Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения чугунных отливок с модифицированным поверхностным слоем. В состав наноструктурированного покрытия входят наполнитель в виде пылевидного кварца, или электрокорунда, или графита, связующее и вода. Наполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное. В качестве связующего покрытие содержит крахмалит или лигносульфонат технический. Дополнительно покрытие содержит бентонит. По второму варианту покрытие содержит в качестве связующего жидкое стекло и дополнительно содержит феррохромовый шлак. Улучшается микроструктура поверхностного слоя отливок из серого чугуна. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению чугунных отливок с модифицированным поверхностным слоем.

Известно противопригарное покрытие, включающее 45-55% терморасширяющегося графита и до 100% воду [патент РФ №1822355 A3, кл. В22С 3/00, 1993]. Однако при использовании данного покрытия размер включений графита по всему сечению отливки остается неизменным.

Известно покрытие [патент РФ №2368450, кл. В22С 3/00. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, 2009], содержащее, мас.%:

- скрытокристаллический графит - 29-56;

- связующее - 5,0-9,5;

- бентонит - 1,7-3,3%;

- вода - остальное.

Однако при использовании данного покрытия наблюдается ярко выраженная зона перехода от мелких к крупным включениям графита от поверхности к середине отливки.

Задачей изобретения является получение покрытия, улучшающего микроструктуру поверхностного слоя отливок из чугуна.

Поставленная задача достигается двумя вариантами:

1. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее, бентонит и воду, согласно изобретению, покрытие содержит в качестве наполнителя пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего крахмалит или лигносульфонат технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель - 50-85;

связующее - 1,5-10;

бентонит - 1,0-3,5;

вода - до 100.

2. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее и воду, согласно изобретению, в качестве наполнителя покрытие содержит пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего жидкое стекло, дополнительно феррохромовый шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель - 50-85;

жидкое стекло - 1,5-10;

феррохромовый шлак - 1,0-3,5;

вода - до 100.

При использовании в составе покрытия наноструктурированного наполнителя менее 50 мас.% не наблюдается изменения микроструктуры отливки на ее поверхности. Увеличение содержания наноструктурированного наполнителя более 85 мас.% нецелесообразно с экономической точки зрения, т.к. не приводит к дальнейшему изменению микроструктуры поверхности отливок.

Использование наполнителя указанного фракционного состава позволяет добиться наибольшего эффекта поверхностного модифицирования чугунных отливок, т.к. обеспечивает покрытию хорошие технологические свойства, а отливкам улучшение микроструктуры поверхности. Испытания по оптимальному и запредельному составам, отражены в таблице. Из результатов испытаний видно, что уменьшение содержания фракций 1-100 нм и 100 нм - 1 мкм приводит к снижению эффекта поверхностного модифицирования, а также к увеличению размер графитовых включений в чугуне.

В качестве связующего использовано жидкое стекло, лигносульфонат технический или крахмалит. При введении в состав покрытия связующего в указанных количествах покрытию обеспечиваются хорошие технологические свойства: высокая прочность сцепления с формой, седиментационная устойчивость, низкая вязкость.

Выбор добавок зависит от типа используемого в составе покрытия связующего. При использовании в качестве связующего лигносульфоната технического или крахмалита используют бентонит, а при использовании жидкого стекла - феррохромовый шлак.

Приготовление покрытия осуществляют следующим образом. Смешивают механоактивированный наноструктурированный наполнитель следующего фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, с добавкой, выбранной в зависимости от типа связующего. В краскомешалку заливают жидкие компоненты покрытия (лигносульфонат технический или жидкое стекло, смешанные с водой), перемешивают их в течение 3-5 мин, после чего перемешивают с сухими компонентами (наполнитель и бентонит по первому варианту и наполнитель и феррохромовый шлак по второму варианту). Перемешивание продолжают до получения однородной пастообразной массы. Для приготовления суспензии пасту перемешивают с водой до получения заданной плотности.

Способ нанесения покрытия и его сушки определяется технологией изготовления формы или стержня.

Для испытаний разработанных покрытий была выбрана отливка «Хвостовик» весом 3,5 кг с габаритными размерами 0420×45 мм. Отливка изготавливалась из серого чугуна марки СЧ25 следующего химического состава, %: 3,21 С; 1,86 Si; 0,66 Mn; 0,015 S и 0,01 Р. Температура заливки чугуна 1400-1450°С.

В ходе испытаний окрашивалась нижняя часть формы, выполненная из песчано-глинистой смеси, как наиболее ответственная. Окрашивание осуществлялось кистью, после окрашивания форма сушилась в печи.

В таблице приведены примеры составов и свойства покрытий.

