂料。水水是最常用的载体，代号S。它有以下一些优点：易使涂料获得良好的悬浮性、涂刷性、不流淌性、流平性、渗透性和流变性，且价廉、易得、无毒、无臭、安全。由于水中钙、镁盐类过多会破坏涂料的悬浮性和胶体的稳定性，导致涂料相关性能的恶化，因此用作涂料载体的水，其硬度不能过高。铸造用涂料对水的硬度没有统一的规定，通常一般自来水可满足一般涂料的要求。必要时可通过蒸馏、离子交换处理，或参与化学改性剂来改善。pH7溶剂有机溶剂代号Y，3-107。闪点是有机则易燃烧。蒸发数是以乙醚为基准，比较各有机溶剂的蒸发率，蒸发数高，则表示蒸发慢，燃烧也缓慢。名称分子式沸点/名称分子式沸点/C密度/gcm-3大气中允许最/1-6闪点/蒸发数三氯甲烷－74~781.33四氯化碳CCl76.81.5954乙醇CHOH78.40.80m-31000C128.325甲醇CHOH64.650.792006.56.33异丙醇(CH)CHOH80~820.791001210.53 2正丁醇CH(CH)CHOH115~1170.80100282.53 2 2 2石油醚ROR’80~1100.70~0.72500203.3二氯甲烷CHCl2 240~411.33~1.375001.8氯仿CHCl61.21.491000.563留意安全防火。承受简洁挥发的有机溶剂可制成自干涂料，即不需要点火引燃而靠自然枯燥。氯化烃类溶剂挥发速度很快，且不会燃烧，适合于作为自干涂料的溶剂。但氯化烃类溶剂毒性较大，40C是自干涂料常用的载体之一。三氯乙烷在国外最为常用。国内常用的烃类挥发性有机溶剂还悬浮剂：分均一、无沉淀分层。它通常还能起到防止载体脱离耐火填料而单独渗入型〔芯〕砂这一不良现象的发生。悬浮剂对涂料的流变性和工艺性能起打算性的作用。悬浮剂的选择主要应依据载体的种类，其次是耐火填料的类型。吡咯烷酮、羟丙基纤维素、醇溶性聚丙烯酸酯等。并搭接成立体网状构造，使涂料产生屈服值，阻挡耐火填料下沉。钠膨润土的效果比钙膨润土更好，后者可以通过活化处理后再使用。膨润土在涂料中还能起到确定的粘结作用。膨润土假设与高分子化合物协作使用，其颗粒为高分子键所吸附而产生“桥联”作用，它们共同形成的立体网状构造更加稳定、结实，从而使悬浮性更好。膨润土价格低廉、资源丰富、在水基涂料中的悬浮作用很强，但在醇类有机溶剂中的悬浮作用则较差。有机膨润土它是醇类有机溶剂涂料(醇基涂料)较为抱负的悬浮剂。国内生产的有机膨润土，是以季胺盐取代膨润土中的金属离子所得到的能在甲苯、二甲苯中膨润的产物。由于它不能直接在醇类有机溶剂中溶胀，因此需用二甲苯等引发剂先将有机膨润土调成膏状，称之引发，然后参与到醇基涂料中。有机膨润土的缺点是价格昂贵，引发用的二甲苯有难闻的气味。锂基膨润土它是在自然钙膨润土中参与锂盐，通过离子交换反响后得到的产物。锂羧甲基纤维素钠(CMC)它是用棉花纤维经醚化反响得到的钠盐，呈白色或微黄色纤CMCCMCCMC3-109。CMC牌号牌号液粘度/Pa•s%)pH%)w(氯化物)(%)属)(以Pb计)(%)%)w(砷)(%)FM60.3～6.5～6.5～≤10.0≤3.0≤≤0.03≤0.00020.68.58.00.002聚丙烯酰胺(PAM)它由丙烯酸和丙烯酰胺共聚而成，呈白色粉末状，分阳离子、阴离子和中性三种类型，用做水基涂料悬浮剂时，通常承受阳离子PAM。在水溶液中只要含有0.01%～0.1%的质量浓度，便可获得很高的粘度。PAM使涂料具有很好的悬浮性。聚乙烯醇缩丁醛(PVB)它是由聚乙烯醇与丁醛在酸性介质中缩聚而成，呈白色或浅还可显著提高涂层枯燥后的外表强度。凹凸棒土它的主要矿物组成是凹凸棒石，是一种含水化铝、镁硅酸盐的粘土矿物，浮性，还能改善涂料的流变性和工艺性能。3-110。SOSOi2AlO2 3MgO含水量〔％〕〔1min〕pH(质量分数，%)55～608～139～1310~15≥2006.6~6.9海藻酸钠从褐藻类的海藻中提取加工而成，呈白色、棕色粉末或颗粒，溶于水，不GB/T1976—19803-1113-111海藻酸钠的技术条件〔GB/T976-1980〕pH值粘度/mPas 枯燥失重 硫酸灰分(质量分数，%)(质量分数，%) (质量分数，%)6~83.0≥150 <15 30~37田菁胶是由豆科植物田菁的种子加工而成，属于中性高分子化合物，对水有很大的亲合力，遇水产生溶胀，可用做水基涂料的悬浮剂。它含有甘露糖、半乳糖、蛋白质、纤维素等。田菁胶除能提高涂料的悬浮性外，还能赐予涂料以触变性。黄元胶，又称聚糖胶，是一种多糖类生物高分子，溶于水，不溶于醇。黄元胶在水溶液中呈多聚阴离子，具有很强的增稠、流变效果，且与多种盐类、外表活性剂、粘结剂、应协作有效的防腐剂。