Композиция покрытия для литейных форм и стержней, предупреждающая образование дефектов от реакционных газов


 


Владельцы патента RU 2493933:

АСХЛАНД-ЗЮДХЕМИ-КЕРНФЕСТ ГМБХ (DE)

Изобретение относится к литейному производству. Краска содержит жидкость-носитель, порошкообразный огнеупорный материал и восстановитель. В качестве жидкости-носителя используют воду или спирт, содержащий 1-10 атомов углерода, или смесь воды и летучего органического компонента, имеющего температуру кипения ниже 130°C. В качестве восстановителя используют сополимер стирола. Обеспечивается снижение газовых дефектов в отливках. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к формовочной краске, к способу изготовления литейной формы, к литейной форме, которая может быть изготовлена таким способом, и к применению литейной формы для литья металла.

Большинство изделий черной металлургии и сталеплавильной промышленности, а также цветной металлургии в качестве первичного формования проходят через процессы литья. При этом расплавленные материалы - черные металлы или цветные металлы - заливают в предметы определенной геометрической формы с определенными свойствами. Для формования отливок вначале обычно необходимо изготовить очень сложные литейные формы для помещения в них расплавов. Литейные формы подразделяют на временные (разовые) формы, которые разрушают после каждой разливки, и постоянные формы, с использованием которых может быть изготовлено большое число отливок.

Постоянные формы состоят, главным образом, из минерального огнеупорного зернистого формовочного материала, который часто смешивают с различными добавками, например - для получения качественных поверхностей литейной формы. В качестве огнеупорного зернистого формовочного материала чаще всего используют промытый и отсортированный кварцевый песок. Для определенных прикладных задач, в которых должны быть выполнены особые требования, также используют хромитовый, цирконовый и оливиновый песок. Кроме того, используют также формовочные материалы на основе шамота, магнезита, силлиманита или корунда. Связующие, которыми укрепляют формовочные материалы, могут иметь неорганическую или органическую природу. Небольшие разовые формы изготавливают преимущественно из формовочных материалов, которые в качестве связующего укреплены бентонитом, тогда как для форм большего размера в качестве связующих преимущественно используют органические полимеры.

Изготовление литейных форм обычно осуществляют таким образом, что формовочный материал вначале смешивают со связующим, так что зерна формовочного материала покрываются тонкой пленкой связующего. Эту формовочную смесь затем помещают в соответствующую форму и при необходимости уплотняют для получения достаточной стабильности литейной формы. Затем литейную форму отверждают, например - посредством ее нагревания или путем добавления катализатора, который вызывает реакцию отверждения. После достижения литейной формой по меньшей мере определенной начальной прочности ее можно вынуть из формы и переместить для полного отверждения, например, в печь, чтобы она в течение заранее заданного времени нагревалась до определенной температуры.

Постоянные формы используют для изготовления разнообразных отливок. Поэтому они должны, не повреждаясь, выдерживать процесс литья и связанные с ним нагрузки. В качестве материала для изготовления постоянных форм, в зависимости от области применения, чаще всего используют чугун или нелегированные и легированные стали, а также медь, алюминий, графит, металлокерамику и керамические материалы. К способам литья с использованием постоянных форм относятся кокильное литье, прессование, центробежное литье и непрерывная разливка.

Литейные формы во время процесса литья подвергаются очень высоким термическим и механическим нагрузкам. Поэтому на контактной поверхности между жидким металлом и литейной формой могут возникать дефекты, например - если литейная форма разрывается, или если жидкий металл проникает в структуру литейной формы. Поэтому поверхности литейной формы, вступающие в контакт с жидким металлом, обычно снабжены защитным покрытием, которое также называют формовочной краской. Такая формовочная краска состоит в основном из неорганического огнеупорного материала и связующего, которые растворены или взвешены в подходящей жидкости-носителе, например - в воде или в спирте.

За счет таких покрытий поверхность литейной формы можно модифицировать и согласовать со свойствами перерабатываемого металла. Так, с помощью формовочной краски можно улучшить внешний вид отливки, а именно - получить гладкую поверхность, так как с помощью формовочной краски можно выровнять неровности, обусловленные зернистостью материала формы. Кроме того, формовочная краска может повлиять на композицию металла отливки, например - из формовочной краски на поверхность отливки могут быть избирательно перенесены добавки, улучшающие свойства поверхности отливки. Кроме того, формовочные краски образуют слой, химически изолирующий литейную форму от жидкого металла во время разливки. За счет этого должно предотвращаться сцепление между отливкой и литейной формой, так что отливку можно без затруднений вынуть из литейной формы. Кроме того, формовочная краска должна обеспечивать термическое разделение литейной формы и отливки. Это имеет особое значение в случае постоянных форм. Если эта функция не выполняется, то, например, металлическая литейная форма в ходе следующих друг за другом процессов литья испытывает такие высокие термические нагрузки, что преждевременно разрушается. Поэтому формовочную краску можно также использовать для того, чтобы целенаправленно регулировать теплопередачу между жидким металлом и литейной формой, например, для того, чтобы за счет скорости охлаждения способствовать образованию определенной структуры металла.

Обычно используемые формовочные краски содержат в качестве основных материалов, например, глину, кварц, кизельгур, кристобалит, тридимит, силикат алюминия, силикат циркония, слюду, шамот или графит. Эти основные материалы покрывают поверхность литейной формы и закупоривают поры, препятствуя проникновению жидких металлов в литейную форму.

Благодаря хорошим изолирующим свойствам часто используют формовочные краски, которые в качестве основных материалов содержат диоксид кремния или кизельгур, так как такие формовочные краски можно получать с низкими затратами и использовать в больших количествах.

Важными способами изготовления металлических деталей, например - из чугуна, являются способы крупного литья и центробежного литья.

В случае крупного литья, посредством которого обычно изготавливают отливки большого размера, обычно используют разовые формы. Из-за больших размеров изготавливаемых отливок на литейную форму действуют очень высокие металлостатические давления. В связи с очень длительным остыванием литейная форма также в течение очень длительного времени подвергается высоким температурным нагрузкам. В этом способе формовочная краска берет на себя также выраженную защитную функцию для предотвращения любого проникновения металла в материал литейной формы (пенетрация), разрыва литейной формы (образование просечек) или реакции между металлом и материалом литейной формы (минерализация).

В случае центробежного литья жидкий металл заливается во вращающийся вокруг своей оси трубчатый или кольцевой кокиль, в котором металл под действием центробежной силы преобразуется, например, во втулки, кольца или трубки. При этом безусловно необходимо, чтобы отливка была полностью отверждена до ее извлечения из литейной формы. Поэтому время контакта между литейной формой и отливкой является довольно длительным, причем в течение этого времени остывающая отливка не должна оказывать неблагоприятного влияния на литейную форму. Литейные формы в этом случае выполнены в виде постоянных форм, то есть литейная форма даже после нагрузки, испытываемой в процессе литья, не должна изменять свои свойства и свою форму. Поэтому при центробежном литье литейную форму покрывают изолирующей формовочной краской, которую наносят в виде одного слоя или в виде нескольких слоев.