Номер состава Состав покрытия, мас.% Свойства покрытия Размер графитовых включений в чугуне, мм
наименование содержание вязкость, с прочность, кг/мм седиментационная устойчивость, % край отливки сердцевина отливки
1 2 3 4 5 6 7 8
Прототип
1 Скрытокристаллический графит расширенный (состав не контролировался) 29,0-56,0 7 4 90 92,1 92,1
Связующее 5,0-9,5
Бентонит 1,7-3,3
Вода До 100,0
Предлагаемое
2 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 35,0 8 1,5 75 91,2 91,6
Крахмалит 11,0
Бентонит 17,0
Вода До 100,0
3 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 67,0 10 Более 5 95 81,8 82,7
Крахмалит 1,6
Бентонит 2,5
Вода До 100,0
4 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 16 2,5 85 90,1 91,1
Крахмалит 0,9
Бентонит 0,9
Вода До 100,0
5 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 10 1,8 78 90,1 90,1
Лигносульфонат технический 11
Бентонит 5,5
Вода До 100,0
6 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 55,0 14 Более 5 95 81,8 89,7
Лигносульфонат технический 7,0
Бентонит 3,0
Вода До 100,0
7 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм-35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 20 3,0 83 89,8 90,0
Лигносульфонат технический 0,9
Бентонит 0,5
Вода До 100,0
8 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 35,0 10 1,7 80 90,5 91,1
Крахмалит 11,0
Бентонит 17,0
Вода До 100,0
9 Механоактивированный наноструктури-рованный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 67,0 13 Более 5 95 81,8 86,0
Крахмалит 1,6
Бентонит 2,5
Вода До 100,0
10 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 15 2,3 89 88,5 90,1
Крахмалит 0,9
Бентонит 0,9
Вода До 100,0
11 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 13 2,6 83 90,5 91,1
Лигносульфонат технический 11,0
Бентонит 5,5
Вода До 100,0
12 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 55,0 19 Более 5 95 79,5 81,8
Лигносульфонат технический 7,0
Бентонит 3,0
Вода До 100,0
13 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 25 3,7 90 87,5 90,1
Лигносульфонат технический 0,9
Бентонит 0,5
Вода До 100,0
14 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм-10; >20 мкм - остальное 35,0 10 2,5 89 90,5 91,1
Крахмалит 11,0
Бентонит 17,0
Вода До 100,0
15 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 67,0 15 5,5 95 79,8 80,0
Крахмалит 1,6
Бентонит 2,5
Вода До 100,0
16 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 23 4,0 93 87,5 88,1
Крахмалит 0,9
Бентонит 0,9
Вода До 100,0
17 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 10 2,5 89 90,5 91,1
Лигносульфонат технический 11,0
Бентонит 5,5
Вода До 100,0
18 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 55,0 15 5,5 95 63,7 66,8
Лигносульфонат технический 7,0
Бентонит 3,0
Вода До 100,0
19 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 23 4,0 93 87,5 88,1
Лигносульфонат технический 0,9
Бентонит 0,5
Вода До 100,0
20 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 13 Более 5 85 92,1 92,9
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
21 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 65,0 15 Более 5 97 83,5 85,6
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
22 Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 20 Более 5 98 92,1 92,1
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
23 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 65,0 15 Более 5 90 90,9 91,9
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
24 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 20 Более 5 96 86,8 89,6
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
25 Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 23 Более 5 97 87,0 90,0
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
26 Механоактивированный наноструктури-рованный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 45,0 15 Более 5 93 90,1 91,0
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
27 Механоактивированный наноструктури-рованный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 65,0 18 Более 5 97 82,5 82,6
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
28 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное 90,0 20 Более 5 96 86,8 89,6
Жидкое стекло 3,2
Феррохромовый шлак 3,0
Вода До 100,0
29 Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 5; 101 нм - 1 мкм - 5; 1,5-10 мкм - 65; 11-20 мкм - 20; >20 мкм - остальное 55,0 15 5,5 95 95,3 97,3
Лигносульфонат технический 7,0
Бентонит 3,0
Вода До 100,0

1. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее и воду, отличающееся тем, что оно содержит в качестве наполнителя пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего - крахмалит или лигносульфонат технический, и дополнительно содержит бентонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель 50-85
связующее 1,5-10
бентонит 1,0-3,5
вода до 100.

2. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее и воду, отличающееся тем, что оно содержит в качестве наполнителя пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего - жидкое стекло, и дополнительно содержит феррохромовый шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель 50-85
связующее 1,5-10
феррохромовый шлак 1,0-3,5
вода до 100


 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области гетерогенного катализа, в частности к способу получения катализатора для орто-пара конверсии протия. .
Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие магнитного поля резким изменением их реологических свойств, и может найти применение в машиностроении, приборостроении, в частности, для финишной обработки оптических поверхностей в магнитном поле.

Изобретение относится к области микробиологии. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению ферритовых магнитных порошков. .

Изобретение относится к нанотехнологии, в частности к способу получения бор-кремнийсодержащих наночастиц, и может быть использовано в медицине. .

Изобретение относится к химической и фармацевтической отраслям промышленности и может быть использовано в биомедицинских исследованиях и фармакологии, а также при получении наномодификаторов пластических масс.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении абразивного инструмента на органической термореактивной связке, предназначенного для шлифования заготовок из различных металлов и сплавов.
Изобретение относится к области технологии машиностроения, а именно к финишной обработке деталей с созданием на них наноструктурированного поверхностного слоя. .

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для синтеза массивов пространственно-упорядоченных наночастиц полупроводников. .

Изобретение относится к металлокерамическим сплавам с металлическим связующим инструментального назначения и может быть использовано для изготовления высокоресурсного режущего инструмента и пар трения для экстремальных условий эксплуатации.
Изобретение относится к области литейного производства, в частности к противопригарным теплоизоляционным краскам, наносимым на внутреннюю поверхность крупногабаритных изложниц при изготовлении массивных износостойких бандажей методом центробежного литья.

Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к области литейного производства. .

Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к области литейного производства при изготовлении стальных отливок в литейных формах различного состава смесей. .
Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению литых деталей с эмалевым покрытием. .
Изобретение относится к литейному производству. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к области литейного производства. .
Изобретение относится к литейному производству. .

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления мелкогабаритных и среднегабаритных литых изделий (корпусов, плит, пластин со скругленными кромками, колец и т.д.) на основе алюминиевых сплавов с температурой плавления 400-700°С

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения чугунных отливок с модифицированным поверхностным слоем

Наверх