1、塗料所用原材料簡介
確定塗料的配方，需確定塗料的耐火材料組成、懸浮劑、消泡劑、載體溶劑的種類，掌握相關材料的理化性能和微觀結構等資料。
1. 1 耐火材料
耐火材料應主要根據鑄造合金種類選定。鑄鐵用塗料的耐火材料常選用鱗片石墨和普通石墨、石英粉、鋁礬土、滑石粉、藍晶石粉等，對幾種國外鑄鐵塗料的耐火材料進行了X射線熒光光譜分析和衍射分析，發現他們的耐火材料常有矽灰石、莫來石、雲母、剛玉、鋰輝石等，骨料中各種粒型也是搭配使用，具說可提高塗料的透氣性和強度，粒型有片狀、纖維狀及粒狀。鑄鋼件用塗料常選鎂砂粉、鋯英粉、高鋁粉、棕剛玉粉等耐火粉料。對於高錳鋼常用電熔鎂砂粉和鎂橄欖石粉，這些材料可抗高錳鋼的堿**蝕。粒度壹般在320目—200目，也要搭配使用。此種塗料必須註意鎂橄欖石粉中SiO2（石英）含量≥40%時，往往影響塗料的作用，因為SiO2和MnO會產生化學反應而粘砂。
矽灰石CaO*SiO2：是壹種偏矽酸鹽，屬三斜晶系，分低溫型高溫型兩種，低溫型在1125℃轉變成高溫型。矽灰石具有針狀、纖維狀晶體形態(長/徑比≥22：1)和良好的耐熱性低（耐熱度≥1500℃）和燒結性，在塗料中可增加塗料強度、懸浮性和高溫透氣性。壹般應選用SiO2%≥50，沈降度＜70的高溫型材料。它在吉林、遼寧地區蘊藏量非常大，可在鑄鐵塗料中廣泛使用。
莫來石3AI2O*2SiO2：斜方晶系，熔點1810℃，多角粒型。化學性質穩定。線膨脹系數小（20～1000℃，5.3×10-6/℃），抗激冷激熱性好，商品粉料可選用經過高溫燒結的煤矸石粉，可保證塗料的高溫穩定性。該材料國內供應豐富，價格較低，在鑄鐵和普通鑄鋼中可使用。
雲母KAI2（AISi3O20）(OH*F)2:壹種具有層片狀的矽酸鹽，密度2.6～2.86，導熱系數低（平均0.67W/m.K），保溫性能較好。其鱗片具有彈性，晶格穩定，熱化學穩定性較好。該材料熔點較低（1270～1330℃），用於鑄鐵塗料時易於粘砂。由於具有片狀形態，可賦予塗料防降性、流平行，使塗料具有良好的韌性和抗開裂性，可用於鑄鋁件塗料中。
藍晶石AL2[SiO4]O：根據含藍晶石的形態特點，將藍晶石礦分成3類變態：⑴針狀和纖維狀集合體（纖維針狀礦石）；⑵富含空晶石的假象藍晶石集合體；⑶藍晶石結核礦（結核型礦石）。
藍晶石礦物在高溫下（1100～1650℃）煆燒轉變為莫來石和熔融狀遊離二氧化矽（方石英），同時產生不同程度的體積膨脹。其轉變反應式為：
3（AI2SiO5） 3AI2O3*2SiO2+SiO2（1300℃以上）
鑄造塗料應采用煆燒過的纖維針狀產品，它的耐火度比矽灰石和石英粉高，和鋯英粉相似，由於它的纖維針狀形態，可提高塗料的強度和透氣性及耐火度。目前該產品在吉林磐石等地也有出產，可用於鑄鐵、普通鑄鋼等塗料中。其它材料的性能本文不在詳述，在選用時應仔細查找相關資料。
1．2載液
