СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕУПОРНЫХ ОБОЛОЧКОВЫХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 1997 года по МПК B22C1/16 

Настоящее изобретение относится к области металлургии литью по удаляемым (выплавляемым) моделям, а именно к области изготовления керамических оболочковых форм. Процесс изготовления литьевых керамических форм заключается в нанесении на поверхность модели формообразующих слоев огнеупорных суспензий, состоящих из наполнителя (огнеупорного материала, например электрокорунда, муллита, дистенсиллиманита и др.) и связующего материала (обычно это соединения кремнезема: этилсиликаты, кремнезоли, жидкое стекло) [1,2]
Однако в процессе совершенствования технологии точного литья наблюдается тенденция замены кремнесодержащих связующих новыми связующими, например, на основе соединений алюминия: полисихлорида алюминия [3] алкоксиалюмоксанов [4] волокнистого глиноземного золя [5] Образцы литейной керамики, изготовленные на основе суспензии, в которой в качестве связующего используют волокнистый глиноземный золь, содержащий не более 10% мас. Al₂O₃, а в качестве наполнителя используют глинозем, плавленный кварц, циркон, муллит, алюмосиликаты, имеют прочность на изгиб после спекания (Тсп 1090^oС) 22 кг/см² [5]
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и принятой нами за прототип является суспензия для изготовления огнеупорных оболочковых форм по удаляемым моделям, включающая огнеупорный наполнитель и связующее на основе соединений алюминия отличающаяся тем, что в качестве огнеупорного наполнителя она содержит дистенсилламанит, а в качестве связующего смесь алкоксиалюмоксана общей формулы

где R C_nH_2n+1; n 2-4, m 2-5,
и этилсиликата со средним содержанием оксида кремния 38 мас. и дополнительно содержит органический растворитель и стабилизатор хелатирующий агент при следующем соотношении ингредиентов, в мас.

алкоксиалюмоксан 9,0-23,0
стабилизатор на основе ацетатных соединений 1,0-5,0
этилсиликат со средним содержанием оксида кремния 38 мас. 5,0-20,0
органический растворитель 12,0-30,0
дистенсиллиманит остальное
Образцы литейной керамики, изготовленные на основе этой суспензии, после спекания (Tсп 1120^oС) имеют прочность на изгиб от 27 до 39 кг/см² [6]
Задачей настоящего изобретения является повышение прочности на изгиб литейных керамических форм.

Указанная задача решается тем, что суспензия для изготовления огнеупорных форм по выплавляемым моделям, включающая огнеупорный наполнитель и связующее, состоящее из алкоксиэлементоксана, стабилизатора хелатирующего агента и органического растворителя, согласно изобретению, содержит в качестве алкоксиэлементоксана алкоксититаноксан общей формулы

где R C_nH_2n+1, n= 2-4, m 2-6,
при следующем соотношении ингредиентов, в мас.

Алкоксититаноксан 4-9
Стабилизатор 1-5
Органический растворитель 14-20
Огнеупорный наполнитель остальное до 100.

Алкоксититаноксан получают по пат. США N 2643262, кл. 260-429.5, 1953. Алкоксититаноксан применяют в качестве "сшивающих" агентов для гидроксилсодержащих полиэфиров, производных целлюлозы, смол, лаков, синтетических материалов (сборник "Неорганические полимеры", М. Иностранная литература, 1961, с.343-366).

Использование алкоксититаноксанов в процессе изготовления огнеупорных оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям не известно.

В качестве растворителя используют любой нерастворяющий модельную массу органический растворитель или смесь растворителей.

В качестве огнеупорного наполнителя берут электрокорундд, дистенсиллиманит, кианит и др.

Суспензию готовят следующим образом. В раствор алкоксититаноксана в органическом растворителе вводят заданное количество стабилизатора, перемешивают в течение 20-30 минут и добавляют наполнитель, например электрокорунд альфа Al₂O₃ с зернистостью 5-25 мкм перемешивают еще 20-30 минут.

Наполнитель, вводимый в состав суспензии, предварительно прокаливают при температуре 600^oС в течение 2-х часов. Вязкость суспензии задают расчетным соотношением исходных компонентов в пределах 20-50 с. Условия приготовления суспензии: температура помещения 20-25^oС, влажность 60-80%
Изготовление керамических оболочковых форм производят по общепринятой технологии литья по выплавляемым моделям.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1. Суспензию готовят на основе раствора гексабутоксититаноксана (С₄H₉ O)₃-Ti-O-Ti-(OC₄H₉)₃ (8,2% мас.), в смеси растворителей этанол (абс.): бутанол 2:1 (15,5% мас.), вводят 3,5% мас. ацетоуксусного эфира и перемешивают в течение 20-30 минут и добавляют наполнитель электрокорунд 72,8% мас. перемешивают 20-30 минут.

