粘模問(wèn)題及其與脫模劑的關(guān)系
The adhesion problem and its relationship with mold-release agent
東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 吳炳堯
摘要：定性分析了壓鑄粘模的成因，總結(jié)歸納了影響其形成和擴(kuò)展的因素，并據(jù)此提出了應(yīng)采取的一些防范措施和最終解決途徑。文中重點(diǎn)討論了脫模劑的成分、質(zhì)量、噴涂工藝等因素與粘?，F(xiàn)象之間的相關(guān)性機(jī)理，指出了未來(lái)脫模劑的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：壓鑄，粘模，模具，脫模劑
粘模是充型金屬液高壓高速反復(fù)沖擊模具，致使模具鋼表面和鑄造合金產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在模具表面形成化學(xué)反應(yīng)層，導(dǎo)致鑄件粘模的現(xiàn)象，一般粘模最嚴(yán)重的是型芯。壓鑄件外觀粘模時(shí)，輕者表面粗糙，影響外觀粗糙度；重者表面脫皮、缺肉、拉傷、拉裂，甚至造成鑄件漏氣。粘模的形成與擴(kuò)展不僅降低鑄件的表面質(zhì)量和尺寸精度，破壞模具表面特別是模具的澆道位置的致密層，而且增加模具修復(fù)工時(shí)與成本，甚至導(dǎo)致鑄件廢品和模具的早期失效。
高溫高壓下金屬液和模具接觸表面的狀態(tài)非常復(fù)雜，盡管人們對(duì)壓鑄成形中粘模問(wèn)題的研究正逐漸由宏觀表面進(jìn)入微觀表面，由定性分析到建立數(shù)學(xué)模型分析，由單因素研究進(jìn)入多因素綜合研究，從靜態(tài)研究發(fā)展到動(dòng)態(tài)研究，但大多還是停留在直觀的定性分析上。根據(jù)產(chǎn)生粘模的特定條件，總結(jié)出一些影響其形成和擴(kuò)展的因素，并據(jù)此采取一些防范措施。目前達(dá)成共識(shí)的是：壓鑄工藝參數(shù)，模具設(shè)計(jì)，模具溫度，模具表面質(zhì)量，充型溫度，脫模劑的化學(xué)成分和質(zhì)量，噴涂工藝等對(duì)粘模均有重要的影響，而不是一出現(xiàn)粘模就憑直覺(jué)簡(jiǎn)單地和脫模劑掛鉤。然而，脫模劑的質(zhì)量和使用方法確實(shí)與壓鑄粘模有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，對(duì)于壓鑄工作者來(lái)說(shuō)，理解和認(rèn)識(shí)他們之間的關(guān)系，知己知彼，才能更準(zhǔn)確地掌控壓鑄工藝。
脫模劑本身是化工產(chǎn)品，與金屬材料及成型工藝是不同的知識(shí)領(lǐng)域，但學(xué)科跨界交叉從來(lái)是創(chuàng)新發(fā)展的必然取向，筆者試圖圍繞“是什么力產(chǎn)生粘模？粘模主要受哪些因素的影響？如何防范？”等問(wèn)題作淺顯分析和歸納，并在此基礎(chǔ)上，以鋁合金壓鑄為例，進(jìn)而談?wù)劽撃┡c壓鑄粘模的關(guān)系。
一． 粘模的物理化學(xué)性質(zhì)
粘模理論是基于金屬學(xué)、化學(xué)和機(jī)械學(xué)的一門(mén)綜合性理論。從根本上看，粘模是鑄件與模具界面材料分子或原子間的物理化學(xué)作用，其中最重要的是粘附力。鋁，鋅，鎂，銅等壓鑄金屬材料和模具材料為多晶體結(jié)構(gòu)，表面分子比內(nèi)部
