中溫模料硅溶膠制殼工藝是目前國(guó)內(nèi)、國(guó)外的主流工藝，用于生產(chǎn)精密鑄件。然而，面臨制殼生產(chǎn)周期長(zhǎng)、因面層型殼缺陷導(dǎo)致鑄件缺陷的困擾。提出面層漿料加入防裂劑、面層大風(fēng)力干燥、面層采用大粒徑硅溶膠、取消涂二層前預(yù)濕、取消涂面層前沾硅溶膠的工藝舉措，從而提高面層型殼的強(qiáng)度，減少面層型殼的缺陷，縮短涂層干燥時(shí)間，提高鑄件一次性合格率。
熔模鑄造中溫蠟全硅溶膠結(jié)殼工藝適合生產(chǎn)表面粗糙度值小、尺寸精度高的精密件，已經(jīng)成為主流工藝被廣泛應(yīng)用。
該制殼工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)，尤其是面層型殼開裂、剝落、鼓起、分層的缺陷造成許多鑄件表面缺陷的產(chǎn)生，困擾著量產(chǎn)和表面質(zhì)量的提高，面層結(jié)殼的優(yōu)劣是決定鑄件表面質(zhì)量和一次性合格率的關(guān)鍵。
在面層鋯英粉漿料中加入占硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的防裂劑，攪拌均勻。也可用3.3～3.4：1的粉液比，按加硅溶膠→粉料攪拌8h→防裂劑攪拌5h→潤(rùn)濕劑攪拌2h、消泡劑攪拌1h的加料順序配制面層漿。
模組沾漿后，撒100目鋯英砂或100目白剛玉砂，在溫度23℃，相對(duì)濕度60%的面層干燥環(huán)境條件下，吹風(fēng)，風(fēng)速4-6(m/s)，面層干燥時(shí)間≤2h。
經(jīng)吹強(qiáng)風(fēng)干燥的面層，不僅大大縮短干燥時(shí)間，涂層無(wú)龜裂、無(wú)開裂、無(wú)脫落、無(wú)鼓起，無(wú)分層，面層的濕強(qiáng)度明顯提高，而且模組的內(nèi)腔與外型同時(shí)干燥，澆注出來(lái)的鑄件質(zhì)量見圖1所示。
硅溶膠型殼的結(jié)殼過(guò)程，實(shí)際上是在型殼內(nèi)建立強(qiáng)度的過(guò)程，當(dāng)涂層得到充分干燥，完成硅溶膠的膠凝，涂層的濕強(qiáng)度就建立起來(lái)。
向面層漿料中加入的防裂劑是一種分子形態(tài)為長(zhǎng)鍵狀的高聚物，對(duì)硅溶膠表面進(jìn)行改性和保護(hù)，使硅溶膠膠體的Zeta電極電位下降，膠粒間相互斥力有所減弱，在脫水膠凝的過(guò)程中，由于高聚物分子鏈相互糾纏作用，促進(jìn)了硅溶膠膠團(tuán)彼此靠近，從而加快了膠凝速度。生產(chǎn)證明，在高聚物作用下，硅溶膠在較少的水分蒸發(fā)量下，SiO2膠體膠凝過(guò)程就得以迅速開始，實(shí)現(xiàn)了面層的快速干燥。
同時(shí)，由于高聚物呈堿性的水溶性，本身也是粘結(jié)劑，可以在硅溶膠膠凝過(guò)程中對(duì)面層起到物理增強(qiáng)的作用。由于有機(jī)高聚物優(yōu)秀的成膜性，使得粘結(jié)劑在型殼的耐火材料之間形成均勻而連續(xù)的膠膜，提高整的粘結(jié)效果，最終使型殼建立與背層相同的常溫強(qiáng)度。
再則，高聚物分子鍵的良好柔韌性能，可以改善粘結(jié)劑在粉、砂中的包覆狀況，有效地防止和降低產(chǎn)生面層開裂、起鼓、分層的傾向，起到對(duì)面層的保護(hù)作用，從漿料中是否加入有機(jī)高聚物型殼斷面對(duì)比的電子顯微鏡照片，可以得到信服的求證。目前，添加防裂劑工藝正在不斷被精鑄廠家所應(yīng)用。
面層型殼經(jīng)充分干燥后，將模組放在硅溶膠中浸一浸，然后，進(jìn)行第二層型殼的涂制，這是傳統(tǒng)的硅溶膠預(yù)濕處理工藝。
預(yù)濕的目的是在面層上增加硅溶膠的質(zhì)量，從而加大面層的高溫強(qiáng)度，防止因面層缺陷而產(chǎn)生諸多鑄件表面缺陷。可是，預(yù)濕帶來(lái)的負(fù)面影響卻不可忽視。
