金属型模具浇口冒口涂料配制及涂敷工艺研究

( 、、、.安顺学院电子与信息工程学院，航空电子电气与信息网络工程技术研究中心，贵州 安顺56000)

金属型铸造具有可以多次使用且不影响生产的特点，不仅符合绿色环保生产的观点，而且能够节约生产成本且对技术要求不高，便于生产。但不足之处是，该铸造方式的气体封闭性与无退让性，容易对铸件带来冷隔、浇不足等铸造缺陷。为了提高补缩能力，避免出现浇不足、冷隔等缺陷，通常在金属型模具浇冒系统工作表面喷涂刷涂料，从而调节模具的冷却速度，以达到提高铸件质量的目的。随着工业生产效率和对产品质量的要求不断提高，工艺技术人员需要对喷涂刷涂料过程参数进行解。但是，现有的涂料价格昂贵、配方保密、无喷涂技术标准[1-5]。论文通过喷涂工艺的独特设计，实现调节铸件各部位在金属型中的冷却速度，控制铸件的凝固补缩顺序，保证获得薄壁的铸件。涂料按照涂敷工艺涂敷不易剥落，使用时间长，可连续生产上百件铸件，涂料配制操作方便，价格便宜的需求进行设计。对涂敷工艺进行了量化实验，工人不需要靠经验操作，使工序操作制度化、规范化、程序化，质量控制更可靠。该涂料是一种新的环境友好型金属型模具喷涂涂料，使用寿命长。

1 涂料配置原材料

论文研究的金属型模具涂料主要包括氧化锌、水玻璃和去离子水等材料。其中氧化锌是白色粉末状，可溶于酸和强碱，难溶于水，其熔点是1975℃，在金属模具铸造温度下化学性能稳定，含有氧化锌的涂料具有熔点较高、阻燃性好和粘合性好的特点。在一般的金属铸造时，其铸造温度都达不到氧化锌的熔点，浇注时可减少高温液体金属对金属型的热损耗，隔开液体金属对型腔的冲击腐蚀，避免粘结。在取出铸件时能够延缓铸件对型腔和型芯的破坏，同时能够保温、储气、排气。

水玻璃是硅酸钠的水溶液。本文选用钾水玻璃作为原材料，其分子式是K2O.nSiO2，熔点为1300℃～1400℃，普遍应用于陶瓷、精密制造、黏土和涂料等领域中。钾水玻璃的优点是粘结力高、耐酸性强、强度大、耐热性好等。

去离子水是指消除水中的阴离子和阳离子的水，用其作为溶剂，可以防止氧化锌和水玻璃与水中的离子反应，部分变质失去其物理特性，去离子水保证了涂料在高温喷涂、预热固定和铸件铸造过程中物理性能稳定不变。

无水石棉白色至灰白色纤维状物质，化学性质稳定、绝热性好，耐碱性强、耐酸性好。在该浇冒口涂料中作为填充剂起骨架的作用，增加涂抹的厚度。

配置涂料所用原材料有：粒度直径小于0.6mm的无水氧化锌，粒度直径小于0.6mm的无水石棉粉，模数为2.5～3.0、密度为1.50 g/cm3～1.60g/cm3的水玻璃和65℃～75℃去离子水。

2 涂料配置及涂刷方法

金属型浇冒口涂料要想得到最好的利用效果，涂料自身不仅要具备良好的性能，而且合理的配制涂料，正确使用涂敷方法以及涂敷设备的选择也具有非常重要的意义。为了克服涂料配制和涂敷方法等技术问题，论文设计了一种新的金属型模具浇冒系统涂料的配制和涂敷方法。运用这种配制的涂料与涂敷方法能高效解决铸造过程中出现的冷隔、浇不足、模具型腔散热快和粘模等问题。

