铸造知识百科：铸造水基和醇基涂料区别
铸造涂料从溶剂上分，涂料有水基、醇基两大类。醇基涂料可以省去烘窑，提高效率和面积利用率，水基涂料则成本低，树脂不会过烧，涂层质量高（流平性及涂层厚度好）。醇基涂料刷完后点火自燃，水基涂料必须经过烘烤。
醇基消失模涂料产品介绍：
特点：
1. 对消失模有良好的涂挂性能和适宜的附着力。
2. 涂层均匀透气性好，耐火度高。
3. 铸件表面光洁，无增碳等铸造缺陷。
使用方法：
1. 稀释：首先将涂料桶中的涂料搅拌均匀，然后加入水(或≥99．7％酒精)稀释。再次搅拌均匀，待涂料静止后，用波美计检测涂料的波美度，重复上述操作至工艺要求的波美度。
2. 刷涂技术参数：水基涂料波美度：50~65；密度：1.30~1.50g／ml。醇基涂料波美度：70～80；密度：1.30~1.50g／ml。
3. 消失模铸造涂料施涂：首先将泡沫型清理干净，将配好的涂料均匀地涂刷到泡沫表面，避免涂料堆积。若需要刷多次涂料，待上一遍涂料烘干后再刷下一遍涂料。
注意：应避免将杂质混入涂料中，当天将涂料桶清理干净。
铸铁用水基消失模铸造涂料研究
1 试验材料与方法
1.1 试验材料铝矾土：
主要矿物成分是：
莫来石，其具有热膨胀系数小、耐火度高、化学稳定性好、价格低等优点，粒度325目；
高岭土：主要矿物组成为SiO2和Al2O3，具有良好的抗酸溶性和化学稳定性、烧结性、较低的阳离子交换量和较好的耐火性等优良的物理、化学特性，耐火度1 700 ℃；
硅灰石：一种含钙的偏硅酸盐矿物，呈针状和细粒状，色泽光亮，熔点1 540 ℃，粒度200目；滑石粉：主要成分为含水的硅酸镁。耐火度1 200～1 300 ℃。其具有润滑性、耐火性、抗酸性、绝缘性、熔点高、吸附力强等优良的物理、化学特性，粒度325目；
海泡石（325目）；
CMC（200目）；
硅溶胶：SiO2含量24%~30%，Na2O≤0.05%；
聚乙烯醇（PVA）；
表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠；
消泡剂：正辛醇；
助剂：Fe2O3。
1.2 原料预处理及涂料制备
方法原料预处理：
①为了涂料制备方便，粘结剂硅溶胶、聚乙烯醇（PVA）需要进行活化处理，首先将二者的水溶液在高速（1 200 r/min）下搅拌均匀，然后加入十二烷基苯磺酸钠进行活化，静置24 h备用；
②CMC：首先将CMC与乙醇按照1∶1的质量比进行分散，然后再按照CMC∶水=1∶50的质量比加入水，搅拌均匀后，静置24 h备用；
③海泡石∶将海泡石与水按照1∶50的质量比高速（1 200 r/min）搅拌均匀，制得海泡石浆料，静置24 h备用。涂料制备方法：首先将称量好的耐火骨料（铝矾土、高岭土、硅灰石、滑石粉）、Fe2O3粉料在碾轮式混砂机中搅拌均匀，然后缓慢加入经过活化处理的硅溶胶、聚乙烯醇（PVA）水溶液、CMC水溶液、海泡石浆料以及正辛醇消泡剂、适量水混碾2 h后，用胶体磨研磨2次后出磨待用。
1.3 涂料主要性能测试方法
（1）涂层强度。首先将涂料涂覆于玻璃板上，待涂层干燥后，将玻璃板倾斜与水平面成为45°角。在距离玻璃板1 000 mm处，用涂4粘度杯向玻璃板上落砂，直至擦破涂层露出玻璃板为止，用天平称出落砂总质量，作为判断涂层表面强度优劣的定量指标。
