Tài liệu 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

Bé c«ng TH¦¥NG TæNG C¤NG TY THÐP VIÖT NAM ViÖn LuyÖn kim §en -------------------- B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc vµ ph¸t triÓn C¤NG NGHÖ cÊp bé Tªn ®Ò tµi: “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” DFGEDFGEDFGE C¬ quan chñ qu¶n: C¬ quan chñ tr×: Chñ nhiÖm ®Ò tµi: tæng c«ng ty thÐp vN ViÖn LuyÖn kim §en tHs. NGUYỄN THỊ HẰNG 6828 27/4/2008 Th¸ng 12/2007 Th«ng tin chung Tªn ®Ò tµi: Nghiªn cøu chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n ®óc gang, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao thay thÕ nhËp ngo¹i ®Ó ®óc c¸c chi tiÕt m¸y phô vô xuÊt khÈu Thêi h¹n thùc hiÖn: 12 th¸ng (Tõ th¸ng 01/2007 ®Õn th¸ng 12/2007). Chñ nhiÖm ®Ò tµi: Ks. NguyÔn ThÞ H»ng ViÖn LuyÖn kim ®en, Qu¸n G¸nh, HuyÖn Th−êng TÝn, TØnh Hµ T©y, §iÖn tho¹i: 034852026 C¬ quan chñ tr×: ViÖn LuyÖn kim ®en, Qu¸n G¸nh, HuyÖn Th−êng TÝn, Hµ T©y, §iÖn tho¹i: 034 853255, Fax: 034769750 C¬ quan phèi hîp chÝnh 1-ViÖn Khoa häc VËt liÖu Phã Gi¸o s−, TiÕn sü LuyÖn kim T« Duy Ph−¬ng, Chñ tr× ®Ò tµi Tr−ëng phßng C«ng nghÖ Kim lo¹i ViÖn Khoa häc VËt liÖu, B1, 18 Hoµng Quèc ViÖt, Hµ Néi §iÖn tho¹i: 04 7562496, Fax : 04 7911673 2- Héi §óc LuyÖn kim Hµ Néi 3- Trung T©m §óc LuyÖn kim Hµ Néi 4- X−ëng §óc ViÖn Khoa häc VËt liÖu 5- C«ng ty Cæ phÇn C¬ khÝ x©y dùng Phóc S¬n 6- C«ng ty Cæ phÇn C¬ khÝ Mª Linh Danh s¸ch nh÷ng ng−ßi thùc hiÖn chÝnh 1. T« Duy Ph−¬ng, P.Gi¸o s−, TiÕn sü, Tr−ëng phßng,ViÖn Khoa häc VËt liÖu 2. NguyÔn ThÞ H»ng, Kü s−, C¸n bé, ViÖn LuyÖn kim ®en 3. NguyÔn V¨n Tu©n, Kü s−, c¸n bé ViÖn Khoa häc VËt liÖu 5. TrÇn Ngäc B¸ch, Kü s− ®óc -nt6. NguyÔn Phóc H¶i, Ktv -nt7. NguyÔn §øc HuÊn, Kü s− -nt8. Lª Xu©n HiÒn, Ktv -nt9. TrÞnh V¨n B¹t, Kü s− ®óc, Gi¸m ®èc TT Trung t©m §LK Hµ Néi 10. Vò H÷u TrÝ, Kü s− ®óc -nt11. KiÒu ThÞ Tån, Kü s− ®óc -nt12. Ng« V¨n Ch−¬ng, Kü s− ®óc -nt13. NguyÔn ThÞ K.Ph−îng Kü s− ®óc, c¸n bé ViÖn C«ng nghÖ 14. NguyÔn §øc Minh, Kü s− luyÖn kim, P. Gi¸m ®èc XN, C«ng ty CK Hµ Néi 15. NguyÔn V©y, Kü s−, Gi¸m ®èc XÝ nghiÖp, C«ng ty TNHHNN1TV Mai §éng 1 Môc lôc Trang Më ®Çu 3 PhÇn I, Tæng quan vÒ ®Ò tµi 1.1. S¬ l−îc t×nh h×nh nghiªn cøu ®Ò tµi 1.2. C¬ së lý luËn ®Ó nghiªn cøu ®Ò tµi 4 4 6 PhÇn II, Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu ®Ò tµi 2.1. Ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu ®Ò tµi 2.2. Nghiªn cøu lùa chän thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n tèi −u trªn c¬ së «xýt manhªzi 2.3. Nghiªn cøu c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn, pha chÕ hçn hîp s¬n khu«n ®óc 2.4. Nghiªn cøu chÕ t¹o thö s¶n phÈm hçn hîp s¬n khu«n ®óc hÖ manhªzi 2.5. Nghiªn cøu thö nghiÖm, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ hçn hîp s¬n cho khu«n ®óc gang, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao ë mét sè nhµ m¸y ®óc 16 16 22 26 30 33 PhÇn III, KÕt qu¶ nghiªn cøu ®¹t ®−îc vµ ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ 3.1. Thµnh phÇn ho¸ 3.2 §é chÞu nhiÖt 3.3. C¸c tÝnh chÊt c¬ häc cña hçn hîp s¬n khu«n ®óc 3.4. H×nh th¸i cña líp hçn hîp s¬n khu«n 3.5. Ph©n tÝch ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ kinh tÕ, kh¶ n¨ng ¸p dông vµo thùc tÕ s¶n xuÊt 38 38 39 44 44 51 PhÇn IV, KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 53 Tµi liÖu c«ng bè vµ tham kh¶o 55 Phô b¶n 56 2 Më ®Çu ChÊt l−îng vµ bÒ mÆt cña s¶n phÈm ®óc phô thuéc nhiÒu ë vËt liÖu vµ chÊt l−îng lµm khu«n nh− c¸t vµ chÊt s¬n khu«n. ChÊt s¬n khu«n ®−îc dïng réng r·i trong ®óc c¸c chi tiÕt gang, thÐp hîp kim lín, thµnh dµy ®ßi hái chÊt l−îng bÒ mÆt cao. §èi víi c¸c s¶n phÈm ®óc phôc vô xuÊt khÈu ph¶i cã yªu cÇu cao vÒ chÊt l−îng bÒ mÆt, ®é chÝnh x¸c vÒ cì kÝch h×nh häc. ChÊt s¬n khu«n cã t¸c dông t¨ng c−êng ®é bÒn bÒ mÆt khu«n, kh«ng cho rêi vôn t¬i c¸t, lµm t¨ng ®é chÞu nhiÖt, ng¨n ngõa sù x©m nhËp, thÈm thÊu vµ t¸c dông cña kim lo¹i láng víi c¸t khu«n, phßng chèng vµ h¹n chÕ hiÖn t−îng ch¸y dÝnh b¸m c¸t