Tài liệu Nghiên cứu sơn với chất dính keo silica dùng trong công nghệ đúc mẫu tiêu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận án này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Đinh Quảng Năng. Các số liệu, những kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này trung thực và chưa từng được tác giả khác công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Hà Nội, ngày tháng Giáo viên hướng dẫn Tác giả GS.TS. Đinh Quảng Năng Đỗ Phương Thảo i năm 2017. LỜI CẢM ƠN Tôi muốn gửi lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc và chân thành tới thầy hướng dẫn là GS.TS. Đinh Quảng Năng. Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, đưa ra những lời khuyên bổ ích, những định hướng khoa học quý báu để tôi có thể triển khai và hoàn thành công việc nghiên cứu của mình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Khoa học và Kỹ thuật vật liệu đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn tới các Thầy trong bộ môn Vật liệu và Công nghệ đúc, nơi tôi làm nghiên cứu sinh đã nhiệt tình giúp đỡ động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới GS.TSKH Phạm Văn Khôi đã tận tình chỉ bảo, đưa ra các ý kiến quý báu về sơn dùng cho công nghệ mẫu tiêu và phần quy hoạch thực nghiệm giúp tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu và các Thầy cô trường Cao đẳng Cơ khí luyện kim đã động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập tại Đại học Bách Khoa Hà Nội. Nhân đây tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn tới các anh chị công ty TNHH MTV Mai Động đã giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận án này. Đồng thời tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô, các nhà khoa học, các đồng nghiệp và bạn bè thân hữu đã động viên giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin được nói lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, nơi chỗ dựa tinh thần và sẻ chia giúp tôi vượt qua mọi trở ngại khó khăn để hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Nghiên cứu sinh Đỗ Phương Thảo ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ..................................................................... x DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... xiv LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 Chương 1. .................................................................................................................... 4 TỔNG QUAN VỀ SƠN MẪU TIÊU ........................................................................ 4 1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC MẪU TIÊU ............................................. 4 1.1.1. Lịch sử phát triển công nghệ đúc mẫu tiêu ...................................................... 4 1.1.2. Lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu ................................................................... 5 1.1.3. Lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu đốt mẫu trước ........................................... 5 1.1.4. Các hướng nghiên cứu công nghệ đúc mẫu tiêu .............................................. 6 1.2. TỔNG QUAN VỀ SƠN MẪU TIÊU ..................................................................... 6 1.2.1. Khái quát về sơn mẫu tiêu ................................................................................... 6 1.2.2. Vật liệu chế tạo sơn mẫu tiêu............................................................................... 7 1.2.3. Tính chất của sơn mẫu tiêu ................................................................................ 11 1.2.4. Ảnh hưởng của lớp sơn tới quá trình điền đầy khuôn ................................... 14 1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ SƠN MẪU TIÊU Ở TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ............................................................................................................... 15 1.3.1. Tình hình nghiên cứu về sơn mẫu tiêu ở trên thế giới ................................... 15 1.3.1.1. Nghiên cứu về cơ chế phân hủy hóa học polystyren xốp ............................... 15 1.3.1.2. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố thành phần sơn tới tính chất của sơn mẫu tiêu ................................................................................................................................ 16 1.3.1.3. Các loại sơn mẫu tiêu trên thế giới ................................................................. 23 1.3.1.4. Tình hình nghiên cứu sử dụng keo silica trong sản xuất đúc ở trên thế giới . 26 1.3.2. Tình hình nghiên cứu sơn mẫu tiêu ở trong nước .............................................. 28 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ...................................................................................... 29 1.4.1. Các hướng đang được nghiên cứu về công nghệ đúc mẫu tiêu ............... 29 1.4.2. Những vấn đề đã thống nhất về sơn mẫu tiêu ................................................ 