壓鑄離型劑的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究
1、前言
‘1 .1壓鑄離型劑的作用
壓鑄離型劑是在壓鑄過(guò)程中為了避免有色金屬液體與模具焊合、減少鑄件頂出的摩擦阻力和避免模具過(guò)分受熱而施涂在壓鑄機(jī)型腔和壓室、壓射沖頭表面的潤(rùn)滑劑和稀釋劑(一般為水)的混合物。壓鑄離型劑有以下幾個(gè)作用：(1)冷卻。通過(guò)離型劑中水分的蒸發(fā)，局部冷卻模具，使其在生產(chǎn)過(guò)程中減少熱疲勞應(yīng)力，從而保護(hù)模具。(2)高溫潤(rùn)滑。離型劑在壓鑄件與模具之間形成隔離層及潤(rùn)滑膜后，能夠保持熔融金屬的流動(dòng)性，改善合金的成形性能，并使壓鑄件脫模順暢，尺寸穩(wěn)定。(3)清洗。在噴涂過(guò)程中清除碎屑，減少?gòu)U品，使操作更流暢。
1 .2壓鑄離型劑應(yīng)具備的性能
由壓鑄離型劑的作用可以分析，壓鑄離型劑應(yīng)具備如下性能〔11幻：(1)具有良好的冷卻性和絕熱 性。有色金屬液體溫度較高，再加上塑性變形熱和摩擦熱，易使模具強(qiáng)度下降、磨損加快，從而縮短使用壽命，因此離型劑的高溫冷卻性和絕熱性是必要的。(2)良好的成膜、潤(rùn)滑和脫模性能。即要求離型劑對(duì)金屬表面在高溫下有足夠的吸附強(qiáng)度，能在金屬變形過(guò)程中形成完整均勻的潤(rùn)滑膜，并有低的摩擦系數(shù)。脫模能力強(qiáng)，對(duì)復(fù)雜壓鑄件有優(yōu)越的脫模效果。(3)發(fā)氣性適中，不易產(chǎn)生氣孔。(4)對(duì)模具無(wú)腐蝕性、無(wú)積炭，使鑄件潔白光亮，不影響后續(xù)工序的涂漆、電鍍等。(5)離型劑使用中環(huán)保無(wú)污染、產(chǎn)生的有機(jī)廢物易于降解處理、對(duì)身體健康無(wú)不良影響。
1 .3質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)欠缺
目前，國(guó)內(nèi)外壓鑄行業(yè)尚未出臺(tái)統(tǒng)一的離型劑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，廣大用戶多未建立檢測(cè)手段，大多將配制的離型劑直接噴涂在壓鑄機(jī)模具上，通過(guò)脫模性和鑄件表面質(zhì)量來(lái)檢驗(yàn)離型劑性能好壞，這對(duì)壓鑄廠家極其不利：一是增加了生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，如損壞壓鑄機(jī)械和模具，產(chǎn)生大量廢品，浪費(fèi)人力物力;二是即使通過(guò)了工業(yè)試驗(yàn)，但缺乏對(duì)離型劑整體性能的全面評(píng)價(jià)和對(duì)壓鑄機(jī)械配件的損害性的考查。本文提出了水性壓鑄離型劑的主要性能指標(biāo)，分析總結(jié)了可采用的測(cè)試方法，以期對(duì)壓鑄離型劑的整體性能作出比較全面客觀的評(píng)價(jià)。
2壓鑄離型劑的主要性能指標(biāo)
2.1常規(guī)理化性能
壓鑄離型劑的常規(guī)理化性能主要有：外觀、密度、粘度、固含量、PH值。常規(guī)理化性能指標(biāo)的測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試方便快捷、對(duì)控制不同批次產(chǎn)品的相對(duì)穩(wěn)定性有重要的參考意義，因而普遍為離型劑生產(chǎn)商和客戶所接受。
2.1.1外觀
外觀是對(duì)離型劑的外在形態(tài)所作的定性描述，包含：外在色澤、氣味、形態(tài)等等。目前市場(chǎng)上流行的產(chǎn)品以乳白色、淡黃色、棕黃色乳液為主。對(duì)于不同品牌的產(chǎn)品，難以通過(guò)外觀來(lái)判定質(zhì)量;但對(duì)于同一品牌同一型號(hào)的產(chǎn)品，可通過(guò)外觀來(lái)大致判斷其質(zhì)量的穩(wěn)定性。
