RU2812422C1 - Release coating for casting moulds - Google Patents
Release coating for casting moulds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812422C1 RU2812422C1 RU2023111406A RU2023111406A RU2812422C1 RU 2812422 C1 RU2812422 C1 RU 2812422C1 RU 2023111406 A RU2023111406 A RU 2023111406A RU 2023111406 A RU2023111406 A RU 2023111406A RU 2812422 C1 RU2812422 C1 RU 2812422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- red mud
- casting
- suspension
- casting mold
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 107
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 80
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims description 58
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 claims abstract description 18
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011019 hematite Substances 0.000 claims description 10
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052663 cancrinite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- -1 geotite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 8
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 2
- 238000004455 differential thermal analysis Methods 0.000 description 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910021652 non-ferrous alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 2
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002411 thermogravimetry Methods 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 238000004876 x-ray fluorescence Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004131 Bayer process Methods 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001648 diaspore Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010454 slate Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к литейному производству, а именно, к изготовлению разделительных покрытий на основе огнеупорных наполнителей с жидкостекольным связующим, и может быть использовано для литья алюминиевых сплавов в литейные пресс-формы.The invention relates to foundry production, namely to the production of release coatings based on refractory fillers with a liquid-glass binder, and can be used for casting aluminum alloys into casting molds.
Уровень техникиState of the art
Использование литейных пресс-форм для получения отливок из алюминиевых сплавов невозможно без использования разделительных покрытий по двум основным причинам: во-первых, высокие скорости затвердевания алюминиевых сплавов могут затруднить заполнение литейной пресс-формы; во-вторых, термические и физико-химические взаимодействия на границе «расплав - литейная пресс-форма».The use of casting molds to produce castings from aluminum alloys is impossible without the use of release coatings for two main reasons: firstly, the high solidification rates of aluminum alloys can make it difficult to fill the casting mold; secondly, thermal and physico-chemical interactions at the “melt - casting mold” boundary.
Разделительные покрытия играют существенную роль при регулировании теплофизических процессов на границе раздела «расплав - литейная пресс-форма» и непосредственно влияют на качество получаемой отливки.Release coatings play a significant role in regulating thermophysical processes at the “melt - casting mold” interface and directly affect the quality of the resulting casting.
На поверхность литейной пресс-формы можно нанести несколько слоев различных покрытий. Кроме того, разные участки одной и той же литейной пресс-формы могут иметь разные покрытия, способствующие увеличению или снижению скорости затвердевания.Several layers of different coatings can be applied to the surface of the casting mold. In addition, different areas of the same injection mold may have different coatings that increase or decrease the rate of solidification.
Универсального покрытия для литейных пресс-форм не существует, на каждом литейном предприятии используются различные комбинации покрытий в соответствии с собственными потребностями (см. John Campbell. Complete casting handbook: metal casting processes, metallurgy, techniques and design. Butterworth Heinemann, 2011; ссылка на источник https://asremavad.com/wp-content/uploads/2019/02/Complete-Casting-Handbook-asremavad. com_.pdf).There is no universal coating for casting molds; each foundry uses different combinations of coatings to suit its own needs (see John Campbell. Complete casting handbook: metal casting processes, metallurgy, techniques and design. Butterworth Heinemann, 2011; link to source https://asremavad.com/wp-content/uploads/2019/02/Complete-Casting-Handbook-asremavad.com_.pdf).
Покрытия литейных пресс-форм из-за износа или отслаивания периодически удаляют, а затем наносят повторно до того, как начнут появляться дефекты (задиры, сколы и другие) (см. Разделительные покрытия для литья под низким давлением: монография / Т.Р. Гильманшина, А.А. Косович [и др.]. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2019. - 160 с.; ссылка на источникCasting mold coatings due to wear or peeling are periodically removed and then reapplied before defects (burrs, chips, etc.) begin to appear (see Release coatings for low pressure casting: monograph / T.R. Gilmanshina , A.A. Kosovich [and others]. - Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2019. - 160 pp.; link to source
<4D6963726F736F667420576F7264202D20C3E8EBFCECE0EDF8E8EDE020E2E5F0F1F2EAE0> (sfu-kras.ru)); Gavanev R.V., Savin I.A., Soldatkma E.N. Choice of protective coating of metal molds for casting non-ferrous alloys // Solid State Phenomena. - Trans Tech Publications Ltd, 2020. - T. 299. - C. 867-871; ссылка на источник Choice of Protective Coating of Metal Molds for Casting Non-Ferrous Alloys | Request PDF (researchgate.net)).<4D6963726F736F667420576F7264202D20C3E8EBFCECE0EDF8E8EDE020E2E5F0F1F2EAE0> (sfu-kras.ru)); Gavanev R.V., Savin I.A., Soldatkma E.N. Choice of protective coating of metal molds for casting non-ferrous alloys // Solid State Phenomena. - Trans Tech Publications Ltd, 2020. - T. 299. - P. 867-871; link to source Choice of Protective Coating of Metal Molds for Casting Non-Ferrous Alloys | Request PDF (researchgate.net)).
Процессы, связанные с выбором состава и формированием свойств покрытий, с нанесением покрытий на поверхность литейной пресс-формы и их работой в процессе заполнения литейных пресс-формы и затвердения расплава, представляют собой сложную систему, многие функции которой до сих пор до конца не изучены.The processes associated with the choice of composition and the formation of the properties of coatings, with the application of coatings to the surface of the casting mold and their operation during the process of filling the casting mold and solidifying the melt, represent a complex system, many of whose functions are still not fully understood.
