Đề tài Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc gang thép hợp kim chất lượng cao thay thế nhập ngoại để đúc các chi tiết máy phục vụ xuất khẩu

Bộ công THƯƠNG TổNG CÔNG TY THéP VIệT NAM Viện Luyện kim Đen -------------------- Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển CÔNG NGHệ cấp bộ Tên đề tài: “NGHIấN CỨU CHẾ TẠO HỖN HỢP SƠN KHUễN ĐÚC GANG THẫP HỢP KIM CHẤT LƯỢNG CAO THAY THẾ NHẬP NGOẠI ĐỂ ĐÚC CÁC CHI TIẾT MÁY PHỤC VỤ XUẤT KHẨU” DFGEDFGEDFGE Cơ quan chủ quản: tổng công ty thép vN Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim Đen Chủ nhiệm đề tài: tHs. NGUYỄN THỊ HẰNG 6828 27/4/2008 Tháng 12/2007 1 Thông tin chung Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc gang, thép hợp kim chất l−ợng cao thay thế nhập ngoại để đúc các chi tiết máy phụ vụ xuất khẩu Thời hạn thực hiện: 12 tháng (Từ tháng 01/2007 đến tháng 12/2007). Chủ nhiệm đề tài: Ks. Nguyễn Thị Hằng Viện Luyện kim đen, Quán Gánh, Huyện Th−ờng Tín, Tỉnh Hà Tây, Điện thoại: 034852026 Cơ quan chủ trì: Viện Luyện kim đen, Quán Gánh, Huyện Th−ờng Tín, Hà Tây, Điện thoại: 034 853255, Fax: 034769750 Cơ quan phối hợp chính 1-Viện Khoa học Vật liệu Phó Giáo s−, Tiến sỹ Luyện kim Tô Duy Ph−ơng, Chủ trì đề tài Tr−ởng phòng Công nghệ Kim loại Viện Khoa học Vật liệu, B1, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội Điện thoại: 04 7562496, Fax : 04 7911673 2- Hội Đúc Luyện kim Hà Nội 3- Trung Tâm Đúc Luyện kim Hà Nội 4- X−ởng Đúc Viện Khoa học Vật liệu 5- Công ty Cổ phần Cơ khí xây dựng Phúc Sơn 6- Công ty Cổ phần Cơ khí Mê Linh Danh sách những ng−òi thực hiện chính 1. Tô Duy Ph−ơng, P.Giáo s−, Tiến sỹ, Tr−ởng phòng,Viện Khoa học Vật liệu 2. Nguyễn Thị Hằng, Kỹ s−, Cán bộ, Viện Luyện kim đen 3. Nguyễn Văn Tuân, Kỹ s−, cán bộ Viện Khoa học Vật liệu 5. Trần Ngọc Bách, Kỹ s− đúc -nt- 6. Nguyễn Phúc Hải, Ktv -nt- 7. Nguyễn Đức Huấn, Kỹ s− -nt- 8. Lê Xuân Hiền, Ktv -nt- 9. Trịnh Văn Bạt, Kỹ s− đúc, Giám đốc TT Trung tâm ĐLK Hà Nội 10. Vũ Hữu Trí, Kỹ s− đúc -nt- 11. Kiều Thị Tồn, Kỹ s− đúc -nt- 12. Ngô Văn Ch−ơng, Kỹ s− đúc -nt- 13. Nguyễn Thị K.Ph−ợng Kỹ s− đúc, cán bộ Viện Công nghệ 14. Nguyễn Đức Minh, Kỹ s− luyện kim, P. Giám đốc XN, Công ty CK Hà Nội 15. Nguyễn Vây, Kỹ s−, Giám đốc Xí nghiệp, Công ty TNHHNN1TV Mai Động 2 Mục lục Trang Mở đầu 3 Phần I, Tổng quan về đề tài 4 1.1. Sơ l−ợc tình hình nghiên cứu đề tài 4 1.2. Cơ sở lý luận để nghiên cứu đề tài 6 Phần II, Nội dung và ph−ơng pháp nghiên cứu đề tài 16 2.1. Ph−ơng pháp và thiết bị nghiên cứu đề tài 16 2.2. Nghiên cứu lựa chọn thành phần hỗn hợp sơn khuôn tối −u trên cơ sở ôxýt manhêzi 22 2.3. Nghiên cứu công nghệ nghiền tuyển, pha chế hỗn hợp sơn khuôn đúc 26 2.4. Nghiên cứu chế tạo thử sản phẩm hỗn hợp sơn khuôn đúc hệ manhêzi 30 2.5. Nghiên cứu thử nghiệm, đánh giá kết quả hỗn hợp sơn cho khuôn đúc gang, thép hợp kim chất l−ợng cao ở một số nhà máy đúc 33 Phần III, Kết quả nghiên cứu đạt đ−ợc và đánh giá kết quả 38 3.1. Thành phần hoá 38 3.2 Độ chịu nhiệt 39 3.3. Các tính chất cơ học của hỗn hợp sơn khuôn đúc 44 3.4. Hình thái của lớp hỗn hợp sơn khuôn 44 3.5. Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế, khả năng áp dụng vào thực tế sản xuất 51 Phần IV, Kết luận và kiến nghị 53 Tài liệu công bố và tham khảo 55 Phụ bản 56 3 Mở đầu Chất l−ợng và bề mặt của sản phẩm đúc phụ thuộc nhiều ở vật liệu và chất l−ợng làm khuôn nh− cát và chất sơn khuôn. Chất sơn khuôn đ−ợc dùng rộng rãi trong đúc các chi tiết gang, thép hợp kim lớn, thành dày đòi hỏi chất l−ợng bề mặt cao. Đối với các sản phẩm đúc phục vụ xuất khẩu phải có yêu cầu cao về chất l−ợng bề mặt, độ chính xác về cỡ kích hình học. Chất sơn khuôn có tác dụng tăng c−ờng độ bền bề mặt khuôn, không cho rời vụn tơi cát, làm tăng độ chịu nhiệt, ngăn ngừa sự xâm nhập, thẩm thấu và tác dụng của kim loại lỏng với cát khuôn, phòng chống và hạn chế hiện t−ợng cháy dính bám cát cơ học và hoá học ở vật đúc. Với những loại khuôn cát nhựa furan tự đông cứng, khuôn cát trắng n−ớc thuỷ tinh tự cứng hoặc hoá cứng bằng khí CO2 vv... ng−ời ta dùng loại hỗn hợp sơn khuôn khô nhanh với dung môi hoà tan là cồn công nghiệp, tôluen, xylen, xăng, hoặc dầu hoả để có thể tự khô hoặc đốt cháy làm khô nhanh phù hợp với yêu cầu của sản xuất khuôn đúc bảo đảm năng suất và chất l−ợng. Hiện nay chất sơn khuôn đúc đ−ợc chế tạo và cung cấp bởi các hãng chuyên sản xuất và kinh doanh nh− FOSECO (Anh Quốc) Tế Nam (Trung Quốc), Đài Loan ...vv, chất l−ợng tốt và ổn định, nh−ng giá thành cao và phải nhập lớn. Để chế tạo đ−ợc chất sơn khuôn từ nguyên liệu trong n−ớc đạt chất l−ợng, thay thế nhập ngoại, giá thành thấp, phục vụ kịp thời cho sản xuất các mặt hàng gang, thép hợp kim, đề tài tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đạt chất l−ợng t−ơng đ−ơng ngoại nhập. Vấn đề trọng tâm cần giải quyết là công nghệ nghiền tuyển bột manhêzi đạt độ mịn khoảng 15-30 àm và công nghệ pha chế tạo dung dịch hỗn hợp sơn khuôn. Mục tiêu của đề tài là: - Nghiên cứu tìm ra công nghệ chế tạo hỗn hợp bền nhiệt cao, chống dính bám từ vật liệu chịu lửa có ở Việt Nam để làm chất sơn khuôn đúc các chi tiết máy bằng gang, thép hợp chất l−ợng cao. - Triển khai chế tạo hỗn hợp sơn khuôn đúc ổn định, giá thành thấp cung cấp cho các nhà máy đúc hàng xuất khẩu. 4 Phần I, Tổng quan về đề tàI 1.1. Sơ l−ợc tình hình nghiên cứu đề tàI 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở n−ớc ngoài Để đúc các loại gang, thép hợp kim cao; đặc biệt là thép bền nhiệt, chịu mài mòn nh− thép crôm, mangan, thì khuôn đúc các loại thép này phải đ−ợc sơn phủ, bảo vệ bề mặt để chống cháy cát với kim loại lỏng dẫn đến thấm cát