Одним із перспективних напрямів у розробленні та використанні холоднотвердних сумішей (ХТС) є використання алюмінату натрію як неорганічного зв’язувального компонента (ЗК).

Відоме використання цього матеріалу у протипригарних покриттях (в тому числі для лиття за моделями, що газифікуються) при виготовленні чавунного і сталевого литва [1]. Також відома формувальна суміш, яка складається з корунду Al₂O₃ та ЗК алюмінату натрію NaAlO₂. При вибиванні форми легко розмиваються водою, тому що алюмінат – це водорозчинна сіль. Із розчину, який утворився, знову отримують NaAlO₂, отже він є ЗК з оборотним характером зміцнення.

На сьогодні стрижневі суміші із алюмінатом натрію не знайшли широкого застосування в ливарному виробництві, оскільки для їх зміцнення потрібне теплове сушіння [2], що знижує ефективність його застосування.

Алюмінат натрію має багато спільного з широко відомим у технологіях формоутворення рідким склом. Його, також як і рідке скло, представляють як комбінацію складових – Al₂O₃ та Na₂O. При цьому виявляють таку характеристику як каустичний модуль (мольне співвідношення Na₂O до Al₂O₃) [3].

Приготування цього ЗК здійснюють розчиненням гідроксиду алюмінію Al(OH)₃ в концентрованому розчині NaOH, тоді як для приготування рідкого скла змішують кремнезем SiO₂ з NaOH. Можливо є схожими фізико-хімічні процеси, які призводять до зміцнення сумішей із цими ЗК.

Твердіння рідкого скла є процесом гелеутворення: золь кремнієвої кислоти переходить у гель і зміцнюється на поверхні зерен наповнювача. Можливо, що подібне гелеутворення відбувається і в алюмінаті натрію. В такому разі цим процесом можливо управляти додаванням різних хімічних реагентів, які впливають на коагуляцію алюмінату і призводять до зміцнення суміші при нормальній температурі.

У проведених дослідженнях до суміші на основі кварцового піску 3К₅О₃025 із 5% розчину алюмінату натрію з каустичним модулем 1,0 додавали затверджувачі, які використовують для затвердження сумішей із рідким склом. Крім них використано декілька інших речовин.

Виготовляли конічні проби в алундових чашечках з діаметром більшої основи 15 мм і висотою близько 20 мм. Суміш в оснащенні ущільнювали вручну, після чого зразок вилучали на паперову підставку. Затверджувачі наносили на поверхню зразків загальним об’ємом 0,5…0,6 мл. Реактив розподілявся по поверхні зразка, частково проникаючи усередину, але об’ємного просякання не було. Таким чином, була можливість відрізнити динаміку твердіння зони зразка, куди потрапив реактив, і зони, де його немає. Динаміку зміцнення контролювали голкою Ø1 мм, обережно встромляючи її у зразок. Дану операцію проводили відразу після нанесення крапель реактиву, а також через 15; 30; 45; 60; 120; 180 хв і через день.

Результати дослідження наведено у табл. 1.

Таблиця 1 – Динаміка твердіння суміші з алюмінатом натрію та різними затверджувачами

Примітка: «+» відбувається зміцнення; «–» зміцнення відсутнє

Із речовин, які застосовують для зміцнення сумішей з рідким склом, відносно позитивний результат отримано лише з універсальним ефіром «ГАРТ» та ортофосфорною кислотою. Із суміші з алюмінатом натрію і 5% розчину лимонної кислоти виготовлено стандартні циліндричні зразки та через 24 год після цього визначено властивості. Міцність при стисканні становить 0,51 МПа, а обсипаємість 0,12%.

На основі проведених досліджень встановлено, що затверджувачі, які використовуються для формувальних і стрижневих сумішей із рідким склом, для сумішей з алюмінатом натрію виявились малоефективними, тому що не досягнуто холодного зміцнення сумішей. Подальші дослідження будуть направлні на пошук затверджувача для алюмінату натрію.

Література:

1. Дорошенко С.П., Авдокушин В.П., Русин К., Мацашек И. Формовочные материалы и смеси. – К.: Вища школа, 1980. – 416 с.

2. Романов М.К., Порхунов Р.В, Лисихин Б.М., Полякова Т.А. Стержневые смеси на основе алюминатных растворов // Литейное производство, 1990. – №4. – С.14.

3. Сычев М.М. Неорганические клеи. – Л.: Химия, 1974. – 160 с.