消失模鑄造涂料多性能綜合測定裝置的工作原理

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   在前人工作的基礎上,結合涂料層在消失模鑄造工藝中的工作狀態,設計制作了消失模鑄造涂料多性能綜合測定裝置,其工作原理,見圖1。

圖1 消失模鑄造涂料多性能綜合

測定裝置工作原理

    首先,按照生產現場使用的模樣的制作工藝,利用球形模具制作直徑D=30 mm的球形模樣。將模樣裝在18 mm×30 mm的陶瓷管上(見圖2)。每次試驗用2個試樣。涂料在濕點碾壓4 h后,在攪拌機內調整到使用粘度。運用球形模樣按以下步驟依次測試如下涂料性能。

圖2 球形模樣安裝示意圖

      (1) 滴淌量和滴淌時間

  將球形試樣浸到正在攪拌的涂料中。從涂料中取出后,開始計時,測定滴淌時間,并稱量滴淌量,用這2個參數評價涂料的涂掛性。

  (2) 烘干抗裂性

  將已涂掛涂料的模樣連同陶瓷管水平放入(50±5) ℃烘箱中烘干。取出后,觀察涂料的烘干抗裂性。

  (3) 涂掛均勻性

  測試球形涂殼水平和垂直方向的直徑,利用兩方向的直徑差衡量涂掛的均勻性。

  (4) 試樣預處理

  為避免EPS受熱膨脹破壞涂層,試樣烘干后,在一種易揮發的溶劑中快速蘸一下,使EPS在受熱前稍縮一點,避免脹破涂層。

  (5) 裂解氣體排出涂層的情況

  將陶瓷管與橡膠塞連接并密封。打開閥3、4,并啟動數據采集系統,而后將陶瓷管裝有模樣的一端快速插入已升至1 000 ℃的管式爐,測試泡沫裂解產物逸出涂層的情況。

  (6) 急熱抗裂性

  為保證涂層受熱均勻,加熱爐設計成4根碳硅棒均勻分布的形式。試樣送入爐內后,觀察涂層的激熱抗裂性。

  (7) 高溫透氣性

  關閉閥3、4,打開閥1、2、5,控制閥6,使定壓氣體罐左端的水面升至已標定的6 kPa處,關閉閥5、6和閥1、2,獲得定量定壓的氣體。

  保持試樣不動,啟動數據采集系統后,打開閥1,讓定壓、定容氣體通過涂層,測試氣體壓力的變化,評價涂料的透氣性。

  測試完畢后,運用自編的程序從所采集的數據中查找到相關參數,并通過鍵盤輸入涂層厚度,帶入下式計算涂層的透氣率[12]。

       式中 Pe——終氣壓,Pa; Pb——初氣壓,Pa; h——涂層厚度,cm; V——壓力罐容積,cm3; Po——外界氣壓,Pa; A——涂料層有效通氣面積,cm2; te——從Pb降至Pe所需時間,min; k——涂料透氣率,cm2/(Pa.min)。

  (8) 高溫強度

  保持試樣不動,關閉閥1,打開閥2,啟動數據采集系統后,調節閥6,使氣體壓力逐漸增大,直到涂層被破壞。從所測數據中找到最大值,用這個壓力與涂層厚度的比值來評價涂層的高溫強度。

  (9) 涂層厚度

  取出3塊以上的碎片,測試涂層的厚度。

  (10) 表面強度(表面穩定性)

  采用沖砂法,用第二個模樣上的涂層試樣,在不同的方位測三個點,取平均值作為涂層的表面強度。

  綜觀整個測試過程可以看出,這種測量方法具有如下特點:

  (1) 涂層的制作方法更具現場模擬性。本裝置采用原發泡沫模樣涂掛涂料,使所得涂層與生產現場的情況更接近,所測數據更具有說服力。

  (2) 采用同一試樣,利用同一裝置,可以測試出多項性能。這樣,一方面降低了試驗的繁瑣程序,減少了測試儀器的投資,另一方面,便于進行涂層性能的綜合分析,特別是將透氣性和強度(抗粘砂性)放在同一涂層測試,為兩者的匹配提供了條件。