分子有較大的勢(shì)能，即表面能。他們都具有使其表面能趨向最低的本能，即驅(qū)使位于自由表面的原子排列達(dá)到平衡的本能。如果兩金屬表面相距十分近，為使表面能降下來(lái)，彼此之間的晶格會(huì)結(jié)合，出現(xiàn)粘著現(xiàn)象。眾所周知，互相接觸的固體間存在著引力，引力由金屬鍵，共價(jià)鍵和離子鍵形成，屬于短程鍵力。還有長(zhǎng)程力的范德華力（Von Der Wools Force）。當(dāng)接觸距離在幾納米時(shí)，范德華力均起作用。在 1 納米內(nèi)，各種短程力開(kāi)始起作用。要估算粘附結(jié)合的強(qiáng)度，首先要確定金屬的內(nèi)聚力，然后計(jì)算接觸面的表面力。但由于金屬的電子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前尚不能理論求解內(nèi)聚強(qiáng)度。
從現(xiàn)象上看，粘模無(wú)非是化學(xué)上的結(jié)合，或是機(jī)械的咬合。和粘附強(qiáng)度有關(guān)的因素主要是：金屬的種類，金屬的互溶性，晶格的取向，接觸時(shí)彈塑性變形的方式，彈性回復(fù)，偏析和氧化，位錯(cuò)和微裂，接觸溫度等。模具本身的表面硬化，表面粗糙度，接觸壓力等也是重要的因素。不同原子的結(jié)合能力不同，不同成分合金呈現(xiàn)出不同的粘模傾向性，故選擇適當(dāng)?shù)哪＞卟牧虾兔撃┡浞剑勺畲笙?/span>度減少鑄件與模具的粘著。
二．壓鑄模粘鋁現(xiàn)象形成原因
粘鋁本身是金屬間化學(xué)擴(kuò)散反應(yīng)。下圖概括了發(fā)生在模具型腔內(nèi)與粘模相關(guān)聯(lián)的變化。粘?，F(xiàn)象的成因可以從以下方面思考：
1）化學(xué)成分
壓鑄合金與模具鋼的親和力越大，越容易互相熔融粘合在一起。當(dāng)鋁合金中鐵含量低于 0.7%時(shí)，模具表面鐵原子因濃度梯度向鋁液滲透的速度加快，易生成鐵-鋁或鐵-鋁-硅金屬間化合物而粘模。顯然純鋁的粘模傾向最嚴(yán)重，壓鑄常
用的共晶鋁硅合金粘模傾向則較小。鎳有促進(jìn)金屬間化合物生長(zhǎng)的作用，鋁液中的夾雜及鉻鎳等都可能增加粘鋁機(jī)會(huì)。高硅和增錳則可減慢中間金屬相成長(zhǎng)速度，減少粘模。少量鍶（0.004%）和鈦(0.125%)亦可減輕粘鋁。總之，嚴(yán)格控制合金成分在合理的范圍內(nèi)，并堅(jiān)守鋁合金液潔凈，這是避免粘模的根基。
2）模具材料
模具材料占模具總成本的１０％左右，２０世紀(jì)５０年代，國(guó)內(nèi)普遍采用原蘇聯(lián)引進(jìn)的３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ熱作模具鋼，壓鑄１～２萬(wàn)模次，型腔即開(kāi)始出現(xiàn)發(fā)絲狀裂紋，粘模不可避免。９０年代從美國(guó)引進(jìn)優(yōu)良鋼種Ｈ１３，作為強(qiáng)硬兼?zhèn)?/span>的空冷硬化型熱作模具鋼，壽命可達(dá)１５～２０萬(wàn)模次，以該鋼種為基體已延伸出多種近似鋼號(hào)，如：日本（ＪＩＳ）的ＳＫＤ６１；韓國(guó)（ＫＳ）的ＳＴＤ６１；英國(guó)（ＢＳ）的ＢＨ１３等。若選用的模具材料質(zhì)量低下，其淬透性、韌性、耐磨性、熱處理穩(wěn)定性差，模具硬度不足，脫模時(shí)模具表面被壓鑄合金擠壓變形，或型芯彎曲變形，增大了模具對(duì)鑄件的脫模阻力，很容易因先天不足出現(xiàn)模具表面裂紋及焊合等缺陷，直接導(dǎo)致粘模。鑄件粘模部位，往往呈現(xiàn)表面粗糙、脫皮或缺料等拉模痕跡，粘合嚴(yán)重的情況下鑄件會(huì)被撕裂破損。模具型腔表面會(huì)粘附一層壓鑄合金，顏色泛白，如圖示。粘模之所以易于在模具熱節(jié)處或正對(duì)內(nèi)澆口處發(fā)生，是因?yàn)榇颂幰子谛纬山?/span>屬間化合物層，而且形成的金屬間化合物層 Al4FeSi 與 H13 模具具有較強(qiáng)的結(jié)合強(qiáng)度。所形成的金屬間化合物層較薄，是由于充型時(shí)，高速熔體對(duì)模具表面反復(fù)沖刷，使金屬間化合物層從模具表面上剝離所致。耐磨材料 Cr23C6 能有效阻止鋁合金熔體的化學(xué)沖擊，減少模具材料的損失及粘?，F(xiàn)象的發(fā)生。