vào kim loại, tạo ra biếu làm hỏng sản phẩm. Các chất sơn khuôn th−ờng là các ôxýt có nhiệt độ nóng chảy cao nh− ZrO2.SiO2 (1900-1995OC), FeO.Cr2O3 ( 2180OC), MgO ( 1900oC), Al2O3 ( 2030 OC ) và Cr2O3 ( 2265 OC). Hiện nay trên thế giới có rất nhiều loại chất sơn khuôn hệ graphít, zecôni, crômít, ôlivin, manhêzi dùng cho đúc các loại gang và thép hợp kim khác nhau.v.v. xem bảng 1: Bảng 1, Các loại chất sơn khuôn đúc gang, thép hợp kim đang hiện hành TT. Hỗn hợp sơn khuôn Chất pha Sử dụng cho đúc 1. Zecôni Cồn Thép 2. Zecôni N−ớc Thép 3. Nhôm-Silicát Cồn Gang xám vật nặng 4. Serisite Cồn Gang, Nhôm, kim loại màu 5. Serisite N−ớc Gang, Nhôm, kim loại màu 6. Crômít Cồn Thép và hợp kim Crômmanhêzi Cồn Thép và hợp kim 7. Crômít H3PO4 Thép và hợp kim cao Crômmanhêzi H3PO4 Thép và hợp kim cao 8. Manhêzi H3PO4 Thép và hợp kim cao ở Anh và ấn Độ có cả những Công ty chuyên sản xuất, kinh doanh các chất sơn khuôn đúc nh− Foseco International Ltđ ấn Độ, Feseco mould coating Ceramol Anh. Một số loại sơn khuôn đúc của Trung Quốc, Đài Loan, Hàn Quốc, úc, Anh, ấn Độ .v.v. Hãng FOSECO (Anh, ấn Độ, Thái Lan) đã cung cấp trên thị tr−ờng Việt Nam chất sơn khuôn DM có tỷ trọng 1,6 g/ml dùng để sơn khuôn đúc gang. Chất sơn khuôn L.E.N có tỷ trọng 1,6 g/ml dùng cho sơn khuôn đúc thép mangan cao. Chất sơn khuôn Z có tỷ trọng 2,0 g/ml dùng cho thép hợp kim. Hãng Tế Nam - Trung Quốc có các loại sơn khuôn nh− sau (xem bảng 2): 5 Bảng 2, Các loại chất sơn khuôn đúc của hãng Tế Nam - Trung Quốc Ký hiệu FA 407 FQ 607L FAH 500 FAH 580 FAT 290 Thành phần chính Graphít Graphít + Zecôni Zecôni Bôxít Manhêzi Tỷ trọng g/cm3 1,15 - 1,35 1,10 - 1,30 1,60 - 2,00 1,40- 1,80 1,40-1,80 Dùng cho khuôn đúc Gang và kim loại màu Gang cỡ lớn Thép Thép và gang Thép Mn ở Nhật, Sec và các n−ớc Đông Âu khác, chất sơn khuôn đúc sản xuất ra phải đáp ứng các yêu cầu chất l−ợng khắt khe cho từng loại gang hoặc thép hợp kim. Nhiều loại sơn khuôn đúc đã đ−ợc nhập vào Việt Nam, nh−ng do vật liệu làm khuôn và điều kiện công nghệ đúc của Việt Nam có khác, kể cả điều kiện kinh tế, nên một số loại đã không đáp ứng. Nói chung trên thế giới các loại hỗn hợp sơn khuôn đúc gang thép hợp kim đã đi vào sản xuất ổn định về chất l−ợng và có thị tr−ờng rất lớn. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong n−ớc. Các gang và thép hợp kim crôm, mangan chịu mài mòn th−ờng hình thành các ôxýt crôm, mangan (kiềm tính) khi đúc vào các loại khuôn cát silic (tính axít) sẽ gây ra phản ứng giữa các ôxýt với nhau tạo ra xỉ (MnO.SiO2) ở nhiệt độ thấp và làm dính bám cát, xỉ vào sản phẩm đúc, làm hỏng bề mặt sản phẩm. Để loại bỏ dính bám cát, xỉ cần phải dùng các chất sơn khuôn đúc. Các xí nghiệp đúc ở Việt Nam nh− Công ty Cơ khí Hà Nội, Mai Động, Trần H−ng Đạo đã sử dụng các loại cát đúc mới và chất l−ợng