■ 葛小磊

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铁模离心铸造生产双金属筒形铸件，在提升产品性能、降低生产成本、加快生产节奏方面有着较大的优势，而铁模涂料在控制金属液流动、保护金属型、方便脱模等方面起着至关重要的作用。在生产中，因选择涂料激冷性不当造成离心双金属产品开裂，或涂料喷涂参数搭配不合理造成挂涂料失败的问题时有发生，增加了生产成本。

1. 铁模的准备

（1）铁模的清理 铁模使用时需清理干净上次使用时残留的涂料粉末，以免影响涂料的附着力。建议将铁模在离心机上低速旋转，并使用可水平移动的长杆铁刷进行内部清理，完成后用压缩空气进行型腔吹扫，此过程中粉尘会比较严重，操作工要注意劳保用品的穿戴。型腔内部需保证一定的表面粗糙度，以保证涂料能够附着牢固，对于精密的产品，型腔内部可适当加工出沟槽，一种可选择沟槽结构如图1所示。另外，应防止加热时铁模内表面发生锈蚀，从而影响涂料附着力。我公司曾经发生过产品脱模后，沿长度方向出现重皮，且在重皮底部有裂纹存在，致使产品报废。事后分析是由于铁模表面沟槽磨损，该部位涂料附着力降低，导致浇注过程中涂料开裂，铁液与铁模直接接触导致重皮和激冷开裂。

（2）铁模预热 喷涂料时铁模的温度直接影响涂料层的孔隙度，对涂料性能有着直接的影响，铁模温度过高或过低，都会对离心铁模铸造产生不良影响。

当铁模温度过高时，涂料中的水蒸发量就会增加，从而使涂料的孔隙度变大，涂料的绝热性增强，但黏附性和耐用性就会变差，此种情况下会发生挂涂后涂料发生大面积剥落，或是在浇注前高速振动过程中，涂料大面积发粉剥落，给生产造成损失。

当铁模温度太低时，虽然挂涂后涂料表面没有异常，但在随后的铁模加热过程中，出炉后会发生涂料表面开裂严重，无法使用。部分涂料虽然挂涂后不需要再高温加热便可直接使用，但事实证明，在较低温度下挂铁模涂料时，离心产品表面更易产生气孔或夹杂缺陷。这是因为温度低时，水分未能充分挥发，浇注后受铁液热冲击时水分快速外逸，造成涂料开裂，水分及涂料破片进入铸件，从而产生铸造缺陷。

长期经验得出，模具挂涂料的最佳温度为180～250℃，薄壁模具选上限。

图1 金属模挂涂面沟槽示意

2. 涂料的准备

（1）高铝粉涂料 适用于产品表面硬度均匀性要求不高的铸铁类产品，涂料制作和涂料挂涂要求都相对较低，对现场设备要求也不高，挂涂一般采用滚涂的方式，即挂涂料时先低速旋转铁模，将配制好的涂料倾倒进铁模型腔，再提高转速，待型腔内水蒸气消失时即可停机，涂料厚度2.5～3.5mm。

高铝粉涂料的特点是涂料强度高、表面光滑、抗震能力强、耐冲蚀。缺点是涂料高温强度高，不利于离心件的高温脱模。其原材料包括高铝粉、水、氢氧化铝、磷酸。其中氢氧化铝和磷酸用来制作粘结剂，其反应方程式如下：

需要注意的是，起黏结作用的是磷酸二氢铝，因此要控制氢氧化铝和磷酸的加入比例，由反应式可看出，制作时需要磷酸过量，才可保证产物是磷酸二氢铝。实际操作中，磷酸和氢氧化铝物质的量按3.5:1进行配比，即可起到良好的黏结效果。

（2）石英粉涂料 适用于产品质量要求高，需要快速激冷的大长度铸铁类产品，使用铁液温度不高于1450℃。一般采取喷涂的方式进行挂涂，需使用压力喷涂设备。喷涂时铁模在离心机上低速旋转，涂料喷嘴做水平往复运动进行挂涂，涂料成雾状喷向铁模，喷涂厚度控制在2.0～2.5mm。

石英粉涂料特点为耐高温、附着力优良、抗震能力强、表面粗糙度差、脱模性好。涂料的原材料为粘土、石英粉、发泡剂及其他添加剂。添加剂主要用来改善涂料的耐磨性，提高抗剥落能力；发泡剂用来提高涂料的透气性，改善涂料表面粗糙度。 有关资料显示，粗糙的涂料表面，有利于在金属液和涂料之间形成一层空气隔层，降低金属热传导率，有利于金属液流动，同时也有利于金属氧化膜的破碎。成品涂料波美度应控制在60～75°Bé，

（3）锆英粉涂料 适用产品类型与石英粉涂料相同，但可用于浇注温度更高的铸钢、铸铁类产品，激冷性能优于石英粉涂料，使用铁液温度可达到1550℃。挂涂料方式与石英粉涂料相同，可共用一套喷涂设备，涂料厚度控制在1.5～2.5mm。

涂料的原材料有钠基膨润土、硫酸镁、锆英粉及添加剂。其中膨润土和硫酸镁作为粘结剂，配制时将膨润土溶液倒入硫酸镁溶液中充分搅拌，注意二者顺序，否则将不能发挥二者的最佳黏结效果。添加剂用来改善涂料的透气性和耐磨性，成品涂料波美度控制在65～80°Bé。喷涂时需注意喷涂压力和铁模转速的匹配，以得到良好的涂料质量，建议喷涂压力保证在240kPa，铁模线速度为6～8m/s。

3. 喷涂后处理

（1）高铝粉涂料 此种涂料挂涂完后，虽然有一定表面强度，但不能直接用来进行生产，必须进行高温焙烧才能使用，粘结剂中的磷酸二氢铝在焙烧过程中发生物理变化，生成偏磷酸铝，发生聚合反应，才能达到最终使用性能。反应式如下：

虽然以上反应产物在更高温度仍会发生类似的聚变反应，但生产中加热到400～500℃保温6h以上时，即可满足离心铸造生产的需求。需要注意的是，在高铝粉涂料使用中，在粘结剂制作时及粘结剂加入骨料后，都要留有充足的反应时间，才能达到理想的效果。当涂料发生轻微开裂时，可使用水基铅粉涂料进行刷补，利用余热干燥即可使用。

（2）石英粉/锆英粉涂料 涂料挂完后一般不需要进行高温焙烧即可使用，可大大加快生产节奏。涂料使用前，局部凸点可用软木进行修平，防止铁液冲刷时凸点剥落，造成夹渣；同时浇注前进行高速试转，停机进行清理后才可使用。以上清理操作非常必要，因为锆英粉涂料和石英粉涂料颗粒会与铁液中的氧化渣、防氧化玻璃保护渣相互结合，在金属结合面上产生高熔点的“疤痕”，造成开裂、熔合不良，如图2、图3所示。

图2 涂料造成的开裂

图3 涂料造成的熔合不良

此类问题在产品后续超声波无损检测中，造成熔合不良的比例很高。当喷涂后铁模暂时不用时，可以在室温下放置，待再用时加热即可。

4. 结语

双金属离心铁模铸造中，铁模涂料的骨料类型、挂涂料时的铁模温度、涂料厚度及均匀性，都对产品质量有着直接的影响。根据产品的技术等级和生产条件，选择合适的涂料类型，对保证产品质量和降低生产成本有着重要意义。