суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям

Формула изобретения

1. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая фосфатное связующее, воду, поверхностно-активное вещество, отвердитель и пылевидный огнеупорный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве фосфатного связующего алюмоборфосфат, а в качестве отвердителя - магнийсиликатный порошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Алюмоборфосфат	16,0-18,0
Вода	16,0-18,0
Поверхностно-активное вещество	0,1-0,5
Магнийсиликатный порошок	3,5-5,0
Пылевидный огнеупорный наполнитель	Остальное

2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что магнийсиликатный порошок содержит оксид магния, оксид кремния и оксиды кальция, хрома, алюминия при следующем соотношении, мас.%:

MgO	75
SiO2	20
СаО, Cr2 O3, Al2O 3	5

3. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что в качестве пылевидного огнеупорного наполнителя она содержит электрокорунд.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к литейному производству, в частности к литью по выплавляемым моделям, и может быть использовано для изготовления керамических оболочковых форм.

Известна суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, включающая кремнезоль, этилсиликат, сульфанол, бутанол, пылевидный кварц и воду. [Патент RU №2185260. Суспензия для изготовления литейных форм по выплавляемым моделям, МПК В 22 С 1/16, опубл. 20.07.2002 г.].

К недостаткам суспензии относятся длительность твердения и потребность в дополнительном химическом отверждении нанесенных покрытий.

Наиболее близким по составу является состав суспензии для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, содержащий при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: алюмохромфосфатное связующее 12,0-17,0, ортофосфорную кислоту 1,2-2,0, кузнечную окалину углеродистых сталей 10,0-14,0, поверхностно-активное вещество 0,08-0,15, воду 13,5-20,0 и пылевидный огнеупорный наполнитель - ост. [Патент RU №2167022. Суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, МПК В 22 С 1/18, С 04 В 35/14, опубл. 20.05.2001 г.].

К недостаткам суспензии можно отнести низкое качество поверхности литья из-за большого содержания (10-14%) кузнечной окалины, которая хорошо смачивается металлами и может образовывать химический пригар, недостаточную скорость твердения керамики, а также отрицательные санитарно-гигиенические условия труда, связанные с применением чистой ортофосфорной кислоты и хромсодержащего связующего в большом количестве (12-17%).

Задача изобретения - получение суспензии для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям с ускоренным сроком твердения, а также повышение качества поверхности литья.

Для достижения поставленной задачи предлагаемая суспензия для изготовления керамических форм по выплавляемым моделям, включающая фосфатное связующее, воду, поверхностно-активное вещество, отвердитель и пылевидный огнеупорный наполнитель, согласно изобретению содержит в качестве фосфатного связующего - алюмоборфосфат, а в качестве отвердителя - магнийсиликатный порошок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Алюмоборфосфат	16,0-18,0
Вода	16,0-18,0
Поверхностно-активное вещество	0,1-0,5
Магнийсиликатный порошок	3,5-5,0
Пылевидный огнеупорный наполнитель	Ост.

Магнийсиликатный порошок содержит оксид магния, оксид кремния и оксиды кальция, хрома, алюминия при следующем соотношении, мас.%:

MgO 75

SiO₂ 20

CaO, Cr₂O ₃, Al₂О₃ 5

Суспензия в качестве пылевидного огнеупорного наполнителя содержит электрокорунд.

Отличием заявляемого решения от известного является введение в суспензию вместо алюмохромфосфата алюмоборфосфат и замена кузнечной окалины на магнийсиликатный порошок, которые в составе с известными компонентами улучшают технический результат.

Пример изготовления суспензии. Для получения суспензии были приготовлены три смеси [табл.1].

