Термопрочные и проникающие покрытия

 

Покрытия разработаны в ЦНИИТМАШе под руководством И.В. Валисовского. Для приготовления таких составов используют практически те же ма­териалы, что и для обычных покрытий.

Покровные термопрочные покрытия в зависимости от типа литейного сплава содержат циркон, пылевид­ный кварц, дистен-силлиманит, графит, тальки др. Наполнителями прони­кающих покрытий служит либо цирконовый концентрат марки КЦПТ (порошкообразный тонкодисперсный с удельной поверхностью ≥5·10³ см²/г), либо обычные порошки, домолотые до удельной поверхности 5·10³ см²/г.

Термостойкий лак, используемый для самовысыхающих составов, приготовляют следующим образом. В отдельную емкость загружают одновременно расчетное количество кремнийорганической смолы, ПВБ и растворите­ля, выдерживают до полного растворения ПВБ. Растворимость кремнийорганических смол лучше, чем ПВБ, и не лимитирует продолжительность получения лака. Готовый лак заливают в обычные краскомешалки закрытого типа, затем при непрерывном перемешивании туда засыпают противопригарный наполнитель. Перемешивание продолжается до получения однородной суспензии (обычно 10–15 мин). При использовании термостойкого ла­ка КО-0169 или КО-0168 приготовление краски сводится к последней опе­рации – получению суспензии.

Водные термопрочные краски приготовляют непосредственно в краскомешалках: сначала приготовляют эмульсию лака КО-075 в воде, а затем в нее вводят расчетное количество готовых паст (ЦБ, ТБ и др.). Перемеши­вание эмульсии и пасты продолжается до получения равномерной су­спензии. В случае приготовления краски из исходных материалов сначала необходимо получить раствор стабилизатора – поливинилового спирта (ПВС). В подогретой воде (50–60 °С) растворяют 5 % ПВС, затем раствор охлаждают, заливают в краскомешалку вместе с лаком КО-075 и перемеши­вают до получения однородной и устойчивой эмульсии. При недостаточной устойчивости эмульсии нужно дополнительно ввести ~1 % (±0,1 %) эмульгатора, например ДС-РАС. Затем в краскомешалку добавляют необхо­димое количество наполнителя. После 10–15 мин перемешивания краска готова к использованию.

Кремнийорганические смолы хорошо растворяются в большинстве ор­ганических жидкостей, применяемых для приготовления самовысыхающих покрытий: спирте, в том числе в денатурированном, ацетоне, растворителе 646, этилацетатной смеси и т.д. (табл. 98).

Как видно из таблицы, наиболее универсальными из исследованных материалов являются полиметил- и полиметилфенилсилоксановые смолы (КМ-9К и К-9) и этилсиликат. Однако растворы смол имеют малую вяз­кость и не обеспечивают необходимую седиментационную устойчивость противопригарной краски, поэтому следует добавлять стабилизатор, который бы хорошо растворялся в органических раствори­телях, сочетался с раствором кремнийорганических материалов и одновре­менно повышал вязкость раствора. К таким материалам относятся: поливинилбутираль, который во многих известных составах, например ЦП, играет роль связующего и стабилизатора, и несколько разновидностей цел­люлозы – оксипропилцеллюлоза (ОПЦ-4 к ОПЦ-93) и метилоксипропилцеллюлоза (МОПЦ).

 

Таблица 98

Растворимость материалов

 

Компонент	Растворители
Этиловый спирт	Изопропиловый спирт	Растворитель обувного гранитоля	Ацетон
Кремнийорганические материалы
КО-075	Ограниченно	Ограниченно	+	+
Силанол	Ограниченно	Ограниченно	+	+
КМ-9К	+	+	+	+
К-9	+	+	+	+
Этилсиликат	+	+	+	+
КО-810	–	–	+	+
Стабилизирующие материалы
ПВБ	+	+	+	–
ОПЦ-4	+	–	+	–
ОПЦ-93	+	–	+	–
МОПЦ	–	–	–	–
15 %-й водный раствор МОПЦ	+	+	+	–

 

В наилучшей степени сочетаются растворы смол К-9 и КМ-9К с рас­творами ПВБ и водно-спиртовыми растворами МОПЦ. Именно эти композиции рекомендуются для приготовления самовысыхающих покрытий. Необхо­димые вязкость и седиментационная устойчивость красок на основе смол достигаются при содержании 3–4 % ПВБ; при большем содержании ПВБ заметно снижается прочность при высокой температуре.

Лак на основе смолы К-9 получил наименование лака КО-0168, на основе смолы КМ-9К–КО-0169. Рекомендуемый состав самозатвердевающих противопригарных покрытий с разными наполнителями приведены в табл. 99, области их использования – в табл. 100.

Термопрочные противопригарные покрытия по прочности, эрозионной стойкости и трещиноустойчивости значительно превосходят не только используемые у нас в стране краски, но и краски известной фирмы «Фосико» (Англия), например «Церамол-55» (С-55), предназна­ченные для крупного стального и чугунного литья.

Введение в эмульсию поверхностно-активных добавок способствует повышению устойчивости эмульсий. Наиболее приемлемым для литейного производства является ДС-РАС.

