消失模涂料性能检测方法概述
　　廉建丽，李增民，谭建波，李立新
　　（河北科技大学材料科学与工程学院，河北石家庄050000)
　　摘要：涂料是消失模铸造的一个关键因素，其性能好坏直接影响铸件质量。正确而有效的检测其性能对涂料的研制和使用至关重要。本文主要概述了涂料性能的检测方法。
　　关键词：消失模铸造；涂料；性能检测
　　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
　　消失模铸造法被誉为“21世纪的铸造方法”、“铸造的绿色工程”近年来得到了快速发展。据不完全统计，我国FM(EPC)铸件产量在2003年达到125600t，是1991年铸件产量的55倍，1995年产量的9.5倍。而涂料作为消失模生产过程中的一个关键因素也受到了越来越多的关注，因为涂料性能好坏与铸件质量有着密切的联系，在国外更有“涂料即铸型之说”[2]。涂料性能主要有透气性、悬浮性、强度、粘度等，正确而有效的检测这些性能在涂料的研制及使用过程中至关重要。
　　2 涂料性能检测方法
　　消失模涂料的性能主要包括工艺性能和工作性能，工作性能主要有透气性、强度、发气性、抗裂性等；工艺性能主要有滴淌性、悬浮性、粘度、流变性、触变性等。
　　2.l透气性检测方法
　　涂料的透气性是指模样气化分解所产生气体通过涂料层的难易程度。涂层透气性的好坏直接影响气体流动阻力的大小。透气性过高，金属液流动阻力小、充型速度快，容易在液流前端产生湍流，使得模样气化分解产物卷入金属液而未能透过涂层排出，往铸件中造成气孔、夹渣等缺陷；透气性过低，会属液流动阻力大、充型速度慢，容易造成浇不足、冷隔等缺陷，尤其是铝合金铸件。因此消失模涂料往使用时要求有适当的透气性。
　　现在涂料透气性测定方法有很多，但尚未形成一定的标准。其测定原理基本分为三类[3]
　　(1)按透气忡性k=VH/FpT原理测定。该方法可直接用型砂透气性试验仪测定。
　　式中：V一通过式样的空气体积；
　　H一式样高度；
　　F一试样面张；
　　p一气体通过试撑麴压力；
　　p一定量气体通过试持的时间
　　(2)用气体压力表示透气性大小。该方法是通过逐渐增加透过涂层试样气体的压力，直到试样破裂为止。压力越人，透气性越小。
　　(3)用涂层空隙大小表示透气性大小。使用光学显微镜等测定涂层空隙大小及分布。 j
　　张海燕[4]等考虑到消失模铸造过程中EPS和真空度对透气性的影响，没计了一种新的透气性测定装置。通过将制好的涂层试样(图2)放入管式电炉中，在陶瓷管左端充压力，右端抽真空，测定不同温度下充气开始和结束压力、充气时间来算的透气率。其测定装置如图1所示。
　　l微压计2砂型透气仪3管式电炉4热电偶5陶瓷箭6橡胶许7真空泵8装有涂层的陶瓷镑9橡皮塞
　　图1消火模涂料透气性测试装置
　　纪朝辉[5]、美同的C.A.Goria[6]等设计了一套由压力气罐、平衡记录仪、压力传感器、C02气瓶及稳压电源等组成的透气性测定装置，其测试原理是用一定量的气体通过厚度和面积一定的涂层所需时间来表示涂层透气性的好坏，时问越短透气性越好。其装置如图3所示。
　　陈琪[7]，Kocan G H[8]，杨显荣[9]、山本康雄[10]，叶升平[11]，C.H.Tseng[12]等都是利用改进的型砂透气性仪进行测定。其不同在于：陈琪、Kocan G H是通过将不锈钢网浸入涂料，然后用烘箱快速烘干后，固定在样筒上进行测量：而杨显荣等是直接把涂料刷在型砂上进行测定；叶升平等是通过在直径为Φ19mm的陶瓷管端制取涂料片，再与样筒连接进行测试；C.H.Tseng在优质过滤纸上涂挂一层涂料，然后固定、密封在样筒上进行测试。王恩泽[13]根据气体在涂层两侧形成气压差来反映其透气性。马幼平[14]通过将GET-II智能造型材料发气性测定仪一端放涂层试样，一端与ZTY智能透气性测定仪连接，测定不同温度下的透气性率值，再根据涂料透气性K实=0.35K显换算。孙万良[15]用HST-2型消失模涂料高温透气性测试仪测试涂料高温透气性。其原理为：首先在球形聚苯乙烯泡沫塑料(EPS)表面涂挂涂料，烘干后放入到l 000℃的管式炉中，待EPS燃烧消失后，让体积和初压一定的气体通过涂层，利用压力变送器和数据采集系统测试并记录气体压力的变化，绘制出P—t曲线。根据公式
　　计算透气性值。佟天夫等[16]以EPS模样挂涂料和砂子制备试样，测定不同温度的循环热气流通过涂料层的流速大小表征涂料透气性好坏。
　　2.2强度的检测方法
