Способ защиты металлических литейных форм от коррозии Советский патент 1993 года по МПК B22C3/00 

Изобретение относится к технологии литья в металлические, преимущественно из чугуна и стали, литейные формы.

Целью изобретения является повышение коррозионной стойкости металлических литейных форм и улучшение качества отливок. -t. .

Поставленная цель достигается тем, что в способе защиты металлических литейных форм от коррозии, преимущественно из стали и чугуна, включающем приготовление водного теплоизолирующего покрытия, содержащего наполнитель, связующее, воду и технологические добавки и нанесение его на литейную форму, теплоизолирующее покрытие приготовляют на воде, предварительно обработанной гидразином и медным купоросом в количестве 8-20 мг/л и 1-3 мг/л соответственно, а после перемешива- .ния и выдержки в течение 10-15 мин в раствор вводят наполнитель, связующее, технологические, добавки и дополнительно, нитрилотриметилфосфоновую кислоту (НТФ) в количестве 0,1-10 мг/л готового покрытия и щелочь -до рН состава 9-10.

Гидразин и медный купорос используют в виде 1 % водных растворов,

Гидразин выпускается в виде гидразин- гидрата по ГОСТ 19503-74Е с содержанием гидразина 64-67%. Химическая формула

N2H4.

Медный купорос выпускается по ГОСТ 19347-84Е содержание медного купороса в марке Б 93%. Химическая формула СиЗОд 5Н20.

Нитрилотр иметилфосфоновая кислота (НТФ) выпускается по ТУ 6-02-1171-79. Химическая формула СзНгМОдРз.

8 краскомешалку, заполненную водой, добавляют расчетное количество 1% вод00

ся

00

о

со

ных растворов гидразина и медного купороса. Производят перемешивание воды 1-2 мин и дзетой выдержка 10-15 мин до полного прохождения реакции связывания кислорода N2H/J+02 2НаО + № и выделения азота. Затем на основе этой воды готовят кокильное покрытие по общепринятой технологии в зависимости от его состава и свойств входящих компонентов. После этого в приготовленный состав добавляется НТФ в количестве 1,1-10 мг/л готового покрытия. Состав перемешивается. Определяется его щелочность и доводится до рН 9-10 добавкой щелочи. После перемешивания и процеживания покрытие готово к употреблению.

По стехиометрическому расчету приведенной выше формулы необходимо на 32 г моль кислорода вводить 32,048 г моль гидразина. При температуре воды от +5 до 40°С в ней содержится растворенного кислорода от 12,4-6,6 мг/л соответственно. Таким образом необходимо вводить гидразин в коли- честве 6,61-12,42 мг/л. Избыточное количество вводимого по нашей заявке гидразина необходимо для проведения восстановления меди в растворе, содержащем медный купорос. Восстановленная молекулярная медь является катализатором реакции связывания кислорода в воде, протекающей уже при комнатной температуре, а при нанесении покрытия на поверхность металлической формы медь осаждается на ее поверхность, блокируя электрохимическую коррозию железа (материал кокиля), Проведенными исследования- ми определена величина выдержки приготовленной воды в течение 10-15 мин. Это время необходимо для полного связывания растворенного кислорода в воде и прохождение реакции восстановления меди из раствора медного купороса. Большее время выдержки приведет к повторному насыщению воды кислородом и выпадению укрупняющихся частиц меди в осадок. Определены и количества вводимых НТФ и медного купороса. Результаты исследований, приведенные в таблице,однозначно показывают, что принятые количественные показатели по НТФ и медному купоросу дают положительный эффект. НТФ в составе кокильного покрытия кроме свойств ингибитора коррозии в присутствии солей меди (в отличие от солей цинка) играет основную роль комплексообразователя, т.е. связывает медь в прочный комплекс, переводя процесс осаждения меди на поверхность кокиля в автокалитический, так как процесс образования зародыша меди происходит уже только на по верхности кокиля, а не во