Так, одним из технологических критериев при разработке покрытия является их себестоимость. Снижение себестоимости может быть достигнуто за счет использования в составах покрытий отходов металлургических производств, которые часто рассматривают как сырье, благодаря их составу. Одним из таких отходов является красный шлам, образующийся в процессе извлечения алюминия из бокситов по способу Байера. Известно, что в зависимости от состава исходных бокситов и технологии, на 1 т глинозема образуется до 1,5 т красного шлама. Многие годы большие усилия направлены на разработку жизнеспособных технологий переработки красного шлама с целью превратить его из отходов в ценный продукт и вторичный источник сырья, но в настоящее время повторно используется только 2-3% красного шлама, производимого ежегодно (см. Пягай И.Н. Опыт переработки красных шламов с получением ряда ценных элементов (Sc, Zr, Y) и железосодержащего сырья для черной металлургии // Черные металлы. - 2019. - №. 1. - С. 49-54; Обзор мировой практики переработки красных шламов. Часть 1. Пирометаллургические способы / Д.В. Зиновеев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. - 2018. - Т. 61. - №. 11. - С. 843-858; Методы извлечения ценных элементов (Fe, Al, Na, Ti) из красных шламов / Н.В. Васюнина, И.В. Дубова, Т.Р. Гильманшина [и др.] // Экология и промышленность России. - 2020. - Т. 24, №9. - С. 32-38).Thus, one of the technological criteria when developing coatings is their cost. Cost reduction can be achieved by using metallurgical waste in coating compositions, which are often considered as raw materials due to their composition. One such waste is red mud, which is generated during the extraction of aluminum from bauxite using the Bayer process. It is known that, depending on the composition of the initial bauxite and technology, up to 1.5 tons of red mud are formed per 1 ton of alumina. For many years, great efforts have been directed at developing viable technologies for processing red mud with the aim of turning it from waste into a valuable product and secondary source of raw materials, but currently only 2-3% of the red mud produced annually is reused (see Pyagai I.N. Experience in processing red mud to obtain a number of valuable elements (Sc, Zr, Y) and iron-containing raw materials for ferrous metallurgy // Ferrous Metals. - 2019. - No. 1. - pp. 49-54; Review of world practice of processing red mud. Part 1. Pyrometallurgical methods / D.V. Zinoveev [etc.] // News of higher educational institutions. Ferrous metallurgy. - 2018. - T. 61. - No. 11. - P. 843-858; Methods for extracting valuable elements ( Fe, Al, Na, Ti) from red mud / N.V. Vasyunina, I.V. Dubova, T.R. Gilmanshina [etc.] // Ecology and industry of Russia. - 2020. - T. 24, no. 9. - pp. 32-38).
Известно разделительное 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, масс. %: 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 (патент RU 2604163, В22С 3/00, опубл. 10.12.2016 г.).A release coating is known based on titanium dioxide with a particle size of up to 1 micron, talc with a particle size of up to 25 microns, dusted quartz and barium sulfate with a particle size of up to 6 microns, with the following ratio of components, mass. %: titanium dioxide 3-6, talc 1-4, dusted quartz 0.5-2.0, barium sulfate 0.5-3.0, liquid glass 6-11, water - the rest (patent RU 2604163, B22C 3/ 00, published December 10, 2016).
Недостатком данного разделительного покрытия является высокая стоимость его изготовления.The disadvantage of this release coating is the high cost of its production.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является покрытие Foseco DYCOTEG R87 для кокильного литья, содержащее в себе оксид железа, силикат циркония, силикат натрия (см. John R. Brown - Foseco Non-Ferrous Foundryman's Handbook - c. 129, табл. 10.2.; ссылка на источник http://www.iqytechnicalcollege.com/Foseco_Non-Ferrous_Foundryman%20Handbook_11E.pdf).The closest to the stated technical solution is the Foseco DYCOTEG R87 coating for chill casting, containing iron oxide, zirconium silicate, sodium silicate (see John R. Brown - Foseco Non-Ferrous Foundryman's Handbook - p. 129, table 10.2.; source link http://www.iqytechnicalcollege.com/Foseco_Non-Ferrous_Foundryman%20Handbook_11E.pdf).
Недостатком покрытия-аналога является недостаточная седиментационная устойчивость, что приводит к быстрому расслоению покрытия и вызывает трудности при его нанесении на поверхность литейной пресс-формы.The disadvantage of the analogue coating is insufficient sedimentation resistance, which leads to rapid delamination of the coating and causes difficulties in its application to the surface of the casting mold.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, а также техническим результатом является разработка разделительного покрытия, обладающего седиментационной устойчивостью не ниже 95% (через 24 ч отстоя), с обеспечением толщины слоя покрытия на поверхности литейной пресс-формы, предпочтительно равную 30-50 мкм.The technical problem to which the invention is aimed, as well as the technical result, is the development of a release coating with sedimentation resistance of at least 95% (after 24 hours of settling), ensuring a thickness of the coating layer on the surface of the casting mold, preferably equal to 30-50 microns .
Техническая задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в разделительном покрытии для литейных пресс-форм, содержащем наполнитель и связующее, в качестве которого использовано жидкое стекло, и воду, новым и неочевидным является то, что в качестве наполнителя использована суспензия красного шлама, при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that in the release coating for casting molds containing a filler and a binder, for which liquid glass is used, and water, what is new and not obvious is that a suspension of red sludge, with the following ratio of components, wt. %:
60-70 суспензия красного шлама с содержанием красного шлама 8-13 мас. %;60-70 red mud suspension with a red mud content of 8-13 wt. %;
30-40 жидкое стекло30-40 liquid glass
и сверх 100% вода в количестве, обеспечивающей плотность покрытия 1000-1050 кг/мм3.and over 100% water in an amount ensuring a coating density of 1000-1050 kg/mm 3 .
В частном предпочтительном исполнении изобретения, предложенное разделительное покрытие наносится на поверхность литейных пресс-форм слоем толщиной 30-50 мкм. Основными фазами покрытия являются кальцит, геотит, гематит и жидкое стекло. Основной фазовый состав красного шлама содержит гематит, канкринит, каоленит, анатаз, рутил, перовскит. Суспензия красного шлама выполнена однородной.In a particular preferred embodiment of the invention, the proposed release coating is applied to the surface of casting molds with a layer thickness of 30-50 microns. The main phases of the coating are calcite, geotite, hematite and liquid glass. The main phase composition of red mud contains hematite, cancrinite, kaolenite, anatase, rutile, and perovskite. The red mud suspension is made homogeneous.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 показан внешний вид красного шлама. Увеличение, крат: а - ×13; б - ×80.In fig. Figure 1 shows the appearance of red mud. Magnification, times: a - ×13; b - ×80.
