Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней Российский патент 2024 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству, в частности к составам противопригарных покрытий для литейных форм и стержней при получении стальных и чугунных отливок.

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 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 возникаю повышенная шероховатость и пригары.

Известно 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). Недостатками указанного антипригарного состава являются малая вязкость, слабая седиментационная устойчивость, 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, содержащее скрытокристаллический графит, бентонит, связующее и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: скрытокристаллический графит - 40-50; бентонит - 2,0-3,0%; алюмохромфосфатное связующее (АХФС) - 7,0-8,0; диформамидтетраборатаммоний (ДФТБА) – 4-6; вода – остальное (Патент РФ 2790491). В состав данного покрытия входит алюмохромфосфатное связующее, которое обладает высокой гигроскопичностью. Формы и стержни, покрытые таким противопригарным покрытием быстро разупрочняются, а на поверхности отливок возникает ряд поверхностных дефектов. Исключить такой недостаток алюмохромфосфатного покрытия можно за счет изменения состава и улучшения технологических и эксплуатационных свойств.

Задачей изобретения является создание противопригарного покрытия для стального и чугунного литья с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками: вязкость, седиментационная устойчивость, толщина, прочность, шероховатость покрытия и отсутствие пригара.

Технический результат - улучшение технологических и эксплуатационных характеристик противопригарного покрытия для литейных форм и стержней, позволяющих получать качественную поверхность отливок из стали и чугуна, расширение средств аналогичного назначения.

Технический результат достигается тем, что противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее скрытокристаллический графит, бентонит и воду, согласно изобретению, дополнительно содержит триортоборатэтилендиамин состава 3Н₃ВО₃·С₂Н₈N₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

- скрытокристаллический графит - 40-50;

- бентонит - 2,0-3,0%;

- триортоборатэтилендиамин- 10-14;

- вода - остальное.

Улучшение технологических свойств противопригарного покрытия происходит за счет использования в составе противопригарного покрытия триортоборатэтилендиамина.

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.

Для приготовления противопригарного покрытия использовали: графит Красноярского месторождения (ГОСТ Р 52729 2007); бентонит (ГОСТ 28177-89); триортоборатэтилендиамин (ТОБЭД) синтезированный следующим образом: в реакционную колбу емкостью 1000 мл наливают 500 мл дистиллированной воды и вносят 186 г (3 моля) борной кислоты и 60 г (1 моль) этилендиамина, смесь непрерывно перемешивают в течение 4 часов при температуре 25°С, затем раствор переносят в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Триортоборатэтилендиамин представляет мелкокристаллическое вещество, содержащие 75,61% ортоборной кислоты и 24,39 % этилендиамина. В пересчете на молекулярное соотношение это соответствует химической формуле 3Н₃ВО₃·С₂Н₈N₂. Выход продукта 90-92 %. Его химический состав, %: В – 13,21; N – 11,41. Для кристаллов синтезированного соединения определены показатель преломления иммерсионным методом на поляризационном микроскопе МИН-8, который равен 1632 и плотность в бензоле и толуоле, которая равна 1,635 г/см³, молекулярный объем – 150 см³/моль, удельный объем – 0,61 см³/г. Образование и исследование ТОБЭД термогравиметрическим, рентгенофазовым, кристаллооптическим и ИК спектроскопическим методами приведены в научной статье (Цеханский , Р.С. Исследование взаимодействия борной кислоты с этилендиамином в водной среде / Р.С. Цеханский , В.Г. Скворцов, А.К. Молодкин, Н.С.Родионов // Журнал неорганической химии. – 2019.Том 25. Вып. 5. С.1680 – 1684 с).

Приготовление противопригарного покрытия осуществляют следующим образом. В краскомешалку заливают воду, триортоборатэтилендиамин 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 1,45-1,46 г/см³. 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.

Таблица 1 – Составы противопригарного покрытия

№ составов Ингредиенты противопригарного состава, мас.% Графит Бентонит АХФС ДФТБА ТОБЭД Вода Прототип 40,0 2,0 7,0 4,0 - 47,0 1 40,0 2,0 - - 8,0 50,0 2 40,0 2,0 - - 10,0 48,0 3 40,0 2,0 - - 12,0 46,0 4 40,0 2,0 - - 14,0 44,0 5 50,0 3,0 - - 8,0 39,0 6 50,0 3,0 - - 10,0 37,0 7 50,0 3,0 - - 12,0 35,0 8 50,0 3,0 - - 14,0 33,0

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:

С = (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).Прочность слоя покрытия к истиранию определяли по ГОСТ 10772-78. Кроющую способность оценивали визуально при нанесении покрытия на стандартный образец. Толщину проникающего слоя и шероховатость поверхности определяли с помощью микрометра.

