AL-MG合金壓鑄模具高性能防護(hù)涂料介紹
【要點(diǎn)釋義】壓鑄模具是鑄造液態(tài)模鍛的一種方法, 一種在專用的壓鑄模鍛機(jī)上完成的工藝。它的基本工藝過程是:金屬液先低速或高速鑄造充型進(jìn)模具的型腔內(nèi),模具有活動的型腔面,它隨著金屬液的冷卻過程加壓鍛造,既消除毛坯的縮孔縮松缺陷,也使毛坯的內(nèi)部組織達(dá)到鍛態(tài)的破碎晶粒。毛坯的綜合機(jī)械性能得到顯著的提高。
AL-MG合金因密度小、比強(qiáng)度和比剛度高、成形性和導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于汽車、電子、航空航天和國防等領(lǐng)域。壓鑄是AL-MG合金鑄造生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的一種工藝,具有鑄件精度高、表面粗糙度低(精度可達(dá)7級,粗糙度可達(dá)6.3μm)、力學(xué)性能好、生產(chǎn)效率高、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但是,在生產(chǎn)過程中,壓鑄模表面要承受巨大的熱沖擊和高溫金屬液沖刷,會引起模具壁熱疲勞而過早報廢。另外,模具壁還會發(fā)生成分轉(zhuǎn)變,使基體體積長大,導(dǎo)致型腔變形,從而大大縮短了模具使用壽命。為了延長壓鑄模使用壽命和提高壓鑄件良品率,可以在模具表面涂覆一層高性能防護(hù)涂料,但是,普通涂料無法承受高溫煅燒和金屬液體的反復(fù)沖刷。因此,研制一種耐火度高、抗裂性能優(yōu)異、潤滑性優(yōu)良的保溫涂料就非常必要。
1AL-MG合金壓鑄涂料的作用
AL-M9合金壓鑄涂料主要應(yīng)用于壓鑄領(lǐng)域,將其涂覆在預(yù)熱至200~300℃的壓鑄模表面,具有以下作用:①當(dāng)涂料涂覆于模具表面后,隨著水分揮發(fā),在模具表面形成一層微米級薄膜,它將金屬液和模具隔離開,防止金屬液滲入模具表面造成粘模,同時可以防止?jié)沧r發(fā)生沖模和夾料現(xiàn)象;②可大幅度減輕高溫AL-MG合金液澆注時對壓鑄模沖擊和對型腔表面沖刷,提高模具使用壽命;③由于模具表面粗糙度極大地影響著鑄造過程中的保溫性能,通過選用不同粒徑的原料砂粒配制涂料,可調(diào)節(jié)鑄件表面光滑程度來滿足鑄造過程中對保溫性能的要求;④根據(jù)使用不同性能涂料來調(diào)節(jié)系統(tǒng)熱阻,控制鑄件的冷卻速度,保證其組織和性能達(dá)到要求;⑤壓鑄涂料有一定的潤滑作用,可改善金屬液填充條件,減少鑄件冷隔、厚薄不均等缺陷]。
2 AL-MG合金壓鑄涂料的基本組成
AL-MG合金壓鑄涂料主要由耐火骨料、載液、懸浮穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑、分散劑及其他配料組成。各組分用高速剪切分散機(jī)使其分散均勻,制備成膏狀,在涂掛和機(jī)械噴涂過程中發(fā)揮綜合作用。
2.1壓鑄涂料各組分選擇
(1)耐火骨料耐火骨料是AL-MG合金壓鑄涂料的主要組成部分,它在涂料中比例高達(dá)40%~80%,具有隔離、絕熱和調(diào)節(jié)表面粗糙度等作用。耐火骨料對涂層耐火度和熱化學(xué)穩(wěn)定性影響尤為明顯。同時,選用粉料時還應(yīng)綜合考慮其他因素,如粒度、密度、熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、發(fā)氣量、來源及價格和對人體與環(huán)境的危害等。耐火骨料的選擇由合金的種類決定,AL-MG合金鑄件多采用剛玉、石英和高嶺土等混合骨料。
(2)載液載液既是耐火骨料的分散介質(zhì)也是其他組分的溶劑,也是噴涂的稀釋劑。水和有機(jī)溶劑是最常用的載液,以水為載液的涂料稱為水基涂料。使用有機(jī)溶劑作為載液時,涂料成本較高而且往往具有刺激性氣味。因此,采用來源廣泛而價格低廉的水作為載液,其作業(yè)安全且無毒無味。
