СУСПЕНЗИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Российский патент 1997 года по МПК B22C1/18 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к получению керамических форм в производстве литья по выплавляемым моделям.

Известны суспензии, приготовленные совмещенным и раздельным способами гидролиза, которые содержат кремнийорганическое связующее (этилсиликат, вода, спирт, минеральная кислота) и огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц, шамот, электрокорунд, дистенсиллиманит, оплавленный кварц и др.), например, при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Этилсиликат 10-15
Вода 0,8-1,13
Спирт 17-22
Минеральная кислота 0,4-0,5
Огнеупорный наполнитель Остальное
(Литье по выплавляемым моделям. Инженерная монография./Под редакцией Я. И. Шкленника и В.А. Озерова. М. Машиностроение, 1971, с. 224-231).

Однако покрытие на основе данных суспензий склонно к образованию трещин и отслаиванию в процессе сушки, что приводит к снижению прочности оболочки после сушки как в воздушной, так и в воздушно-аммиачной среде.

Наиболее близкой по составу к предлагаемой суспензии является суспензия, содержащая готовое кремнийорганическое связующее в виде гидролизованного раствора этилсиликата-40 в этиловом спирте марки ГС-20Э с добавкой минеральной кислоты (соляная, азотная, серная и др.) в количестве 0,3 мас. и огнеупорного наполнителя (пылевидный кварц, электрокорунд, плавленый кварц и др. ), например, суспензия имеет следующий состав, мас.

Готовое кремнийорганическое связующее марки ГС-20Э 25-28
Минеральная кислота 0,2-0,3
Огнеупорный наполнитель Остальное
(Озеров В.А. и др. Изготовление форм по выплавляемым моделям с использованием готовых этилсиликатных связующих. Литейное производство, 1990, N 7, с. 18-20, прототип).

Использование суспензий на готовом кремнийорганическом связующем позволяет снизить количество дефектов форм по трещинам в процессе сушки в условиях воздушно-аммиачной среды.

Существенным недостатком этой суспензии является невысокая прочность форм, изготовленных в условиях воздушной сушки. Для ее отверждения необходимы строго контролируемая повышенная влажность (70-80%) воздушной среды и длительная сушка (4-5 ч) каждого слоя покрытия.

Из керамических форм сразу после сушки последнего слоя выплавлять модельный состав нельзя, так как происходит размыв керамики из-за недостаточного отверждения слоев покрытий, поэтому осуществляют выдержку готовых форм еще 12-15 ч. Это неэффективно в условиях серийного и массового производства.

Задача данного изобретения ускорение отверждения керамических форм с одновременным увеличением их прочности после сушки в воздушной среде в широком диапазоне предела значений относительной влажности воздуха (40-80%).

Для решения указанной задачи суспензия, включающая кремнийорганическое связующее, минеральную кислоту, огнеупорный наполнитель, в качестве кремнийорганического связующего содержит продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с их долей 1,0-2,0 мас. при следующем соотношении ингредиентов, мас.

Продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями 28,0-40,0
Минеральная кислота 0,45-0,65
Огнеупорный наполнитель Остальное
Таким образом, заявленное решение от известной суспензии (прототип) отличается наличием в качестве кремнийорганического связующего продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с долей 1,0-2,0 мас. и новым соотношением ингредиентов, входящих в состав суспензии.

Ускорение отверждения слоев покрытий идет за счет интенсификации процесса гидролитической поликонденсации в присутствии активных химически связанных полиэтиленгликолевых групп, содержащихся в составе связующего.

Продукт, содержащий полэтиленгликоли менее 1,0 мас. не дает положительного эффекта в ускорении отверждения оболочковых форм, так как содержит незначительное количество активных полиэтиленгликолевых групп в связующем, интенсифицирующих процесс гидролитической поликонденсации в процессе воздушной сушки слоев покрытий. Повышение содержания полиэтиленгликоля до более 2,0 мас. приводит к нарастанию вязкости связующего в процессе хранения, что ухудшает физико-механические свойства керамических форм (наличие трещин и снижение прочности).

Оптимальное содержание полиэтиленгликоля в связующем должно быть в пределах 1,0-2,0 мас.

Использование продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями в суспензии менее 28,0 мас. не дает положительного эффекта по отверждению слоев покрытий, а повышение содержания его до более 40 мас. нецелесообразно, так как приводит к необходимости уменьшения содержания пылевидного огнеупорного материала для сохранения технологических свойств суспензии, что ведет к снижению прочности керамических форм.

Следовательно, оптимальное содержание продукта частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями в огнеупорной суспензии должно быть 28,0-40,0 мас.

Уменьшение содержания минеральной кислоты ниже 0,45 мас. не дает положительного эффекта по сокращению длительности сушки керамических форм на воздухе, так как приводит к расслаиванию (вспучиванию) лицевого слоя покрытия при нанесении второго слоя в процессе воздушной сушки.

Увеличение содержания минеральной кислоты более 0,65 мас. ведет к образованию трещин при сушке покрытий и снижению прочности керамики.

