Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2461438

(19)

RU

(11)

2461438

(13)

C1

(51) МПК B22C3/00 (2006.01)

B82B3/00 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.09.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2011102118/02, 20.01.2011

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.01.2011

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 20.01.2011

(45) Опубликовано: 20.09.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2368450 C1, 27.09.2009. RU 2151019 C1, 20.06.2000. SU 1734917 A1, 23.05.1992. SU 1340881 A1, 30.09.1987. SU 1135524 A, 23.01.1985.

Адрес для переписки:

660025, г.Красноярск, пр-кт Красноярский рабочий, 95, СФУ, 3-я площадка, отдел правовой охраны и защиты интеллектуальной собственности, Л.В. Пономаревой

(72) Автор(ы):

Мамина Людмила Ивановна (RU),

Гильманшина Татьяна Ренатовна (RU),

Баранов Владимир Николаевич (RU),

Безруких Александр Иннокентьевич (RU),

Аникина Валентина Ильинична (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

(54) НАНОСТРУКТУРИРОВАННОЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ ЧУГУННЫХ ОТЛИВОК

(57) Реферат:

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для получения чугунных отливок с модифицированным поверхностным слоем. В состав наноструктурированного покрытия входят наполнитель в виде пылевидного кварца, или электрокорунда, или графита, связующее и вода. Наполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное. В качестве связующего покрытие содержит крахмалит или лигносульфонат технический. Дополнительно покрытие содержит бентонит. По второму варианту покрытие содержит в качестве связующего жидкое стекло и дополнительно содержит феррохромовый шлак. Улучшается микроструктура поверхностного слоя отливок из серого чугуна. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к получению чугунных отливок с модифицированным поверхностным слоем.

Известно противопригарное покрытие, включающее 45-55% терморасширяющегося графита и до 100% воду [патент РФ 1822355 A3, кл. В22С 3/00, 1993]. Однако при использовании данного покрытия размер включений графита по всему сечению отливки остается неизменным.

Известно покрытие [патент РФ 2368450, кл. В22С 3/00. Противопригарное покрытие для литейных форм и стержней, 2009], содержащее, мас.%:

- скрытокристаллический графит - 29-56;

- связующее - 5,0-9,5;

- бентонит - 1,7-3,3%;

- вода - остальное.

Однако при использовании данного покрытия наблюдается ярко выраженная зона перехода от мелких к крупным включениям графита от поверхности к середине отливки.

Задачей изобретения является получение покрытия, улучшающего микроструктуру поверхностного слоя отливок из чугуна.

Поставленная задача достигается двумя вариантами:

1. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее, бентонит и воду, согласно изобретению, покрытие содержит в качестве наполнителя пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего крахмалит или лигносульфонат технический при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель - 50-85;

связующее - 1,5-10;

бентонит - 1,0-3,5;

вода - до 100.

2. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее и воду, согласно изобретению, в качестве наполнителя покрытие содержит пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего жидкое стекло, дополнительно феррохромовый шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель - 50-85;

жидкое стекло - 1,5-10;

феррохромовый шлак - 1,0-3,5;

вода - до 100.

При использовании в составе покрытия наноструктурированного наполнителя менее 50 мас.% не наблюдается изменения микроструктуры отливки на ее поверхности. Увеличение содержания наноструктурированного наполнителя более 85 мас.% нецелесообразно с экономической точки зрения, т.к. не приводит к дальнейшему изменению микроструктуры поверхности отливок.

Использование наполнителя указанного фракционного состава позволяет добиться наибольшего эффекта поверхностного модифицирования чугунных отливок, т.к. обеспечивает покрытию хорошие технологические свойства, а отливкам улучшение микроструктуры поверхности. Испытания по оптимальному и запредельному составам, отражены в таблице. Из результатов испытаний видно, что уменьшение содержания фракций 1-100 нм и 100 нм - 1 мкм приводит к снижению эффекта поверхностного модифицирования, а также к увеличению размер графитовых включений в чугуне.

В качестве связующего использовано жидкое стекло, лигносульфонат технический или крахмалит. При введении в состав покрытия связующего в указанных количествах покрытию обеспечиваются хорошие технологические свойства: высокая прочность сцепления с формой, седиментационная устойчивость, низкая вязкость.

Выбор добавок зависит от типа используемого в составе покрытия связующего. При использовании в качестве связующего лигносульфоната технического или крахмалита используют бентонит, а при использовании жидкого стекла - феррохромовый шлак.

Приготовление покрытия осуществляют следующим образом. Смешивают механоактивированный наноструктурированный наполнитель следующего фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, с добавкой, выбранной в зависимости от типа связующего. В краскомешалку заливают жидкие компоненты покрытия (лигносульфонат технический или жидкое стекло, смешанные с водой), перемешивают их в течение 3-5 мин, после чего перемешивают с сухими компонентами (наполнитель и бентонит по первому варианту и наполнитель и феррохромовый шлак по второму варианту). Перемешивание продолжают до получения однородной пастообразной массы. Для приготовления суспензии пасту перемешивают с водой до получения заданной плотности.

Способ нанесения покрытия и его сушки определяется технологией изготовления формы или стержня.

Для испытаний разработанных покрытий была выбрана отливка «Хвостовик» весом 3,5 кг с габаритными размерами 0420×45 мм. Отливка изготавливалась из серого чугуна марки СЧ25 следующего химического состава, %: 3,21 С; 1,86 Si; 0,66 Mn; 0,015 S и 0,01 Р. Температура заливки чугуна 1400-1450°С.