c¬ häc vµ ho¸ häc ë vËt ®óc. Víi nh÷ng lo¹i khu«n c¸t nhùa furan tù ®«ng cøng, khu«n c¸t tr¾ng n−íc thuû tinh tù cøng hoÆc ho¸ cøng b»ng khÝ CO2 vv... ng−êi ta dïng lo¹i hçn hîp s¬n khu«n kh« nhanh víi dung m«i hoµ tan lµ cån c«ng nghiÖp, t«luen, xylen, x¨ng, hoÆc dÇu ho¶ ®Ó cã thÓ tù kh« hoÆc ®èt ch¸y lµm kh« nhanh phï hîp víi yªu cÇu cña s¶n xuÊt khu«n ®óc b¶o ®¶m n¨ng suÊt vµ chÊt l−îng. HiÖn nay chÊt s¬n khu«n ®óc ®−îc chÕ t¹o vµ cung cÊp bëi c¸c h·ng chuyªn s¶n xuÊt vµ kinh doanh nh− FOSECO (Anh Quèc) TÕ Nam (Trung Quèc), §µi Loan ...vv, chÊt l−îng tèt vµ æn ®Þnh, nh−ng gi¸ thµnh cao vµ ph¶i nhËp lín. §Ó chÕ t¹o ®−îc chÊt s¬n khu«n tõ nguyªn liÖu trong n−íc ®¹t chÊt l−îng, thay thÕ nhËp ngo¹i, gi¸ thµnh thÊp, phôc vô kÞp thêi cho s¶n xuÊt c¸c mÆt hµng gang, thÐp hîp kim, ®Ò tµi tËp trung nghiªn cøu c«ng nghÖ chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n ®¹t chÊt l−îng t−¬ng ®−¬ng ngo¹i nhËp. VÊn ®Ò träng t©m cÇn gi¶i quyÕt lµ c«ng nghÖ nghiÒn tuyÓn bét manhªzi ®¹t ®é mÞn kho¶ng 15-30 µm vµ c«ng nghÖ pha chÕ t¹o dung dÞch hçn hîp s¬n khu«n. Môc tiªu cña ®Ò tµi lµ: - Nghiªn cøu t×m ra c«ng nghÖ chÕ t¹o hçn hîp bÒn nhiÖt cao, chèng dÝnh b¸m tõ vËt liÖu chÞu löa cã ë ViÖt Nam ®Ó lµm chÊt s¬n khu«n ®óc c¸c chi tiÕt m¸y b»ng gang, thÐp hîp chÊt l−îng cao. - TriÓn khai chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n ®óc æn ®Þnh, gi¸ thµnh thÊp cung cÊp cho c¸c nhµ m¸y ®óc hµng xuÊt khÈu. 3 PhÇn I, Tæng quan vÒ ®Ò tµI 1.1. S¬ l−îc t×nh h×nh nghiªn cøu ®Ò tµI 1.1.1. T×nh h×nh nghiªn cøu ë n−íc ngoµi §Ó ®óc c¸c lo¹i gang, thÐp hîp kim cao; ®Æc biÖt lµ thÐp bÒn nhiÖt, chÞu mµi mßn nh− thÐp cr«m, mangan, th× khu«n ®óc c¸c lo¹i thÐp nµy ph¶i ®−îc s¬n phñ, b¶o vÖ bÒ mÆt ®Ó chèng ch¸y c¸t víi kim lo¹i láng dÉn ®Õn thÊm c¸t vµo kim lo¹i, t¹o ra biÕu lµm háng s¶n phÈm. C¸c chÊt s¬n khu«n th−êng lµ c¸c «xýt cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao nh− ZrO2.SiO2 (1900-1995OC), FeO.Cr2O3 ( 2180OC), MgO ( 1900oC), Al2O3 ( 2030OC ) vµ Cr2O3 ( 2265OC). HiÖn nay trªn thÕ giíi cã rÊt nhiÒu lo¹i chÊt s¬n khu«n hÖ graphÝt, zec«ni, cr«mÝt, «livin, manhªzi dïng cho ®óc c¸c lo¹i gang vµ thÐp hîp kim kh¸c nhau.v.v. xem b¶ng 1: B¶ng 1, C¸c lo¹i chÊt s¬n khu«n ®óc gang, thÐp hîp kim ®ang hiÖn hµnh TT. Hçn hîp s¬n khu«n 1. 2. 3. 4. 5. 6. Zec«ni Zec«ni Nh«m-Silic¸t Serisite Serisite Cr«mÝt Cr«mmanhªzi Cr«mÝt Cr«mmanhªzi Manhªzi 7. 8. ChÊt pha Sö dông cho ®óc Cån ThÐp N−íc ThÐp Cån Gang x¸m vËt nÆng Cån Gang, Nh«m, kim lo¹i mµu N−íc Gang, Nh«m, kim lo¹i mµu Cån ThÐp vµ hîp kim Cån ThÐp vµ hîp kim H3PO4ThÐp vµ hîp kim cao H3PO4ThÐp vµ hîp kim cao ThÐp vµ hîp kim cao H3PO4 ë Anh vµ Ên §é cã c¶ nh÷ng C«ng ty chuyªn s¶n xuÊt, kinh doanh c¸c chÊt s¬n khu«n ®óc nh− Foseco International Lt® Ên §é, Feseco mould coating Ceramol Anh. Mét sè lo¹i s¬n khu«n ®óc cña Trung Quèc, §µi Loan, Hµn Quèc, óc, Anh, Ên §é .v.v. H·ng FOSECO (Anh, Ên §é, Th¸i Lan) ®· cung cÊp trªn thÞ tr−êng ViÖt Nam chÊt s¬n khu«n DM cã tû träng 1,6 g/ml dïng ®Ó s¬n khu«n ®óc gang. ChÊt s¬n khu«n L.E.N cã tû träng 1,6 g/ml dïng cho s¬n khu«n ®óc thÐp mangan cao. ChÊt s¬n khu«n Z cã tû träng 2,0 g/ml dïng cho thÐp hîp kim. H·ng TÕ Nam Trung Quèc cã c¸c lo¹i s¬n khu«n nh− sau (xem b¶ng 2): 4 B¶ng 2, C¸c lo¹i chÊt s¬n khu«n ®óc cña h·ng TÕ Nam - Trung Quèc Ký hiÖu FA 407 FQ 607L FAH 500 FAH 580 FAT 290 Thµnh GraphÝt GraphÝt + Zec«ni B«xÝt Manhªzi phÇn Zec«ni chÝnh Tû träng 1,15 - 1,35 1,10 - 1,30 1,60 - 2,00 1,40- 1,80 1,40-1,80 3 g/cm Dïng cho Gang vµ kim Gang cì ThÐp ThÐp vµ ThÐp Mn khu«n ®óc lo¹i mµu lín gang ë NhËt, Sec vµ c¸c n−íc §«ng ¢u kh¸c, chÊt s¬n khu«n ®óc s¶n xuÊt ra ph¶i ®¸p øng c¸c yªu cÇu chÊt l−îng kh¾t khe cho tõng lo¹i gang hoÆc thÐp hîp kim. NhiÒu lo¹i s¬n khu«n ®óc ®· ®−îc nhËp vµo ViÖt Nam, nh−ng do vËt liÖu lµm khu«n vµ ®iÒu kiÖn c«ng nghÖ ®óc cña ViÖt Nam cã kh¸c, kÓ c¶ ®iÒu kiÖn kinh tÕ, nªn mét sè lo¹i ®· kh«ng ®¸p øng. Nãi chung trªn thÕ giíi c¸c lo¹i hçn hîp s¬n khu«n ®óc gang thÐp hîp kim ®· ®i vµo s¶n xuÊt æn ®Þnh vÒ chÊt l−îng vµ cã thÞ tr−êng rÊt lín. 1.1.2. T×nh h×nh nghiªn cøu ë trong n−íc. C¸c gang vµ thÐp hîp kim cr«m, mangan chÞu mµi mßn th−êng h×nh thµnh c¸c «xýt cr«m, mangan (kiÒm tÝnh) khi ®óc vµo c¸c lo¹i khu«n c¸t silic (tÝnh axÝt) sÏ g©y ra ph¶n øng gi÷a c¸c «xýt víi nhau t¹o ra xØ (MnO.SiO2) ë nhiÖt ®é thÊp vµ lµm dÝnh b¸m c¸t, xØ vµo s¶n phÈm ®óc, lµm háng bÒ mÆt s¶n phÈm. §Ó lo¹i bá dÝnh b¸m c¸t, xØ cÇn ph¶i dïng c¸c chÊt s¬n khu«n ®óc. C¸c xÝ nghiÖp ®óc ë ViÖt Nam nh− C«ng ty C¬ khÝ Hµ Néi, Mai §éng, TrÇn H−ng §¹o ®· sö dông c¸c lo¹i c¸t ®óc míi vµ chÊt l−îng nh− furan.v.v.. nh−ng ®ang gÆp nhiÒu khã kh¨n ®Ó ®¹t ®−îc chÊt l−îng bÒ mÆt s¶n phÈm dÉn ®Õn gi¶m chÊt l−îng vµ t¨ng phÕ phÈm. §Ó xö lý ch¸y c¸t, dÝnh b¸m khu«n, n©ng cao chÊt l−îng, gi¶m phÕ phÈm ®óc, nhiÒu xÝ nghiÖp nh− C«ng ty C¬ khÝ Hµ Néi ®· ph¶i nhËp chÊt s¬n khu«n cña n−íc ngoµi. ViÖn Khoa häc VËt liÖu ®· cã nghiªn cøu th¨m dß chÕ t¹o hçn hîp s¬n khu«n cr«mÝt tõ n¨m 2004, do nhu cÇu cña c¸c nhµ m¸y ®óc cña C«ng ty 1 thµnh viªn Mai §éng, C¬ khÝ Hµ Néi, C«ng ty C¬ khÝ TrÇn H−ng §¹o, C«ng ty C¬ khÝ x©y dùng sè 7, Liªn Ninh, C«ng ty C¬ khÝ x©y dùng sè 5 T©y Mç, C«ng ty C¬ khÝ §«ng Anh .v.v.. VÊn ®Ò nghiªn cøu nµy ®· cã mét sè kÕt qu¶ ®−îc nhµ m¸y chÊp nhËn, song cßn mét sè vÊn ®Ò c«ng nghÖ ch−a thÓ th¸o gì ®−îc nh− t¹o ®é bÒn nhiÖt æn ®Þnh vµ lo¹i bá khÝ trong chÊt s¬n khu«n ®óc .v.v. ViÖn Khoa häc VËt liÖu ®· x©y dùng 1 d©y chuyÒn c«ng nghÖ chÕ t¹o bét ®i tõ nghiÒn, tuyÓn, röa vµ nghiÖn mÞn, t¹o c¸c hçn hîp lµm bét ®óc, bét s¬n khu«n víi c«ng suÊt tíi vµi tÊn ngµy. Trong thêi gian qua x−ëng ®· chÕ hµng tÊn bét s¬n khu«n cr«mÝt cã ®é mÞn h¹t tíi 15 µm cho nhiÒu xÝ nghiÖp sö dông nh− C«ng ty Mai §éng, C¬ khÝ 5 19-5 H¶i Phßng..v.v. HiÖn nay ®Ó s¶n xuÊt c¸c chi tiÕt m¸y b»ng gang, thÐp hîp kim chÊt l−îng cao phôc vô xuÊt khÈu phÇn lín ph¶i dïng lß ®iÖn; t−êng lß manhªzi sau mét chu kú ch¹y t−êng lß ®−îc th¸o dì th¶i bá, th¶i. Mét sè xÝ nghiÖp lín ë khu Gang thÐp Th¸i Nguyªn ®· thu håi, nghiÒn, xay lµm bét ®Çm lß hoÆc pha chÕ t¹o v÷a tr¸t lß... Trong thêi gian tr−íc vµ sau Héi nghÞ ®óc Ch©u ¸ lÇn thø 9 (AFC-9) ®−îc tæ chøc t¹i Hµ Néi n¨m 2005 tËp ®oµn FOSECO Th¸i Lan, óc, Ên §é ®· ®−a vµo ViÖt Nam mét l−îng lín c¸c lo¹i bét s¬n khu«n, cã lo¹i theo hÖ manhªzi. C¸c c«ng ty nh− C¬ khÝ Hµ Néi, B¬m H¶i D−¬ng..... ph¶i nhËp c¸c hçn hîp s¬n khu«n tõ n−íc ngoµi vÒ víi gi¸ thµnh rÊt ®¾t; cã lo¹i tíi 1,6 USD/kg. ViÖn C«ng nghÖ x¹ hiÕm ®· cã nhiÒu n¨m nghiªn cøu vµ ®· chÕ t¹o ®−îc chÊt s¬n khu«n zec«ni. §©y lµ hçn hîp s¬n khu«n ®óc cã thµnh phÇn chñ yÕu lµ silic¸t zec«ni. ViÖc nghiªn cøu chÕ t¹o, sö dông bét manhªzi hoÆc cr«mmanhªzi ®· qua thµnh lß, ®−îc nghiÒn tuyÓn, t¸ch läc t¹o bét mÞn tíi 15 µm lµm hçn hîp s¬n khu«n th× sÏ ®¹t chÊt l−îng cao vµ thay thÕ ®−îc hçn hîp chÊt s¬n khu«n ph¶i nhËp ngo¹i víi thÞ tr−êng tiªu thô rÊt nhiÒu. 1.2. C¬ së lý luËn ®Ó nghiªn cøu ®Ò tµI 1.2.1. HiÖn t−îng ch¸y dÝnh c¸t ë vËt ®óc Ch¸y b¸m dÝnh c¸t ë vËt ®óc lµ mét hiÖn t−îng th−êng x¶y ra trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. C¸c chi tiÕt lín, thµnh dµy, ®óc rãt ë nhiÖt ®é cao, ch¸y dÝnh b¸m c¸t xuÊt hiÖn trªn bÒ mÆt vËt ®óc, lµ sù dÝnh b¸m v÷ng ch¾c gi÷a vËt liÖu lµm khu«n víi bÒ mÆt vËt ®óc, do kÕt qu¶ c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt häc, c¬ häc vµ ho¸ lÝ x¶y ra trong giai ®o¹n ®óc rãt kim lo¹i, ®«ng ®Æc vµ lµm nguéi vËt ®óc. Ng−êi ta chia ra hai d¹ng ch¸y b¸m dÝnh c¸t lµ ch¸y dÝnh c¸t c¬ häc vµ ho¸ häc. 1.2.1.1. Ch¸y dÝnh b¸m c¸t c¬ häc Ch¸y dÝnh b¸m c¸t c¬ häc ®−îc t¹o thµnh do kÕt qu¶ cña hiÖn t−îng kim lo¹i láng len lái chiÕm chç c¸c lç nhá gi÷a c¸c h¹t c¸t trong hçn hîp lµm khu«n. Trªn mÆt vËt ®óc xuÊt hiÖn mét líp gåm c¸c h¹t c¸t bÞ kim lo¹i liªn kÕt l¹i. Líp ch¸y dÝnh b¸m c¸t khã t¸ch nµy lµm cho kim lo¹i thÊm vµo c¸c lç nhá cña khu«n d−íi t¸c dông cña lùc mao dÉn vµ cét ¸p lùc cña kim lo¹i láng. Sù thÊm kim lo¹i vµo c¸c