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。