28 / 4 (77), 2014 УДК 621 .74 Поступила 04.11.2014 О. С. КОМАРОВ, Е. В. РОЗЕНБЕРГ, Т. Д. КОМАРОВА, БНТУ, К. Э. БАРАНОВСКИЙ, УП «Научно-технологический парк БНТУ «Политехник» ПОИСК СОСТАВОВ ЛИТЕЙНЫХ КРАСОК Сравнительные исследования литейных красок показали, что наиболее приемлемой основой для них является дис- тенсиллиманит, а в качестве связующего можно использовать раствор алюмината натрия. Comparative researches of foundry paints showed that the most acceptable basis for them is disthenesillimanite and it is possible to use sodium aluminate solution as a binding agent. Составы литейных красок отличаются много- образием и их выбор определяется типом заливае- мого сплава, а также технологией изготовления от- ливок . В проведенных исследованиях не ставили задачу определения состава краски для конкретных условий производства отливок, а изучали поведение красок с различными видами огнеупорного наполнителя и связующего . В зависимости от поведения красок различного состава при нанесении на рабочую по- верхность в процессе сушки и последующего нагре- вания судили о возможности их использования в конкретных условиях производства . Работу проводили в два этапа . На первом этапе определяли вид огнеупорного наполнителя . Для этого изготавливали краски на основе маршалита, оксида алюминия, цирконового концентрата и дис- тенсиллиманита . В качестве связующего исполь- зовали лингосульфанат . При выборе исходных ма- териалов предпочтение отдавали недефицитным, желательно отечественного производства материа- лам . Краски различного состава наносили кисточ- кой на керамическую пластинку и после сушки методом царапания заостренным стержнем субъ- ективно оценивали прочность покрытия (метод Мооса [1]) . В связи с огромным объемом исследо- ваний проводить оценку прочности по общепри- нятой методике [2] считали нецелесообразным . При выборе базового наполнителя, кроме прочно- сти после сушки, оценивали способность давать равномерное покрытие, прочность сцепления с под- ложкой, термостойкость, чистоту окрашенной по- верхности, а также стоимость, доступность и эко- логичность материала . После окрашивания краски нагревали до 110, 450 и 950 ºС . В связи с наличием легкоплавких примесей маршалит спекался и осте- кловывался при 950 ºС . Краски на основе оксида алюминия не имели практически никакой прочно- сти при 450 и 950 ºС . Цирконовый концентрат был отвергнут из-за дороговизны и не экологичности (слабо радиоактивен) . Результаты исследований по оценке свойств огнеупорных наполнителей приве- дены в таблице . Оценка свойств огнеупорных наполнителей Свойства Огнеупорный наполнитель маршалит SiO2 оксид алюминия Al2O3 цирконовый концентрат Zr2SiO4 дистен- силлиманит Al2O3·SiO2 Термостойкость − + + + Доступность + − − + Наличие местного сырья + − − − Экологичность + + − + Стоимость + − − + Технологичность + − + + П р и м е ч а н и е: плюс − удовлетворительно; минус – не удовлетворительно . В результате проведенных экспериментов уста- новлено, что наилучшим комплексом свойств об- ладает дистенсиллиманит – материал на базе си- ликатов алюминия . Структура краски на основе дистенсиллиманита, силиката циркония и оксида алюминия с лингосульфанатом после сушки при 100–120ºС показана на рис . 1 . Как видно из рисунка, пластинчатая форма ча- стиц дистенсиллиманита обеспечивает известную из практики высокую газопроницаемость краски . Оксид алюминия и силикат циркония обладают меньшей газопроницаемостью, что связано с более / 29 4 (77), 2014 плотным расположением частиц и неоднородно- стью фракционного состава . Невысокая прочность краски на основе оксида алюминия, скорей всего, связана с формой частиц и их структурой . На втором этапе исследований проводили экс- перименты по изучению поведения красок на основе дистенсиллиманита с различными связую- щими . В качестве связующих использовали линго- сульфанат, жидкое стекло и алюминат натрия (NaAlO2) . Связующее (лингосульфанат и жидкое стекло) добавляли в краску в количестве, принятом на литейных предприятиях [3] . Количество алюми- ната натрия в составе красок устанавливали экспе- риментальным путем . В качестве критерия оценки служила твердость (прочность) покрытия, уста- новленная по описанной ранее методике [4], после нагрева красок до 110, 400, 750, 1300 ºС . Результа- ты экспериментов приведены на рис . 2 . Как следует из полученных данных, краски на основе лингосульфаната в качестве связующего теряют прочность уже после нагревания свыше 400ºС, что связано с деструкцией органического связующего . Аналогично поведение краски с жид- ким стеклом . Падение прочности связано с растре- скиванием отвердевшего жидкого стекла . Алюми- Рис . 1 . Излом красок (связующее− лигносульфанат) после сушки 120ºС: а – оксид алюминия; б – цирконовый концентрат (силикат циркония); в – дистенсиллиманит Рис . 2 . Зависимость твердости красок от температуры нагре- ва: 1 – связующее – жидкое стекло; 2 – связующее – лигно- сульфанат; 3 – связующее – алюминат натрия 30 / 4 (77), 2014 нат натрия обеспечивает стабильное значение проч- ности в пределах исследованных температур . Характерно, что после нагревания до 1300 ºС все связующие обеспечили сопоставимые по вели- чине высокие значения прочности . Вероятно, это связано со спеканием кромок частиц дистенсилли- манита и образованием мостов между ними . Для проверки этой гипотезы повысили температуру и время выдержки краски с лингосульфанатом . На рис . 3 показана структура краски после нагревания до 1300 и 1450 ºС . Выдержка в обоих случаях со- ставляла 10 мин . Твердость краски после выдержки 1300 ºС в тече- ние 10 мин составила 35 HV, а твердость краски после 1450 ºС – 45HV, что свидетельствует о более интен- сивном спекании краски, которое привело к увели- чению твердости . Хорошо заметно наличие мостов в первом случае и оплавление пластин во втором . Выводы Проведенные исследования позволили устано- вить, что для условий Республики Беларусь наибо- лее приемлемой основой литейных красок следует признать дистенсиллиманит . При температурах бо- лее 1000ºС прочность красок на основе дистенсил- лиманита увеличивается за счет спекания . Показано, что алюминат натрия может быть применен в качестве связующего вместо жидкого стекла и лигносульфаната, но необходимо прове- сти исследования по определению соотношения NaOH и Al(OH)3, а также по процентному содер- жанию алюмината натрия в растворе и величине его добавки в краску . Рис . 3 . Излом красок после нагрева до температур 1300 °С (а) и 1450 ºС (б) Литература 1 . Б у л а х А . Г . Общая минералогия . Санкт-Петербург: Изд-во Санкт-Петерб . ун-та, 1999 . 2 . С в а р и к а А . А . Покрытия литейных форм . М .: Машиностроение, 1977 . 3 . Технологии процессов смесеприготовления и изготовления песчаных литейных форм / Д . М . Кукуй [и др .] . Минск: БНТУ, 2009 . 4 . К о м а р о в О . С ., Б а р а н о в с к и й К . Э ., Р о з е н б е р г Е . В ., К о м а р о в а Т . Д . Методика определения проч- ности противопригарных красок // Литье и металлургия . 2014 . № 4 . С . 31–32 .