Порошок хромовой руды (состоящий в основном из хромита, содержащего Cr₂O₃·FeO) стал ключевым материалом для покрытий для прецизионного литья благодаря своей высокой огнеупорности, превосходной коррозионной стойкости и термохимической стабильности. Он позволяет значительно улучшить качество поверхности отливок и снизить уровень дефектов. Ниже приводится систематическое описание принципа применения, ключевых моментов процесса, формулы и конкретных случаев:
🔬 1. Принцип и преимущества нанесения основного покрытия
Механизм предотвращения налипания песка и проникновения
Когда порошок хромовой руды контактирует с расплавленным металлом при высокой температуре (>1900 ℃), содержащийся в нем FeO будет преимущественно окисляться с образованием плотной шпинельной фазы (например, FeCr₂O₄), блокируя проникновение расплавленного металла в поры песчаной формы, тем самым устраняя механическое налипание14. В то же время Cr₂O₃ может способствовать спеканию и отслоению покрытия, и покрытие будет автоматически отваливаться кусками после заливки, снижая затраты на очистку.
Термостойкость и оптимизация усадки.
Высокая температура плавления (1890–2100 °C) и низкий коэффициент теплового расширения обеспечивают размерную стабильность порошка хромовой руды при высоких температурах, что особенно подходит для изготовления крупногабаритных отливок. Его коэффициент аккумуляции тепла выше, чем у кварцевого песка, что продлевает время затвердевания расплавленного металла, усиливает эффект усадки и уменьшает дефекты, связанные с усадкой.
Химическая инертность и экранирующий эффект.
В азотсодержащем смоляном песке (например, фурановой смоле) покрытие из хромовой руды может блокировать диффузию элементов N и C в отливки, предотвращать увеличение содержания углерода и образование подкожных пор в отливках из низкоуглеродистой стали, а также повышать коррозионную стойкость.
⚙️ 2. Процесс нанесения и технические моменты
Выбор размера частиц и равномерное нанесение
Крупные частицы (80~280 меш): как огнеупорный заполнитель, повышают способность противостоять воздействию расплавленного металла и используются в горячих точках крупных отливок.
Ультратонкий порошок (>320 меш, на его долю приходится 15–20 %): заполняет поры покрытия, улучшает плотность и используется для стальных отливок с высокими требованиями к экранированию.
Адаптация носителя краски
Краска на водной основе: содержание суспензии до 98% (24 ч), выделение газа ≤16 мл/г (1000 ℃), подходит для сцен, требующих низкотемпературной сушки, таких как потеря пены, при этом температуру сушки необходимо контролировать на уровне 40~60 ℃, чтобы предотвратить деформацию пены.
Краска на спиртовой основе: степень суспендирования ≥95% (8 ч), высыхает сразу после зажигания, подходит для высокоскоростного производства, но необходимо контролировать скорость улетучивания этанола, чтобы предотвратить растрескивание.
Формула синергетической оптимизации
Композитные наполнители: в сочетании с диатомитом, вермикулитом и т. д. (например, запатентованная формула: хромит 65~85% + диатомит 15~20%) улучшают воздухопроницаемость и снижают температуру спекания.
Система связующего: используется композитное связующее (например, этилцеллюлоза + фенольная смола), что позволяет учесть как прочность при низких температурах, так и высокотемпературную керамизацию (триполифосфат натрия способствует спеканию).
Функциональные добавки: добавьте порошок Fe₂O₃ (1~3%) для стимуляции образования оксидной пленки и улучшения отслаиваемости; стеариновую кислоту (0,1~0,15%) для улучшения выравнивания.
📊 3. Разработка формулы и оптимизация производительности.
Ниже приведена типичная формула покрытия из порошка хромовой руды и сравнение производительности:
Таблица: Сравнение производительности покрытий из порошка хромовой руды на водной и спиртовой основе.
Компонент/характеристики Покрытие на водной основе Покрытие на спиртовой основе Функция
Соотношение порошка хромовой руды 50~70% (крупнее 280 меш) 60~80% (280~325 меш) Огнеупорный скелет, против проникновения
Суспендирующий агент Бентонит на основе лития (3~6%) Органический бентонит (2~4%) Противоосадочный, поддерживает однородность
Связующее Силикатный золь (2~3%) Фенольная смола (3~5%) Улучшение прочности покрытия
Скорость суспендирования (24 ч) ≥98% ≥95% (8 ч) Стабильность при хранении
Газообразование (1000 ℃) ≤16 мл/г ≤19 мл/г Уменьшение дефектов пор
Стойкость к растрескиванию (1200 ℃) Быстрый нагрев в течение 2 мин без трещин То же, что и слева Предотвращает проникновение металлической жидкости в трещины
🧪 IV. Ключевые моменты контроля качества
Контроль стабильности суспензии: предотвращение образования осадка с помощью загустителей (таких как КМЦ 0,15–0,5%) и тиксотропных агентов (таких как нано-SiO₂), при этом тиксотропная скорость должна быть >30% для обеспечения однородности покрытия24.
Регулировка отслоения при спекании: добавьте флюс (карбонат лития 0,3~0,5%), чтобы покрытие умеренно плавилось при температуре заливки и образовало стекловидный и легко отслаивающийся слой.
Охрана окружающей среды и безопасность: Требуется вентиляционное и пылеулавливающее оборудование (пыль хромовой руды вредна), а сточные воды, содержащие Cr, необходимо нейтрализовать.
🏭 V. Типичные сценарии применения и эффекты
Крупные стальные отливки (опоры, звездочки)
После использования композитного покрытия на основе порошка хромовой руды скорость адгезии песка снижается до <3%, шероховатость поверхности после дробеструйной обработки составляет Ra≤12,5мкм, а почерк четкий и не имеет пропусков мяса (по сравнению с непокрытыми деталями Ra≥25мкм).
Высокохромистый чугун (подкладочная плита, боек молота).
Покрытие нанокомпозитным порошком FeCr₂O₄ (15~20%) позволяет повысить твердость поверхности отливок почти в 3 раза (HV 800→2200) и продлить срок службы до износа в 2 раза.
Детали из прецизионной легированной стали
После нанесения в песчаную форму из фурановой смолы подкожная пористость снижается с 8% до 0,5%, а увеличение содержания углерода в низкоуглеродистой нержавеющей стали контролируется ниже 0,02%.
