Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Противопригарные краски и покрытия

05.11.2018

Для борьбы с пригаром при литье в сырые формы в смесь вводят противопригарные добавки или наносят на поверхность формы припылы и порошковые покрытия. При чугунном литье в качестве противопригарных добавок применяют углеродсодержащие вещества (каменноугольный порошок, мазут, масла), а в смесь для стального литья вводят пылевидный кварц (маршаллит), который заполняет поры смеси, или добавляют вещества, способствующие спеканию смеси, окислению металла и образованию легкоотделимого пригарного слоя (оксиды железа, сульфаты). Для предотвращения пригара при изготовлении отливок в сухих формах применяют противопригарные покрытия в виде красок, паст и натирок.

Противопригарные краски представляют собой суспензии, состоящие из порошкообразного огнеупорного наполнителя, связующего и стабилизатора, распределенных в дисперсной среде - воде или органической жидкости. Краска должна обладать высокой огнеупорностью, химической нейтральностью по отношению к расплаву и его оксидам, высокой седиментационной устойчивостью, высокой прочностью сцепления с поверхностью формы. Слой краски после высыхания должен быть негигроскопичным, негазотворным и сохранять прочность до образования в отливке достаточно жесткой твердой корки.

Свойства противопригарных покрытий. Чтобы обеспечить качественную поверхность отливок, противопригарные покрытия должны обладать определенными физическими, технологическими и рабочими свойствами. К ним относятся:

• вязкость - свойство жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой;

• кроющая способность - свойство краски равномерно распределяться на окрашиваемой поверхности и хорошо сцепляться с ней, образуя защитный слой требуемой толщины. Обычно это свойство краски оценивают визуально по внешнему виду окрашенной формы или стандартного образца. Во время нанесения краска не должна «тянутся» за кистью, образовывать на окрашиваемой поверхности подтеки, а после отверждения не должна трескаться и отслаиваться;

• тиксотропия - способность коллоидных растворов и высокодисперсных суспензий, являющихся вначале жидкими, загустевать стечением времени при постоянной температуре и снова «разжижаться» при механическом воздействии (перемешивании, встряхивании) или нагреве. Явление тиксотропии объясняется тем, что в коллоидном растворе или суспензии образуются легко разрушающиеся элементы структуры. Механическое разрушение тиксотропной структуры и ее последующее восстановление может быть повторено многократно без изменения свойств дисперсной системы;

• фильтрация и кольматация. Фильтрация - проникновение жидкой фазы суспензии через слой частиц покрытия и формовочной смеси в глубь формы. Кольматация - осаждение в порах и на поверхности формы мелких частиц краски. Фильтрация жидкой фазы краски в толщину формы способствует лучшей сцепляемости покрытия и упрочнению поверхности формы, так как растворитель краски содержит связующие вещества. Кольматация взвешенных частиц краски в порах уплотненной смеси уменьшает размер пор или закупоривает их и тем самым препятствует проникновению жидкого металла в поры формы. При формировании слоя покрытия фильтрация и кольматация протекают совместно. Интенсивность этих процессов определяется способностью краски смачивать пленки связующего материала формовочной смеси, набуханием связующего смеси в растворителе краски, дисперсностью наполнителя, а также пористостью стенок формы. Продолжительность высыхания слоя краски зависит от концентрации паров растворителя в воздухе над окрашенной поверхностью, следовательно, от интенсивности удаления паров растворителя в окружающую среду. На открытых поверхностях формы благодаря свободной конвекции воздуха краска высыхает быстрее, чем в углублениях формы, где пары растворителя в воздухе удаляются преимущественно путем диффузии. Поэтому продолжительность высыхания краски надо контролировать по времени, необходимому для полного отверждения слоя в условиях, имитирующих сложные поверхности форм и стержней с различными заглублениями;

• живучесть - способность краски сохранять свои первоначальные свойства с течением времени;

• гигроскопичность - способность впитывать в себя влагу после высыхания;

• эрозионная стойкость - отсутствие частичного или полного разрушения покрытия под влиянием потока жидкого металла;

• газопронициемостъ - способность пропускать газы через слой нанесенного на поверхность формы или стержня покрытия;

• прочность сцепления покрытия с формой.

