铝镁合金压铸涂料的研制

 

        AL-Mg合金因密度小、比强度和比刚度高、成形性和导热性能好等优点，被广泛应用于汽车、电子、航空航天和国防等领域。压铸是AL-Mg合金铸造生产中广泛应用的一种工艺，具有铸件精度高、表面粗糙度低（精度可达７级，粗糙度可达6.3μｍ）、力学性能好、生产效率高、环保等优点。但是，在生产过程中，压铸模表面要承受巨大的热冲击和高温金属液冲刷，会引起模具壁热疲劳而过早报废。另外，模具壁还会发生成分转变，使基体体积长大，导致型腔变形，从而大大缩短了模具使用寿命。为了延长压铸模使用寿命和提高压铸件良品率，可以在模具表面涂覆一层高性能防护涂料，但是，普通涂料无法承受高温煅烧和金属液体的反复冲刷。因此，研制一种耐火度高、抗裂性能优异、润滑性优良的保温涂料就非常必要。

        AL-Mg合金压铸涂料主要应用于压铸领域，将其涂覆在预热至200～300℃的压铸模表面，具有以下作用：

        ①当涂料涂覆于模具表面后，随着水分挥发，在模具表面形成一层微米级薄膜，它将金属液和模具隔离开，防止金属液渗入模具表面造成粘模，同时可以防止浇注时发生冲模和夹料现象；

        ②可大幅度减轻高温AL-Mg合金液浇注时对压铸模冲击和对型腔表面冲刷，提高模具使用寿命；

        ③由于模具表面粗糙度极大地影响着铸造过程中的保温性能，通过选用不同粒径的原料砂粒配制涂料，可调节铸件表面光滑程度来满足铸造过程中对保温性能的要求；

        ④根据使用不同性能涂料来调节系统热阻，控制铸件的冷却速度，保证其组织和性能达到要求；

        ⑤压铸涂料有一定的润滑作用，可改善金属液填充条件，减少铸件冷隔、厚薄不均等缺陷。

 

        AL-Mg合金压铸涂料主要由耐火骨料、载液、悬浮稳定剂、粘结剂、分散剂及其他配料组成。各组分用高速剪切分散机使其分散均匀，制备成膏状，在涂挂和机械喷涂过程中发挥综合作用。

 

        (1) 耐火骨料：耐火骨料是AL-Mg合金压铸涂料的主要组成部分，它在涂料中比例高达40％～80％，具有隔离、绝热和调节表面粗糙度等作用。耐火骨料对涂层耐火度和热化学稳定性影响尤为明显。同时，选用粉料时还应综合考虑其他因素，如粒度、密度、热膨胀系数、热导率、发气量、来源及价格和对人体与环境的危害等。耐火骨料的选择由合金的种类决定，AL-Mg合金铸件多采用刚玉、石英和高岭土等混合骨料。

 

        根据工艺要求和配方选择原则 ，并在大量的试验基础上， 筛选出了合适的耐火骨料、 载液、 悬浮稳定剂、 粘结剂和助剂。 接着又对它们进行复配试验， 得到了性能稳定的配方。 在此基础上， 又进行了多次铝合金压铸实际测试， 改进和筛选出了最后的配 方 （ 质 量 分 数）为：

20% ～25%的刚玉，8% ～12%的高岭土，20% ～25% 的膨润土，0.2%～0.5%的 聚乙烯醇，7% ～15% 的 硅 溶胶， ＜0.2% 的助剂，余为水。 解决了生产中出现的保温效果差和稳定性差的问题。

 

3、AL-Mg合金压铸涂料的制备过程采用
        刚玉、石英和高岭土等混合骨料作为 耐火骨料， 水作为载液，膨润土作为悬浮剂， 聚乙烯醇（ 聚合度为1750±50） 作为粘结剂， 还有其他助剂。

        将预制的刚玉、石英和高岭土的混料、膨润土、聚乙烯醇的水溶液、硅溶胶和助剂按照试验设定比 例依次加入容器中 ， 用高速剪切机分散1h， 得到所需 涂 料。 将分散均匀的涂料与水按照1:50 的比例稀释后， 加入到高压涂料喷枪中 ， 震荡后制成可现场使用的压 铸涂料。
 

        将配制好的涂料均匀喷涂在压铸模表面， 按保温性能要求在不同部位喷涂相应厚度的涂料。 当涂料喷涂在预热到200~300℃ 的压铸模表面时， 水分立即挥发，在模具表面形成一层微米级 保温涂层， 使铸件轻松从模具中取出 ， 并有效地保证了铸件表面粗糙度 和完整性。

其脱模效果见图1。从图１中可以看到，铸件表面光洁锃亮， 棱角饱满无缺陷，表明涂料能够达到实际生产中的脱模要求， 效果良好。

图1 采用自制的脱模剂生产的压铸件实物图

        采用划痕法 测试粘附性能： 将40mm×100mm金属 基 板 在 200~300 ℃ 下 预 热 10min， 接 着 将 按1:50（ 涂料∶ 水）稀释的涂料喷涂到金属板上， 静置10s， 放入100℃ 烘箱中烘24h。 将烘干的样品取出 ， 冷却至室温， 用刀片在烘干的涂料表面刻划， 根据表面划痕的宽度、 深度以及表面破坏情况来评价涂料 粘附性能。

        测试结果表明 ， 按配方生产的涂料粘附性能与标样相当 ， 达到生产要求的粘 附程度。

4.3   自制涂料与国内 外同类产品性能对比
将自制涂料与国内外同 类产品脱模效果进行比较，其结果见表1：       

表1自制涂料与国内外同类产品性能对比

 

        由表１可知，自制涂料性能可以与国外产 品在粘附性、 稳定性和耐腐 蚀性等性能上相媲美， 而明显优于国内产品 。

        采用通用耐火骨料、 载液、 悬浮稳定剂、粘结剂、分散剂及其他 配 料， 按一定配比制备耐高温压铸涂料。该涂料具有良好的悬浮性、 涂覆性、 润滑性和附着强度，可以延长模具使用寿命， 缩短生产周。