nh− furan.v.v.. nh−ng đang gặp nhiều khó khăn để đạt đ−ợc chất l−ợng bề mặt sản phẩm dẫn đến giảm chất l−ợng và tăng phế phẩm. Để xử lý cháy cát, dính bám khuôn, nâng cao chất l−ợng, giảm phế phẩm đúc, nhiều xí nghiệp nh− Công ty Cơ khí Hà Nội đã phải nhập chất sơn khuôn của n−ớc ngoài. Viện Khoa học Vật liệu đã có nghiên cứu thăm dò chế tạo hỗn hợp sơn khuôn crômít từ năm 2004, do nhu cầu của các nhà máy đúc của Công ty 1 thành viên Mai Động, Cơ khí Hà Nội, Công ty Cơ khí Trần H−ng Đạo, Công ty Cơ khí xây dựng số 7, Liên Ninh, Công ty Cơ khí xây dựng số 5 Tây Mỗ, Công ty Cơ khí Đông Anh .v.v.. Vấn đề nghiên cứu này đã có một số kết quả đ−ợc nhà máy chấp nhận, song còn một số vấn đề công nghệ ch−a thể tháo gỡ đ−ợc nh− tạo độ bền nhiệt ổn định và loại bỏ khí trong chất sơn khuôn đúc .v.v. Viện Khoa học Vật liệu đã xây dựng 1 dây chuyền công nghệ chế tạo bột đi từ nghiền, tuyển, rửa và nghiện mịn, tạo các hỗn hợp làm bột đúc, bột sơn khuôn với công suất tới vài tấn ngày. Trong thời gian qua x−ởng đã chế hàng tấn bột sơn khuôn crômít có độ mịn hạt tới 15 àm cho nhiều xí nghiệp sử dụng nh− Công ty Mai Động, Cơ khí 6 19-5 Hải Phòng..v.v. Hiện nay để sản xuất các chi tiết máy bằng gang, thép hợp kim chất l−ợng cao phục vụ xuất khẩu phần lớn phải dùng lò điện; t−ờng lò manhêzi sau một chu kỳ chạy t−ờng lò đ−ợc tháo dỡ thải bỏ, thải. Một số xí nghiệp lớn ở khu Gang thép Thái Nguyên đã thu hồi, nghiền, xay làm bột đầm lò hoặc pha chế tạo vữa trát lò... Trong thời gian tr−ớc và sau Hội nghị đúc Châu á lần thứ 9 (AFC-9) đ−ợc tổ chức tại Hà Nội năm 2005 tập đoàn FOSECO Thái Lan, úc, ấn Độ đã đ−a vào Việt Nam một l−ợng lớn các loại bột sơn khuôn, có loại theo hệ manhêzi. Các công ty nh− Cơ khí Hà Nội, Bơm Hải D−ơng..... phải nhập các hỗn hợp sơn khuôn từ n−ớc ngoài về với giá thành rất đắt; có loại tới 1,6 USD/kg. Viện Công nghệ xạ hiếm đã có nhiều năm nghiên cứu và đã chế tạo đ−ợc chất sơn khuôn zecôni. Đây là hỗn hợp sơn khuôn đúc có thành phần chủ yếu là silicát zecôni. Việc nghiên cứu chế tạo, sử dụng bột manhêzi hoặc crômmanhêzi đã qua thành lò, đ−ợc nghiền tuyển, tách lọc tạo bột mịn tới 15 àm làm hỗn hợp sơn khuôn thì sẽ đạt chất l−ợng cao và thay thế đ−ợc hỗn hợp chất sơn khuôn phải nhập ngoại với thị tr−ờng tiêu thụ rất nhiều. 1.2. Cơ sở lý luận để nghiên cứu đề tàI 1.2.1. Hiện t−ợng cháy dính cát ở vật đúc Cháy bám dính cát ở vật đúc là một hiện t−ợng th−ờng xảy ra trong quá trình sản xuất. Các chi tiết lớn, thành dày, đúc rót ở nhiệt độ cao, cháy dính bám cát xuất hiện trên bề mặt vật đúc, là sự dính bám vững chắc giữa vật liệu làm khuôn với bề mặt vật đúc, do kết quả các quá trình nhiệt học, cơ học và hoá lí xảy ra trong giai đoạn đúc rót kim loại, đông đặc và làm nguội vật đúc. Ng−ời ta chia ra hai dạng cháy bám dính cát là cháy dính cát