一， 球墨铸铁件的表面球化不良

球墨铸铁件的表面球化不良缺陷主要出现在以呋喃树脂自硬砂为铸型/芯的生产工艺，主要表现为在铸件的表面会出现不同程度的球化衰退层甚至变为灰口铸铁组织，从而影响铸件的性能。对于普通的没有特殊要求的球铁件，轻度的表面球化不良是可以接受的，但对于一些重要的关键铸件（如风电件）则会对表面球化状态有更严格的要求，比如要求球化不良的深度不超过3毫米。

下面两个金相图片显示的是未出现球化不良和已经出现球化不良的情况。（源自：王景升. 球墨铸铁件表层石墨畸变缺陷的成因与控制. [D] 辽宁工业大学, 2016.）

二， 表面球化不良的原因

目前比较主流的观点认为表面球化不良现象与硫元素密切相关，自硬砂使用的含硫固化剂、黏土砂中残留的硫元素等，都会对铸件表面的球化状态产生不良影响。众多文献分析了硫元素导致球化不良的原因和机理：

1， 对甲苯磺酸在完全燃烧和不完全燃烧情况下都产生和析出SO₂气体：

2， SO2气体在高温下发生以下反应：

     SO₂（气）= [S]+2[O]

硫元素以原子形式扩散到金属液体表层，并逐步向液体内部扩散。

3， 硫元素与金属中的镁、稀土和锰发生反应：

Mg（气）+[S]=MgS（固）

[La]+[S]=LaS（固）

[Ce]+[S]=CeS( 固)

3[Ce]+4[S]=Ce₃S₄( 固)

2[Ce]+3[S]=Ce₂S₃( 固)

[Mn]+[S]=MnS

反应的结果，是使球化元素Mg和稀土以及珠光体稳定剂Mn被消耗。

因此，球铁件表层石墨变异的形成机理是：对甲苯磺酸在浇注过程中受热分解析出的含硫气体，在金属液体完全凝固之前扩散进入液体表层，气体扩散过程中，部分会解离出现S原子，而S原子易与铁水中的球化元素Mg、RE和珠光体稳定剂Mn发生反应，使得球化元素Mg、RE和珠光体稳定剂Mn被消耗，有效量不足，致使石墨球化不良，球化率下降，石墨形态由球状变为蠕虫状，最后变为片状因而在铸件表面生成异常组织。

用其它含硫的酸作催化剂或用SO₂ 吹气硬化树脂砂型时，也会出现这种表层组织变异缺陷。

三， 防渗硫涂料的作用机理

普通铸铁涂料的防渗硫作用并不十分有效。铸型中物质的交换主要是通过气相进行的，而一般涂料具有透气性，无法阻止铸件与铸型间的气相交换。因此含硫气体能够通过铸型和涂料内部的孔隙向铁液扩散，进入铸件表面。实际生产证明，采用降低涂料透气性方法并不能很有效地抑制片状石墨的出现。

具有防渗硫作用的涂料，可以从两个途径起作用：

1，吸收作用：涂层内含有脱硫物质，与透过涂料层的含硫气体发生反应并生成固态物质，从而减少甚至消除穿透涂料层的含硫气体。具有这个功能的涂料称为反应型涂料。

反应型涂料的作用机理：

采用某些易与SO₂或S发生反应的材料作为涂料的填料或者在涂料填料组合中加入这些材料，常见的有白云石，镁砂粉，镁橄榄石粉，生石灰等，这些材料均含有CaO和MgO等碱性氧化物。

含硫气体通过涂层时，具有吸附硫能力的CaO和MgO与含硫气体发生反应，生成含硫固体从而阻止硫元素进入到金属液中。

CaO与含硫气体的反应式

     S2(气)+2（CaO）=O₂(气)+2 (CaS)

CaO与铁液中硫元素的反应式

MgO与硫的反应式：

上述反应的反应产物均为固态，残留在涂料层中，阻止了含硫气体与金属液面的直接接触。

这种类型涂料的防渗硫效果主要取决于涂料对SO₂ 气体的吸附能力和碱性物质的反应活性。涂料碱性越高，越有利于脱硫反应进行，防渗硫效果越好。

2，屏蔽作用：主要是要求涂料在浇注过程中，能够烧结成为致密的涂料壳，致密的涂料层能够隔绝气体进入金属液，隔绝磺酸类固化剂受热分解出的含硫气体。具有这个功能的涂料称为烧结型涂料或屏蔽型涂料。这种涂料的优点是不仅能够阻止含硫气体，也可以阻止其它有害气体，但是其很难彻底地隔绝气体。

烧结型涂料或屏蔽型涂料的作用机理

在金属浇注的高温作用下, 由于烧结的作用使涂料烧结成硬而致密的薄壳层, 从而隔离了树脂砂中热分解出来的SO₂气体与金属液界面直接接触。

烧结层的致密性, 涂料涂刷的均匀性和完整性, 都将影响这种涂料的防渗硫效果。

观察涂料的阻隔气体的能力，内部烧结颗粒之间熔融相连孔洞少的涂料阻硫效果好，烧结之后涂料透气性差的涂料阻硫效果好。

应该综合考虑铸件实际情况和浇注温度等工艺条件，合理设计涂料的耐火骨料组成成分，适当采用烧结助剂，使涂料具有良好的烧结性能从而达到阻隔含硫气体的目的。

3， 实际生产应用证明，兼具上述两种作用的涂料比起单一起作用的涂料具有更好的防渗硫效果，这种涂料称为烧结反应型涂料。

这三种类型涂料各自的防渗硫机理见下图：（源自：许建华, 李远才, 万鹏, 杨帆. 球墨铸铁用呋喃树脂砂醇基阻硫涂料的研究[J]. 铸造, 2012, 61(1): 32-39.）

四，介绍一种新型防渗硫涂料

含有孕育剂和球化剂的防渗硫涂料：专利CN112059105

据该专利的发明者介绍，这个专利提供了一种彻底消除球铁件表面反应层缺陷的涂料及方法，涂料的填料系统中含有部分球化剂和孕育剂，其中球化剂能对树脂砂砂型中硫元素及扩散到铁液中含硫气体具有中和吸收作用，并对铁液有补充球化效果，增加了铁液中有效镁含量，确保铁液得到有效的球化，防止球铁件表面出现片状石墨，彻底消除呋喃树脂砂生产球铁件表面反应层缺陷；其孕育剂能对补充球化的铁液具有孕育作用，防止球铁件表 面出现渗碳体及白口缺陷，这样球铁件表层涂料中球化剂与孕育剂配合，并控制合适的球化剂、孕育剂粒度，保证了球铁件表层的球化效果及孕育效果，大大提高球铁件的表面质量及球化级别。

有兴趣的读者可以参看此专利文件

五，介绍几个防渗硫涂料的研究文献、专利和生产应用实例

辽宁工业大学武晓峰论文：

以铝矾土为主要骨料，添加部分镁砂粉做反应剂

添加了烧结助剂，起到屏蔽作用和防粘砂作用。

原上海工艺所铸钢用防渗硫涂料，专利CN102328018A。以锆英粉为主要骨料，搭配金红石为烧结助剂促使涂料烧结，从而起到隔离和屏蔽的作用。

中福公司防渗硫专业涂料Alcoper 9500SL.以镁橄榄石粉和碱性材料为骨料，添加少量烧结助剂。在浙江某厂生产大型风电件取得成功，在安徽某厂成功替代日本花王涂料。