Разделительное покрытие для литейных металлических форм Российский патент 2025 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к литейному производству, а именно, к изготовлению разделительных покрытий на основе огнеупорных наполнителей с жидкостекольным связующим, и может быть использовано для литья цветных металлов и сплавов в литейные металлические формы.

Известно разделительное покрытие, которое содержит наполнитель в виде смеси порошков двуокиси титана с размером частиц до 1 мкм, талька с размером частиц до 25 мкм, пылевидного кварца с размером частиц до 10 мкм и сульфата бария с размером частиц до 6 мкм, жидкое стекло и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: двуокись титана 3–6, тальк 1–4, пылевидный кварц 0,5–2,0, сульфат бария 0,5–3,0, жидкое стекло 6–11, вода – остальное [Пат. RU 2604163, B22C 3/00, опубл. 10.12.2016].

Данное покрытие обладает недостаточной прочностью к истиранию при комнатной и при высоких (500 °С) температурах, поэтому не обеспечивает требуемое качество отливок, получаемых в металлических литейных формах.

Известно покрытие на основе двуокиси титана с размером частиц до 1 мкм, талька с размером частиц до 25 мкм, пылевидного кварца и сульфата бария с размером частиц до 6 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас. %: двуокись титана 3–6, тальк 1–4, пылевидный кварц 0,5–2,0, сульфат бария 0,5–3,0, жидкое стекло 6–11, вода – остальное [Пат. RU 2604163, В22С 3/00, опубл. 10.12.2016].

Недостатком покрытия-аналога является недостаточная седиментационная устойчивость, что приводит к быстрому расслоению покрытия и вызывает трудности при его нанесении на поверхность литейной металлической формы.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является состав разделительного покрытия для литейных металлических форм, включающий наполнитель, содержащий доломит, тальк, алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов, пылевидный кварц, красный шлам, связующее в виде жидкого стекла и воду при следующем соотношении компонентов, мас. %: доломит до 5; тальк до 10; алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов до 10; красный шлам до 1; пылевидный кварц до 5; жидкое стекло 5–15; вода – остальное, причем наполнитель имеет фракцию 0,25 мм [Пат. RU 2819959 C1, B22C 3/00, опубл. 28.05.2024].

Недостатком покрытия-аналога являются трудности при нанесении, вызванные низким уровнем физико-химических свойств покрытия.

Целью изобретения является разработка разделительного покрытия, обладающего высокими технологическими свойствами, а именно седиментационной устойчивостью, кроющей способностью и прочностью к истиранию при температуре 400-450°С.

Поставленная цель достигается тем, что в разделительном покрытии для литейных металлических форм, включающем наполнитель, содержащий доломит, пылевидный кварц, красный шлам, связующее в виде жидкого стекла и воду, согласно изобретению наполнитель дополнительно содержит диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас. %:

доломит – 5,5-11,0;

пылевидный кварц – 1,1-2,2;

красный шлам – 0,7-1,3;

диоксид титана – 1,1-2,2;

жидкое стекло – 3,6-6,6;

вода – остальное,

при этом наполнитель имеет фракцию менее 0,040 мм, а диоксид титана и красный шлам вводят в виде водной суспензии.

Доломит используются в составе покрытия в качестве теплоизоляционного материала. Введение его в состав покрытия в количестве менее 5,5 мас. % к снижению плотности и вязкости покрытия, что ухудшает кроющую способность покрытия и увеличивает его расход, а в количестве более 11 мас. % приводит к повышению плотности и вязкости покрытия, что затрудняет равномерное нанесение покрытия на поверхность литейной металлической формы.

Пылевидный кварц придает покрытию термическую стойкость (температура плавления 1713 °С). При введении пылевидного кварца менее 1,1 мас. % снижается огнеупорность покрытия, а более 2,2 мас. % – снижается седиментационная устойчивость покрытия.

Красный шлам используются в составе покрытия для обеспечения хорошей адгезии покрытия к поверхности металлической литейной формы. Введение в состав покрытия менее 0,7 мас. % приводит к снижению прочности на истирание, а в количестве более 1,3 мас. % красного шлама является экономически не целесообразно, т.к. его большее содержание так же не оказывает существенного улучшения физико-механических свойств покрытия.

