球墨鑄鐵消失模鑄造涂料的研究進展

　   球墨鑄鐵作為一種性能接近鋼的高強度鑄鐵材料，其制造成本低、延展性好、疲勞強度和耐磨性優良，具有優異的機械加工和鑄造性能，廣泛應用于機床床身、閥門、汽車發動機曲軸、活塞、氣缸等部件中。消失模鑄造技術作為一種無需分型面、無砂型制造復雜精密鑄件的近凈成形方法，被廣泛應用在鑄鋼、鑄鐵、鋁合金、鎂合金零部件生產中。消失模球墨鑄鐵件，由于其碳含量高，凝固時存在石墨化膨脹等特點，鑄件常因涂料工作性能差而造成表面皺皮、縮孔和縮松、碳黑等缺陷。因此，改善消失模鑄造涂料性能便成為保證鑄件良品率至關重要的一個環節。

       在消失模鑄造生產中，涂料品質的優劣對鑄件的質量十分重要。消失模鑄造涂料應具有良好的透氣性、強度、燒結性、剝落性等性能。目前普遍針對涂層工作性質、涂層與 EPS分解產物作用機理、涂層對鑄件質量的影響以及表面復合涂層等方面進行研究，在涂料成分改進、添加劑配比對涂料性能的影響、涂料制備工藝等。從消失模鑄造涂料的生產與使用來看，規范涂料生產制備流程，鑄件成品率較高；消失模鑄造涂料市場混亂，涂料配方成分復雜且昂貴，制備工藝繁瑣，甚至配方組成搭配錯誤，不僅影響消失模鑄件成品率，還阻礙消失模鑄造技術和涂料產業的發展。

1 消失模鑄造球墨鑄鐵對涂料的要求

球墨鑄鐵件澆 注 溫度通常在1380～1480℃，比鑄鋼件略低，球墨鑄鐵密度為7.3g/cm3，遠大于鎂、鋁合金，因此球墨鑄鐵液充型過程中對涂層的熱、力作用比鎂、鋁合金更顯著。在消失模鑄造球墨鑄鐵環節，由于需要采用真空負壓工藝，涂層在工作狀態下，一方面涂層內側需要抵抗高溫球墨鑄鐵液的動壓力和靜壓力，同時涂層內外側氣壓差較大，涂層高溫強度不足時容易引起鑄件表面凹陷甚至鑄件變形。球墨鑄鐵澆注溫度較高，EPS模樣迅速分解，分解產物中氣態產物占絕大多數，還包含少量液態產物及固體物。分解產物大量生成并充滿整個涂層型腔，為了避免因分解產物無法順利排出涂層而造成球墨鑄鐵件氣孔、皺皮、積碳等缺陷的發生，涂料應具備良好的透氣性。在影響涂層強度和透氣性能方面，涂料性能指標應控制在合理的范圍內。骨料的耐火度、燒結性以及骨料形狀、粒度等都對消失模鑄造涂料的強度和透氣性能產生直接影響。在涂料制備環節，耐火骨料的選擇尤為重要。 

2 消失模鑄造球墨鑄鐵涂料配方及工藝

耐火骨料作為涂料的主要組成部分，涂料的性能與耐火骨料的物理化學性質密切相關。懸浮劑的使用防止了耐火骨料在涂料中沉降，使涂料具有良好的觸變性。在澆注過程中，涂層需要經受強烈的熱力作用，涂料配制時不同種類粘結劑復合使用保證了涂層具有在不同溫度范圍內維持一定強度的能力。涂料從原材料到形成涂層要經過制備、涂施和干燥3道主要工序。優質的涂料除具備良好的性能外，其工藝性能也很重要，涂料制備、涂施過程工序需簡單，方便操作，涂層表面平整，無針孔、裂紋等。 

3 球墨鑄鐵消失模鑄造涂料性能

3.1涂料強度

消失模涂層作為涂覆在模樣表面的一層耐火涂層，具有較高強度的涂層不僅可以提高模樣的強度和剛度，更可以作為金屬液與型砂之間的有效屏障，保證了涂層能夠承受得住高溫金屬液充型過程中帶來的動、靜壓力及外界吸附壓力，并減少了鑄件機械粘砂，因此涂層強度是衡量涂料性能優劣的重要指標。

3.2涂料孔隙與透氣性研究

熔融金屬液澆注時，EPS模樣在高溫作用下迅速氣化分解，隨著金屬液前端向前推進，分解產物從型腔中經涂層排出，金屬液的充型和分解產物的排出處于動態平衡狀態。若涂層的透氣性太低，分解產物無法及時排出型腔，會導致鑄件皮下氣孔和積碳缺陷等。若涂層透氣性太高，充型速度較快，容易造成機械粘砂。隨著涂層厚度增加，涂料密度對透氣性影響將逐漸減小。高透氣性涂層具有更大的平均粒 徑和更寬的粒徑分布。

4 涂料對球墨鑄鐵件缺陷的影響

4.1涂料對鑄件表面皺皮缺陷的影響

消失模鑄造中，EPS模樣遇高溫金屬液分解過程中，所形成的液態分解產物浮在金屬液表面或粘在涂層上很難徹底分解。當金屬液冷卻凝固時，分解殘留物的表面張力與金屬液存在差異，隨著鑄件收縮，在鑄件表皮形成波浪狀或滴流狀褶皺。

4.2涂料對鑄件積碳缺陷的影響

積碳缺陷是由于大量生成的碳吸附在涂層表面，無法排出型腔附著在鑄件表面積聚所致，通常在鑄件上體現為表面光亮的碳膜、鑄件凹處充滿碳黑等。消失模鑄造生產中，鑄件缺陷問題與模樣材料、鑄件成分、涂料和鑄造工藝等密切相關。

5 球墨鑄鐵消失模鑄造涂料的研究方向

球墨鑄鐵消失模鑄造，因其澆注溫度高，泡沫模樣發氣量較大需采用負壓實型鑄造。球墨鑄鐵液充型過程中涂層需要承受金屬液強力的沖刷作用和內外界壓力差，高溫狀態下涂層必須具備良好的強度，以防止金屬液流動過程中對涂層造成沖蝕而影響鑄件表面質量，因此耐火骨料成分與性質以及添加劑對涂料強度影響規律的研究成為提高涂料性能的關鍵。