На фиг. 2 представлены результаты дифференциально-термического анализа (ДТА) и термогравиметрического анализа (ТГ) исходного образца красного шлама.In fig. Figure 2 presents the results of differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetric analysis (TG) of the original red mud sample.
На фиг. 3 представлены результаты зависимости плотности (а), седиментационной устойчивости (б), смачиваемости поверхности литейной пресс-формы покрытием на основе красного шлама (в) от содержания красного шлама.In fig. Figure 3 shows the results of the dependence of density ( a ), sedimentation resistance (b), wettability of the surface of the casting mold with a coating based on red mud (c) on the content of red mud.
На фиг. 4 показан краевой угол смачивания (при температуре 200°С) поверхности литейной пресс-формы покрытием состава №4 согласно табл.4, содержащем 8 мас. % раствор красного шлама.In fig. Figure 4 shows the contact angle (at a temperature of 200°C) of the surface of the casting mold with a coating of composition No. 4 according to Table 4, containing 8 wt. % red mud solution.
На фиг. 5 показано состояние поверхности покрытия состава №4 согласно табл. 4 до (а) и после (б) истирания, ×100.In fig. Figure 5 shows the condition of the coating surface of composition No. 4 according to table. 4 before ( a ) and after (b) abrasion, ×100.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
В качестве наполнителя в составе разделительного покрытия для литейных пресс-форм используется красный шлам - твердые отходы, образующиеся в результате процесса по обработке боксита при производстве алюминия. Введение 8-13 мас. % раствора красного шлама в состав покрытия в количестве 60-70 мас. % позволяет повысить технологические свойства покрытия. Раствор красного шлама представляет собой однородную суспензию красного цвета.Red mud, a solid waste product generated by the bauxite processing process in aluminum production, is used as a filler in the release coating for foundry molds. Introduction 8-13 wt. % of red mud solution into the coating composition in an amount of 60-70 wt. % allows you to improve the technological properties of the coating. The red mud solution is a homogeneous suspension of red color.
Согласно проведенным испытаниям и исследованиям, введение раствора красного шлама концентрацией менее 8 мас. % не дает возможности формировать на поверхности литейных пресс-форм слой достаточной толщины (30-50 мкм). При введении раствора красного шлама более 13 мас. % красный шлам не распределяется равномерно по объему суспензии, покрытие обладает высокой плотностью, что затрудняет процесс нанесения покрытия на поверхность литейной пресс-формы (табл. 1).According to tests and studies, the introduction of a red mud solution with a concentration of less than 8 wt. % does not make it possible to form a layer of sufficient thickness (30-50 microns) on the surface of casting molds. When introducing a red mud solution of more than 13 wt. % red mud is not distributed evenly throughout the volume of the suspension; the coating has a high density, which complicates the process of applying a coating to the surface of the casting mold (Table 1).
При введении в состав покрытия раствора красного шлама в количестве менее 60 мас. % толщина покрытия составляет не более 30 мкм, в частности, 20 мкм, что создает очень тонкий слой на поверхности литейной пресс-формы, а при использовании раствора красного шлама в количестве более 70 мас. % является нерациональным расходом материала, поскольку не влечет за собой увеличение уровня технологических свойств покрытия.When a red mud solution is introduced into the coating composition in an amount of less than 60 wt. % coating thickness is no more than 30 microns, in particular 20 microns, which creates a very thin layer on the surface of the casting mold, and when using a red mud solution in an amount of more than 70 wt. % is an irrational consumption of material, since it does not entail an increase in the level of technological properties of the coating.
Применение жидкого стекла в качестве связующего в количестве 30-40 мас. % позволяет получить необходимую прочность слоя покрытия на поверхности литейной пресс-формы толщиной покрытия 30-50 мкм.The use of liquid glass as a binder in an amount of 30-40 wt. % allows you to obtain the required strength of the coating layer on the surface of the casting mold with a coating thickness of 30-50 microns.
Сначала готовится концентрат: раствор красного шлама смешивается с жидким стеклом, получается паста (все расчеты приведены на пасту). Далее добавляют воду, расчет воды идет сверх 100 мас. % пасты. Добавление воды сверх 100 мас. % в количестве, обеспечивающем плотность покрытия в пределах 1000-1050 кг/мм3 позволяет получать оптимальные свойства покрытия, обеспечивающие хорошее нанесение покрытия на поверхность литейных пресс-форм, т.е. высокую седиментационную устойчивость, хорошую кроющую способность, адгезию покрытия к поверхности литейной пресс-формы, высокую прочность. Если добавить меньше воды, т.е. сделать покрытие более густым, то покрытие не нанесется при помощи пульверизатора на поверхность литейной пресс-формы. Если довить больше воды, т.е. сделать покрытие более разбавленным, то толщина слоя будет меньше 30-50 мкм и покрытие не будет выполнять свои функции.First, the concentrate is prepared: a red mud solution is mixed with liquid glass to form a paste (all calculations are based on the paste). Next, water is added, the calculation of water is in excess of 100 wt. % paste. Adding water above 100 wt. % in an amount that provides a coating density in the range of 1000-1050 kg/mm 3 allows you to obtain optimal coating properties that ensure good coating on the surface of casting molds, i.e. high sedimentation resistance, good covering ability, adhesion of the coating to the surface of the casting mold, high strength. If you add less water, i.e. make the coating thicker, the coating will not be applied with a spray gun to the surface of the casting mold. If you add more water, i.e. If you make the coating more diluted, the layer thickness will be less than 30-50 microns and the coating will not perform its functions.
