ТЕХНОЛОГІЯ СИНТЕЗУ І ВЛАСТИВОСТІ НОВИХ ЗВ’ЯЗУВАЛЬНИХ КОМПОНЕНТІВ ДЛЯ СТРИЖНЕВИХ СУМІШЕЙ
DOI:
https://doi.org/10.20535/2519-450x.6.2015.63147Анотація
Найбільш перспективними та мало вивченими є неорганічні зв’язувальні компоненти (ЗК), які являють собою фосфорнокислі солі металів. На даний час створені численні матеріали на базі ортофосфорної кислоти, алюмофосфатного та алюмохромфосфатного ЗК. Порошкова складова цих композицій представлена чистими оксидами або складними сполуками, які є дефіцитною і високовартісною сировиною.
При цьому очевидно, що потенціал солей фосфорної кислоти повною мірою не реалізований. Поєднання кислоти з вогнетривкими наповнювачами, а також з неорганічними солями металів досі не досліджувалися. Викладені положення відкривають шлях до вирішення наукового питання – отримання ЗК при взаємодії ортофосфорної кислоти з відповідними матеріалами.
Проведений комплекс теоретичних і експериментальних досліджень, в результаті яких вперше реалізований спосіб синтезу ЗК в стрижневій суміші при безпосередній взаємодії вогнетривкого наповнювача (зокрема кварцового піску) із ортофосфорною кислотою. Факт утворення нової сполуки, яка наділена високим зв’язувальним потенціалом, встановлений рентгенофазовим аналізом на установці Rigaku Ultima IV. ЗК ідентифікований як пірофосфат кремнію SiP2O7. Він утворюється в композиціях дрібнодисперсного SiO2 з концентрованою (85%) ортофосфорною кислотою при їх нагріванні до 300 оС. Процес легко реалізується для зміцнення стрижнів у гарячому оснащенні. Міцність стрижневої суміші при стисканні понад 3,0 МПа.
Стабільність пірофосфату кремнію при нагріванні до 1000 оС підтверджують дані диференційного термогравіметричного аналізу (ДТГА). Ця сполука не піддається жодному перетворенню, забезпечує термічну стійкість стрижневої суміші і усуває можливість фізико-хімічної взаємодії з виливком.
Визначення оптимального складу суміші проведено за композиційним планом експерименту. Для виготовлення стрижнів рекомендовано суміш, яка містить 3…4% ортофосфорної кислоти, 6…8% ПК і зміцнюється при 300…320 оС.
В композиції цирконового наповнювача з ортофосфорною кислотою при нагріванні до 350 оС також відбувається зміцнення. Воно спричинене утворенням ЗК, який за мінералогічною структурою представляє собою пірофосфат цирконію ZrP2O7, що підтверджено рентгенофазовим аналізом.
Утворення саме пірофосфатів пояснюється тим, що воно відбувається при температурах понад 200 оС – в умовах, коли ортофосфорна кислота піддається поліморфному перетворенню на пірофосфорну кислоту. Така структура ЗК в стрижневих сумішах спостерігається вперше.
Нагрівання до 1000 оС, за даними ДТГА, не призводить до жодних перетворень у структурі пірофосфату цирконію, тому він є ефективним і стабільним ЗК для стрижневої суміші.
Проведення експериментів, передбачених композиційним планом, показало, що суміші з пірофосфатом цирконію зміцнюються при нагріванні 340…350 оС. До їх складу мають входити 3,0…3,5 % ортофосфорної кислоти, 7,0…8,0 % пилоподібного циркону, решта – цирконовий зернистий наповнювач (пісок або концентрат). При цьому забезпечується міцність 2,8…3,2 МПа.
Таким чином, теоретично і практично доведено утворення в системах H3PO4 – SiO2 та H3PO4 – ZrSiO4 пірофосфатів кремнію та цирконію, які виконують роль ЗК і є термічно стабільними до 1000 оС.
Досліджені суміші мають високу загальну і поверхневу міцність, а також низьку активність до залізовуглецевих розплавів. Виливки виготовляли з використанням стрижнів та оболонкових форм із розроблених сумішей. Матеріал виливків – білий чавун, сірий чавун, вуглецеві (20Л, 30Л, 45Л) та складнолегована (20Х25Ю2ТЛ) сталь. Виливки мають якісні зовнішні і внутрішні поверхні.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2016 Нові матеріали і технології в машинобудуванні
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by-nc-nd/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Етика автора:
- Автор (або колектив авторів) несе (чи) відповідальність за новизну і достовірність результатів наукового дослідження. Автори статті повинні надавати достовірні результати проведених досліджень. Завідомо неправдиві або сфальсифіковані затвердження неприйнятні.
- Автори повинні гарантувати, що результати дослідження, викладені в поданій рукописи, повністю оригінальні.
- Запозичені фрагменти або твердження повинні бути оформлені з обов'язковим зазначенням автора та першоджерела.
- Неетичні і неприйнятні надмірні запозичення, а також плагіат в будь-яких формах, включаючи неоформлені цитати, перефразування або привласнення прав на результати чужих досліджень.
- Необхідно визнавати внесок всіх осіб, так чи інакше вплинули на хід дослідження, зокрема, в статті повинні бути представлені посилання на роботи, які мали значення при проведенні дослідження.
- Співавторами статті повинні бути вказані всі особи, які внесли істотний внесок у проведення дослідження.
- Автори не повинні надавати в журнал рукопис, яка була відправлена в інший журнал і знаходиться на розгляді, а також статтю, вже опубліковану в іншому виданні.
Етика редакції:
- Редакція несе відповідальність за оприлюднення авторських творів. При прийнятті рішення про публікацію редактор журналу керується достовірністю представлення даних і наукової значимістю даної роботи.
- Редактор повинен оцінювати інтелектуальний зміст рукописів. Виходячи з принципів конфіденційності неопубліковані дані, отримані з представлених до розгляду рукописів, не повинні використовуватися для особистих цілей або передаватися третім особам без письмової згоди автора.
- Редактор не повинен допускати до опублікування інформацію, якщо є достатньо підстав вважати, що вона є плагіатом.
Етика публікацій:
Журнал є виданням відкритого доступу. Всі статті вільні для перегляду, читання, завантаження та друку.
Матеріали приймаються українською, російською або англійською мовами і відповідно публікуються мовою оригіналу.