氮化硼涂料在铝活塞金属型重力铸造中的应用

铝活塞铸造广泛采用金属型重力铸造，在使用金属型时，它会对金属液流动和凝固过程产生影响，因而有必要使用适宜的涂料来提高铸件品质［１，２］。

    涂料主要有自配涂料和商业涂料，具有价格低廉的优势，但配料繁琐，使用寿命短，获得的活塞外观质量一致性差；商业涂料具有使用方便、易于保存等优势，在稳定性、表面铸造质量方面优于自配涂料，但商业涂料对喷涂的操作要求较高，不易掌握，在使用中容易出现浇不足、冷隔等铸造缺陷，在壁薄、平面大的毛坯表面易出现明显的铸造流线，有时会发生局部脱落、开裂等现象，影响铸造生产的连续性及外观质量。

    近年来，我们不断对涂料的应用技巧进行探索和研究，通过控制涂层厚度、涂料的稀释比，从涂料成分的均匀性、模具的清理、预热、温度的控制及喷涂方法入手，经过一系列的应用试验，取得了良好的应用效果。

１氮化硼涂料的应用试验

    １．１涂层的厚度

    金属模具在长时间使用后，易在型腔表面出现细小的裂纹。涂层过薄，在浇注过程中，裂纹中的气体受热膨胀，透过涂料层进入活塞铸件内，形成针孔缺陷；涂层过厚，易发生局部脱落，同时还要考虑涂层的绝热性能。图１为涂料涂层厚度与其绝热性的关系曲线。可以看出，涂层厚度在１００～２５０μｍ时，随涂层厚度的增加，绝热性显著提高，而超过２５０μｍ后，绝热性提高较少，且超过３００μｍ的涂层极易与金属型分离而剥落，故涂层的最佳厚度应为１５０～２５０μｍ。

１．２涂料稀释及搅拌

    不同的稀释比例获得的性能有所不同。在涂料中加入大量的水会使附着性较好，铸造表面细腻光洁，但绝热性能较差，在壁薄、面积大的毛坯铸造表面易产生较明显的铸造流线；相反，水太少的话，绝热性能好，但涂层的附着力会降低，铸造表面粗糙，且容易脱落。涂料不同稀释比例的性能评价见表１。

综合评定，按１∶２．５的比例稀释，可获得良好的表面质量及使用效果。

    为避免搅拌不均匀导致的涂料成分比例失调，有时也导致粘结剂的比例失调，使模具保温性能不均匀或涂层脱落，在现场设立专用涂料搅拌器，将涂料与水按１∶２．５的比例配合倒入，开动涂料搅拌器，搅拌３～５ｍｉｎ即可使用。涂料要一直保持搅拌状态，从而使涂层在模型上的沉积均匀一致。

    １．３模具准备

    首先必须对金属模具进行清理，除去模具表面的旧涂层和粘结物，并粗化表面。主要方法有钢丝刷清除型面污垢、喷砂喷丸清理、干冰清理等，新模具喷涂前必须除去表面所有的润滑油脂和锈斑。应当注意，已经使用过的模具，在使用角向磨光机清理时，模具凹陷部位的涂层难以清理彻底，从而导致涂层的叠加或旧涂层脱落，影响活塞毛坯的外观质量（见图２），因此必须借助喷砂喷丸等方法将原有的涂层彻底清除掉。

１．４模具预热及温度控制

    为避免模具急冷急热，模具预热采用天然气烘烤＋铸件预热的方式，使用专用天然气烤模架，对模具型腔及周边进行均匀预热，待模具温度逐渐升到２００℃以上时浇注预热件，将清理后的模具均匀地预热到２５０～３００℃时开始正式浇注。

    喷涂时模具温度对涂层的工作性能影响很大，当模具温度超过２６０℃时进行喷涂，因涂料的载体水与高温金属之间反应强烈，粘合剂过早的蒸发而不能良好地附着，涂层寿命明显降低；相反，模具温度低于１６０℃时会使涂层下分离出水分，同样影响附着力。不同喷涂温度下涂层寿命变化曲线见图３。因此理想喷涂温度为１８０～２２０℃，按高温要求，模具可加热到３００℃。为更好的控制模具温度，对模具加装温度热电偶及控制系统，实施在线模具温度显示。

１．５涂料喷涂

    待模具温度降到２００℃左右（１８０～２２０℃），对模具喷涂涂料。喷涂时的压力过大，会有过多的气体卷入；喷涂压力过小，会影响涂料的雾化效果。喷涂距离太远，会喷不到型腔表面，导致涂料的浪费；距离太近，又会对已喷涂的涂层造成损伤。当喷涂角度与模具型腔接近垂直时，所获得的喷射力最大，若角度过小时，涂料无法有效喷到型腔表面而影响喷涂效果。经过多次试验，喷枪压力设定在０．２５～０．３０ＭＰａ，喷嘴与模具间距离为２５０～３５０ｍｍ，喷涂方向与模具型腔表面接近垂直时获得的喷涂效果最为理想。此外，为防止模具温度降低，操作应迅速而仔细，按先顶模后外模再内芯的顺序，均匀的来回喷涂３～４层，涂层厚度控制在１５０～２５０μｍ。

    ２·应用效果分析

    通过涂层使用寿命、模具防护效果及铸件表面品质改善等几个方面评价１３０系列铸造机生产的中重卡活塞的涂料效果。

    ２．１涂层寿命

    原来的涂层使用寿命一般为６～８ｈ，需每班进行清理，重新喷涂，影响铸造生产的连续性及外观品质的一致性。现在涂层使用寿命可以达到２０～２４ｈ，平均使用时间提高近３倍。

    ２．２模具防护效果

    适宜的涂层可以减少高温合金铝液对模具的热冲击，模具使用寿命得以延长，从而降低单件毛坯铸造成本。以模具组件中寿命相对较短的内芯为例，抽取１０个产品进行统计，可生产件数由原来的平均５．２万件提高到现在的６．７万件，使用寿命提高了２９％。

    ３·结语

    采用适宜的涂料，加以科学合理的操作方法，可以延长模具寿命；改变铝液流动，提高充型能力；改善铝活塞出模性能；提高铝活塞外观质量。

发布时间：2024-05-21 阅读：79次

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