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消失模涂料新興鑄造工藝方法
消失模涂料新興鑄造工藝方法
近年來消失模涂料是鑄造業一種新興的鑄造工藝方法，其過程方法為：將鑄件相似尺寸的模型上涂刷一層耐火層，待烘干成形后與石英砂一起造型，最后澆筑金屬液體，過程中高溫使模型氣化，金屬液體凝固后得到所需要的鑄件[1-3]。由于精度高、成本低、易設計、工藝簡單、污染小、效率高等優點，消失模鑄造的應用越來越廣泛，受到國內外的關注。
消失模涂料是消失模鑄造中的一種關鍵因素，它是涂覆在模型表面的一直特殊涂料。消失模鑄造的技術發展和革新主要受制于消失模涂料的發展和創新，可以說，只有消失模涂料的發展才能帶來消失模鑄造的發展。本論文主要從消失模涂料的歷史、現狀和未來發展趨勢等介紹消失模涂料。
1 消失模涂料的簡介
消失模涂料一般由骨料、粘結劑、懸浮劑、載液、添加劑等原料分散混合而成[4-5]。
骨料是消失模涂料的主要成分，對涂料的強度、通氣性等方面影響很大，但也會導致鑄造過程產生氣孔、夾渣等缺陷。一般通過鑄件的金屬類型、大小、溫度、外形等綜合因素，選擇合適的骨料。常見的骨料有硅砂、剛玉、滑石、石英、石墨等，可以是單一骨料，也可以是多種骨料混合；粘結劑一般有無機和有機兩種，可以增加涂料的強度，增加附著力；懸浮劑在涂料中的作用，主要是防止涂料結塊、聚集、沉降等，增加粘度、觸變性、涂覆性等特性；載液作為涂料的分散介質，一般為水基或醇基，合理選擇載液可以提高鑄件的表面質量；對需要一些特定的性能的涂料，需要有針對性的添加一些添加劑，比如表面活性劑、消泡劑、防腐劑等等。
消失模涂料涂覆在模型上，在消失模鑄造工藝中起到支撐、轉熱、傳質、控制金屬流動性、影響表面質量等作用。主要作用如下：(1)增加模型的強度和剛度，減少形變；(2)起到保護金屬液作用，防止流入型砂中；(3)高透氣性保證消失模分解產物逸出；(4)良好的剝離性。
2 消失模涂料國內外研究狀況
2.1 國內研究現狀
上世紀八九十年代，我國對消失模鑄造的研究，從起初的模型的設計、制造、裝配等，過渡到對涂料性能的研究[6]。已經應用的涂料配方，大多價格昂貴、成本過高，涂料質量也不佳。
隨著不少針對消失模涂料的原料骨料、混合工藝、透氣性的研究，此外還有懸浮劑、粘結劑等助劑方面的研究，消失模涂料的發展已有長足進步。目前，國內生產的涂料質量還不成熟，要大規模國產化還有一些技術需要攻克。隨著，國內生產對消失模涂料的需求增加，人力和物力的大量投入，涂料的國產化相信指日可。
2.2 國外發展現狀
在國外，消失模涂料應用和研發都較早，目前已有不少專利產品[7-8]。例如，英國的Foseco MORNAL公司擁有成熟的styromol系列涂料，該系列產品體現出優良的保溫、透氣、耐火等性能。
英國Foseco MORNAL將少量冰晶石(Na3AlF6)加入涂料中，鑄造高溫下生產NaF、AlF3等，可以吸附鑄造過程中產生的碳，從而消除缺陷，提高鑄件質量。日本的消失模涂料也比較成熟，將5 %~8 %的氧化性物質等加入到以SiO2做基材的涂料中，并輔以粘結劑、懸浮劑、添加劑等原料，可以減輕鑄件的增碳缺陷。
3 消失模鑄造涂料的發展趨勢
消失模涂料是消失模鑄造工藝的關鍵，涂料的發展才能推進消失模鑄造的發展[9]。為符合鑄造環保、節能、可持續化的發展方向，消失模涂料的研發向著綠色環保、多元化等方向發展。主要的發展方向有以下幾個：
3.1 發展水基(快干)涂料
當前，醇基涂料目前應用廣泛，但醇基涂料價格昂貴，易燃易爆，對環境污染大，且不易運輸和貯存。與醇基涂料相比，水基涂料成本低廉，也沒有運輸和貯存方面的缺陷，在環保方面也具有優勢，因此發展水基涂料來替代醇基涂料是未來涂料的熱門方向，目前也取得了較大的進步[10]。
3.2 開發濕型砂涂料
目前造型與制芯都是濕型砂，其中煤粉砂是一種應用廣泛的濕型砂涂料，但煤粉砂的透氣性差，影響鑄件質量，對環境也造成影響。開發和研究一種替代方案是，消失模涂料研發的當務之急[11]。
3.3 發展功能涂料
鑄造涂料對鑄件的作用已經不言而喻，涂料需要能夠對應各種金屬鑄件工藝的需求，但是對于一些特定的鑄件，需要在涂料中加入一些特殊物質，以賦予涂料一些特殊的性能，滿足鑄造工藝的需求[12]。目前這方面的研究已經十分廣泛，例如：表面合金化涂料，在涂料中加入Td、Sn或Zn等元素，可以增加鑄件中珠光體的含量，在涂料中加入Bi、Te或Cr等一些金屬元素，可以增加鑄件的耐磨性[13]；絕緣涂料，是通過設計涂料的成分含量，從而降低導熱率，從而提高鑄造零件的凝固時間，提高質量；防滲碳滲硫涂料，是將一些氧化物加入到涂料中，提高鑄件燒結和氧化性能，比如氧化鈣可以提高燒結和脫硫的效果，實現防滲碳滲硫的功能[14
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