一是，面層的干燥是在嚴(yán)格的溫度、濕度環(huán)境條件下，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的自然干燥而獲得。干燥的面層型殼浸稀釋的硅溶膠后（SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%），使面層整體全部受潮，恢復(fù)到面層未干燥時(shí)的涂層初始狀態(tài)，在現(xiàn)場(chǎng)控制中，第二層的干燥時(shí)間往往要比面層的干燥時(shí)間增加許多，實(shí)際上對(duì)二層型殼的干燥來(lái)說(shuō)，不僅要將二層自身充分干燥透，而且還要把受潮的面層重新干燥，所以，延長(zhǎng)二層的干燥時(shí)間是必然的。
二是，硅溶膠涂層在干燥硬化的過(guò)程中，存在失水膠凝硬化，受濕凝膠返溶軟化的可逆物理變化的特性，被預(yù)濕后的面層型殼在重新干燥過(guò)程中存在著無(wú)法觀測(cè)和發(fā)生型殼缺陷隱患的變數(shù)。
筆者認(rèn)為，涂制二層前做預(yù)濕處理弊大于利，應(yīng)予改進(jìn)。改善的思路和方法：第二層型殼一般稱作過(guò)渡層，此層不僅對(duì)面層起到加固和保護(hù)作用，而且是面層和背層的連接層，對(duì)于防止面層硅溶膠返溶，預(yù)防面層型殼產(chǎn)生缺陷，具有十分重要的特殊意義的關(guān)鍵層次。
二層漿料可以是莫來(lái)粉，也可采用剛玉粉，漿料的粘度值控制在17～18s（4#詹氏杯測(cè)量），甚至是16～17s，這和做預(yù)濕的二層同類耐火粉料的漿料相比，粘度值要低許多，也是說(shuō)，漿料變稀。因?yàn)檩^稀的二層漿料更容易滲透到面層型殼的粒度較大的砂層之中去，既增加了面層砂的強(qiáng)度，又可以對(duì)面層的漿層起到有力的支撐作用。二層的砂撒采用60～80目莫來(lái)砂或者60～80目剛玉砂，在面層干燥環(huán)境條件下，吹風(fēng)，風(fēng)速4-6(m/s)，若產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不算太復(fù)雜，無(wú)深孔，二層的干燥時(shí)間≤8-10h為宜。
然而，預(yù)濕處理應(yīng)用于背層，那是相當(dāng)有必要和可行的。
有些精鑄廠家在模組未沾面層漿之前，先浸沾硅溶膠，理由是好操作，對(duì)此，筆者持否定態(tài)度。
對(duì)模料有三項(xiàng)基本要求，熱物理性能、力學(xué)性能和工藝性能，就工藝性能而言，較好的涂掛性與制殼密切有關(guān)，是要追求的。
無(wú)論是蠟基模料還是樹脂基模料，它們的共同特點(diǎn)就是憎水性，樹脂基模料的憎水性表現(xiàn)得尤為突出，模料的涂掛性用熔模與粘結(jié)劑的接角角來(lái)考量。水玻璃粘結(jié)劑的表面張力為60(10-3N/cm),水玻璃+非離子型潤(rùn)濕劑的表面張力為37(10-3N/cm)。硅溶膠粘結(jié)劑的表面張力為71.6(10-3N/cm),硅溶液膠+非離子型潤(rùn)濕劑的表面張力為36(10-3N/cm)。著重指出的是，無(wú)論是水玻璃還是硅溶膠它們都是水溶性的粘結(jié)劑，含有相當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水分，熔模對(duì)其的憎水性凸顯。顯然,潤(rùn)濕劑對(duì)降低粘結(jié)劑的表面張力起著重要的作用,潤(rùn)濕機(jī)理是:面層硅溶膠漿料中加入非離子型活性劑后,親油基一端為熔模所吸引而定向排列,親水基被水分子吸引而留在漿料界面,形成由表面活性劑分子組成的單分子膜,從而使?jié){料—熔模間的界面張力降低，使?jié){料與熔模結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了較好的涂掛性。