羟乙基纤维素〔HEC〕羟乙基纤维素属纤维素醚，为非离子型增稠剂。HEC可在很pH〔pH=2～12〕内使用，对各种电解质也有很强的相容性。HECHECHEC1-3%透亮溶液。甲基纤维素〔MC〕CMC。羟丙基纤维素〔HPC局部取代纤维素上羟基而制成的一种型增稠剂。其最突出的优点是可溶于水又可溶于醇类等极性有机溶剂，并使溶液增稠。可用于水基和醇基涂料的增稠剂、悬浮剂及流变助剂。聚乙烯吡咯烷酮〔PVP，是一种型有机流变助剂、增稠剂，既可溶于水，又可溶于很多有机溶剂，在涂料、化工、陶瓷、医药等行业获得了格外广泛的应用。PVP基涂料及醇基涂料高分子悬浮剂、流变助剂等，可明显改善涂料的悬浮性、流平性。基涂料的悬浮剂及流变助剂。使用前需预先制成确定浓度的凝胶，然后再分散到涂料载液中。粘结剂同时将涂层与基体粘结在一起。常用的粘结剂大致可分为无机和有机两类，在一种涂料中可以同时使用。按涂料与水亲和力气又可分为亲水型和憎水型。亲水型适用于水基涂料，憎水型一般用于有机溶剂涂料，某些憎水型粘结剂经处理后也可以用于水基涂料。涂料常用的粘结剂类别见表3-112。在选用涂料的粘结剂时主要应考虑其溶解性、胶体性能、发气量及其pH亲水型粘土、膨润土、水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸铝、 聚合氯无机粘结剂亲水型粘土、膨润土、水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸铝、 聚合氯无机粘结剂化铝(高温粘结剂)憎水型有机膨润土亲水型糖浆、纸浆废液、糊精、改性淀粉、聚乙烯醇(PVA)醇缩甲醛、聚丙烯酸乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、聚丙烯酸钠、有机粘结剂聚醋酸乙烯乳液、水溶性酚醛树脂、自然树胶(低温粘结剂)憎水型沥青、煤焦油、松香、酚醛树脂、干性植物油、合脂油、硅酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)糖浆分和水，含固率70%～75%。糖浆可作为水基涂料的粘结剂，粘结性、抗吸湿性较好，发酵变质、有异味，应参与防腐剂。纸浆废液树脂、糖、亚硫酸盐等。以木材为原料的纸浆废液干强度较好，其缺点是吸湿性较强。3．聚乙烯醇〔PVA〕聚乙烯醇〔PVA〕是由聚醋酸乙烯加碱醇解而合成的一种水溶性高分子，无毒、无味，呈白色粉末。用于涂料的聚乙烯醇牌号为PVA17-88〔1700，88%〕或PVA17-99〔170099%涂料的悬浮。聚乙烯醇不易在冷水中溶解，应在热水中预先溶解后使用。酚醛树脂它是涂料中最常用的人工合成树脂，有以下两种：①热塑性酚醛树脂，呈块状或粉状，能溶于乙醇，但不溶于水，常用做醇基涂料的粘结剂，如用于水基涂料时，应先将其溶于乙醇。②热固性酚醛树脂，能溶于水，故又称水溶性酚醛树脂，用做水基涂料粘结剂。上述两种酚醛树脂都能使涂层得到较高的强度。磷酸盐水基涂料的高温粘结剂。松香其主要成分为松香酸及松香酸酐，熔点为75～135℃，溶解于乙醇、甲醇等有机溶剂。它是醇基涂料常用的粘结剂，粘结强度好、涂层不易开裂，铸件外表光滑，而且价格较低。其缺点是涂层简洁过烧而粉化。松香可以和酚醛树脂混合使用硅酸乙酯它是四氯化硅与乙醇的聚合物，分子式为(CHO)Si。能溶于乙醇、丙酮、汽油等有机溶剂，是涂料的高温粘结剂。

25 4硅溶胶又称硅酸溶胶，它是水玻璃经离子交换后再浓缩而成，呈乳白色或淡青色的mSOnHO，24%～31%SO，溶液中杂质NaOi2 2 i2 2数小于等于0.5%，保质期可达1年。硅溶胶的粘结力气比水玻璃和硅酸乙酯更强。聚醋酸乙烯乳液俗称白乳胶，为水溶性高分子乳浊液，pH4～6，含固体质量2.5～7.0Pa•s7～10Pa•s出光亮碳，有助于涂层从铸件上剥离。还有很多能用于涂料的粘结剂，如水玻璃、糊精、煤焦油、沥青、干性油等。助剂助剂是为了改善涂料的某些性能而添加的少量附加物。润湿渗透剂造型制芯过程中由于使用了非极性的增水性脱模剂，使得水基涂料常常不能很好地润湿型芯外表，涂层的渗透及附着性也大受影响。参与适量的润湿，渗透剂可解决上述问题。润湿渗透剂属外表活性剂，它的参与往往会带来消泡难的问题，因此，在选择润湿渗透剂时应OP-10、T-80、JFCTOP-10的学名叫聚氧乙烯烷基醇醚，俗名乳百灵，属于非离子型外表活性剂，参与量一般为0.2%~0.3%。T-8080，属于阴离0.05%。JFC0.2%~0.3%。SurfynolDynol列外表活性剂是一种含有