В патенте DE-B-1433973 описана формовочная краска для изложниц (кокилей) в форме водной суспензии, с помощью которой можно избежать повреждений изложниц, возникающих в процессе литья, и которая также должна облегчить извлечение отливок из форм. Формовочная краска состоит, главным образом, из стекловидной кремниевой кислоты в качестве огнеупорного материала и коллоидного золя кремниевой кислоты в качестве связующего.

В патенте DE-AS-1303358 описана огнеупорная формовочная краска, которую наносят на стенки, нижнюю часть и подовую плиту блок-формы. Формовочная краска включает в себя гранулированный огнеупорный материал, содержащий оксид хрома, и неорганическое связующее, которые диспергированы в жидкой среде. Гранулированный огнеупорный материал состоит из хромита и оксида циркония, оксида магния, оксида титана или кальцинированного магнезита.

В патенте DE 4203904 C1 описана формовочная краска для целей литейного производства, которая содержит от 5 до 40 масс.% волокон. 10-90% волокон состоят из органического материала, а остаток - из огнеупорного неорганического материала. Неорганические волокна имеют среднюю длину от 50 до 400 мкм и диаметр от 1 до 25 мкм, а органические волокна имеют среднюю длину от 50 до 5.000 мкм и диаметр от 2 до 70 мкм.

Во время литья на наружной поверхности отливки или сразу под ее поверхностью могут образовываться мелкие воронкообразные углубления или газовые раковины, снижающие качество поверхности отливки и делающие необходимой дополнительную обработку поверхности отливки. Такая дополнительная обработка затруднена или даже невозможна в случае участков, расположенных внутри отливки, например - в случае маслораспределительных каналов в блоке цилиндров двигателя. Такие участки, расположенные внутри отливки, получают с помощью так называемых литейных стержней.

Эти дефекты литья могут быть объяснены различными причинами.

В зависимости от состава расплавов на разливочных ковшах образуются силикатные шлаки с примерно постоянным содержанием SiO2 порядка 40%. Кроме того, шлаки в значительных количествах содержат MnO, содержание которого колеблется в диапазоне от 15% до 40%, а также Fe3O4 в количестве от 5 до 25 масс.%. Эти железооксидносиликатные шлаки образуются очень быстро и совместно с сопутствующей серой часто имеют форму пенистых шлаков. Шлаки оказывают эффект, сходный с эффектом связующих, и связывают, например, рыхлые песчинки, выделяющиеся из формовочного материала литейной формы. Так как шлаки могут образовываться уже при низких температурах, они могут образовываться не только при нахождении металла в ковше, но и позже - например, при переливании жидкого металла из одной емкости в другую или при заполнении литейной формы металлом. В основном, за образование газовых пузырей ответственен содержащийся в шлаке оксид железа Fe3O4, так как он может легко восстанавливаться углеродом, CO или H2; при этом образуются газообразные продукты реакции, которые затем могут привести к образованию вышеописанных дефектов литья. Для того чтобы подавить образование газовых пузырей, можно принять различные меры. Так, можно воспрепятствовать образованию Fe3O4-содержащих шлаков путем обеспечения как можно меньшего контакта расплава с кислородом или воздухом. Для этого следует стремиться, например, к максимальному сокращению длительности разливки. Кроме того, следует избегать длительных периодов выдерживания железа в жидком состоянии или перерывов в процессе литья, а также многократного переливания жидкого железа из одной емкости в другую.

Кроме того, в расплав можно добавить элементы или соединения, обладающие сродством к кислороду, которые будут конкурировать с железом за присутствующий в расплаве кислород, и поэтому они будут подавлять образование Fe3O4-содержащих шлаков. В качестве следующей меры можно повысить содержание марганца в расплаве более чем до 0,5 масс.%, чтобы исключить образование железооксидносиликатных шлаков. Наконец, можно повысить температуру расплава настолько, чтобы шлаки восстанавливались за счет образования монооксида углерода.

При температурах, преобладающих во время разливки металлов, органические связующие, содержащиеся в литейной форме, разлагаются с образованием CO, CO2, N2, H2, NOx, NH3, H2O и CxHy. В результате реакции этих соединений с жидким железом образуются другие газообразные продукты, которые могут концентрироваться в жидком железе или в шлаке. Ниже приведены примеры таких реакций:

Fe+CxHy→[С]+H2

Fe3O4+CH4→CO2+2CH2O+3Fe

2NH3→2+3H2

2[Al]+3H2O→Al2O3+3H2

Азот и водород растворяются в жидком железе лучше, чем в твердом железе. При переходе из жидкого состояния в твердое растворенные газы выделяются из расплава, который в этом состоянии уже обладает относительно высокой вязкостью. Поэтому газовые пузыри имеют форму, которая не напоминает шар, а скорее похожа на раковину. В качестве контрмеры можно уменьшить количество растворенного в жидком металле газа за счет снижения температуры расплава. Кроме того, можно уменьшить долю связующего на поверхности литейной формы, чтобы при его разложении образовывались меньшие количества нежелательных газов. Наконец, можно повысить содержание титана в расплаве, чтобы, например, связать азот в форме нитрида титана, или уменьшить содержание алюминия, чтобы за счет этого подавить образование водорода в процессе восстановления воды.

Вышеописанные контрмеры отчасти несовместимы друг с другом, или они могут влиять на свойства отливки только в том случае, если в расплав добавлены добавки. Кроме того, в некоторых случаях невозможно провести процесс литья так, чтобы значительно снизить контакт жидкого металла с воздухом или кислородом.

Литейные формы состоят из собственно форм и литейных стержней. Собственно формы образуют при этом внешний контур отливки, тогда как литейные стержни используются для получения пустот в отливке. Поэтому к формам предъявляют заметно менее высокие требования в отношении их стабильности и состава формовочной смеси, чем к литейным стержням. Так, литейные формы при разливке металла должны выдерживать заметно меньшие механические нагрузки. Поэтому формы обычно изготавливают из сырого формовочного песка. Он преимущественно состоит из огнеупорного материала, такого как кварцевый песок, бентонита в качестве связующего и источника образования пироуглерода, например - угольной пыли. Кроме того, сырой формовочный песок содержит воду для придания формовочной смеси соответствующей пластичности и формуемости и для перевода бентонита как связующего в удобную для переработки форму. Литейные стержни обычно изготавливают из формовочной смеси, содержащей в качестве связующего смолу. Примерами связующих являются Cold-Box (холоднотвердеющие) связующие или Hot-Box (горячетвердеющие) связующие. Благодаря использованию этих связующих стержни приобретают заметно более высокую стабильность. Кроме того, литейные стержни в процессе литья не должны обнаруживать слишком высокое газообразование. Если формы обладают очень большой площадью поверхности для отведения в окружающую среду газов, высвобождающихся при разливке, то в случае литейных стержней имеются только стержневые знаки, обладающие относительно небольшим поперечным сечением. Стержневые знаки соответствуют опорной поверхности стержней на модели. Поэтому при слишком сильном газообразовании газ может переходить в жидкий металлический материал и за счет обусловленных этим газовых пузырей приводить к образованию дефектов отливок, таких как микроотверстия («проколы»).

Поэтому в основу изобретения была положена задача предложить средство, с помощью которого можно было бы значительно или полностью исключить образование газовых дефектов отливок, и которое требовало бы как можно меньших ограничений в отношении состава расплава или разливки металла. Это средство прежде всего должно быть применимым для изготовления литейных стержней.

