(Студентка 5го курса ПИМаш, Учебный мастер кафедры «Машины и технология литейного производства» ПИМаш)
Резюме научно-исследовательского проекта.
Исследование модификации водного раствора кремнезоля наночастицами огнеупоров.
Литейное производство основа современного машиностроения. Литье по выплавляемым моделям в керамические формы (ЛВМ) единственный способ массового производства высокоточных заготовок сложной конфигурации. На сегодняшний день литейщики России используют для изготовления керамических форм этилсиликат (ЭТС) или водные кремнезоли зарубежного производства. ЭТС токсичен, дорог пожароопасен. Технология ЛВМ с его использованием разработана в 50е годы прошлого столетия и не претерпела существенных изменений по сей день. Отечественные кремнезоли выпускаемые под различными торговыми марками («Армосил», «Сиалит»…) не соответствуют требованиям современного производства. Основной недостаток низкая прочность литейной формы в не прокаленном состоянии. Это обусловлено необходимостью введения в состав связующего ПАВ. ПАВ снижает поверхностное натяжение раствора, что ведет к низкой адгезии между связующем и огнеупорным наполнителем. Прочность на разрыв для отечественного связующего 10КПа, связующего фирмы «Дюпонт» 140КПа. Импортный материал содержит в своем составе водорастворимый полимер. Он повышает прочность не прокаленной керамики. Попытки улучшить прочностные свойства отечественного кремнезоля полимерами Российского и иностранного производства показали отсутствие положительного эффекта.
Постановка задачи исследования. Известно, что повысить работу адгезии, а соответственно прочность формы, можно за счет увеличения поверхностного натяжения связующего. Это достигается введением в раствор компонентов с большим значением поверхностной энергии. Определенный эффект был получен при внедрении в раствор кремнезоля иона Mg. Внедрение проводилось из тонкодисперсной фракции МgО с размером зерен не более 5мкм. Повышение прочности формы составило 10%. Более перспективное направление – использование нанодисперсных порошков огнеупоров на основе оксидо-образующих металлов алюминия и магния. При размере частиц 50нм они сохраняют поверхностные свойства твердого вещества в тоже время входят в коллоидный раствор связующего. Нанопорошок огнеупоров предположительно должен выполнять роль центров гелеобразования и в дальнейшем служить матрицей литейной керамики. Еще один фактор получения качественной формы – тиксотропные свойства огнеупорной суспензии суспензии. Сегодня их достигают добавкой органических полимеров (полиакриламид и др.). Предварительные исследования показали: введение боросодержащих микропорошков резко увеличивает сендиментационную устойчивость суспензии.
Цель исследования – изучить влияние нанодисперсных порошков огнеупоров на физические и технологические параметры водного раствора кремнезоля.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
Определить физические параметры огнеупорной суспензии и керамических форм на основе модифицированного нанопорошком водного раствора кремнезоля. К физическим параметрам относятся – краевой угол смачивания натекания, статический краевой угол смачивания, поверхностное натяжение, динамическая вязкость, максимальная работа адгезии при разрыве кварцевых штоков склеенных огнеупорной суспензией, проницаемость керамических форм. Определить технологические параметры огнеупорной суспензии и керамических форм на основе модифицированного нанопорошком водного раствора кремнезоля. К технологическим параметрам относятся – условная вязкость, прочность на разрыв кварцевых штоков склеенных огнеупорной суспензией, прочность на изгиб керамических форм, газопроницаемость, пористость, качество отпечатка контактной поверхности формы в сравнении с эталоном.Кафедра «Машины и технология литейного производства» «ПИМаш» располагает необходимым оборудованием и отработанными методиками для определения всех перечисленных параметров. Получения нанопорошка предполагается вести путем струйного помола микропорошка прошедшего измельчение в шаровой мельнице.
Научная новизна проекта. Модифицирование водного раствора кремнезоля нанопорошками огнеупоров открывает возможность создания неорганических формовочных материалов уровень свойств которых определяется не природными факторами, а задан искусственно за счет особых свойств наночастиц.
Практическая значимость. Разработка технологии модифицирования отечественного водного связующего позволит существенно улучшить экологию на производстве (исключить применение аммиака и органических растворителей), улучшить моральную обстановку в трудовых коллективах (исключить использование этилового спирта расход которого 50кг на 1т отливок), снизить себестоимость литья (стоимость водного связующего 30…50 руб/кг, связующего на ЭТС 80…100 руб/кг).
Выводы.
1. Решение поставленных задач позволит оценить влияние модифицирования на литейные свойства керамики. Соответствующие добавки могут дать возможность получать формы с заданным уровнем свойств по прочности, газопроницаемости, качеству контактной поверхности.
2. Предлагаемый научно-исследовательский проект является началом нового направления в развитии формовочных материалов. Успехи фундаментальных наук в области наносборок открывают перспективу создания «интеллектуальных» материалов меняющих свои свойства в зависимости от условий протекания процесса изготовления литейной формы или кристаллизации металла.
Место учебы / работы (полное официальное название)
Санкт-Петербургский институт машиностроения