Смешивание компонентов предпочтительно проводится в лопастной мешалке при скорости вращения ротора смесителя 100-300 об/мин при комнатной температуре. Сначала готовят раствор красного шлама в воде в лопастной мешалке до однородной массы, предпочтительное время перемешивания 5-10 мин, далее добавляют воду, перемешивание осуществляется в лопастной мешалке до однородной массы, предпочтительное время перемешивания 5-10 мин. Температура приготовления комнатная (20-25°С).Mixing of the components is preferably carried out in a paddle mixer at a mixer rotor speed of 100-300 rpm at room temperature. First, prepare a solution of red mud in water in a paddle mixer until smooth, the preferred mixing time is 5-10 minutes, then water is added, mixing is carried out in a paddle mixer until smooth, the preferred mixing time is 5-10 minutes. Cooking temperature is room temperature (20-25°C).
В процессе приготовления покрытия предпочтительно ведут контроль таких параметров как плотность (ареометрический метод) и вязкость (по вискозиметру ВЗ-4). Вода может использоваться водопроводная, температура воды 20-25°С, рН=6-7.During the preparation of the coating, it is preferable to monitor such parameters as density (hydrometric method) and viscosity (using a VZ-4 viscometer). Tap water can be used, water temperature 20-25°C, pH=6-7.
Поверхность литейной пресс-формы должна быть очищена от грязи, остатков предыдущего покрытия. Предпочтительная температура литейной пресс-формы - 400-450°С.The surface of the casting mold must be cleaned of dirt and remnants of the previous coating. The preferred temperature of the casting mold is 400-450°C.
ПримерExample
В качестве исходного сырья использован красный шлам ОАО СУАЛ - филиал ОАЗ-СУАЛ (г. Каменск Уральский, фиг. 1), который представляет собой мелкий материал с размером частиц 4-100 мкм, средний размер частиц составляет 17-20 мкм.The red mud of JSC SUAL - a branch of OAZ-SUAL (Kamensk Uralsky, Fig. 1), which is a fine material with a particle size of 4-100 microns, the average particle size is 17-20 microns, was used as the starting raw material.
Приготовление разделительного покрытия для литейных пресс-форм осуществляется следующим образом. Готовится раствор красного шлама заданной концентрации, который перемешивают с жидким стеклом до получения однородной массы. Для приготовления покрытия полученную массу перемешивают с водой до требуемой плотности в пределах 1000-1050 кг/мм3. Разделительное покрытие наносится на поверхность литейной пресс-формы с помощью пульверизатора. Для получения гладкой поверхности рекомендуется наносить слой покрытия толщиной 30-50 мкм.The preparation of a release coating for casting molds is carried out as follows. A solution of red mud of a given concentration is prepared, which is mixed with liquid glass until a homogeneous mass is obtained. To prepare the coating, the resulting mass is mixed with water to the required density in the range of 1000-1050 kg/mm 3 . The release coating is applied to the surface of the casting mold using a spray gun. To obtain a smooth surface, it is recommended to apply a coating layer 30-50 microns thick.
Усредненный фазовый состав красного шлама показан в табл. 2. Для фазовой идентификации рентгенограммы регистрировались с использованием рентгенофазового (РФА) и рентгеноспектрального (РСА) анализов на рентгеновском дифрактометре XRD-7000S Shimadzu, с использованием излучения CuК. Для более точной идентификации фаз применяется информационно-поисковая система (RetrieveQQPA) и база данных PDFICDD. Съемка спектров образцов для РСА осуществлялась на автоматизированном волновом рентгенофлуоресцентном спектрометре Shimadzu XRF-1800 (с Rh-анодом).The average phase composition of red mud is shown in table. 2. For phase identification, X-ray diffraction patterns were recorded using X-ray diffraction (XRD) and X-ray spectral (XRD) analyzes on an XRD-7000S Shimadzu X-ray diffractometer using CuK radiation. For more accurate identification of phases, an information retrieval system (RetrieveQQPA) and the PDFICDD database are used. The spectra of samples for X-ray diffraction were recorded on a Shimadzu XRF-1800 automated wave X-ray fluorescence spectrometer (with a Rh anode).
Ссылка: P.S. Dubinin, I.S. Yakimov, О.E. Piksina, Y.I. Yakimov, A.N. Zaloga. RETRIEVE - a system for XRPD phase and structure analysis // Germany, Munchen: Z. Kristallogr. Suppl. 30 (2009) 209-214 / DOI 10.1524/zksu.2009.0030. Ссылка: https://www.researchgate.net/publication/250976477_RETRIEVE_a_system_for_XRPD_phase_and_structure_analysisLink: P.S. Dubinin, I.S. Yakimov, O.E. Piksina, Y.I. Yakimov, A.N. Zaloga. RETRIEVE - a system for XRPD phase and structure analysis // Germany, Munchen: Z. Kristallogr. Suppl. 30 (2009) 209-214 / DOI 10.1524/zksu.2009.0030. Link: https://www.researchgate.net/publication/250976477_RETRIEVE_a_system_for_XRPD_phase_and_structure_analysis
Ссылки на базы данных PDF ICDD // http://www.icdd.com/translation/rus/overview.htmLinks to PDF ICDD databases // http://www.icdd.com/translation/rus/overview.htm
Массовая доля красного шлама в суспензии определяется содержанием оксида железа: при меньшем содержании оксида железа в состав суспензии необходимо вводить больше красного шлама. Содержание красного шлама в суспензии не должно превышать 13 мас. %, т.к. покрытие будет обладать высокой плотностью, что не даст возможность наносить его при помощи пульверизатора. Это подтверждается данным из таблицы 1 и таблицы 5.The mass fraction of red mud in the suspension is determined by the content of iron oxide: with a lower content of iron oxide, more red mud must be added to the suspension. The content of red mud in the suspension should not exceed 13 wt. %, because the coating will have a high density, which will not make it possible to apply it with a spray gun. This is confirmed by data from Table 1 and Table 5.