Эта задача была решена за счет создания формовочной краски с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления формовочной краски согласно настоящему изобретению являются предметами зависимых пунктов формулы изобретения.

Формовочная краска согласно настоящему изобретению содержит, кроме жидкости-носителя и порошкообразного огнеупорного материла, по меньшей мере одну добавку, обладающую свойствами восстановителя. Формовочная краска образует в литейной форме контактную поверхность с жидким металлом. За счет тепла, выделяемого жидким металлом, восстановитель приобретает очень высокую реакционную способность, так что он может реагировать с кислородом или кислородсодержащими соединениями и, таким образом, их удалять. За счет этого в значительной степени подавляется образование Fe3O4, который, в свою очередь, при появлении газообразных продуктов реакции служит окислителем для углерода или углеводородов. Восстановитель, предусмотренный в слое формовочной краски, может также заметно подавлять образование газов на границе раздела с расплавом и, за счет этого, образование микроотверстий («проколов») или других включений газов в наружную поверхность отливки или в зоны, расположенные вблизи поверхности отливки.

Согласно настоящему изобретению также предложена формовочная краска, которая может использоваться в качестве покрытия для литейных форм для изготовления металлических отливок, причем формовочная краска содержит по меньшей мере:

- одну жидкость-носитель;

- по меньшей мере один порошкообразный огнеупорный материал; и

- по меньшей мере один восстановитель.

Прежде всего, формовочная краска содержит по меньшей мере одну жидкость-носитель, в которой могут быть суспензированы или растворены другие компоненты формовочной краски. Эту жидкость-носитель следует выбирать таким образом, чтобы она в условиях, обычных при литье металлов, могла полностью испариться. Поэтому жидкость-носитель при нормальном давлении предпочтительно должна иметь температуру кипения ниже примерно 130°C, более предпочтительно - ниже 110°C. В качестве жидкости-носителя предпочтительно используют воду или спирт, содержащий 1-10 атомов углерода, например - этанол или изопропанол. Другими подходящими жидкостями, которые могут частично присутствовать в жидкости-носителе, являются алифатические, циклоалифатические или ароматические углеводороды, содержащие 3-15 атомов углерода, сложные эфиры карбоновых кислот, полученные из карбоновой кислоты, содержащей 2-20 атомов углерода, и спиртового компонента, содержащего 1-4 атомов углерода, простые эфиры и кетоны, содержащие от 2-3 до 10 атомов углерода. Предпочтительна в качестве жидкости-носителя смесь, состоящая из воды и по меньшей мере одного летучего органического компонента, более конкретно - одного или нескольких спиртов. Под летучим органическим компонентом при этом следует понимать органический растворитель, имеющий температуру кипения ниже примерно 130°C, более предпочтительно - ниже 110°C. Особо предпочтительно использовать в качестве летучего органического компонента спирт, содержащий 1-3 атома углерода, более конкретно - этанол и/или изопропанол. Долю воды в жидкости-носителе в пересчете на готовую к употреблению формовочную краску предпочтительно выбирают в диапазоне от 10 до 80 масс.%, особо предпочтительно - от 10 до 20 масс.%, а долю летучих органических компонентов предпочтительно выбирают в диапазоне от 0 до 70 масс.%, особо предпочтительно - от 40 до 60 масс.%. Доля жидкости-носителя в готовой к употреблению формовочной краске обычно составляет от 10 до 99,9 масс.%, предпочтительно - от 30 до 70 масс.%.

В жидкости-носителе суспендирован по меньшей мере один порошкообразный огнеупорный материал. В качестве огнеупорного материала могут быть использованы огнеупорные материалы, обычные для металлолитейной промышленности. Примерами подходящих огнеупорных материалов являются диатомит, каолин, кальцинированный каолин, каолинит, метакаолинит, оксид железа, кварц, оксид алюминия, силикат алюминия, например - пиропиллит, кианит, андалузит или шамот, оксид циркония, силикат циркония, бауксит, оливин, тальк, слюда, полевой шпат.

Огнеупорный материал получают в порошкообразной форме. При этом размер частиц выбирают таким образом, чтобы в покрытии возникла стабильная структура, и чтобы формовочную краску без проблем можно было наносить на стенки литейной формы, например - с помощью распылительного устройства, В подходящем случае огнеупорный материал имеет средний размер частиц в диапазоне от 0,1 до 500 мкм, особо предпочтительно - в диапазоне от 1 до 200 мкм. В качестве огнеупорного материала особенно подходящими являются такие материалы, которые имеют температуру плавления, по меньшей мере на 200°C превышающую температуру жидкого металла, и которые не вступают в реакции с металлом. Долю порошкообразного огнеупорного материала в готовой к употреблению формовочной краске предпочтительно выбирают в диапазоне от 10 до 99,9 масс.%, более предпочтительно - в диапазоне от 30 до 70 масс.%.

В качестве восстановителя можно использовать любой элемент или любое соединение, которые способны связывать кислород. Восстановитель должен хорошо смешиваться с формовочной краской и предпочтительно должен находиться в твердой мелкозернистой форме. Если жидкость-носитель содержит воду, то восстановитель не должен реагировать с водой.

Подходящими восстановителями являются, например, металлический кремний, кремнийорганические соединения, металлический алюминий или вещества, выделяющие аммиак, например - карбонат аммония, мочевина, меламин или меламиновые смолы.

Предпочтительно использовать в качестве восстановителя углеродсодержащие соединения, причем особо предпочтительны соединения, содержащие большое количество углерода. Особо предпочтительно, если углеродсодержащее соединение имеет содержание углерода более 70 масс.%, еще более предпочтительно - более 80 масс.%, в пересчете на С. Из углеродсодержащего соединения под действием тепла, выделяемого жидким металлом, в присутствии кислорода или выделяющих кислород соединений выделяется, например, монооксид углерода, который может исполнять роль восстановителя.

Для получения наиболее выраженной способности взаимодействовать с кислородом восстановитель, более конкретно - углеродсодержащее соединение, предпочтительно должен содержать мало кислорода. Предпочтительно содержание кислорода в восстановителе, более конкретно - в углеродсодержащем соединении, составляет менее 20 масс.%, особо предпочтительно - менее 10 масс.%, еще более предпочтительно - менее 5 масс.%, в пересчете на O2. Особо предпочтительно, если восстановитель, более конкретно - углеродсодержащее соединение, вообще не содержит кислорода.

Восстановитель может содержать азот. Тем не менее, предпочтительно, чтобы содержание азота было выбрано не слишком большим. Предпочтительно содержание азота в восстановителе составляет менее 10 масс.%, особо предпочтительно - менее 5 масс.%, в пересчете на N2.

Особо предпочтительно использовать в качестве углеродсодержащего соединения источник образования пироуглерода («блестящего углерода»). Источниками образования пироуглерода являются органические соединения или смеси органических соединений, из которых под воздействием тепла, выделяемого жидким металлом, улетучиваются C-H-содержащие соединения. Возникающая при этом газовая фаза перенасыщена углеродом и поэтому обладает восстановительными свойствами. Перенасыщение газовой фазы углеродом в конечном счете становится таким большим, что на поверхность литейной формы откладывается пиролитический углерод в форме «блестящего углерода». Степень перенасыщения газовой фазы углеродом зависит от химического состава источников образования пироуглерода, то есть от соотношения C:H:O, от концентрации углерода и от температуры. Осаждение «блестящего углерода» на стенке полости литейной формы обуславливает ухудшение смачиваемости стенки расплавом. Образующие газы влияют также на соударение жидкого металла со стенкой литейной формы. Наблюдается так называемая «амортизационная прокладка» для расплава. Кроме того, за счет отложения «блестящего углерода» отливка легче вынимается из формы и оказывается благоприятное влияние на разрушение литейной формы. Кроме того, источник образования пироуглерода под влиянием тепла, выделяемого жидким металлом, становится пластичным и буферирует, например, расширение кварца под действием тепла, выделяемого жидким металлом.

