3 (72), 2013 174 / УДК 621 .74 Поступила 17.09.2013 к. Э. БАРАНоВский, Н. и. уРБАНоВич, о. с. коМАРоВ, и. Б. ПРоВоРоВА, БНту, В. и. ВолосАтикоВ, Минобразования РБ, А. и. лецко, ГНПо ПМ примеНеНие отходов, содержащих НаНораЗмерНые и улЬтрадисперсНые частицы в составе модиФикатора для серого чугуНа Показана возможность использования наноразмерных и ультрадисперсных частиц, полученных из отходов произ- водства, для изготовления модификаторов серого чугуна. The opportunity of use ultrafine and nanosized particles obtained from production waste, for the manufacture of cast iron modifiers was shown. Улучшение литейно-механических свойств отли- вок из серого чугуна невозможно без эффективного их модифицирования . Обязательной технологиче- ской операцией при производстве тонкостенных от- ливок является графитизирующее модифицирование для устранения отбела . Используемые в настоящее время традиционные модификаторы исчерпали ре- сурс повышения их эффективности . Поэтому являет- ся актуальной разработка новых модификаторов, бо- лее эффективных по сравнению с традиционными . Одно из перспективных направлений создания новых модификаторов − использование нанораз- мерных и ультрадисперсных частиц, позволяющих повысить эффективность внепечной обработки, механические и служебные свойства материалов отливок при одновременном снижении расхода модифицирующих добавок до 0,01–0,1% [1,2] . В качестве ультра- и нанодисперсных частиц мо- гут использоваться химические соединения в виде оксидов, карбидов, боридов и т . д . Следует отме- тить, что получение ультра- и нанодисперсных ча- стиц требует применения специальных методов их получения и дорогостоящего оборудования, что существенно повышает их стоимость и сдержива- ет широкое применение их для модифицирования . Целью данной работы является изучение воз- можности использования отходов производства, из которых после несложной переработки можно по- лучить наноразмерные и ультрадисперсные части- цы для изготовления модификаторов . К таким от- ходам относятся отработанный спеченный погло- титель химической промышленности из Al2O3 и шламы травления алюминиевых деталей, содер- жащих Al(OH)3 . Из данных отходов золь-гель-мето- дом получают гидроксид алюминия [3], после про- каливания которого при 650 °С образуется оксид алюминия, состоящий из слипшихся чешуек разме- ром 500–600 нм, причем толщина каждой чешуйки менее 100 нм (рис . 1) . Опробование полученного по- рошка в чистом виде для модифицирования не дало положительных результатов, так как он не замеши- вался в расплаве чугуна . Поэтому с целью лучшего усвоения и увеличения модифицирующего эффекта провели механическое легирование порошка алюми- ния 10%-ной добавкой в виде нано- и ультрадисперс- ных частиц оксида алюминия [4] . Другим отходом производства, который может быть использован для изготовления модификато- Рис . 1 . Ультра- и нанодисперсные частицы Al2O3 3 (72), 2013 / 175 ров с ультрадисперсными частицами, является от- ход, образующийся при разрезании металлической проволокой слитков монокристаллического крем- ния в полиэтиленгликоле, где в качестве абразив- ного вещества используется карбид кремния . Дан- ный отход представляет собой смесь частиц карби- да кремния и кремния в жидком полиэтиленглико- ле . Для получения сухой фракции его сушили при 200 °С, в результате сушки полиэтиленгликоль испа- рялся и частично разлагался с образованием ультра- дисперсной сажи . Полученный таким образом поро- шок представляет собой смесь ультрадисперсных частиц, состоящих из 62–64% частиц карбида крем- ния размером 5–10 мкм, 30–32% частиц кремния раз- мером 0,3–0,5 мкм и остальное – ультрадисперсные частицы сажи (рис . 2) . Содержащиеся в высушенном отходе ультрадисперсные частицы SiC, Si, C при мо- дифицировании расплава серого чугуна будут спо- собствовать зародышеобразованию графитной фазы и таким образом снижению отбела в отливках . Вве- дение в расплав полученных ультрадисперсных ча- стиц SiC, Si, C в виде порошка или спеченных ком- пактных частиц размером 0,4–0,8 мм не дало мо- дифицирующего эффекта . Частицы модификатора всплывали, коагулировали и плохо замешивались в расплаве . В связи с этим для лучшего их усвоения провели механическое легирование порошка алюми- ния 10%-ной добавкой высушенных отходов . Для изучения возможности использования на- норазмерных и ультрадисперсных частиц, полу- ченных из отходов, применяли следующую техно- логию модифицирования . Из механически легиро- ванного порошка алюминия, содержащего 10% нано-и ультрадисперсных частиц, изготавливали прессованием брикеты . Серый чугун плавили в се- литовой печи, перегревали в тигле до 1400 °С, в расплавленный металл вводили 0,1 % модифика- тора в виде брикета, после чего заливали стержне- вые формы клиновидных проб на отбел . На рис . 3 показаны фотографии изломов кли- новидной пробы на отбел: чугуна исходного соста- ва без добавки (рис . 3, а), чугуна с добавкой 0,1 % модификатора, содержащего 10% нано- и ультра- дисперсных частиц Al2O3 (рис . 3, б), чугуна с до- бавкой 0,1 % модификатора, содержащего 10% сме си ультрадисперсных частиц SiC, Si, C (рис . 3, в) . Ана- лиз макроструктур изломов показал, что использо- вание модификатора с нано- и ультрадисперсными частицами позволяет уменьшить зону отбела в 2,5– 3,0 раза . Выводы 1 . Нано- и ультрадисперсные частицы, полу- ченные из отходов производства, введенные в рас- плав в виде механически легированного порошка алюминия эффективно снижают отбел в сером чу- гуне . 2 . Применение нано- и ультрадисперсных ча- стиц позволяет уменьшить количество модифици- рующего компонента в составе модификатора . 3 . Использование отходов производства позво- ляет упростить и удешевить получение нано- и ультра- дисперсных частиц . Рис . 2 . Смесь ультрадисперсных частиц Рис . 3 . Макроструктура клиновидной пробы на отбел из серого чугуна: а – без добавки; б – 0,1% (Al + 10% Al2O3); в − 0,1% (Al + 10% смесь ультрадисперсных частиц) Литература 1 . Х р ы ч и к о в В . Е ., К а л и н и н В . Г . Ультрадисперсные модификаторы для повышения качества отливок // Литейное производство . 2007 . № 7 . С . 2–5 . 2 . Патент RU 93030977 УДП-модификатор для обработки чугуна / В . В . Шатов, В . И . Комляков, С . П . Павлов, В . Т . Кали- нин, 1996 . 3 . Влияние технологических параметров на выделение дисперсных частиц Al(OH)3 из пересыщенного раствора NaAlO2 / О . С . Комаров, Л . В . Судник, В . С . Нисс, В . И . Волосатиков, И . Б . Проворова // Сб . докл . 8-го междунар . симпозиума . Порошко- вая металлургия . Минск 10–12 апреля 2013 г . С . 225–231 . 4 . К о м а р о в О . С ., У р б а н о в и ч Н . И ., В о л о с а т и к о в В . И . Повышение эффективности модификаторов для серого чугуна // Литье и металлургия . 2012 . № 1 . С . 97–98 .