消失模铸造涂料综合测定装置的工作原理

时间:2016-01-05 10:09 作者:羽丰模具 点击:

   在前人工作的基础上,结合涂料层在消失模铸造工艺中的工作状态,设计制作了消失模铸造涂料多项功能综合测定装置,其工作原理,见图1。

图1 消失模铸造涂料多项综合

测定装置工作原理

    首先,按照生产现场使用的模样的制作工艺,利用球形模具制作直径D=30 mm的球形模样。将模样装在18 mm×30 mm的陶瓷管上(见图2)。每次试验用2个试样。涂料在湿点碾压4 h后,在搅拌机内调整到使用粘度。运用球形模样按以下步骤依次测试如下涂料。

图2 球形模样安装示意图

      (1) 滴淌量和滴淌时间

  将球形试样浸到正在搅拌的涂料中。从涂料中取出后,开始计时,测定滴淌时间,并称量滴淌量,用这2个参数评价涂料的涂挂。

  (2) 烘干抗裂

  将已涂挂涂料的模样连同陶瓷管水平放入(50±5) ℃烘箱中烘干。取出后,观察涂料的烘干抗裂。

  (3) 涂挂均匀

  测试球形涂壳水平和垂直方向的直径,利用两方向的直径差衡量涂挂的均匀。

  (4) 试样预处理

  为避免EPS受热膨胀破坏涂层,试样烘干后,在一种易挥发的溶剂中快速蘸一下,使EPS在受热前稍缩一点,避免胀破涂层。

  (5) 裂解气体排出涂层的情况

  将陶瓷管与橡胶塞连接并密封。打开阀3、4,并启动数据采集系统,而后将陶瓷管装有模样的一端快速插入已升至1 000 ℃的管式炉,测试泡沫裂解产物逸出涂层的情况。

  (6) 急热抗裂

  为保证涂层受热均匀,加热炉设计成4根碳硅棒均匀分布的形式。试样送入炉内后,观察涂层的激热抗裂。

  (7) 高温透气

  关闭阀3、4,打开阀1、2、5,控制阀6,使定压气体罐左端的水面升至已标定的6 kPa处,关闭阀5、6和阀1、2,获得定量定压的气体。

  保持试样不动,启动数据采集系统后,打开阀1,让定压、定容气体通过涂层,测试气体压力的变化,评价涂料的透气。

  测试完毕后,运用自编的程序从所采集的数据中查找到相关参数,并通过键盘输入涂层厚度,带入下式计算涂层的透气率[12]。

       式中 Pe——终气压,Pa; Pb——初气压,Pa; h——涂层,cm; V——压力罐容积,cm3; Po——外界气压,Pa; A——涂料层有效通气面积,cm2; te——从Pb降至Pe所需时间,min; k——涂料透气,cm2/(Pa.min)。

  (8) 高温强度

  保持试样不动,关闭阀1,打开阀2,启动数据采集系统后,调节阀6,使气体压力逐渐增大,直到涂层被破坏。从所测数据中找到最大值,用这个压力与涂层厚度的比值来评价涂层的高温强度。

  (9) 涂层厚度

  取出3块以上的碎片,测试涂层的厚度。

  (10) 表面强度(表面稳定)

  采用冲砂法,用第二个模样上的涂层试样,在不同的方位测三个点,取平均值作为涂层的表面强度。

  综观整个测试过程可以看出,这种测量方法具有如下特点:

  (1) 涂层的制作方法更具现场模拟。本装置采用原发泡沫模样涂挂涂料,使所得涂层与生产现场的情况更接近,所测数据更具有说服力。

  (2) 采用同一试样,利用同一装置,可以测试出多项。这样,一方面降低了试验的繁琐程序,减少了测试仪器的投资,另一方面,便于进行涂层的综合分析,特别是将透气和强度(抗粘砂功能)放在同一涂层测试,为两者的匹配提供了条件。

  (3) 采用微机系统采集、处理试验数据,使试验结果既有直观的曲线显示,又有确切的计算值。

2 本装置消失模铸造涂料研究中的应用

  为了进一步说明本测试方法的原理,同时检验其可靠度和灵敏度,利用本装置对两种涂料进行了研究。为了便于比较,两种涂料除了骨料变动外,其它均保持不变。表1为两种涂料的骨料组成情况。

