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V法鑄造工藝用干粉涂料 

　　V法鑄造由于其不使用黏結劑，落砂簡便，造型材料的耗量低，造型簡單效率高，對環境較友好等優點，得到了不錯的發展。

　　由于V法工藝的特殊性，V法涂料不僅需要滿足傳統砂型涂料的一些基本性能，如較好的懸浮穩定性、較優的涂層質量、較高的耐火度、以及高溫下對金屬液的低潤濕度和反應性，還需要具備一些區別于砂型涂料的特殊性能。

1. 涂料的種類

　　現有的V法干粉涂料種類如表1所示，涂料現場使用效果如圖1所示。

　　表1  V法干粉涂料種類表

2. 涂料的作用

2.1 防止粘砂

　　鑄型在真空的作用下缺乏防止粘砂的氣氛，且型砂的潤濕角小，砂粒間呈點接觸，加之抽真空，幾乎不存在鑄型背壓，很容易產生粘砂。因此，涂料便成為了防止粘砂最有效的方法，避免了金屬液與砂子接觸。

選用高耐火度的骨料，提高涂料的干強度和耐磨性，減少裂紋并確保涂層的完整性，有助于防止鑄件粘砂，提高鑄件表面質量。

2.2 保持鑄型與型腔之間的壓差

　　薄膜燒失后，由于鑄型和型腔中具有同等的壓力而容易發生變形或者塌箱的情況。因此，V法涂料需要起到保持鑄型與型腔之間壓差的作用。

增加涂層的厚度和致密度，有助于確保砂箱的密封性，提高鑄型的穩定性，避免塌箱。

2.3 防止沖砂

　　澆筑過程中，砂子易被金屬液沖入型內，表現為砂眼或多肉現象。

提高涂料的高溫附著性能，并確保涂料能充分烘干，有助于防止沖砂現象的產生。

2.4 幫助氣體的排出

　　生產過程中，砂芯、型腔、金屬液、薄膜、涂料都會產生氣體。適當的提高涂料透氣性有利于氣體透過涂料排出型腔。減少憋氣、氣孔等缺陷的產生。

增加涂料的流平性，降低涂層表面的堆積，并通過耐火骨料的合理配級，有利于提高涂層的透氣性，降低鑄件氣孔的風險。

3. 涂料的性能特點

　　V法干粉涂料與普通砂型涂料相比需具備以下特殊性能：1）使用便捷易存放。2）快速干燥。3）與塑料薄膜有良好的附著性能。4）較低的發氣量。

3.1 便捷性

　　使用過程中，只需在干粉涂料中加入適量的載液，快速攪拌5~10min后，涂料即可成型并確保狀態穩定。便捷的使用性能，降低了客戶的操作難度，更確保了現場生產的高效穩定。

其次，干粉涂料整體不含任何的溶劑，便于出口及運輸，相對低廉的運輸價格也降低了客戶的生產成本。

此外，干粉涂料性狀穩定，保質期達1年之久，便于客戶的庫存周轉。

3.2 快干性

　　V法涂料由于直接用于EVA（乙烯-乙酸乙烯共聚物）塑料薄膜，不能采用高溫烘干，所以涂料能否在常溫或低溫環境下快速干燥就成為了影響生產效率的重要因素。

表2  鑄鐵穿襠線造型周期時間分布表

　　表2為國內典型的鑄鐵件穿檔線造型周期時間分布，可以看出涂料的噴涂和烘干時間占據總時間的30%（上型）和47%（ 下型），嚴重制約了造型效率。

　　3.2.1  毛刷劃痕法

　　采用毛刷劃痕法對V法涂料進行快干性測試。測試方法為：將鼓風干燥箱內升溫至50℃左右，使其保持在50℃±2℃，敞開箱門，形成半封閉式的烘干環境；將薄膜固定于平板上并涂覆涂料，涂層厚度保持在0.5mm，將平板放入烘箱內并用秒表計時；經過4min后每隔1min從烘箱內取出平板，并用毛刷劃痕法評定涂層的干燥性。

　　涂層在0.5mm厚度的情況下，50℃烘干4分鐘，涂層表面劃痕量少但較明顯，當烘干時間達到5分鐘后，劃痕不明顯，涂料整體基本干燥。

　　也就是說，常規低溫烘干狀態下，涂料能保證在5min以內基本自干，涂層整體光滑、平整，且不會因為收縮速度的不一致而產生開裂和剝落的情況，達到了較理想的自干速度。

　　3.2.2  溶劑揮發速率測試

　　現有技術中，尚沒有針對V法涂料干燥速度的量化方法。因此，我們發明了一種檢測V法涂料中溶劑揮發速率的方法，并申報專利，為V法涂料干燥速度的快慢，提供了判定方法。

測試方法為：將鼓風干燥箱升溫至50℃，并采用水銀溫度計校正溫度，使其保持在50℃±1℃。將EVA薄膜固定于平面玻璃板上，將帶有薄膜的玻璃板放入50℃的干燥箱內，烘干后將玻璃板放入干燥皿內冷卻至室溫并稱重，反復操作直至玻璃板衡重。將V法涂料稀釋至75波美度并涂覆于衡重薄膜上，涂層厚度控制在0.3~0.4mm，涂覆完后測定此時玻璃板的質量M，將玻璃板放入50℃干燥箱內并用秒表計時，經過5min后取出玻璃板測定質量M1，之后繼續將玻璃板放入干燥箱，每半小時取出玻璃板測定質量，直至質量衡重后記錄為M2，計算涂料中溶劑的揮發率。涂料中溶劑揮發率的計算公式為：

