涂料的渗透


涂料的渗透是指涂料在涂覆于铸型或砂芯表面后,涂料本身的载液携带着骨料和溶解的物质穿过砂粒间的空隙向内部迁移的现象。向内部迁移的深度越大,则渗透性越强。

如果将涂覆了涂料但尚未干燥或点燃的砂芯掰断,会观察到涂料的骨料在一定的厚度上(一般为0.5毫米至数毫米)分布于砂粒的间隙内,细心的读者还会发现液体向内部的渗透的距离要大于骨料。因此提到涂料的渗透时,一般要涵盖两个方面:骨料的渗透和液体的渗透。

渗透1

渗透2

涂料渗透的机理:

涂料的渗透与物理学意义上的渗透并不完全一致。涂料的渗透是液体携带着骨料和其它物质向砂粒间隙内迁移,本质上是表面张力引起的毛细现象。

涂料的渗透性对涂料性能和浇铸结果的影响:

  1. 适当的渗透有利于改善铸件表面质量。涂料的骨料是经过精心挑选和设计的,在耐火度和抗粘砂性能以及改善涂料表面质量等方面都优于原砂,因此,适当的渗透性有利于涂料发挥作用。一般情况下适当的渗透深度为0.5至3毫米。有研究采用超细粉料(大于400目)的涂料以显著增加渗透深度,可以明显改善表面质量。曾有某韩国铸造厂生产大型铸钢件,涂料渗透深度甚至达到10毫米以上。
  2. 渗透到间隙内的骨料可以起到锚链的作用,增强涂料对砂型的附着力,有利于防止涂料从砂型表面剥落,提高涂层耐金属液的冲蚀能力和砂型的抗黏砂能力。
  3. 渗透会降低涂层强度:这主要是涂料中液体的渗透带来的。涂料中的粘结剂等高分子物质溶解于载液中,液体向砂芯内部的迁移时,粘结剂也会随着液体迁移。但是,液体向砂芯内部渗透的深度往往大于骨料,亦即一部分液体会脱离骨料颗粒。这样留在涂料骨料表面的粘结剂就会减少,造成涂层强度变弱。
  4. 渗透性会降低涂层的透气性,增大产生气孔的可能性。
  5. 渗透会降低砂型/砂芯的强度:这也是涂料中液体的渗透带来的。涂料中的载液,无论是水还是醇,都会对砂型粘结剂(树脂)产生一定的溶解作用,从而降低砂粒间的粘结强度。这种强度的降低只是作用于液体渗透到的深度,使铸型表层若干毫米内的基体强度降低。对于薄壁和细小的砂芯,则可能因为强度降低而断裂。

有文献研究了不同溶剂(水、甲醇、乙醇和异丙醇)对砂粒间粘结强度的影响,其结论为:

笔者在另一篇文章中对比了涂料对不同粘接剂砂芯(呋喃树脂砂、冷芯盒)在短时间和长时间(终强度)的影响,并回答了下面这个问题:

冷芯盒和树脂砂型/芯起模后,等待多长时间上涂料最好?

因此,涂料的渗透对于涂料的使用性能有多重影响,需要在各种因素直接作出平衡选择。一般情况下,水基发动机涂料的渗透深度控制在0.5-2毫米。

影响渗透性的因素

铸型条件:

涂料的粘度:涂料黏度对渗透深度有明显的影响,涂料黏度越小,越容易渗入砂型表面,渗透效果越好。

涂料骨料粒度:骨料越细,则渗透深度越多。细骨料还可以增强剪切稀释作用,在相同剪切力作用下,涂料更稀,渗透更多。

涂料骨料粒度分布:骨料粒度分布对涂层厚度和渗透深度有明显的影响,而涂层厚度和渗透深度相互关联又相互影响 :涂层越厚,渗透深度就越浅 ;涂层越薄,渗透深度就越深。为了使涂料既有一定的渗透深度,又有一定的涂层厚度,选用粗细搭配的混合粒度耐火骨料,获得最佳效果。

表面张力的作用:表面张力是影响涂料渗透性的重要因素,加入表面活性剂,可降低液面的表面张力,促进涂料向砂型中的渗透。

本版块内容目录:

  1. 涂料的常温理化性能:密度,波美度,含固量、酸碱度
  2. 流变性能:
  3. 悬浮性
  4. 存放稳定性(防腐和防冻)
  5. 施涂性能:刷涂、流涂、浸涂与喷涂
  6. 渗透性
  7. 烘干性能、点燃性能及涂层质量

考考你:

阅读完本版块的主要章节后,您就可以知道:

从流变学角度看,铸造涂料属于什么类型的流体?

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