lç nhá cña khu«n chØ x¶y ra nÕu ¸p suÊt tÜnh cña kim lo¹i v−ît qu¸ ¸p suÊt mao dÉn. Thùc tÕ cho thÊy sù ch¸y b¸m dÝnh c¸t c¬ häc xuÊt hiÖn ë nh÷ng vïng cña khu«n bÞ kim lo¹i láng nung nãng m¹nh nhÊt (thµnh dµy, r·nh dÉn...), c¸c gãc, c¸c lç bªn trong do kh«ng ®−îc gi· chÆt (thµnh ®øng, s©u...). §Ó ng¨n ngõa sù 6 ch¸y dÝnh c¸t c¬ häc, bÒ mÆt khu«n ®óc ph¶i ®−îc s¬n phñ ®Ó lµm gi¶m ®é xèp cña líp bÒ mÆt khu«n, bÞt kÝn c¸c lç hë gi÷a c¸c h¹t c¸t, lµm nh½n bÒ mÆt khu«n. 1.2.1.2. Ch¸y dÝnh b¸m c¸t ho¸ häc Sù ch¸y dÝnh b¸m c¸t ho¸ häc th−êng xuÊt hiÖn ë c¸c vËt ®óc gang, thÐp, do kÕt qu¶ cña c¸c qu¸ tr×nh ho¸ lÝ x¶y ra khi ®óc rãt gang, thÐp láng v¸o khu«n c¸t. ChÊt ch¸y dÝnh b¸m c¸t ë vËt ®óc lµ nh÷ng hîp chÊt ho¸ häc, lµ s¶n phÈm cña ph¶n øng gi÷a c¸c «xýt kim lo¹i víi c¸t lµm khu«n. Khi rãt gang, thÐp láng vµo khu«n c¸t, trªn bÒ mÆt kim lo¹i láng t¹o thµnh mét líp s¾t «xýt (FeO) cã nhiÖt ®é nãng ch¶y thÊp, líp «xýt nµy dÔ dµng thÊm −ít bÒ mÆt c¸c h¹t c¸t vµ d−íi t¸c dông cña ¸p suÊt mao dÉn cã thÓ thÈm thÊu s©u vµo trong c¸c lç khu«n t¸c dông víi c¸c h¹t c¸t, t¹o ra nh÷ng hîp chÊt láng dÔ ch¶y vµ di ®éng, cã thÓ thÊm s©u vµo trong khu«n nh− c¸c silicat s¾t, mangan …theo c¸c ph¶n øng sau: / Fe / ( FeO ) / Mn / ( MnO ) ( MgO ) + 1/2 O2(g) + ( SiO2)c¸t + 1/2O2(g) + ( SiO2)c¸t + ( SiO2)c¸t = = = = = ( FeO) ( FeO.SiO2) ( MnO ) ( MnO.SiO2) ( MgO.SiO2) (1) (2) (3) (4) (5) L−îng «xýt kim lo¹i trong líp ch¸y dÝnh c¸t nhiÒu th× líp nµy cã cÊu t¹o v« ®Þnh h×nh d¹ng kÝnh vµ dÔ t¸ch ra khái vËt ®óc. Líp ch¸y dÝnh c¸t nµo cã l−îng «xýt kim lo¹i kh«ng nhiÒu l¾m th× cã cÊu t¹o tinh thÓ vµ khã t¸ch khái bÒ mÆt vËt ®óc. ChÊt l−îng bÒ mÆt cña chi tiÕt gang, thÐp ®óc; ®Æc biÖt lµ thÐp hîp kim cr«m mangan bÒn nhiÖt, chÞu mµi mßn phô thuéc nhiÒu ë líp mµng ng¨n c¸ch gi÷a khu«n c¸t vµ chi tiÕt ®óc. Nguyªn t¾c lµ gang, thÐp láng trong khu«n ®óc ph¶i ®−îc ng¨n c¸ch víi khu«n b»ng mét líp chÊt hçn hîp s¬n phñ; nã lµ c¬ së ng¨n c¸ch biªn, ng¨n ngõa c¸c ph¶n øng ch¸y trªn biªn gang, thÐp láng-khu«n c¸t. C¸c thÐp CrNi, CrNiMo, CrMn, Mn th−êng ®−îc ®óc ë nhiÖt ®é cao sÏ lµm ch¶y c¸t SiO2 , v× nhiÖt ®é ch¶y cña nã kho¶ng gÇn 1723OC. Trªn c¬ së nhËn biÕt nµy, ph¶i t×m ra mét hçn hîp s¬n phñ cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n. NhiÖt ®é nãng ch¶y cña c¸c chÊt ZrO2SiO2 lµ 1900-1995OC, MgO lµ 1900oC, Al2O3 lµ 2030OC. Hçn hîp s¬n khu«n manhªzi sÏ thùc hiÖn chøc n¨ng lµ mµng ng¨n c¸ch 7 chèng ch¶y, dÝnh b¸m c¸t vµo chi tiÕt ®óc (xem minh ho¹ trªn h×nh 1) Khu«n ChÊt s¬n khu«n s ilic¸t Giät thÐp láng Ph¶n øng ch¸y c¸t Giät xØ láng ChÊt s¬n khu«n bÒn nhiÖt (manhªzi) Kh«ng ph¶n øng ch¸y c¸t Giät thÐp láng Giät thÐp láng H×nh 1, S¬ ®å minh ho¹ chÊt s¬n khu«n bÒn nhiÖt, chèng dÝnh b¸m c¸t vµo vËt ®óc cã so s¸nh víi chÊt s¬n khu«n silic¸t C¸t SiO2 cã cÊu tróc d¹ng tø diÖn t©m lµ Si4+, bèn ®Ønh lµ O2- Khèi l−îng riªng 2.5 ~2.8 g/ cm3, nhiÖt ®é nãng ch¶y lµ 17130C. C¸t silic th−êng cã mµu tr¾ng phô thuéc vµo ion kim lo¹i hÊp thô trªn bÒ mÆt h¹t c¸t. C¸t silic khi nung nãng cã tÝnh chuyÓn biÕn thï h×nh kÌm theo sù thay ®æi thÓ tÝch (xem h×nh 2): βqu¾c ë 573o C αqu¾c ë 870oC α Tridimit ë 1470oC γ 163oC α Cristobenit ë 1713o C láng 230oC β Tridimit o 117 C β Cristobenit γ Tridimit 117oC H×nh 2, S¬ ®å chuyÓn biÕn thï h×nh cña c¸t silic 8 Sù thay ®æi gãc trong « m¹ng dÉn ®Õn h×nh d¹ng thï h×nh cña SiO2 thay ®æi vµ biÕn ®æi thÓ tÝch nh− sau: β q α qt¨ng 0,2%, γt β T t¨ng 0,2%, βC α C t¨ng 3,7%, α q α T t¨ng 0,2%, α T α C t¨ng 16%, α q V« ®Þnh h×nh t¨ng 15,4%. ViÖc chuyÓn biÕn thï h×nh ®Õn cristobenÝt kÌm theo sù thay ®æi thÓ tÝch khi nung nãng sÏ dÉn ®Õn nøt d¹n khu«n c¸t lµm cho thÐp thÊm vµo khu«n. §Ó khèng chÕ cÇn ph¶i cã chÊt s¬n phñ chÞu nhiÖt. Nh− vËy ®Ó ng¨n ngõa ph¶n øng ch¸y dÝnh b¸m c¸t ho¸ häc trªn bÒ mÆt vËt ®óc, ph¶i s¬n phñ lªn mÆt khu«n mét líp s¬n cã ®é chÞu nhiÖt cao, cã tÝnh tr¬ ho¸ häc nh− manhªzi (MgO), b«xÝt (Al2O3), cr«mit, zec«ni (ZrSiO4). 