鑄造涂料是鑄造業(yè)中非常重要的材料，對鑄件的外觀質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量有很大的影響。近年來，鑄造涂料技術(shù)發(fā)展迅速，涂料的性能不斷提高，功能不斷擴展，涂料的品種越來越豐富。本文將對鑄造涂料近年來出現(xiàn)的一些新技術(shù)如高滲透涂料、防脈紋涂料、整體浸涂涂料、非鋯質(zhì)涂料及先進的在線涂料質(zhì)量控制技術(shù)等做一簡單歸納總結(jié)，并對鑄造涂料的發(fā)展趨勢進行探討。

　　1涂料新技術(shù)

　　1.1高滲透涂料

　　砂型芯表層砂粒之間存在很多孔隙，孔隙的大小由原砂粒度及緊實度決定?？紫对酱蟆⒃蕉?，金屬液就越容易滲入其中而形成機械粘砂。對于一定粒度的原砂，砂粒之間孔隙大小主要取決于緊實度。由于受砂型芯的結(jié)構(gòu)差異、造型或制芯操作者的習(xí)慣、型芯砂的流動性等因素的影響，鑄造生產(chǎn)實踐中砂型芯各部位的緊實度很難做到一致，特別在轉(zhuǎn)角、突出或薄壁砂芯蘭等難以堅實的部位極易出現(xiàn)緊實不良，在型芯疏松部位容易發(fā)生圖1所示的金屬液滲透，砂粒間的空隙清晰可見并已被金屬填充。

　　為了克服這個問題，涂料要能夠滲透砂芯表面并在空隙中填充足夠的耐火骨料顆粒，有效地進行密封，從而消除或減少金屬滲透。普通涂料通常只能滲入1-2個砂粒，當金屬壓力較高或澆注溫度較高時，不能有效地阻止金屬液的滲入而產(chǎn)生機械粘砂。使用特殊設(shè)計的高滲透涂料，如SEMCOCoating9223(水基鋯英粉高滲透涂料)或TenoCoatingZKPX(醇基鋯英粉高滲透涂料)，其滲透深度可達到5~50mm,可有效地堵塞砂型芯表面的孔隙，從而可有效地防止機械粘砂的出現(xiàn)。通常采用刷涂或噴涂將這些涂料直接用于容易發(fā)生滲透的區(qū)域。使用高滲透涂料后的砂芯表面結(jié)構(gòu)如圖2所示。SEM影像顯示出硅砂顆粒旁邊滲入的涂料粒子填充砂粒間隙的狀態(tài)。

　　圖3-圖6顯示了高滲透涂料的一些主要應(yīng)用實例。目前主要用于大型鑄鐵件、鑄鋼件關(guān)鍵砂芯、細長或盲孔砂芯，可有效地防止燒結(jié)或機械粘砂。該涂料還可以部分代替鉻鐵礦砂(圖5)。在汽車鑄件的關(guān)鍵砂芯上也用于防止局部粘砂、燒結(jié)(圖7)。特殊設(shè)計的高滲透涂料用于渦殼用液壓件的脈紋防止。該涂料含有氧化鐵等防止脈紋的活性成分，同時還含有磷片石墨等防粘砂材料。涂料浸涂時氧化鐵等活性成分可滲入砂芯表面5耀10mm,抗粘砂材料留在砂芯的表面。因此，該涂料可有效地防止脈紋和粘砂(圖8)。