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

всем объеме кокильного покрытия, что резко увеличивает его живучесть. Кроме этого, НТФ приводит к незначительному растворению в воде нерастворимых в ней веществ, значительно повышая силы сцепления покрытия с кокилем и компонентов между собой (хемосорбция). Использование водного кокильного покрытия с рН 9-10 создает условия осаждения карбонатных пленок на поверхности кокиля. Эти пленки значительно усиливают силы сцепления кокильного покрытия с поверхностью кокиля и снижают теплопроводность слоя покрытия. Кроме того, при использовании в качестве связующего жидкого стекла в среде с рН 9-10 не происходит укрупнение частиц SI02 и выпадения их в осадок. Водные растворы с рН 9-10 не вызывают коррозии железа, так как в них отсутствует агрессивная СиОа. Таким образом, предложенный способ защиты металлических литейных форм от коррозии позволяет значительно увеличить стойкость оснастки за счёт снижения интенсивности коррозионных процессов как в жидкойт, так и в газовой среде, увеличения сил сцелпе- ния слоя покрытия с поверхностью кокиля снижения теплопроводности слоя покрытия из-за образования на поверхности кокиля слоя пористой меди и пористой карбонатной пленки. Пористость медного слоя очень высока и составляет около 9 х 10 микропустот размером приблизительно 30 нм в 1 см3. Повышение качества отливок при использовании предлагаемого способа происходит из-за повышения стойкости оснастки, снижениз теплопроводности кокильного покрытия и повышения его технологических характеристик: сил сцепления с кокилем и связи компонентов между собой. Например, в нашем случае удалось снизить брак отливок мелющих цилиндров по наклонному мениску. Это объясняется тем, что, благодаря низкой теплопроводности кокильного покрытия, отливки мелющих цилиндров затвердевали на горизонтальном участке кокильного конвейера и образовавшийся мениск (кокили открытые) располагался параллельно торцу цилиндра. В то время, как при использовании обычного способа, из-за высокой теплопроводности слоя покрытия, отливки затвердевали в большинстве случаев на накином участке конвейера, т.е. раньше времени. За счет снижения скорости охлаждения отливки из чугуна получались без отбела, снизились внутренние напряжения.

Существенными отличиями предлагав мого способа защиты металлических литейных форм от коррозии являются использование в качестве катализатора реакции связывания кислорода в воде медного купороса, а не меди, что позволило про- цесс вести при комнатной температуре; использование в качестве комплексообра- зования с медью НТФ, у которой константа устойчивости высока и равна 17,75, кроме того, НТФ, как технологическая добавка к составу покрытия, увеличивает силы сцепления покрытия с кокилем и компонентов между собой (эффект сплюбилизации и си- нергизма); достаточно высокий рН кокильного покрытия (9-10). Такая щелочная среда обеспечивает осаждение на поверхности кокиля карбонатных плеток, снижающих теплопроводность покрытия и усиливаю- щих связь покрытия с поверхностью кокиля, рН в выбранных нами пределах обеспечивает осаждение меди только на металлическую поверхность кокиля, не позволяя осаждаться меди на поверхность частиц or- неупорного наполнителя, В этих пределах рН железо и его сплавы наиболее устойчивы против коррозии,

Данные испытаний приведены в табли це.

Формулаизобретения Способ защиты металлических литейных форм от коррозии, преимущественно из стали и чугуна, включающий приготовлен водного теплоизолирующего покрытия, содержащего наполнитель, связующее, воду и технологические добавки и нанесение его на литейную форму, отличающийся тем, что, с целью повышения стойкости литейных форм и снижения брака отливок по нарушению их геометрии и качества поверхности, воду предварительно обрабатывает гидразином и медным купоросом в количестве 8...20 мг/л и 1...3 мг/л соответственно, а после перемешивания и выдержки в течение 10...15 мин и введения в раствор наполнителя, связующего и технологической добавки дополнительно вводят нитрилотри метилфосфоновую кислоту в количестве 0,1,.. 10 мг/л и щелочь до достижения приготовленного покрытия рН 9... 10.

Способ относится к литейному производству, в частности к производству отливок методом кокильного литья, например мелющих цилиндров. В процессе приготовления водного теплоизолирующего покрытия используют обескислороженную воду, которую предварительно обрабатывают гидразином и медным купоросом в количестве 8...20 мг/л и 1...3 мг/л соответственно. После ввода в обескислороженную воду наполнителя связующего и технологических добавок дополнительно вводят нитрилотри- метилфосфоновую кислоту и щелочь. Последняя доводит рН до 9-10. Такой способ позволит снизить коррозионные процессы на поверхности кокиля, протекающие при высоких температурах и резких термических напряжениях и являющиеся основной причиной разрушения оснастки, улучшаются технологические свойства покрытия и качество отливок. Снижается потери от брака литья. 1 табл. (Л С

Результаты испытаний кокильмых покрытий