2.1.2密度
密度是衡量離型劑單位體積的質(zhì)量的物性參數(shù)，‘般以稱(chēng)量法測(cè)量25 0C時(shí)單位體積產(chǎn)品的質(zhì)量，單位g/cm3 0一般在0:9-1. 1 g/cm,o我們認(rèn)為，密度與產(chǎn)品的質(zhì)量好壞沒(méi)有明顯關(guān)聯(lián)。
2.1.3粘度
粘度是衡量流體粘滯力大小的一個(gè)物性參數(shù)，該指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)離型劑的流動(dòng)性和一般質(zhì)量鑒別有重要意義，一般以動(dòng)力粘度來(lái)表示，單位Pa，S。通常在幾到幾百Pa.S之間。應(yīng)用實(shí)踐表明，并非粘度越大越好，我們認(rèn)為以100Pa. S以下為宜。
2.1.4固含量
固含量，即不揮發(fā)份含量，是離型劑在規(guī)定條件下烘干后剩余部分占總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。該指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)離型劑的稀釋程度、有效成分含量有一定的參考作用，離型劑生產(chǎn)企業(yè)常用作控制產(chǎn)品穩(wěn)定性的指標(biāo)。我們認(rèn)為，不同類(lèi)型壓鑄離型劑的固含量無(wú)可比性，不能真實(shí)反映其有效成分的含量，如其中含有的對(duì)潤(rùn)滑、脫模無(wú)任何貢獻(xiàn)的添加劑屬于非有效成分。供應(yīng)商和客戶單純地把固含量等同于有效成分含量，是很不科學(xué)的。市場(chǎng)上離型劑固含量一般在10%-50%之間。
2. 1. 5 PH值
PH值是衡量溶液酸性或堿性程度的數(shù)值，以所含氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)來(lái)表示，可用比色法和電位計(jì)法來(lái)測(cè)定。研究和實(shí)踐表明，弱堿性離型劑可以提高有色金屬壓鑄件的表面光亮度，減輕對(duì)鑄件和模具的腐蝕，而酸性或較強(qiáng)堿性的離型劑對(duì)壓鑄件和模具的外表面有不良影響。我們認(rèn)為，水性壓鑄離型劑的PH值在7^-9之間為宜。
2.2稀釋比
壓鑄離型劑的稀釋比，又稱(chēng)稀釋倍數(shù)，是離型劑稀釋前后溶液質(zhì)量濃度的比值。離型劑稀釋比的高低取決于其有效成分含量的多少，因而一般情況下稀釋比與其固含量有顯著的相關(guān)關(guān)系。該指標(biāo)是評(píng)價(jià)離型劑應(yīng)用性能和成本的一個(gè)重要的工藝參數(shù)，合適的稀釋比應(yīng)根據(jù)鑄件的大小、結(jié)構(gòu)、厚度進(jìn)行確定。大件及薄壁、復(fù)雜件稀釋倍數(shù)要低些，小件、簡(jiǎn)單件稀釋倍數(shù)要高些。目前常用壓鑄離型劑的稀釋比在80-200之間。
2.3穩(wěn)定性[2,31
穩(wěn)定性指標(biāo)是評(píng)價(jià)其儲(chǔ)存性能的重要物性參數(shù)，包括：常溫穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性、剪切穩(wěn)定性等。
2.3.1常溫穩(wěn)定性
測(cè)試方法：將離型劑樣品按一定倍數(shù)稀釋(或不稀釋)，在一定的環(huán)境條件(溫度、壓力、是否密封和避光)下靜置，測(cè)定其發(fā)生質(zhì)量變化(有浮油、絮凝、分層或沉淀)的最長(zhǎng)時(shí)間。由此，離型劑產(chǎn)品的保質(zhì)期即為特定條件下的常溫穩(wěn)定性指標(biāo)，該指標(biāo)成為衡量離型劑儲(chǔ)存性能的一個(gè)主要指標(biāo)。