表1 试验所用涂料骨料的组成

表1 试验所用涂料骨料的组成

Tab.1 The grain size of the refractory of the two coatings

    <DIV align=center>

编号 筛孔尺寸/mm

0.150 0.053 <0.053

1# 0 0 40%B+54%C+6%E

2# 5%B 50%B 40%C+5%D

</DIV>

* B,C,D,E为不同的骨料。

   为了检验重现,每种涂料涂挂4个试样,其中一个试样用来测试表面强度。按照图1所示的工作原理依次测试涂料的各项,所测见表2。

    表2 涂料

Tab.2 Coating properties

<DIV align=center>

编号 涂挂 涂挂均匀 涂层

厚度

mm 烘干

抗裂

表面强度

g/mm 裂解产物

排出情况 激热抗

高温透气

cm2/(Pa.min) 高温强度

MPa

滴淌时

间/s 滴淌

量/g 垂直直

径/mm 水平方向

直径/mm 差值

mm

1-1# 37 3.122 31.80 31.74 0.06 0.60    0.0043 0.041

1-2# 35 3.012 31.00 31.00 0.00 0.50   537/0.567 Fig.3(a) 0.0046 0.046

1-3# 43 3.210 32.00 31.96 0.04 0.60     0.0042 0.039

均值 35 3.110 - - 0.05 0.567 - 1010 - - 0.00437 0.042

偏差 5.71% 3.21% - - 20% 5.82% - - - - 7.53% 5.96%

2-1# 23 3.775 31.50 31.14 0.36 0.60     0.0394 0.040

2-2# 20 3.08 32.48 31.88 0.30 0.50 267.49/0.53 Fig.3(b)   0.0370 0.048

2-3# 25 3.295 31.84 31.74 0.31 0.50   0.0410 0.039

均值 22.67 3.385 - - 0.323 0.53 - 504.7 - - 0.0391 0.0423

偏差 11.78% 8.86% - - 11.46% 13.21% - - - - 5.26% 7.32%

</DIV>

2.1 涂料综合分析

  2号涂料中55%的粗颗粒代替了1号涂料中的细颗粒。从测试结果看,涂层的高温强度变化不大,其透气明显提高,但2号涂料的滴淌、涂挂均匀和涂层的表面强度均有所下降。这说明,加入粗骨料尽管能够提高涂层的透气,但同时又有恶化其它趋势,选取应当慎重。

2.2 测试装置的可靠度和灵敏度

  表2中各项偏差均在10%左右,因此,本测试装置的可靠能够满足使用要求。

  从表2数据可以看出,这种测试方法具有较高的灵敏度。以透气为例,耐火骨料变动后,其透气提高了近10倍,从数据采集仪绘制的曲线也可以直观地看出这一点(图3)。

 

图3 两种涂料透气的比较

2.3 裂解产物的排出情况

  图4是试验中测出的裂解气体压力随时间的变化情况。

       图4 裂解气体溢出涂层的情况

      从图4曲线可以看出,两种涂料的压力变化曲线均呈“双峰”形式。涂壳内的气体压力达到最大值(第二峰)后,经过一个平缓的压力波动区后,快速下降。分析认为,这个平缓的过程是由于涂层不断地吐纳EPS液态产物而造成的。对此现象将做进一步的研究,希望找到测试涂层吸附液态EPS能力的方法。

3 结论

  (1) 针对涂料测验方法上存在的问题,提出了采用单一试样连续测试多项的新方法。

  (2) 研究开发出了消失模涂料多功能综合测定装置。该装置采用同一装置和试样可连续测出涂挂、涂挂均匀、烘干抗裂、表面强度、裂解气体溢出涂层的情况、激热抗裂、高温透气、高温强度、涂层厚度9项。测试结果既有直观的显示又有准确的计算,便于控制涂料的综合。

  (3) 运用综合测定装置对两种涂料的研究表明,该测试方法具有较高的可靠度和灵敏度,通过单一试样可以快速获得涂料的综合,便于现场即时控制。

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