Евстифеев Е.Н.1, Савускан Т.Н.2
1Доктор технічних наук, доцент; 2кандідат хімічних наук, доцент,
Донський державний технічний університет
ДОСЛІДЖЕННЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ФОРМ НА ОСНОВІ РІДКОГО скла, обробити розчином СОЛЕЙ
анотація
У статті наводяться результати дослідження фізико-хімічних процесів, що протікають при сушінні і прожаренні в керамічних формах на основі рідкого скла, оброблених розчинами солей кальцію, хрому та алюмінію.
Ключові слова: оболонкові форми, рідке скло, розчини солей.
Evstifeev EN1, Savuskan TN2
1PhD in Science, Associate Professor; 2Candidate of Science in Chemistry, Associate Professor, Don State Technical University.
STUDY OF THE CERAMIC FORM ON THE BASIS OF LIQUID GLASS , PROCESSED SALT SOLUTIONS
Abstract
The article presents the results of investigation of physical -chemical processes in drying and calcination in ceramic forms on the basis of liquid glass , processed salts of calcium, chromium and aluminum.
Key words: shell form, liquid glass, solutions of salts.
Метод лиття по виплавлюваних моделях, завдяки ряду переваг перед іншими способами отримання важкооброблюваних складних виливків з жароміцних і жаростійких сплавів, набув широкого поширення в Росії і за кордоном, особливо з розвитком реактивної авіації і ракетобудування.
Найбільш поширеним сполучною в цьому методі отримання точних виливків є гідролізований розчин етилсилікату. Однак це сполучна має недоліки - повідомляє формам на кварцовою основі схильність до розтріскування, має високу вартість [1].
Сполучні на етілсілікатной основі містять 20-70% води, тому найважливішою умовою отримання міцних керамічних форм є гарантована сушка кожного шару покриття. Для цього в сушильній камері повинні бути забезпечені максимально допустима температура і інтенсивний повітрообмін, а форми мати мінімальну вологість. Тому застосування форм, в яких всі шари виготовляються на основі гідролізованого етилсилікату, викликає серйозні труднощі.
Розроблено також сполучні на основі колоїдної двоокису кремнію. Більшість з них не дають помітного поліпшення якості форм, крім того, кремнезоля має обмежену живучість, дуже дефіцитний і дорогий продукт.
Застосовують сполучні і на основі оксінітратних солей хрому і алюмінію. Вони дають можливість виготовляти форми з електрокорунду і інших вогнетривких наповнювачів для виливків з титану і хрому. Кращими сполучними властивостями володіє дігідроксохлорід хрому (III) Cr (OH) 2Cl. Керамічні форми з цим сполучною мають високу вогнетривкість.
В якості сполучного матеріалу при литті по виплавлюваних моделях широкого поширення набуло також нетоксичний рідке скло. Його отримують в автоклавах шляхом розчинення у воді при нагріванні силікат-брили. Склад рідкого скла може бути виражений наступною загальною формулою:
Me2O · n SiO2 · m H2O,
де Me2O може бути Na2O і K2O.
Без хімічної обробки рідке скло використовувати в зміцнюючих шарах оболонки для отримання точних виливків важко, так як виливки виходять з ужінамінамі через випинання всередину порожнини форми облицювального шару під дією стискаючих зусиль, що виникають внаслідок усадки покриття.
Хімічна обробка жидкостекольной оболонки кислотами і солями амонію не дозволяє отримати якісну форму через її низьку міцність як в «сирому» стані, так і при високих температурах.
Відомий також спосіб обробки жидкостекольной оболонки розчинами солей алюмінію, проте і він не забезпечує високих характеристик міцності властивостей оболонки після прожарювання і не дає можливість поєднати операцію обробки з виплавленням моделі форми.
Перспективно використання для обробки жідкостекольних форм розчинів хлориду кальцію і кислих фосфатів хрому і алюмінію.
Імовірність протікання хімічних реакцій в оболонкових формах, оброблених зазначеними вище солями, визначали за методом ізобарно-ізотермічних потенціалів.
Як показують розрахунки, найбільш імовірною реакцій, що йде при обробці жідкостекольних форм розчином хлориду кальцію [2], є:
6 (Na2O · 2SiO2) + 6CaCl2 + H2O = 6CaO · 6SiO2 · H2O + 12NaCl + 6SiO2
З рівняння реакції видно, що в результаті взаємодії силікатів натрію з хлоридом кальцію утворюються оксид кремнію, хлорид натрію і гідросилікати кальцію типу волластонита, які грають роль сполучних непрокалённих форм. Наявність їх в обробленої оболонці доведено рентгенографічними дослідженнями.