　　1.2防脈紋涂料

　　脈紋缺陷是發(fā)動機鑄件生產(chǎn)中的典型鑄造缺陷。其中冷芯盒砂芯產(chǎn)生脈紋的傾向最大。發(fā)動機鑄件在水套、油道、氣道部位經(jīng)常會出現(xiàn)脈紋缺陷，這種缺陷會阻礙發(fā)動機內(nèi)腔氣液渦流特性，從而影響到發(fā)動機的工作性能。大量的研究和長期的鑄造實踐表明,鑄件表面產(chǎn)生脈紋缺陷的根本原因是硅砂在573℃相變膨脹引起的熱應(yīng)力導(dǎo)致砂芯表層開裂,鐵液滲入裂紋中所致。脈紋的產(chǎn)生有兩個基本條件：一是相變膨脹產(chǎn)生的熱應(yīng)力大于砂芯表面的強度;二是鐵液具有足夠的流動性。因此，凡是能減少熱應(yīng)力的因素都會減少脈紋的產(chǎn)生，能提高砂芯高溫強度及韌性的因素也會減少脈紋的出現(xiàn)，能加速鐵液凝固的因素也會減少脈紋的產(chǎn)生。目前國內(nèi)外針對脈紋缺陷所采取的措施無外乎以上三個方面。防脈紋涂料是最為經(jīng)濟有效地防脈紋措施。目前在國內(nèi)外汽車鑄鐵件中已獲得廣泛的應(yīng)用。福士科公司的RheotecXL是典型的防脈紋涂料，同時也是一種綜合性能極佳的汽車鑄件復(fù)雜關(guān)鍵砂芯專用涂料。主要用于缸體缸蓋的水套、油道、進排氣道、差速器等關(guān)鍵砂芯，可以有效地防止鑄件內(nèi)腔常見的脈紋、燒結(jié)、粘砂等缺陷，大大提高鑄件內(nèi)腔的清潔度?？梢源娣烂}紋添加劑，降低成本。該涂料具有良好的隔熱性，可以推遲砂粒的相變膨脹和砂芯粘結(jié)劑的分解;涂料中含有氧化鐵紅等具有防脈紋作用的成分;涂層在澆注時有適度燒結(jié)，從而提高了涂層和砂芯表面的強度。圖9是采用不同涂料時砂芯表面的溫度隨時間的變化曲線。從曲線可以看出，RheotecXL涂料具有良好的保溫性能，可使砂芯表面的溫度大大降低，減低硅砂相變的發(fā)生速率及相變產(chǎn)生的應(yīng)變量。同時也使鐵液處于液相線溫度以上的時間大大縮短，使鐵液鉆入砂芯產(chǎn)生脈紋的機率明顯降低。圖10為幾種涂料的防脈紋效果。圖11、圖12是防脈紋涂料在缸蓋及氣道砂芯上的應(yīng)用實例。

　　1.3整體浸涂涂料

　　汽車發(fā)動機缸體缸蓋的生產(chǎn)是鑄造技術(shù)的一個至高點，缸體缸蓋的砂芯是鑄造行業(yè)中最復(fù)雜的一類砂芯。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，對缸體缸蓋的尺寸精度及內(nèi)腔質(zhì)量的要求越來越高。如何提高缸體缸蓋的尺寸精度及內(nèi)腔清潔度，減少脈紋、燒結(jié)、粘砂等鑄造缺陷是擺在廣大汽車鑄造工作者面前的一項重要課題。目前國內(nèi)缸體缸蓋鑄件的質(zhì)量與歐美發(fā)達國家還有很大的差距。汽車發(fā)動機缸體缸蓋類砂芯的整體浸涂可以大大提高發(fā)動機鑄件的尺寸精度及生產(chǎn)效率，代表了新一代汽車鑄造技術(shù)的發(fā)展方向，但對涂料的綜合性能提出了更高的要求。一方面由于組合后的砂芯立體空間結(jié)構(gòu)及形狀的復(fù)雜程度大大增加，使得浸涂工藝的難度大大增加，對涂料的流變性能提出了非?？量痰囊蟆Ｍ繉雍穸仍谏靶静煌课灰３忠恢?，不能有滴痕、流痕及堆積等缺陷;另一方面，為了保證優(yōu)良的內(nèi)腔清潔度，涂料還應(yīng)具有良好的抵抗粘砂、脈紋、燒結(jié)等性能。SemcoSil301是最新研制的高性能水基整體浸涂涂料，如圖13。該涂料在德國DaimlerAG已獲得非常成功的應(yīng)用。

　　該涂料具有優(yōu)異的流變性能和良好的綜合工藝性能，且通用性較強，可用于缸體缸蓋等各種發(fā)動機鑄件。鑄件具有很強的抗粘砂及抗脈紋能力，鑄件的內(nèi)腔清潔度高。