水或乙醇（甲醇）可作為載液。水基塗料成本比醇基塗料低，且懸浮性好控制，但需要壹套烘幹和和排除水蒸汽的設備。醇基塗料烘幹容易，很多小型企業經常使用，但它有以下問題：澆註時發氣量大，成本高，塗料氣味很大，影響工人健康，安全性也差。壹般建議多采用水基塗料工藝，尤其是壹些形狀較簡單的鑄件，如錳鋼鍔板等。甲醇的應用可改善烘幹質量，可和乙醇配合使用。
1．3粘結劑
根據載液的不同，粘結劑分為水基用和醇基用兩種。對粘結劑的壹般要求是：在水中或乙醇中易溶易分散；具有較高的幹強度，尤其是高溫強度。糖漿、紙漿、酚醛樹脂、聚乙烯醇（PVA）、聚乙酸乙烯乳液（白乳膠）、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）、羧甲基纖維素（CMC），以及高溫性能好的粘土、磷酸二氫鋁、硫酸鹽、松香、水玻璃和矽溶膠都可作為塗料的粘結劑。酚醛樹脂、既具有較高的常溫強度，又具有較高的高溫強度，我們在塗料中廣泛應用。水基塗料可直接采用堿性液態酚醛樹脂，醇基塗料采用熱固性酚醛樹脂，先在酒精中泡開，溶化後再加入塗料中，它和PVB配合使用效果更佳。聚乙烯醇（PVA）和磷酸二氫鋁配合使用，效果也較好，成本也低。某些商品塗料具有硬化可逆性，即掉到地上已硬化的塗料仍可重復混制、使用。某些水溶性樹脂，如PAM就具備這種性能。
1. 4懸浮劑
常用的懸浮劑有鋰基、鈉基或有機膨潤土、凸凹棒土、CMC等。鋰基膨潤土不但懸浮性好，所制塗料的塗刷性能也較好，在醇基塗料澡中經常采用，但采用鋰基土的塗料易於發生“沈死底”的現象，塗料最好現配現用。要水基塗料中可采用鈉土和CMC配合使用，效果也較好。有機土效果最好，價格過高，壹般在要求較高的醇基塗料中少量加入。選用膨潤土類懸浮劑時，在保證懸浮性的前提下，加入量越少越好，加入量過大塗層易開裂。
1．5其它添加劑
實型（或消失模）塗料還需加入以下幾種助劑：⑴表面活性劑 用來改善塗料對塑料模樣表面的潤濕性，常用的是非離子型的表面活性劑JCF（脂肪醇聚乙烯醚）、OP-10（烷基酚與環氧乙烷的縮合物）、NNO（萘磺酸鈉甲醛縮合物），它兼有分散和減水作用。表面活性劑易於產生氣泡，在塗料中盡量少加或不加。⑵消泡劑 塗料在高速攪拌過程中也可能卷入空氣產生氣泡，因此要加入少量的消泡劑。常用的有正辛醇、正丁醇、SPA-202脂肪族礦物油、SAF（聚甲基矽氧烷乳液）。⑶防腐劑 常用的防腐劑有五氯酚萘、五氯苯酚、苯甲酸鈉、甲醛等。⑷碳吸附劑 冰晶石（Na3AIF6）在高溫下形成活性NaF、AIF3等，對模樣分解出的碳產生吸附作用，使之不沈澱在鑄件表面，從而防止鑄件表面積碳的產生。此外，塗料中還摻入氧化鐵粉（Fe2O3），提高塗料的自剝離能力和抗氮氣孔能力。件表面光潔，並在壹定程度上提高尺寸精度。
2塗料的作用和性能要求
塗料可以填充型和芯的表面孔隙在高溫下抑制砂型與金屬液的熱相互作用 (機械滲透和化學侵蝕)，從而防止機械粘砂，使鑄件表面光潔，並在壹定程度上提高尺寸精度。塗料還能夠提高型和芯的表面強度，防止因液體金屬的沖刷作用而發生砂眼、毛刺等缺陷。塗料層的隔離作用，還能夠防止因型和芯受熱產生大量氣體侵入鑄件而形成氣孔缺陷。熱膨脹低的塗料還可減少鑄件夾砂缺陷。此外，通過在塗料中添加絕熱保溫材此外，通過在塗料中添加絕熱保溫材布，調節熱流的傳遞和運動，控制合金的凝固和結晶過程，從而消除縮松缺陷。在塗料中添加某些特殊附加物，還能做到局部孕育或表面合金化，達到改善組織的目的。塗料的這些作用，近來也受到人們的重視。對於塗料的性能，有許多要求：