29 1.4.3. Những vấn đề còn đang cần quan tâm giải quyết về sơn mẫu tiêu ................ 29 Chương 2. .................................................................................................................. 30 KEO SILICA -TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG ..................................................... 30 2.1. KHÁI QUÁT VỀ KEO SILICA ........................................................................... 30 2.1.1. Keo silica là gì ............................................................................................... 30 2.1.2. Các loại keo silica thương mại ........................................................................... 31 2.2. CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA KEO SILICA................................................ 31 iii 2.2.1. Cấu trúc của keo silica ................................................................................... 31 2.2.2. Sự ổn định của keo silica ............................................................................... 32 2.2.3. Ảnh hưởng của chất điện ly lên độ nhớt và độ ổn định ................................. 35 2.2.4. Sự tạo gel của silica ....................................................................................... 36 2.2.4.1. Gel hóa và ngưng kết ..................................................................................... 36 2.2.4.2. Làm khô gel ................................................................................................... 37 2.2.5. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự tạo gel .............................................................. 39 2.2.6. Độ xốp – độ thấm khí của silicagel .............................................................. 40 2.2.7. Đông kết và kết khối ...................................................................................... 40 2.3. ỨNG DỤNG KEO SILICA LÀM CHẤT DÍNH .................................................. 41 2.4. SỬ DỤNG KEO SILICA TRONG SẢN XUẤT ĐÚC ......................................... 41 2.4.1. Chức năng của keo silica .............................................................................. 41 2.4.2. Bảo quản sơn trên cơ sở chất dính keo silica ............................................... 43 2.4.3. Tính chất thuận nghịch sol - gel .................................................................... 44 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ...................................................................................... 44 Chương 3. .................................................................................................................. 46 PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU............................................ 46 3.1. SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CỦA LUẬN ÁN ............................... 46 3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................................... 47 3.2.1. Phương pháp xác định các tính chất cơ bản của vật liệu chế tạo sơn ............ 47 3.2.1.1 Phương pháp xác định độ ẩm của vật liệu dạng bột ........................................ 47 3.2.1.2. Phương pháp xác định độ hạt của vật liệu dạng bột ...................................... 47 3.2.1.3. Phương pháp xác định tỷ trọng ....................................................................... 48 3.2.1.4. Phương pháp xác định độ nhớt của chất lỏng và sơn ................................. 48 3.2.2. Phương pháp xác định tính chất của sơn ....................................................... 49 3.2.2.1. Chuẩn bị sơn thí nghiệm ................................................................................. 49 3.2.2.2. Phương pháp xác định độ ổn định huyền phù sơn .......................................... 50 3.2.2.3. Phương pháp đo độ bền mài mòn ................................................................... 50 3.2.2.4. Phương pháp xác định độ bền uốn của sơn..................................................... 51 3.2.2.5. Phương pháp xác định chiều dày của sơn ....................................................... 53 3.2.2.6. Phương pháp xác định độ thông khí của sơn .................................................. 54 3.2.2.7. Phương pháp xác định độ xốp của sơn ........................................................... 57 3.2.2.8. Phương pháp xác định độ giãn nở nhiệt của sơn ........................................... 58 3.2.3. Phương pháp nghiên cứu sự biến đổi trạng thái của mẫu khi nung ............... 59 3.2.4. Các phương pháp phân tích hiện đại............................................................ 59 iv 3.2.4.1. Kỹ thuật hiển vi điện tử quét SEM – EDS ...................................................... 59 3.2.4.2. Phép đo nhiễu xạ tia X- XRD ......................................................................... 