Предпочтительные источники образования пироуглерода имеют содержание углерода более 50 масс.%, особо предпочтительно - более 70 масс.%, от массы сухого источника образования пироуглерода. Подходящими источниками образования пироуглерода являются, например, уголь, сажа, более конкретно - пламенная сажа, порошкообразный битум, порошкообразная смола, например - колофониум или экстракционная канифоль, а также жидкие масла.

Источники образования пироуглерода, пригодные для формовочной краски согласно настоящему изобретению, предпочтительно имеют соотношение атомов С/Н более 0,25, особо предпочтительно - более 0,5, еще более предпочтительно - более 1.

Источники образования пироуглерода предпочтительно содержат лишь небольшие количества кислорода. Доля кислорода предпочтительно составляет менее 20 масс.%, особо предпочтительно - менее 10 масс.%, еще более предпочтительно - менее 5 масс.%, в пересчете на O2 и сухую массу источника образования пироуглерода. Особо предпочтительно использовать такие источники образования пироуглерода, которые вообще не содержат кислорода.

Подходящие источники образования пироуглерода могут содержать азот, например - в форме гетероароматических групп. Тем не менее, содержание азота обычно выбирают низким, чтобы подавить образование газов за счет выделения газообразного азота. Предпочтительно источник образования пироуглерода содержит менее 10 масс.%, особо предпочтительно - менее 5 масс.% азота, в пересчете на N и сухой источник образования пироуглерода.

В частности, если используются источники образования пироуглерода с очень высоким содержанием углерода, например - различные виды угля, то предпочтительно, чтобы источник образования пироуглерода содержал как можно меньше упорядоченных кристаллических участков. Поэтому, например, графит, для которого характерен очень высокий уровень кристаллической упорядоченности, плохо подходит или вообще не подходит для использования в качестве источника образования пироуглерода. Предпочтительно источник образования пироуглерода имеет степень кристалличности менее 30%. Степень кристалличности источника образования пироуглерода можно определить, например, с помощью рентгеновской дифрактометрии.

Содержание пироуглерода в источнике образования пироуглерода можно определить в соответствии со Стандартом Общества немецких литейщиков (VDG) Р 83. Предпочтительно используемые в качестве восстановителей согласно настоящему изобретению источники образования пироуглерода предпочтительно имеют содержание пироуглерода не менее 10 масс.%, более предпочтительно - не менее 50 масс.%, от массы источника образования пироуглерода.

В качестве источника образования пироуглерода предпочтительно используются угольные материалы, такие как каменный уголь, который особо предпочтителен. Можно использовать также другие угольные материалы, например - газовый уголь или пламенный уголь.

Кроме того, в качестве источника образования пироуглерода предпочтительно использовать углеродсодержащие полимеры. Подходящими углеродсодержащими полимерами являются, например, феноловые смолы, такие как новолаки, которые, тем не менее, из-за высокого содержания кислорода не обеспечивают чрезмерно высокого выхода пироуглерода. В качестве углеродсодержащих полимеров предпочтительно используют такие полимеры, которые содержат мало кислорода, например - менее 10 масс.%. Особо предпочтительно использовать углеродсодержащие полимеры, не содержащие кислорода. При этом особо предпочтительны такие углеродсодержащие полимеры, которые имеют в качестве основы непрерывную цепь углеродных атомов, и которые можно получить, например, посредством радикальной полимеризации виниловых мономеров. Углеродсодержащие полимеры предпочтительно содержат только атомы углерода и водорода. Кроме того, углеродсодержащие полимеры предпочтительно содержат ненасыщенные и, особо предпочтительно, ароматические боковые группировки. За счет этого соотношение «углерод/водород» углеродсодержащего полимера дополнительно смещается в сторону углерода. Особо предпочтительные углеродсодержащие полимеры имеют содержание углерода более 90 масс.% и, предпочтительно, соотношение атомов C/H от 1:2 до 1:1.

Особо предпочтительный для использования в качестве источника образования пироуглерода углеродсодержащий полимер выбран из группы полистирола и сополимеров полистирола. Примерами сополимеров являются стиролбутадиеновые, стирол(мет)акрилатные и стиролбутадиен(мет)акрилатные сополимеры. Особо предпочтительными являются сополимеры стирола, причем содержание стирола в углеродсодержащем полимере предпочтительно составляет не менее 25 молярных %, особо предпочтительно - не менее 50 молярных %.

Углеродсодержащие полимеры предпочтительно имеют средний молекулярный вес в диапазоне от 2.000 до 20.000 г/моль. Молекулярный вес можно определить, например, с помощью вытеснительной хроматографии с использованием стандартов, таких как полистирольные стандарты (например, производства компании POLYMER STANDARDS SERVICE GmbH, In der Dalheimer Wiese 5, D-55120 Meinz).

Доля восстановителя, предпочтительно - источника образования пироуглерода, в пересчете на содержание твердых веществ в формовочной краске согласно настоящему изобретению предпочтительно составляет не менее 1 масс.%, более предпочтительно - не менее 5 масс.%, особо предпочтительно - не менее 6 масс.%, еще более предпочтительно - она лежит в диапазоне от 8 до 30 масс.%. Согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения доля источника образования пироуглерода меньше 20 масс.%, согласно следующей форме осуществления настоящего изобретения - меньше 15 масс.%. Количество источника образования пироуглерода, содержащегося в формовочной краске, зависит от количества «блестящего углерода», который может быть получен из источника образования пироуглерода. В зависимости от образующегося количества «блестящего углерода» количество источника образования пироуглерода предпочтительно составляет не менее 1 масс.%, особо предпочтительно - не менее 2 масс.%, и еще более предпочтительно - в диапазоне от 2,5 до 10 масс.%.

В готовой к употреблению формовочной краске источник образования пироуглерода может содержаться, например, в количестве от 1 до 8 масс.%.

Формовочная краска согласно настоящему изобретению содержит относительно небольшое количество восстановителя или источника образования пироуглерода. Поэтому ее можно использовать в качестве формовочной краски для литейных стержней, так как она демонстрирует лишь небольшое газообразование. Однако за счет низкого содержания источника образования пироуглерода неожиданно оказалось возможным эффективно подавить образование микроотверстий («проколов»).

Кроме указанных выше компонентов формовочная краска согласно настоящему изобретению может содержать другие обычные компоненты. Согласно одной из форм осуществления настоящего изобретения формовочная краска может содержать связующее. Назначение связующего прежде всего состоит в том, чтобы после высыхания формовочной краски, нанесенной на литейную форму, связать вещества, входящие в состав формовочной краски, и за счет этого обеспечить достаточное сцепление формовочной краски с основой. Предпочтительно добавляют такое связующее, которое отвердевает необратимо. В этом случае получают покрытие с очень высокой износостойкостью. Это полезно в том случае, если литейная форма должна транспортироваться после ее изготовления, и при этом она будет испытывать механические воздействия. Благодаря высокой механической прочности покрытия можно в значительной степени избежать повреждений. Кроме того, предпочтительно использовать такие связующие, которые не размягчаются повторно под воздействием влажности воздуха.

