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硼砂对铸钢消失模涂料剥离性的影响

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近年来应用越来越广泛[1]。作为铸造工艺的关键技术之一,其性能直接影响消失模铸造工艺的成功与否。消失模主要包括耐火骨料,添加剂和载液,耐火骨料通常采用、、锆英粉、粉、高铝矾土、粉等,添加剂主要包括粘结剂,,各种助剂(表面润湿剂,,等),载液分为乙醇和水[2]。消失模铸造用涂料应具有良好的工艺及工作性能[3,4]:

(1)高的强度和刚度,防止造型时模样变形和被干砂损伤;(2)高的耐火性能,防止浇注时铸件表面粘砂;(3)优异的透气性,可以快速导出模样气化的产物;(4)较强的附着力,防止生产过程中涂层开裂甚至脱落;(5)良好的涂挂性,使用时能方便的涂覆一定厚度的涂层;(6)良好的烧结及剥离性,即在浇注后形成易于自动剥落的涂料壳,从而获得表面光洁的铸件。

中国铝业股份有限公司连城分公司采用消失模铸造工艺生产电解铝用阳极钢爪,消失模铸钢涂料是以石英粉(纯度>99%)和锆英粉作为耐火骨料,添加商品化的添加剂配制而成,此种涂料具有较好的强度与刚度,优异的透气性能,良好的涂挂性能与耐火度,但浇注后涂料的剥离性不佳,铸件表面粘附一层未能烧结且酥脆的涂料层,即粘粉缺陷,为铸件的后期清理工作中带来困难。

依据烧结剥离型涂料的理论基础,涂料在浇注温度下必须生产一定数量的低熔物,低熔物促进耐火骨料烧结并粘着在铸件表面上,铸件冷却时的收缩率与涂料层的收缩率不同,从而涂料烧结层从铸件表面自动剥离,获得表面光洁的铸件。

采用加入硼砂作为烧结助剂来改善消失模铸钢涂料的剥离性。

1·试验材料与方法

1.1试验材料

1.1.1耐火骨料

石英粉具有资源丰富、价格低廉等优点,锆英粉具有耐火度高,化学稳定性好等优点。本试验采用石英粉纯度为99%,锆英粉纯度为65%,200~220目的复合耐火骨料。

1.1.2添加剂

商品化的添加剂,硼砂。

1.1.3载液

采用水作为载液,具有来源广,成本低,对人身体无害等优点。

1.2试验方法

采用单因素试验,即在中国铝业股份有限公司连城分公司现有涂料中加入硼砂,硼砂加入量分别为0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%,现场实际浇注后分别考察它们的剥离性,浇注温度为1580℃,材质为普通碳钢,试验配比见表1。

 

 

按表1配比分别称量耐火骨料、添加剂、硼砂的质量,然后按图1涂料配制工艺进行涂料的制备。先将添加剂和硼砂加入水中高速分散搅拌30~40min,然后将复合耐火骨料加入水溶液中高速搅拌3h,再低速搅拌1h后装桶备用。

 

 

涂料的涂挂采用浸涂法,该方法生产效率高,涂挂均匀。涂挂后的聚苯乙烯模样放入烘房内烘干,烘房内温度保持在50~60℃,且保持烘房内通风良好,以使烘房内湿度不能太大。模样涂挂3遍涂料,涂料壳层厚度达2~3mm,装箱造型后进行浇注。

2·试验结果及讨论

2.1试验结果

铸件浇注后涂料层的剥离效果如图2所示,可以看出涂料中不加硼砂(图2a)的铸件浇注后涂料壳剥离性差,出现粘粉缺陷,铸件清理困难。涂料中加入0.5%硼砂(图2b),涂料的剥离性有所改善,粘粉缺陷减少,但是在铸件的肩部及横梁的侧面还有粘粉现象。涂料中加入1.0%硼砂(图2c),涂料的剥离效果与加入0.5%硼砂相比没有明显区别,在铸件的肩部及横梁的侧面同样出现粘粉现象。涂料中加入1.5%硼砂(图2d),涂料的剥离性有较明显的改善,铸件的肩部粘粉缺陷基本消除,但是横梁的侧面还有粘粉现象。涂料中加入2.0%硼砂(图2e),涂料壳的剥离效果良好,涂料壳大片从铸件表面剥离,铸件表面质量高,只有在铸件的热结部位,冒口颈缩部分与冒口下方的横梁侧面的涂料壳不能自动剥离,但是涂料壳已经烧结,用锤子轻轻敲打即可从铸件表面剥离下来。涂料中加入2.5%硼砂(图2f),涂料壳大部分从铸件表面自动剥离,但是在铸件的颈缩部位及腿部出现了过烧现象,即涂料烧熔,粘附在铸件表面。

 

 

因此硼砂加入量为2.0%时符合试验要求,硼砂的加入明显改善涂料的烧结性及剥离性,提高了铸件表面质量,降低了铸件的清理难度。

2.2讨论

石英粉与锆英粉的复合骨料耐火度高,浇注时涂层中有较多的空隙,从而使钢水渗透到涂料浅表层中,导致了铸件的粘粉,涂层剥离性差;而硼酸是一种低熔点的物质,在其加入一定量到涂料后,会均匀分布在整个耐火骨料之间,由于其熔点低(熔点约为500℃),浇注时涂层中硼砂会首先熔融,形成的液态玻璃相,会像粘结剂一样将周围的骨料粉料粘接起来,这些玻璃相将钢水阻挡,防止钢水对涂料的渗透。这样既不会降低骨料本身的耐火度又使整个骨料粉料颗粒粘结起来,保证了涂料有较好的耐火度又有较低的烧结温度。

3·结论

1)影响涂料剥离性主要因素是涂料的耐火骨料,石英粉与锆英粉涂料的耐火度高,涂料的剥离性较差。

2)硼砂的加入量为2.0%时明显改善涂料的烧结性及剥离性,涂料壳大片从铸件表面自动剥离下来,降低铸件的清理工作,提高了生产效率。