cơ học và hoá học. 1.2.1.1. Cháy dính bám cát cơ học Cháy dính bám cát cơ học đ−ợc tạo thành do kết quả của hiện t−ợng kim loại lỏng len lỏi chiếm chỗ các lỗ nhỏ giữa các hạt cát trong hỗn hợp làm khuôn. Trên mặt vật đúc xuất hiện một lớp gồm các hạt cát bị kim loại liên kết lại. Lớp cháy dính bám cát khó tách này làm cho kim loại thấm vào các lỗ nhỏ của khuôn d−ới tác dụng của lực mao dẫn và cột áp lực của kim loại lỏng. Sự thấm kim loại vào các lỗ nhỏ của khuôn chỉ xảy ra nếu áp suất tĩnh của kim loại v−ợt quá áp suất mao dẫn. Thực tế cho thấy sự cháy bám dính cát cơ học xuất hiện ở những vùng của khuôn bị kim loại lỏng nung nóng mạnh nhất (thành dày, rãnh dẫn...), các góc, các lỗ bên trong do không đ−ợc giã chặt (thành đứng, sâu...). Để ngăn ngừa sự 7 cháy dính cát cơ học, bề mặt khuôn đúc phải đ−ợc sơn phủ để làm giảm độ xốp của lớp bề mặt khuôn, bịt kín các lỗ hở giữa các hạt cát, làm nhẵn bề mặt khuôn. 1.2.1.2. Cháy dính bám cát hoá học Sự cháy dính bám cát hoá học th−ờng xuất hiện ở các vật đúc gang, thép, do kết quả của các quá trình hoá lí xảy ra khi đúc rót gang, thép lỏng váo khuôn cát. Chất cháy dính bám cát ở vật đúc là những hợp chất hoá học, là sản phẩm của phản ứng giữa các ôxýt kim loại với cát làm khuôn. Khi rót gang, thép lỏng vào khuôn cát, trên bề mặt kim loại lỏng tạo thành một lớp sắt ôxýt (FeO) có nhiệt độ nóng chảy thấp, lớp ôxýt này dễ dàng thấm −ớt bề mặt các hạt cát và d−ới tác dụng của áp suất mao dẫn có thể thẩm thấu sâu vào trong các lỗ khuôn tác dụng với các hạt cát, tạo ra những hợp chất lỏng dễ chảy và di động, có thể thấm sâu vào trong khuôn nh− các silicat sắt, mangan …theo các phản ứng sau: / Fe / + 1/2 O2(g) = ( FeO) (1) ( FeO ) + ( SiO2)cát = ( FeO.SiO2) (2) / Mn / + 1/2O2(g) = ( MnO ) (3) ( MnO ) + ( SiO2)cát = ( MnO.SiO2) (4) ( MgO ) + ( SiO2)cát = ( MgO.SiO2) (5) L−ợng ôxýt kim loại trong lớp cháy dính cát nhiều thì lớp này có cấu tạo vô định hình dạng kính và dễ tách ra khỏi vật đúc. Lớp cháy dính cát nào có l−ợng ôxýt kim loại không nhiều lắm thì có cấu tạo tinh thể và khó tách khỏi bề mặt vật đúc. Chất l−ợng bề mặt của chi tiết gang, thép đúc; đặc biệt là thép hợp kim crôm mangan bền nhiệt, chịu mài mòn phụ thuộc nhiều ở lớp màng ngăn cách giữa khuôn cát và chi tiết đúc. Nguyên tắc là gang, thép lỏng trong khuôn đúc phải đ−ợc ngăn cách với khuôn bằng một lớp chất hỗn hợp sơn phủ; nó là cơ sở ngăn cách biên, ngăn ngừa các phản ứng cháy trên biên gang, thép lỏng-khuôn cát. Các thép CrNi, CrNiMo, CrMn, Mn th−ờng đ−ợc đúc ở nhiệt độ cao sẽ làm chảy cát SiO2 , vì nhiệt độ chảy của nó khoảng gần 1723 OC. Trên cơ sở nhận biết này, phải tìm ra một hỗn hợp sơn phủ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn. Nhiệt độ nóng chảy của các chất ZrO2SiO2 là 1900-1995 OC, MgO là 1900oC, Al2O3 là 