Особое значение из всех перечисленных свойств имеет вязкость, так как посредством нее можно подойти к решению проблемы пригара, исследуя реологические свойства красок. Увеличение содержания связующего в составе краски приводит к возрастанию прочности сцепления в результате фиксации большого количества крепителя во внутренних слоях покрытия. Однако чрезмерное повышение содержания связующего в краске ведет к значительному перенасыщению им наружного слоя при сушке и является причиной растрескивания покрытия.

Для увеличения прочности сцепления покрытия целесообразно снижать содержание растворителя. Уменьшение количества жидкости в покрытии без ухудшения его способности к нанесению возможно при переводе краски в структурируемое тиксотропное состояние.

Стабилизирующие добавки (бентонит, каолинит) наиболее склонны к созданию в водных суспензиях тиксотропных структур, причем ввиду повышенной набухаемости бентонита данный материал способен обеспечить требуемые упруго-пластические свойства растворов при более низких концентрациях, чем каолиновая глина.

Тиксотропные свойства каолинитовых растворов лучше проявляют себя в щелочной среде, что способствует увеличению исходной прочности структуры, а кислая среда ее уменьшает. Наибольшее возрастание статического напряжения сдвига в слое краски наблюдается у каолинивой глины при добавлении к ней NaOH.

Прочность покрытия в значительной степени зависит от равномерности обволакивания зерен огнеупорного наполнителя связующей добавкой: чем больше поверхность зерен, тем труднее осуществить ее обволакивание. Для облегчения обволакивания стремятся к снижению вязкости связующего.

Кроме связующих добавок в водные покрытия вводятся, как правило, стабилизирующие добавки, обычно глины, обладающие высокой набухающей способностью. Эта добавка в процессе сушки претерпевает значительную усадку. Глина, содержащаяся в красках, при высыхании дает усадку, превышающую во много раз изменение размеров, свойственное формовочной смеси, а следовательно, вызывает напряжения, приводящие к растрескиванию сухой краски. По общепринятым представлениям, образование металлизированного пригара, связанного с напряжениями в покрытиях и форме, зависит от свойств формовочных материалов, а также от температуры и скорости заливки в форму металла. По вине формы дефект подобного рода возникает вследствие появления зон конденсации влаги, повышения газового давления в порах смеси или снижения прочности смеси при высоких температурах.

Важное значение при применении наполнителей имеет гранулометрическая структура, которая определяет, с одной стороны, противопригарность покрытия (минимально возможные капилляры), а с другой - комплекс технологических и служебных свойств: склонность к расслоению, легкость нанесения, формирование требуемого слоя покрытия без подтеков, кроющую способность, устойчивость к образованию трещин при сушке, прочность сцепления, вязкость и др. На основе седиментационного анализа установлено, что даже в пылевидной фракции наполнителей красок могут быть частицы размером 10-50 мкм. Поэтому все наполнители красок должны проходить контроль с применением методики седиментационного анализа и по возможности иметь одинаковый гранулометрический состав. При нанесении красок на поверхность форм и стержней необходимо обеспечить ровную, без подтеков поверхность и высокую прочность сцепления краски с поверхностью подложки во время сушки и особенно при заливке металла в форму. Мелкие фракции определяют такие важные характеристики, как тиксотропность и прочность сцепления с поверхностью формы или стержня. Тиксотропия - это способность структуры после ее разрушения, вызванного каким-либо механическим воздействием (кисть или пульверизатор), самопроизвольно восстанавливаться во времени. Как известно, краски должны легко наносится на поверхность без подтеков, ровным слоем. Именно эти характеристики определяются тиксотропными свойствами красок, зависящими от крупности огнеупорного наполнителя.