　　涂料强度包括常温强度、高温强度。常温强度能保证模样在搬运、填砂、振动过程中不变形、不破损；高温强度主要保证涂层在浇注过程中不破裂，从而防止塌箱、粘砂等缺陷。强度太低，涂层易破损或裂纹，产生粘砂、毛刺等缺陷；但强度过高时，铸件清理困难。消失模涂料的强度要根据浇沣合金的种类而定。一般来说铸钢用消失模涂料的强度要求大于铸铁、铸铝涂料。
　　廖希亮等设计了强度定量测定装置[17]，其原理是利用一定面积和厚度的涂料层能够承受气体压力的大小来评定其强度。将涂层试样放入管式电炉中高温加热又能测得其高温强度。图4是该装置示煮图。
　　张海燕[4]等认为铸造用干砂阻碍未被冲入会属液的涂料的移动，必然使得涂料受拉力的作用，因此提出了抗拉强度的测试方法：将制好的涂层试样装夹在抗拉强度测试仪上，记录试样被拉断的拉力，然后根据公式δ=F/A计算涂层强度。也有人用SWY型液压强度试验机测试涂层的抗拉、抗拉强度，其方法是：在八字形塑料泡沫表面涂挂涂料，烘干后放在抗弯或抗拉夹具装置上，摇动手柄至试样断裂，记录拉力或压力值算得涂层强度[3]。王忠柯、黄乃瑜等[18]利用模具制作涂料块，根据砂型涂料涂层强度测试原理测试其抗弯强度。涂料的表面强度多采用冲砂法进行测定，其方法为：将制好的涂层试样放存斜度为45的倾斜面上，直径为lmm的铁砂从lm高处4号粘度杯中自由落下。涂层显露出玻璃片后停止，把落下的铁砂收集并称量，利用游标卡尺测出涂层试样的厚度，用擦破1mm厚涂层试样所需铁砂质量作为涂料表面强度的定量指标。
　　2.3 其他性能检测方法
　　2.3.1 滴淌性、抗裂性
　　滴淌性是消失模涂料的另一个重要的工艺性能。滴淌性好，涂层厚度均匀。罗翔祥[19]用滴淌量和滴淌时间来衡量涂料的滴淌性。具体做法是：将40mm×40mm×2mm的不锈钢片浸到涂料中取出挂在支架上，下方用薄膜承接滴下的涂料。使用精密天平分别测出薄膜净质量和薄膜上滴有涂料后的总质量，用秒表记下涂料滴淌的时间t，用薄膜前后质量差表示滴淌量m。m越小，t越小，则涂料的滴淌性越低。
　　消失模涂料的抗裂性在使用过程中也非常重要。涂料的抗裂性好，尤其是高温抗裂性能保证涂层在浇注过程中不开裂，防止粘砂等缺陷。李大明[20]利用快速高温烧结炉测试涂料的抗裂性，操作方法为：将1.5 mm厚左右的图层试样置入加热到1200℃的炉中加热2min，然后打开炉门，快速观察高温下涂层试样是否产生裂纹和裂纹的大小。
　　2．3．2综合性能检测方法
　　陈翔[21]设计了一款多功能消失摸铸造涂料性能测试仪。利用该仪器可连续测定涂料的透气性、强度等性能，既避免了单个性能测试的繁琐，有利于涂料的综合评价和分析。其工作原理是：通过3个电磁阀控制整个气路中气体的流向，通过压力变送器采集压力变化，再将采集信号送入PC机进行检测与控制，其装置工作原理图如图5所示。
　　3结束语
　　消失模涂利是制约消失模铸造技术和我国发展的瓶颈之一，其检测方法多种多样，没有形成统一的标准，无法客观的评定不同检测方法的好与坏。因此制定统一的检测方法、评定标准对于消失模涂料而言是势在必行的。
　　参考文献
　　【l】梁光泽．走中国特色消失模之路一中国实型(消失模)铸造的今天和明天．山东：第八届实型(消失模)铸造年会论文集，2008
　　【2】Tom Bex．Coating Chemistry Key to EPC consistency[J]．Mode Casting，1989，79(10)：34—35
　　【3】邓宏运等．消失模铸造及实型铸造技术手册。北京：机械工业出版社，201l
　　【4】张海燕，刘向东．消失模铸造用涂料透气性及强度性能测试方法的研究【J】．中国铸造装备与技术，2005，(5)：16—17
　　【5】纪朝辉，张成军，宋强，吴维冈．涂料透气性测量装置的研制．中国铸机，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】陈琪．消火模涂料透气性测定及性能研究．2013中国铸造活动周论文集
　　【8】Kocan G H．AFS Trans．，1996，104：565—569
　　【9】杨显荣等．铸物，1990，62(4)：253-258
　　【10】山本康雄等．涂料及EPS模样变形对负压消失模铸造的影响．铸物，1987，59(12)：729-733
　　【ll】叶升平等．实型压铸铸钢件涂料透气性测试的研究．华中理工大学学报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