(3)懸浮穩(wěn)定劑懸浮穩(wěn)定劑是使固體粉末原料穩(wěn)定懸浮在載液中的物質(zhì),使涂料具有一定的流變性能。它通過自身在載液中的擴(kuò)散力、吸附力和載荷力等,使高密度耐火骨料懸浮在載液中,并保持均勻的狀態(tài)。膨潤土、凹凸棒土和累托石常用作無機(jī)懸浮劑。
(4)粘結(jié)劑為使顆粒粉料能夠粘結(jié)成具有一定強(qiáng)度的涂料層,須在體系中加入粘結(jié)劑。涂層所在的工作環(huán)境非常苛刻,要在600℃以上的高溫金屬液沖刷下保持很好的粘附性,還要保證涂層不能開裂和產(chǎn)生積碳的問題。采用聚乙烯醇作為粘結(jié)劑,可保證涂層在高溫下具有一定的強(qiáng)度。
(5)其他壓鑄涂料除了以上組分外還包含一些其他助劑,例如表面活性劑、消泡劑、增稠劑、潤濕劑、著色劑、抗菌劑和防腐劑等。
2.2配方的確定
根據(jù)工藝要求和配方選擇原則,并在大量的試驗(yàn)基礎(chǔ)上,篩選出了合適的耐火骨料、載液、懸浮穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑和助劑。接著又對它們進(jìn)行復(fù)配試驗(yàn),得到了性能穩(wěn)定的配方。在此基礎(chǔ)上,又進(jìn)行了多次鋁合金壓鑄實(shí)際測試,改進(jìn)和篩選出了最后的配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為:20%~25%的剛玉,8%~12%的高嶺土,20%~25%的膨潤土,0.2%~0.5%的聚乙烯醇,7%~15%的硅溶膠,<0.2%的助劑,余為水。解決了生產(chǎn)中出現(xiàn)的保溫效果差和穩(wěn)定性差的問題。
3 AL-MG合金壓鑄涂料的制備過程
采用剛玉、石英和高嶺土等混合骨料作為耐火骨料,水作為載液,膨潤土作為懸浮劑,聚乙烯醇(聚合度為1750±50)作為粘結(jié)劑,還有其他助劑。將預(yù)制的剛玉、石英和高嶺土的混料、膨潤土、聚乙烯醇的水溶液、硅溶膠和助劑按照試驗(yàn)設(shè)定比例依次加入容器中,用高速剪切機(jī)分散1h,得到所需涂料。將分散均勻的涂料與水按照1:50的比例稀釋后,加入到高壓涂料噴槍中,震蕩后制成可現(xiàn)場使用的壓鑄涂料。
4AL-MG合金壓鑄涂料的性能
4.1脫模效果測試
將配制好的涂料均勻噴涂在壓鑄模表面,按保溫性能要求在不同部位噴涂相應(yīng)厚度的涂料。當(dāng)涂料噴涂在預(yù)熱到200~300℃的壓鑄模表面時,水分立即揮發(fā),在模具表面形成一層微米級保溫涂層,使鑄件輕松從模具中取出,并有效地保證了鑄件表面粗糙度和完整性。其脫模效果見圖1。從圖1中可以看到,鑄件表面光潔锃亮,棱角飽滿無缺陷,表明涂料能夠達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)中的脫模要求,效果良好。
圖1采用自制的脫模劑生產(chǎn)的壓鑄件實(shí)物圖
4.2粘附性能測試
采用劃痕法[7]測試粘附性能:將40MM×100MM金屬基板在200~300℃下預(yù)熱10MIN,接著將按1:50(涂料∶水)稀釋的涂料噴涂到金屬板上,靜置20S,放入100℃烘箱中烘24H。將烘干的樣品取出,冷卻至室溫,用刀片在烘干的涂料表面刻劃,根據(jù)表面劃痕的寬度、深度以及表面破壞情況來評價涂料粘附性能。測試結(jié)果表明,按配方生產(chǎn)的涂料粘附性能與標(biāo)樣相當(dāng),達(dá)到生產(chǎn)要求的粘附程度。
4.3自制涂料與國內(nèi)外同類產(chǎn)品性能對比
將自制涂料與國內(nèi)外同類產(chǎn)品脫模效果進(jìn)行比較,其結(jié)果見表1
表1自制涂料與國內(nèi)外同類產(chǎn)品性能對比
由表1可知,自制涂料性能可以與國外產(chǎn)品在粘附性、穩(wěn)定性和耐腐蝕性等性能上相媲美,而明顯優(yōu)于國內(nèi)產(chǎn)品。
5結(jié)語
采用通用耐火骨料、載液、懸浮穩(wěn)定劑、粘結(jié)劑、分散劑及其他配料,按一定配比,制備耐高溫壓鑄涂料。該涂料具有良好的懸浮性、涂覆性、潤滑性和附著強(qiáng)度,可以延長模具使用壽命,縮短生產(chǎn)周期。