При прокалке форм з них спочатку видаляється гігроскопічна вода, а потім в інтервалі температур 110-770 ° С відбувається дегідратація гідросилікатів кальцію. Безводний силікат кальцію CaO · SiO2 вступає в реакцію з хлоридом натрію з утворенням силікатів типу пектоліта - Na2O · 4CaO · 6SiO2:
2NaCl + 4 (CaO · SiO2) + 2SiO2 + 2H2O = Na2O · 4CaO · 6SiO2 · H2O + 2НCl
Крім того, при нагріванні в керамічної оболонці ймовірно протікання ще й наступних реакцій:
4NaCl + O2 + 4SiO2 = 2Cl2 + 2 (Na2O · 2SiO2)
2CaCl2 + O2 = 2CaO + 2Cl2
CaCl2 + H2O = CaO + 2НCl
Речовини, що утворюються в результаті прожарювання оболонок, є для них сполучними. Температури плавлення цих сполук вище, ніж силікату натрію: волластонита - 1540 оС, пектоліта -1490 оС, оксиду кальцію - 2570 оС. Цим пояснюється відсутність разупрочнения оболонки при температурах прожарювання.
Крім хлориду кальцію для обробки жідкостекольних форм використовували алюмохромфосфатне зв'язку (АХФС), що представляє собою розчин кислих фосфорнокислий солей хрому і алюмінію. Склад зв'язки може бути представлений наступною формулою: Cr n Al4- n (H2PO4) 12, де n = 1,2,3. Вона складається не тільки з цих кислих солей, але і невеликої кількості інших фосфатів: Cr n Al4- n (HPO4) 6 і Cr n Al4- n (PO4) 4.
Для моделювання складних хімічних процесів, що протікають при обробці жидкостекольной оболонки розчином АХФС, а також процесів, що розвиваються в умовах прожарювання, доцільно розглянути взаємодію фазових комплексів водних розчинів алюмохромфосфатне зв'язки і метасилікат натрію.
Що входять до складу розчину АХФС солі піддаються гідролізу з утворенням основних фосфатів хрому і алюмінію. Хімічна рівновага у водному розчині, що містить, наприклад, CrAl3 (H2РО4) 12, можна представити рівнянням:
CrAl3 (H2РО4) 12 + 8H2O Cr (OH) 2H2РО4 + 3Al (OH) 2H2РО4 + 8H3РО4
З цієї причини подвійну систему CrAl3 (H2РО4) 12 - H2O можна розглядати як потрійну взаимною систему з чотирма різними катіонами:
Cr3 +, 3Al3 +, Cr (OH) 2 +, 3Al (OH) 2 + // 16H2РО4- - H2O.
Водний розчин метасилікат натрію, званий рідким склом, через гідролізу має різко лужну реакцію:
2Na2SiO3 + H2O Na2Si2O5 + 2NaOH
Поряд з Na2SiO3 в рідкому склі міститься Na2Si2O5 і більш складні силікати натрію. З урахуванням сказаного, водний розчин рідкого скла можна також представити як фазовий комплекс у вигляді потрійний взаємної системи з одним катіоном:
8Na + // 2SiO32-, Si2O52-, 2OH- - H2O.
Таким чином, хімічну обробку жидкостекольной сполучного оболонкових форм алюмохромфосфатне зв'язкою можна моделювати як взаємодія двох розглянутих вище фазових комплексів.
Крім того, при прожаренні оболонкової форми можливі і процеси, що відбуваються в АХФС - видалення механічно примешанной, потім зв'язаної води і, нарешті, остаточна дегідратація солей алюмінію і хрому:
Як видно з рівнянь представлених реакцій в оболонці утворюється цілий ряд фосфатних сполук з більш високою температурою плавлення, ніж силікати натрію, що забезпечує міцність форми.
література
1. Шкленник Я.І., Баранов А.В, Іванов В.М. та ін. Лиття по виплавлюваних моделях. - М .: Машинобудування, 1961.- 455 с.
2. А. с. 1025478 СРСР. МКІ В 22 С 9/04. Розчин для обробки керамічних ливарних форм / Синюшин Ю.С., Евстифеев Е.Н., Полінец В.А. Заявл. 05.11.76; Опубл. 1978, Бюл. № 8. - 2 с.
<