3）模具設(shè)計(jì)
當(dāng)壓鑄操作工藝正常，一副新模具卻出現(xiàn)粘模，調(diào)試壓鑄工藝、噴涂雖能有所補(bǔ)救，但若不穩(wěn)定，就說(shuō)明主要原因是鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)或制造的問(wèn)題。首先是內(nèi)澆口設(shè)計(jì)，如流向、截面積、壓射速度等控制不當(dāng)，金屬液直接沖
蝕型芯或型壁，最容易出現(xiàn)粘模。如果沖擊到定模一側(cè)，則使定模一側(cè)鑄件的包緊力增加。當(dāng)鑄件整體或局部收縮對(duì)模具的包緊力分布不均衡合理，鑄件就會(huì)因粘模出現(xiàn)偏、歪、斜、變形、裂紋、斷裂，甚至粘到定模，或粘到動(dòng)模頂不出來(lái)。若定模型腔或型芯成形表面脫模斜度過(guò)小或有反斜度，則使鑄件脫模阻力增大，引起抽芯、取件時(shí)擦傷。此外，模具設(shè)計(jì)剛性不足，過(guò)早失去應(yīng)有的精度；模具表面光潔度和表面強(qiáng)化處理缺失；動(dòng)、定模上的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，使模具工作溫度不平衡穩(wěn)定；存在熱節(jié)點(diǎn)等均會(huì)導(dǎo)致粘模。
4）模具加工
模具在磨削過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦熱，會(huì)引起表面出現(xiàn)磨削裂紋。磨削應(yīng)力的存在，也會(huì)降低模具的抗熱疲勞能力。型腔表面，特別是澆道表面粗糙處或型面有少量擦傷及劃線痕跡處，都是潛在的裂紋源。電火花精加工局部高溫形成表層下的回火區(qū)，該區(qū)的組織及化學(xué)成分與基體不同，硬度高，加上表面殘余應(yīng)力的存在，拋光處理不到位都可能在模具使用早期形成細(xì)微裂紋，導(dǎo)致粘模。
5）壓鑄工藝
合金液充型溫度過(guò)高，則加快鐵的擴(kuò)散和反應(yīng)，潤(rùn)滑膜越容易被破壞，模具表面越易退火，更易受沖刷和粘鋁。壓射速度和壓力過(guò)大、模具溫度過(guò)高、模具硬度低，則容易發(fā)生熔融、焊合粘附和粘模拉傷。
6）脫模劑
脫模劑的首要功能是保護(hù)模具，形成牢固的潤(rùn)滑膜，以減少高速鋁液對(duì)模具的熱沖擊。劣質(zhì)脫模劑沒(méi)有保護(hù)模具的功能，因其化學(xué)成分決定了不可能在工藝要求的模溫范圍內(nèi)，迅速結(jié)成牢固、光滑、保溫、發(fā)氣少、無(wú)殘留且利于合金液流動(dòng)的潤(rùn)滑膜，不論如何調(diào)整噴涂工藝，都不能改變其本質(zhì)特征，因此粘模的隱患不可避免。
三．解決粘模問(wèn)題的途徑
粘模問(wèn)題是諸多因素的綜合反應(yīng)，因此解決粘模問(wèn)題，必須從多角度分析判斷，允許試錯(cuò)，但切勿主觀臆斷。筆者歸納的如下幾條，純屬立足黑箱理論的經(jīng)驗(yàn)技藝，即把模具視為黑箱，不深究其充型過(guò)程內(nèi)部的變化，只關(guān)注黑箱的兩端，即輸入?yún)?shù)和成型效果。若要從根本上解決粘模，需要深入的微觀理論研究成果作指導(dǎo)，其任重而道遠(yuǎn)。
1） 檢查影響澆口速度的因素:沖頭速度，沖頭大小，比壓，澆口尺寸，盡可能降低澆口速度或調(diào)整澆口走向，以較小角度接觸到型腔表面，避免接觸角接近 180 度，以減少對(duì)型腔的沖蝕，避免沖擊型芯。降低充填時(shí)間，以縮小熱
