消失模铸造的涂料技术2

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1、消失模铸造的涂料技术袁东洲1，2（1国际铸业咨询网（WWW.ZZ361.com）西安高新区710075；2全国铸造学会消失模与V法铸造技术委员会，湖北武汉430074）摘要：涂料是消失模铸造中的一个关键环节，文章通过分析金属、泡沫模型、涂料、型砂的界面反应来探讨涂料在铸造过程中传热、传质、控制金属流动性等作用和功能，使人们更加了解消失模铸造的“置换反应”。按照不同材质设计涂料的成分，对于性能参数、以及性能和结构的关系作了较为详细阐述。关键词：消失模铸造；涂料；性能；结构1．简介消失模铸造（又称实型铸造）是一种近乎无余量、精确成形的铸造工

2、艺。第一份关于该技术的专利于1958年发表(美国人H.F.Shroyer，1958)，但其快速发展和应用开始二十年是用于铸铝，以后广泛用在铸铁及铸钢，尤其是在大批量生产诸如汽车和船用发动机缸体缸盖等零件时显示出其优越性。消失模铸造(LFC)是二十一世纪的绿色铸造工程，是铸造业实现可持续发展的新技术支撑之一，具有广阔的应用前景。消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型，涂刷专用耐火涂料并烘干后，埋在干砂中振动造型，然后浇注，高温液态金属使模型液化和气化，并占据原泡沫模型的位置，凝固冷却后形成铸件。由于其故有的特点，该方法获得的铸件表面光

3、洁度远高于常用的传统的粘土砂铸造和砂型铸造，不需要制芯，不用分型，造型砂不用粘接剂，清理容易，铸造环境好，可用于铸造诸如复杂的发动机缸体缸盖并给予产品设计更多的自由度。消失模铸造技术水准高，工艺过程控制复杂，对于原辅料要求严格，如耐火涂料的使用就是其中很关键的一环。本文将探讨耐火涂料在消失模铸造过程中的作用、要求、成分设计、性能及其与结构的关系等。2．金属/泡沫模型/涂料/型砂的界面反应当液态金属流入而接触到泡沫模型的一瞬间，泡沫的融化和分解就开始了，模型被融解而金属填充留下的空腔。所以，我说实际上是一种“置换反应”。在流动的金属和模型

4、之间有一段间隙，充满了泡沫中原有的空气及泡沫融化和分解的产物。泡沫的融化和分解产生的碳氢化合物中既有液体也有气体，其成分随温度变化而不同，这些液体和气体必须以特定的速度被涂层吸收并部分或全部进入外围的砂子中。在铸铝时，铝液融化eps，液态的分解产物被推至空腔壁也就是涂层附近，在达到一定的温度后液态的分解产物会润湿涂层，并在涂层温度升至14325°c到400°c之间时随即渗入涂层；如果涂料的透气性适当，当温度继续上升时eps可以被气化分解而透过涂层进入砂子中。由于铸铝时温度不是非常高，在金属浇注停止后液态的分解产物润湿并渗入涂层的过程仍会

5、继续。涂料的透气性应该设计适当以便空气及泡沫分解产生的气体在液态的分解产物完全润湿并覆盖整个涂层之前被排放出去从而避免产生铸造缺陷。在铸铁时，温度更高，eps被融化产生的气体更多而液体更少，因此在金属/涂层界面的液态分解产物会较少而需要通过涂层排出的气体增多。液态金属的流动性及充满型腔的过程在很大程度上取决与分解产物的排放，在铸铝的温度下，液态分解产物的排放是关键；在铸铁和钢的温度下，气体产物的逸出则更重要。由此可见涂层在消失模铸造过程中起作控制传质和传热的双重作用。透过涂层传质的过程中，液体和气体分解产物的传递共同存在且相互竟争，互相

6、作用的结果是影响和决定了型腔充满的机制和速度。如果液体分解产物过快地润湿并完全覆盖整个涂层，空气和气体分解产物将会聚集在液态金属和涂层之间，由此而产生的压力会延缓金属的流动，甚至可导致冷隔的产生。相反，如果气体逸出涂层过快而液体分解产物润湿和渗透入涂层太慢，金属的流动会太快而将液体分解产物卷入流动的金属液体中，最终将形成气孔和表面缺陷。在涂层的另一面是砂子，在砂子注入和震实时涂层机械支持泡沫模型保护其不被压缩变形或断裂。在浇铸过程中，涂层既承受来自砂子的压应力，同时还受到来自流动金属及泡沫模型分解产生的气体和液体的压应力，尽管两种压力方

7、向相反可以互相抵消一部分应力，涂层仍应有足够的强度承受热冲击和应力并同时让部分分解物逸出。透过涂层传递而来的热量和物质部分进入其周围的砂子，砂子的温度上升并有部分分解产物残留在砂子中。消失模铸造用耐火涂料是介于泡沫模型和砂之间的一道屏障，在浇注过程中，耐火涂料是液态金属/泡沫模型/涂料/型砂这整个系统中的一环，因此充分理解这整个系统的在浇注过程所发生的一系列反应有助于理解涂料在消失模铸造工艺中的作用及性能要求。这就是消失模铸造浇注过程中金属填充的机理也曾经是一项研究热点。涂料技术是消失模铸造的关键技术之一，中国是世界上铸件产量最大、铸造

8、涂料用量最多的国家.铸造涂料在铸造生产中的作用越来越受到国内各铸造企业的重视.对中国铸造涂料技术发展比较缓慢,远落后于国外发达国家的这个不争事实,有必要对中国当代铸造涂料技术史进行较为深入的研究,开发符合我