Введение диоксида титана обеспечивает покрытию более высокие физико-химические свойства. Введение диоксида титана менее 1,1 мас. % приводит к снижению огнеупорности покрытия, а в количестве более 2,2 мас. % не улучшает физико-механических свойств покрытия, и экономически не целесообразно.

Введение жидкое стекло в количестве менее 3,6 мас. % не обеспечивает покрытию требуемую прочность к истиранию, а в количестве более 6,6 мас. % – возрастает вязкость покрытия, что ухудшает его кроющую способность и вызывает трудности при нанесении.

Размер фракций наполнителя (менее 0,040 мм) обусловлен тем, что при данном значении обеспечивается образование разделительного покрытия, обладающего повышенной прочностью к истиранию при 400-450°С. Кроме того, заявленные размеры частиц наполнителя сопоставимы с неровностями микрорельефа поверхности литейной формы, способствуют равномерному распределению частиц в объёме покрытия, что повышает его стабильность покрытия, и заполнению впадин литейной формы, обеспечивая прочное сцепление с ее поверхностью Увеличение размера основной фракции наполнителей (более 0,040 мм) приводит к повышению шероховатости высушенного слоя покрытия, что, в свою очередь, приводит к повышению шероховатости отливок, получаемых в металлических формах, а следовательно к увеличению затрат на механическую обработку отливок.

Введение красного шлама и диоксида титана в состав покрытия в виде суспензии способствует лучшему диспергированию их в воде, что повышает седиметационную устойчивость покрытия.

Применение жидкого стекла в качестве связующего, особенно в сочетании с пылевидным кварцем, позволяет получить повышенную прочность слоя покрытия на поверхности литейных металлических форм. Увеличение содержания жидкого стекла в количестве более 6,6 % влечет за собой растрескивание слоя покрытия на поверхности литейной металлической формы.

Изготовление покрытия осуществляется следующим образом. Красный шлам измельчают в мельнице и просеивают через сито с размером ячейки –0,040 мм, после чего к нему добавляют воду и перемешивают до получения однородной суспензии. Диоксид титана перемешивают с водой до получения однородной суспензии. Доломит и пылевидный кварц просеивают через сито с размером ячейки –0,040 мм и перемешиваются. К смеси доломита и пылевидного кварца добавляют жидкое стекло, и все перемешивают до получения однородной пасты. Далее смешивают суспензии красного шлама и диоксида титана и пасту, содержащую доломит, пылевидный кварц и жидкое стекло. После чего добавляют воду до получения покрытий требуемой плотности. В таблице приведен состав и технологические свойства покрытия-прототипа (пример 1) и приведены составы покрытия и его технологические свойства с учетом заявляемых и заграничных пределов (примеры 2–7).

Таблица 1 – Состав и технологические свойства

№ п/п Состав покрытия Свойства Шероховатость Ra, мкм Наименование компонента Содержание, мас. % Плотность, г/мм3 Вязкость, с Седиментационная устойчивость, % через (ч) Кроющая способность Прочность слоя покрытия к истиранию при 400–450 °С, кг 0,5 1 3 24 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Прототип 1 Доломит (фракция – 0,25 мм) До 5 1110–1150 12–13 87–95 77–94 71–90 65–85 Неудовлетворительная 3,6–4,2 8,00 Тальк (фракция – 0,25 мм) До 10 Алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов (фракция – 0,25 мм) До 10 Красный шлам (фракция – 0,25 мм) До 1 Пылевидный кварц (фракция – 0,25 мм) До 5 Жидкое стекло 5–15 Вода До 100 Заявляемое 2 Доломит (фракция – 0,040 мкм) 3,5 990 6 97 97 95 91 Неудовлетворительная 2 2,89 Водная суспензия диоксида титана 0,7 Водная суспензия красного шлама 0,3 Пылевидный кварц (фракция – 0,040 мкм) 0,5 Жидкое стекло 1,5 Вода До 100