沖擊的窗口。
2） 調(diào)整模具冷卻流道，特別是熱節(jié)點(diǎn)及型芯易粘模處，必要時(shí)增加點(diǎn)冷卻器。在粘模部位增加二次噴涂或鑲?cè)敫邔?dǎo)熱模具材料，以降低粘模部位的模溫，達(dá)到模溫穩(wěn)定均衡。
3） 在鑄件最小的出模區(qū)域，高的充型壓力可能促進(jìn)粘模。在滿足鑄件質(zhì)量前提下盡可能降低充型壓力，靜壓和增壓都重要，調(diào)壓同時(shí)要根據(jù) PQ2圖計(jì)算調(diào)節(jié)其他參數(shù)。
4） 高模溫和澆注溫度將提高粘模傾向，當(dāng)有幾個(gè)因素影響粘模時(shí)，降低模溫或澆注溫度是矯正的最好途徑。
5） 易發(fā)生粘模的地方可使用高強(qiáng)度特殊材料，如 Mo-785，Ti-6AI-4V 和 Anviloy1150。各種模具表面處理方法可以明顯減少粘模。如滲氮和碳氮共滲處理、物理氣相沉積致密層如{TiAl}N 和 CrC 和鋁膜等、模具表面的強(qiáng)化處理，模具涂層---CVD，PVD，TD 等。對(duì)已出現(xiàn)的粘模需盡快消除，如任其發(fā)展，將出現(xiàn)越來(lái)越多的困難和反復(fù)。
6） 選用成膜耐熱溫度高、模質(zhì)堅(jiān)固且潤(rùn)滑效果好的優(yōu)質(zhì)脫模劑。新模具試模時(shí)涂模具膏，以防止拉傷。對(duì)易粘模的高溫區(qū)，可定期涂覆防粘蠟膏劑或局部補(bǔ)噴防粘蠟液體。
7） 仔細(xì)監(jiān)測(cè)出模角度，其最大允許值要按照壓鑄模標(biāo)準(zhǔn)。
8） 壓鑄合金成分設(shè)計(jì)要兼顧可能導(dǎo)致粘模的因素，比如在允許范圍內(nèi)，控制鋁
合金中鐵含量不低于 0.7%為宜。要防止因混入低熔點(diǎn)金屬而引起粘模。用中間合金調(diào)整化學(xué)成分時(shí)，除鎂、鋅等個(gè)別金屬，不可將純金屬加入鋁液中，防止因嚴(yán)重偏析而引起粘模。凈化的合金液流動(dòng)性佳，可以擴(kuò)大避免粘模的工藝窗口。
9）壓鑄合金的收縮量越大，越容易粘模，高溫強(qiáng)度也越差。有的合金是本身的收縮率較大，合金的液、固相溫度范圍越寬，合金的收縮量越大。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)形狀和復(fù)雜程度，如因收縮引起的粘模、變形很難排除時(shí)，則需考慮改
用體收縮率和線收縮率小、高溫強(qiáng)度高的合金；或調(diào)整合金成分(如鋁硅合金中硅含量增加時(shí)，鑄件收縮率變小)降低其收縮率；或?qū)辖疬M(jìn)行變質(zhì)處理，如在鋁合金液中添加 0.15%～0.2% 的金屬鈦等品粒細(xì)化劑，以減小合金的收縮傾向。
四.脫模劑與粘模的關(guān)系
壓鑄是動(dòng)態(tài)熱力學(xué)過(guò)程，鋁鋅等合金有很強(qiáng)的附著至型腔表面的趨勢(shì)，噴涂脫模劑能充當(dāng)型腔和液態(tài)金屬間分型劑的作用，防止金屬粘附到型腔表面。脫模劑的慎重選?。ǔ煞?，結(jié)膜溫度，發(fā)氣量，殘留物，結(jié)膜強(qiáng)度，對(duì)后續(xù)表面涂鍍的影響等）與合理的操作工藝（脫模劑濃度，模溫分布，霧化工藝，噴涂時(shí)間及距離等）是防止粘模的重要因素。
半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，隨著壓鑄技術(shù)的進(jìn)步，脫模劑也相應(yīng)改善。這些改善包括脫模劑成分，成膜性，耐溫性，潤(rùn)滑性，防止粘模與焊合，以及符合環(huán)保要求，對(duì)身體無(wú)害并安全。由早期的油+石墨涂料，向水基涂料發(fā)展，從普通油基皂質(zhì)
