Створення зв’язувальних матеріалів для ливарних стрижнів із ортофосфорної кислоти і алюмосилікатних наповнювачів
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2023.02.073Ключові слова:
алюмосилікат, дистен-силіманіт, зв’язувальний компонент, міцність, ортофосфорна кислота, пірофіліт, стрижнева суміш, термогравіметричний аналіз, фазовий аналізАнотація
У статті представлено результати дослідження алюмофосфатних зв’язувальних компонентів, які отримано в результаті хімічної взаємодії ортофосфорної кислоти з пилоподібними алюмосилікатами. Предметами дослідження є фазовий та хімічний склад, динаміка термічних перетворень зв’язувальних компонентів, а також властивості стрижневих сумішей з ними.
В експериментах встановлено, що внаслідок хімічної взаємодії пилоподібних пірофіліту Al2(OH)2[Si4O10] або дистен-силіманіту Al2O[SiO4] з ортофосфорною кислотою після нагрівання до 300 ºС утворюються міцні та термічно стійкі зв’язувальні компоненти, які являють собою кристалічні та аморфні ортофосфати алюмінію. Ці фази забезпечують міцне зв’язування вогнетривкого наповнювача і через це високу міцність стрижневої суміші.
В роботі для визначення будови і властивостей зв’язувальних компонентів застосовано рентгенофазовий та диференційний термогравіметричний аналізи. Для визначення робочого складу стрижневої суміші застосовано композиційне планування експерименту з відповідним обробленням даних.
Вперше досліджено структуру алюмофосфатних зв’язувальних компонентів, для отримання яких використано поширені в ливарному виробництві вогнетривкі наповнювачі. Вперше проаналізовано умови утворення кристалічних фаз. Встановлено, що в результаті взаємодії ортофосфорної кислоти з дистен-силіманітом утворюється більша питома кількість ортофосфату алюмінію і менша кількість залишкового кварцу, ніж при взаємодії кислоти з пірофілітом. Це забезпечує більш високу міцність стрижневої суміші, для утворення зв’язувального компонента в якій використано ортофосфорну кислоту і дистен-силіманіт.
З урахуванням масових співвідношень для повної реалізації хімічної реакції утворення алюмофосфатного зв’язувального компонента, розроблено склад стрижневої суміші на основі кварцового піску з ортофосфорною кислотою і дистен-силіманітом, яка твердне після нагрівання до 300 ºС і має міцність при стисканні не менше 2,0 МПа.
Завантажити
Посилання
Czerwinski, F., Mir, M., Kasprzak, W. (2015). Application of cores and binders in metalcasting. International Journal of Cast Metals Research, vol. 28, iss. 3, pp. 129-139, doi: https://doi.org/10.1179/1743133614Y.0000000140
Banganayi, F., Nyembwe, D., Polzin, H. (2020). Optimisation of an Environmentally Friendly Foundry Inorganic Binder Core Making Process for the Replacement of an Organic Binder. MRS Advances, no. 5 (25), pp. 1323-1330, doi: https://doi. org/10.1557/adv.2020.225
Fortini, A., Merlin, M., Raminella, G. (2022). A Comparative Analysis on Organic and Inorganic Core Binders for a Gravity Diecasting Al Alloy Component. Inter Metalcast, no. 16, pp. 674-688, doi: https://doi.org/10.1007/s40962-021-00628-1
Sudakas, L.G. (2008). Phosphate binder systems. Saint-Petersburg: Kvintet, 260 p. [in Russian].
Bennett, J., Nakano, A., Nakano, J., Thomas, H. (2019). Aluminum Phosphate Phase Changes Caused by the Exposure Environment National Energy Technology Laboratory. USDOE, USA; 2 LRST, USA. URL: https://www.osti.gov/servlets/ purl/1598988
Chung, D.L. (2003). Acid aluminum phosphate for the binding and coating of materials. Journal of Materials Science, no. 38 (13), pp. 2785-2791, doi: https://doi.org/10.1023/A:1024446014334
Han Hui (1990). The Exploitation and application of phoshpate binders in foundry. Hot Working Technology, no. 1, pp. 40-43.
Doroshenko, S.P., Avdokushin, V.P., Rusin, K., Matsashek, I. (1990). Molding materials and mixtures. Kyiv: Vyshcha shkola, 416 p. [in Russian].
Doroshenko, S.P. (1997). Molding mixtures. Kyiv: IZMN, 140 p. [in Ukrainian].
Liutyi, R.V., Tyshkovets, M.V., Liuta, D.V. (2020). Foundry Core Mixtures with Orthophosphoric Acid and Different AluminumContaining Compounds. Physics and Chemistry of Solid State, vol. 21, no. 1, pp. 176-184, doi: https://doi.org/10.15330/ pcss.21.1.176-184
Keush, D.V. (2015). Patterns of Formation of Binders from Orthophosphoric Acid and Refractory Fillers. Casting processes, no. 4 (112), pp. 40-46 [in Russian].
Liutyi, R.V., Kocheshkov, A.S., Keush, D.V., Dumcheva, K.Yu. (2011). Aluminophosphate molding sands. Herald of DSEA, no. 4 (25), pp. 104-110 [in Russian].
Liutyi, R., Liuta, D., Petryk, I. (2021). Structural Construction of Binders Based on Orthophosphoric Acid and Refractory Materials. Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2021, doi: https://doi.org/10.1155/2021/6667769
Onoda, H., Sakai, R., Nakahira, A. et al. (2009). Synthesis of porous aluminum phosphate bulks by hydrothermal hot pressing process and their analytical characterizations. Inorganic Materials, no. 45, pp. 1048-1052, doi: https://doi.org/10.1134/ S0020168509090180
Moukannaa, S., Aboulayt, A., Hakkou, R. et al. (2022). Fusion of phosphate by-products and glass waste for preparation of alkali-activated binders. Composites Part B: Engineering, vol. 242, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.110044
Kopejkin, V.A., Klementyeva, V.S., Krasnij, B.L. (1986). Refractory solutions based on phosphate binders. Moscow: Metallurgiya, 102 p. [in Russian].
Fedorchenko I.M. (Ed.) (1977). Encyclopedia of Inorganic Materials. Kyiv: The main edition of the Ukrainian Soviet Encyclopedia, vol. 1 — 840 p., vol. 2 — 814 p. [in Russian].
Patent of Ukraine no. 99789. IPC B22C 9/12. Method for hardening foundry cores, Liutyi R.V., Keush D.V., Anisimova O.A., published 25.06.2015, bull. no. 12 [in Ukrainian].
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Р. В. Лютий, А. С. Кочешков, О. М. Мисливченко, Д. В. Люта
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
