Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям
Владельцы патента RU 2295418:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Красноярский государственный технический университет (КГТУ) (RU)
Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью по выплавляемым моделям, и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм. Суспензия содержит, мас.%: алюмоборфосфат 16,0-18,0; вода 16,0-18,0; поверхностно-активное вещество 0,1-0,5; магнийсиликатный порошок 3,5-5,0; пылевидный огнеупорный наполнитель - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение качества литья и увеличение скорости изготовления керамической формы. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью по выплавляемым моделям, и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм.
Известна суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, включающая кремнезоль, этилсиликат, сульфанол, бутанол, пылевидный кварц и воду. [Патент RU №2185260. Суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, МПК В 22 С 1/16, опубл. 20.07.2002 г.].
К недостаткам суспензии относятся длительность твердения и потребность в дополнительном химическом отверждении нанесенных покрытий.
Наиболее близким по составу является состав суспензии для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, содержащий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: алюмохромфосфатное связующее 12,0-17,0, ортофосфорную кислоту 1,2-2,0, кузнечную окалину углеродистых сталей 10,0-14,0, поверхностно-активное вещество 0,08-0,15, воду 13,5-20,0 и пылевидный огнеупорный наполнитель - ост. [Патент RU №2167022. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, МПК В 22 С 1/18, С 04 В 35/14, опубл. 20.05.2001 г.].
К недостаткам суспензии можно отнести низкое качество поверхности литья из-за большого содержания (10-14%) кузнечной окалины, которая хорошо смачивается металлами и может образовывать химический пригар, недостаточную скорость твердения керамики, а также отрицательные санитарно-гигиенические условия труда, связанные с применением чистой ортофосфорной кислоты и хромсодержащего связующего в большом количестве (12-17%).
Задача изобретения - получение суспензии для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям с ускоренным сроком твердения, а также повышение качества поверхности литья.
Для достижения поставленной задачи предлагаемая суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая фосфатное связующее, воду, поверхностно-активное вещество, отвердитель и пылевидный огнеупорный наполнитель, согласно изобретению содержит в качестве фосфатного связующего - алюмоборфосфат, а в качестве отвердителя - магнийсиликатный порошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Алюмоборфосфат | 16,0-18,0 |
| Вода | 16,0-18,0 |
| Поверхностно-активное вещество | 0,1-0,5 |
| Магнийсиликатный порошок | 3,5-5,0 |
| Пылевидный огнеупорный наполнитель | Ост. |
Магнийсиликатный порошок содержит оксид магния, оксид кремния и оксиды кальция, хрома, алюминия при следующем соотношении, мас.%:
MgO≥75
SiO2≤20
CaO, Cr2O3, Al2О3≤5
Суспензия в качестве пылевидного огнеупорного наполнителя содержит электрокорунд.
Отличием заявляемого решения от известного является введение в суспензию вместо алюмохромфосфата алюмоборфосфат и замена кузнечной окалины на магнийсиликатный порошок, которые в составе с известными компонентами улучшают технический результат.
Пример изготовления суспензии. Для получения суспензии были приготовлены три смеси [табл.1].
| Табл.1. | ||||
| Ингредиенты | Составы по изобретению, мас.% | |||
| №1 | №2 | №3 | Прототип | |
| Алюмоборфосфатный концентрат | 16 | 17 | 18 | - |
| Вода | 16 | 17 | 18 | 16,0 |
| ПАВ | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,1 |
| Магнийсиликатный порошок | 3,5 | 4 | 5 | - |
| Пылевидный огнеупорный наполнитель | Ост. | Ост. | Ост. | 55,2 |
| АХФС | - | 15,0 | ||
| Н3PO4 | - | 1,7 | ||
| Кузнечная окалина углеродистых сталей | - | 12,0 |
Для изготовления суспензии алюмоборфосфат (ТУ 113-08-606-83) растворяется в расчетном количестве воды (ГОСТ 51232-98) до плотности около 1250 кг/м3, далее добавляется поверхностно-активное вещество, в качестве которого использован лигносульфонат технический жидкий (ЛСТ ТУ 13-0281036-029-94) в количестве 0,1-0,5%, вводится пылевидный огнеупор - электрокорунд (ГОСТ 28818-90) и суспензия перемешивается. В таком виде суспензия обладает продолжительным сроком живучести (не менее 14 суток), что выгодно отличает ее от прототипа, у которого живучесть составляет 6 часов.
