球墨铸铁消失模铸造涂料的研究进展

　   球墨铸铁作为一种性能接近钢的高强度铸铁材料，其制造成本低、延展性好、疲劳强度和耐磨性优良，具有优异的机械加工和铸造性能，广泛应用于机床床身、阀门、汽车发动机曲轴、活塞、气缸等部件中。消失模铸造技术作为一种无需分型面、无砂型制造复杂精密铸件的近净成形方法，被广泛应用在铸钢、铸铁、铝合金、镁合金零部件生产中。消失模球墨铸铁件，由于其碳含量高，凝固时存在石墨化膨胀等特点，铸件常因涂料工作性能差而造成表面皱皮、缩孔和缩松、碳黑等缺陷。因此，改善消失模铸造涂料性能便成为保证铸件良品率至关重要的一个环节。

       在消失模铸造生产中，涂料品质的优劣对铸件的质量十分重要。消失模铸造涂料应具有良好的透气性、强度、烧结性、剥落性等性能。目前普遍针对涂层工作性质、涂层与 EPS分解产物作用机理、涂层对铸件质量的影响以及表面复合涂层等方面进行研究，在涂料成分改进、添加剂配比对涂料性能的影响、涂料制备工艺等。从消失模铸造涂料的生产与使用来看，规范涂料生产制备流程，铸件成品率较高；消失模铸造涂料市场混乱，涂料配方成分复杂且昂贵，制备工艺繁琐，甚至配方组成搭配错误，不仅影响消失模铸件成品率，还阻碍消失模铸造技术和涂料产业的发展。

1 消失模铸造球墨铸铁对涂料的要求

球墨铸铁件浇 注 温度通常在1380～1480℃，比铸钢件略低，球墨铸铁密度为7.3g/cm3，远大于镁、铝合金，因此球墨铸铁液充型过程中对涂层的热、力作用比镁、铝合金更显著。在消失模铸造球墨铸铁环节，由于需要采用真空负压工艺，涂层在工作状态下，一方面涂层内侧需要抵抗高温球墨铸铁液的动压力和静压力，同时涂层内外侧气压差较大，涂层高温强度不足时容易引起铸件表面凹陷甚至铸件变形。球墨铸铁浇注温度较高，EPS模样迅速分解，分解产物中气态产物占绝大多数，还包含少量液态产物及固体物。分解产物大量生成并充满整个涂层型腔，为了避免因分解产物无法顺利排出涂层而造成球墨铸铁件气孔、皱皮、积碳等缺陷的发生，涂料应具备良好的透气性。在影响涂层强度和透气性能方面，涂料性能指标应控制在合理的范围内。骨料的耐火度、烧结性以及骨料形状、粒度等都对消失模铸造涂料的强度和透气性能产生直接影响。在涂料制备环节，耐火骨料的选择尤为重要。 

2 消失模铸造球墨铸铁涂料配方及工艺

耐火骨料作为涂料的主要组成部分，涂料的性能与耐火骨料的物理化学性质密切相关。悬浮剂的使用防止了耐火骨料在涂料中沉降，使涂料具有良好的触变性。在浇注过程中，涂层需要经受强烈的热力作用，涂料配制时不同种类粘结剂复合使用保证了涂层具有在不同温度范围内维持一定强度的能力。涂料从原材料到形成涂层要经过制备、涂施和干燥3道主要工序。优质的涂料除具备良好的性能外，其工艺性能也很重要，涂料制备、涂施过程工序需简单，方便操作，涂层表面平整，无针孔、裂纹等。 

3 球墨铸铁消失模铸造涂料性能

3.1涂料强度

消失模涂层作为涂覆在模样表面的一层耐火涂层，具有较高强度的涂层不仅可以提高模样的强度和刚度，更可以作为金属液与型砂之间的有效屏障，保证了涂层能够承受得住高温金属液充型过程中带来的动、静压力及外界吸附压力，并减少了铸件机械粘砂，因此涂层强度是衡量涂料性能优劣的重要指标。

3.2涂料孔隙与透气性研究

熔融金属液浇注时，EPS模样在高温作用下迅速气化分解，随着金属液前端向前推进，分解产物从型腔中经涂层排出，金属液的充型和分解产物的排出处于动态平衡状态。若涂层的透气性太低，分解产物无法及时排出型腔，会导致铸件皮下气孔和积碳缺陷等。若涂层透气性太高，充型速度较快，容易造成机械粘砂。随着涂层厚度增加，涂料密度对透气性影响将逐渐减小。高透气性涂层具有更大的平均粒 径和更宽的粒径分布。

4 涂料对球墨铸铁件缺陷的影响

4.1涂料对铸件表面皱皮缺陷的影响

消失模铸造中，EPS模样遇高温金属液分解过程中，所形成的液态分解产物浮在金属液表面或粘在涂层上很难彻底分解。当金属液冷却凝固时，分解残留物的表面张力与金属液存在差异，随着铸件收缩，在铸件表皮形成波浪状或滴流状褶皱。

4.2涂料对铸件积碳缺陷的影响

积碳缺陷是由于大量生成的碳吸附在涂层表面，无法排出型腔附着在铸件表面积聚所致，通常在铸件上体现为表面光亮的碳膜、铸件凹处充满碳黑等。消失模铸造生产中，铸件缺陷问题与模样材料、铸件成分、涂料和铸造工艺等密切相关。

5 球墨铸铁消失模铸造涂料的研究方向

球墨铸铁消失模铸造，因其浇注温度高，泡沫模样发气量较大需采用负压实型铸造。球墨铸铁液充型过程中涂层需要承受金属液强力的冲刷作用和内外界压力差，高温状态下涂层必须具备良好的强度，以防止金属液流动过程中对涂层造成冲蚀而影响铸件表面质量，因此耐火骨料成分与性质以及添加剂对涂料强度影响规律的研究成为提高涂料性能的关键。