Жидкость (растворитель) обеспечивает такое важное свойство красок, как способность к нанесению кистью, пульверизатором или методом окунания. В зависимости от метода нанесения определяется количество жидкой составляющей. Ho, с другой стороны, жидкость обусловливает такие свойства красок, как текучесть, вязкость, отсутствие или наличие подтеков при нанесении на поверхность. Поэтому противопригарные краски должны обладать свойством тиксотропии. Из большого количества компонентов краски способность давать с жидкой составляющей суспензию, обладающую тиксотропией, имеют бентонит и каолинит.

В практике производства стальных отливок часто причиной пригара является отслоение краски от поверхности формы или стержня перед фронтом заполняющего форму металла. Это происходит по причине низкой прочности сцепления с поверхностью подложки. Снижение прочности сцепления возникает чаще всего в процессе сушки форм или стержней с нанесенным покрытием. При сушке наряду с миграцией влаги происходит миграция связующего (табл. 5.54), что резко снижает прочность сцепления противопригарного покрытия на границе с формой или стержнем. А при воздействии высокой температуры заливаемого металла в покрытии появляются напряжения, приводящие к его отслоению, при этом не только возникает пригар на отливках, но и происходит засорение металла отливки продуктами разрушения покрытия.

Показатели прочности сцепления покрытия с поверхностью представлены в табл. 5.55. Прочность сцепления покрытия с образцом возрастает с увеличением количества связующего в приготовленной краске. Однако чрезмерное увеличение исходного содержания крепителя приводит к перенасыщению наружного слоя покрытия и может служить причиной образования трещин на поверхности. Например, повышение содержания жидкого стекла в краске до 15 % приводит к массовому растрескиванию покрытия уже при его сушке, из чего следует, что содержание связующего в составе краски не должно превышать 9-10 %.

Большое значение для приготовления качественных теплоизоляционных красок имеют применяемое оборудование и технология производства. Чаще всего краски поставляются на предприятие в сухом виде и требуют, как правило, дополнительной подготовки. Любая краска будет обладать требуемыми свойствами только при определенном порядке ввода составляющих компонентов, и простое перемешивание сухой краски с добавлением растворителя в краскомешалке не гарантирует высокого качества. Особое значение имеет крупность наполнителя краски. Для обеспечения седиментационной устойчивости необходим не просто просев на ситах, а проведение специального седиментационного анализа для определения количества частиц наполнителя крупностью 10-40 мк, которое должно составлять не менее 80 %. Наличие крупных фракций требует дополнительного измельчения, лучше в бегунах или с применением установки, подобной смесителю, разработанному на ПАО «Уралмашзавод» (рис. 5.44).

Смеситель выполнен в виде барабана 1 с горизонтальной осью вращения, внутрь которого помещен свободно вращающийся стальной цилиндр - каток 4. Для интенсивного перемешивания красок на поверхности катка имеются сходящиеся винтовые канавки прямоугольного профиля. В боковой стенке барабана находится загрузочное отверстие, которое после дозирования компонентов краски закрывается крышкой 2. Вращение барабана осуществляется через редуктор от электродвигателя и регулируется таким образом, чтобы вращающейся каток во время движения оставался в нижней части барабана. Применение такого смесителя способствует перетиранию сухих составляющих краски, что значительно улучшает ее седиментационную устойчивость и в целом качество.

Сегодня для получения противопригарных красок применяется большое количество огнеупорных наполнителей в зависимости от состава и свойств формовочных и стержневых смесей, химического состава сплавов, а также технологических процессов изготовления форм и стержней.