Из суспензии на модель (МАИ-165) последовательно наносят формообразующие слои. После нанесения одного слоя, суспензии дают возможность равномерно растечься по поверхности модели и обсыпают порошком электрокорунда альфа-Al₂O₃ N 20. После этого модель с нанесенным слоем выдерживают во влажной атмосфере (ψ 98%) 1,5-2 часа. Наносят 4 слоя огнеупорного материала. По окончании нанесения слоев модель выплавляют в ванне с модельной массой при температуре 200-220^oС, образец литейной керамики спекают при температуре 1350^oС, а затем определяют прочность на изгиб образца литейной керамики.

Примеры конкретного состава суспензий и прочность на изгиб образцов литейной керамики, полученных на основе этих суспензий, приведены в таблице.

Суспензии, приготовленные по предложенным составам (примеры 1-3), обладают удовлетворительной гидролитической стабильностью. Так при нанесении на модель этих суспензий, обсыпку можно наносить через 2-3 минуты, то есть в течение этого времени образование пленки, обладающей клеящей способностью, не наблюдается. Готовые суспензии выдерживают хранение в герметично закрытой таре более 30 суток.

Прочность прокаленных образцов литейной керамики (примеры 1-3, графа II), полученных на основе этих суспензий, значительно выше (в 4-5 раз) прочности на изгиб образцов по прототипу (примеры 6, 7, графа II), повышение температуры прокалки до 1350^oС приводит к возрастанию прочностных свойств (графа 12.

Суспензии, приготовленные для сравнения при количествах компонентов, выходящих за рамки предложенного состава (примеры 4,5) не могут быть использованы для получения качественных образцов литейной керамики. Так, например, при высокой концентрации титаноксана (более 9% мас) и стабилизатора (более 5% мас, пример 5) резко возрастает вязкость суспензии, что приводит к образованию неравномерного по толщине покрытия (подтеки, налипание комочков обсыпки), что создает условия возникновения концентраторов напряжений в слоях керамических форм и, как следствие, возникновение трещин в форме в процессе их прокалки.

При использовании для изготовления образцов литейной керамики суспензий с низким содержанием титаноксана менее 4% мас. и стабилизатора менее 1% мас. (пример 4), на поверхности модели при нанесении таких суспензий в течение первых 3-5 секунд наблюдается образование пленки, препятствующей налипанию обсыпки, что приводит к невозможности получения образца литейной керамики. Кроме того, такие суспензии (пример 4) не выдерживают длительного хранения.

По сравнению с прототипом значительно возрастают прочностные свойства керамических форм по выплавляемым моделям, что обеспечивает повышение качества литых деталей (снижается брак по засорам), создает возможность использования такой керамики в условиях повышенного давления металла на стенки форм (центробежная заливка, литье крупногабаритных и массивных деталей). Прочность на изгиб прокаленного материала возрастает в 4-5 раз.

Источники информации
1. Литье по выплавляемым моделям. М. Машиностроение, 1984.

2. Химия и технология элементоорганических соединений. М. НИИИЭХИМ, 1972, вып. 1, с. 166-175.

3. Патент США N3933190, кл. 164-26, 1974.

4. Заявка на авт. св. N 4792668 от 15.02.90, положительное решение от 21.12.90, кл. B 22C 1/18.

5. Авт. св. N 1838986, кл. B 22C 1/06, 1993.

6. Патент США N 4196769, кл. 164-26, B 22C 9/04, 1980.

Использование: в области металлургии, в литье по удаляемым моделям, а именно в области изготовления керамических оболочковых форм. Сущность: суспензия включает огнеупорный наполнитель и связующее, состоящее из алкоксиэлементоксана, стабилизатора - хелатирующего агента и органического растворителя, которая, согласно изобретению, в качестве алкоксиэлементоксана содержит алкоксититаноксан общей формулы, приведенной в формуле изобретения, где R = C_nH_2n+1, n = 2-4, m = 2-6, при следующем соотношении ингредиентов, в мас.%: алкоксититаноксан 4-9, стабилизатор 1-5, органический растворитель 14-20, огнеупорный наполнитель - остальное до 100. 1 табл.

Суспензия для изготовления огнеупорных оболочковых форм по выплавляемым моделям, содержащая огнеупорный наполнитель и связующее, отличающаяся тем, что в качестве связующего она содержит раствор алкоксититаноксана со стабилизатором в органическом растворителе при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Алкоксититаноксан 4 9
Стабилизатор 1 5
Органический растворитель 14 20
Огнеупорный наполнитель Остальное
при этом алкоксититаноксан имеет общую формулу

где R C_nH_2n+1;
n 2 4;
m 2 6.