一、概述
　　中國一拖集團有限公司自主研發的某大功率輪式拖拉機，其后傳動箱殼體不僅體積大而且結構十分復雜（見圖1），外形尺寸1050mm×925mm×750mm，鑄件實體體積約0.085m3，理論重量約615kg。

　　這個殼體件在此次試制中，采用了消失模鑄造技術，用此技術生產體積和重量如此大且結構又復雜的薄壁殼體件，目前已有的期刊、雜志中報道的較少。通過多次試生產，發現澆注后的鑄件存在以下3方面的問題：一是鑄件變形，造成鑄件尺寸精度難以保證；二是鑄件內腔局部易形成鐵包砂，增加清理難度；三是鑄件表面有炭黑缺陷生成，造成鑄件加工過程中報廢。
　　引起上述鑄件缺陷的因素很多，但涂料在整個消失模鑄造過程中起著至關重要的作用，如果涂料本身配制不當，涂料性能差，不僅不能有效解決問題，反而會引起缺陷的產生。
　　（1）涂料的涂掛性差此次生產試驗用涂料為水基涂料，而后傳動箱殼體的白模是由聚苯乙烯泡沫塑料制成，不易被水基涂料潤濕、滲透，如果涂料的浸潤性不好、涂掛性差，涂料在白模表面掛不住或附著不好，一方面會造成模樣多次涂掛，而在多次涂掛、烘干過程中，使白模變形的傾向增大；另一方面會造成涂層厚度不均，甚至涂層不連續，白模局部暴露在外而引起粘砂缺陷。由于后傳動箱殼體白模（見圖2）外形尺寸大，浸涂時產生的浮力會造成模樣的折斷，所以白模的施涂采用噴涂和淋涂相結合的施涂工藝，這就對涂料的涂掛性提出了更高的要求。
　　（2）涂料的強度低后傳動箱殼體白模體積大、壁薄、密度小，整個白模不具備固有的剛度。涂料的常溫附著強度不高，容易造成模樣在烘干、搬運過程中涂層剝落和損壞，無法保證模樣在填砂和緊實過程中具有足夠的抗變形能力，造成變形；涂料的高溫強度不高，在高溫狀態下，無法防止金屬液澆注時和成形過程中對涂層的破壞，造成塌箱、粘砂等缺陷，從而無法保證鑄件尺寸精度和表面質量；涂料的殘留強度不良，會造成澆注后涂層從鑄件表面清理不易。
　　（3）涂料的透氣性差由于試制件的材質為HT250，生產試驗中，澆注溫度控制在1380～1430℃，而白模的材料為聚苯乙烯泡沫塑料，此種材料在1350～1550℃溫度區間，就開始急劇裂解，燃燒汽化，低分子聚合物迅速裂解，析出大量的氫和游離碳。如果涂料的透氣性差，大量的熱解產物無法通過涂層順利導出，就會造成鑄件產生氣孔；如果涂層無法吸附聚苯乙烯泡沫塑料燃燒時產生的殘余物，則鑄件容易產生殘碳夾雜缺陷。
　　針對技術背景中由于涂料原因而造成的鑄造缺陷，著重從涂料配方的研制入手，同時探究涂料的混制工藝。
　　二、涂料配方的研制
　　1.組成和選材
　　（1）耐火粉料消失模涂料對耐火粉料的選用有三個重要的要求：一是耐火粉料的粒度要偏粗，但過粗，涂料的抗粘砂性會受到影響，兼顧防粘砂和高透氣性，選擇粒度為0.08～0.071mm（180/200目）；二是耐火粉料的粒形越圓整越好，圓形的粉料具有良好的透氣性；三是耐火粉料對泡沫塑料模樣裂解產物要具有吸附能力。為了提高涂料的綜合性能，耐火粉料選擇了高鋁釩土熟料粉（粒度0.08mm）和云母粉（粒度0.071mm）。高鋁礬土粉為多孔結構，粒形圓整，能提高涂料的透氣性和對泡沫塑料裂解產物的吸附能力；云母粉從結構上看屬層狀結構硅酸鹽，具有耐熱、抗磨、絕緣性能，有良好的彈性和撓曲性，在涂料中加入一定比例的云母粉能提高涂層的覆蓋性、高溫透氣性、燒結性。
　　（2）粘結劑消失模涂料粘結劑是涂料的重要組成部分，它不僅賦于涂料強度和涂掛性，還影響涂料的透氣性、懸浮性。通常情況，將無機粘結劑和有機粘結劑組合使用，不僅保證涂層常溫和高溫強度，而且有效提高涂層透氣性。由于傳動箱殼體和變速器殼體的體積大、壁薄，為了保證涂層的剛度、強度以及涂層透氣性，選用了白乳膠、α淀粉和具有潤濕作用粘結劑RSF粉三種粘結劑按一定比例混合使用。尤其是RSF粉的選用，有效地提高了涂層的剛度、強度及涂層透氣性。
　　（3）載液其主要作用是使耐火粉料分散在其中，在消失模鑄造中，考慮到環保、施涂、烘干、發氣量及成本等多方面的要求，采用水作為載液，易使涂料獲得良好的懸浮性、涂刷性、不流淌性。
　　（4）懸浮劑涂料的懸浮性直接影響到涂料的涂掛能力和涂層質量，同時也會影響到涂料的操作性能，由于耐火粉料的粒度偏粗，涂料黏度大，在配制涂料時，選用鋰膨潤土和凹凸棒土作為懸浮劑。鋰膨潤土和凹凸棒土在水中能形成立體網狀結構，兩者配合使用，對提高涂料的懸浮性，以及改善涂料的流變性和工藝性能有顯著效果。
　　（5）輔助添加劑主要有以下3種。
　　①消泡劑。用于消除涂料在生產過程中，隨著攪拌而形成的氣泡。
　　②表面活性劑。在涂料中加入少量的表面活性劑，主要目的是提高涂料對模樣的附著力，便于施涂。
　　③防腐劑。為了便于涂料存放和長期使用，涂料中加入一定量的防腐劑，能有效預防涂料在氣溫較高的季節發生霉變、變質而喪失黏性。
　　2.消失模鑄造涂料配方制定通過反復試驗，不斷調整涂料中各組分的加入量，最終研制出了涂料的配方（見表1）。根據該配方，將配制的涂料進行了生產澆注試驗。