通過(guò)上述分析，模組沾硅溶膠此舉沒(méi)有達(dá)到改善硅溶膠漿料與熔模的潤(rùn)濕作用，相反會(huì)降低漿料局部的粘度值，熔模沾上的硅溶膠與面層漿料接觸后，還是要依靠面層漿中的潤(rùn)濕劑和熔模起親和作用，感覺到好操作，只不過(guò)是局部漿料瞬時(shí)變稀，流淌性好一點(diǎn)而已，涂掛性的改善不是硅溶膠，而是靠潤(rùn)滑濕劑。生產(chǎn)實(shí)踐證明，3.3～3.4:1粉液比的面層漿料,潤(rùn)濕劑的加入量為0.04～0.042％為適宜，計(jì)算方式：潤(rùn)濕劑%=潤(rùn)濕劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)/（硅溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)+粉料質(zhì)量分?jǐn)?shù)）*100%）。
硅溶膠的物化指標(biāo)除重視SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、PH值、運(yùn)動(dòng)粘度外，膠體粒子直徑就是常說(shuō)的硅溶膠的粒徑，也是我們十分關(guān)注的參數(shù)。
SiO2含量決定型殼強(qiáng)度，PH值決定漿料的穩(wěn)定性，運(yùn)動(dòng)粘度決定粉液比，粒徑既決定漿料穩(wěn)定性也決定型殼強(qiáng)度，對(duì)于膠粒來(lái)說(shuō)，一般認(rèn)為，粒徑大，漿料的穩(wěn)定性好，粒徑小，膠凝快。所以多年來(lái)國(guó)內(nèi)多數(shù)廠家傾向于面層用小粒徑，背層用大粒徑，筆者對(duì)此持不同觀點(diǎn)。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的硅溶膠粒徑平均值大數(shù)是8～20nm，也有8～15nm，美國(guó)12nm和22nm，日本830為8nm，1430為14nm。以日本硅溶膠在國(guó)內(nèi)精鑄廠家的應(yīng)用為例，面層用1430，背層用830居多，據(jù)資料介紹，日本多數(shù)精鑄廠也按此粒徑配漿和應(yīng)用。
對(duì)于面層漿料來(lái)說(shuō)，先決要求是，漿料的穩(wěn)定性好是要放在首位來(lái)考慮的，因?yàn)槊鎸又苯記Q定鑄件的表面質(zhì)量，從這個(gè)意義上講，面層采用大膠粒硅溶膠是正確的。至于膠凝時(shí)間的快慢，大膠粒與小膠粒差距微小，可以忽略不計(jì)。
關(guān)于硅溶膠膠體粒子直徑大，型殼強(qiáng)度低的理論與實(shí)際生產(chǎn)控制存在偏差，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的應(yīng)用也正好是相反。
從面層自然干燥演變成吹風(fēng)干燥，國(guó)內(nèi)精鑄廠家在工藝規(guī)程上，對(duì)背層用大膠粒硅溶膠，面層必須用小膠粒硅溶膠在工藝上已經(jīng)不再硬性規(guī)定，目前面層采用大膠粒的廠家漸增，出現(xiàn)不再拘泥于面層必須要用小膠粒硅溶膠的做法和趨勢(shì)。
2.1面層漿中加入防裂劑，吹風(fēng)干燥，可以克服面層型殼的缺陷，干燥時(shí)間縮短，大幅提高一次合格率。
2.2涂二層前的預(yù)濕工藝弊大于利，降低二層漿料的粘度值，能起到對(duì)面層的保護(hù)和強(qiáng)化作用，有助于消除面層型殼的缺陷隱患。
2.3大膠粒硅溶膠應(yīng)用于面層漿對(duì)鑄件表面質(zhì)量，無(wú)礙。模組制殼前先沾硅溶膠，對(duì)面層型殼質(zhì)量，無(wú)益。
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