乳液系列到目前廣泛應(yīng)用的改性硅油系列的水基脫模劑，無(wú)水濃縮脫模劑（用于微噴涂），并向反應(yīng)性半永久涂料和粉體無(wú)機(jī)涂料發(fā)展。但至今，尚沒(méi)有一種脫模劑既能提供所有可能的性能又沒(méi)有使用限制或缺點(diǎn)。半永久型涂料已試用于鋅合金壓鑄，它與模具表面系化學(xué)聯(lián)結(jié)，698oC 時(shí)涂層穩(wěn)定，但易磨損掉，需設(shè)法延長(zhǎng)其耐用性。對(duì)鋁和鎂合金的壓鑄來(lái)說(shuō)，主要是如何提高涂層的熱穩(wěn)定性，從環(huán)保和安全的角度，還應(yīng)顧及降低或消除其中的有害溶劑。近些年來(lái)，大量研究工作指向半永久模和永久模，通過(guò)開(kāi)發(fā)新涂層，克服焊合與粘模，最終棄用脫模劑，這是顛覆性的創(chuàng)新。然而至今獲得的成果尚不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，主要問(wèn)題是涂層的持久性、涂覆方法及價(jià)格問(wèn)題。在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，對(duì)各類脫模劑的開(kāi)發(fā)研究仍然必不可少。壓鑄件成型表面與模具表面之間有相當(dāng)大的接觸壓力，壓鑄時(shí)鑄件受到三向非均勻分布的壓應(yīng)力，因此噴涂脫模劑結(jié)成的潤(rùn)滑膜易破裂，高溫也使?jié)櫥ぎa(chǎn)生化學(xué)變化。成型過(guò)程中二次擠壓會(huì)有少量新的金屬表面出現(xiàn)，新的表面物理化學(xué)性能與原先的金屬表面不同，也沒(méi)有潤(rùn)滑劑保護(hù)，易與模具粘著，使模具磨損。同時(shí)鑄件內(nèi)部變形不均勻分布所產(chǎn)生的附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力，也增加了取件的難度，直至粘模。對(duì)于模具來(lái)說(shuō)，由于壓鑄工藝和模具溫度場(chǎng)的變化，成形過(guò)程是一種間斷的非穩(wěn)定的摩擦，且模具不同部位各不相同。在此狀態(tài)下的潤(rùn)滑機(jī)理不能用普通物理學(xué)中的庫(kù)侖摩擦定理進(jìn)行分析與描述。國(guó)內(nèi)外專家曾先后提出機(jī)械—分子摩擦理論，黏著—梨溝摩擦理論，邊界摩擦，混合摩擦，彈性黏流摩擦理論等，同時(shí)研究了各種復(fù)雜化學(xué)成分的潤(rùn)滑劑。以前用來(lái)降低模具粘鋁的石墨脫模劑，由于對(duì)環(huán)境的影響現(xiàn)在已經(jīng)不再采用。脫模劑的機(jī)理是在鑄件和模具之間形成一層防護(hù)膜，同時(shí)防止鋁合金液與模具表面直接接觸。這就要求脫模劑要有足夠的強(qiáng)度來(lái)承受鋁合金液的分離與沖擊。模具表面的溫度一般控制在合金澆注溫度的３５％～４５％，以便脫模劑能充分吸附在模具表面上，對(duì)模具起到防護(hù)作用。模具的近澆口部位、深凹槽部位容易發(fā)生粘鋁。發(fā)生鋁合金粘模的模具表面形狀如圖示。這些不規(guī)則小凹坑的最初直徑約為 0.6 微米，最后慢慢地發(fā)展成為直徑達(dá) 3.6 微米的小凹坑。隨著形成粘模傾向的增強(qiáng)，這些小凹坑的直徑可以達(dá)到 15μm，最終形成裂紋。這些小凹坑和裂紋最后都充滿了鋁，并且還可能發(fā)生機(jī)械粘接。脫模劑的作用是分離模具與壓鑄件的表面，降低模具的損傷，使鑄件表面光潔，同時(shí)對(duì)模具起到冷卻、調(diào)節(jié)與控制的作用。脫模劑與模具表面可以產(chǎn)生非極性或極性物理吸附膜，化學(xué)吸附膜及化學(xué)反應(yīng)膜。