摘要

通过选用不同悬浮剂进行复配，研究了其流变特性对3D打印砂型芯用水基涂料悬浮率、流变性能、涂覆效果等的影响。通过对比试验，确定了在采用流涂的涂覆方式下，3D打印砂型芯用水基涂料的推荐配方。试验结果表明：在钠基膨润土中加入凹凸棒土或海泡石，3D打印砂型芯用水基涂料的屈服值、触变率及湿涂层厚度均有提高，改善涂层的表面光滑度。其中，海泡石的加入对3D打印砂型芯用水基涂料的屈服值、触变率及湿涂层厚度的影响更明显。针对本文中的耐火骨料组合，3D打印砂型芯用水基流涂涂料的屈服值范围应在2 690~2 790 mPa·s，触变率范围在5.5%~6.5%。在选择合适的悬浮剂组合条件下，无需加入流变助剂即可使涂料获得满足使用要求的流变效果。

3D打印砂型芯技术具有打印速度快、系统成本低等优点，特别适合复杂高端铸件的快速制造。由于3D打印砂型芯多为复杂的多孔多腔结构，且在其斜面部位具有明显的阶梯式痕迹，为了有效改善其表面质量，选择合适的施涂工艺以及控制施涂工艺参数显得十分重要。在相同的耐火材料组合中，不同的施涂工艺对涂料的工艺性能要求也不同，流涂涂料需具有良好的涂挂效果，同时具备较好的流动性和流平性，可以从复杂的孔或腔中完全流出不堆积。对于3D打印砂型芯用水基流涂涂料来说，工艺性能参数包含悬浮性、屈服值、触变率、湿涂层厚度及流动性，这些工艺性能与涂料的流变性能紧密相关。因此，通过研究并获得3D打印砂型芯用水基流涂涂料的流变性能数据，可初步判断涂料的工艺性能。

涂料的屈服值是为使涂料流动所必须达到的某个最小剪切应力值。随着屈服值的增加，涂料的抗流淌性增加，流动性和流平性下降。涂料的触变性是指在恒定的剪切速率作用下，涂料的表观粘度随时间延长而下降的现象。

本研究根据3D打印砂型芯的特点，选用以锆英粉为主的耐火骨料组合，选择三种悬浮剂进行复配，对比不同组合的悬浮率、屈服值、触变率、流变曲线及湿涂层厚度，以此确定3D打印砂型芯用水基流涂涂料的推荐配方及工艺性能参数范围。

1　试验材料及方法

1.1　试验用原材料及试验仪器

试验用原材料：锆英粉、白刚玉粉、纯净水、凹凸棒土、钠基膨润土、海泡石、硅溶胶（固含量30%）、流变助剂（KT）、有机硅消泡剂、润湿剂（GT300）。

试验仪器：DL-550高速分散多用机、NDJ-5S数字旋转粘度计、电子天平、量筒（Φ25 mm×100 mL）、湿膜测厚仪。

1.2　涂料的制备

1.2.1　3D打印砂型芯用水基涂料的基础配方试验涂料的基础配方如表1所示。

表1　3D打印砂型芯用水基涂料基础配方

1.2.2　试验涂料的制备

（1）向塑料烧杯中加入适量水，在高速剪切搅拌状态下，缓慢加入悬浮剂及粘结剂，持续搅拌30 min；

（2）降低转速，加入耐火骨料及余水，提高转速，持续搅拌30 min；

（3）降低转速，加入润湿剂及消泡剂，持续搅拌5 min，制备结束。

1.3　涂料性能指标的测定

涂料的固含量对涂料的流变性能有较大影响，因此本研究中的涂料固含量均相同。

1.3.1　涂....