60 3.2.4.3. Phân tích nhiệt DTG/DSC ............................................................................. 60 3.2.5. Phương pháp quy hoạch thực nghiệm ........................................................... 60 3.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 62 3.3.1. Bột chịu lửa .................................................................................................... 62 3.3.2. Chất dính ........................................................................................................ 65 3.3.3. Bentonit trugel 100 ........................................................................................ 66 3.3.4. Bột kaolin....................................................................................................... 67 3.3.5. Carboxymethyl cellulose – CMC .................................................................. 67 3.3.6. Saccaroza ...................................................................................................... 68 3.3.7. Polystyren xốp ............................................................................................... 68 Chương 4. .................................................................................................................. 70 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN SƠN CERAMIC ....... 70 4.1. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................................................... 70 4.2. XÂY DỰNG MA TRẬN THÍ NGHIỆM QUY HOẠCH TRỰC GIAO CẤP 2 THIẾU ............................................................................................................................. 70 4.2.1. Xác định thông số thành phần và khoảng biến đổi của các yếu tố thành phần ...................................................................................................................................... 70 4.2.2. Nhận xét ......................................................................................................... 72 4.2.3. Xây dựng bảng ma trận thí nghiệm ............................................................... 73 4.3. THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT SƠN .................................................. 75 4.3.1. Tiến hành thí nghiệm ................................................................................... 75 4.3.2. Kết quả thí nghiệm......................................................................................... 75 4.4. CHỌN DẠNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY ...................................................... 76 4.5. TÍNH TOÁN XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY CHO CÁC HÀM MỤC TIÊU ................................................................................................................................ 78 4.5.1. Hàm mục tiêu là độ ổn định huyền phù ......................................................... 78 4.5.2. Hàm mục tiêu là độ nhớt................................................................................ 80 4.5.3. Hàm mục tiêu là độ bền sau sấy .................................................................... 83 4.5.4. Hàm mục tiêu là độ bền sau nung .................................................................. 85 4.6. THẢO LUẬN KẾT QUẢ VÀ ĐƯA RA THÀNH PHẦN SƠN HỢP LÝ ........... 86 4.7. ĐÚC THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM NẮP QUY LAT VÀ THÂN ĐỘNG CƠ DIEZEL RV95 ................................................................................................................. 89 4.7.1. Kết cấu và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đúc ............................................. 89 4.7.2. Cấu tạo mẫu của nắp quy lát và thân động cơ diesel RV95 .......................... 90 v 4.7.3. Sơn và sấy mẫu ............................................................................................. 91 4.7.4. Chèn mẫu đã sơn vào thùng khuôn ................................................................ 91 4.7.5. Kết quả đúc thử nghiệm ................................................................................ 91 4.7.6. Quan sát cấu trúc sơn sau sấy và sau đúc ...................................................... 93 4.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 ...................................................................................... 93 Chương 5 ................................................................................................................... 94 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT .............................................................. 94 CỦA SƠN SAU NUNG ............................................................................................ 94 5.1. NGHIÊN CỨU ĐỘ THÔNG KHÍ CỦA SƠN ...................................................... 94 5.1.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới độ thông khí của vỏ sơn ceramic ......................................................................................................................... 