Оптимальное содержание минеральной кислоты в суспензии должно быть 0,45-0,65 мас.

В качестве минеральной кислоты могут быть использованы серная, соляная и др. В качестве огнеупорного наполнителя пылевидный кварц, электрокорунд, шамот и др.

Кремнийорганическое связующее, в качестве которого предлагается продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с долей 1,0-2,0 мас. представляет собой прозрачную жидкость с удельным весом 0,895-0,940 г/см³, общей структурной формулы:
HO[SiO_1.7[(OCH₂CH₂)_mOH]_0,02-0,05 [OC₂H₅]_0,58-0,55]OH,
где m 2-7.

Способ получения продукта заключается в последовательной каталитической переэтерификации этилсиликатов полиэтиленгликолями с дальнейшим гидролизом его водно-спиртовой смесью.

Пример 1. Предлагаемый состав суспензии готовили в установке мод. 661. Время перемешивания составляющих 50-60 мин. В качестве кремнийорганического связующего использовали продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с их долей 0,5-3,0 мас. В бак установки заливали связующее, минеральную кислоту (азотная кислота), перемешивали 1-2 мин, затем вводили пылевидный огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц). Вязкость суспензии для первого слоя покрытия 50-55 с, для последующих 30-35 с. Керамические формы готовили путем нанесения покрытий на модельный блок. Каждый слой покрытия сушили на воздухе при режимах:
Температура воздуха, ^oC 24-27
Относительная влажность воздуха, 40-80
Длительность отверждения, ч 1,2-2,0
Керамические формы прокаливали в опоках с опорным наполнителем в течение 8 ч при температуре 900-980^oC. Заливку производили сталью 50Л.

Отливки визуальным осмотром контролировали на качество поверхности. Прочность формы определяли при статическом изгибе по общепринятой методике (НИИТавтопром. РТМ 37.002-0003-70). Контроль процесса отверждения форм осуществляли путем определения остаточной влажности в ней.

Склонность к растрескиванию при сушке оценивали в баллах по методике РТМ 37.002.0361-81.

Для сравнения параллельно изготавливали формы по известным составам суспензий (прототипа и аналога).

Время сушки образцов и керамических форм, изготовленных из суспензии на готовом связующем марки ГС-20Э (прототип), составляло 5 ч каждого слоя и 15 ч последнего слоя покрытия при температуре воздуха 26-27^oC и относительной влажности воздуха 80%
Время сушки образцов и керамических форм, изготовленных из суспензии на этилсиликатном связующем с органическим растворителем (аналог), составляло 2 ч каждого слоя при температуре воздуха 26-27^oC и относительной влажности 60% Составы суспензий и физико-механические свойства керамических форм представлены в табл. 1 и 2.

Как следует из табл. 1 и 2, оптимальными вариантами составов предлагаемой суспензии являются варианты 1-3.

Длительность отверждения каждого слоя покрытия по сравнению с известным составом (прототипом) сокращена до 1-2 ч с одновременным увеличением прочности после сушки в воздушной среде в широком диапазоне значений относительной влажности воздуха, а по сравнению с этилсиликатным связующим (аналог) длительность отверждения каждого слоя покрытия сокращена до 1 ч при сохранении прочностных свойств керамики после сушки, при этом количество дефектов форм по растрескиванию покрытий уменьшается в 2 раза.

Пример 2. Предлагаемую суспензию по оптимальному варианту 3 (табл. 1) следующего состава, мас.

Продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями 4,0
Минеральная кислота 0,65
Огнеупорный наполнитель Остальное
готовили в установке мод. 661, но в качестве минеральной кислоты использовали соляную, а в качестве огнеупорного наполнителя электрокорунд, шамот, плавленый кварц.

Сушка керамических покрытий производилась в воздушных условиях при следующих режимах:
Температура воздуха, ^oС 24-27
Относительная влажность воздуха, 607

Использование: при изготовлении суспензий литейных керамических форм по выплавляемым моделям. Сущность: в качестве кремнийорганического связующего суспензия содержит продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с их долей 1,0-2,0 мас.%. Состав суспензии, мас.%: продукт частичной переэтерификации олигоэтоксисилоксанов полиэтиленгликолями с долей 1,0-2,0 мас. % 28,0-40,0; минеральная кислота 0,45-0,65; огнеупорный наполнитель - остальное. 3 табл.

Суспензия для изготовления литейных керамических форм по выплавляемым моделям, содержащая кремнийорганическое связующее, минеральную кислоту и огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве кремнийорганического связующего она содержит продукт частичной переэтерификации олигоэтоксилоксанов полиэтиленгликолями в количестве 1,0 2,0 мас. при следующем соотношении компонентов, мас.

Продукт частичной переэтерификации олигоэтоксилоксанов полиэтиленгликолями с массовой долей 1,0 2,0% 28,0 40,0
Минеральная кислота 0,45 0,65
Огнеупорный наполнитель Остальное