（2）发气量。首先将涂料在101-2型干燥箱中烘干、用陶瓷研钵研磨均匀，再用精密天平称取5个质量均为1 g±0.01 g的样品，依次在STZ-A型直读式发气性测定仪（邯郸市华宇仪器仪表有限责任公司生产）上进行发气量测定。去掉最高值和最低值后，取剩余三个检测数据的平均值，即为涂料的发气量。
（3）条件粘度。采用LND-1型涂4粘度杯进行测定。
（4）涂挂性。制备规格为120 mm×60 mm×30 mm的EPS模样待用，首先称量出该模样的质量M1，然后在已调制好的涂料中浸涂三次，将其放入恒温干燥箱中（已设定温度为40℃）干燥2~4 h，待涂层完全干透后，称量出其总质量M2，两次的质量之差M （M=M2-M1）即为附着量，并且观察涂层表面流淌状况来判断涂挂性的好坏，涂层均匀且光滑、无裂纹，与模样无剥离现象为I级；有小于1 mm树枝状或网状细裂纹，涂层与模样无明显剥离现象为Ⅱ级；有大于1 mm树枝状或网状细裂纹，或贯通性裂纹，涂层与模样之间有剥离现象为Ⅲ级。
（5）剥离性。浇注后，涂层与铸件表面分离的能力，铸件浇注成形后，用肉眼观察铸件表面的涂层能成片且自动剥离的为I级；铸件表面涂层需要敲打才能剥离的为Ⅱ级；铸件表面涂层紧紧粘附在铸件上，不能剥离的为Ⅲ级。
2 试验方案与结果
2.1 试验方案
在铸铁用水基消失模涂料的所有组分中，耐火骨料是其主体部分。最常用的耐火骨料是石英粉，其次是铝矾土、高岭土、滑石粉、石墨粉、刚玉粉、硅灰石等耐火骨料。采用单一耐火骨料时，涂料的耐火度尽管较高，但是悬浮性、烧结性、条件粘度等综合性能较差，因此实际生产中，经常采用两种及两种以上的耐火骨料混合使用，用以改善涂料的综合性能。
为了探讨不同耐火骨料对铸铁用水基消失模涂料性能的影响，本研究共选用了铝矾土、高岭土、硅灰石、滑石粉等四种不同类型的耐火骨料，其中铝矾土为主加耐火骨料，高岭土、硅灰石、滑石粉为辅加耐火骨料，其他各组分加入量如表1所示，采用L9（34）正交表安排试验，因素水平表如表2所示，正交试验方案如表3所示。表1
3 试验结果分析
在消失模涂料的所有性能指标中，涂料的涂挂性能最为重要，通过对表4中的正交试验结果进行分析发现，以上9种涂料的涂挂性能均在Ⅱ级及以上，涂挂性能良好，能满足消失模涂料实际生产需要，为了进一步探究耐火骨料中各组分对涂料24 h悬浮率、条件粘度、发气量、涂层强度等性能的影响规律，现对表4中的试验数据分别进行正交试验结果分析和极差分析。
结果如表5、表6所示。由表6可知，在以上三种辅加耐火骨料中，影响涂料24 h悬浮率的最显著因素是高岭土，其次是硅灰石，最后是滑石粉，其主要原因是高岭土类似于膨润土，质软、易分散悬浮于水中，能显著提高涂料条件粘度和悬浮性。
影响涂层强度的最显著性因素是硅灰石，对于涂层强度的影响因素顺序为：硅灰石＞高岭土＞滑石粉。影响涂料发气量的最显著因素是滑石粉，其次是高岭土，对于涂料发气量的影响因素顺序为：滑石粉＞高岭土＞硅灰石，主要原因是滑石粉（层状结构的硅酸镁水合物）、高岭土（层状的含结晶水的硅酸盐）的分子结构中均含有结晶水，浇注时二者分别在800~900 ℃、600~900 ℃的温度范围内快速失去结晶水，产生大量水蒸气，从而使得涂层发气性上升。