Результаты, проведенных сравнительных испытаний физико-механических свойств составов противопригарного покрытия приведены в табл. 2.

Таблица 2 – Физико-химические свойства противопригарных покрытий

Свойства Составы Прототип 1 2 3 4 5 6 7 8 Седиментационная устойчивость, %:
через 1 час,
через 3 часа,
через 24 часа 99,0
98,6
97,2 88,2
87,4
86,2 99,698,4
97,3 99,7
98,8
98,2 99,6
98,4
98,1 89,8
87,4
84,8 99,9
99,2
98,4 100
99,4
99,0 99,8
99,0
98,6 Вязкость, с 46 12 30 28 28 14 32 30 30 Прочность слоя к истиранию, кг/мм 2,6 2,0 3,7 3,9 3,8 2,2 3,8 4,0 4,0 Толщина проникающего слоя, мм 0,58 0,43 0,78 0,80 0,80 0,46 0,80 0,82 0,81 Кроющая способность Наплывы Покрытие стекает Ровный слой Ровный слой Ровный слой Покрытие стекает Ровный слой Ровный слой Ровный слой Шероховатость поверхности отливок, мкм 165 160 145 140 140 160 140 140 140 Наличие пригара на поверхности отливки,% от площади отливки 1 1 0 0 0 1 0 0 0

Из данных табл. 2 видно, что при заданном содержании графита и бентонита свойства противопригарных покрытий зависят от концентрации ТОБЭД. Лучшими показателями физико-химических свойств обладают составы 2,3,6,7 и являются оптимальными. Дальнейшее повышение содержания ТОБЭД в составах 4,8, не оказывает существенного влияния на свойства противопригарного покрытия. Лабораторные исследования показали, что наилучшей седиментационной устойчивостью обладают заявляемые составы противопригарного покрытия (составы 2,3,6 и 7) у которых даже через10 суток. Седиментация небольшая и составляет 7-8%, а у прототипа больше - 12-16%. Повышение седиментационной устойчивости под влиянием ТОБЭД, по- видимому, можно объяснить образованием в составе противопригарного покрытия высокомолекулярных веществ, создающих на поверхности частиц наполнителя адсорбционный слой с пространственной коллоидной структурой. Использование в составе противопригарного покрытия ТОБЭД позволяет уменьшить вязкость и тем самым увеличивается толщина проникающего слоя на 0,20-0,24 мм. Прочность слоя к истиранию увеличивается на 1,1-1,4 кг/мм. Кроющая способность становится ровной без наплывов, уменьшается шероховатость поверхности отливок на 12,1 – 15,2%. В ходе испытаний заявляемых противопригарных покрытий и прототипа было получено покрытие противопригарным составом форм и стержней, 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 стальные и чугунные отливки имели чистую поверхность.

Таким образом, проведенные испытания показали, что использование заявляемого состава противопригарных покрытий для литейных форм и стержней позволяет повысить свойства противопригарных покрытий.

Изобретение относится к области литейного производства. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней содержит, мас.%: триортоборатэтилендиамин состава 3Н₃ВО₃⋅С₂Н₈N₂ – 10-14, скрытокристаллический графит – 40,0-50,0, бентонит – 2,0-3,0, вода – остальное. Введение в состав противопригарного покрытия триортоборатэтилендиамина позволяет повысить его седиментационную устойчивость, увеличить прочность к истиранию, уменьшить вязкость покрытия и, тем самым, увеличить толщину проникающего слоя, улучшить кроющую способность и, тем самым, получить поверхность покрытия без наплывов, что позволяет уменьшить шероховатость поверхности полученных отливок. Обеспечивается повышение качества поверхности отливки. 2 табл.

Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее скрытокристаллический графит, бентонит и воду, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит триортоборатэтилендиамин состава 3Н₃ВО₃⋅С₂Н₈N₂ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

скрытокристаллический графит 40,0-50,0 бентонит 2,0-3,0 триортоборатэтилендиамин 10-14 вода остальное