Можно использовать любые связующие, уже нашедшие применение в формовочных красках. В качестве связующих можно использовать, например, крахмалы, декстрин, пептиды, поливиниловый спирт, сополимеры поливинилацетата, поли(мет)акриловую кислоту, полистирол, дисперсии поливинилацетата-полиакрилата, а также смеси этих соединений. Согласно одной из предпочтительных форм осуществления настоящего изобретения формовочная краска согласно настоящему изобретению содержит в качестве связующего алкидную смолу, которая растворима в воде, а также в спиртах, таких как этанол, проапнол или изопропанол. В готовой к употреблению формовочной краске связующее предпочтительно содержится в количестве 0,1-5 масс.%, особо предпочтительно - в количестве 0,5-2 масс.%.

Кроме уже указанных огнеупорных материалов, формовочная краска может также содержать загуститель. Загуститель повышает вязкость формовочной краски. Это, во-первых, препятствует оседанию тяжелых компонентов краски, так что при нанесении слой краски всегда имеет однородный состав. Во-вторых, загуститель препятствует растеканию формовочной краски после ее нанесения на поверхности литейной формы, поэтому удается получить слой формовочной краски с постоянной толщиной и на вертикальных поверхностях литейной формы. В качестве загустителя могут быть использованы, например, обычные для формовочных красок силикаты с двухслойным пакетом и силикаты с трехслойным пакетом, такие как аттапульгит, серпентин, смектит, например - сапонит, монтмориллонит, бейделлит и нонтронит, вермикулит. Их содержание в готовой к употреблению формовочной краске предпочтительно составляет от 0,5 до 4,0 масс.%, особо предпочтительно - от 1,0 до 2,0 масс.%.

Кроме того, формовочная краска согласно настоящему изобретению может содержать смачивающее средство, которое облегчает нанесения формовочной краски на основу. В качестве смачивающего средства могут быть использованы все известные специалистам в данной области техники анионные и неанионные поверхностно-активные вещества со средней и высокой полярностью. Поверхностно-активные вещества предпочтительно имеют значение гидрофильно-липофильного баланса (HLB) более 7. Смачивающие средства предпочтительно добавляют в количестве от 0,01 до 1 масс.%, особо предпочтительно - от 0,05 до 0,3 масс.%, причем значения процентного содержания относятся к формовочной краске, готовой к употреблению. Примером подходящего смачивающего средства является динатрия диоктилсульфосукцинат.

Для того чтобы избежать образования пены при изготовлении формовочной краски или при нанесении формовочной краски на поверхность литейной формы, формовочная краска может содержать пеногаситель. Образование пены при нанесении формовочной краски может привести к неравномерности толщины слоя формовочной краски и к появлению отверстий в краске. В качестве пеногасителей могут быть использованы, например, силиконовое или минеральное масла. Предпочтительно пеногаситель содержится в готовой к употреблению формовочной краске в количестве от 0,01 до 1 масс.%, особо предпочтительно - от 0,05 до 0,3 масс.%.

Формовочная краска может также содержать стандартные пигменты или красящие вещества. Их обычно добавляют для получения контраста между различными слоями формовочной краски или между литейной формой как основой и нанесенным на нее слоем формовочной краски, чтобы можно было визуально проверить полноту нанесения слоя формовочной краски. Примерами подходящих пигментов являются красный и желтый оксиды железа, а также графит. Красящие вещества и пигменты содержатся в готовой к употреблению формовочной краске в количестве от 0,01 до 10 масс.%, особо предпочтительно - в количестве от 0,1 до 5 масс.%.

В том случае, если формовочная краска получена в форме краски на водной основе, и в качестве жидкости-носителя также использована по существу только вода, в формовочную краску может быть добавлен биоцид для предотвращения заселения краски бактериями и их негативного влияния на реологию и вяжущую силу связующего. Примерами подходящих биоцидов являются формальдегид, 2-метил-4-изотиазолин-3-он (MIT), 5-хлор-2-метил-4-изотиазолин-3-он (CIT) и 1,2-бензизотиазолин-3-он (BIT). Предпочтительно использовать MIT, BIT или их смесь. Биоциды предпочтительно добавляют в количестве от 10 до 1000 частей на миллион (ppm), особо предпочтительно - в количестве от 50 до 500 ppm, в пересчете на готовую к употреблению формовочную краску.

Формовочная краска согласно настоящему изобретению в состоянии готовности к употреблению предпочтительно имеет содержание твердых веществ в диапазоне от 20 до 80 масс.%, особо предпочтительно - от 30 до 70 масс.%. Согласно одной из форм осуществления формовочная краска имеет содержание твердых веществ в диапазоне от 35 до 55 масс.%.

Формовочная краска согласно настоящему изобретению может быть изготовлена стандартными способами. Например, формовочная краска согласно настоящему изобретению может быть изготовлена путем первоначальной загрузки воды или другой подходящей жидкости-носителя в мешалку. Затем в воду добавляют, например, загуститель, например - слоистый силикат, и переводят его в удобную для дальнейшей переработки форму в условиях высокого сдвига. Затем добавляют порошкообразный огнеупорный материал, а также (при необходимости) пигменты и красящие вещества и источник образования пироуглерода и перемешивают до получения гомогенной смеси. В заключение добавляют смачивающее средство, противовспенивающее средство, биоциды и связующее.

Для технического использования можно изготавливать и продавать формовочную краску согласно настоящему изобретению в виде композиции, готовой к употреблению. Для того чтобы получить из концентрированной формовочной краски готовую к употреблению формовочную краску необходимо добавить соответствующее количество растворителя, необходимое для того, чтобы получить необходимые свойства вязкости и плотности формовочной краски. Кроме того, формовочная краска согласно настоящему изобретению может быть изготовлена в форме набора, когда, например, твердые компоненты и растворители поставляются в раздельных емкостях. При этом твердые компоненты могут в виде порошкообразной смеси твердых веществ находиться в отдельной емкости. Другие жидкие компоненты, которые необходимо использовать при определенных условиях, например - связующее, смачивающее средство, смачиватель/противовспениватель, пигменты, красящие вещества и биоциды, также могут входить в состав этого набора в другой емкости. Жидкость-носитель может быть добавлена к вышеупомянутым другим жидким компонентам, или она может находиться в отдельной емкости. Для получения готовой к употреблению формовочной краски смешивают соответствующие количества твердых компонентов, других жидких компонентов и жидкости-носителя. Кроме того, можно получить формовочную краску согласно настоящему изобретению, в которой первоначально растворителем является только вода. За счет добавления летучих спиртов или смеси спиртов, предпочтительно - в количествах от 40 до 200 масс.% от массы формовочной краски на основе воды, можно получить из этой водной формовочной краски готовую к употреблению спиртовую формовочную краску. Содержание твердых веществ в спиртовой формовочной краске согласно настоящему изобретению при этом предпочтительно составляет от 20 до 60 масс.%, особо предпочтительно - от 30 до 40 масс.%.