　　三、涂料性能研究
　　1.涂料性能的測試方法
　　（1）涂料密度的測試采用100mL量筒稱量法測定涂料的密度。
　　（2）涂料懸浮穩定性的測試采用100mL量筒測定6h沉積率的方法。
　　（3）涂料濃度的測試采用波美度計（生產現場用）。
　　（4）涂層厚度的測試將制好的泡沫塑料樣塊100mm×100mm×12mm（最好從報廢的白模上取），浸入混制好的涂料中10s，取出后放入50℃的電干燥箱中，經過3h烘干，取出試塊，測量涂層厚度。
　　（5）涂層高溫透氣性和高溫強度測試采用華中科技大學研發的多功能性能測試儀。2.消失模涂料的性能根據上述涂料配方，對試驗涂料性能進行測試，結果見表2。

　　四、涂料的制備工藝
　　多次試驗發現，涂料性能的好壞不僅與涂料配方有關，還與涂料的配制工藝有關，同一配方、不同配制工藝，對涂料的性能影響很大。要獲得工藝性能良好的涂料，制備工藝應保證觸變劑、粘結劑和溶劑充分分散，并與耐火粉料發生強烈吸附作用，使涂料各組分充分融合，使涂料具有良好的觸變性和涂掛性。
　　1.涂料制備設備
　　高速分散攪拌機、碾輪式混砂機。
　　2.制備方法
　　（1）濕粉涂料的配制將稱量后的耐火粉料，倒入碾輪式混砂機中，混制5～10min后，再將粘結劑、懸浮劑和輔助添加劑順次倒入混碾機中，混制30～40min后，出碾裝袋待用。
　　（2）漿狀涂料的配制稱取定量的濕粉涂料，按照粉水比為1：0.6～0.7的比例，稱取定量的水倒入涂料攪拌桶，將涂料桶放在高速分散攪拌機下，開啟高速分散攪拌機，然后再加入稱量好的濕粉涂料，先高速（800～900r/min）攪拌40min左右，再低速(＜600r/min)攪拌2h，攪拌均勻后的涂料，放置24h，使其充分熟化，使用時可根據波美度要求再進行水分的調整。
　　五、澆注試驗
　　根據表1的涂料配方，按照涂料制備工藝，將配制好的漿狀涂料倒入自主研制的施涂裝置中，對白模進行施涂、烘干、造型、澆注，試驗情況見圖3、圖4、圖5。

　　六、結語
　　（1）在耐火粉料中加入適量的云母粉，涂料的涂掛性、懸浮性得到改善，模樣在施涂時，一次就可以獲得較厚的涂層，減少了模樣的涂掛次數，簡化了生產工藝；加入適量云母粉，在得到同樣涂層厚度的情況下，模樣涂掛涂料后的整體重量減輕，可有效保證模樣的剛度和強度；加入適量云母粉降低了鋁礬土粉涂料的燒結溫度，澆注后涂層易成片從鑄件上剝落，鑄件表面光潔。
　　（2）在涂料配方中，加入有潤濕作用的粘結劑RSF粉，涂料對泡沫模樣的附著力明顯增強，涂層的強度得到提高，對保證模樣的剛度和強度很重要。
　　（3）鋰膨潤土和凹凸棒土配合使用，按照針對消失模涂料制訂的混制工藝，經驗證，涂料的懸浮性、觸變性及涂掛性等工藝性能顯著提高，對模樣施涂時，涂層厚度均勻，避免了由白模暴露在外而引起粘砂缺陷。
　　作者簡介：陳莉、包晟，第一拖拉機股份有限公司工藝材料研究所。