Последним ингредиентом в суспензию, непосредственно перед изготовлением керамической оболочковой формы, вводится отвердитель - магнийсиликатный порошок, полученный помолом боя форстеритовых огнеупорных изделий (ГОСТ 14832-96), содержащий оксид магния ≥75%, оксид кремния ≥20% и оксиды кальция, хрома, алюминия ≥5% в количестве 3,5-5%.
Процесс твердения происходит в результате химической реакции алюмоборфосфатного связующего с оксидом магния и кремния с образованием водного раствора фосфатов алюминия, магния, кремния и бора, который так же как алюмохромжелезофосфатное связующее в известном решении твердеет при комнатной температуре. Отличие в том, что скорость химической реакции выше и поэтому в состав суспензии не требуется добавлять ортофосфорную кислоту для ее повышения, кроме этого, применение ортофосфорной кислоты в чистом виде нежелательно по санитарным условиям.
Свойства составленных суспензий и полученных из них керамических форм приведены в табл.2.
| Табл.2. | |||||
| Показатели суспензий и керамических форм | Примеры по составам | ||||
| №1 | №2 | №3 | Прототип | ||
| Время отверждения покрытия, мин. | Слой 0,5 мм | 20 | 12 | 15 | 42 |
| Слой 1,5 мм | 45 | 22,5 | 25 | ||
| Живучесть суспензии, мин. | Без отвердителя | Не менее 14-и сут | 6 ч. | ||
| С отвердителем | 20 | 7 | 6 | 25 | |
| Краевые углы в системе суспензия -выплавляемая модель (ПС 50-50), θ, град. | 45 | 42,5 | 32 | - | |
| Растекаемость суспензии по выплавляемой модели (ПС 50-50) d, мм | 7,5 | 7,8 | 8,15 | - | |
| Система сплав на основе Al - керамическая форма, Т=1100°С, (σжг=710 МДж/м2 | Краевые углы θ, град. | 122 | 135 | 137 | - |
| Работа адгезии фаз W, МДж/м2 | 334 | 208 | 191 | - |
Из данных табл.2 следует, что время твердения предлагаемой керамической суспензии составляет 22,5 мин против 42 мин у известного решения и зависит от толщины слоя. Время твердения и живучесть суспензии также зависит от количества отвердителя. Оптимальное содержание магнийсиликатного порошка экспериментально установлено в пределах 3,5-5,0%.
Вязкость суспензии регулируется содержанием алюмоборфосфата. При превышении содержания его свыше 18% смачиваемость и растекаемость становятся чрезмерными (растекаемость >8,15, угол <32°), а при содержании менее 16% они становятся недостаточными для технологичного нанесения покрытия (растекаемость <7,5, угол >45°).
Также из данных табл.2 следует, что керамическая форма на основе предлагаемой суспензии обладает высокой лиофобностью к жидкому металлу, которая выражена через большой краевой угол смачивания (135 градусов) и малую работу адгезии фаз (208 МДж/м2). Несмачивание металлом поверхности керамической формы способствует повышению качества литья, а также простоте выбивания отливки из формы.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит повысить качество поверхности литья и увеличить скорость изготовления оболочковой формы.
1. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая фосфатное связующее, воду, поверхностно-активное вещество, отвердитель и пылевидный огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве фосфатного связующего алюмоборфосфат, а в качестве отвердителя - магнийсиликатный порошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Алюмоборфосфат | 16,0-18,0 |
| Вода | 16,0-18,0 |
| Поверхностно-активное вещество | 0,1-0,5 |
| Магнийсиликатный порошок | 3,5-5,0 |
| Пылевидный огнеупорный наполнитель | Остальное |
2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что магнийсиликатный порошок содержит оксид магния, оксид кремния и оксиды кальция, хрома, алюминия при следующем соотношении, мас.%:
| MgO | ≥75 |
| SiO2 | ≤20 |
| СаО, Cr2O3, Al2O3 | ≤5 |
3. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пылевидного огнеупорного наполнителя она содержит электрокорунд.