В зависимости от желаемого применения формовочной краски согласно настоящему изобретению, например - в качестве грунтовочного покрытия или внешнего покрытия, и желаемой толщины наносимого слоя формовочной краски можно отрегулировать другие характеристические параметры формовочной краски. Так, формовочная краска согласно настоящему изобретению, которая должна использоваться для нанесения покрытий на литейные формы и литейные стержни в литейной промышленности, предпочтительно имеет вязкость от 11 до 25 с, особо предпочтительно - от 12 до 15 с, по результатам измерений согласно DIN 53211 (диаметр выпускного отверстия 4 мм, DIN-воронка). Готовая к употреблению формовочная краска предпочтительно имеет плотность в диапазоне от 1 до 2,2 г/мл (0-120 градусов Боме), особо предпочтительно - в диапазоне от 1,1 до 1,4 г/мл (30-50 градусов Боме), еще более предпочтительно - в диапазоне от 1,2 до 1,3 г/мл, по результатам определения способом гидростатического взвешивания по Боме; DIN 12791.

Формовочную краску согласно настоящему изобретению можно использовать для нанесения покрытий на литейные формы. Поэтому предметом изобретения также является способ изготовления литейной формы с покрытием, используемый для изготовления литейной формы, которая по меньшей мере частично покрыта слоем формовочной краски, который по меньшей мере частично содержит слой формовочной краски, описанной выше.

Под литейной формой следует понимать все виды предметов, которые необходимы для изготовления отливки, в том числе литейные стержни, формы и кокили. Литейные формы могут быть изготовлены из любых материалов. Так, например, литейные формы могут быть изготовлены из огнеупорного формовочного материала, такого как кварцевый песок, упрочненный подходящим связующим. При этом можно использовать как неорганические, так и органические связующие. Примером неорганического связующего является жидкое стекло, которое может быть упрочнено, например, посредством обезвоживания при нагревании или посредством пропускания диоксида углерода. Примерами органических связующих являются связующие с холодным отверждением (Cold-Вох-связующие) или связующие с химическим отверждением (No-Bake-связующие), при котором полиизоцианатный компонент и полиоловый компонент отверждаются под действием щелочного катализатора.

Особо предпочтительно использовать формовочную краску для нанесения покрытия на литейные стержни. Как указано выше, формовочная краска согласно настоящему изобретению обнаруживает сравнительно малое газообразование. За счет этого при литье в значительной степени снижается опасность перехода газов из литейного стержня в жидкий металлический материал.

Особо предпочтительно использовать при этом в качестве литейных стержней стержни со связующим в форме синтетической смолы.

При изготовлении таких литейных стержней со связующим в форме синтетической смолы предпочтительно используют связующие с холодным отверждением. При этом речь идет о двухкомпонентной системе. Первый компонент состоит из раствора полиола, обычно - фенольной смолы. Вторым компонентом является раствор полиизоцианата. Так, согласно Патенту США 3,409,579 А между обоими компонентами проводится реакция, в ходе которой после формования через смесь основного формовочного материала и связующего пропускают газообразный третичный амин.

Связующей системой, очень сходной с этими связующими холодного отверждения, являются полиуретановые связующие с химическим отверждением. При этом также проводят реакцию полиизоцианатного компонента с полиоловым компонентом, причем уже при изготовлении формовочной смеси добавляют катализатор в жидкой форме. В качестве катализатора также используют амины, например - третичные амины.

В случае реакции отверждения полиуретановых связующих речь идет о реакции полиприсоединения, то есть о реакции без отщепления побочных продуктов, например, таких как вода. К достоинствам способа холодного отверждения и способа химического отверждения относятся хорошая производительность, точность размеров литейных форм и хорошие технические свойства, такие как прочность литейных форм, время получения смеси из базового формовочного материала и связующего и т.п.

Другими подходящими связующими являются, например, связующие с химическим отверждением на основе фурановых смол или фенольных смол. Они продаются в виде двухкомпонентных систем, где один компонент содержит реакционноспособную фурановую смолу или фенольную смолу, а другой компонент содержит кислоту, которая действует как катализатор отверждения химически активного смоляного компонента. В качестве кислот обычно используют ароматические сульфокислоты, а в некоторых особых случаях - также фосфорную или серную кислоту.

Фурановые смолы содержат в качестве важного компонента фурфуриловый спирт. При кислотном катализе фурфуриловый спирт может реагировать с самим собой и образовывать полимер. Так как фурфуриловый спирт получают из растительного материала, например - из пшеничной соломы или рисовой лузги, он является относительно дорогим. Поэтому для получения фурановых связующих с химическим отверждением обычно не используют чистый фурфуриловый спирт, а добавляют к фурфуриловому спирту другие соединения, которые входят в состав полимерной смолы. Примерами таких соединений являются альдегиды, например - формальдегид или фурфураль, кетоны, например - ацетон, фенолы, мочевина или полиолы, такие как сахарные спирты или этиленгликоль. К смолам могут быть добавлены дополнительные компоненты, влияющие на свойства смолы, например - на их эластичность. Например, для связывания свободного формальдегида может быть добавлен меламин.

Связующие с химическим отверждением на основе фенольных смол в качестве химически активного компонента содержат резолы, которые также являются фенольными смолами, полученными с избытком формальдегида. Фенольные смолы обнаруживают заметно меньшую химическую активность по сравнению с фурановыми смолами и требуют в качестве катализаторов сильных сульфокислот.

К способам с тепловым отверждением органических связующих относится способ горячего отверждения (Hot-Box способ) с использованием связующего на основе фенольных или фурановых смол, способ теплого отверждения (Warm-Box способ) с использованием связующего на основе фурановых смол и способ Кронинга с использованием связующего на основе новолаковых фенольных смол. В способе горячего отверждения и в способе теплого отверждения жидкие смолы смешивают с латентным отвердителем, действующим только при повышенной температуре, с получением формовочной смеси. В способе Кронинга базовые формовочные материалы, такие как кварц, хромитовый песок, цирконовый песок и т.п., при температуре от примерно 100 до 160°C обволакивают жидкой при такой температуре новолаковой фенольной смолой. В качестве второго компонента для последующей реакции отверждения добавляют гексаметилентетрамин. При использовании вышеуказанных технологий с тепловым отверждением формование и отверждение осуществляют в подогреваемых пресс-формах, которые нагревают до температур, достигающих 300°C.

Такие органические связующие, которые можно использовать для изготовления литейных форм и стержней, известны специалистам в данной области техники.

В способе согласно настоящему изобретению вначале изготавливают литейную форму или литейный стержень. Затем на них наносят описанную выше формовочную краску. При этом можно использовать любые стандартные способы. Формовочную краску можно наносить с помощью кисти. Также можно распылять формовочную краску через подходящее сопло. Для распыления можно использовать стандартные пневматические распылители. При этом формовочную краску, предпочтительно - в разбавленном состоянии, заливают в напорный резервуар. За счет избыточного давления, доминирующего в напорном резервуаре, формовочная краска выдавливается в распылительный пистолет, где она распыляется с помощью отдельно регулируемого потока распыляющего воздуха. Распыление предпочтительно проводят таким образом, что формовочная краска поступает на наружную поверхность литейной формы во влажном состоянии, так что может быть обеспечено ее равномерное нанесение.

