Способ пассивирования контактной поверхности огнеупорного резервуара, преимущественно из муллита, и используемый в этом способе шликер

Изобретение относится к получению металлических сплавов методом литья. Предложенный способ включает нанесение на контактную поверхность шликера, содержащего 50-70 мас.% муки оксида алюминия Al₂O₃ и 30-50 мас.% связующего. Связующее содержит 50-60 мас.% хлорида алюминия AlCl₃, растворенного в 40-50 мас.% воды. Затем проводят сушку и обжиг резервуара в окисляющей атмосфере при температуре 1450-1550°С в течение, по меньшей мере, 20 мин. В частных случаях выполнения изобретения используют шликер, дополнительно содержащий органический краситель, растворимый в воде. В качестве органического красителя используют метиленовую синь с общим содержанием 0,1-0,5 мас.%. Заявлен также шликер для использования при пассивировании контактной поверхности огнеупорного резервуара. Техническим результатом изобретения является создание способа, позволяющего формировать на контактной поверхности керамических резервуаров абсолютно инертного при плавлении по отношению к сплавам титана покрытия. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

 

Область техники

Изобретение относится к получению металлических сплавов методом литья и, в частности, к способу и продуктам пассивирования контактной поверхности керамических резервуаров на основе муллита, таких как тигли и литейные формы.

Под терминами "на основе муллита" или "преимущественно из муллита" понимают резервуары из чистого муллита или резервуары, основным массовым компонентом которых является муллит.

Уровень техники и постановка проблемы

Муллит, т. е. силикат алюминия, имеющий химическую формулу 2SiO₂·3Al₂О₃, является дешевым материалом, позволяющим изготавливать огнеупорные резервуары, обладающие превосходным сопротивлением к колебаниям температуры, вызванным разливкой металлов и сплавов при литье. В частности, тигли из чистого муллита и из материала, преимущественно содержащего муллит, можно найти в продаже по низким ценам. Муллит используют также для изготовления литейных форм, например изложниц.

Сплавы титана широко используют в авиационной промышленности, но они имеют недостаток, заключающийся в том, что при высокой температуре они вступают в химическую реакцию с большей частью материалов, из которых изготавливают тигли и литейные формы, в частности с чистым диоксидом кремния SiO₂ или входящим в состав муллита. Указанные реакции приводят к включениям в отлитые изделия нежелательных компонентов, способных ухудшить качество изделий.

Чтобы устранить этот недостаток, в известном уровне техники покрывают контактную поверхность резервуара слоем инертного материала (см., например, SU 881079), такого как оксид алюминия. Для этого получают водную суспензию, названную "шликером", из наполнителя в виде муки оксида алюминия Al₂O₃ и продукта, названного "связующее", при этом само указанное связующее является смесью воды с коллоидным диоксидом кремния SiO₂; наносят указанный состав на контактную поверхность; сушат резервуар и подвергают резервуар обжигу при высокой температуре, как правило при температуре 1200°С, в течение часа, при этом указанный обжиг вызывает кристаллизацию компонентов и образование прочного и стойкого контактного слоя.

Считается, что диоксид кремния связующего вступает в химическую реакцию с титаном. Необходимо заметить, что резервуар, состоящий только из оксида алюминия, будет абсолютно химически инертным по отношению к титану, но он будет слишком хрупким для того, чтобы оказать сопротивление колебаниям температуры во время разливки металла при плавлении.

Первой проблемой является формирование на контактной поверхности керамических резервуаров, преимущественно изготовленных из муллита или даже чистого муллита, покрытия, абсолютно инертного по отношению к сплавам титана при плавлении.

Второй проблемой является получение подобных покрытий, имеющих низкую стоимость.

Раскрытие изобретения

Чтобы решить указанные проблемы, в изобретении предлагается способ пассивирования контактной поверхности огнеупорного резервуара, преимущественно из муллита, отличающийся тем, что на контактную поверхность наносят шликер, содержащий 50-70 мас.% муки оксида алюминия Al₂O₃ и 30-50 мас.% связующего, содержащего 50-60 мас.% хлорида алюминия AlCl₃, растворенного в 40-50 мас.% воды, затем проводят сушку и обжиг резервуара в окисляющей атмосфере при температуре 1450-1550°С в течение по меньшей мере 20 мин.

В настоящем изобретении предлагается также шликер для использования при пассивировании контактной поверхности огнеупорного резервуара, преимущественно из муллита, отличающийся тем, что он содержит 50-70 мас.% муки оксида алюминия Al₂O₃ и 30-50 мас.% связующего, содержащего 50-60 мас.% хлорида алюминия AlCl₃, растворенного в 40-50 мас.% воды.

Авторы установили, что раствор хлорида алюминия обладает связующей способностью, сравнимой с классической суспензией коллоидного диоксида кремния. Во время окислительного обжига алюминий в связующем преобразуется в оксид алюминия, который кристаллизуется вместе с загруженным оксидом алюминия, в то время как освобожденный хлор выводится в виде газа. Таким образом получают идеально чистый контактный слой оксида алюминия, способного контактировать с титаном при плавлении, не вступая с ним в химическую реакцию; тем самым решается первая поставленная проблема.