當(dāng)脫模劑中沒(méi)有極性分子時(shí)，脫模劑只能在模具表面產(chǎn)生非極性物理吸附膜；反之則產(chǎn)生極性物理吸附膜。后者的強(qiáng)度要大于非極性物理吸附膜。當(dāng)脫模劑組分中的原子與模具表面的原子可使用共同的電子時(shí)，就會(huì)在模具表面產(chǎn)生化學(xué)吸附膜。其強(qiáng)度又高于極性物理吸附膜。在一定的接觸壓力和溫度下，脫模劑中的極壓劑也可能與模具表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)膜。它的強(qiáng)度又大于化學(xué)吸附膜。一般說(shuō)來(lái)，脫模劑的吸附膜強(qiáng)度越高，防止粘模的效果越好。因此根據(jù)不同的壓鑄件，選擇相應(yīng)的脫模劑以形成高強(qiáng)度的吸附膜是非常重要的。用一般礦物油制備的水基脫模劑，為非極性烴類有機(jī)化合物（CnH2n+1）。所形成的薄膜對(duì)模具表面的吸附力和分子本身的內(nèi)聚力都很弱，膜強(qiáng)度很低。用動(dòng)植物油，如脂肪酸，脂肪酸鈉皂,酸類（R-O-H）等制備的水基脫模劑，其內(nèi)部一端為非極性的烴基，另一端為極性端，這種具有永久偶極的分子與模具表面接觸時(shí)，極性端與模具表面吸引，而非極性端朝外，定向排列在金屬表面上，其吸附分子的層厚僅幾個(gè)納米，當(dāng)有極化添加劑加入時(shí)，它可以聚合在模具表面形成固體膜，同時(shí)加強(qiáng)分子的側(cè)面吸附力。這種物理吸附膜的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性遠(yuǎn)高于非極性分子的物理吸附膜。物理吸附膜對(duì)溫度很敏感，被吸附在模具表面上的極性分子處在不斷吸附和脫附的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。溫度上升，脫吸增多，吸附膜厚度減小，邊界吸附膜強(qiáng)度降低，使分子脫吸，亂向，甚至薄膜熔化，反之亦然。物理吸附膜只在低接觸壓力和低溫條件下有效，因此這類脫模劑只能在低模溫下發(fā)揮作用。物理吸附?jīng)]有選擇性，而化學(xué)吸附具有明顯的選擇性，即某種吸附劑只對(duì)某些物質(zhì)有吸附作用。因此應(yīng)根據(jù)模具和壓鑄材質(zhì)，壓鑄工藝條件（如模溫，鑄件壁厚，充型溫度，壓力等）選用不同的脫模劑，才能獲得理想的效果。以改性硅油高分子聚合物為主體制備的水基脫模劑，其極性分子與模具表面是化學(xué)結(jié)合，屬于化學(xué)鍵力與表面結(jié)合形成的化學(xué)吸附。故膜的耐熱性好，熱穩(wěn)定性高，吸附膜不可逆，附著力強(qiáng)，離型效果好。雖然價(jià)位略高，但對(duì)于要求高模溫、高壓力、大型薄壁復(fù)雜件的壓鑄，其防止粘模優(yōu)勢(shì)明顯。噴涂工藝對(duì)防止粘模很重要。操作工發(fā)現(xiàn)粘模，往往自然推理，認(rèn)為是濃度
低或劑量少，成膜太薄，不足以抵抗金屬液的熱應(yīng)力和紊流沖擊，隨即在粘模處多噴一些脫模劑。其結(jié)果往往是造成局部涂料堆積或殘留，引發(fā)氣孔，使問(wèn)題更復(fù)雜化。正確的做法應(yīng)是在已發(fā)生粘模的區(qū)域，涂覆一種具有抗粘模性的膏劑---防粘蠟，進(jìn)行特殊處理。防粘蠟是一種易于涂刷的抗焊合軟膏，它由半合成的高溫原材料配制而成。有效組分不含有害物質(zhì)，膏劑中耐高溫的鎢基化合物或者鉬基化合物含量較高，可以有效地避免鋁合金的界面效應(yīng)，阻止粘模。模溫是影響脫模劑吸附效果的重要因素。太低（低于 150oC），模溫迅速降至水的汽化點(diǎn)以下，脫模劑無(wú)法沉積在模具表面，只是從模具表面一沖而過(guò)，且載體水來(lái)不及汽化易導(dǎo)致彌散性氣孔；模溫過(guò)高，（398oC 以上），脫模劑被模具表面蒸汽層排斥，均會(huì)使脫模劑吸附量大降，只有達(dá)到脫模劑本身特性要求的潤(rùn)濕溫度，才能真正與模具表面接觸形成致密的涂層，起到隔離作用。