AL-MG合金压铸模具高性能防护涂料介绍

　　【要点释义】压铸模具是铸造液态模锻的一种方法， 一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。它的基本工艺过程是：金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。

　　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。

　　１AL-MG合金压铸涂料的作用

　　AL-M9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］。

　　2 AL-MG合金压铸涂料的基本组成

　　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。

　　2.1压铸涂料各组分选择

　　（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。

　　（２）载液载液既是耐火骨料的分散介质也是其他组分的溶剂，也是喷涂的稀释剂。水和有机溶剂是最常用的载液，以水为载液的涂料称为水基涂料。使用有机溶剂作为载液时，涂料成本较高而且往往具有刺激性气味。因此，采用来源广泛而价格低廉的水作为载液，其作业安全且无毒无味。

　　（３）悬浮稳定剂悬浮稳定剂是使固体粉末原料稳定悬浮在载液中的物质，使涂料具有一定的流变性能。它通过自身在载液中的扩散力、吸附力和载荷力等，使高密度耐火骨料悬浮在载液中，并保持均匀的状态。膨润土、凹凸棒土和累托石常用作无机悬浮剂。

　　（４）粘结剂为使颗粒粉料能够粘结成具有一定强度的涂料层，须在体系中加入粘结剂。涂层所在的工作环境非常苛刻，要在600℃以上的高温金属液冲刷下保持很好的粘附性，还要保证涂层不能开裂和产生积碳的问题。采用聚乙烯醇作为粘结剂，可保证涂层在高温下具有一定的强度。

　　（５）其他压铸涂料除了以上组分外还包含一些其他助剂，例如表面活性剂、消泡剂、增稠剂、润湿剂、着色剂、抗菌剂和防腐剂等。

　　2.2配方的确定

　　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。

　　４AL-MG合金压铸涂料的性能

　　4.1脱模效果测试

　　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

　　4.2粘附性能测试

　　采用划痕法［７］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20S，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。

　　5结语

　　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，缩短生产周期。