消失模涂料性能檢測方法概述
　　廉建麗，李增民，譚建波，李立新
　　（河北科技大學材料科學與工程學院，河北石家莊050000)
　　摘要：涂料是消失模鑄造的一個關鍵因素，其性能好壞直接影響鑄件質量。正確而有效的檢測其性能對涂料的研制和使用至關重要。本文主要概述了涂料性能的檢測方法。
　　關鍵詞：消失模鑄造；涂料；性能檢測
　　Overview of Test Method of Coating on LFC
　　LIAN Jianli，L1 Zengmin，TAN Jianbo，LI Lixin
　　(School of Material Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，
　　Shijiazhuang 050000，Hebei，China)
　　Abstract：Coating is a key factor in lost foam casting，which perfomaance directly affects the quality of castings．Correct and effective detection of coatings is very important for the development and use．This paper mainly summarizes the test methods of coating propmty．
　　Key Words：Lost foam casting；coating；property test
　　1 引言
　　消失模鑄造法被譽為“21世紀的鑄造方法”、“鑄造的綠色工程”近年來得到了快速發展。據不完全統計，我國FM(EPC)鑄件產量在2003年達到125600t，是1991年鑄件產量的55倍，1995年產量的9.5倍。而涂料作為消失模生產過程中的一個關鍵因素也受到了越來越多的關注，因為涂料性能好壞與鑄件質量有著密切的聯系，在國外更有“涂料即鑄型之說”[2]。涂料性能主要有透氣性、懸浮性、強度、粘度等，正確而有效的檢測這些性能在涂料的研制及使用過程中至關重要。
　　2 涂料性能檢測方法
　　消失模涂料的性能主要包括工藝性能和工作性能，工作性能主要有透氣性、強度、發氣性、抗裂性等；工藝性能主要有滴淌性、懸浮性、粘度、流變性、觸變性等。
　　2.l透氣性檢測方法
　　涂料的透氣性是指模樣氣化分解所產生氣體通過涂料層的難易程度。涂層透氣性的好壞直接影響氣體流動阻力的大小。透氣性過高，金屬液流動阻力小、充型速度快，容易在液流前端產生湍流，使得模樣氣化分解產物卷入金屬液而未能透過涂層排出，往鑄件中造成氣孔、夾渣等缺陷；透氣性過低，會屬液流動阻力大、充型速度慢，容易造成澆不足、冷隔等缺陷，尤其是鋁合金鑄件。因此消失模涂料往使用時要求有適當的透氣性。
　　現在涂料透氣性測定方法有很多，但尚未形成一定的標準。其測定原理基本分為三類[3]
　　(1)按透氣忡性k=VH/FpT原理測定。該方法可直接用型砂透氣性試驗儀測定。
　　式中：V一通過式樣的空氣體積；
　　H一式樣高度；
　　F一試樣面張；
　　p一氣體通過試撐麴壓力；
　　p一定量氣體通過試持的時間
　　(2)用氣體壓力表示透氣性大小。該方法是通過逐漸增加透過涂層試樣氣體的壓力，直到試樣破裂為止。壓力越人，透氣性越小。
　　(3)用涂層空隙大小表示透氣性大小。使用光學顯微鏡等測定涂層空隙大小及分布。 j
　　張海燕[4]等考慮到消失模鑄造過程中EPS和真空度對透氣性的影響，沒計了一種新的透氣性測定裝置。通過將制好的涂層試樣(圖2)放入管式電爐中，在陶瓷管左端充壓力，右端抽真空，測定不同溫度下充氣開始和結束壓力、充氣時間來算的透氣率。其測定裝置如圖1所示。
　　l微壓計2砂型透氣儀3管式電爐4熱電偶5陶瓷箭6橡膠許7真空泵8裝有涂層的陶瓷鎊9橡皮塞
　　圖1消火模涂料透氣性測試裝置
　　紀朝輝[5]、美同的C.A.Goria[6]等設計了一套由壓力氣罐、平衡記錄儀、壓力傳感器、C02氣瓶及穩壓電源等組成的透氣性測定裝置，其測試原理是用一定量的氣體通過厚度和面積一定的涂層所需時間來表示涂層透氣性的好壞，時問越短透氣性越好。其裝置如圖3所示。
　　陳琪[7]，Kocan G H[8]，楊顯榮[9]、山本康雄[10]，葉升平[11]，C.H.Tseng[12]等都是利用改進的型砂透氣性儀進行測定。其不同在于：陳琪、Kocan G H是通過將不銹鋼網浸入涂料，然后用烘箱快速烘干后，固定在樣筒上進行測量：而楊顯榮等是直接把涂料刷在型砂上進行測定；葉升平等是通過在直徑為Φ19mm的陶瓷管端制取涂料片，再與樣筒連接進行測試；C.H.Tseng在優質過濾紙上涂掛一層涂料，然后固定、密封在樣筒上進行測試。王恩澤[13]根據氣體在涂層兩側形成氣壓差來反映其透氣性。馬幼平[14]通過將GET-II智能造型材料發氣性測定儀一端放涂層試樣，一端與ZTY智能透氣性測定儀連接，測定不同溫度下的透氣性率值，再根據涂料透氣性K實=0.35K顯換算。孫萬良[15]用HST-2型消失模涂料高溫透氣性測試儀測試涂料高溫透氣性。其原理為：首先在球形聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)表面涂掛涂料，烘干后放入到l 000℃的管式爐中，待EPS燃燒消失后，讓體積和初壓一定的氣體通過涂層，利用壓力變送器和數據采集系統測試并記錄氣體壓力的變化，繪制出P—t曲線。根據公式