Способ является экономичным, так как

- используемые ингредиенты являются дешевыми;

- хотя обжиг осуществляют при более высоких температурах, он является кратковременным;

- покрытие из шликера может быть нанесено распылителем или кистью в зависимости от относительного содержания наполнителя и выбранного связующего.

Таким образом, решается вторая проблема.

Подробное описание

Изобретение и предлагаемые им преимущества станут более понятными благодаря подробно описанному примеру осуществления изобретения.

Способ, являющийся объектом настоящего изобретения, включает в себя следующие операции.

1) Получение шликера, образованного из наполнителя в виде муки оксида алюминия Al₂O₃, связующего и очень маленькой добавки метиленовой сини.

Оксид алюминия называют мукой, так как речь идет о мелком порошке, частицы которого имеют размер порядка 40 мкм. Мука оксида алюминия Al₂O₃ образует наполнитель шликера и составляет от 50% до 70% от общей массы шликера.

Таким образом, связующее составляет от 30% до 50% от общей массы шликера. Указанное связующее представляет собой раствор хлорида алюминия AlCl₃ в воде. При этом хлорид алюминия AlCl₃ составляет от 50% до 60% от общей массы связующего, а вода, таким образом, составляет от 40% до 50% от общей массы связующего.

2) Нанесение шликера на контактную поверхность резервуара, при этом указанное нанесение может быть осуществлено известными способами.

При загрузке муки оксида алюминия Al₂O₃ в количестве от 50 до 55 мас.% и связующего в количестве от 45 до 50 мас.% полученный шликер является относительно жидким и может быть нанесен распылителем.

При загрузке муки оксида алюминия Al₂O₃ в количестве от 55 до 70 мас.% и связующего в количестве от 30 до 45 мас.% полученный шликер является более густым, и его преимущественно наносят кистью.

При загрузке муки оксида алюминия Al₂O₃ в количестве более 70 мас.% и связующего в количестве менее 30 мас.% шликер становится очень густым, и его трудно наносить тонкими слоями.

Напротив, при загрузке муки оксида алюминия Al₂O₃ в количестве менее 50 мас.% и связующего в количестве более 50 мас.% шликер становится очень жидким и имеет тот недостаток, что дает сильную усадку и растрескивается во время сушки.

Предпочтительно шликер дополнительно содержит органический краситель, растворимый в воде.

Поскольку муллит, оксид алюминия и хлорид алюминия имеют белый цвет, окрашивание шликера метиленовой синью позволяет зрительно контролировать толщину и равномерность нанесения. На практике количество метиленовой сини составляет от 0,1% до 0,5% от общей массы шликера. Очевидно, что метиленовая синь может быть заменена любым подвергающимся пиролизу органическим красителем, то есть красителем, разрушающимся при высокой температуре, но обладающим достаточно сильной красящей способностью для того, чтобы его можно было использовать в очень малом количестве и не ухудшить покрытие.

3) Сушка покрытия известными способами, например помещением резервуара в печь на один час при температуре 120°С.

4) Обжиг покрытия в печи в окисляющей атмосфере при температуре в интервале от 1450°С до 1550°С в течение от 20 минут до одного часа, как правило, при температуре 1500°С в течение 30 минут, при этом скорость повышения и спада температуры должна быть менее 300°С в час для ограничения воздействий теплового расширения.

Окисляющая атмосфера может являться просто атмосферным воздухом. Во время этапа окислительного обжига алюминий из хлорида алюминия преобразуется в оксид алюминия и заполняет объем, первоначально занятый связующим, в то время как хлор высвобождается и выводится в виде газа.

1. Способ пассивирования контактной поверхности огнеупорного резервуара, преимущественно из муллита, отличающийся тем, что на контактную поверхность наносят шликер, содержащий 50-70 мас.% муки оксида алюминия Al₂О₃ и 30-50 мас.% связующего, содержащего 50-60 мас.% хлорида алюминия AlCl₃, растворенного в 40-50 мас.% воды, затем проводят сушку и обжиг резервуара в окисляющей атмосфере при температуре 1450-1550°С в течение, по меньшей мере, 20 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют шликер, дополнительно содержащий органический краситель, растворимый в воде.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве красителя используют метиленовую синь с общим содержанием 0,1-0,5 мас.%.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что шликер содержит 50-55 мас.% муки оксида алюминия Al₂O₃ и 45-50 мас.% связующего, при этом покрытие наносят распылителем.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что шликер содержит от 55 до 70 мас.% муки оксида алюминия Al₂О₃ и 30-45 мас.% связующего, при этом покрытие наносят кистью.

6. Шликер для использования при пассивировании контактной поверхности огнеупорного резервуара, преимущественно из муллита, отличающийся тем, что он содержит 50-70 мас.% муки оксида алюминия Al₂О₃ и 30-50 мас.% связующего, содержащего 50-60 мас.% хлорида алюминия AlCl₃, растворенного в 40-50 мас.% воды.

7. Шликер по п.6, отличающийся тем, что он содержит 50-55 мас.% муки оксида алюминия Al₂О₃ и 45-50 мас.% связующего.

8. Шликер по п.6, отличающийся тем, что он содержит 55-70 мас.% муки оксида алюминия Al₂О₃ и 30-45 мас.% связующего.