CC BY
57
г: готшлтгт?
If ЧI 3 (72), 2013-
Г:
УДК 621 .74 Поступила 17.09.2013
к. Э. БАРАНОВСКИЙ, Н. И. УРБАНОВИЧ, О. С. КОМАРОВ, И. Б. ПРОВОРОВА, БНТУ, В. И. ВОЛОСАТИКОВ, Минобразования РБ, А. И. ЛЕЦКО, ГНПО ПМ
применение отходов, содержащих наноразмерные и ультрадисперсные частицы в составе модификатора для серого чугуна
Показана возможность использования наноразмерных и ультрадисперсных частиц, полученных из отходов производства, для изготовления модификаторов серого чугуна.
The opportunity of use ultrafine and nanosized particles obtained from production waste, for the manufacture of cast iron modifiers was shown.
Улучшение литейно-механических свойств отливок из серого чугуна невозможно без эффективного их модифицирования . Обязательной технологической операцией при производстве тонкостенных отливок является графитизирующее модифицирование для устранения отбела. Используемые в настоящее время традиционные модификаторы исчерпали ресурс повышения их эффективности . Поэтому является актуальной разработка новых модификаторов, более эффективных по сравнению с традиционными
Одно из перспективных направлений создания новых модификаторов - использование нанораз-мерных и ультрадисперсных частиц, позволяющих повысить эффективность внепечной обработки, механические и служебные свойства материалов отливок при одновременном снижении расхода модифицирующих добавок до 0,01-0,1% [1,2] . В качестве ультра- и нанодисперсных частиц могут использоваться химические соединения в виде оксидов, карбидов, боридов и т. д . Следует отметить, что получение ультра- и нанодисперсных частиц требует применения специальных методов их получения и дорогостоящего оборудования, что существенно повышает их стоимость и сдерживает широкое применение их для модифицирования Целью данной работы является изучение возможности использования отходов производства, из которых после несложной переработки можно получить наноразмерные и ультрадисперсные частицы для изготовления модификаторов . К таким отходам относятся отработанный спеченный поглотитель химической промышленности из А^Оз и шламы травления алюминиевых деталей, содер-
жащих А1(ОН)з . Из данных отходов золь-гель-методом получают гидроксид алюминия [3], после прокаливания которого при 650 °С образуется оксид алюминия, состоящий из слипшихся чешуек размером 500-600 нм, причем толщина каждой чешуйки менее 100 нм (рис . 1) . Опробование полученного порошка в чистом виде для модифицирования не дало положительных результатов, так как он не замешивался в расплаве чугуна Поэтому с целью лучшего усвоения и увеличения модифицирующего эффекта провели механическое легирование порошка алюминия 10%-ной добавкой в виде нано- и ультрадисперсных частиц оксида алюминия [4] .
Другим отходом производства, который может быть использован для изготовления модификато-
Рис . 1. Ультра- и нанодисперсные частицы Al2O3
81
ею
/
Рис . 3 . Макроструктура клиновидной пробы на отбел из серого чугуна: а - без добавки; б - 0,1% (А1 + 10% А12О3); в - 0,1% (А1 + 10% смесь ультрадисперсных частиц)
Рис . 2 . Смесь ультрадисперсных частиц
ров с ультрадисперсными частицами, является от- логию модифицирования . Из механически легиро-ход, образующийся при разрезании металлической ванного порошка алюминия, содержащего 10% проволокой слитков монокристаллического крем- нано-и ультрадисперсных частиц, изготавливали ния в полиэтиленгликоле, где в качестве абразив- прессованием брикеты . Серый чугун плавили в се-ного вещества используется карбид кремния . Дан- литовой печи, перегревали в тигле до 1400 °С, ный отход представляет собой смесь частиц карби- в расплавленный металл вводили 0,1 % модифика-да кремния и кремния в жидком полиэтиленглико- тора в виде брикета, после чего заливали стержне-ле Для получения сухой фракции его сушили при вые формы клиновидных проб на отбел 200 °С, в результате сушки полиэтиленгликоль испа- На рис . 3 показаны фотографии изломов кли-рялся и частично разлагался с образованием ультра- новидной пробы на отбел: чугуна исходного соста-дисперсной сажи . Полученный таким образом поро- ва без добавки (рис . 3, а), чугуна с добавкой 0,1 % шок представляет собой смесь ультрадисперсных модификатора, содержащего 10% нано- и ультрачастиц, состоящих из 62-64% частиц карбида крем- дисперсных частиц А12О3 (рис . 3, б), чугуна с до-ния размером 5-10 мкм, 30-32% частиц кремния раз- бавкой 0,1 % модификатора, содержащего 10% смеси мером 0,3-0,5 мкм и остальное - ультрадисперсные ультрадисперсных частиц SiC, Si, С (рис . 3, в). Ана-частицы сажи (рис 2) Содержащиеся в высушенном лиз макроструктур изломов показал, что использо-отходе ультрадисперсные частицы SiC, Si, С при мо- вание модификатора с нано- и ультрадисперсными дифицировании расплава серого чугуна будут спо- частицами позволяет уменьшить зону отбела в 2,5-собствовать зародышеобразованию графитной фазы 3,0 раза и таким образом снижению отбела в отливках. Вве- Выводы
дение в расплав полученных ультрадисперсных ча- 1. Нано- и ультрадисперсные частицы, полу-
стиц SiC, Si, С в виде порошка или спеченных ком- ченные из отходов производства, введенные в рас-
пактных частиц размером 0,4-0,8 мм не дало мо- плав в виде механически легированного порошка
дифицирующего эффекта. Частицы модификатора алюминия эффективно снижают отбел в сером чу-
всплывали, коагулировали и плохо замешивались гуне
в расплаве . В связи с этим для лучшего их усвоения 2 . Применение нано- и ультрадисперсных ча-
провели механическое легирование порошка алюми- стиц позволяет уменьшить количество модифици-
ния 10%-ной добавкой высушенных отходов . рующего компонента в составе модификатора .
Для изучения возможности использования на- 3 Использование отходов производства позво-
норазмерных и ультрадисперсных частиц, полу- ляет упростить и удешевить получение нано- и ультра-
ченных из отходов, применяли следующую техно- дисперсных частиц
1.Х р ы ч и к о в В . Е . , К а л и н и н В .Г. Ультрадисперсные модификаторы для повышения качества отливок // Литейное производство . 2007. № 7 . С . 2-5 .
2 . Патент RU 93030977 УДП-модификатор для обработки чугуна / В . В . Шатов, В . И . Комляков, С . П . Павлов, В . Т Калинин, 1996 .
3 . Влияние технологических параметров на выделение дисперсных частиц А1(ОН)3 из пересыщенного раствора NaA1O2 / О . С . Комаров, Л. В . Судник, В . С . Нисс, В . И . Волосатиков, И . Б . Проворова // Сб . докл . 8-го междунар . симпозиума. Порошковая металлургия. Минск 10-12 апреля 2013 г. С . 225-231.
4 .К о м а р о в О .С . , У р б а н о в и ч Н .И . , В о л о с а т и к о в В .И . Повышение эффективности модификаторов для серого чугуна // Литье и металлургия 2012 № 1 С 97-98
Литература