噴射工藝也直接影響吸附效果，一般噴射管路氣壓比脫模劑壓力高0.35-0.70bar 時(shí)（大面積噴涂可能要求 1.05bar），霧化效果好；對(duì)于微噴涂和脈沖噴涂，霧化效果更為重要。至于噴涂時(shí)間，短至 0.10-2.0 秒就足以形成足夠厚的隔離膜，脈沖噴涂的時(shí)間就在這個(gè)范圍，但因脫模劑目前還被大量用來(lái)冷卻型腔，一般要 5.0-120 秒，顯然部分脫模劑只是流過(guò)模具表面被浪費(fèi)掉了。隨著更復(fù)雜精確的自動(dòng)噴射裝置的出現(xiàn)，噴射角度和距離只需在投產(chǎn)前調(diào)優(yōu)固定即可。
我認(rèn)為，對(duì)于使用脫模劑的壓鑄工程師來(lái)說(shuō)，重要的不是窮盡脫模劑的專業(yè)知識(shí)，然后依照自己的判斷選用，而是應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)歐美壓鑄行業(yè)的做法，讓專業(yè)生產(chǎn)脫模劑的廠家根據(jù)壓鑄廠家提供的壓鑄件結(jié)構(gòu)圖、壓鑄機(jī)噸位、鑄件性能要求及后處理工藝要求，推薦最適宜的脫模劑型號(hào)和使用方法，直至達(dá)到滿意效果。因?yàn)檎嬲龑I(yè)生產(chǎn)脫模劑的廠家，一定最了解脫模劑的性能特點(diǎn)，與他們互動(dòng)，才能去掉盲目性，使生產(chǎn)保持良性循環(huán)。很少見(jiàn)到先進(jìn)壓鑄企業(yè)頻繁更換脫模劑的品牌，因?yàn)樗麄儾辉敢庥纱嗽斐晒に嚥▌?dòng)而自找麻煩，也不會(huì)出現(xiàn)國(guó)內(nèi)持續(xù)多年至今仍潛在的某些因利益鏈而實(shí)施脫模劑購(gòu)買(mǎi)暗箱操作、以次充好的亂象；以及不講科學(xué)只問(wèn)價(jià)格的短視行為。為了我國(guó)壓鑄業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，必須鏟除在脫模劑生產(chǎn)、銷售及購(gòu)買(mǎi)使用中的亂象，讓道德與科學(xué)的鐵規(guī)生威。
五．正確處理模具粘模
壓鑄生產(chǎn)的核心是合金熔煉與模具的質(zhì)量。在防范和處理粘模的所有因素中，選擇優(yōu)質(zhì)的模具材料是基礎(chǔ)，模具設(shè)計(jì)加工與規(guī)范的熱處理是關(guān)鍵，使用過(guò)程中及時(shí)有效地維護(hù)、保養(yǎng)是主要途徑。出現(xiàn)粘模，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行壓鑄工藝方與模具制造方互相指責(zé)，這可以理解，因?yàn)檎T發(fā)粘模的因素多種多樣，一時(shí)難以準(zhǔn)確判斷。但無(wú)論如何，本征落在了模具上，因此對(duì)已出現(xiàn)粘模的模具，首先應(yīng)注意從模具本身分析處理。
1）壓鑄模具表面拋光必須達(dá)到要求。徹底打磨去除電火花 EDM 硬質(zhì)層，型面不可高度拋光。
2）及時(shí)清理壓鑄模具上的粘鋁，并對(duì)模具及時(shí)進(jìn)行表面處理和去應(yīng)力。如果模具表面出現(xiàn)粘附鋁，表面還有小氣泡，用砂布和油石拋光表面后又反復(fù)粘模，較好的處理方法是對(duì)粘模的模具表面進(jìn)行噴丸處理，或在粘模部位的模具表面，制作出寬 0.2～0.5 mm、深 0.2～0.5 mm、間隔 2～5 mm 的網(wǎng)狀花紋，可以消除鑄件表面粘模的缺陷。
3）設(shè)法將模具容易粘鋁處的溫度降到最低。
