消失模铸造(EPC)技术是 一项全新的技术但对于铝合金EPC工艺而言,若铸造过程中泡沫塑料模样热解产生的气态或液态产物不能及时通过涂层排出型腔,则可能卷入铝液中使铸件产生严重的针 孔,阻碍EPC技术的推广应用。目前,有关消失模铸造铝铸件针 孔的研究报道很少,更少见到有关涂料吸着性对铝铸件针 孔影响研究的报道。本文从涂料的吸着性入手,探讨其对铸铝件针 孔的影响,以便为涂料研制及消失模铸造铝铸件的生产提供理论指导。
涂料骨料硅藻土对涂层吸着性的影响。随着硅藻土加入量的增多,涂层LOI增大,可见其对液态聚苯乙烯有较强的吸着能力。硅藻土粒度对涂料吸着性的影响,可见随着耐火骨料颗粒增大,涂料的吸着性降低。这是 因为耐火骨料粒度越粗,则颗粒间的间隙越大,EPS气态热解产物越易通过涂层排出。但骨料的颗粒度变粗大后,涂料的工艺性能下降,影响涂层质量。试验表明,涂料骨料的颗粒度一般以0.075mm左右为宜。
凹凸棒土的吸附性取决于它的较大表面积和表面物理化学结构及离子状态,其吸附作用包括物理吸附及化学吸附。物理吸附的实质是 通过范德华力将吸附分子吸附在凹凸棒土的内外表面,表面积和孔结构是 其物理吸附作用的重要指标。晶体结构内部沸石通道的存在,赋予凹凸棒土以巨大的比表面积,同时由于单个晶体呈细小的棒状、针状和纤维状,在分散时,棒状纤维并不保持所想的方位及较高的表面电荷,呈毛毯状物无规则地沉淀,干燥后,它们 密集在一起形成大小不一的次生孔隙。这一特征使得凹凸棒粘土的比表面积高达915m2/g。此外,晶体内部沸石通道尺寸大小一定,使其具有分子筛的作用。
凹凸棒土的化学吸附作用是 其吸附性能的重要表现,铝压铸件其基于凹凸棒土表面可能存在的几种吸附中心:(1)硅氧四面体层内因类质同相置换产生的弱电子供给氧原子,它们 与吸附核的作用可能很弱;(2)在纤维边缘与金属阳离子(Mg)配位结合的负水分子它可以与吸附核形成氢键;(3)在四面体层外表面上由Si-O-Si桥氧键断裂形成的基不仅可以接受离子,而且与晶体外表面的吸附分子相互结合,可与某些有机试剂形成共价键;(4)晶体化学成分的非 等价类质同相置换(A13+,F户对M)及加热造成的配位水失去而产生的电荷不平衡位电性吸附中心。凹凸棒土的吸附性能决定了它是 一种优良的吸附剂。
涂料的吸着性强,有利于防止液态聚苯乙烯卷入铝液中形成针 孔。由前面的研究结果可知,随着硅藻土、凹凸棒土加入量的提高,LOI值上升。可见,LOI与涂料的组成有关。事实上,LOI除与涂料的组成、矿物结构等有关外,还与涂料的孔隙特征有关。一般情况下,涂料的孔隙率低,则涂料的LOI值高。由于充型过程中产生的液态聚苯乙烯在随后的铝液的热作用下,会进一步气化裂解,故涂料除要有一定的吸着性外,还要有适当的孔隙率,以便热解产物随后的排出。根据前面的研究结果可知,通过调整涂料的组成及配比可以获得所需要的性能。
如果在液态金属凝固之前,这些热解产物不能顺利逸出,一方面由于部分液态EPS及裂解产物侵占了部分型腔,会造成浇不足或皱皮缺陷;另一方面铸件表面的液态产物在铝液结晶潜热的作用下会继续裂解,由于裂解的时间长,裂解进行得充分,大量固态的单质碳会在铝件表面形成,造成铝件表面积碳发黑。这就要求涂料应同时具有较强的吸附液态热解产物的能力。
结论
(1)随着硅藻土、凹凸棒土加入量的增加,涂层的吸着性提高。研究发现,涂料组成中以凹凸棒土对涂料吸着性的影响较大,涂料中加入2%的凹凸棒土可以使涂料的吸着性提高81%。
(2)对于铝合金消失模铸造,涂料吸着液态聚苯乙烯的能力越强,越有利于减少压铸件的孔隙率。
(3)自制涂料的吸着性可与美国Ashland涂料相媲美,具有较强的吸着液态聚苯乙烯的能力。
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