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 Доломит (фракция – 0,040 мкм) 5,5 1100 9 97 95 92 90 Удовлетворительная 10 5,98 Водная суспензия диоксида титана 1,1 Водная суспензия красного шлама 0,7 Пылевидный кварц (фракция – 0,040 мкм) 1,1 Жидкое стекло 3,6 Вода До 100 4 Доломит (фракция – 0,040 мкм) 7 1120 12 97 95 92 88 Удовлетворительная 10 6,15 Водная суспензия диоксида титана 2,0 Водная суспензия красного шлама 1,0 Пылевидный кварц (фракция – 0,040 мкм) 1,5 Жидкое стекло 4,0 Вода До 100

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 Доломит (фракция – 0,040 мкм) 11 1130 12 97 95 92 87 Удовлетворительная 10 6,75 Водная суспензия диоксида титана 2,2 Водная суспензия красного шлама 1,3 Пылевидный кварц (фракция – 0,040 мкм) 2,2 Жидкое стекло 6,6 Вода До 100 6 Доломит (фракция – 0,25 мкм) 15 1200 14 95 92 90 27 Неудовлетворительная 5,0 8,40 Водная суспензия диоксида титана 3 Водная суспензия красного шлама 2,0 Пылевидный кварц (фракция – 0,25 мкм) 3,0 Жидкое стекло 7,5 Вода До 100 7 Доломит (фракция – 0,040 мкм) 5,5 1150 14 97 95 92 27 Неудовлетворительная 6,5 6,45 Диоксид титана (порошок, фракция –0,040 мкм) 1,1 Красный шлам (порошок, фракция –0,040 мкм) 0,7 Пылевидный кварц (фракция –0,040 мкм) 1,1 Жидкое стекло 3,6 Вода До 100

Плотность, вязкость и седиментационную устойчивостью определяют согласно ГОСТ 10772–78. Методика определения прочности скорректирована под специфику работы литейных металлических формы в их рабочие температуры (рабочая температура литейных металлических формы, как правило, составляет 400–450 °С)

Из таблицы видно, что составы 2, 6 и 7 обладают неудовлетворительной кроющей способностью т. к. покрытие не образует на поверхности литейной формы ровного плотного слоя. Кроме того, данные покрытия обладают низкой прочностью к истиранию при температуре 400 °С.

Составы 6, 7 дополнительно обладают низкой седиментационной устойчивостью по причине их расслоения, что существенно затрудняет нанесение покрытия на поверхность литейной металлической формы.

Таким образом, результаты исследований и испытаний показывают, что разработанное покрытие на основе доломита, диоксида титана, красного шлама, кварца, жидкого стекла и воды для литейных металлических форм по уровню технологических свойств в жидком состоянии, а именно, высокой седиментационной устойчивостью и кроющей способностью, и более высокой прочностью к истиранию при температуре 400–450 °С, поэтому оно может быть рекомендовано для использования в литейных цехах.

Изобретение относится к области литейного производства. Разделительное покрытие для литейных металлических форм содержит, мас. %: наполнитель, содержащий 5,5-11,0 доломита, 1,1-2,2 пылевидного кварца, 0,7-1,3 красного шлама и 1,1-2,2 диоксида титана, связующее в виде 3,6-6,6 жидкого стекла и воду – остальное. Наполнитель используют фракции менее 0,040 мм, при этом диоксид титана и красный шлам вводят в виде водной суспензии. Фракционный состав наполнителя сопоставим с микрорельефом литейной формы, что способствует равномерному распределению частиц в объеме покрытия, повышает стабильность покрытия и заполнение им впадин литейной формы с обеспечением прочного сцепления и повышенной прочности к истиранию. Обеспечивается высокая седиментационная устойчивость, кроющая способность и прочность к истиранию при окрашивания литейных металлических форм, предназначенных для литья цветных металлов и сплавов. 1 табл.

Разделительное покрытие для литейных металлических форм, включающее наполнитель, содержащий доломит, пылевидный кварц и красный шлам, связующее в виде жидкого стекла и воду, отличающееся тем, что наполнитель дополнительно содержит диоксид титана, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

доломит 5,5-11,0 пылевидный кварц 1,1-2,2 красный шлам 0,7-1,3 диоксид титана 1,1-2,2 жидкое стекло 3,6-6,6 вода остальное,

при этом наполнитель имеет фракцию менее 0,040 мм, а диоксид титана и красный шлам вводят в виде водной суспензии.