Кроме того, можно наносить формовочную краску путем погружения литейной формы в формовочную краску. Время, в течение которого литейная форма остается погруженной в краску, предпочтительно выбирают в диапазоне между 2 секундами и 2 минутами. При извлечении литейной формы избыточное количество краски стекает, причем время, в течение которого происходит отекание формовочной краски после погружения, зависит от характера отекания использованной формовочной краски. Слой формовочной краски, остающийся на поверхности литейной формы, при этом имеет определенную толщину, причем на толщину слоя можно влиять путем изменения свойств формовочной краски, например - ее вязкости, или путем добавления загустителей.

Кроме того, внутреннее пространство литейной формы можно также заполнить формовочной краской. При выливании формовочной краски на стенках полости литейной формы также остается слой формовочной краски, причем на толщину слоя можно влиять, например, путем изменения вязкости формовочной краски.

Формовочную краску можно наносить в виде одного слоя. Также можно последовательно нанести несколько слоев формовочной краски, чтобы, например, получить большую толщину слоя. При этом глубоко расположенный слой формовочной краски при необходимости можно частично или полностью высушить, прежде чем наносить следующий слой.

Предпочтительно формовочной краской покрывают по меньшей мере те поверхности литейной формы, которые при разливке вступают в контакт с жидким металлом. Особо предпочтительно покрыть вышеописанной формовочной краской литейный стержень (или стержни) литейной формы.

После нанесения слой формовочной краски просушивают, а если формовочная краска содержит отверждаемое связующее, то проводят отверждение связующего.

Для просушивания можно использовать любые известные способы. Формовочную краску можно сушить на воздухе, причем можно ускорить процесс сушки, если, например, снизить содержание влаги в воздухе. Кроме того, можно нагреть литейную форму с нанесенным на нее слоем формовочной краски. Для нагревания можно, например, облучить литейную форму микроволнами или инфракрасным излучением. Также литейную форму с покрытием можно поместить для просушивания в конвекционную печь. Согласно одной из предпочтительных форм осуществления способа согласно настоящему изобретению литейную форму, покрытую формовочной краской, сушат в конвекционной печи при 100-250°C, предпочтительно - при 120-180°C. При использовании спиртовых формовочных красок краску предпочтительно сушат посредством выжигания спирта или спиртовой смеси. За счет образующейся при этом теплоты сгорания литейная форма с покрытием дополнительно нагревается.

Толщина сухого слоя формовочной краски предпочтительно составляет не менее 0,1 мм, более предпочтительно - не менее 0,2 мм, особо предпочтительно - не менее 0,3 мм. Для специального применения могут быть также использованы более толстые слои формовочной краски. Толщина сухого слоя формовочной краски при таком применении предпочтительно составляет не менее 0,4 мм, особо предпочтительно - не менее 0,5 мм. Слои такой толщины обычно используются в тех случаях, когда очень высоки термические нагрузки на литейную форму. Особо предпочтительно толщина слоя формовочной краски лежит в диапазоне от 0,3 до 1,5 мм. Толщина сухого слоя формовочной краски означает при этом толщину высушенного слоя формовочной краски, который образуется после практически полного удаления жидкости-носителя и, при определенных условиях, последующего отверждения слоя формовочной краски. Толщину сухого слоя краски предпочтительно определяют посредством измерения с помощью измерительной гребенки для измерения толщины влажных покрытий.

Прежде чем будет нанесена формовочная краска, можно нанести на литейную форму грунтовочное покрытие. Грунтовочное покрытие можно нанести на литейную форму любыми способами, известными на современном уровне техники, например - посредством окунания, струйного облива, распыления или окрашивания кистью. Грунтовочное покрытие покрывает поверхность литейной формы и закупоривает поры в песке, препятствуя проникновению в них жидкого металла. Кроме того, грунтовочное покрытие выполняет задачу термической изоляции литейной формы от жидкого металла. Грунтовочное покрытие может содержать в качестве базового материала, например, глину, тальк, кварц, слюду, силикат циркония, магнезит, силикат алюминия или шамот в подходящей жидкости-носителе, например - в воде или в спирте. Толщина сухого слоя грунтовочного покрытия предпочтительно составляет не менее 0,1 мм, более предпочтительно - не менее 0,2 мм, особо предпочтительно - не менее 0,45 мм. Предпочтительно толщину сухого слоя грунтовочного покрытия выбирают в диапазоне от 0,3 до 1,5 мм. Формовочную краску для грунтовочного покрытия предпочтительно получают в форме водной формовочной краски или спиртовой формовочной краски.

Грунтовочное покрытие может отличаться по своему составу от формовочной краски согласно настоящему изобретению. Однако грунтовочное покрытие можно получить также из формовочной краски согласно настоящему изобретению. Предпочтительно грунтовочное покрытие изготавливают также из формовочной краски согласно настоящему изобретению.

С использованием литейной формы с покрытием, полученной вышеописанным способом, получают отливки, имеющие на своей поверхности или вблизи своей поверхности меньше дефектов, обусловленных включениями газов. Поэтому предметом изобретения также является литейная форма, которая по меньшей мере на некоторых участках содержит слой формовочной краски, который изготовлен из формовочной краски, описанной выше.

Литейные формы согласно настоящему изобретению пригодны как для способа центробежного литья, так и для способа крупного литья или любых способов литья на основе разовых форм. Поэтому предметом изобретения является также применение вышеописанной литейной формы для литья из металла. Литейные формы, содержащие слой покрытия, изготовленный из формовочной краски согласно настоящему изобретению, пригодны, например, для производства труб, цилиндровых гильз, двигателей и компонентов двигателей, станин для станков и турбин, а также стандартных деталей машин. Более конкретно, такие литейные формы пригодны для литья чугуна и стали. В случае литья чугуна и стали достигаются относительно высокие температуры порядка 1400°C, так что можно обеспечить эффективное образование «блестящего углерода».

Изобретение будет более подробно разъяснено с использованием приведенных ниже примеров осуществления настоящего изобретения.

Пример 1

Формовочная краска для литейных стержней, использованная в приведенных ниже примерах, содержит следующие компоненты (в масс.%):

Таблица
Компоненты Содержание (в масс.%) Производитель
Пирофиллит <110 мкм 40,00 R.T. Vanderbilt
Графит <150 мкм 10,00 Luh
Глинистый минерал 03,00 Engelhard Corporation
Дисперсия бутадиен-стирольного сополимера 05,00 Lipatone®, полимерный латекс
Смачивающее средство 00,05 Henkel KGaA, Германия
Противовспенивающее средство 00,20 Henkel KGaA, Германия
Раствор связующего 02,00 WackerAG, Германия
Биоцид 00,20 Thor
Вода 39,55

Для изготовления формовочных красок вначале наливают воду в емкость, снабженную мешалкой, обеспечивающей высокое сдвиговое усилие. Включают мешалку, добавляют глину и в течение 15 минут перемешивают в условиях высокой скорости сдвига. Затем добавляют пирофиллит и графит и перемешивают смесь в течение следующих 15 минут до получения гомогенной смеси. Затем добавляют остальные компоненты и перемешивают смесь еще в течение 5 минут.

