Состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней
Изобретение относится к области литейного производства, в частности при производстве отливок из чугуна и стали. Покрытие содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель 53,0-58,0; воду 22,0-24,0; лигносульфонат 17,5-19,5 и кремнийорганический олигомер, имеющий в качестве функциональных группировок гидросилановые группы, 2,5-3,5. В качестве кремнийорганического олигомера состав содержит 1,1-диметилтрисилан-3-ол следующей формулы: (СН3)2SiH-SiH2-SiH2OH). Добавление 1,1-диметилтрисилан-3-ол приводит к повышению прочности и термостойкости противопригарного покрытия. 1 табл.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к составам противопригарных покрытий для литейных форм и стержней, которые могут быть использованы для получения отливок из чугуна и стали.
Известно противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее в своем составе в качестве кислого связующего - лигносульфонаты (а.с. 1759520, В22С 3/00, 1992; а.с. 1780517, В22С 3/00, 1992). Однако противопригарые покрытия, содержащие указанное связующее в чистом виде, имеют недостаточные прочность и термостойкость. При заливке крупных и толстостенных отливок противопригарые покрытия должны иметь более высокие значения прочности и термостойкости.
Наиболее близким к заявляемому составу по технической сущности и достигаемому результату является состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней, включающий (мас.%) (а.с. 2212304, В22С 3/00, 2003 г.):
| алюмохромфосфатное связующее | 20,0-21,5 |
| жидкий кремнийорганический олигомер, | |
| имеющий в качестве функциональных | |
| группировок алкоксильные группы | 3,0-5,0 |
| вода | 25,0-27,0 |
| огнеупорный наполнитель на основе | |
| диоксида кремния | 46,5-52,0 |
В состав такого покрытия входит связующее кислого характера (алюмохромфосфатное) в сочетании с модифицирующей добавкой. В качестве модифицирующей добавки используется жидкий кремнийорганический олигомер, имеющий в качестве функциональных группировок алкоксильные группы (диметилдиэтоксисилан). Указанное сочетание в процессе затвердевания покрытия позволяет исключить недостаток кислого алюмохромфосфатного связующего за счет изменения его свойств, связных с переходом связующего из гидрофильного в гидрофобное состояние. В этом случае снижается гигроскопичность покрытия, а следовательно, и его разупрочнение, кроме того, увеличивается прочность покрытия к истиранию. Однако такая прочность противопригарного покрытия недостаточна, особенно при изготовлении крупногабаритных и толстостенных отливок. Кроме того, для изготовления крупногабаритных и толстостенных отливок, требуется противопригарное покрытие с более высокой термостойкостью.
Предлагаемое изобретение направлено на улучшение качества отливок за счет повышения прочности и термостойкости противопригарного покрытия.
Для достижения указанного технического результата состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней, включающий огнеупорный наполнитель, воду и кремнийорганический олигомер содержит в качестве кремнийорганического олигомера 1,1-диметилтрисилан-3-ол следующей формулы: (СН3)2SiH-SiH2-SiH2OH, и лигносульфонат, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| лигносульфонаты | 17,5-19,5 |
| 1,1-диметилтрисилан-3-ол следующей | |
| формулы: (СН3)2SiH-SiH2-SiH2OH | 2,5-3,5 |
| вода | 22,0-24,0 |
| огнеупорный наполнитель | 53,0-58,0 |
В качестве огнеупорного наполнителя противопригарное покрытие содержит: для стального литья - электрокорунд (ГОСТ 21445-84); для чугунного литья - электрокорунд и скрытокристаллический графит (ГОСТ 5420-74) в соотношении 4:1 соответственно.
Для приготовления противопригарного покрытия использовали лигносульфонаты технические (ТУ-13-0281036-029-94).
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
Кремнийорганическое соединение 1,1-диметилтрисилан-3-ол является олигомером, который представляет собой подвижную жидкость, растворимую в водных растворах. Лигносульфонаты являются водными растворами с кислой средой, поэтому 1,1-диметилтрисилан-3-ол растворяясь в лигносульфонатах выступает в роли поверхностно-активного вещества, тем самым увеличивая подвижность раствора и снижая его поверхностное натяжение. Такой раствор выполняет роль смазки между зернами огнеупорного наполнителя, что приводит к понижению сил трения между ними и способствует повышению седиментационной устойчивости покрытия. Таким образом, зерна огнеупорного наполнителя равномерно обволакиваются тонким слоем раствора, состоящего из связующего (лигносульфонаты) и 1,1-диметилтрисилан-3-олом. Такое противопригарное покрытие обладает высокой фильтрацией вглубь форм и стержней (на 0,8-1,2 см) и легко ложится на их поверхность. В процессе температурного воздействия происходит реакция поликонденсации путем взаимодействия гидроксильных групп лигносульфоната и гидросилановых групп 1,1-диметилтрисилан-3-ола. В результате получается полимер, который имеет сетчатую структуру (структура лестничного строения). Образование структуры лестничного строения происходит за счет наличия пяти связей Si-H в 1,1-диметилтрисилан-3-оле. Образовавшийся полимер прочно связывает зерна огнеупорного наполнителя, тем самым придает противопригарному покрытию высокие значения прочности к истиранию.
