Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней
NON-STICK COATING FOR MOLDS AND CORES

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам противопригарных покрытий для литейных форм и стержней при получении отливок из чугуна.
Скрытокристаллический графит - является основным наполнителем терминология ГОСТ Р 52729 2007: Графит скрытокристаллический. Общие технические условия оригинал документа: 3.1 графит скрытокристаллический: Полиморфная модификация графита природного происхождения с разупорядоченной кристаллической структурой. Практически все запасы российского скрытокристаллического графита сосредоточены в Красноярском крае.
Известно противопригарное покрытие, включающее терморасширяющийся графит, поверхностно-активное вещество, воду. (Патент РФ №1822355). Недостатком этого покрытия является низкая прочность покрытия к воздействию жидкого металла.
Известно противопригарное покрытие, включающее скрытокристаллический графит, связующее, бентонит, формалин и воду (Сварика А.А. Покрытия литейных форм. - М.: Машиностроение, 1977. - 216 с.). Недостатками покрытия являются невысокая прочность, слабая седиментационная устойчивость и неудовлетворительная кроющая способность, в результате чего на поверхности отливок возникает повышенная шероховатость и ряд других поверхностных дефектов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототип) является противопригарное покрытие при следующем соотношении компонентов, мас. %: скрытокристаллический графит - 29-56; бентонит - 1,7-3,3%; связующее - 5,0-9,5; вода - остальное (Патент РФ 2368450). Указанный антипригарный состав не имеет достаточных для практического применения технологических свойств, в частности, высокий расход противопригарного состава из-за ее низкой вязкости, низкая кроющая способность, термостойкость и седиментационная устойчивость.
Задачей изобретения является создание противопригарного покрытия для чугунного литья с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками: седиментационной устойчивостью, повышенной вязкостью, кроющей и проникающей способностью позволяющими получать покрытия достаточной толщины и прочности.
Технический результат - улучшение технологических и эксплуатационных характеристик противопригарного покрытия для литейных форм и стержней при получении отливок из чугуна.
4
2
4
7
2
2
Технический результат достигается тем, что противопригарное покрытие, содержащее скрытокристаллический графит, бентонит, связующее и воду, согласно изобретению, дополнительно содержит диформамид тетраборат аммоний ((NH)BO⋅2HCONH⋅4HO) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
- скрытокристаллический графит - 40-50;
- бентонит - 2,0-3,0%;
- алюмохромфосфатное связующее - 7,0-8,0;
- диформамид тетраборат аммоний - 4-6;
- вода - остальное.
Улучшение технологических свойств противопригарного покрытия происходит за счет использования в составе противопригарного покрытия диформамид тетраборат аммония.
Отличительным признаком заявляемого изобретения является использование нового соединения в соотношении с уже известными, которое позволяет получить новые признаки противопригарного покрытия с улучшенными физико-механическими характеристиками.
4
2
4
7
2
2
Для приготовления противопригарного покрытия использовали: графит Красноярского месторождения (ГОСТ Р 52729 2007); бентонит (ГОСТ 28177-89); алюмохромфосфатное связующее (АХФС), представляющее собой кислую фосфорнокислую соль трехвалентного хрома и алюминия (ТУ 6-18-166-83); диформамид тетраборат аммоний (ДФТБА) синтезированный следующим образом: в реакционную колбу емкостью 500 мл наливают 300 мл дистиллированной воды и вносят 19,2 г (0,1 моля) тетрабората аммония и 9,0 г (0,2 моля) формамида, смесь непрерывно перемешивают в течение 6 часов при температуре 25°С, затем раствор переносят в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Диформамид тетраборат аммоний представляет собой белое твердое вещество, содержащие 54,14% тетрабората аммония, 25,49% формамида. В пересчете на молекулярное соотношение это соответствует химической формуле (NH)BO⋅2HCONH⋅4HO. Выход продукта 90-92%. Для кристаллов синтезированного соединения определяют показатель преломления иммерсионным методом на поляризационном микроскопе МИН-8, который равен 1393 и плотность в бензоле и толуоле, которая равна 1,536 г/см3. Образование и исследование ДФТБА термогравиметрическим, рентгенофазовым, кристаллооптическим и ИК спектроскопическим методами приведены в монографии (Илларионов, И.Е. Системы из боратов аммония с некоторыми солям, аминами и амидами / И.Е. Илларионов, Ш.В. Садетдинов, И.В. Фадеев // Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та. - 2019. - 232 с).
3
Приготовление противопригарного покрытия осуществляют следующим образом. В краскомешалку заливают воду, алюмохромфосфатное связующее, диформамидтетраборатаммоний и перемешивают их в течение 3-5 мин, после чего загружают предварительно смешанные скрытокристаллический графит и бентонит. Перемешивание продолжают до получения однородной пастообразной массы. Для приготовления суспензии пасту перемешивают с водой до получения плотности 1,41-1,45 г/см. Способ нанесения покрытия и его сушки определяется технологией изготовления формы или стержня, например с помощью пульверизатора или методом окунания.
В табл. 1. приведены составы противопригарного покрытия.
Испытания составов противопригарного покрытия на седиментационную устойчивость производили по ГОСТ 10772-78. Для этого цилиндр заполняли контролируемой жидкостью и через определенное время измеряли высоту верхнего осветленного слоя, после чего рассчитывали седиментационную устойчивость в % по формуле:
C=(V1-V2) 100% /V1,
где: V1 и V2 - соответственно общий объем столба жидкости в цилиндре и объем верхнего осветленного слоя; (V1=100 мл).
Определение условной вязкости осуществляли путем определения продолжительности истечения определенного объема жидкости через калиброванное отверстие. Для этого использовали вискозиметр В3-4 (ГОСТ 9070-75). Свойства покрытия определяли по ГОСТ 10772-78.
Результаты, проведенных сравнительных испытаний физико-механических свойств составов противопригарного покрытия приведены в табл. 2.
Из данных табл. 2 видно, что противопригарными покрытиями с лучшими показателями физико-химических свойств обладают составы 2, 3, 6, 7. В составах 4, 8 дальнейшее повышение содержания ДФТБА не оказывает существенного влияния на свойства противопригарного покрытия.
Результаты, проведенных сравнительных испытаний физико-химических свойств показали, что характеристики заявляемых составов противопригарного покрытия (составы 2, 3, 6 и 7) лучше, чем у прототипа.
При этом, использование в составе противопригарного покрытия ДФТБА позволяет увеличивать седиментационную устойчивость на 14,0-15,8%, прочность - на 3,0-3,2 кг/мм, а толщина проникающего слоя увеличивается на 0,50-0,55 мм. При этом вязкость - увеличивается в 2-4 раза и как следствие уменьшается расход противопригарного состава. Покрытия обладают хорошей кроющей способностью. В ходе испытаний заявляемых противопригарных покрытий и прототипа было получено покрытие противопригарным составом форм, выполненных из песчано-глинистой смеси. Покрытие осуществляли с помощью пульверизатора. На поверхности форм с использованием состава прототипа наблюдались подтеки, а на поверхности отливок - трудноотделимый пригар. Формы, покрытые заявляемыми составами, имеют чистую поверхность без подтеков и наплывов. После сушки поверхностный слой не имел трещин, сцепление противопригарного слоя с подложкой было хорошим. Все чугунные отливки имели чистую поверхность.
Таким образом, проведенные испытания показали, что использование заявляемого состава противопригарных покрытий для литейных форм и стержней при получении отливок из чугуна позволяет повысить свойства противопригарных покрытий.