在以硅溶胶为粘结剂的型壳精密铸造中,型壳制造非常重要,是精密铸造的关键步骤,及时掌握和控制涂料的各项参数是必需的,其中以涂料的粘度、涂料中粘结剂的SiO2含量、PH值及涂料快速凝胶实验尤为重要,同时耐火粉料粒度的检测也不容忽视。涂料管理对于面层涂料和背层涂料概念完全相同。无论哪层涂料有胶凝化趋势,那么涂料的控制指标值肯定已发生改变,同时涂料的性能就会出现大的变化。有可能会在制面层时或干燥过程中发生裂纹或剥壳,严重时粘结剂失效,型壳强度明显下降,在后期脱蜡、焙烧、浇注等工序会产生大量废品。
1 SiO2含量检测和控制
由于涂料中粘结剂的水份每时每刻都会蒸发,这样会导致涂料粘结剂组成发生改变,即含水量减少,相反SiO2含量就增加。SiO2浓度达到一定值时,涂料胶凝化倾向就会变的明显。每天定时定量补加蒸馏水,将涂料粘结剂SiO2含量控制在一定范围之内。定期检测涂料内的SiO2含量,并且进行快速凝胶实验。如果SiO2含量在规定范围之内,且快速凝胶实验合格,则浆料稳定;如果SiO2含量超过规定范围时,但快速凝胶实验合格,且PH值在规定范围内,则浆料还比较稳定,但必须补加足够的蒸馏水将SiO2含量调整到规定范围内;如果检测SiO2含量超出规定范围,且快速胶凝实验不合格,则此涂料非常不稳定,失效的可能性很大,应该将其淘汰掉。面层和背层涂料的SiO2含量在30~36%之间涂料稳定性很好;背层二涂料的SiO2含量在38.80%时漏壳率明显增加,说明涂料胶凝化倾向比较明显,涂料稳定性较差;背层二涂料的SiO2含量在43.19%时涂料已经胶凝,并且脱蜡后型壳有的棵数开裂同时漏壳率也明显增加,说明涂料稳定性很差,此涂料已经淘汰掉。所以,我们认为过渡层及背层的涂料的SiO2含量控制在30~36%之间。由于面层涂料直接影响铸件表面质量的好坏,且面层在干燥过程中受温度湿度影响很大,极易产生壳层的裂纹和剥壳,所以我们认为将涂料的SiO2含量控制在30~34%之间,如果超过这个范围,应及时调整,不能调整的应淘汰掉。涂料中粘结剂SiO2含量检测方法:取两个干净的瓷坩埚,放入980℃马弗炉中至少20 分钟后取出放置在干燥器中,冷却5 分钟后称量(精度0.1mg) 记为A。将待测的涂料用离心分离机分离,将分离出的上清液过滤后各取2ml 分别滴入两个坩埚中称重记为B。然后放入980℃马弗炉中至少30 分钟,取出坩埚放入干燥器中冷却5 分钟后称坩埚和存留物总量记为C。
计算SiO2含量= (C- A) ×100/ (B- A),
取两个算术平均值为测定结果。检测频率:两周一次/ 浆桶。
2 PH 值
涂料中PH值也影响涂料的稳定性。由于离子化倾向的影响,再有耐火粉料中的杂质和离子性高的润湿剂和消泡剂的影响,涂料胶凝化倾向的影响等,涂料的PH值会发生变化。一般认为PH值在9.2~10 之间浆料保持稳定,PH值在9.0~9.2 之间时需将PH值调高。根据工厂试验(见表一),面层PH值在8.82~9.2 之间涂料也还稳定,并且面层在干燥过程中也未出现裂纹和剥壳。我们认为涂料的PH 值控制在8.8~10 之间时,对于连续生产来说,涂料的稳定性是可以接受的,为此我们认为涂料的PH值应控制在8.8~10 之间。PH值过低时可以用氨水或KOH来调整,但两种方法都有其优缺点。氨水会随加入时间的延长而分解,且氨水还有较浓重的刺激气体,但是由于其相对较低的PH值,与KOH相比容易被浆料吸收。
PH值的检测方法:将待测涂料用离心分离机进行分离,分离后的上清液经过过滤后,分成两份倒入两个干净的烧杯中。用PH计进行测量并记录,取两个测量值的算术平均值为测定结果。
检测频率:每周一次/ 浆桶。
3 快速凝胶实验检测浆料寿命
快速凝胶是浆料的凝胶反应,测试目的是通过评估浆料中粘结剂状况简易方法来检测浆料的稳定性。表一可以看出浆料中SiO2含量在43.19%时,快速凝胶实验不合格,说明涂料已不稳定,寿命非常可疑,从而导致型壳脱蜡后有部分棵数裂纹,浇铸后漏壳率增加。这样涂料应该被淘汰掉。
检测方法及结果评定:1) 取待测涂料用离心分离机分离,过滤取上清液。2) 将上清液分别放入两个干净的玻璃瓶中,每个玻璃瓶中放入10~20ml,封紧瓶盖,在玻璃瓶的外表面将上清液的水平位置做标记。其中一瓶保持在室温状态,另一瓶放置在60±3℃的恒温炉中,在恒温炉中保持24 小时后从炉中取出,冷却到室温,观察样品的流动性与室温下的样品比较。
结果分析:A.如果样品的粘度没有变化,说明粘结剂的稳定性良好。如果样品的粘度发生明显变化,粘结剂可能已经凝胶,必须对浆料的使用过程加以监控。如果样品已经凝固或象蜂蜜一样粘稠,该浆料的寿命已非常可疑,浆料应该淘汰掉。B.检测周期:一周一次/ 浆桶。
4 耐火粉料与涂料粘度、流动性的关系
耐火粉料的粒度直接影响涂料的粘度和流动性,如果粘度和流动性不好,则涂料的涂挂覆盖性就差,涂料层厚度也不充分,对于面层则铸件的表面质量就差。但是有时粘度合适,流动性不一定好。工厂在2007.2.3 配制的面层涂料(涂料配制按工艺要求配制),粘度符合工艺要求的流速(中国流杯),但是涂挂覆盖性极差,涂料从蜡树上成股往下流,撒锆砂后也不能很好的固定住涂料,而是和锆砂一并往下掉。经过分析该批锆粉的粒度组成太小,325 目以下占99.1%,出现上述情况是由于粒度级配明显不合理造成的。所以说,涂料的粘度和流动性必须检测管理的同时,耐火粉料的粒度在进厂时也必须进行检测。这样才能保证涂料性能的稳定。检测周期:粘度:至少两次/ 班/ 浆桶。
5 结论
对于硅溶胶精密铸造来说,涂料检测和控制的目的就是保证制壳所用的涂料性能稳定合格。应该定期对涂料尤其是粘度流动性、PH值、SiO2含量、胶凝化倾向的检测,每天定时定量补加蒸馏水等,同时要对进厂原料:硅溶胶性能指标、耐火粉料粒度级配进行严格的检测验收,来达到对涂料的管理。基于各工厂产品的结构特点,我们认为,涂料中粘结剂的SiO2含量应该可以按如下控制:面层—30~34%之间;背层—30~36%之间。
PH值控制在:面层—8.8~10 之间;背层—9.2~10 之间为亦。如果控制值超出规定范围,就应该特别注意跟踪产品并记录,同时涂料应该马上调整,不能调整的淘汰掉。总之,每个工厂的工艺习惯不同,不同的工厂有不同的指标控制范围,但控制好浆料的各项参数,使浆料稳定的目的是相同的,所以进行日常检测和控制是必需的。