Результат интеллектуальной деятельности: Противопригарная краска для литейных форм и стержней

Изобретение относится к области литейного производства, в частности к противопригарным краскам, применяемым для получения противопригарных покрытий в литейных формах и стержнях при получении отливок из чугуна и стали.

Многие известные противопригарные краски характеризуются нестабильными показателями кроющей способности и невысокими показателями прочности к истиранию получаемого покрытия. Улучшение физико-механических противопригарной краски для литейных форм и стержней, достигается введением различных веществ (Илларионов, И.Е. Противопригарные покрытия для литейных форм и стержней применяемые в литейном производстве / И.Е. Илларионов, И.А. Стрельников и др. // Сб. материалов III-ей Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении и литейном производстве ». - Чебоксары: Чуваш, гос. ун-т. - 2017. - С. 125-133).

Известно противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, содержащее в своем составе смоляное связующее, 20%-ный раствор метилоксипропилцеллюлозу. полибутилтитанат, борную кислоту, растворитель и огнеупорный наполнитель. Указанный антипригарный состав не имеет достаточных технологических свойств, в частности низкая кроющая способность, термостойкость, седиментационная устойчивость, высокая плотность и вязкость (SU 863143, В22С 3, 15.09. 1981).

Известно противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, которое содержит следующие компоненты, мас. %: огнеупорный наполнитель (пылевидный кварц, циркониевый концентрат, кристаллический графит) - 42,0-55,5, стабилизатор (формовочная глина, бентонит) - 4,0-5,0, жидкостекольное связующее - 2,5-6,5, сульфат алюминия - 0,048-0,08, вода - остальное (RU 2151059, В22С 3/00, 20.06.2000)

Недостатками данного противопригарного покрытия являются его низкая технологические и служебные свойств.

Известна противопригарная термостойкая краска для литейных, песчаных и металлических форм, содержащая в качестве наполнителя смесь цирконового и хромитового порошков, бентонит и воду при следующем содержании компонентов, мас. %: цирконовый 25-35, хромитовый 40-50, бентонит 2,5-4,5, вода остальное (RU 2478019, МПК В22С 3/00, 27.03.2013). Однако данная краска имеет пониженные качественные показатели.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототип) является противопригарная краска для литейных форм и стержней (RU 2574615, В22С 3/00, 10.02.2016), содержащая мас. %: цирконовый концентрат 60-67; бентонит 1-3; лингосульфонат технический 2-5; мыло хозяйственное 0,5-2,04 и вода остальное.

Недостатками прототипа являются низкая седиментационная устойчивость и прочность краски.

Задачей изобретения является создание противопригарной краски для литейных форм и стержней с улучшенными технологическими и эксплуатационными характеристиками: седиментационной устойчивостью, кроющей и проникающей способностью позволяющими получать покрытия достаточной толщины и прочности.

Технический результат - улучшение технологических и эксплуатационных характеристик противопригарной краски для литейных форм и стержней.

Технический результат достигается тем, что противопригарная краска, содержащая цирконовый концентрат, бентонит и воду, согласно изобретению дополнительно содержит соединение состава 4С₂Н₈О₇Р₂⋅В₂О₃⋅2Н₂О (оксиэтандифосфонат оксида бора) при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Отличительным признаком заявляемого изобретения является использование нового соединения в соотношении с уже известными, которое позволяет получить новые признаки противопригарной краски с улучшенными физико-механическими характеристиками.

Для приготовления противопригарной краски использовали: бентонит (ГОСТ 28177-89), цирконовый концентрат (ТУ 1762-002-58914756-2005), борную кислоту (ГОСТ 18704-78), оксиэтилидендифосфоновую кислоту (ТУ 2439-363-05763441-2002 изм. 1).

Образование соединения оксиэтандифосфонат оксида бора состава 4С₂Н₈О₇Р₂⋅В₂О₃⋅2Н₂О установлено изучением системы борная кислота - 1-оксиэтан-1,1-дифосфоновая кислота - вода (Скворцов В.Г., Садетдинов Ш.В., Молодкин А.К. и др. / Взаимодействие борной кислоты с 1-оксиэтан-1,1-дифосфоновой кислотой. Журн. неорган. химии. - 1989. - Т.34. - №4. - С. 1083-1086).

Оксиэтандифосфонат оксида бора синтезировали следующим образом. В реакционную колбу емкостью 500 мл наливали 300 мл дистиллированной воды, затем добавляли 82,4 г (0,4 моль) 1-оксиэтан-1,1-дифосфоновой кислоты и 12,4 г (0,2 моль) борной кислоты. Смесь непрерывно перемешивали в течение 4 часов при температуре 50°С (температура поддерживалась в термостате с точностью ±0,1°С) после чего раствор переносили в кристаллизатор для изотермического испарения. Выход продукта - 88,2 г. что составляет 93,0%. Химический анализ показал, что оксида бора состава 4С₂Н₈О₇Р₂⋅В₂О₃⋅2Н₂О содержит, %: C₂H₈O₇P₂ - 88,43; В₂0₃ - 7,65. Для кристаллов синтезированного соединения определяли показатель преломления иммерсионным методом на поляризационном микроскопе МИН-8, который равен 1584; плотность равна - 1.364 г/см³; молекулярный объем - 681,82 см³/моль; удельный объем - 0,73 см³/г.

Противопригарную краску готовят следующим образом. В емкость с мешалкой наливают воду и последовательно растворяют рассчитанные количества 1-оксиэтан-1,1-дифосфоновой и борной кислот в мольном соотношении 2:1. Далее загружают бентонит, предварительно просеянный через сито и замоченный на сутки в воде из расчета 1:5 до сметанообразного состояния, после чего вводят цирконовый концентрат, остальное количество воды, смесь перемешивают еще 10-15 мин. Полученные составы противопригарной краски имеют плотность 1,6-1,7 г/см³. Составы заявляемой противопригарной краски и прототипа приведены в табл. 1.

Следует отметить, что заявляемые количественные составы противопригарной краски являются оптимальными. Увеличение содержания составляющих выше указанных пределов вызывает дестабилизацию седиментационной устойчивости, резкому повышению плотности, что приводит к нарушению кроющей способности и возможности получения ровного противопригарного покрытия.

Уменьшение содержания составляющих ухудшает кроющую способность (покрытие растекается) и снижает прочность покрытия.

Испытания составов 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 %:

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).

Кроющую способность противопригарной краски определяли по следующей методике. Готовили противопригарную краску по составам табл. 1 и выдерживали 30 мин. После выдержки краску перемешивали и наливали в открытую емкость. Далее в краску окунали стеклянную пластину, вынимали и сушили в течение 30 мин. в том же положении, что и при окунании. Толщину слоя замеряли микрометром.

Прочность покрытий, полученных нанесением противопригарной краски, оценивали по прочности на истирание в соответствии с ГОСТ 10772-78. На стеклянную пластину с нанесенным покрытием насыпали песок с расстояния 70 мм до тех пор, пока на месте удара песка краска не сотрется до стекла.

Результаты, проведенных сравнительных испытаний физико-механических свойств составов противопригарной краски приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что заявляемая противопригарная краска по составам 1, 2 и 3 имеет улучшенные технологические показатели по седиментационной устойчивости, которая в 1,13-1,14 выше, чем у прототипа. Введение в состав прототипа противопригарной краски оксиэтандифосфонат оксида бора повышает кроющую способность и прочность покрытия, а также улучшает качество поверхности отливок.