Противопригарное покрытие (по прототипу) содержит в своем составе кремнийорганический олигомер с функциональными алкоксильными группами. В его составе нет групп Si-H связи. Поэтому, образующийся с его участием полимер, имеет линейную структуру, которая не может обеспечить противопригарному покрытию высокую прочность.
Существенным отличием предлагаемого изобретения является то, что в образующемся полимере реализуется принцип многократных связей, за счет образования лестничного строения. При таком принципе разрушение лестничного строения и, следовательно, изменение свойств полимера происходит лишь при разрыве определенной комбинации связей в макромолекуле. Для полимеров с принципом многократных связей характерна высокая термостойкость, так как при температурном воздействии разрыв нескольких связей в макромолекуле не приведет к общей деструкции, которая характерна для линейных полимеров. Следовательно, и противопригарное покрытие на его основе обладает более высокой термостойкостью.
Способ приготовления противопригарного покрытия следующий. В краскомешалку дозируют воду (1/4 или 1/5 часть от общего количества воды), лигносульфонат и кремнийорганический олигомер. Тщательно перемешивают в течение 6-7 минут. Затем дозируют огнеупорный наполнитель (частями) и перемешивают до получения однородного пастообразного состояния. При необходимости хранения противопригарного покрытия в пастообразном состоянии в его состав вводят антисептик (формалин или CuSO4) в количестве 0,08% от общего объема. Непосредственно перед использованием, противопригарное покрытие доводится водой до необходимой вязкости. После нанесения противопригарного покрытия на поверхность форм и стержней, их необходимо просушить (газовой горелкой или в стандартных сушилах), или наносить противопригарное покрытие на горячую поверхность форм и стержней.
Составы противопригарных покрытий и их технологические свойства приведены в таблице. Количественный состав противопригарных покрытий является оптимальным. Увеличение содержания составляющих выше указанных пределов приводит к дестабилизации седиментационной устойчивости и резкому повышению плотности, что затрудняет получение ровного покровного слоя противопригарного покрытия, кроющая способность которого нарушается. При уменьшении содержания составляющих также ухудшается кроющая способность (покрытие растекается), кроме того, снижается прочность покрытия.
Как видно из таблицы предлагаемый состав противопригарного покрытия обеспечивает его оптимальные технологические показатели по седиментационной устойчивости, прочности, термостойкости и кроющей способности.
Предлагаемое противопригарное покрытие рекомендуется использовать для получения отливок из чугуна и стали. Возможно использование предлагаемого покрытия и для получения крупногабаритных толстостенных отливок сложной конфигурации.
| Таблица | ||||||
| Наименование составляющих и технологических свойств противопригарных покрытий | Числовые показатели составляющих и технологических свойств для составов | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | прототип | |
| Лигносульфонат | 17,0 | 17,5 | 18,0 | 19,5 | 20,0 | - |
| Олигомер, имеющий в качестве функциональных группировок гидросилановые группы 1,1-диметилтрисилан-3-ол | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | - |
| Олигомер, имеющий в качестве функциональных группировок алкоксильные группы - диметилдиэтоксисилан | - | - | - | 1 | - | 3,0-5,0 |
| Алюмохромфосфатное связующее | - | - | - | - | - | 20,0-21,5 |
| Вода | 21,0 | 22,0 | 23,0 | 24,0 | 25,0 | 25,0-27,0 |
| Огнеупорный наполнитель | 60,0 | 58,0 | 56,0 | 53,0 | 51,0 | 46,5-52,0 |
| Условная вязкость, с | 33 | 31 | 30 | 28 | 27 | 25-27 |
| Седиментационная устойчивость, % | 96 | 98 | 98 | 98 | 97 | 97-98 |
| Прочность к истиранию, кг/мм | 16,0 | 17,5 | 19,0 | 20,5 | 18,0 | 10,0-13,5 |
| Термостойкость при | 1000°С | трещины отсутствуют | ||||
| 1100°С | трещины отсутствуют | - | ||||
| 1200°С | трещины отсутствуют | - | ||||
| 1300°С | трещины отсутствуют | - | ||||
| Кроющая способность | покрытие стекает | ровный слой | наплывы | ровный слой |
Состав противопригарного покрытия для литейных форм и стержней, содержащий огнеупорный наполнитель, воду и кремнийорганический олигомер, отличающийся тем, что он дополнительно содержит лигносульфонат, а в качестве кремнийорганического олигомера содержит 1,1-диметилтрисилан-3-ол следующей формулы: (СН3)2SiH-SiH2-SiH2OH при следующих соотношениях ингредиентов, мас.%:
| лигносульфонат | 17,5-19,5 |
| 1,1-диметилтрисилан-3-ол | |
| следующей формулы: (СН3)2SiH-SiH2-SiH2OH | 2,5-3,5 |
| вода | 22,0-24,0 |
| огнеупорный наполнитель | 53,0-58,0 |