2.1懸浮穩定性，塗料應當在壹定時間內不沈澱、不分層、不結塊並保持密度的 均勻性。懸浮性主要決定於所添加的懸浮劑 的質量和加入量，以及耐火填料的顆粒大小和比重等。
2.2滲透性，它表示塗料在塗覆後能夠滲入型或芯表層壹定深度的能力。滲透性並不是越大越好。滲透性過大，會造成不必要的浪費，或難以保持壹定的厚度。滲透性過小，塗料在型或芯上的附著力小，烘幹和澆註時易起皮破損。滲透深度取決於耐火材料的粒度、塗料的比重和粘度、塗料懸濁體系的表面特性和內部結構特點，以及塗料與型或芯的潤濕性等。
2.3觸變性，(搖溶性) 物理化學中把觸變性現象視為壹種溶膠軟膠可逆等溫轉變過程。觸變性包括剪切變稀粘度依時性的兩個方面：壹是在剪切力作用下能變稀，剪切力去除後又會恢復原先的狀態，二是上述變稀或變稠都有壹個時間進程。通俗地說，就是“壹攪就稀，靜止還稠”。好的塗料應當具有壹定的觸變性，使用時 “稠而不粘，滑而不淌”，便於塗刷、浸塗、噴塗，而塗料既不堆積，也不流失。觸變性是現代鑄造用的塗料的主要工藝性能之壹。它在壹定程度上是反映塗料許多工藝性能 (如懸浮性、塗刷性等)好壞的綜合指標。觸變性取決於塗料懸濁體系的內部結構特點，可以通過在壹定剪切速率下塗料的表觀粘度和時間的關系來判斷。
2.4塗覆性， 它表示塗料以壹定厚度均勻覆蓋在型或芯表面的難易程度。塗覆時應當不堆積、不流失，也不損壞型或芯的表面。目前還沒有直接測定塗覆性的辦法，壹般可以用塗料的粘度、比重、觸變性、塗層厚度或塗掛重量等指標綜合衡量。
2.5表面強度， 塗料必須有足夠的表面強度，以防止塗層在搬運和合箱過程中損壞。
2.6高溫抗裂性， 塗層在烘幹和澆註過程中應當不開裂，以防止鑄件產生毛刺或脈紋。
2.7抗粘砂性， 防止粘砂的能力是塗料的主要性能之壹。它主要取決於塗料的組成，尤其是耐火材料的性質以及澆註時的氣氛。塗層的厚度、強度、抗裂性對抗粘砂性也有影響。
存期長、無公害、低成本、適應性廣等。除上述性能外，還要求塗料發氣少、存期長、無公害、低成本、適應性廣等。塗料要全面滿足以上要求，實際上是困難的。對於不同的砂型種類、不同的鑄件(甚至同壹鑄件的不同部位)，應當根據低成本高質量的原則選擇使用適當的塗料。
3、制備和塗掛
3.1 水基實型塗料配方
首先應根據鑄造合金的種類和鑄件大小等要求確定制備塗料的性能，如耐火能力，塗層強度，塗料保存時間等，然後選擇耐火粉料、載液、粘結劑、懸浮劑和助劑，經試驗調整調整並確定配方。表1，表2和 表3列出了配制的幾種配方。
3.1表1 鑄鐵水基實型塗料配方
塗 料
組 分
堿性酚
醛樹脂
CMC
鈉土
水
氧 化
鐵 粉
鋯 粉
鋰輝石
莫來石
WT/%
60
3
30
600
5
100
400
500
3.1表2 高錳鋼實型醇基塗料配方
塗 料
組 分
酚醛