2.3.2剪切穩(wěn)定性
測(cè)試方法：按一定稀釋比稀釋乳液離型劑，并按一定轉(zhuǎn)數(shù)和時(shí)間進(jìn)行攪拌后，觀察是否有浮油、絮凝、分層或沉淀。
2.3.3凍融穩(wěn)定性
測(cè)試方法：將離型劑試樣在一定低溫下冷凍一定時(shí)間后取出使其融化，觀察是否能回復(fù)到初始狀態(tài)。繼續(xù)重復(fù)數(shù)次，觀察離型劑的質(zhì)量變化情況。
2.3.4高溫穩(wěn)定性
測(cè)試方法：將離型劑樣品置于恒溫烘箱內(nèi)，在較高的溫度下烘干一定時(shí)間后取出并觀察是否有浮油、絮凝、分層或沉淀。
2.4成膜溫度
離型劑稀釋后開(kāi)始噴灑時(shí)，液滴還未接觸到模具表面，就在熱輻射作用下過(guò)早地氣化，在模具表面形成一薄層蒸氣膜。若模具溫度太高，蒸氣膜太厚，后來(lái)的液滴便會(huì)蹦離蒸氣膜，不再濺落到模具表面上。若模具溫度太低，水分蒸發(fā)不充分，離型劑層容易流淌。只有在適宜的溫度范圍內(nèi)，形成的蒸氣膜才不足以阻擋后來(lái)液滴濺落到模具表面，又能保證水分蒸發(fā)殆盡，在模具表面上殘留一薄層均勻的潤(rùn)滑劑層。成膜溫度是壓鑄離型劑能正常地在型腔表面擴(kuò)散，載體蒸發(fā)，形成潤(rùn)滑薄膜的最佳模具溫度，或稱(chēng)高溫潤(rùn)濕溫度。它是個(gè)溫度范圍，不同類(lèi)型的壓鑄離型劑，在不同的稀釋比下各有其最適宜的成膜溫度。
測(cè)試方法：將傾斜45。的鋼板加熱至較高溫度并恒溫，然后按一定距離噴涂離型劑，待離型劑
剛好能在鋼板上形成連續(xù)薄膜時(shí)，此溫度為最高成膜溫度。然后按不同的溫度段逐步降低鋼板的溫度，直到噴涂的離型劑向下流淌而不能成膜，此溫度為最低成膜溫度。鋁合金壓鑄水性離型劑的成膜溫度一般在200℃^"300℃之間。
2.5發(fā)氣性
壓鑄過(guò)程中，離型劑受熱分解不斷釋放出氣體在模具和金屬液體之間形成氣隙，由于氣隙的熱阻效應(yīng)，使得金屬液冷卻速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于模具的冷卻速度而更有利于充型;適宜厚度的氣隙和潤(rùn)滑劑層在金屬液和模具之間也起到了有效的隔離作用從而更有利于潤(rùn)滑和脫模。因此，測(cè)試離型劑的發(fā)氣性，對(duì)于預(yù)見(jiàn)離型劑的發(fā)氣量多少和判斷脫模性好壞有一定的參考價(jià)值。
離型劑的發(fā)氣行為與離型劑中的發(fā)氣成分、模具溫度、稀釋比有關(guān)。在適宜的工況下，好的壓鑄離型劑應(yīng)能在澆注到取件整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生緩慢且持久的發(fā)氣行為。
測(cè)試方法：用發(fā)氣性試驗(yàn)儀測(cè)定離型劑的發(fā)氣性。取一定質(zhì)量的烘千試樣，在一定的溫度和時(shí)間下，測(cè)試其產(chǎn)生揮發(fā)氣體的總量。在相同的測(cè)試條件下，優(yōu)質(zhì)的壓鑄離型劑體現(xiàn)出發(fā)氣量適中、
發(fā)氣時(shí)間長(zhǎng)的特征。
2.6高溫潤(rùn)滑性
高溫潤(rùn)滑性指標(biāo)比較準(zhǔn)確地反映了離型劑在高溫條件下的潤(rùn)滑性能。常用的評(píng)價(jià)方法有靜摩擦力法、高溫摩擦因數(shù)法。
2.6.1靜摩擦力法
靜摩擦力法是模擬鋁合金壓鑄的實(shí)際環(huán)境，用靜摩擦力的大小來(lái)衡量離型劑潤(rùn)滑性的一種方法。