溶劑揮發率（%）=（M-M1）/（M-M2）                                   （1）

式中：  M—涂覆完涂料后玻璃板的質量（g）；

        M1—涂覆完涂料后的玻璃板50℃烘5min后的質量（g）；

        M2—涂覆完涂料后的玻璃板50℃烘至衡重的質量（g）。

我們將合金鋼用V法涂料以及合金鋼醇基砂型涂料進行溶劑揮發速率的對比測試，測試結果如表3所示。

表3  溶劑揮發率測定結果表

　　由此可見，V法涂料較傳統砂型涂料而言，溶劑的揮發率更大，通過數據量化對比，也證明了V法涂料在快速干燥方面的優異性能。

3.3 附著性能

　　V法鑄造涂料必須與EVA塑料薄膜有良好的附著性能，同時所添加的材料不能與薄膜起反應，以避免塑料薄膜溶化。

　　為了與薄膜形成良好的強度，可以通過兩種方法來解決，一種是在涂料中添加一些與塑料薄膜有粘性的，如聚乙烯或聚醋酸類高分子化合物，但此類化合物自身粘度較大，容易破壞涂料的整體狀態，添加需適量；另一種方法是增加涂料中粘結劑的加入量，但這會導致涂料在高溫下釋放出更多的氣體，因此在保證強度的同時，也要嚴格控制好涂料的發氣量，盡可能避免鑄件氣孔的出現，達到附著性和發氣性的平衡點。

通過劃格法來判定涂料的附著性，測定方法為：先按快干性試驗方法將涂料涂覆于平板上并烘干，在干燥后的帶有平板及EVA薄膜的涂層上，使用切割刀與涂層表面呈45°左右劃定格數，劃痕的深度要貫穿涂層，規格為20cm*20cm的矩形，其中每個劃格的大小為2cm*2cm的矩形，以剝落的格數來判定涂料的附著性。

通過劃格法的測試可知，兩種粘結體系涂料的附著性能差異不大。涂料整體無一格脫落，僅在劃線邊緣和網格交叉部位有少許剝落，且剝落的面積小于5%的劃格面積，證明兩種粘結體系與薄膜之間的附著性能均較為理想。

3.4 
低發氣量

　　涂料中的黏結劑容易造成涂料在高溫下釋放出大量的氣體，增加了鑄件氣孔的可能。因此，在涂料粘結體系的選擇上，我們不僅需要關注涂料與薄膜之間的附著性能，同時也要嚴格控制好涂料的發氣量。

根據標準JB/T9226-2008采用FQX-2000型高智能發氣性測試儀對兩種粘結體系的發氣量進行了測定，測試結果如圖3所示。

　　從測定結果不難看出，在附著性能近似的情況下，聚乙烯類黏結劑的發氣量要大得多，瞬時的發起速率也遠大于酚醛樹脂+松香，容易引起鑄件氣孔的出現。

因此，選用酚醛樹脂復配松香的粘結體系，能確保涂層與薄膜間形成良好的附著性能，并且不會過分增大涂料的整體發氣量，有助于避免鑄件氣孔的產生。

4. 涂料的應用

4.1 高錳鋼件上的應用

　　重慶某鑄造廠，使用V法鑄造工藝生產高錳鋼耐磨件，產品主要以軋臼壁及各規格的鄂板件為主。

由于路途較遠，出于降低運輸成本的考慮，選用干粉涂料進行生產。生產過程中，涂料采用刷涂的涂覆工藝，波美度控制在70左右。鄂板件由于尺寸較小，壁厚較薄，涂刷一遍涂料，涂層厚度控制在0.4mm左右，涂刷完成后在60°的熱風環境下吹干，4min后涂料基本干燥，手摸涂層不掉粉。軋臼壁尺寸和壁厚相對較大，涂料第一遍涂刷完成后，從干燥處開始補刷第二遍，施涂過程中涂層均一，涂料附著力較好，不流淌，涂層厚度控制在0.7mm左右，在60°熱風下吹6min后基本干燥，涂料附著牢固。

開箱后，涂層能自行剝落，鑄件表面光潔，無明顯的粘砂和氣孔問題，說明涂料的耐火度達到了要求，鑄件表面質量如圖4所示。

4.2 鑄鐵件上的應用

　　國外某客戶，使用V法鑄造工藝生產工程機械配件，產品包含了灰鐵件和球鐵件。

　　出于產品出口的考慮，選用了干粉涂料進行生產。生產過程中，涂料采用噴涂的涂覆工藝，噴涂過程中，噴槍需與薄膜間保持一定的距離，噴槍移動時，保持緩慢而勻速，以免涂層厚度不均。涂料噴涂時，波美度控制在60左右，整體噴涂一遍，涂層厚度控制在0.4mm左右。

開箱后，大部分的涂料層基本已自行剝落，鑄件表面光潔，工人清砂的難度低，鑄件表面質量如圖5所示。

5. 結論

　　對于V法鑄造工藝而言，涂料的使用是至關重要的環節。而好的V法鑄造工藝用干粉涂料需具備以下性能特點：

1) 涂料使用便攜、運輸方便、存放性能良好。

2) 涂料具有較快的干燥速度，常規低溫烘干狀態下，能在5min以內基本自干，且溶劑的揮發速率遠大于傳統砂型涂料。

3) 涂料與薄膜有較好的附著性能，且能很好的控制發氣量。