　　1.4非鋯質(zhì)鑄造涂料

　　鋯英粉一直是性能最好、應(yīng)用最廣的涂料耐火骨料。但近一兩年鋯英粉的價格一路狂漲，達到23~25元/kg，遠遠高于歷史上鋯英粉的最高價格，使得本來就利潤微薄的我國鑄造廠難以承受。這次鋯英粉漲價是全球性的，而且將會持續(xù)很長時間。面對這樣嚴峻的形勢，擺脫對鋯英粉的依賴，開發(fā)非鋯質(zhì)涂料是非常迫切的，也是非常有意義的。廣大鑄造工作者在鋯英粉的代用方面已做過大量的試驗研究工作，也取得了一些成果。如以高鋁礬土、莫來石、鉻鐵礦、鉻剛玉或棕剛玉等材料為基的涂料用于生產(chǎn)中小型碳鋼件。但是由于缺乏理論上的指導(dǎo)，加上某些原材料本身的質(zhì)量波動較大，這些涂料的質(zhì)量穩(wěn)定性及其應(yīng)用范圍十分有限。往往當鑄件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及壁厚等因素變化較大時涂料的應(yīng)用效果差異很大。單單從耐火度來看，鋁礬土、剛玉、莫來石、鉻鐵礦、鎂砂粉等常用的骨料都在1700℃以上，遠遠高于各種鑄鋼件的澆注溫度。但是從實際的使用效果及質(zhì)量穩(wěn)定性來看，卻并不是很理想。利用不同耐火材料的復(fù)合或添加燒結(jié)助劑等在理論上可以達到取長補短、改善涂料燒結(jié)性能等目的。實際上在這方面也確實取得了很多可喜的成果，但是復(fù)合的比例或燒結(jié)助劑的添加量的把握十分困難，往往需要大量的試驗來確定。到目前為止，就涂料的通用性和剝離性而言，沒有一種涂料能夠完全達到鋯英粉涂料的水平。但是經(jīng)過長期的努力和大量的試驗，目前可以針對不同鑄件使用幾種(2-4種)不同的涂料而實現(xiàn)鋯英粉涂料的完全代用。個別涂料在合金鋼鑄件上的使用效果甚至超過了傳統(tǒng)的鋯英粉涂料。圖14是利用某種復(fù)合天然礦物材料配制的涂料在泵殼類碳鋼件上使用效果。圖15是一種非鋯質(zhì)復(fù)合涂料在汽輪機不銹鋼葉片上的應(yīng)用。以前采用鋯英粉涂料生產(chǎn)時在澆口附近一直存在嚴重的粘砂。采用新研制的非鋯質(zhì)涂料后，較好地解決了澆口部位粘砂這一問題。目前此涂料在核電、水電、火電類鑄件上也取得了很好的應(yīng)用效果。圖16為復(fù)合非鋯質(zhì)涂料在鐵路碳鋼件上應(yīng)用效果。這幾種涂料基本覆蓋了碳鋼、低合金鋼及高合金鋼等原來使用鋯英粉涂料的大部分鑄鋼件。在大型鑄鐵件上目前也可實現(xiàn)鋯英粉涂料的完全替代。

　　1.5涂料在線精確質(zhì)量控制技術(shù)

　　CPP全自動涂料工作站(CoatingPreparationPlant)是福士科(FOSECO)公司開發(fā)的最新涂料應(yīng)用設(shè)備，適用于高品質(zhì)鑄件自動化生產(chǎn)線中涂料使用參數(shù)的全自動精確控制。該工作站通過實時、連續(xù)測定涂料的密度及粘度將涂料的配制及質(zhì)量控制實現(xiàn)全自動過程控制，可有效地消除人為因素的影響，使涂料涂敷質(zhì)量更加穩(wěn)定一致。CPP工作站集涂料配制及質(zhì)量控制一體化，可實現(xiàn)自動加料、輸送、循環(huán)及在線、實時、連續(xù)、自動測定涂料的密度及粘度，控制精度及可靠性高，環(huán)境及人為因素影響小。配有超聲波清洗器可自動清洗傳感器探頭，雙聯(lián)過濾器可濾除涂料中的雜質(zhì)。測量數(shù)據(jù)記錄并保存在專用數(shù)據(jù)庫中，可生成定制化報告。CPP工作站還可與全球技術(shù)服務(wù)中心連接，實現(xiàn)遠程控制。CPP適用于各種水基涂料及醇基涂料，可適用于浸涂、流涂及噴涂。CPP可實現(xiàn)一機多用，可同時供給多個涂料浸涂或流涂槽工位。圖18是帶有CPP工作站的流涂設(shè)備。

　　2涂料的發(fā)展趨勢

　　伴隨著機械和鑄造業(yè)的發(fā)展，鑄造涂料已經(jīng)并還將不斷涌現(xiàn)出很多新技術(shù)、新產(chǎn)品及新的理念，然而其總體上的發(fā)展趨勢不外乎技術(shù)上的進步和環(huán)保意識的加強這兩大主線。歸結(jié)起來主要有以下幾個方面：

　　2.1發(fā)展防缺陷涂料

　　隨著鑄造涂料技術(shù)的不斷發(fā)展，涂料的功能也在不斷地擴展。利用特殊設(shè)計的涂料防止鑄件的某些典型缺陷成為鑄造涂料的一個重要發(fā)展趨勢。其實，最早的涂料就是防止粘砂這一鑄造缺陷的。碲粉涂料也是一種防止縮松(滲漏)缺陷的一種涂料。近年來發(fā)展起來的防脈紋涂料是其中的較為成熟的一種新型防缺陷涂料，在國內(nèi)外汽車鑄鐵件中已獲得廣泛的應(yīng)用。含有氧化鐵的防氣孔涂料也是一種新型的防缺陷涂料，目前在鑄鐵件及鑄鋼件上均有成功的應(yīng)用案例。隨著各種高檔球鐵件如風電及汽車鑄件的增加，呋喃樹脂砂特別是再生砂中硫的問題越來越突出。呋喃樹脂固化劑中的有機磺酸在澆注時會分解出含硫氣體，進而被鑄件表面的鐵液吸收，導(dǎo)致鑄件表面的石墨球變異，出現(xiàn)一定深度的片狀石墨或蠕蟲狀石墨層。目前國內(nèi)外已開發(fā)出多種具有防硫作用的涂料。該涂料一般被設(shè)計成燒結(jié)隔離型、堿性吸收型或混合型防硫涂料。鑄鋼件也容易受硫的影響。目前國內(nèi)已開發(fā)出能夠防止鑄鋼件表面微裂紋的阻硫涂料，并在鐵路鑄件上得到應(yīng)用。