樹脂
PVB
鋰土
酒精
氧 化
鐵 粉
鋯 粉
電熔
鎂粉
正辛醇
WT/%
30
6
30
500
5
170
830
5
3.1表3 鑄鐵醇基實型塗料配方
塗料
組分
酚醛
樹脂
PVB
鋰土
酒精
氧化
鐵粉
鋯粉
石墨
鱗片
石墨
WT/%
25
8
25
550
5
150
800
50
3．2塗料的制備
制備時壹般先在分散機中分散，再經過研磨設備研磨。對於年用量100t以下的企業，2~3千瓦的分散機即可。其葉輪有葉片和圓盤兩種。葉片式攪拌力較大，能使物料上下翻動，但轉速稍高就會引起物料飛濺，圓盤式葉片上下交錯分布，對物料有很強的剪切作用，可平穩地高速轉動，分散效果較好，生產率也較高，設備可自制。葉輪的線速度可選用大於200cm/min的為宜。對於產量要求不高的企業，也可選用小型球磨機，圓桶直徑在0.5-0.8mm左右，轉速100轉/min左右。塗料在球磨機中研磨，除分散效果良好外，還可使骨料破碎，起到對塗料的活化作用，提高塗層的質量。球磨機比膠體磨效果好，經球磨機研磨好的塗料不但塗層強度高，而且流平性和塗刷性等工藝性能都較好，球磨時間4h以上。
水基塗料的攪拌程序壹般是將膨潤土、CMC和水置於分散機中攪拌成漿狀再加入耐火材料連續攪拌，然後依次加入粘結劑、表面活性劑等助劑。膨潤土和CMC預先泡好，效果會更好。醇基塗料如使用鋰基膨潤土作懸浮劑，應預先用水預發24h以上，酚醛樹脂和PVB等也要先用酒精泡開，再將其加入分散機中混合。我們也采取過將泡好的酚醛樹脂和鋰基膨潤土混合碾壓成預混體長期保存，使用時按比例加入到其它混合料中壹起混制成塗料。該法對於小型企業非常適用。
3. 3 塗料的塗敷
根據鑄件的生產批量來選用塗料的塗掛方法。對於單件、小批量生產的模樣，宜采用刷塗。對於較大的鑄件可采用流塗。流塗的塗料粘度應小壹些，並具有較好的塗掛性能；批量和形狀復雜的模樣采用浸塗和流塗，薄壁易變形的模樣采用噴塗法。幾種方法可結合使用。塗料必須均勻覆蓋模樣表面，無缺塗、過度流淌或夾雜氣泡。塗層厚度壹般在0.5-2.5mm，可根據鑄件形狀、薄厚、復雜程度、合金種類、澆口靜壓頭高度等因素確定。
壹般需塗1-3次，每次塗層均需幹燥，如幹燥後的塗層產生裂紋，應及時降低塗料的比重、膨潤土加入量，適當增加粘結劑的加入量。塗層幹燥，壹般在烘爐中通過熱空氣（低於60℃）循環實現。烘幹時間3-10h。也可采用室外晾幹、紅外線或微波幹燥。
4、質量與性能檢測
塗料性能的檢測是保證塗料質量的必要重要條件，塗料的物理性能，如比重、粘度和懸浮性可以在試驗室中用常規儀器檢查。比重的檢測最好用稱重法，因為實型塗料的粘度大，比重計及波美度計不易自由懸浮，影響檢測結果。比重的檢測非常重要，它直接影響塗層厚度，並可控制溶劑的加入量。塗層厚度可采用稱量法和專用卡尺測得。塗層透氣性測定有多種方法，在試驗室采用固定配方的膨潤土濕型砂標準試樣，在壹端塗上塗料後烘幹，在普通透氣性儀上測定。在生產現場，可采用測定澆註時間的方法間接估算塗層透氣性。