　　計算透氣性值。佟天夫等[16]以EPS模樣掛涂料和砂子制備試樣，測定不同溫度的循環熱氣流通過涂料層的流速大小表征涂料透氣性好壞。
　　2.2強度的檢測方法
　　涂料強度包括常溫強度、高溫強度。常溫強度能保證模樣在搬運、填砂、振動過程中不變形、不破損；高溫強度主要保證涂層在澆注過程中不破裂，從而防止塌箱、粘砂等缺陷。強度太低，涂層易破損或裂紋，產生粘砂、毛刺等缺陷；但強度過高時，鑄件清理困難。消失模涂料的強度要根據澆灃合金的種類而定。一般來說鑄鋼用消失模涂料的強度要求大于鑄鐵、鑄鋁涂料。
　　廖希亮等設計了強度定量測定裝置[17]，其原理是利用一定面積和厚度的涂料層能夠承受氣體壓力的大小來評定其強度。將涂層試樣放入管式電爐中高溫加熱又能測得其高溫強度。圖4是該裝置示煮圖。
　　張海燕[4]等認為鑄造用干砂阻礙未被沖入會屬液的涂料的移動，必然使得涂料受拉力的作用，因此提出了抗拉強度的測試方法：將制好的涂層試樣裝夾在抗拉強度測試儀上，記錄試樣被拉斷的拉力，然后根據公式δ=F/A計算涂層強度。也有人用SWY型液壓強度試驗機測試涂層的抗拉、抗拉強度，其方法是：在八字形塑料泡沫表面涂掛涂料，烘干后放在抗彎或抗拉夾具裝置上，搖動手柄至試樣斷裂，記錄拉力或壓力值算得涂層強度[3]。王忠柯、黃乃瑜等[18]利用模具制作涂料塊，根據砂型涂料涂層強度測試原理測試其抗彎強度。涂料的表面強度多采用沖砂法進行測定，其方法為：將制好的涂層試樣放存斜度為45的傾斜面上，直徑為lmm的鐵砂從lm高處4號粘度杯中自由落下。涂層顯露出玻璃片后停止，把落下的鐵砂收集并稱量，利用游標卡尺測出涂層試樣的厚度，用擦破1mm厚涂層試樣所需鐵砂質量作為涂料表面強度的定量指標。
　　2.3 其他性能檢測方法
　　2.3.1 滴淌性、抗裂性
　　滴淌性是消失模涂料的另一個重要的工藝性能。滴淌性好，涂層厚度均勻。羅翔祥[19]用滴淌量和滴淌時間來衡量涂料的滴淌性。具體做法是：將40mm×40mm×2mm的不銹鋼片浸到涂料中取出掛在支架上，下方用薄膜承接滴下的涂料。使用精密天平分別測出薄膜凈質量和薄膜上滴有涂料后的總質量，用秒表記下涂料滴淌的時間t，用薄膜前后質量差表示滴淌量m。m越小，t越小，則涂料的滴淌性越低。
　　消失模涂料的抗裂性在使用過程中也非常重要。涂料的抗裂性好，尤其是高溫抗裂性能保證涂層在澆注過程中不開裂，防止粘砂等缺陷。李大明[20]利用快速高溫燒結爐測試涂料的抗裂性，操作方法為：將1.5 mm厚左右的圖層試樣置入加熱到1200℃的爐中加熱2min，然后打開爐門，快速觀察高溫下涂層試樣是否產生裂紋和裂紋的大小。
　　2．3．2綜合性能檢測方法
　　陳翔[21]設計了一款多功能消失摸鑄造涂料性能測試儀。利用該儀器可連續測定涂料的透氣性、強度等性能，既避免了單個性能測試的繁瑣，有利于涂料的綜合評價和分析。其工作原理是：通過3個電磁閥控制整個氣路中氣體的流向，通過壓力變送器采集壓力變化，再將采集信號送入PC機進行檢測與控制，其裝置工作原理圖如圖5所示。
　　3結束語
　　消失模涂利是制約消失模鑄造技術和我國發展的瓶頸之一，其檢測方法多種多樣，沒有形成統一的標準，無法客觀的評定不同檢測方法的好與壞。因此制定統一的檢測方法、評定標準對于消失模涂料而言是勢在必行的。
　　參考文獻
　　【l】梁光澤．走中國特色消失模之路一中國實型(消失模)鑄造的今天和明天．山東：第八屆實型(消失模)鑄造年會論文集，2008
　　【2】Tom Bex．Coating Chemistry Key to EPC consistency[J]．Mode Casting，1989，79(10)：34—35
　　【3】鄧宏運等．消失模鑄造及實型鑄造技術手冊。北京：機械工業出版社，201l
　　【4】張海燕，劉向東．消失模鑄造用涂料透氣性及強度性能測試方法的研究【J】．中國鑄造裝備與技術，2005，(5)：16—17
　　【5】紀朝輝，張成軍，宋強，吳維岡．涂料透氣性測量裝置的研制．中國鑄機，1992(6)：11一13
　　【6】C.A.Goriaetal．Coating Permeabilitiy：Pattem Paremeter of the Evaporative patern Process．AFS Trans．，1986，194：589—600
　　【7】陳琪．消火模涂料透氣性測定及性能研究．2013中國鑄造活動周論文集
　　【8】Kocan G H．AFS Trans．，1996，104：565—569
　　【9】楊顯榮等．鑄物，1990，62(4)：253-258
　　【10】山本康雄等．涂料及EPS模樣變形對負壓消失模鑄造的影響．鑄物，1987，59(12)：729-733
　　【ll】葉升平等．實型壓鑄鑄鋼件涂料透氣性測試的研究．華中理工大學學報1992，12增刊：5-8
　　【12】C．H．Tseng，D．R．Askeland．A Study of Selected Process Parameter for theEvaporative Pattern Casting Pmcess AFS Transactions，199l，99：455—464