2030OC. Hỗn hợp sơn khuôn manhêzi sẽ thực hiện chức năng là màng ngăn cách 8 chống chảy, dính bám cát vào chi tiết đúc (xem minh hoạ trên hình 1) Khuôn Chất sơn khuôn s ilicát Phản ứng cháy cát Giọt thép lỏng Giọt xỉ lỏng Chất sơn khuôn bền nhiệt (manhêzi) Không phản ứng cháy cát Giọt thép lỏng Giọt thép lỏng Hình 1, Sơ đồ minh hoạ chất sơn khuôn bền nhiệt, chống dính bám cát vào vật đúc có so sánh với chất sơn khuôn silicát Cát SiO2 có cấu trúc dạng tứ diện tâm là Si 4+, bốn đỉnh là O2- Khối l−ợng riêng 2.5 ~2.8 g/ cm3, nhiệt độ nóng chảy là 17130C. Cát silic th−ờng có màu trắng phụ thuộc vào ion kim loại hấp thụ trên bề mặt hạt cát. Cát silic khi nung nóng có tính chuyển biến thù hình kèm theo sự thay đổi thể tích (xem hình 2): βquắc ở 573 o C αquắc ở 870 oC α Tridimit ở 1470oC α Cristobenit ở 1713o C lỏng γ 163oC 230oC β Tridimit β Cristobenit 117oC γ Tridimit 117oC Hình 2, Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát silic 9 Sự thay đổi góc trong ô mạng dẫn đến hình dạng thù hình của SiO2 thay đổi và biến đổi thể tích nh− sau: β q α qtăng 0,2%, γt β T tăng 0,2%, βC α C tăng 3,7%, α q α T tăng 0,2%, α T α C tăng 16%, α q Vô định hình tăng 15,4%. Việc chuyển biến thù hình đến cristobenít kèm theo sự thay đổi thể tích khi nung nóng sẽ dẫn đến nứt dạn khuôn cát làm cho thép thấm vào khuôn. Để khống chế cần phải có chất sơn phủ chịu nhiệt. Nh− vậy để ngăn ngừa phản ứng cháy dính bám cát hoá học trên bề mặt vật đúc, phải sơn phủ lên mặt khuôn một lớp sơn có độ chịu nhiệt cao, có tính trơ hoá học nh− manhêzi (MgO), bôxít (Al2O3), crômit, zecôni (ZrSiO4). 1.2.2. Chức năng của lớp sơn phủ bền cơ, bền nhiệt Lớp sơn phủ trên mặt khuôn cát tạo ra lớp màng ngăn cách giữa kim loại lỏng và khuôn. Lớp màng ngăn cách này không cho phép kim loại lỏng làm chảy cát; có nghĩa là lớp sơn phủ phải có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ của kim loại lỏng. Lớp sơn phủ không tạo bọt khí cơ học để vỡ, nổ làm thủng màng và thâm nhập khí vào kim loại lỏng. Điều này chỉ đáp ứng khi lớp màng đ−ợc tạo ra từ những hỗn hợp cực mịn (<20 àm) mới phun phủ đ−ợc, chứ không phảI sơn quét bằng chổi nh− ph−ơng pháp cổ điển. Cũng nhờ cỡ hạt hỗn hợp bột cực mịn mới tạo ra đ−ợc cấu trúc lớp sơn phủ xít chặt, bền chắc. Để làm tốt lên tính chịu nhiệt của của hỗn hợp sơn phủ cần phải: -Tăng độ xít chặt của lớp màng, không bị dạn nứt cơ học đặc biệt là những chỗ sung yếu. - Tăng độ bền chống xói mòn nóng, nâng cao độ chống ăn mòn và bào mòn khi nung lên nhiệt độ cao. - Tăng độ dính kết với khuôn đúc, tránh bong rộp và tạo hổng khí ở nhiệt độ kim loại lỏng. Để tăng độ xít chặt không dạn nứt cơ học phải tiến hành pha trong dung môi thích hợp tạo gel huyền phù, có độ co ở nhiệt độ cao thấp và không nhạy phân huỷ nhiệt. Cụ thể ở đây là nếu không có dung môi