1.2.2. Chøc n¨ng cña líp s¬n phñ bÒn c¬, bÒn nhiÖt Líp s¬n phñ trªn mÆt khu«n c¸t t¹o ra líp mµng ng¨n c¸ch gi÷a kim lo¹i láng vµ khu«n. Líp mµng ng¨n c¸ch nµy kh«ng cho phÐp kim lo¹i láng lµm ch¶y c¸t; cã nghÜa lµ líp s¬n phñ ph¶i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n nhiÖt ®é cña kim lo¹i láng. Líp s¬n phñ kh«ng t¹o bät khÝ c¬ häc ®Ó vì, næ lµm thñng mµng vµ th©m nhËp khÝ vµo kim lo¹i láng. §iÒu nµy chØ ®¸p øng khi líp mµng ®−îc t¹o ra tõ nh÷ng hçn hîp cùc mÞn (<20 µm) míi phun phñ ®−îc, chø kh«ng ph¶I s¬n quÐt b»ng chæi nh− ph−¬ng ph¸p cæ ®iÓn. Còng nhê cì h¹t hçn hîp bét cùc mÞn míi t¹o ra ®−îc cÊu tróc líp s¬n phñ xÝt chÆt, bÒn ch¾c. §Ó lµm tèt lªn tÝnh chÞu nhiÖt cña cña hçn hîp s¬n phñ cÇn ph¶i: -T¨ng ®é xÝt chÆt cña líp mµng, kh«ng bÞ d¹n nøt c¬ häc ®Æc biÖt lµ nh÷ng chç sung yÕu. - T¨ng ®é bÒn chèng xãi mßn nãng, n©ng cao ®é chèng ¨n mßn vµ bµo mßn khi nung lªn nhiÖt ®é cao. - T¨ng ®é dÝnh kÕt víi khu«n ®óc, tr¸nh bong rép vµ t¹o hæng khÝ ë nhiÖt ®é kim lo¹i láng. §Ó t¨ng ®é xÝt chÆt kh«ng d¹n nøt c¬ häc ph¶i tiÕn hµnh pha trong dung m«i thÝch hîp t¹o gel huyÒn phï, cã ®é co ë nhiÖt ®é cao thÊp vµ kh«ng nh¹y ph©n huû nhiÖt. Cô thÓ ë ®©y lµ nÕu kh«ng cã dung m«i t¹o gel huyÒn phï thÝch hîp th× khi c¸t chuyÓn ho¸ cristobenÝt sÏ t¨ng thÓ tÝch khèi, phång rép lªn vµ ph¸ thñng mµng s¬n phñ. ViÖc n©ng cao ®é bÒn chèng xãi mßn, bµo mßn vµ ¨n mßn c¬ häc cÇn ph¶i b¶o ®¶m ®−îc kh¶ n¨ng dÝnh kÕt tèt vµ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é cao nhÊt, dung m«i, kÕt dÝnh nµy còng ph¶i cã nhiÖt ®é nãng ch¶y cao. §©y lµ vÊn ®Ò khã, v× r»ng nh÷ng dung m«i kÕt dÝnh th«ng th−êng nh− n−íc, cån chØ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é thÊp xem h×nh 3. 9 §é bÒn c¬ [Mpa] 8 6 DÇu kèc OF-1 4 2 AxÝt ph«tsphoric 200 400 600 800 1000 H×nh 3, §é bÒn c¬ æn ®Þnh ë nhiÖt ®é cña c¸c dung m«i pha Nh− vËy chÊt t¹o gel kÕt dÝnh tèt nhÊt lµ axÝt phètsphoric. §Ó tèt h¬n n÷a cÇn cã chÊt dÝnh kÕt chÞu nhiÖt ®ã lµ bent«nÝt cao alumi vµ cã ®é nhít cao. Trong nhiÒu tr−êng hîp hçn hîp c¸t lµm khu«n cã chøa c¸c chÊt h÷u c¬ lµm dÔ dµng t¹o ra m«i tr−êng khÝ theo c¸c ph¶n øng sau: (6) C + CO2 = 2CO, (7) C + 2H2 = CH4, M«i tr−êng chøa CO2, CO, CH4 lµ m«i tr−êng «xy ho¸ khö, nã phô thuéc vµo thÕ c¸c bon vµ nh− vËy c¸c bon sÏ tõ pha khÝ chuyÓn vµo kim lo¹i láng vµ c¸c bon ho¸ bÒ mÆt chi tiÕt ®óc lµm xuÊt hiÖn dung dÞch c¸c bon trong s¾t /C/Feγ hoÆc Fe3C. V× vËy hçn hîp s¬n phñ khu«n ®óc cÇn ®¸p øng viÖc t¹o ra mµng ng¨n c¸ch bÒn nhiÖt, xÝt ch¾c, kh«ng nøt, kh«ng bong rép, máng mÞn cã ®é nãng ch¶y cao vµ chèng ®−îc xãi mßn, bµo mßn vµ ¨n mßn «xy ho¸ khö. Hçn hîp s¬n khu«n ph¶i cã ®é mÞn nhÊt, dÔ dµng t¹o ra thÓ huyÒn phï trong dung m«i bÒn nhiÖt ®Ó cã thÓ phun phñ líp máng, bãng nh½n…. HÖ sè tèc ®é biÕn ®æi nhiÖt khi nung ®−îc diÔn ®¹t nh− sau: K= σ .a E.α ë ®©y: σ lµ ®é bÒn c¬ ë nhiÖt ®é tiÕn hµnh α lµ hÖ sè d·n në nhiÖt a lµ ®é dÉn nhiÖt E lµ m«®un ®µn håi (m2.OC/h) (8) (kp/cm2) (-/OC) (m2/h) (kp/cm2) 10 Nh− vËy lµ nÕu thay ®æi m«®un ®µn håi nhá ®i th× tû sè σ/E sÏ t¨ng lªn vµ sÏ lµm thay ®æi theo c¶ hÖ sè tèc ®é biÕn ®æi nhiÖt; lµm tèt lªn ®é bÒn nhiÖt cña hçn hîp. ViÖc pha chÕ hçn hîp s¬n khu«n ®óc tøc lµ ph©n t¸n c¸c h¹t vËt liÖu chÞu nhiÖt trong dung m«i kÕt dÝnh t¹o thµnh mét dung dÞch huyÒn phï cã ®é nhít vµ tû träng cÇn thiÕt, sao cho khèi dung dÞch ®ång nhÊt, sù sa l¾ng ®«ng tô chËm xuÊt hiÖn ®Ó sau khi pha chÕ viÖc quÐt, nhóng..., s¬n khu«n ®ång ®Òu vµ dÔ dµng. ChÊt s¬n khu«n chÊt l−îng tèt, sö dông ®−îc hoµn toµn. Trong c¸c dung dÞch hÖ ph©n t¸n (h¹t r¾n trong chÊt láng) cã c¸c h¹t víi khèi l−îng t−¬ng ®èi lín, d−íi t¸c dông cña søc hót tr¸i ®Êt chóng bÞ sa l¾ng. NÕu nh− c¸c h¹t chÊt ph©n t¸n ®ñ lín, ®ñ nÆng th× sau mét thêi gian tÊt c¶ bÞ kÕt tña (hÖ ph©n t¸n th«). §èi víi c¸c hÖ cã ®é ph©n t¸n cao h¬n (c¸c h¹t nhá h¬n) sÏ tån t¹i mét tr¹ng th¸i ph©n bè c©n b»ng cña c¸c h¹t theo ®é cao. XÐt mét hÖ ph©n t¸n trong ®ã c¸c h¹t ph©n t¸n cã khèi l−îng hiÖu dông lµ m. Mçi