图1 涂料配置及涂刷方法

实验采用的涂料配置方法如下：首先把无水氧化锌放到准备好的装置中，然后把水玻璃和无水石棉粉依次加到装置里面混合在一起，然后再不停地搅拌，将制成的混合物置入盛有温度为65℃～75℃的去离子水装置中，此时注意，为了让混合物达到完全均匀状态，需要一边倒入一边搅拌。实验所采用无水氧化锌所占比重为9%～11%、水玻璃的比重为8%～10%、无石水棉粉所占比重为8%～11%，其他成分均用去离子水。为达到更好的效果，本方法采用粒度直径不大于0.6mm的氧化锌和石棉粉，采用的水玻璃模数为2.5～3.0、密度为1.50 g/cm3～1.60g/cm3。

上述方法涂料配置及涂刷方法如上图1：

涂料配置及涂刷步骤如下：

1)将成功配置好的涂料取出；

2)预先处理好的金属型模具加热到280℃～350℃，此温度为涂刷的最适宜温度；

3)在模具浇冒系统用涂料笔进行涂刷，浇道涂料厚度一定要控制在0.3mm～0.5mm之间；而冒口涂料厚度为1mm～3mm；

4)等加热到所需温度后，把步骤3喷涂完的铸件模具放入保温炉里烘烤，从而使模具工作的温度达到380℃左右，但不得高于420℃低于350℃，然后维持1h～2h。

下面通过具体实施作进一步说明，为寻求金属型模具涂料的最优配置，采用托盘天平称取氧化锌和水玻璃的质量，称取氧化锌质量分别为80g(A1)、90g(A2)、100g (A3)；水玻璃质量分别为70g(B1)、80g(B2)、90g(B3)；无水石棉质量分别为80g(C1)、90g(C2)、100(C3),其余为去离子水。经过正交实验，发现27种方案在实际生产中都基本能够满足生产要求，方案A2B2C2，稍微更优一些，使用时间长，不易脱落，连续使用效果最好，有效解决金属型铸造生产过程中浇不足、冷隔等问题。

表1 涂料组成含量(%)

3 实验结论

通过对无水氧化锌、水玻璃、无水石棉粉和去离子水进行多次配比实验，将所配置的涂料运用控制变量法进行多次涂敷实验，分析并优化数据参数，得到如下结论：

1)耐火材料氧化锌和石棉粉的粒度直径小于0.6mm，其耐火性能最好；采用模数为2.5～3.0、密度为1.50g/cm3～1.60g/cm3的水玻璃，其粘结性好；去离子水温度应控制在65℃～75℃。

2)涂料的最佳配比：无水氧化锌所占比重为9%～11%、水玻璃的比重为8%～10%、无石水棉粉所占比重为8%～11%。

3)操作前准备，把模具喷砂后烘烤达到适宜温度，能使涂料的粘附性更好，涂料尽快烘干去除湿度，整个涂料喷刷均匀不留空隙。操作前所加温度保持280℃～350℃，喷涂效果最佳。如果开始温度小于280℃，涂料干燥过程就太长；而如果开始温度高于350℃，就会导致表层起泡甚至会掉落。

4)浇道涂料厚度控制在0.3mm～0.5mm，冒口涂料厚度控制在1mm～3mm，如果喷涂太薄，起不到调节模具的冷却速度的作用；如果喷涂太厚，涂料层容易脱落，则会影响到浇注系统尺寸。

参考文献：

[1]宋会宗,黄乃瑜，等.铸造涂料技术的发展趋势 [J].铸造技术,2000(5)：28-32.

[2]童树明,徐庆柏，等.国外特种铸造涂料研究进展[J].特种铸造及有色合金,2011(5)：485-488.

[3]王广太,郭广思.铝合金消失模铸造涂料的研究[J].特种铸造及有色合金,2013(3)：259-262.

[4]卜伟.铸造涂料生产过程与检测指标标准化探索[J].铸造，2014(8)：868-870.

[5]李肖霞,刘建睿，等.铝合金金属型水基铸造涂料的研制[J].铸造技术,2010(4)：445-449.