Анісімова О.А., Мельниченко Д.С., Лютий Р.В.

(НТУУ «КПІ», м.Київ)                                                                                        

Стрижневі суміші з фосфорними солями металів мають високі показ-ники механічних та технологічних властивостей. Властивості суміші, в свою чергу, значною мірою залежать від способу  її  приготування.  В  роботі до-сліджували три основні способи введення компонентів у стрижневі суміші, зв’язувальними компонентами в яких виступали фосфорні солі алюмінію.
Із солей алюмінію, які широко використовуються  в  ливарному вироб-ництві, використані нітрат Al(NO3)3 та сульфат Al2(SO4)3. Із інших сполук, які містять алюміній в тому чи іншому вигляді, використані дистен-силіманіт (Al2O3∙SiO2), каолінова глина (Al2O3∙2SiO2∙H2O) та пірофіліт (Al2O3∙4SiO2∙H2O).
Згідно першого способу, ортофосфорну кислоту і алюмовмісну речо-вину вводили в суміш як окремі компоненти, які починали між собою взає-модію вже після приготування суміші, а саме при нагріванні зразків. Такий спосіб реалізований для усіх наявних в роботі алюмовмісних сполук. Кіль-кість ортофосфорної кислоти (концентрація 85%) у всіх сумішах постійна 3%, кількість води також 3%, кількість солей Al або інших його сполук 5%. Таким чином, всі алюмовмісні сполуки поставлені в рівні умови.
Другий спосіб передбачає попереднє приготування сухої зв’язувальної композиції, тобто продукт реакції H3PO4 і алюмодобавки був використаний як зв’язувальний компонент у суміші. Готували зв’язувальні композиції складу: алюмовмісна речовина – 5 мас. ч; ортофосфорна кислота – 1 мас. ч. Ці композиції витримували протягом 1 год в печі при температурі, яка відпо-відає реакції даної алюмовмісної речовини із H3PO4. Згодом із композиції вводили в суміші складу: композиція – 5%; вода – 5%; пісок кварцовий – ре-шта. Зразки зміцнювали при відповідних температурах.
Третій спосіб передбачає приготування рідкої зв’язувальної компози-ції – розчину відповідної алюмодобавки в кислоті. Як виявилось, до подібно-го розчинення здатні лише солі – Al(NO3)3 і Al2(SO4)3. Решта матеріалів утво-рює не розчини, а суспензії, які також були використані для приготування сумішей. Готували розчини або суспензії з вмістом алюмовмісних сполук в кислоті від 10 до 50%. Оскільки найкращі результати при попередньому до-слідженні отримані з розчинами (суспензіями) з 30%  алюмовмісної сполуки, то ці розчини (суспензії) і вибрані для порівняння. Склад сумішей: зв’язувальний розчин (суспензія) – 5%; пісок кварцовий – решта.
Зразки із солями Al зміцнювали при 200 оС; зразки з алюмосиліката-ми – при 300 оС. Це пов’язано з раніше встановленими особливостями взає-модії даних матеріалів з H3PO4. Тривалість зміцнення зразків – 1 год.
Приготування зв’язувальної композиції та зв’язувального розчину, як виявилось, – це потенціал для підвищення міцності зразків (рис. 1). Нітрат алюмінію не дає можливості приготувати композицію, а в складі розчину на-дає суміші міцність в 2 рази вищу, ніж при решті способів уведення компо-нентів.

Рис. 1. Міцність суміші за різних способів введення солей Al

Сульфат Al і в стані зв’язувальної композиції, і в стані зв’язувального розчину сприяє підвищенню міцності. Але приготування розчину пов’язане із технологічною складністю: Al2(SO4)3 погано розчиняється в кислоті, утво-рюючи нестійку пастоподібну масу. З цієї точки зору, приготування зв’язувальної композиції є більш доцільним, за умови якщо буде досягнутий аналогічно високий рівень властивостей.
Додавання каолінової глини з ортофосфорною кислотою не дало висо-ких показників міцності стрижневих сумішей, незалежно від способу її вве-дення (рис. 2).

Рис. 2. Міцність суміші за різних способів введення алюмовмісних сполук

Пірофіліт у складі розчину (суспензії) надає суміші більшої міцності, ніж при окремому введенні компонентів, а тим більше в складі зв’язувальної композиції.
Дистен-силіманіт при окремому введенні компонентів і в складі зв’язувальної композиції не надає високої міцності стрижневим сумішам, а от у складі зв’язувального розчину збільшує міцність стрижня до 3,2 МПа.
Отже, встановлено, що спосіб введення компонентів у стрижневі сумі-ші є резервом для значного підвищення їх властивостей.