В качестве наполнителя в красках для чугунного литья применяется кристаллический (серебристый) и скрытнокристаллический (черный) графит. Кристаллический графит поставляется трех марок: ГЛ-1, ГЛ-2 и ГЛ-3 (ГОСТ 17022-81), отличающихся зольностью. Для красок и паст, используемых для получения отливок с высокими требованиями к чистоте поверхности, применяется графит ГЛ-1 (зольность менее 13 %). Для изготовления отливок средней сложности используется графит ГЛ-2 (зольность не более 18 %). Графит марки ГЛ-3 применяется для припылов при получении отливок без особых требований к чистоте поверхности.

Скрытнокристаллический графит - горная порода черного цвета плотностью 1500-2000 кг/м3. Он поставляется шести марок: ГЛС-1 - ГЛС-4, ТК4 и TKC (ГОСТ 17022-81 и ГОСТ 5420-74). Для красок применяют графит марок ГЛС-1 и ГЛС-2.

Одной из важных характеристик краски является ее кроющая способность, определяемая площадью поверхности, покрытой единицей массы наполнителя, содержащегося в краске. Наилучшей кроющей способностью обладают краски при соотношении в наполнителе содержания черного и серебристого графита 3:1.

В красках для стального литья наполнителями являются маршаллит, дистен-силлиманит, хромит, циркон, магнезит, электрокорунд и т. п. Для тонкостенного чугунного и цветного литья наполнителем служит порошок талька (4SiО2 * 3MgO * H2O).

В качестве связующего в красках применяют органические (ЛCT, патока, смолы и др.) и неорганические (жидкое стекло, сульфаты, фосфаты) вещества.

В зависимости от растворителя краски подразделяются на водные и неводные. Водные краски после их нанесения на поверхности формы или стержня требуют подсушки. Неводные краски изготовляются на органических растворителях (спирты, ацетон, уайт-спирит, бензин и т. д.). При испарении растворителя в процессе выдержки формы и стержня происходит упрочнение краски. Неводные краски являются самовысыхающими и не требуют подсушки.

Седиментационную устойчивость красок (поддержание наполнителя во взвешенном состоянии) обеспечивают стабилизаторы (бентонит и эфиры целлюлозы, ПАВ для водных красок и поливинилбутираль для красок на спиртовых растворителях). Бентонит не гарантирует высокой седиментационной устойчивости красок с высокоплотными наполнителями (циркон, дистенсиллиманит и др.). При повышении содержания бентонита более 2 % краски расслаиваются. ПАВ не позволяют существенно повысить седиментационную устойчивость.

Применение в качестве стабилизаторов водных красок высокомолекулярных эфиров целлюлозы (карбоксилитилцеллюлоза (КМЦ), оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ), оксипропилцеллюлоза (ОПЦ), альгинат натрия, поливиниловый спирт (ПВС) и др.) при небольшой концентрации (3-5 %) существенно повышает вязкость и седиментационную устойчивость красок и увеличивает толщину образующегося слоя краски (до 0,6-0,7 мм).

Для водных противопригарных красок используют органические (ЛCT, меласса) и неорганические связующие (жидкое стекло, фосфаты). Наибольшая термостойкость красок обеспечивается при применении фосфатных связующих (до 1200 °С), сульфата алюминия и сульфата магния (до 1100 °С).

Кроме указанных выше компонентов в случае использования органических связующих в краску вводятся антисептики (40 %-й раствор формальдегида - формалин) для предотвращения брожения.

Для предупреждения растрескивания краски при быстрой сушке в нее можно вводить огнеупорные волокнистые материалы (минеральная вата, алюмосиликаты) в количестве 0,5-5 %.

Большое влияние на качество краски оказывает порядок введения компонентов при ее приготовлении. На рис. 5.45 показано влияние способа изготовления и порядка ввода компонентов краски на основе электрокорунда с применением в качестве связующего жидкого стекла на напряжение сдвига с течением времени. Как следует из графика, перетирание сухих составляющих краски (электрокорунд, глина) в бегунах с поэтапным введением компонентов (наполнитель, глина, жидкое стекло, вода) дает наилучшие показатели по прочностным характеристикам краски (кривая 1). Перетирание краски в бегунах с одновременным введением компонентов ухудшает ее свойства (кривая 2). Приготовление краски в краскомешалке при поэтапном (кривая 3) и одновременном введении компонентов (кривая 4) дает значительно худшие результаты по прочности покрытия.

