摘要： 针对消失模铸造涂料性能测试方法上存在的问题，提出了用同一装置和试样连续测试多项性能的新方法，开发研究出了消失模铸造涂料多性能综合测定装置。运用该装置初步研究表明，这种方法便于综合分析涂料的性能，具有较高的可靠性和灵敏度。关键词： 消失模铸造涂料。...
摘要： 针对消失模
铸造涂料
性能测试方法上存在的问题，提出了用同一装置和试样连续测试多项性能的新方法，开发研究出了消失模铸造涂料多性能综合测定装置。运用该装置初步研究表明，
种方法便于综合分析涂料的性能，具有较高的可靠性和灵敏度。
关键词： 消失模铸造涂料；性能测试；综合测试装置
文献标识码： A 文章编号：1000-8365(1999)01-0029-31
New Innovation on LFC Coating Property Test
SUN Wan-liang，LUO Ji-rong，YE Sheng-ping
(Huazhong University of Technology,Wuhan 430074, China)
Abstract: Coating technology is very important in Lost Foam Casting (LFC) process. Coating property test is necessary for coating studying and controlling. Many coating test methods have been appeared in recent years. After a review of the former study, a new innovation on LFC coating property test is carried out, that is, testing several properties continuously with a single sample and apparatus, which has great advantage in cost, time and synthetic analysis. An apparatus based on the new idea has been developed. Some initial study on LFC coating was done with this apparatus, which showed its reliability, sensitivity and convenience.
Key words: LFC coating;Property test;Synthetical test device
随着消失模铸造
工艺的发展和应用，涂料技术在整个工艺中的地位显得越来越重要。近年来，许多学者指出，涂料的稳定性
使消失模铸造工艺进一步发展和应用的三大研究重点之一［1-2］，并强调了涂料技术的工艺控制作用［3-4］。要研究控制消失模涂料，性能测试不可或缺。
消失模铸造涂料的性能测试研究主要集中在三个方面：一是消失模铸造涂料透气性的研究；二是消失模铸造涂料强度性能的研究；三是消失模铸造涂料高温性能的研究。
在透气性测试方面［1，3-17］，测试方法多而不统一，测试结果由于量纲及方法的不同，出现了在许多不同的适用范围，令
无所适从。另外，还存在着建立复杂的测试系统只能测试单一性能的弊端，特别是将透气性独立起来测试和分析，为透气性和强度(抗粘砂性)的匹配带来困难。
消失模铸造涂层强度方面研究较少。文献［18］利用
模具制作涂料块，根据砂型涂料涂层强度测试原理测试其抗弯强度。文献［19］通过浇注试验给出了涂层强度的适用范围。文献［20］利用冲砂法作为涂层表面强度的测试。目前，涂层附着强度的测试尚未见报道。
外在涂料高温性能方面的研究较多，国内尚为空白。文献［21］运用热化学分析方法探讨了涂层中吸附EPS的裂解产物的规律，文献［22］则研究了液态EPS对涂层的润湿和渗透规律，指出当液态EPS和涂层的温度为300 ℃时，液态EPS对涂层润湿并发生渗透，即涂层开始吸收液态EPS。文献［1］设计了定量研究消失模铸造涂料吸附并透过液态EPS的试验装置。
分析已有的研究可以发现，消失模铸造的性能测试工作已有了很大进展，但对生产现场的模拟性不够，特别是涂层的制作方法。所设计的试验方法只能测试单一性能，这既增加了性能测试的繁琐程度，又不利于对涂料的各项性能进行综合分析和评价。因此，为了更好地控制涂料的工艺，设想采用同一装置和试样，连续快速测试多项性能，本论文在这方面进行了一些有益的探讨。
1 消失模铸造涂料多性能综合测定装置的工作原理
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性能综合测定装置，其工作原理，见图1。
图1 消失模铸造涂料多性能综合
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性能。
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
数评价涂料的涂挂性。
(2) 烘干抗裂性
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性。
(3) 涂挂均匀性
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性。
(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) 急热抗裂性
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性。
(7) 高温透气性
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，评价涂料的透气性。
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——涂层厚度，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——涂料透气率，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(表面稳定性)
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性。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，可以测试出多项性能。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，便于进行涂层性能的综合分析，特别是将透气性和强度(抗粘砂性)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性能研究中的应用
为了进一步说明本测试方法的原理，同时检验其可靠性和灵敏度，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/mm0.1500.053＜0.0531#0040%B+54%C+6%E2#5%B50%B40%C+5%D</DIV>
* B,C,D,E为不同的骨料。
为了检验重现性，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性能，所测性能参数，见表2。
表2 涂料性能
Tab.2 Coating properties
<DIV align=center>
编
号涂挂性涂挂均匀性涂层
厚度
mm烘干
抗裂
性表面强度
g/mm裂解产物
排出情况激热抗
烈性高温透气性
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
mm1-1#373.12231.8031.740.060.60最好 最好0.00430.0411-2#353.01231.0031.000.000.50最好537/0.567Fig.3(a)最好0.00460.0461-3#433.21032.0031.960.040.60最好 最好0.00420.039均值353.110--0.050.567-1010--0.004370.042偏差5.71%3.21%--20%5.82%----7.53%5.96%2-1#233.77531.5031.140.360.60最好 最好0.03940.0402-2#203.0832.4831.880.300.50最好267.49/0.53Fig.3(b)最好0.03700.0482-3#253.29531.8431.740.310.50最好 最好0.04100.039均值22.673.385--0.3230.53-504.7--0.03910.0423偏差11.78%8.86%--11.46%13.21%----5.26%7.32%</DIV>
2.1 涂料性能综合分析
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，其透气性明显提高，但2号涂料的滴淌、涂挂均匀性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性，但同时又有恶化其它性能的趋势，选取应当慎重。
2.2 测试装置的可靠性和灵敏度
表2中各项性能的偏差均在10%左右，因此，本测试装置的可靠性能够满足使用要求。
从表2数据可以看出，这种测试方法具有较高的灵敏度。以透气性为例，耐火骨料变动后，其透气性提高了近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 两种涂料透气性的比较
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性能的新方法。
(2) 研究开发出了消失模涂料多性能综合测定装置。该装置采用同一装置和试样可连续测出涂挂性、涂挂均匀性、烘干抗裂性、表面强度、裂解气体溢出涂层的情况、激热抗裂性、高温透气性、高温强度、涂层厚度9项性能。测试结果既有直观的显示又有精确的计算，便于控制涂料的综合性能。
(3) 运用多性能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性和灵敏度，通过单一试样可以快速获得涂料的综合性能，便于现场即时控制。