Полученную формовочную краску разбавляют деионизированной водой в количестве 30 масс.%, после чего она имеет вязкость, равную 13 с по результатам измерения согласно DIN 53211 (выпускная воронка с отверстием 4 мм), и плотность, равную 40 градусам Боме по результатам определения способом гидростатического взвешивания по Боме; DIN 12791.

Посредством распыления покрывают формовочной краской литейный стержень. Толщина слоя формовочной краски составляет 300 мкм. Формовочная краска обнаруживает хорошее растекание и хорошую кроющую способность. Затем литейная форма просушивается в проходной печи при температуре окружающего воздуха от 160 до 180°C.

Сравнительный пример

Формовочную краску для сравнения изготавливают аналогично Примеру 1, но не добавляют в нее дисперсию бутадиен-стирольного сополимера.

Пример 2

Было изготовлено по 10 литейных стержней способом с холодным отверждением (песок N32, связующее холодного отверждения на основе полиуретана (PUCB) - часть I 0,8%, PUCB часть II 0,8%) для турбокомпрессоров, которые были покрыты формовочными красками, изготовленными согласно Примеру 1 и Сравнительному примеру. Износостойкость слоя формовочной краски оценивали субъективно в процессе истирания. Затем осуществляли литье SiMo-сплава для турбокомпрессоров при 1450°C. После удаления литейной формы исследовали поверхность отливки на наличие дефектов литья. Результаты приведены в расположенной ниже таблице:

Таблица
Исследование отливок
Формовочная краска Сравнительный пример Пример 1
Толщина слоя краски 200 мкм 200 мкм
Износостойкость Хорошая Очень хорошая
Участки отливки с «проколами» 5-10 0-10

1. Формовочная краска, содержащая по меньшей мере одну жидкость-носитель, которая представляет собой воду или спирт, содержащий 1-10 атомов углерода, или смесь воды и по меньшей мере одного летучего органического компонента, имеющего температуру кипения ниже 130°C, по меньшей мере один порошкообразный огнеупорный материал и по меньшей мере один восстановитель, представляющий собой сополимер стирола.

2. Формовочная краска по п.1, отличающаяся тем, что восстановитель является источником образования пироуглерода.

3. Формовочная краска по п.2, отличающаяся тем, что источник образования пироуглерода имеет содержание кислорода менее 10 мас.%.

4. Формовочная краска по п.1, отличающаяся тем, что сополимер стирола выбран из группы, состоящей из стиролбутадиеновых, стирол(мет)акрилатных и стиролбутадиен(мет)акрилатных сополимеров.

5. Формовочная краска по п.1, отличающаяся тем, что восстановитель содержится в ней в количестве, превышающем 5 мас.% от массы готовой к употреблению формовочной краски.

6. Формовочная краска по п.1, отличающаяся тем, что формовочная краска содержит связующее.

7. Формовочная краска по п.1, отличающаяся тем, что содержание твердых веществ в ней составляет от 20 до 80 мас.% от массы готовой к употреблению формовочной краски.

8. Способ изготовления литейной формы с покрытием, в котором изготавливают литейную форму, затем эту литейную форму покрывают по меньшей мере на некоторых участках формовочной краской, которая содержит формовочную краску по любому из пп.1-7.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что литейную форму первоначально покрывают по меньшей мере одним слоем грунтовочного покрытия, а на слой грунтовочного покрытия наносят по меньшей мере один слой упомянутой формовочной краски.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что грунтовочное покрытие выбрано отличным от упомянутой формовочной краски.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что толщина слоя формовочной краски лежит в диапазоне между 0,3 и 1,5 мм.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере один литейный стержень литейной формы имеет покрытие из упомянутой формовочной краски.

13. Литейная форма, содержащая, по меньшей мере, участки, покрытые слоем формовочной краски, который состоит из упомянутой формовочной краски.

14. Литейная форма по п.13, отличающаяся тем, что она содержит по меньшей мере один литейный стержень, который имеет покрытие из упомянутой формовочной краски.

15. Применение литейной формы по п.13 для литья металла.

16. Применение по п.15, отличающееся тем, что металл является чугуном или сталью.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к материалам, предназначенным для защиты рабочей поверхности огнеупорных футеровок от окисления, коррозионного и эрозионного действия металла и шлака, в частности сталеразливочных ковшей.

Изобретение относится к технологии литейного производства. .

Изобретение относится к литейному производству. .

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. .
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 черной металлургии и может быть использовано в качестве компонента огнеупорных смесей для торкретирования металлургических агрегатов, керамического клея для периклазохромитовых, шамотных и других огнеупоров, защитного материала от высокотемпературной коррозии металлических конструкций, технологической оснастки для разливки стали, литейных металлических форм. Жидкая огнеупорная композиция включает следующие компоненты в соотношении, мас.%: электрокорунд 20-40; тальк 20-40; пигмент железоокисный 1-5; двуокись титана пигментная 1-5, двуокись циркония 1-5; золь-гель продукт, синтезированный из силиката натрия, - остальное. Обеспечивается увеличение срока службы тепловых агрегатов, металлургических установок, графитовых электродов, снижение эксплуатационных затрат. 2 табл.
Изобретение относится к металлургии. Композит содержит, мас.%: золь-гель продукт, синтезированный с помощью силиката натрия 20-30, смесь порошкообразных электрокорунда 20-30, двуокиси титана пигментной 2-10, двуокиси циркония 2-10, талька 5-15, каолина 20-30 и воду остальное. Обеспечивается повышение стойкости технологического оборудования для разливки металла. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области литейного производства. Способ включает сборку моделей и элементов литниковой системы, нанесение газопроницаемого противопригарного покрытия на модель, формовку модели в литейной форме в песке и заливку литейной формы металлом. Противопригарное покрытие, обладающее повышенной газопроницаемостью и минимальной газотворностью, имеет следующий состав, мас.%: водный раствор алюмоборфосфатного концентрата 60-65; периклаз порошкообразный 1,5-2,0; циклонная пыль шамотного производства - остальное. Покрытие наносят толщиной 0,06…0,09 мм с одновременным воздействием на него ультразвуком интенсивностью 5-10 Вт/см2. Обеспечивается улучшение литейных и физико-механических свойств алюминиевых сплавов и повышение качества получаемых отливок ответственного назначения. 3 табл., 2 пр.

Изобретение относится к литейному производству. Противопригарная краска содержит, мас.%: цирконовый концентрат 60-67, бентонит 1-3, лигносульфонат технический 2-5, мыло хозяйственное 0,5-2 и воду остальное. Обеспечивается улучшение технологических и эксплуатационных характеристик краски. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству. Покрытие содержит, мас.%: огнеупорный наполнитель - дистенсиллиманит 33-35, алюмохромфосфатное связующее 12-30, трепел 4-7, каолинитовую глину 2-5 и воду остальное. Обеспечивается улучшение технологических и эксплуатационных характеристик покрытия. 2 табл.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для приготовления противопригарных красок для литейных форм и стержней. Противопригарная краска содержит, мас.%: цирконовую пасту 0,5-3,0, маршалит 86,0-91,5, водно-дисперсионное связующее на основе коллоидного кремния 1,0-3,0 и воду - остальное. Достигается повышение вязкости, седиментационной устойчивости и прочности к истиранию краски, что обеспечивает повышение качества поверхности отливки. 3 табл.
Наверх