非占位涂料(轉移涂料)

1概述

非占位涂料又稱轉移涂料，其工作原理是將涂料直接噴涂到芯盒或模樣表面，然后填砂、緊實，涂料層和型(芯)砂在芯盒的約束下同時固化，起模時涂料能從芯盒或模樣表面轉移到砂型(芯)表面，從而制得帶有涂料的精密砂型(芯)。由于這種工藝方法所形成的涂層不占據型腔的有效位置，故稱為非占位涂料法，亦稱轉移涂料法。采用這種方法不會影響型(芯)的尺寸精度，涂層可完美地復制出模樣或芯盒的表面，不存在刷痕、流淌、堆積等涂料表面缺陷，能獲得精密光潔的鑄件，可與熔模鑄造相媲美，而其成本僅相當于或略高于普通砂型鑄造，生產效率大大提高。

2國內外的研究應用情況

非占位涂料技術最早是出現在20世紀70年代，是日本小松制作所提出的小松(Komatsu)—山西(Yamanishi)法，簡稱K-Y法。該法的工藝過程為，首先在噴涂有分型劑并已預熱的金屬芯盒上涂敷粉狀涂料，然后加入樹脂覆膜砂，加熱固化后由頂桿將殼型頂出。在殼型上，涂料已由芯盒內表面轉移到樹脂覆膜砂殼型表面形成了光潔的鑄型表面。此法采用的粉狀涂料和所能制造的型(芯)形狀都受限制，所以難以推廣。

80年代初，小松制作所對原來的Ｋ-Ｙ法進行了改進，發展成為有機系新Ｋ-Ｙ法。新Ｋ-Ｙ法的工藝流程如圖1，先在環氧樹脂玻璃鋼芯盒表面涂襯上硅橡膠膜，然后將涂料液倒入芯盒中，使涂料潤濕整個芯盒內表面后，再倒出多余的涂料，在芯盒表面留下一層涂料;在振動條件下，向涂敷涂料層的芯盒內充填芯砂，再送入微波爐內加熱，使涂料與覆膜砂一起硬化，然后脫芯盒，取出帶有涂料的精密砂芯。新Ｋ-Ｙ法有許多優點:芯盒本身不受熱，尺寸穩定，有利于提高砂芯的精度和延長芯盒的使用壽命;由于填砂是在室溫下進行的，所以不必非得用樹脂覆膜砂，可以直接填加粉狀樹脂和原砂的混合料;又由于使用的是液態涂料，可以很方便地涂掛在各種形狀的芯盒或模樣各個角落，所以對芯子的形狀幾乎沒有限制。

1987年日本又開發了無機系的新Ｋ-Ｙ法。所用芯砂為水玻璃覆膜砂，即先將無機系水基涂料涂敷在芯盒或模樣表面，再充填包覆有水玻璃等無機粘結劑的干態砂，經微波照射，涂料中介質損失系數大的水分被選擇加熱，變成水蒸汽向芯盒外逃逸，此時，水蒸汽可將包覆在砂粒表面的無機粘結劑再次溶解，進而又干燥硬化，制得帶有涂料的無機系精密砂芯。目前日本對Ｋ-Ｙ法研究較多，已有Ｋ-Ｙ法的專用涂料和芯盒制作的專利，并已形成機械化生產線。有機系的新Ｋ-Ｙ法已被用來制造柴油機汽缸蓋、進氣道、排氣道芯子及某些建筑零件。無機系的新Ｋ-Ｙ法也已被用來生產葉輪、導葉、氣缸蓋、渦輪機匣、三角刃刀頭等鑄件，取得了良好的效果。

80年代初，原蘇聯也對非占位涂料法進行了研究，并稱之為精密涂法。該法是將水基涂料噴涂到預熱至240℃的芯盒上，然后填入混有干樹脂的芯砂，制得帶有涂料的精密砂芯。

我國是從90年代初開始研究非占位涂料技術的。袁壽民研究了加熱硬化的轉移涂料工藝，涂料采用乳白膠為粘結劑的水基石墨涂料，芯砂采用呋喃Ⅰ型熱固型樹脂砂。用轉移涂料澆注了ＤＺＺ01液壓閥體的ＺＬ102鋁合金芯盒。芯盒的原加工工時為132h，改用轉移涂料工藝后只需23h，而且鑄件表面粗糙度達到32μｍ，尺寸精度達到ＧＢ180479ＪＳ13級。

華中理工大學進行了可以在常溫下自硬的轉移涂料工藝的研究。其工藝過程為:在涂有脫模劑或硅橡膠的芯盒內表面噴涂磷酸鹽自硬涂料，然后填入水玻璃砂，再吹ＣＯ2硬化，20～30分鐘后取出砂芯。研究表明，硅橡膠可明顯地降低涂料對模樣或芯盒表面的附著強度，使涂料轉移易于實現。

哈爾濱工業大學對自硬轉移涂料也進行了研究。采用水玻璃和有機酯配成的鋁礬土水基自硬涂料，以ＣＯ2硬化水玻璃砂或ＶＲＨ法真空氣硬水玻璃砂造型。研究了涂料轉移的最佳時間，研究了涂料與不同芯盒材料的接觸角及涂料與芯盒表面的附著強度，并用該工藝澆注了碳鋼試塊及球鐵花齒盤農機件，制品尺寸精確、表面光潔。

上海交通大學對自硬轉移涂料法進行了改進，發明了液固相變精密鑄造法。該工藝是先在芯盒表面噴封閉劑(脫模劑)，再將固化劑噴到芯盒表面，然后再噴涂料，固化劑和涂料在芯盒表面進行化學反應而固化;再填砂并緊實，然后將芯盒放入反應固化器內，抽真空0.1ＭＰａ，保持5～30分鐘，以使涂料中的溶劑揮發，接著再通入固化反應催化氣體，使砂芯及涂料充分固化;然后取出帶有涂料的砂芯放入烘干爐內，在200℃下烘干3～5h。目前已用此法生產了輪胎模等鑄件。

3非占位涂料技術的特點

3.1非占位涂料能制作精密的鑄件在于涂料不占據型腔有效空間位置，突破了傳統鑄造先制芯后刷涂料的模式。

表1不同涂敷方法時涂料涂敷模式及鑄件質量對比

3.2自硬轉移涂料法不需專用設備，芯盒制作簡單、迅速，芯盒成本也較熱芯盒低，對于單件、小批量生產精密度要求較高的鑄件，如鑄造芯盒、金屬型、模具等有很好的應用前景。

3.3微波硬化的轉移涂料法有許多獨特的優點，如芯盒制作成本低、工藝簡單、芯盒本身不發熱、砂芯及涂料能用微波選擇性加熱固化，便于實現工業化批量生產，高效地制作高強度精密砂芯。隨著微波技術的不斷發展，微波爐的性能不斷提高，設備成本不斷降低，這一技術將有很好的應用前景。

3.4非占位涂料技術與覆膜砂技術的結合亦有很高的研究價值和應用前景。這兩種技術的結合，使加熱固化時可避免自硬轉移涂料法中的溶劑遷移，且固化快，涂料及砂芯的強度高，易于實現工業化生產。

3.5非占位涂料技術與殼型技術的結合對提高我國汽車、拖拉機、柴油機的缸體、缸蓋等重要鑄件的內腔表面質量及尺寸精度有非常重要的意義。可望解決目前鑄鋼件殼型鑄造中存在的粘砂、表面粗糙等問題。