　　防缺陷涂料是通過影響或控制涂料與金屬液的界面反應(yīng)達到防止某種缺陷的目的，這一類涂料將有非常好的發(fā)展?jié)摿案訌V泛的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)見，能夠防止更多鑄造缺陷的涂料品種將會不斷涌現(xiàn)。

　　2.2發(fā)展水基涂料

　　水基涂料的環(huán)保優(yōu)勢、質(zhì)量優(yōu)勢及成本優(yōu)勢都很明顯，將是未來涂料的一個重要發(fā)展趨勢。水基涂料在大型鑄鐵件如風電鑄件及大型鑄鋼件上具有非常好的發(fā)展前景。目前在國內(nèi)外一些廠家已獲得非常成功的應(yīng)用。如某風電鑄造廠采用水基流涂涂料生產(chǎn)大型風電球鐵件。涂料的烘干采用熱風爐，而其熱風爐的熱量來自于鑄件澆注后的廢熱。這是一個非常值得借鑒或推廣的技術(shù)。又如某鑄鋼廠采用水基涂料生產(chǎn)大型鑄鋼件。涂料主要靠自干，合箱后采用熱風進一步烘干涂料及鑄型內(nèi)的殘余水分。水基快干涂料也將是一個很有前景的發(fā)展方向。

　　2.3發(fā)展非鋯質(zhì)涂料

　　由于鋯英粉的資源緊張、價格飛漲以及開采鋯英砂對環(huán)境的嚴重破壞，非鋯質(zhì)涂料將是一個明確的發(fā)展方向。非鋯質(zhì)涂料的主要研究方向是復(fù)合骨料，目前最大的障礙是缺乏理論上的指導(dǎo)。主要需考慮以下幾個方面的因素：

　　(1)不同金屬材質(zhì)具有不同的酸堿性，這取決于金屬中合金元素的種類及含量。各種耐火材料的酸堿性要和金屬材質(zhì)的酸堿性相適應(yīng);

　　(2)涂料的燒結(jié)性能決定涂料的剝離效果。燒結(jié)性能一般可以通過不同材料的復(fù)合或加入燒結(jié)助劑來實現(xiàn)。材料的復(fù)合及燒結(jié)助劑的選擇及加入量的確定要考慮材料之間高溫的礦相反應(yīng)產(chǎn)物及動力學(xué)因素，還要考慮低熔點玻璃相的種類、數(shù)量及粘度特性;

　　(3)耐火骨料在澆注及冷卻過程中的體積及線膨脹特性將會影響涂料的剝離效果。耐火骨料自身的相變、礦相反應(yīng)產(chǎn)生的新相以及燒結(jié)產(chǎn)生的收縮都應(yīng)考慮在內(nèi)。

　　這些考慮將有賴于涂料抗粘砂及自動剝離理論及試驗方法方面的突破，今后應(yīng)加大這方面的研究力度。

　　2.4發(fā)展高性能、高精度、高效率的新型施涂及控制技術(shù)和設(shè)備

　　汽車鑄造中將向機械化、自動化、機器人浸涂方向發(fā)展，逐漸淘汰手工或機械化程度較低的施涂方式。同時將越來越多地采用自動在線涂料質(zhì)量控制技術(shù)如CPP全自動涂料工作站等，使涂料的施涂質(zhì)量及穩(wěn)定性達到更高的水平。單件或小批量生產(chǎn)線如各種樹脂砂生產(chǎn)線將更多地采用流涂涂料。流涂可提高施涂效率和涂層質(zhì)量、消除刷痕。

　　3結(jié)束語

　　提高涂料綜合性能、增加涂料附加功能將是涂料發(fā)展的永久課題。通過吸收相關(guān)行業(yè)的先進技術(shù)、先進材料以及最新的理論不斷豐富鑄造涂料的理論和產(chǎn)品創(chuàng)新，鑄造涂料的發(fā)展?jié)摿⑹蔷薮蟮摹?/p>