Таблица 99

Составы самотвердеющих противопригарных покрытий

 

Номер покрытия	Содержание компонентов, %	Плотность краски, г/см^3
наполнитель	Растворитель	Смола К-9 или КМ-9К	ПВБ
Название	Количество
	Циркон	68–72	25–27	2,1–2,5	0,8–0,9	1,85–1,95
	Корунд	60–62	35–38	2,7–3,1	0,8–1	1,60–1,65
	Пылевидный кварц	48–50	44–45	3,5–3,9	1,2–1,3	1,4–1,5
	Дистен-силлиманит	54–58	40–41	3,2–3,6	1,1–1,2	1,55–1,60
	Хромистый железняк	68–70	26–28	2,2–2,6	0,8–0,9	1,8–1,9
	Хромомагнезит	80–82	35–36	2,7–3,1	0,9–1,0	1,60–1,65
7^*	Графит	32–34	61–62	4,7–5,2	0,6–0,7	1,15–1,20
	Тальк	30–32	62–63	4,8–5,2	0,7–0,8	1,10–1,15

 

^* Соотношение кристаллического и скрытокристаллического графита составляет 1:4.

 

Таблица 100

Рекомендуемые области применения покрытий

 

Номер покрытия (см. табл. 99)	Сплавы	Наполнители в смесях	Толщина облицовки, мм
при жидких смесях	при уплотняемых смесях
1, 2	Углеродистая и легированная стали	Все типы	50–100	До 200
	Углеродистая сталь	Кварцевые на любом связующем	20–50	50–100
	30–80	80–100
	Хромитовые	–	Свыше 100
	Хромоникелевые и марганцевые стали	Хромомагнезитовые	–
	Чугун, бронза	Кварцевые на любом связующем	80–100	До 150
	Чугун, алюминиевые сплавы
Проникающая	Все типы	Все типы	До 150	До 300

 

Для приготовления водных покрытий вначале готовят водную эмульсию путем смешивания кремнийорганического лака (в любом растворителе) с водным раствором стабилизатора.

Оптимальный состав водной эмульсии для приготовления покрытий, об­ладающих повышенной прочностью при высокой температуре: 12–14 % кремнийорганического лака 30 %-й концентрации, 0,9–1,1 % ДС-РАС и 84,9–87,1 % (5 %-го водного раствора) поливинилового спирта ПВС. На основе эмульсии могут быть приготовлены противопригарные покрытия с любыми наполнителями для высушиваемых форм и стержней стального и чугунного литья; оптимальная температура сушки покрытий 200 °С, про­должительность – 45–50 мин.

Термопрочность обычных водных покрытий, например ЦБ, также значи­тельно повышается, если густую пасту разбавлять водной эмуль­сией кремнийорганических лаков, например, лака КО-075 на основе смолы К-9. Прочность покрытия ЦБ, полученного путем разбавления пасты водной эмульсией лака, возрастает в 3 раза.

Водно-бентонитовые цирконовые покрытия (ЦБ) после модифицирования их лаком КО-075 (ЦБТ) не только не уступают аналогичному по назначению покрытию «Террапайнт-55» (Т-55) английской фирмы «Фосико», но при высоких температурах и превосходят его.

Таким образом, использование водно-смоляных эмульсий позволяет получать высушиваемые противопригарные покрытия, обладающие повы­шенными прочностью и силой сцепления со смесью в достаточно широком температурном интервале. Использование их наиболее целесооб­разно для технологических процессов, когда стержни и форму подвергают тепловой сушке.

За счет изменения плотности и вязкости краски, дисперсности напол­нителя, введения ПАВ можно в широких пределах регулировать глубину проникновения краски в поры и степень упрочнения затвердевшей смеси.

Для приготовления проникающих красок необходимо использовать растворы с минимальной вязкостью, обеспечивающие минимально необхо­димую седиментационную устойчивость покрытия. Для самовысыхающих составов на основе органических растворителей (спирта, этилацетатной смеси, растворителя обувного гранитоля и т.п.) оптимальная вязкость состав­ляет 2–14 с (по ВЗ-4).

Глубокое проникновение краски в поры формы возможно лишь при размерах частиц наполнителя < 30 мкм, а на основе стандартных материалов даже при плотности ≤ 1 мм.

Для подготовки наполнителей проникающих красок наиболее эф­фективными являются мокрый помол и помол с небольшим количеством поверхностно-активных веществ, оказывающих расклинивающее действие и препятствующих слипанию мелких частиц. Хотя глубина про­никновения жидкостекольных красок на основе домолотых мокрым спосо­бом материалов достаточно высока, использовать их для красок на органических растворителях не представляется возможным.

Более универсальным и производительным является сухой помол с добавками ПАВ; в качестве последних можно использовать жидкое стекло, этиловый спирт, ЛСТ и ДС-РАС при содержании 0,5 % массы размалы­ваемого материала. При выборе добавки нужно исходить из возможности ее использования в дальнейшем в качестве компонента краски.

Добавляемые ПАВ должны обладать максимальной диспергирующей способностью и быть эффективными как в водных, так и в спиртовых растворах. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют ПАВ чет­вертой группы по классификации П. А. Ребиндера: синтамид-5, алкамон ДС, алкамон ГН и этамон ДС. Однако максимальная эффективность действия ПАВ зависит от свойств растворителя, связующего и наполнителя. Термопрочные противопригарные покрытия зарекомендовали себя как эффектив­ное средство улучшения качества поверхности и снижения трудоемкости очистных и обрубных работ. При производстве крупного литья для окраски форм и стержней целесообразно применять проникающие краски совместно с покровными. При этом резко возрастают противопригарные свойства, термическая стойкость и стойкость формы против размывающего действия потока расплавленного металла; во многих случаях комбинированная окраска формы позволяет отказаться от облицовочных смесей. Глубину проникающей краски и толщину слоя покровной краски регулируют плотностью красочной суспензии с сохранением величины вязкости и кроющей спо­собности в заданных пределах.