Материал в основном представлен гематитом, канкринитом и каоленитом. Железо, содержание которого в исследуемом материале около 30 мас. %, связано в основном в гематит. С содержанием от 1 до 10 мас. % представлены металлы алюминий, кальций, натрий, титан, из неметаллов в этот интервал входят углерод и кремний. Алюминий представлен в канкрините, каолините и катоите. Титан находится в фазах анатаза, рутила и перовскита. Большое количество кислорода в элементном составе подтверждается приведенными в таблице 1 оксидными фазами. В составе присутствует также ряд аморфных фаз, не определяемых РФА.The material is mainly represented by hematite, cancrinite and kaolenite. Iron, the content of which in the material under study is about 30 wt. %, bound mainly in hematite. With a content of 1 to 10 wt. % the metals aluminum, calcium, sodium, titanium are represented; non-metals in this range include carbon and silicon. Aluminum is represented in cancrinite, kaolinite and cathoite. Titanium occurs in the anatase, rutile and perovskite phases. The large amount of oxygen in the elemental composition is confirmed by the oxide phases shown in Table 1. The composition also contains a number of amorphous phases that are not detectable by XRF.
Результаты дериватографического анализа (фиг. 2), для которого использовали дериваторграф Q600, показывали наличие трех точек фиксации потери веса: 1,7 и 3,15% (в интервале температур 200-400°С) и 3,9% (в интервале температур 600-800°С). Отсутствие потери массы в диапазоне до 120°С показывает, что в образце мало физически адсорбированной воды.The results of derivatographic analysis (Fig. 2), for which the Q600 derivatorgraph was used, showed the presence of three points of fixation of weight loss: 1.7 and 3.15% (in the temperature range of 200-400°C) and 3.9% (in the temperature range 600-800°C). The absence of mass loss in the range up to 120°C indicates that there is little physically adsorbed water in the sample.
Два пика в диапазоне 200-400°С (потеря веса, %: 1,7 и 3,15) соответственно можно отнести к потере химически адсорбированной воды из гиббеита (см. Bao, Li. Kinetics of А lOOH dissolving in caustic solution studied by hi ghpressure DSC / Li Bao, Ting-an Zhang, Zhi-he Dou, Guo-zhi Lue, Yong-nan Guo, Pei-yuan Ni, Xu-jian Wu, Jia Ma // Transactions of nonferrous metals society of china. - 2011. - V. 21. - №1. - P. 173-178. - doi: 10.1016/S1003-6326(11)60695-X).Two peaks in the range 200-400°C (weight loss, %: 1.7 and 3.15), respectively, can be attributed to the loss of chemically adsorbed water from gibbeite (see Bao, Li. Kinetics of A lOOH dissolving in caustic solution studied by hi ghpressure DSC / Li Bao, Ting-an Zhang, Zhi-he Dou, Guo-zhi Lue, Yong-nan Guo, Pei-yuan Ni, Xu-jian Wu, Jia Ma // Transactions of nonferrous metals society of China. - 2011. - V. 21. - No. 1. - P. 173-178. - doi: 10.1016/S1003-6326(11)60695-X).
В интервале температур 400-650°C может происходить дегидратация диаспора с образованием α-Al2O3. В диапазоне 600-800°С возможно разложение кальцита.In the temperature range 400-650°C, dehydration of the diaspore can occur with the formation of α-Al 2 O 3 . In the range of 600-800°C, decomposition of calcite is possible.
В качестве связующего в составе покрытия использовали жидкое стекло.Liquid glass was used as a binder in the coating composition.
Плотность покрытий определяли ареометрическим способом по ГОСТ 17022-78. Для определения вязкости использовали вискозиметр ВЗ-4 (ГОСТ 8420-74). Седиментационную устойчивость через 1, 3 и 24 ч определяли методом отстаивания по ГОСТ 17022-78.The density of the coatings was determined by the hydrometric method according to GOST 17022-78. To determine the viscosity, a VZ-4 viscometer (GOST 8420-74) was used. Sedimentation stability after 1, 3 and 24 hours was determined by the settling method according to GOST 17022-78.
В ГОСТ 10772-78 описана методика определения прочности к истиранию литейных противопригарных покрытий. В работе Сварика, А.А. Покрытия литейных форм / А.А. Сварика. - М.: Машиностроение, 1977. - 216 с. описана методика оценки прочности неводных покрытий на истирание по Гарднеру. Обе методики являются косвенными, и они не дают представление о прочности к истиранию покрытия при высокой температуре. Поэтому на основании этих методик предложена косвенная методика оценки прочности к истиранию покрытия при высоких температурах, приближенных к температуре работы литейных пресс-форм.GOST 10772-78 describes a method for determining the abrasion strength of cast non-stick coatings. In the work of Svarik, A.A. Coatings of foundry molds / A.A. Welding. - M.: Mechanical Engineering, 1977. - 216 p. a method for assessing the abrasion strength of non-aqueous coatings according to Gardner is described. Both methods are indirect, and they do not give an idea of the abrasion resistance of the coating at high temperatures. Therefore, based on these methods, an indirect method for assessing the abrasion strength of a coating at high temperatures close to the operating temperature of casting molds has been proposed.