В ходе испытаний окрашивалась нижняя часть формы, выполненная из песчано-глинистой смеси, как наиболее ответственная. Окрашивание осуществлялось кистью, после окрашивания форма сушилась в печи.

В таблице приведены примеры составов и свойства покрытий.

Номер состава

Состав покрытия, мас.%

Свойства покрытия

Размер графитовых включений в чугуне, мм

наименование

содержание

вязкость, с

прочность, кг/мм

седиментационная устойчивость, %

край отливки

сердцевина отливки

1

2

3

4

5

6

7

8

Прототип

1

Скрытокристаллический графит расширенный (состав не контролировался)

29,0-56,0

7

4

90

92,1

92,1

Связующее

5,0-9,5

Бентонит

1,7-3,3

Вода

До 100,0

Предлагаемое

2

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

35,0

8

1,5

75

91,2

91,6

Крахмалит

11,0

Бентонит

17,0

Вода

До 100,0

3

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

67,0

10

Более 5

95

81,8

82,7

Крахмалит

1,6

Бентонит

2,5

Вода

До 100,0

4

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

16

2,5

85

90,1

91,1

Крахмалит

0,9

Бентонит

0,9

Вода

До 100,0

5

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

10

1,8

78

90,1

90,1

Лигносульфонат технический

11

Бентонит

5,5

Вода

До 100,0

6

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

55,0

14

Более 5

95

81,8

89,7

Лигносульфонат технический

7,0

Бентонит

3,0

Вода

До 100,0

7

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм-35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

20

3,0

83

89,8

90,0

Лигносульфонат технический

0,9

Бентонит

0,5

Вода

До 100,0

8

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

35,0

10

1,7

80

90,5

91,1

Крахмалит

11,0

Бентонит

17,0

Вода

До 100,0

9

Механоактивированный наноструктури-рованный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

67,0

13

Более 5

95

81,8

86,0

Крахмалит

1,6

Бентонит

2,5

Вода

До 100,0

10

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

15

2,3

89

88,5

90,1

Крахмалит

0,9

Бентонит

0,9

Вода

До 100,0

11

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

13

2,6

83

90,5

91,1

Лигносульфонат технический

11,0

Бентонит

5,5

Вода

До 100,0

12

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

55,0

19

Более 5

95

79,5

81,8

Лигносульфонат технический

7,0

Бентонит

3,0

Вода

До 100,0

13

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

25

3,7

90

87,5

90,1

Лигносульфонат технический

0,9

Бентонит

0,5

Вода

До 100,0

14

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм-10; >20 мкм - остальное

35,0

10

2,5

89

90,5

91,1

Крахмалит

11,0

Бентонит

17,0

Вода

До 100,0

15

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

67,0

15

5,5

95

79,8

80,0

Крахмалит

1,6

Бентонит

2,5

Вода

До 100,0

16

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

23

4,0

93

87,5

88,1

Крахмалит

0,9

Бентонит

0,9

Вода

До 100,0

17

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

10

2,5

89

90,5

91,1

Лигносульфонат технический

11,0

Бентонит

5,5

Вода

До 100,0

18

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

55,0

15

5,5

95

63,7

66,8

Лигносульфонат технический

7,0

Бентонит

3,0

Вода

До 100,0

19

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

23

4,0

93

87,5

88,1

Лигносульфонат технический

0,9

Бентонит

0,5

Вода

До 100,0

20

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

13

Более 5

85

92,1

92,9

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

21

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

65,0

15

Более 5

97

83,5

85,6

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

22

Механоактивированный наноструктурированный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

20

Более 5

98

92,1

92,1

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

23

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

65,0

15

Более 5

90

90,9

91,9

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

24

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

20

Более 5

96

86,8

89,6

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

25

Механоактивированный наноструктурированный электрокорунд состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

23

Более 5

97

87,0

90,0

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

26

Механоактивированный наноструктури-рованный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

45,0

15

Более 5

93

90,1

91,0

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

27

Механоактивированный наноструктури-рованный кварц состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

65,0

18

Более 5

97

82,5

82,6

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

28

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 15; 101 нм - 1 мкм - 35; 1,5-10 мкм - 35; 11-20 мкм - 10; >20 мкм - остальное

90,0

20

Более 5

96

86,8

89,6

Жидкое стекло

3,2

Феррохромовый шлак

3,0

Вода

До 100,0

29

Механоактивированный наноструктурированный графит состава, %: 1-100 нм - 5; 101 нм - 1 мкм - 5; 1,5-10 мкм - 65; 11-20 мкм - 20; >20 мкм - остальное

55,0

15

5,5

95

95,3

97,3

Лигносульфонат технический

7,0

Бентонит

3,0

Вода

До 100,0

Формула изобретения

1. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее и воду, отличающееся тем, что оно содержит в качестве наполнителя пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего - крахмалит или лигносульфонат технический, и дополнительно содержит бентонит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель

50-85

связующее

1,5-10

бентонит

1,0-3,5

вода

до 100.

2. Наноструктурированное покрытие для поверхностного модифицирования чугунных отливок, содержащее наполнитель, связующее и воду, отличающееся тем, что оно содержит в качестве наполнителя пылевидный кварц, или электрокорунд, или графит фракционного состава, мас.%: 1-100 нм - не менее 10; 101 нм - 1 мкм - 20-50; 1,5-10 мкм - 20-60; 11-20 мкм - 5-15; более 20 мкм - остальное, в качестве связующего - жидкое стекло, и дополнительно содержит феррохромовый шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:

наполнитель

50-85

связующее

1,5-10

феррохромовый шлак

1,0-3,5

вода

до 100