  (3) 采用微機系統采集、處理試驗數據,使試驗結果既有直觀的曲線顯示,又有確切的計算值。

2 本裝置消失模鑄造涂料性能研究中的應用

  為了進一步說明本測試方法的原理,同時檢驗其可靠性和靈敏度,利用本裝置對兩種涂料進行了研究。為了便于比較,兩種涂料除了骨料變動外,其它均保持不變。表1為兩種涂料的骨料組成情況。

表1 試驗所用涂料骨料的組成

表1 試驗所用涂料骨料的組成

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

   

編號 篩孔尺寸/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

* B,C,D,E為不同的骨料。

   為了檢驗重現性,每種涂料涂掛4個試樣,其中一個試樣用來測試表面強度。按照圖1所示的工作原理依次測試涂料的各項性能,所測性能參數,見表2。

    表2 涂料性能

Tab.2 Coating properties

編號 涂掛性 涂掛均勻性 涂層

厚度

mm 烘干

抗裂

表面強度

g/mm 裂解產物

排出情況 激熱抗

烈性 高溫透氣性

cm2/(Pa.min) 高溫強度

MPa

滴淌時

間/s 滴淌

量/g 垂直直

徑/mm 水平方向

直徑/mm 差值

mm

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

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

1-3# 43 3.210 32.00 31.96 0.04 0.60 最好     最好 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 最好     最好 0.0394 0.040

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

2-3# 25 3.295 31.84 31.74 0.31 0.50 最好     最好 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%

2.1 涂料性能綜合分析

  2號涂料中55%的粗顆粒代替了1號涂料中的細顆粒。從測試結果看,涂層的高溫強度變化不大,其透氣性明顯提高,但2號涂料的滴淌、涂掛均勻性和涂層的表面強度均有所下降。這說明,加入粗骨料盡管能夠提高涂層的透氣性,但同時又有惡化其它性能的趨勢,選取應當慎重。

2.2 測試裝置的可靠性和靈敏度

  表2中各項性能的偏差均在10%左右,因此,本測試裝置的可靠性能夠滿足使用要求。

  從表2數據可以看出,這種測試方法具有較高的靈敏度。以透氣性為例,耐火骨料變動后,其透氣性提高了近10倍,從數據采集儀繪制的曲線也可以直觀地看出這一點(圖3)。

 

圖3 兩種涂料透氣性的比較

2.3 裂解產物的排出情況

  圖4是試驗中測出的裂解氣體壓力隨時間的變化情況。

       圖4 裂解氣體溢出涂層的情況

      從圖4曲線可以看出,兩種涂料的壓力變化曲線均呈“雙峰”形式。涂殼內的氣體壓力達到最大值(第二峰)后,經過一個平緩的壓力波動區后,快速下降。分析認為,這個平緩的過程是由于涂層不斷地吐納EPS液態產物而造成的。對此現象將做進一步的研究,希望找到測試涂層吸附液態EPS能力的方法。

3 結論

  (1) 針對涂料測驗方法上存在的問題,提出了采用單一試樣連續測試多項性能的新方法。

  (2) 研究開發出了消失模涂料多性能綜合測定裝置。該裝置采用同一裝置和試樣可連續測出涂掛性、涂掛均勻性、烘干抗裂性、表面強度、裂解氣體溢出涂層的情況、激熱抗裂性、高溫透氣性、高溫強度、涂層厚度9項性能。測試結果既有直觀的顯示又有精確的計算,便于控制涂料的綜合性能。

  (3) 運用多性能綜合測定裝置對兩種涂料的研究表明,該測試方法具有較高的可靠性和靈敏度,通過單一試樣可以快速獲得涂料的綜合性能,便于現場即時控制。

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