涂料中的有机挥发物和可分解的无机物质在浇注时的高温环境下会以气体的形式向外散发。
涂料的发气性有两个含义,一是发气的数量或体积,用发气量表示,是指单位质量(1克)的涂料在一定温度下(目前行业标准JB/T 9226-2008 设定在1000℃)产生的气体体积(在JB/T 9226-2008 所规定的发气性测试设备内),以ml/g(毫升/克)为单位。另一个含义是其发气速度,如何衡量发气速度目前尚没有一个统一的标准,行业标准中也没有提及发气速度这个概念。
涂料在高温下所析出的气体是铸件产生气孔、结疤和桔皮等缺陷的原因之一(另一个更重要的原因是铸型(芯)产生的气体)。发气量越大,则产生铸件气孔的倾向越大。但铸件产生气孔的可能性不仅取决于涂料的发气量,还取决于其发气速度。如果某个涂料的发气量较大,但发气速度很快,足以使气体在金属液体(靠近铸型部分)凝固之前逃逸,则其产生气孔缺陷的倾向并不大。(当然要警惕发气过快带来的其它缺陷,如结疤、渣孔等)。
灼烧减量(LOI)是指涂料在950-1000度下灼烧前后所失去的重量占原重量的百分比。也是衡量涂料产生气体能力的量度,在涂料性能检测方面与发气性有着相似的意义,一般LOI高的涂料,其发气性也会较高。
您可以在“铸造涂料耐火粉料概述”一文了解更多关于灼烧减量LOI的内容
LOI与发气量的不同之处在于:
- 检测方法不同:发气性是在专用的涂料发气量检测仪上进行的,测量的是单位重量所产生的气体的体积,而LOI是用坩埚在普通马弗炉内灼烧后测得的失重百分比。
- 精确度不同:发气性一般样品称重量仅1克,测量出气体体积受气压、温度的影响较大,因此测量结果的波动较大。LOI的样品重量可以达到几十克,测量的是重量,受环境条件影响较小。
- 检测目的不完全相同:发气性检测的是气体体积,模拟的是涂料在浇注后短时间内的情形,短时间内靠近铸型的金属液体即可凝固,尽管有些物质不会在短时间内完全析出气体,但此后再产生的气体不会导致气孔缺陷。而LOI则更多侧重于检测涂料中所有挥发物质(包括缓慢析出的无机物)的含量,不单纯检测短时间内析出的气体的含量。
发气量和灼烧减量的检测方法:参见机械行业标准JB/T9226-2008 《砂型铸造用涂料》的相关内容。
发气性测量时的注意事项:
- 必须严格限于1克的重量,这是因为不同的样品重量所产生的气体量虽然存在比例关系,但在测试仪器上所测得的读数并不一定存在比例关系。比如,0.5克某涂料的发气量测得15毫升,而同一个涂料称重1.0克所测得的发气量往往不是30毫升,而可能是25毫升左右。
- 样品的准备很重要,要严格按照行业标准的要求准备,在145-155度烘箱内烘干1小时后才能测试。
- 测量仪器要经常校准。
- 涂料用户进厂检测的发气量数据如果与供应商出厂检测数据不一致时,双方应该确认检测条件是否一致。比如,同一个样品,在860度和在980度两个温度下的测量结果差异会比较明显(一般是温度越高发气量越大)。
- 涂料样品的取样也很重要,取得的样品要有代表性。如果涂料桶内的涂料没有经过充分搅拌,就简单地在涂料桶上部取样,往往会因为这部分涂料的粘接剂含量较高而使得发气性偏高。
发气性对铸件质量的影响:
- 发气量越高,铸件出现气孔缺陷的可能性也越大。因此,在保证涂料的基本使用性能的前提下,能够带来发气量增高的物质应该尽量少。
- 小型铸件和薄壁铸件对涂料的发气性比较敏感,而厚大铸件表层凝固要慢一些,气体有更多的时间逃逸,对发气量的敏感性降低。这就是为什么汽车发动机铸件的用户往往对发气性提出苛刻要求的合理之处。
- 发气量过高也可能造成其它缺陷。气体量过大或排除速度过快,可能会冲破涂层使涂层失去保护作用,形成结疤缺陷,被冲走的涂料片会造成铸件渣孔缺陷。
减少涂料发气量的途径:
- 减少有机物的含量,对降低发气量效果最明显。
- 无机悬浮剂的发气对涂料整体发气量也有不少贡献,因此当为了提高悬浮性而提高悬浮剂含量时,也要关注涂料发气量额变化。
- 石墨、滑石粉、云母、镁橄榄石等骨料本身在高温下也发气,可以考虑适当用其它低LOI的骨料替代。
- 氧化铁本身也是发气物质,要关注添加氧化铁所带来的发气性增大。
笔者在气孔缺陷与涂料的关系一文有更系统的论述。