Суть методики состоит в сравнении состояния покрытия до и после истирания при температуре 400-150°С, т.е. рабочей температуре литейных пресс-форм. Для этого используется установка, которая состоит из источника питания, электродов, нагревателя, выполненного из нихромовой проволоки, стального образца с отверстием под нагреватель, керамической трубки для электрической изоляции нагревателя, подставки под образец, и стенда с воронкой и трубкой. Принцип работы следующий. Для исследований берут образец, выполненный из металла, марка которого соответствует марке металла, из которого выполнена литейная пресс-форма, используемая в реальном производстве. Поверхность образца должна быть чистой (не допускается наличие ржавчины и грязи). Перед использованием на поверхность образца наносят заданную шероховатость. Образец закрепляют таким образом, чтобы он не сдвигался во время испытаний. Источник питания подает ток на нагреватель, который передает тепловую энергию через керамическую трубку непосредственно образцу, в результате чего образец нагревается до заданной температуры. Отмеряют 100 мл готового к использованию покрытия и наносят на поверхность нагретого образца пульверизатором. После нанесения покрытия образец устанавливают под выходным отверстием трубки, через которую на образец ссыпают формовочный песок до тех пор, пока покрытие в месте удара песка не сотрется. Истирание прекращают, когда диаметр разрушенного участка покрытия будет 1,5-2,0 мм. Массу песка, пошедшего на истирание, взвешивают с точностью до 0,01 кг.The essence of the technique is to compare the state of the coating before and after abrasion at a temperature of 400-150°C, i.e. operating temperature of casting molds. For this, an installation is used that consists of a power source, electrodes, a heater made of nichrome wire, a steel sample with a hole for the heater, a ceramic tube for electrical insulation of the heater, a stand for the sample, and a stand with a funnel and tube. The operating principle is as follows. For research, a sample is taken made of metal, the grade of which corresponds to the grade of metal from which the casting mold used in real production is made. The surface of the sample must be clean (rust and dirt are not allowed). Before use, a specified roughness is applied to the surface of the sample. The sample is fixed in such a way that it does not move during testing. The power supply supplies current to the heater, which transfers thermal energy through a ceramic tube directly to the sample, causing the sample to heat to a predetermined temperature. Measure out 100 ml of ready-to-use coating and apply it to the surface of the heated sample with a spray bottle. After coating, the sample is placed under the outlet of the tube, through which molding sand is poured onto the sample until the coating at the point where the sand hits is worn off. Abrasion is stopped when the diameter of the damaged area of the coating is 1.5-2.0 mm. The mass of sand used for abrasion is weighed to the nearest 0.01 kg.
Смачиваемость литейной пресс-формы покрытием на основе красного шлама определяли при температуре 200°С методом лежачей капли.The wettability of a casting mold with a red mud-based coating was determined at a temperature of 200°C by the sessile drop method.
Фазовый состав покрытия оценивали на рентгенофлуоресцентном спектрометре Shimadzu XRF-1800. Для этого готовое покрытие сушили при температуре 100°С до постоянной массы.The phase composition of the coating was assessed using a Shimadzu XRF-1800 X-ray fluorescence spectrometer. To do this, the finished coating was dried at a temperature of 100°C to constant weight.
Изучена область составов покрытий с содержанием красного шлама от 8 до 20 мас. %, фазовый состав которых приведен в табл. 3.The area of coating compositions containing red mud from 8 to 20 wt. has been studied. %, the phase composition of which is given in table. 3.
Основными фазами покрытия на основе красного шлама являются кальцит, геотит, гематит и жидкое стекло. Увеличение процентного содержания красного шлама в составе покрытия влияет только на количественный фазовый состав, так при добавлении красного шлама с 8 до 20 мас. %. содержание основных фаз кальцита и гематита увеличивается примерно на 2 мас. %. Количественное содержание кремнийсодержащих и алюмосодержащих фаз снижается в пределах 1-2 мас. %.The main phases of red mud coating are calcite, geotite, hematite and liquid glass. An increase in the percentage of red mud in the coating composition affects only the quantitative phase composition, so when adding red mud from 8 to 20 wt. %. the content of the main phases of calcite and hematite increases by approximately 2 wt. %. The quantitative content of silicon-containing and aluminum-containing phases decreases within 1-2 wt. %.
Влияние содержания красного шлама в покрытии на физико-химические свойства представлено на фиг. 3-5.The effect of red mud content in the coating on the physicochemical properties is presented in Fig. 3-5.
Вязкость для всех составов исследуемых покрытий составляет 10-11 с.The viscosity for all compositions of the coatings under study is 10-11 s.
Плотность покрытия находится в прямой зависимости от содержания красного шлама (фиг. 3, а) и увеличивается с 1016 до 1123 кг/м3 при 8 и 20 мас. %. красного шлама соответственно.The density of the coating is directly dependent on the content of red mud (Fig. 3, a ) and increases from 1016 to 1123 kg/m 3 at 8 and 20 wt. %. red mud, respectively.
Седиментационная устойчивость через 24 ч при содержании красного шлама в покрытии до 13% составляет 96 мас. %. Дальнейшее увеличение количества красного шлама приводит к снижению седиментационной устойчивости до 93% (содержание красного шлама 17 мас. %) и до 39% (содержание красного шлама 20 мас. %), что можно объяснить агрегацией частиц красного шлама (фиг. 3, б).Sedimentation resistance after 24 hours with a red mud content in the coating of up to 13% is 96 wt. %. A further increase in the amount of red mud leads to a decrease in sedimentation resistance to 93% (red mud content 17 wt.%) and up to 39% (red mud content 20 wt.%), which can be explained by the aggregation of red mud particles (Fig. 3, b) .
Покрытия, содержащие 8-13 мас. % красного шлама, обладают хорошей кроющей способностью, образуя ровный тонкий слой без видимых дефектов (фиг. 5). Кроющая способность покрытий, содержащего 13-20 мас. % красного шлама, неудовлетворительная, так как их нанесение связано с рядом трудностей: покрытие быстро осаждается и поэтому ложится неровно. Введение раствора красного шлама с концентрацией менее 8 мас. % не дает возможности формировать на поверхности литейной пресс-форм слой достаточной толщины (30-50 мкм).Coatings containing 8-13 wt. % of red mud, have good covering ability, forming an even thin layer without visible defects (Fig. 5). Covering power of coatings containing 13-20 wt. % of red mud, unsatisfactory, since their application is associated with a number of difficulties: the coating quickly settles and therefore lies unevenly. Introduction of a red mud solution with a concentration of less than 8 wt. % does not make it possible to form a layer of sufficient thickness (30-50 microns) on the surface of the casting mold.
Результаты исследования смачиваемости показали, что с увеличением содержания красного шлама в составе покрытия краевой угол смачиваемости повышается, что свидетельствует об ухудшении адгезии на границе «покрытие - литейная пресс-форма» (фиг. 3, е, фиг. 4). В связи с тем, что покрытия с содержанием красного шлама 17 и 20 мас. % обладают неудовлетворительной кроющей способностью, испытания на смачиваемость данных покрытий не проводили.The results of the wettability study showed that with an increase in the content of red mud in the coating composition, the contact angle of wettability increases, which indicates a deterioration in adhesion at the “coating - casting mold” boundary (Fig. 3, e, Fig. 4). Due to the fact that coatings containing red mud 17 and 20 wt. % have unsatisfactory covering ability; wettability tests for these coatings were not carried out.
Несмотря на то, что фазовый состав покрытий практически идентичный, уровень физико-химических и технологических свойств покрытий, содержащих 8 мас. % красного шлама, выше по сравнению с другими исследуемыми покрытиями, поэтому данное покрытие было выбрано для опытно-промышленных испытаний при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов.Despite the fact that the phase composition of the coatings is almost identical, the level of physicochemical and technological properties of coatings containing 8 wt. % of red mud is higher compared to other coatings studied, so this coating was chosen for pilot tests in the manufacture of castings from aluminum alloys.
Покрытия наносили методом распыления на поверхность литейных пресс-форм, рабочая температура которых составляла 400°С. Алюминиевый сплав заливали при температуре 710°С.The coatings were applied by spraying onto the surface of casting molds, the operating temperature of which was 400°C. The aluminum alloy was poured at a temperature of 710°C.
В ходе испытаний было изготовлено более 8500 отливок, которые полностью удовлетворяли требованиям предприятия. На ряде литейных пресс-форм (около 30%) присутствует износ покрытия на поверхностях близких к вертикальным частям, что решается местной подкраской. В противном случае возникает металлизация на внутренней поверхности литейных пресс-форм, что приводит к более быстрому их выходу из строя. В случае износа покрытий на поверхности отливок возникают дефекты: повышенная шероховатость поверхности отливки, вырывы, неслитина, неспай.During the tests, more than 8,500 castings were produced, which fully satisfied the requirements of the enterprise. On a number of casting molds (about 30%), there is wear of the coating on surfaces close to the vertical parts, which can be solved by local touch-up. Otherwise, metallization occurs on the inner surface of the casting molds, which leads to faster failure. In case of wear of coatings, defects appear on the surface of castings: increased roughness of the casting surface, tears, non-slate, non-weld.
В таблице 4 приведен состав смеси и технологические свойства покрытия прототипа (пример 1), в таблице 5 приведены составы покрытия и его технологические свойства с учетом заявляемых и заграничных пределов (примеры 2-25), определенные согласно ГОСТ 10772-78. Под толщиной покрытия подразумевается толщина покрытия на внутренней поверхности литейной пресс-формы. В состав смеси добавляется сверх 100% вода в количестве, обеспечивающем указанную плотность покрытия.Table 4 shows the composition of the mixture and technological properties of the prototype coating (example 1), table 5 shows the composition of the coating and its technological properties, taking into account the declared and foreign limits (examples 2-25), determined in accordance with GOST 10772-78. Coating thickness refers to the thickness of the coating on the inner surface of the casting mold. More than 100% water is added to the mixture in an amount that provides the specified coating density.
Как видно из таблицы 5, в примерах 3-5, 14-15 и 23-24 в заявляемых согласно формуле составу компонентах в покрытии, достигаются высокие технологические свойства в жидком состоянии, а именно, высокая седиментационная устойчивость более 90%. Толщина покрытия находится в заданных пределах.As can be seen from Table 5, in examples 3-5, 14-15 and 23-24, in the components in the coating declared according to the composition formula, high technological properties are achieved in the liquid state, namely, high sedimentation resistance of more than 90%. The thickness of the coating is within the specified limits.
В примерах 2, 7-12 и 22 также достигаются высокие значения технологических свойств покрытий, однако толщина покрытия на поверхности литейной пресс-формы составляет менее 30 мкм, т.е. покрытие образует очень тонкий слой на поверхности литейных пресс-формы.In examples 2, 7-12 and 22, high values of technological properties of coatings are also achieved, however, the thickness of the coating on the surface of the casting mold is less than 30 microns, i.e. The coating forms a very thin layer on the surface of the casting mold.
В примерах 17-21 у покрытий седиментационная устойчивость низкая, что приводит к быстрому расслоению покрытия и вызывает трудности при его нанесении на поверхность литейной пресс-формы.In examples 17-21, the coatings have low sedimentation resistance, which leads to rapid delamination of the coating and causes difficulties when applying it to the surface of the casting mold.
В примерах 6, 16 и 25 приведены составы покрытий с низким уровнем технологических свойств, толщина покрытия на поверхности литейной пресс-формы превышает заданные значения, чем требуется на поверхности литейной пресс-формы.Examples 6, 16 and 25 show coating compositions with a low level of technological properties; the thickness of the coating on the surface of the casting mold exceeds the specified values than is required on the surface of the casting mold.
Таким образом, результаты исследований и испытаний показывают, что разработанное покрытие на основе красного шлама для литейных пресс-форм по уровню технологических свойств в жидком состоянии, а именно, высокой седиментационной устойчивостью с обеспечением толщины слоя покрытия на поверхности литейных пресс-форм, равную 30-50 мкм, согласно результатам опытно-промышленных испытаний, может быть рекомендовано для использования в литейных цехах.Thus, the results of research and testing show that the developed coating based on red mud for foundry molds in terms of technological properties in the liquid state, namely, high sedimentation resistance, ensuring a coating layer thickness on the surface of foundry molds equal to 30- 50 microns, according to the results of pilot tests, can be recommended for use in foundries.