Влияние на качество краски порядка ввода компонентов связано с ее реологическими свойствами. Реология - наука о деформациях и текучести вещества, рассматривающая процессы, связанные с необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластических материалов. Реологические свойства красок характеризуют их способность к нанесению кистью, образование подтеков и текучесть. Нанесение краски кистью и распределение ее по поверхности ровным слоем требует очень небольшого усилия, она не должна образовывать заметные подтеки или стекать с вертикальных поверхностей, но в то же время должна растекаться так, чтобы вся поверхность выглядела одинаково гладкой.

Одним из наиболее важных свойств краски в жидком состоянии является ее вязкость. Обычно считают, что это свойство является постоянной физической характеристикой, которую можно легко определить и указать в технических условиях для каждого вида противопригарного покрытия. Ho, как показала практика, поведение краски при ее нанесении на поверхность форм и стержней определяется не только величиной вязкости, но и напряжениями, которые возникают при этом. Противопригарные краски можно отнести к коллоидным системам, обладающим так называемой структурной вязкостью, которая, в свою очередь, связана с напряжением сдвига.

Вязкость покрытия, представляющего собой коллоидную систему, определяет не только сопротивление взаимному смещению слоев растворителя, но и силу сопротивления жидкости движению в ней частиц наполнителя, особенно при внешнем воздействии. Чем выше вязкость раствора, тем медленнее в нем оседает наполнитель, обладающий в ряде случаев высокой плотностью и повышенной склонностью к осаждению. Вязкость остается постоянной величиной при одинаковой плотности и возрастает с повышением плотности. Величины плотностей выбираются в соответствии с возможностью их использования при приготовлении красок в производственных условиях. Таким образом, даже с помощью связующих (через их плотность и вязкость) можно изменять такое важное свойство покрытий, как способность наноситься на поверхность форм и стержней без подтеков. Ho также большую роль играет напряжение сдвига при нанесении покрытий, т. е. еще одно реологическое свойство. С одной стороны, покрытие должно легко, без больших усилий, ровным слоем наноситься на поверхность, т. е. обладать небольшой вязкостью, а с другой - не должно быть подтеков даже при толщине покрытия более 1-2 мм, т. е. покрытие должно быть структурируемым за очень малый отрезок времени. Для получения лучших реологических свойств покрытия того или иного состава и требуется определенный порядок ввода компонентов.

Самовысыхающие краски на органических растворителях. Их применяют для форм и стержней из ХТС, а также стержней, упрочняемых в нагреваемой оснастке. Растворители из этих красок должны быстро испаряться. Время испарения 1 см растворителя с часового стекла (диаметром 5 мм) при 20 °C должно составлять 40-70 мин. Этому условию отвечает этиловый спирт. Из всех органических растворителей он применяется наиболее широко. Вместо него чаще всего используются его отходы и растворители на его основе (эфироальдегидная фракция, растворитель гранитоля и др.).

В качестве связующих применяют термостойкие кремнийорганические полимеры (этилсиликаты, смолы и лаки), растворяющиеся в органических растворителях. В качестве стабилизатора используют поливинил-бутираль (ПВБ). Однако краски при этом имеют низкую прочность при температурах выше 180-200 °С. Для повышения термостойкости красок с ПВБ в их состав вводят дополнительное высокотермостойкое связующее, например фенолоформальдегидную смолу ОФ-1.

Недостатком красок с ПВБ и смолой ОФ-1 является потеря ими прочности при 600-700 °C и высокая газотворность. При введении в краски фосфатов (триполифосфата натрия) обеспечивается термостойкость покрытий при температурах до 1000 °С. Для повышения прочности сцепления самовысыхающих красок с поверхностью форм и стержней целесообразно проводить поверхностное упрочнение последних упрочняющими растворами, например раствором смолы ОФ-1.