具體方法：在加熱的鋼板上噴涂離型劑，將一金屬圓筒平放在鋼板上并向內(nèi)注入鋁液，澆注完畢后用鐵錘給鋁液施加一定的壓力，待鋁液完全凝固后，用拉力計(jì)慢慢拖動(dòng)整個(gè)圓筒體系，圓筒在鋼板上剛好發(fā)生移動(dòng)時(shí)拉力計(jì)的讀數(shù)即為靜摩擦力的大小?！?/p>
2.6.2高溫摩擦因數(shù)
高溫摩擦因數(shù)用金屬圓環(huán)墩粗法來(lái)測(cè)定。將外徑20 mm,內(nèi)徑10 mm,高7 mm的鋁合金環(huán)在加熱板上升溫到300℃，噴灑上離型劑稀釋液，用450 kN壓力機(jī)墩粗。7個(gè)試樣分別墩粗到6.5、6.0、5.0、4.5、4.0和3. 5 mm的高度。量出墩粗后圓環(huán)的內(nèi)徑(取平均值)，一般潤(rùn)滑劑摩擦因數(shù)大則內(nèi)徑小，摩擦因數(shù)小則內(nèi)徑大(摩擦因數(shù)小則圓環(huán)易于向外擴(kuò)張，圓環(huán)的外徑急劇變大，所以內(nèi)徑仍維持較大的數(shù)值)。繪制圓環(huán)高度一內(nèi)徑曲線，再對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線可以查出對(duì)應(yīng)的摩擦因數(shù)值。在合適的稀釋比下，高溫摩擦因數(shù)達(dá)到最小值。
壓鑄離型劑必須具備優(yōu)秀的極壓抗磨性能。極壓抗磨性能的側(cè)定常用四球試驗(yàn)機(jī)法。參照GB/T 12583
潤(rùn)滑劑承載能力測(cè)定法191，以壓鑄離型劑的烘干樣品為測(cè)試對(duì)象，可以測(cè)試獲得反映其極壓抗磨性能的有關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)：最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB (N)、燒結(jié)負(fù)荷PD (N)、綜合磨損值ZMZ (N)等。
最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB (N)，是在試驗(yàn)條件下使試驗(yàn)鋼球不發(fā)生卡咬的最大負(fù)荷，它代表油膜強(qiáng)度。燒結(jié)負(fù)荷PD (N)，是在試驗(yàn)條件下使試驗(yàn)鋼球發(fā)生燒結(jié)的最低負(fù)荷，它代表潤(rùn)滑劑的極限工作能力。綜合磨損值ZMZ(N)，是潤(rùn)滑劑在所加負(fù)荷下使磨損減少到最小的抗極壓能力的一個(gè)指數(shù)，它等于若干次校正負(fù)荷的平均值。
2.8抗沖刷性
抗沖刷性是離型劑成膜后抵抗金屬液沖刷而不被破壞的能力。該指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)離型劑的使用效果有著重要的現(xiàn)實(shí)意義?？梢岳脠A形金屬試樣(材質(zhì)與模具相同)在有色金屬液體(型號(hào)與壓鑄件材質(zhì)相同)中的高速旋轉(zhuǎn)來(lái)模擬壓鑄充型時(shí)金屬液對(duì)模具型腔的沖刷。
測(cè)試方法：將一定尺寸的圓形金屬試樣加熱到一定的溫度(成膜溫度)，噴涂離型劑至涂膜完整均勻，然后將其置于一定溫度的有色金屬液體中，使金屬試樣以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)一定的時(shí)間后取出，測(cè)算金屬試樣表面粘附鋁液的面積。以未粘附鋁液的面積百分?jǐn)?shù)作為抗沖刷性指標(biāo)。
2.9腐蝕性
腐蝕性是指壓鑄離型劑在一定條件下對(duì)與其接觸的金屬產(chǎn)生腐蝕的能力。該指標(biāo)對(duì)于正確評(píng)價(jià)離型劑對(duì)模具和鑄件的腐蝕損壞有很好的參考意義。參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)〔lo' l月，可采用以下測(cè)試方法。
測(cè)試方法一：采用離型劑在一定溫度條件下對(duì)金屬腐蝕的程度來(lái)評(píng)價(jià)其腐蝕性。在試樣中放入銅片，在恒定的溫度下浸泡3小時(shí)，取出銅片，與腐蝕標(biāo)準(zhǔn)色板顏色進(jìn)行對(duì)比來(lái)確定腐蝕等級(jí)。
測(cè)試方法二：將各種金屬片和成對(duì)金屬片部分浸泡在一定溫度的試驗(yàn)液體中，保持一定時(shí)間。測(cè)定每個(gè)金屬試片質(zhì)量的變化，觀察金屬試片表面的變化及在試驗(yàn)期間液體發(fā)生的變化。
測(cè)試方法三：將一定型號(hào)的金屬試片放入具塞試管，注入試樣至試片約一半的位置，呈半浸泡狀態(tài)，具塞。試管垂直放置于室溫下48h.取出用石油醚或無(wú)水乙醇等溶劑清洗午凈，再與新打磨的金屬試片比對(duì)變色程度，進(jìn)行腐蝕情況評(píng)定。平行測(cè)定3次后，.以.2次相同結(jié)果作為最終判定。無(wú)腐蝕變色者為合格。
2:10殘?zhí)?/p>
殘?zhí)恐笜?biāo)是壓鑄離型劑試樣在規(guī)定條件下，進(jìn)行蒸發(fā)和熱解后所剩余的殘留物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。該指標(biāo)借鑒了潤(rùn)滑油的殘?zhí)恐笜?biāo)，油品的殘?zhí)恐凳怯绊懛e炭?jī)A向的主要因素之一，油品的殘?zhí)恐翟礁撸浞e炭?jī)A向越大。考慮到壓鑄離型劑配方成分的復(fù)雜性，測(cè)試該指標(biāo)可以避免離型劑在使用過(guò)程中由于殘?zhí)苛枯^多影響脫模效果、影響模具和鑄件的清潔度、影響鑄件的后續(xù)工序的進(jìn)一步加工。
測(cè)試方法〔12]：將已稱(chēng)重的試樣放入一個(gè)樣品管中，在惰性氣體氣氛中，按規(guī)定的溫度程序升溫，將其加熱到500 0C，在反應(yīng)過(guò)程中生成的易揮發(fā)性物質(zhì)由惰性氣體帶走，留下的碳質(zhì)型殘?jiān)荚嚇拥馁|(zhì)量百分?jǐn)?shù)為微量殘?zhí)恐怠?/p>
2.11表面張力
表面張力是液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的，液體表面上單位長(zhǎng)度邊界線上指向表面內(nèi)部(或表面上單位長(zhǎng)度任意曲線兩邊)的表面收縮力。簡(jiǎn)單地說(shuō)，表面張力就是使液體表面收縮的力。離型劑較低的表面張力能保證其成膜時(shí)的分散均勻性和較好的滲透性。因而測(cè)試離型劑的表面張力有助于掌握其使用性能。
測(cè)量方法〔件靜態(tài)法、類(lèi)靜態(tài)法·靜態(tài)法是測(cè)量與液體垂直接觸且被完全潤(rùn)濕的平板的表面張力，類(lèi)靜態(tài)法是測(cè)量將一個(gè)水平懸掛的橙形物或環(huán)狀物拉出液體表面所需的表面張力。詳細(xì)方法見(jiàn)GB/T 22237-2008表面活性劑表面張力的測(cè)定。
3結(jié)束語(yǔ)
本文分析總結(jié)了壓鑄離型劑的主要性能指標(biāo)，對(duì)于正確評(píng)價(jià)壓鑄離型劑的各項(xiàng)性能具有一定的參考意義?？梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，有選擇的測(cè)試上述指標(biāo)。伴隨著壓鑄離型劑技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)方法和手段不斷完善，離型劑性能指標(biāo)將會(huì)更加精細(xì)化和科學(xué)化，對(duì)生產(chǎn)和使用的指導(dǎo)意義更強(qiáng)。
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