Табл.1.
Ингредиенты	Составы по изобретению, мас.%
	№1	№2	№3	Прототип
Алюмоборфосфатный концентрат	16	17	18	-
Вода	16	17	18	16,0
ПАВ	0,1	0,3	0,5	0,1
Магнийсиликатный порошок	3,5	4	5	-
Пылевидный огнеупорный наполнитель	Ост.	Ост.	Ост.	55,2
АХФС	-			15,0
Н 3PO4	-			1,7
Кузнечная окалина углеродистых сталей	-			12,0

Для изготовления суспензии алюмоборфосфат (ТУ 113-08-606-83) растворяется в расчетном количестве воды (ГОСТ 51232-98) до плотности около 1250 кг/м ³, далее добавляется поверхностно-активное вещество, в качестве которого использован лигносульфонат технический жидкий (ЛСТ ТУ 13-0281036-029-94) в количестве 0,1-0,5%, вводится пылевидный огнеупор - электрокорунд (ГОСТ 28818-90) и суспензия перемешивается. В таком виде суспензия обладает продолжительным сроком живучести (не менее 14 суток), что выгодно отличает ее от прототипа, у которого живучесть составляет 6 часов.

Последним ингредиентом в суспензию, непосредственно перед изготовлением керамической оболочковой формы, вводится отвердитель - магнийсиликатный порошок, полученный помолом боя форстеритовых огнеупорных изделий (ГОСТ 14832-96), содержащий оксид магния 75%, оксид кремния 20% и оксиды кальция, хрома, алюминия 5% в количестве 3,5-5%.

Процесс твердения происходит в результате химической реакции алюмоборфосфатного связующего с оксидом магния и кремния с образованием водного раствора фосфатов алюминия, магния, кремния и бора, который так же как алюмохромжелезофосфатное связующее в известном решении твердеет при комнатной температуре. Отличие в том, что скорость химической реакции выше и поэтому в состав суспензии не требуется добавлять ортофосфорную кислоту для ее повышения, кроме этого, применение ортофосфорной кислоты в чистом виде нежелательно по санитарным условиям.

Свойства составленных суспензий и полученных из них керамических форм приведены в табл.2.

Табл.2.
Показатели суспензий и керамических форм		Примеры по составам
		№1	№2	№3	Прототип
Время отверждения покрытия, мин.	Слой 0,5 мм	20	12	15	42
	Слой 1,5 мм	45	22,5	25
Живучесть суспензии, мин.	Без отвердителя	Не менее 14-и сут			6 ч.
	С отвердителем	20	7	6	25
Краевые углы в системе суспензия -выплавляемая модель (ПС 50-50), , град.		45	42,5	32	-
Растекаемость суспензии по выплавляемой модели (ПС 50-50) d, мм		7,5	7,8	8,15	-
Система сплав на основе Al - керамическая форма, Т=1100°С, ( жг=710 МДж/м2	Краевые углы , град.	122	135	137	-
	Работа адгезии фаз W, МДж/м 2	334	208	191	-

Из данных табл.2 следует, что время твердения предлагаемой керамической суспензии составляет 22,5 мин против 42 мин у известного решения и зависит от толщины слоя. Время твердения и живучесть суспензии также зависит от количества отвердителя. Оптимальное содержание магнийсиликатного порошка экспериментально установлено в пределах 3,5-5,0%.

Вязкость суспензии регулируется содержанием алюмоборфосфата. При превышении содержания его свыше 18% смачиваемость и растекаемость становятся чрезмерными (растекаемость >8,15, угол <32°), а при содержании менее 16% они становятся недостаточными для технологичного нанесения покрытия (растекаемость <7,5, угол >45°).

Также из данных табл.2 следует, что керамическая форма на основе предлагаемой суспензии обладает высокой лиофобностью к жидкому металлу, которая выражена через большой краевой угол смачивания (135 градусов) и малую работу адгезии фаз (208 МДж/м²). Несмачивание металлом поверхности керамической формы способствует повышению качества литья, а также простоте выбивания отливки из формы.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит повысить качество поверхности литья и увеличить скорость изготовления оболочковой формы.