4）使用熔點(diǎn)較高的特種材料對(duì)模具進(jìn)行表面處理，并且可以將其粘合在模具表面發(fā)生粘模的位置上，以避免發(fā)生粘模。如鉬合金、鎢合金、鈦合金、特種氮化物或低溫碳氮化合物等新材料。鋁鉬之間的活化能較高，因此在模具表面使用鉬滲入可以有效地提高抗粘模性能。
5）對(duì)于新模具和容易出現(xiàn)鑄件粘留定模的模具，在壓鑄之前，應(yīng)先對(duì)模具進(jìn)行很好的預(yù)熱，通過(guò)火焰噴槍加熱模具。不允許合模直接澆入合金液進(jìn)行加熱，預(yù)熱溫度控制在１８０～２２０oC。并在開(kāi)始低速壓射之前，先對(duì)模具型腔涂抹模具膏，并用壓縮空氣吹均勻，每壓鑄一模涂抹一次，試壓鑄約 20 模，對(duì)避免拉傷模具很有效。如還粘定模，說(shuō)明模具有問(wèn)題，需檢修模具
6）拆卸模具上活動(dòng)部分或小型芯時(shí)，只允許使用軟的銅、鋁、鉛棒或橡皮榔頭輕輕敲擊，避免損傷模腔。
7）壓鑄至一定模次后，定期對(duì)模具進(jìn)行去應(yīng)力處理。引起壓鑄粘模的原因有許多，解決粘模的措施也是各有不同。應(yīng)該仔細(xì)觀察和分析粘模的原因，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的措施。目前，對(duì)粘模現(xiàn)象形成機(jī)理的研究尚處于定性分析階段，不同的合金材料呈現(xiàn)出不同的粘模傾向性；需要在尋找更為有效試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，在定量化理論研究結(jié)果的指導(dǎo)下，開(kāi)展進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。隨著新材料、新工藝技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，解決粘模問(wèn)題的新思路和新方法甚至是顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)正在沖擊現(xiàn)有的賴以防止粘模的傳統(tǒng)法則。比如北美壓鑄正在研發(fā)具有自愈合功能、無(wú)需脫模劑的永久型模具，這可能使現(xiàn)有的工藝技術(shù)被翻轉(zhuǎn)或淘汰。顯然，依賴試錯(cuò)的傳統(tǒng)研究方法已跟不上工業(yè)快速發(fā)展的步伐，甚至可能成為制約技術(shù)進(jìn)步的瓶頸。倘若把中國(guó)壓鑄放到世界壓鑄競(jìng)爭(zhēng)的大格局里，不難發(fā)現(xiàn)：不管是基礎(chǔ)研究、還是重大技術(shù)突破，極少有咱們自己的東西。企業(yè)作為創(chuàng)新主體，參與創(chuàng)新研發(fā)少，生產(chǎn)跟蹤仿制多，跟班式研發(fā)多。多數(shù)企業(yè)仍在引進(jìn)設(shè)備—加工生產(chǎn)—再引進(jìn)—再加工生產(chǎn)的怪圈里掙扎，使得“中國(guó)壓鑄”缺乏“中國(guó)創(chuàng)造”元素，只能依靠廉價(jià)銷售與低層次競(jìng)爭(zhēng)尋找出路，這在很大程度上制約了壓鑄產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。筆者認(rèn)為：靠模仿、以數(shù)量取勝，不是壓鑄進(jìn)步的本真和品位。以守維成則成難繼，因創(chuàng)興業(yè)則業(yè)自達(dá)。讓我們保持科研耐心，臥薪嘗膽，穩(wěn)扎穩(wěn)打，追求與眾不同，中國(guó)壓鑄的跨越式發(fā)展方指日可待。
參考文獻(xiàn)從略
作者：吳炳堯
東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 教授 博士生導(dǎo)師