h¹t chÞu mét lùc hót cña träng tr−êng, h¹t sÏ sa l¾ng víi vËn tèc U kh«ng ®æi khi träng lùc b»ng lùc ma s¸t gi÷a h¹t vµ m«i tr−êng, nghÜa lµ: m. g = B. U (9) Trong ®ã: g: Gia tèc träng tr−êng B: HÖ sè ma s¸t gi÷a h¹t vµ m«i tr−êng U: VËn tèc sa l¾ng Nh− vËy: m.g B U= (10) Khèi l−îng hiÖu dông cña h¹t trong m«i tr−êng ®−îc hiÓu lµ khèi l−îng t−¬ng ®èi cña h¹t khi cã lùc ®Èy Archimed. m = V ( ρ - ρ o) (11) Trong ®ã: V: ThÓ tÝch ρ ; ρ o khèi l−îng riªng cña h¹t vµ cña m«i tr−êng. §èi víi c¸c hÖ huyÒn phï kÐm bÒn ®éng häc, chóng ta cã thÓ dÔ dµng x¸c ®Þnh ®−îc kÝch th−íc h¹t ph©n t¸n dùa vµo sù theo dâi vËn tèc sa l¾ng. VËn tèc sa l¾ng thiÕt lËp theo biÓu thøc tõ (14,15,16). U= V (ρ − ρ ) g B (12) NÕu coi c¸c h¹t lµ h×nh cÇu cã b¸n kÝnh r, ph©n bè trong m«i tr−êng cã ®é nhít lµ η th× : V= 4 3 π r3. (13) vµ B = 6πη r (14) 11 2r 2 ( ρ − ρ 0 ) Thay vµo (17) ta cã: U = 9η (15) Nh− vËy vËn tèc sa l¾ng tû lÖ thuËn víi b×nh ph−¬ng kÝch th−íc h¹t, víi ®é chªnh lÖch khèi l−îng riªng gi÷a chÊt ph©n t¸n vµ m«i tr−êng ph©n t¸n, tû lÖ nghÞch víi ®é nhít cña m«i tr−êng. Khi biÕt vËn tèc sa l¾ng trong mét hÖ ph©n t¸n cho tr−íc, ta cã thÓ x¸c ®Þnh kÝch th−íc h¹t ph©n t¸n. 9ηu 2( ρ − ρ 0 ) g r = (16) BiÓu thøc (19) ®−îc ¸p dông cho c¸c huyÒn phï trong n−íc víi kÝch th−íc h¹t trong kho¶ng tõ 0,1 ®Õn 100 µm. Trong tr−êng hîp nµy vËn tèc sa l¾ng kh«ng ®æi vµ rÊt nhá. §èi víi kÝch th−íc h¹t lín h¬n 100µm chóng sÏ bÞ sa l¾ng víi gia tèc nhÊt ®Þnh vµ bÞ kÕt tña hoµn toµn theo thêi gian. Trong c¸c hÖ ®¬n ph©n t¸n, vËn tèc sa l¾ng nh− nhau nªn sù l¾ng trong x¶y ra ®ång ®Òu. Cã thÓ x¸c ®Þnh vËn tèc sa l¾ng theo bÒ mÆt ph©n chia líp huyÒn phï ®−îc ë phÝa d−íi vµ líp dung m«i trong suèt ë phÝa trªn . U= H t (17) Trong hÖ ®¬n ph©n t¸n, vËn tèc sa l¾ng cã thÓ ®−îc x¸c ®Þnh khi theo dâi sù sa l¾ng cña mét h¹t nµo ®ã trong hÖ b»ng kÝnh hiÓn vi. Khi c¸c hÖ ®a ph©n t¸n l¾ng trong, bÒ mÆt líp sa l¾ng bÞ nhoÌ bëi v× c¸c h¹t víi kÝch th−íc kh¸c nhau trong cïng mét thêi gian ®i ®−îc nh÷ng qu·ng ®−êng kh¸c nhau. Cho nªn ph©n tÝch sa l¾ng chuyÓn thµnh x¸c ®Þnh vËn tèc tÝch tô cña kÕt tña. ChÊt s¬n khu«n yªu cÇu cã ®é h¹t 95% lät qua sµng 0,0063 mm (<100µm) sÏ ®¶m b¶o dung dÞch tån t¹i ë tr¹ng th¸i huyÒn phï. Sù sa l¾ng cã thÓ x¶y ra chËm kh«ng lµm gi¶m chÊt l−îng s¬n khu«n. §é ®ång nhÊt dung dÞch ®−îc quan s¸t b»ng m¾t vµ kÝnh phãng ®¹i kiÓm tra ®é ®ång nhÊt cña dung dÞch. §é sa l¾ng lµ phÇn tr¨m chÊt s¬n khu«n bÞ l¾ng trong kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh tÝnh theo biÓu thøc: H0 − Hn x100 (18) H0 Trong ®ã: - H0 : ChiÒu cao ban ®Çu dung dÞch s¬n. - Hn : ChiÒu cao chÊt s¬n sau mét thêi gian (h) - H0 - Hn : PhÇn n−íc trong Víi chÊt s¬n khu«n, dung m«i dÔ bay h¬i, thêi gian quÐt s¬n cè g¾ng ng¾n nhÊt, tuy nhiªn thao t¸c s¬n khu«n b»ng tay kh«ng thÓ nhanh nªn ®é sa l¾ng tÝnh kho¶ng thêi gian 1 giê hoÆc 2 giê. Dung dÞch s¬n khu«n cã ®é sa l¾ng nhá sÏ ®¶m 12 b¶o kh«ng bÞ ph©n líp, chÊt s¬n trong dung dÞch ë d¹ng huyÒn phï ®ång nhÊt. §é sa l¾ng cßn ®−îc ®¸nh gi¸ b»ng thÓ vÈn cña dung dÞch (%) trong kho¶ng thêi gian: Hn x100 (19) H0 Trong ®ã: - Hn chiÒu cao chÊt huyÒn phï sau thêi gian (h) - Ho chiÒu cao ban ®Çu cña dung dÞch s¬n 1.2.3. Nh÷ng ®Æc tÝnh cña dung m«i vµ chÊt kÕt dÝnh trong hçn hîp s¬n khu«n 1.2.3.1. Dung m«i R−îu ªtylic (ªtanol) C2H5OH lµ chÊt láng kh«ng mÇu, s«i ë nhiÖt ®é 78,3oC. Trong dung dÞch n−íc, nång ®é r−îu ªtylÝc ®−îc biÓu diÔn b»ng phÇn tr¨m thÓ tÝch gäi lµ ®é. R−îu ªtylÝc tinh cÊt sÏ thu ®−îc r−îu 95,5%. Th−êng gäi lµ cån 96o, cã lo¹i dïng trong c«ng nghiÖp vµ lo¹i s¹ch tuyÖt ®èi dïng trong y tÕ. R−îu nhÑ h¬n n−íc cã tû träng ρ =0,8 g/cm3. R−îu lµ chÊt trung tÝnh, kh«ng ph©n li thµnh c¸c ion. R−îu cån dÔ bay h¬i cã mïi th¬m nªn cßn gäi lµ cån th¬m, nÕu tiÕp xóc nhiÒu dÔ bÞ g©y ¶nh h−ëng ®Õn søc khoÎ, khi b¶o qu¶n cÊt gi÷ ph¶i ®ùng trong thïng cã n¾p ®Ëy kÝn, ®Ó n¬i tho¸ng m¸t, xa nguån ph¸t löa. Khi ch©m löa r−îu sÏ bÞ «xy ho¸ - ch¸y theo ph¶n øng: C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O (20) Ph¶n øng ch¸y to¶ nhiÖt lín lµm n−íc bèc h¬i vµ khu«n ®óc ®−îc sÊy nãng. R−îu ªtylic là dung m«i hoµ tan nhùa th«ng dïng trong chÊt s¬n khu«n. R−îu lµ dung m«i hoµ tan chÊt dÝnh vµ lµm thay ®æi (t¨ng hoÆc gi¶m) nång ®é dung dÞch s¬n khu«n lµm tho¶ m·n nhu cÇu cña c«ng nghÖ s¬n khu«n b»ng ph−¬ng ph¸p quÐt, nhóng hoÆc phun v.v... T«luen cã c«ng thøc C6H5CH3 cßn gäi lµ mªtyl benzen lµ chÊt láng cã mïi ®Æc tr−ng gièng mïi benzen, s«i ë 1100C cã tû träng < 0,8g/ml. Xylen cã c«ng thøc lµ C6H4(CH3)2 cßn gäi lµ ®imªtyl benzen lµ chÊt láng cã mïi h¾c nh− x¨ng vµ dÇu ho¶, dÔ bay h¬i, dÔ b¾t löa. X¨ng gåm c¸c bua hy®r« no d¹ng m¹ch nh¸nh vµ c¸c bua hy®r« nh©n benzen cã c«ng thøc C8H18 (isooctan) vµ C6H5CH3 (mªtyl benzen). Theo tiªu chuÈn ASTM th× x¨ng trªn thÞ tr−êng cung cÊp cho ®éng c¬ lµ MOGAS 90; 92; 95. Sè «ctan t−¬ng øng lµ 90, 92 vµ 95. Trong thµnh phÇn cña x¨ng cã c¸c nguyªn tè chñ yÕu lµ C vµ H khi bÞ ch¸y sÏ to¶ nhiÖt vµ tu©n theo c¸c ph−¬ng tr×nh ph¶n øng : 2H2 + O2 = 2H2O (21) C + O2 = CO2 X¨ng, dÇu ho¶ ®Òu lµ s¶n phÈm ®−îc ch−ng cÊt tõ dÇu má cã tû träng ρ=0,65-0,8g/cm3, dÔ bay h¬i, dÔ b¾t löa, cã mïi khã chÞu. 13 1.2.3.2. ChÊt kÕt dÝnh Nhùa th«ng ®−îc dïng lµm chÊt kÕt dÝnh trong hçn hîp s¬n khu«n. Nhùa th«ng ë d¹ng côc cã mµu vµng hoÆc n©u, t−¬ng ®èi gißn, dÔ ®Ëp vì, cã thÓ nghiÒn nhá h¹t mÞn, cã mïi th¬m ®Æc tr−ng, nãng ch¶y ë 75- 135oC kh«ng hoµ tan trong n−íc, hoµ tan trong mét sè dung m«i h÷u c¬ nh− r−îu, cån, toluen, xylen, x¨ng, dÇu ho¶, v.v...t¹o thµnh dung dÞch dÔ b¾t löa vµ dÔ ch¸y. Nhùa th«ng trong hçn hîp s¬n khu«n víi vai trß chÊt kÕt dÝnh, khi ®ã dung dÞch s¬n khu«n cã thÓ tù kh« hoÆc ch©m löa ®èt ch¸y ®Ó sinh nhiÖt lµm kh« nhanh líp s¬n ë mÆt khu«n. §iÒu kiÖn kü thuËt cña nhùa th«ng ®−îc cho they trªn b¶ng 3. B¶ng 3, §iÒu kiÖn kü thuËt cña nhùa th«ng C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt Ngo¹i quan Tû träng g/cm3 Hµm l−îng n−íc % §é tro% ChÊt kh«ng hoµ tan % T¹p chÊt NhiÖt ®é biÕn mÒm oC ChØ tiªu côc mÇu vµng nh¹t, hoÆc n©u ®ôc 1,07 – 1,09 < 0,5% < 0,07 < 10 <0,1 ≥ 52oC Tèc ®é hoµ tan cña nhùa th«ng phô thuéc vµo ®é h¹t vµ lo¹i dung m«i pha kh¸c nhau, xem b¶ng 4. B¶ng 4, Tèc ®é hoµ tan cña nhùa th«ng Dung m«i Tèc ®é hoµ tan R−îu cån Nhanh 1 X¨ng 92 Trung b×nh 1,5 DÇu ho¶ Xylen Ghi chó ChËm 1,8 ChËm 2,5 Nhùa th«ng nghiÒn nhá lät qua sµng 0,3mm Nhùa th«ng tan trong cån kho¶ng 15-30 phót (tuú thuéc vµo ®é h¹t nhùa) c¸c d¹ng dung m«i kh¸c chËm h¬n, do vËy khi pha chÕ chÊt s¬n ph¶i sau kho¶ng thêi gian 8-12 giê míi sö dông ®Ó chÊt kÕt dÝnh tan hÕt. Nhùa th«ng cã mét sè vËt lÉn lµ chÊt kh«ng hoµ tan (kho¶ng<10%) cÇn ph¶i hoµ tan trong dung m«i vµ lo¹i bá vËt lÉn tr−íc khi pha chÊt s¬n. 14 Nh×n chung hçn hîp s¬n khu«n ®óc cã c¸c t¸c dông nh− sau: - Phßng chèng hiÖn t−îng ch¸y dÝnh b¸m c¸t ë vËt ®óc. - T¨ng ®é bÒn vµ ®é chÞu nhiÖt cña líp bÒ mÆt tr¸nh cho khu«n kh«ng bÞ bong t¬i, lë sôt c¸t. - T¨ng ®é nh½n bÒ mÆt khu«n sÏ lµm t¨ng ®é nh½n bÒ mÆt vËt ®óc Do vËy yªu cÇu kü thuËt ®èi víi chÊt s¬n khu«n lµ: - ChÊt s¬n khu«n cã tÝnh chÞu nhiÖt cao, kh«ng g©y ph¶n øng ho¸ häc lµm ¶nh h−ëng ®Õn thµnh phÇn, tÝnh chÊt cña kim lo¹i láng khi ®óc rãt. - Kh«ng biÕn ®æi thµnh phÇn, chÊt l−îng trong qu¸ tr×nh chÕ biÕn, cÊt gi÷, s¬n phñ bÒ mÆt khu«n tr−íc khi rãt khu«n. - B¶o ®¶m cì kÝch h×nh häc cña s¶n phÈm ®óc ®óng thiÕt kÕ. - Líp s¬n phñ trªn mÆt khu«n nh½n, mÞn, bÒn kh«ng bÞ bong trãc thµnh líp t¸ch khái mÆt khu«n, kh«ng bÞ r¹n nøt khi sÊy kh«, ®Ó nguéi vµ c¶ khi ®óc rãt kim lo¹i láng vµo khu«n. - Cã tÝnh linh ®éng tèt, cã ®é nhít nhÊt ®Þnh ®Ó khi s¬n phñ kh«ng ®Ó l¹i vÕt chæi quÐt hoÆc kh«ng t¹o thµnh vÖt ch¶y (giät) trªn bÒ mÆt khu«n sau khi s¬n. ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i t¹o ®−îc dung dÞch huyÒn phï ®Ó cã thÓ dÔ dµng quÐt, phun lªn bÒ mÆt khu«n, lâi. - ChÊt s¬n khu«n ph¶i cã hµm l−îng khÝ thÊp nhÊt, Ýt sinh khÝ ®Ó h¹n chÕ rç khÝ ë vËt ®óc. - ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i kh« nhanh, cã tr−êng hîp tù ®èng cøng nhanh, dÔ ®èt, ch¸y nhanh t¹o cho líp s¬n phñ cã ®é bÒn ch¾c. - ChÊt s¬n khu«n kh«ng chøa c¸c chÊt ®éc h¹i tíi søc khoÎ con ng−êi vµ g©y « nhiÔm m«i tr−êng. - ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i cã tÝnh l−u biÕn tèt ®Ó ®¸p øng c¸c yªu cÇu ®ång ®Òu, kÝn khÝt vµ ®é dÇy, máng cña líp s¬n phñ tèi −u. - ChÊt s¬n khu«n ®óc ph¶i cã tÝnh kinh tÕ khi sö dông, kh«ng dïng c¸c thµnh phÇn vËt liÖu quÝ hiÕm ®Ó gi¸ thµnh h¹. §Ó chÊt s¬n khu«n ®¹t ®−îc c¸c yªu cÇu trªn cÇn ph¶i gi¶i quyÕt nh÷ng vÊn ®Ò chñ yÕu sau. a) VËt liÖu chÝnh (MgO) ph¶i cã ®é chÞu nhiÖt cao, nghiÒn mÞn víi ®é h¹t lät qua sµng 0,0063mm ®¹t tíi 95%. b) Dung dÞch pha chÕ hçn hîp s¬n khu«n ë tr¹ng th¸i huyÒn phï, cã ®é nhít η nhÊt ®Þnh vµ sù sa l¾ng xuÊt hiÖn chËm. ChÊt s¬n dÔ b¾t löa hoÆc tù kh« ®Ó cã ®é bÒn cao. c) C¸c nguyªn liÖu dïng pha chÕ cã s½n trong n−íc, thiÕt bÞ pha chÕ ®¬n gi¶n dÔ sö dông vµ gi¸ thµnh thÊp. 15 PhÇn II, Néi dung vµ ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu 2.1. Ph−¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ nghiªn cøu ®Ò tµI §Ò tµi ®· tiÕn hµnh thu thËp, ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ th«ng tin, tµi liÖu, vËt liÖu vÒ hçn hîp s¬n khu«n cña n−íc ngoµi nhËp vÒ ®ang sö dông ë c¸c nhµ m¸y ®óc cña ViÖt Nam ®Ó lùa chän ®−îc thµnh phÇn hçn hîp s¬n khu«n hîp víi ®iÒu kiÖn vËt liÖu, s¶n xuÊt cña ViÖt Nam. ChÕ t¹o hçn hîp bét b»ng nghiÒn trén trªn m¸y nghiÒn 7,5 kW träng l−îng 200kg/mÎ nghiÒn (xem h×nh 4). H×nh 4, ThiÕt bÞ nghiÒn chÕ t¹o bét MgO, 7,5 kW NghiÒn trén hçn hîp ®−îc tiÕn hµnh trong m¸y nghiÒn trén 2,5 kW 10kg/mÎ (xem h×nh 5). 16 H×nh 5, ThiÕt bÞ nghiÒn, trén hçn hîp s¬n khu«n §o kiÓm, ph©n tÝch ®é sa l¾ng hay thÓ vÈn theo thêi gian ®−îc cho thÊy trªn h×nh 6). ThÓ vÈn cña hçn hîp s¬n khu«n ®¹t cµng lín th× cµng tèt. Nghiªn cøu thÓ vÈn cña c¸c dung dÞch s¬n víi c¸c dung m«i lµ r−îu cån (Rc) x¨ng A92; dÇu háa (Dh); xylen (Xi). C¸c kÕt qu¶ ®o kiÓm ®−îc cho thÊy ë b¶ng trong phÇn sau. H×nh 6, ThiÕt bÞ x¸c ®Þnh ®é sa l¾ng – thÓ vÈn theo thêi gian 17 Tû träng vµ khèi l−îng riªng cña dung dÞch hçn hîp s¬n khu«n ®−îc ®o b»ng tû träng kÕ ë 200C hoÆc c©n khèi l−îng chia cho thÓ tÝch: m = ρ (g/cm3; g/ml) v hoÆc ®o b»ng B«mª kÕ (xem h×nh 7); cã kho¶ng ®é tõ 1,0 - 2,0, cã thÓ ®äc trªn B«mª kÕ 0 – 70. C¸c kÕt qu¶ ®o kiÓm ®−îc cho thÊy ë b¶ng trong phÇn sau. H×nh 7, ThiÕt bÞ ®o tû träng b»ng tû träng kÕ ë 200C §é nhít cña hçn hîp s¬n khu«n ®−îc ®o b»ng nhít kÕ Engle; b»ng thêi gian (s) ch¶y hÕt 200ml dung dÞch hçn hîp s¬n khu«n ra khái b×nh chuÈn ë 200C qua lç ∅4 hoÆc ∅5. ThÝ nghiÖm ®o ®é nhít cña hçn hîp s¬n khu«n víi bèn dung m«i kh¸c nhau vµ so s¸nh víi n−íc s¹ch (xem h×nh 8).. §é h¹t chÊt ph©n t¸n kh«ng ®ñ mÞn vµ qu¸ tr×nh pha chÕ kÐm ®ång ®Òu hoÆc vãn côc lµm t¨ng ®é nhít, lµm chÊt s¬n khu«n kÐm linh ®éng (tÝnh l−u biÕn kÐm). H¹t MgO ®· nghiÒn tuyÓn ®¹t cì h¹t 15 - 30 µm lµ ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®Ó pha chÕ chÊt s¬n khu«n ®¹t yªu cÇu chÊt l−îng. Trong hçn hîp cßn ph¶i cã thµnh phÇn chÊt phô gia t¹o huyÒn phï. C¸c kÕt qu¶ ®o kiÓm ®−îc cho thÊy ë b¶ng trong phÇn sau. 18 H×nh 8, ThiÕt bÞ ®o ®é nhít Engle cña chÊt láng theo thêi gian §é h¹t ®−îc ®o kiÓm qua bé sµng tiªu chuÈn. Ph©n tÝch thµnh phÇn ho¸ b»ng ph−¬ng ph¸p ho¸ häc TCN 01/PTH/94TCN-II-HTNT/94 ë m¸y TQ(UV1201V), TQNL (Jenway-Anh) cã ®é nh¹y 0,01% t¹i phßng ph©n tÝch ho¸ häc cña Trung t©m ph©n tÝch thÝ nghiÖm ®Þa chÊt vµ ph©n tÝch so s¸nh ë Phßng kh«ng kim lo¹i cña Trung t©m. §é bÒn nÐn cña hçn hîp s¬n khu«n ®−îc ®o kiÓm trªn m¸y cña phßng thÝ nghiÖm c¬ lý ®Êt ®¸ LAS-XD326, Trung t©m ph©n tÝch thÝ nghiÖm ®Þa chÊt. Ph©n tÝch ®é bÒn ch¾c, xÝt chÆté vµ cÊu tróc cña líp hçn hîp s¬n khu«n ®−îc tiÕn hµnh theo ph−¬ng ph¸p vi ®iÖn tö quÐt mÆt g·y (fractograph SEM/EDS ) trªn m¸y JSM-6490, JEOL cña Trung t©m ®¸nh gi¸ h− háng vËt liÖu, ViÖn Khoa häc VËt liÖu (xem h×nh 9). 19