影响涂料条件粘度的最显著因素是高岭土，对于涂料条件粘度的影响因素顺序为：高岭土＞滑石粉＞硅灰石，主要原因是高岭土是一种以高岭石族粘土矿物为主的粘土和粘土岩，具有良好的可塑形，用于水基涂料时形成絮状胶体水溶液，从而使得涂料条件粘度增高。为了找到三种辅加耐火骨料的最佳水平，现采用单因素分析方法对涂料的各性能指标进行分析。
在涂料实际使用过程中，为了防止涂料的快速沉淀以及涂料施涂时的方便性，通常要求涂料有较高的悬浮率和较低的条件粘度，因此悬浮率应取最大的水平，即A3B3C1；而条件粘度取最小的水平即A1B3C1。
另外为了防止涂层发气性过大加剧铸件的气孔和炭黑缺陷，防止涂层强度不够导致的毛刺、冲砂、模样变形、模样破损等缺陷，涂料发气性应取最小的水平，即A2B1C1；而涂层强度取最大的水平，即A3B2C3。在涂料的24 h悬浮率、条件粘度、发气量、涂层强度、涂挂性等性能指标中，在24 h悬浮率和涂挂性两项性能满足涂料使用要求的前提下，首先应该要满足的是涂层强度指标，其次是涂层的发气量指标、条件粘度指标，结合各性能之间的主次关系，其最优组合为：A3B2C1，即涂料最佳配方，如表7所示，现按照表7中的配方将涂料配制好，并对其性能进行测定，详细数据如表8所示。
4 生产验证
为了验证该配方涂料的性能优劣，进行现场浇注试验，按照表7中的配方将涂料配制好后，采用浸涂方式涂覆涂料，并反复浸涂、干燥三次。涂敷涂料后的模样、干燥后的模样如图1所示，由图可以看出，涂覆涂料后的模样表面涂层光滑、均匀，涂挂性良好。待在恒温干燥箱中将其完全干透后，在真空负压下进行浇注试验。
成形铸件及浇注后涂层的剥离情况如图2所示，结果发现：成形铸件表面光滑，没有出现粘砂、气孔、积碳、皱皮等铸造缺陷。铸件清理时，铸件表面涂层大部分均能自由溃散，只有少部分热结部位涂层需要用锤子轻轻敲打，才能整块剥落，涂层整体溃散性良好。
这主要是因为铸铁件消失模铸造的浇注温度较高，其浇注温度较其他铸造方法要高40~80℃，一般在1 400~1 500 ℃，不同耐火度的骨料搭配使用时，涂层的烧结不仅更加容易，而且涂层的强度也更高，浇注时，涂层中的有机粘结剂在高温金属液的热作用下被迅速烧蚀，产生大量孔洞，形成一种疏松的层片状结构，涂层的高温透气性良好，由于其泡沫模样的裂解产物主要以气态产物为主，液态产物较少，在真空负压下浇注时，其气态、液态产物被迅速抽出型腔，使得高温金属液的充填更加容易，因此没有出现粘砂、气孔、积碳、皱皮等铸造缺陷，能够很好地满足实际生产需要，性能优良。
5.结论
（1）在该配方涂料中，影响涂料24 h悬浮率和条件粘度的最显著因素是高岭土；影响涂层强度的最显著因素是硅灰石，影响涂层发气量的最显著因素是滑石粉，主要原因是滑石粉是一种层状结构的硅酸镁水合物，其分子结构中含有结晶水，浇注时在600~900 ℃的温度范围内失去结晶水，产生大量水蒸气，从而使得涂层发气性上升。
（2）该铸铁用水基消失模铸造涂料最优配方为：铝矾土100、高岭土40、硅灰石20、滑石粉10、硅溶胶4、PVA 1、海泡石4、CMC0.5、十二烷基苯磺酸钠0.1、正辛醇0.1、Fe2O3 0.5、水适量。
（3）经过生产试验验证发现，所制备的铸铁用水基消失模涂料涂挂性能良好，成形铸件表面光滑，没有出现粘砂、气孔、积碳、皱皮等铸造缺陷。铸件清理时，铸件表面涂层大部分均能自由溃散，只有少部分热节部位涂层需要用锤子轻轻敲打，才能整块剥落，涂层整体溃散性良好。能够满足实际生产需要，性能优良。