tạo gel huyền phù thích hợp thì khi cát chuyển hoá cristobenít sẽ tăng thể tích khối, phồng rộp lên và phá thủng màng sơn phủ. Việc nâng cao độ bền chống xói mòn, bào mòn và ăn mòn cơ học cần phải bảo đảm đ−ợc khả năng dính kết tốt và ổn định ở nhiệt độ cao nhất, dung môi, kết dính này cũng phải có nhiệt độ nóng chảy cao. Đây là vấn đề khó, vì rằng những dung môi kết dính thông th−ờng nh− n−ớc, cồn chỉ ổn định ở nhiệt độ thấp xem hình 3. 10 Hình 3, Độ bền cơ ổn định ở nhiệt độ của các dung môi pha Nh− vậy chất tạo gel kết dính tốt nhất là axít phốtsphoric. Để tốt hơn nữa cần có chất dính kết chịu nhiệt đó là bentônít cao alumi và có độ nhớt cao. Trong nhiều tr−ờng hợp hỗn hợp cát làm khuôn có chứa các chất hữu cơ làm dễ dàng tạo ra môi tr−ờng khí theo các phản ứng sau: C + CO2 = 2CO, (6) C + 2H2 = CH4, (7) Môi tr−ờng chứa CO2, CO, CH4 là môi tr−ờng ôxy hoá khử, nó phụ thuộc vào thế các bon và nh− vậy các bon sẽ từ pha khí chuyển vào kim loại lỏng và các bon hoá bề mặt chi tiết đúc làm xuất hiện dung dịch các bon trong sắt /C/Feγ hoặc Fe3C. Vì vậy hỗn hợp sơn phủ khuôn đúc cần đáp ứng việc tạo ra màng ngăn cách bền nhiệt, xít chắc, không nứt, không bong rộp, mỏng mịn có độ nóng chảy cao và chống đ−ợc xói mòn, bào mòn và ăn mòn ôxy hoá khử. Hỗn hợp sơn khuôn phải có độ mịn nhất, dễ dàng tạo ra thể huyền phù trong dung môi bền nhiệt để có thể phun phủ lớp mỏng, bóng nhẵn…. Hệ số tốc độ biến đổi nhiệt khi nung đ−ợc diễn đạt nh− sau: α σ . . E aK = (m2.OC/h) (8) ở đây: σ là độ bền cơ ở nhiệt độ tiến hành (kp/cm2) α là hệ số dãn nở nhiệt (-/OC) a là độ dẫn nhiệt (m2/h) E là môđun đàn hồi (kp/cm2) Dầu kốc OF-1 Axít phôtsphoric Đ ộ bề n cơ [M pa ] 200 400 600 800 1000 8 6 4 2 11 Nh− vậy là nếu thay đổi môđun đàn hồi nhỏ đi thì tỷ số σ/E sẽ tăng lên và sẽ làm thay đổi theo cả hệ số tốc độ biến đổi nhiệt; làm tốt lên độ bền nhiệt của hỗn hợp. Việc pha chế hỗn hợp sơn khuôn đúc tức là phân tán các hạt vật liệu chịu nhiệt trong dung môi kết dính tạo thành một dung dịch huyền phù có độ nhớt và tỷ trọng cần thiết, sao cho khối dung dịch đồng nhất, sự sa lắng đông tụ chậm xuất hiện để sau khi pha chế việc quét, nhúng..., sơn khuôn đồng đều và dễ dàng. Chất sơn khuôn chất l−ợng tốt, sử dụng đ−ợc hoàn toàn. Trong các dung dịch hệ phân tán (hạt rắn trong chất lỏng) có các hạt với khối l−ợng t−ơng đối lớn, d−ới tác dụng của sức hút trái đất chúng bị sa lắng. Nếu nh− các hạt chất phân tán đủ lớn, đủ nặng thì sau một thời gian tất cả bị kết tủa (hệ phân tán thô). Đối với các hệ có độ phân tán cao hơn (các hạt nhỏ hơn) sẽ tồn tại một trạng thái phân bố cân bằng của các hạt theo độ cao. Xét một hệ phân tán trong đó các hạt phân tán có khối l−ợng hiệu dụng là m. Mỗi hạt chịu một lực hút của trọng tr−ờng, hạt sẽ sa lắng với vận tốc U không đổi khi trọng lực bằng