塗層強度采用SVQ型塗料塗層強度測定儀測定。測試前先向底座的塗料槽中逐層塗刷塗料並烘幹，經打磨保證塗層厚度為1.2mm。測試時開動空壓機向空腔內加壓，直至塗層破裂，從壓力表上讀出最高壓力，該壓力值即作為塗料的塗層強度值。對表2和表3的塗料性能進行了測定，結果如表4和表5。
表4 鑄鐵水基實型塗料性能
塗料名稱
（24h）
懸浮性
g/cm-3
密度
透氣性
塗層強度
MPa
高溫急熱
抗裂性
發氣量
Ml/g
自制 1
98
1.90
17
0.15
1級
21
表5 實型醇基塗料性能
塗料名稱
懸浮性
（2h）
密度
g/cm-3
透氣性
塗層強度
MPa
高溫急熱
抗裂性
發氣量
Ml/g
自制 2
自制 3
95
98
1.58
1.25
75
80
0.075
1.0080
1級
1級
22.5
20.0
5、生產應用
某廠生產球鐵桿頭鑄件，需要壹批高質量的實型塗料，采用進口阿什蘭消失模塗料，效果良好，但價格太高。采用國產的商品塗料，質量不是很穩定，如采用僅依靠進口塗料，勢必增加很多成本。我們通過分析認為，如大部分采用國內材料，粉狀材料成本可降低至4000元以下，經濟效益是非常明顯的，而且可以根據需要隨時進行性能調整。
根據資料配制以270目高鋁粉為耐火材料的塗料，粘結劑采用白乳膠。經輪試驗後發現，塗料透氣性較差，塗料易起泡，鑄件廢品很多，最初兩次幾乎沒有成品。采用200目莫來石和鋰輝石做為骨料，以水溶性酚醛樹脂為粘結劑，經試驗效果較好，所生產的鑄件基本都澆成了，鑄件粘砂較嚴重。隨即又在配方中添加了320目鋯粉，進行了試驗，效果非常明顯。鑄件澆鑄後塗層和鑄件非常易於剝離，完全解決了粘砂的問題，而且鑄件的成品率較高，達到了同批澆註的采用阿什塗料的水平。配方如表1。
某廠實型法生產球磨機鄂板高錳鋼鑄件，以前塗料依靠購買商品塗料，經常發生塗層開裂、粘砂等塗料廢品。為了自己解決塗料問題，曾經試驗過多種配方，都沒有成功，尤其是粘結劑和骨料的選擇，問題較大。如采用PVA加硫酸鹽粘結劑+高鋁粉等配方，塗料的常溫強度可以，但高溫強度低，鑄件粘砂嚴重。經過試驗采用表2的配方，采用該廠的球磨機等現用設備，成功的生產出了大批鑄件。配制用於鑄鐵材質的石墨塗料配方見表3。
6、結論
6.1中小實型鑄造廠采用各種國產材料自制塗料，可降低材料成本，提高產品質量，也可增強靈活性，提高市場競爭力。正確選用塗料的配方、原輔材料是自配塗料成敗的關鍵。配方的選擇除考慮技術因素外，還應考慮材料的成本，可優先采用當地和較近地區的材料。
6.2從國際範圍看，商品塗料的品種將日益增多，塗料的工藝性能和塗覆方法在不斷改善和革新。由於烘爐烘幹費用高，使用水基塗料顯得不那麽經濟，而采用低“泡沫”載體塗料、幹態塗料、靜電粘結塗料、光輻耐固化塗料等，將成為塗料發展的趨 向。總之，未來的塗料，應用效率將更高，效果將更好。由於嚴格的環境保護法的限制，可望在幾年之內有的國家將不再使用易燃塗料。從國內情況看，塗料的基礎理論研究以及新型觸變性塗料的研制和應用會取得新的成果，淺色和自色塗料的應用將會逐步擴大。塗料專業定點生產和商品化、優質化，在短期內也將逐步實現。