С учетом приведенного описания изобретения объем правовой охраны испрашивается для разделительного покрытия для литейных пресс-форм, содержащее наполнитель, связующее, в качестве которого использовано жидкое стекло, и воду, при этом в качестве наполнителя использована суспензия красного шлама, при следующем соотношении компонентов, мас. %:Taking into account the above description of the invention, the scope of legal protection is requested for a release coating for foundry molds containing a filler, a binder, which is liquid glass, and water, with a suspension of red mud used as a filler, in the following ratio of components, wt. %:
60-70 суспензия красного шлама с содержанием красного шлама 8-13 мас. %;60-70 red mud suspension with a red mud content of 8-13 wt. %;
30-40 жидкое стекло30-40 liquid glass
и сверх 100% вода в количестве, обеспечивающей плотность покрытия 1000-1050 кг/мм3.and over 100% water in an amount ensuring a coating density of 1000-1050 kg/mm 3 .
Покрытие предпочтительно наносится на поверхность литейной пресс-формы слоем толщиной 30-50 мкм. Как правило, основными фазами покрытия являются кальцит, геотит, гематит и жидкое стекло, основной фазовый состав красного шлама содержит гематит, канкринит, каоленит, анатаз, рутил, перовскит, суспензия красного шлама выполнена однородной.The coating is preferably applied to the surface of the casting mold with a layer thickness of 30-50 microns. Typically, the main phases of the coating are calcite, geotite, hematite and liquid glass, the main phase composition of the red mud contains hematite, cancrinite, kaolenite, anatase, rutile, perovskite, the red mud suspension is made homogeneous.
Claims (8)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812422C1 true RU2812422C1 (en) | 2024-01-30 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2840549C1 (en) * | 2024-11-22 | 2025-05-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Сибирский федеральный университет | Parting coating for casting metal moulds |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867225A (en) * | 1988-03-23 | 1989-09-19 | Farley, Inc. | Coated expendable cores for die casting dies |
| RU2521540C2 (en) * | 2012-10-19 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Синтез-Плюс" | Thermostable ceramic composite |
| RU2604163C1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Parting coating for casting moulds |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867225A (en) * | 1988-03-23 | 1989-09-19 | Farley, Inc. | Coated expendable cores for die casting dies |
| RU2521540C2 (en) * | 2012-10-19 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Синтез-Плюс" | Thermostable ceramic composite |
| RU2604163C1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Parting coating for casting moulds |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| John R. Brown - Foseco Non-Ferrous Foundryman’s Handbook - с. 129, табл. 10.2, 2000. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2840549C1 (en) * | 2024-11-22 | 2025-05-26 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Сибирский федеральный университет | Parting coating for casting metal moulds |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jamwal et al. | Microstructural, tribological and compression behaviour of Copper matrix reinforced with Graphite-SiC hybrid composites | |
| Ozturk et al. | Microstructure, wear and corrosion characteristics of multiple-reinforced (SiC–B4C–Al2O3) Al matrix composites produced by liquid metal infiltration | |
| JP2013180344A (en) | Mold and facecoat composition and method for casting titanium and titanium aluminide alloy | |
| Senapati et al. | Use of waste flyash in fabrication of aluminium alloy matrix composite | |
| Apasi et al. | Improving mechanical properties of aluminium alloy through addition of coconut shell-ash | |
| Ekambaram et al. | Synthesis and characterization of aluminium alloy AA-6061–alumina metal matrix composite | |
| Lopes et al. | Effect of yttria mould coating on the investment casting of AZ91D-1 wt% CaO magnesium alloy | |
| Sinha et al. | Influence of mold material on the mold stability for foundry use | |
| RU2812422C1 (en) | Release coating for casting moulds | |
| Chate et al. | Synthesis and characterization of Fe2O3 nanoparticles reinforced to recycled industrial aluminium scrap & waste aluminium beverage cans for preparing metal matrix nanocomposites | |
| Singh et al. | EffEct of DiffErEnt cEramic rEinforcEmEnts on microstructurE, mEchanical ProPErtiEs anD tribological bEhaviour of thE al6082 alloy ProDucED by stir casting ProcEss | |
| Geetha et al. | The effects of ageing temperature and time on mechanical properties of A356 aluminium cast alloy with red mud addition and treated by T6 heat treatment | |
| CN105960296B (en) | Silicon carbide-containing casting mold and surface coating composition and method of casting titanium and titanium aluminide alloys | |
| Cao et al. | Effect of precipitation and sedimentation of primary α-Fe phase on liquid metal quality of cast Al–11.1 Si–0.4 Mg alloy | |
| Wang et al. | Influence of flux containing YCl3 additions on purifying effectiveness and properties of Mg–10Gd–3Y–0.5 Zr alloy | |
| Senthilkumar et al. | Evaluation of mechanical properties of Al-6082 based hybrid metal matrix composite | |
| Kovbasiuk et al. | The effect of the modification by ultrafine silicon carbide powder on the structure and properties of the Al-Si alloy | |
| Zielińska et al. | Surface modification, microstructure and mechanical properties of investment cast superalloy | |
| JP2010042418A (en) | Method of manufacturing particle-reinforced aluminum composite material | |
| Lim et al. | The reduction of dendrite ARM spacing using a novel pressure-assisted investment casting approach | |
| Reddy et al. | Interfacial Reaction between Magnesium Alloy and magnesia Ceramic Shell Mold | |
| Scampone et al. | The influence of sealing processes and machining operations on the scratch and wear resistance of anodized AlSi9Cu3 (Fe) diecasting alloy | |
| Reddy | Development of Alumina Investment Shell Molds to Cast 7075 Al-Alloy | |
| Pandey et al. | Tensile and dry sliding wear properties of compo-cast SiO2 coated ABOw/Al-319 composites | |
| RU2822108C1 (en) | Casting mould release coating |