Приготовление красок выполняют в краскомешалках путем разбавления до необходимой плотности централизованно поставляемых паст или порошков либо смешивания в необходимом соотношении исходных компонентов. Влажность паст 16-35 %. Централизованно поставляемые пасты имеют марки ГП-1, ГП-2, ТП-1, ТП-2, ДП-2, ЦП-2, а порошки - ГС-1, TC-1 и ЦС-1. Примеры составов красок приведены в табл. 5.56-5.61. Противопригарные краски наносят на поверхность форм и стержней кистью, окунанием стержней и пульверизацией. Самовысыхающие краски целесообразно наносить на стержни или формы в зарытых камерах, имеющих вентиляционные устройства для отсоса аэрозоля краски.

Технология приготовления краски такова: в краскомешалку заливается растворитель и включается пропеллер, вводится поливинилбутераль и перемешивается в течение 15-20 мин, далее добавляется глина и перемешивается в течение 10 мин, затем вводится фенолформальдегидная смола и после 10-15 мин перемешивания - обожженный дунит.

Противопригарные пасты. При изготовлении крупных и толстостенных стальных отливок применение красок оказывается неэффективным. Поэтому для предотвращения пригара поверхности форм и стержней покрывают противопригарными пастами.



Пасты приготовляют из высокоогнеупорных наполнителей (хромита, циркона, хромомагнезита и др.). Их готовят густыми и специальными пульверизаторами в несколько слоев наносят на поверхность формы или стержня до толщины слоя 3-6 мм. Для увеличения сцепления пасты с формой или стержнем на их поверхностях делают наколы на глубину до 20 мм или прошпиливают гвоздями, выставляя головки на толщину слоя покрытия. Пасты приготовляют в бегунах и хранят в закрытых коробах не более двух суток. Для получения гладкой поверхности пасту после нанесения выравнивают гладилкой. Формы и стержни провяливают в течение 1,5-2 ч на воздухе, а затем сушат при 360-380 °С.

Приведем состав пасты на основе хромита и хромомагнезита: 88 % наполнителя, просеянного через сито с размерами ячеек 1x1 мм; 10-12 % ЛCT или мелассы; 1-2 % декстрина и вода до плотности 2300-2400 кг/м3.

В табл. 5.62 указаны составы дунитовых паст. Из них можно рекомендовать пасту № 9 с содержанием дунита 95 % (в том числе пылевидной части 30 %), глины 5 %, патоки 10 %, плотностью 2,1 г/см3, свободной относительной усадкой 3,6 %. Она обладает высокой седиментационной устойчивостью, легкостью нанесения без подтеков, не склонна к образованию трещин при сушке покрытия.

На первом этапе в смеситель загружают дунит, смачивают его водой и перемешивают в течение 2 мин. Затем смеситель останавливают, добавляют глину и воду и снова перемешивают 2 мин до достижения сырой прочости 0,45 кг/см2. На предпоследнем этапе доливают воду и NaOH (если требуется) и перемешивают 4 мин. В результате получается смесь с сырой прочностью 0,35/0,30 кг/см2. На завершающем этапе вводят патоку и воду до плотности 2,1 г/см3.

Оптимальное количество компонентов, вводимых в дунитовую пасту (как и в пасты других огнеупорных наполнителей), обусловливается необходимостью исключения трещинообразования в нанесенном слое покрытия при сушке и отсутствием седиментации наполнителя. Кроме того, глинистые составляющие определяют такие технологические свойства покрытий, как отсутствие подтеков, способность нанесения слоя необходимой толщины. Произвольное снижение и увеличение содержания стабилизирующей добавки невозможно без комплексной оценки изменения взаимосвязанных технологических свойств пасты.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: