Исследование свойств графитооксидных композиций для литейного производства

Т. Р. ГИЛЬМАНШИНА¹, С. И. ЛЫТКИНА¹, Т. А. БОГДАНОВА², С. А. ХУДОНОГОВ¹, А. А. КОСОВИЧ¹, Е. Г. ПАРТЫКО¹, ¹Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Россия, ²ООО «КиК», г. Красноярск, Россия

Для стального, чугунного и цветного литья предложено огромное количество рецептур красок, при этом технологические процессы получения покрытий с заданной структурой и свойствами в литейном производстве с точки зрения нанотехнологии изучены недостаточно.

Качество формовочных красок в большинстве случаев определяется по их плотности и устойчивости против расслоения, а также визуально по кроющей способности, что недостаточно для всесторонней оценки качества этих красок. Формовочные краски представляют собой сложные коллоидные системы, поэтому изучение свойств покрытий проводили с учетом современных физико-химических представ­лений о нанотехнологии формовочных красок на основе экспериментального исследования свойств дисперсной фазы и дисперсионной среды формовочных красок и рассматриваемой нанодисперсной системы в целом [1].

Покрытия, представляющие собой в исходном состоянии суспензии, после их отверждения должны иметь достаточную прочность, чтобы защитить формы и стержни от механических повреждений и сох­ранить сплошность слоя до заливки.

Выполнение указанных требований зависит от технологических характеристик исходных суспензий покрытий: вязкости, седиментационной устойчивости, кроющей способности и др. [2–4].

Цель данной работы – исследование влияния качества наполнителя на технологические свойства суспензий.

• качестве наполнителя суспензий использовали природные скрытокристаллический (ГЛС-2), карандашный (ГК) и активированный (ГЛС-2А) графиты, пылевидный кварц (ПК-А), глинозем (Al₂O₃-А)

• периклаз (MgO-А). В качестве жидкой фазы суспензий для исследований была выбрана вода.

При приготовлении наполнителя суспензий графита и оксидного материала активировали в опти­мальных режимах в планетарно­-центробежной мельнице АГО-2, определенных в работах [5, 6].

Проведенные ранее исследования позволили определить соотношение графит: пылекварц, равное 50: 50.

Технологические свойства суспензий (плотность, вязкость, приведенная прочность высушенного слоя покрытия и т. д.) оценивали по ГОСТ 10772–78.

Влияние времени активации на свойства смеси графит ГЛС-2, пылевидный кварц (ПК) показано на рис. 1–4.

Из рисунков видно, что с увеличением времени активации до 10 мин все основные свойства графи­ то-пылекварцевой суспензии улучшаются. Плотность суспензий повышается незначительно с 1,07 до 1,08 г/см³. Толщина высушенного слоя на стеклянной пластине уменьшается с 0,04 до 0,02 мм. Приведенная прочность повышается с 23,6 до 36 г песка на 1 мм покрытия. Седиментационная устойчивость в первый час у смеси, активированной в течение 10 мин, значительно превосходит остальные.

Дальнейшее увеличение времени активации приводит к ухудшению свойств, что можно объяснить начавшейся агрегацией частиц. Плотность суспензий снижается до 1,065 г/см³. Толщина высушенного слоя на стеклянной пластине увеличивается до 0,03 мм. Приведенная прочность снижается до 26,6 г песка на 1 мм покрытия.

На рис. 5 показано распределение частиц в высушенном слое суспензии.

Рис. 5. Распределение частиц в высушенном слое суспензии: а – механосмесь; б – композиция, дополнительно активирован­ ная в течение 10 мин

Из рисунка видно, что после активации частицы образуют ровный гладкий слой. Поверхность по­крытия менее шероховатая. Покрытие на основе механосмеси выглядит рыхлым, что обусловливает низкую прочность по сравнению с покрытием на основе активированной смеси.

Таким образом, в ходе исследований было определено оптимальное время активации наполнителя, равное 50: 50.

Результаты сравнительного исследования основных свойств суспензий на других активированных графитооксидных композициях представлены на рис. 6–9. Композиция ГЛС-2: ПК-А – механосмесь, остальные композиции дополнительно активировали в течение 10 мин.

Замена природного графита на скрытокристаллический активированный ГЛС-2А или на каран­ дашный ГК приводит к повышению основных технологических свойств на 25–35 %. Кроющая спо­ собность и седиментационная устойчивость через 3 ч суспензий при использовании графита ГЛС-2А выросла на 20–25 %, а при использовании графита ГК уменьшались в 2–3 раза. Толщина высушенного слоя покрытия при этом уменьшилась в 2–3 раза.

Суспензии на основе композиции, в состав наполнителя которой входят активированные глинозем и графит, совместно дополнительно активированные в течение 10 мин, имеют следующие свойства: плотность суспензий составляет 1,070 г/см³ (ареометрический метод измерения) и до 1,073 г/см³ (весо­ вой метод измерения), вязкость – 11 с, толщина высушенного слоя на стеклянной пластине – 0,03 мм, приведенная прочность – 33 г песка на 1 мм покрытия, кроющая способность – до 3 баллов.

Суспензии на основе композиции, в состав наполнителя которой входят активированные периклаз и графит, совместно дополнительно активированные в течение 10 мин, имеют следующие свойства: плотно­сть суспензий составляет 1,065 г/см³ (ареометрический метод измерения) и до 1,059 г/см³ (весовой метод измерения), вязкость – 11 с, толщина высушенного слоя на стеклянной пластине – 0,02 мм, приведенная прочность – 24 г песка на 1 мм покрытия, кроющая способность – до 3 баллов.

Таким образом, проведенные исследования показали, что использование активации графитооксид­ ных композиций позволяет существенного улучшать технологические свойства суспензий на их основе.

Литература

1. К и р ю х и н а, Н. Б. Исследования и разработка нового поколения разделительных покрытий / Н. Б. Кирюхина, Е. Бугаев // Прогрессивные технологические процессы и оборудование в литейном производстве: сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф. / под ред. А. П. Трухова и М. Ю. Ершова. М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 2002. С. 55–60.

2. Формовочные материалы и технология литейной формы: Справ. / С. С. Жуковский, Н. И. Анисович [и др.]; под ред. С. С. Жуковского. М.: Машиностроение, 1993. 432 с.
3. Б о л д и н, А. Н., Д а в ы д о в Н. И., Ж у к о в с к и й С. С. и др. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия: справ. М.: Машиностроение, 2006. 507 с.
4. Д о р о ш е н к о, С. П. Формовочные материалы и смеси / С. П. Дорошенко. Киев: Выcш. шк., 1990; Прага: СНТЛ, 1990. 415 с.

5. Способы повышения качества литейного графита отдельными и комплексными методами активации / Л. И. Мамина, В. И. Новожонов, Т. Р. Гильманшина [и др.]. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2011. 160 с.
6. Исследование зависимости смачиваемости используемых в металлургии графитов различного качества / Т. Р. Гиль­ маншина, Л. И. Мамина, В. Н. Баранов [и др.] // Вестн. Магнитогор. гос. техн. ун-та им. Г. И. Носова, 2013. № 3 (43). С. 55–58.