94 5.1.2. Ảnh hưởng của chiều dày lớp sơn tới độ thông khí của vỏ sơn ceramic ....... 96 5.2. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ NUNG TỚI ĐỘ XỐP CỦA VỎ SƠN CERAMIC ....................................................................................................................... 98 5.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới độ xốp của vỏ sơn ceramic ...................... 98 5.2.2. Quan sát nước thấm qua cốc ceramic ............................................................ 99 5.3. PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI TRỌNG LƯỢNG (DTG/DSC) SƠN .................. 100 5.3.1. Phân tích nhiệt vi sai trọng lượng của các cấu tử trong sơn ........................ 100 5.3.2. Phân tích nhiệt vi sai trọng lượng của sơn ................................................... 103 5.3.3. Thảo luận kết quả phân tích nhiệt vi sai trọng lượng .................................. 104 5.4. CẤU TRÚC CỦA VỎ SƠN CERAMIC Ở CÁC NHIỆT ĐỘ NUNG KHÁC NHAU ............................................................................................................................ 105 5.4.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm ............................................................................. 105 5.4.2. Kết quả quan sát cấu trúc và bàn luận ......................................................... 105 5.5. XÁC ĐỊNH SỰ GIÃN NỞ NHIỆT CỦA SƠN CERAMIC ............................... 107 5.6. PHÂN TÍCH NHIỄU XẠ XRD CỦA SƠN SAU NUNG .................................. 108 5.7. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC CỦA SƠN SAU ĐÚC ............................................. 110 5.7.1. Tính chiều dày màng chất dính ................................................................... 110 5.7.2. Ảnh SEM và giản đồ EDS của sơn sau đúc ................................................. 111 5.7.3. Phân tích ảnh cấu trúc của sơn sau đúc ...................................................... 112 5.8. GIẢI THÍCH CÁC HIỆN TƯỢNG XẢY RA TRONG SƠN KHI SẤY VÀ NUNG Ở NHIỆT CAO .................................................................................................. 112 5.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG 5 .................................................................................... 113 Chương 6. ................................................................................................................ 114 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC REPLICAST - CS ................ 114 6.1. NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỔI TRẠNG THÁI CỦA MẪU XỐP ..................... 114 vi 6.1.1. Cách chế tạo mẫu thí nghiệm ....................................................................... 114 6.1.2. Chuẩn bị mẫu để quan sát trạng thái mẫu trên kính hiển vi điện tử ............ 114 6.1.3. Quan sát sự biến đổi trạng thái của mẫu xốp ............................................... 114 6.1.4 Phân tích vi sai trọng lượng mẫu ................................................................. 118 6.1.5. Nhận xét ....................................................................................................... 119 6.2. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐỐT MẪU TRƯỚC BẰNG CÁCH NUNG 120 6.2.1. Chế tạo mẫu ................................................................................................. 120 6.2.2. Tiến hành thí nghiệm đốt mẫu trước bằng cách nung ................................ 120 6.2.3 Phân tích kết quả thí nghiệm đốt mẫu trước ................................................. 121 6.3. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG LÀM VIỆC CỦA SƠN KHI ĐÚC RÓT ............................................................................................................................... 121 6.3.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm ............................................................................. 121 6.3.2. Đúc rót ......................................................................................................... 123 6.4. ĐÚC THỬ NGHIỆM NẮP QUY LÁT ĐỘNG CƠ DIEZEL RV95 .................. 124 6.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 6 .................................................................................... 126 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 127 KIẾN NGHỊ ............................................................................................................... 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 128 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ....................................................................................................................................... 134 PHỤ LỤC ..................................................................................................................... i PHỤ LỤC 1. XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH HỒI QUY ............................................ i PHỤ LỤC 2. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN SAU ĐÚC KHÔNG QUA NUNG ........................................................................................................................................ viii PHỤ LỤC 3. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN Ở 50oC ........................................... x PHỤ LỤC 4. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN Ở 100oC ....................................... xii PHỤ LỤC 5. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN Ở 300oC ...................................... xiv PHỤ LỤC 6. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN Ở 600oC ........................................ xv PHỤ LỤC 7. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN Ở 800oC ....................................... xvi PHỤ LỤC 8. ẢNH SEM CẤU TRÚC CỦA SƠN SAU ĐÚC (SƠN ĐÃ QUA NUNG Ở 800oC) ....................................................................................................................... xviii PHỤ LỤC 9. ĐƯỜNG NHIỄU XẠ RONGHEN CỦA SƠN ...................................... xx PHỤ LỤC 10. HỆ SỐ GIÃN NỞ NHIỆT CỦA KHUÔN GỐM .............................. xxiv PHỤ LỤC 11. TÍNH BỀ MẶT LÝ THUYẾT CỦA BỘT ZIRCON ...................... xxvii PHỤ LỤC 12. KẾT QUẢ ĐO CỠ HẠT ................................................................... xxix PHỤ LỤC 13. KẾT QUẢ ĐO ĐỘ NHÁM CỦA SẢN PHẨM ĐÚC ....................... xxx vii PHỤ LỤC 14. BẢN VẼ CHI TIẾT NẮP QUY LÁT RV95 VÀ THÂN ĐỘNG CƠ DIESZEL RV95 ............................................................................................................ xxxi PHỤ LỤC 15. SƠN MẪU, NUNG MẪU VÀ ĐÚC RÓT....................................... xxxii viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DTG/DSC: Different Themo gravimetric/ Differential scanning calorimetry: phân tích nhiệt trọng lượng/ phân tích nhiệt quét vi sai EDS: Phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy dispersive x-ray spectroscopy) GS.TS: Giáo sư – Tiến sĩ MTS: Máy đo độ bền vạn năng CMC: Carboxymethyl cellulose SEM: Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) XRD: Nhiễu xạ Ronghen (x- ray diffraction) TNHH MTV: Trách nhiệm hữu hạn một thành viên LFC: Đúc mẫu cháy (Lost Foam Casting) PL: Phụ lục DLVO: Derjaguin, Landau, Verwey, Overbeck TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam PTN: Phòng thí nghiệm QHTG: Quy hoạch trực giao ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1. 1. Sơ đồ lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu, Brown (2000) [61] .............................. 5 Hình 1. 2. Mô hình biểu diễn sự dính bám sơn lên mẫu khi sơn nhúng [25] ...................... 12 Hình 1. 3. Sơ đồ vùng tương tác giữa kim loại lỏng-mẫu xốp-lớp sơn khuôn .................... 13 Hình 1. 4. Phản ứng theo cơ chế chuỗi – gốc tự do trong quá trình phân hủy polystyren, Giai đoạn lan truyền gồm: a, tách H, b, Sự phân hủy β và c, phản ứng mở khóa [21,48] 16 Hình 1. 5. Ảnh SEM mẫu zircon trong nghiên cứu của A. Prstic [74] ............................... 17 Hình 1. 6. Giản đồ phân tích nhiệt DTA/DTG mẫu sơn của Kumar [51] ........................... 18 Hình 1. 7. Ảnh SEM mẫu sơn của Kumar sau nung [51] ................................................... 19 Hình 1. 8. Ảnh XRD mẫu sơn sau nung của Kumar [51] ................................................... 19 Hình 1. 9. Áp suất trong vùng khe hở khí phụ thuộc vào độ thông khí của sơn, [68] ........ 20 Hình 1. 10. Kích thước khe hở khí phụ thuộc vào độ thông khí của sơn [68].................... 20 Hình 1. 11. Độ nhớt tỷ lệ nghịch với tốc độ chia cắt ở T= 22oC [23] ............................... 22 Hình 1. 12. Bề mặt sản phẩm đúc trong nghiên cứu của Prstic [74] .................................. 23 Hình 2. 1. Mô hình cấu trúc tứ diện thể hiện liên kết 4 ion oxi và 1 ion silic .................... 32 Hình 2. 2. Cấu trúc không gian 2 chiều của các tứ diện SiO44- sắp xếp ngẫu nhiên (hình a) và trật tự xác định (hình b) [25] .......................................................................................... 32 Hình 2. 3. Sự khác nhau giữa tạo gel (keo tụ) và kết tủa: a- sol;, b- tạo gel (keo tụ); c, kết tủa [25,43] ........................................................................................................................... 32 Hình 2. 4. Ổn định “natri” keo silica [25] .......................................................................... 33 Hình 2. 5. Ảnh hưởng của độ pH tới sự ổn định (thời gian tạo gel) của keo silica [25] .... 34 Hình 2. 6. Sơ đồ keo silica bị khử nước [25] ...................................................................... 34 Hình 2. 7. Phân bố chất điện ly bao quanh bề mặt [25] ..................................................... 35 Hình 2. 8. Sự mở rộng lớp nước liên kết làm tăng độ nhớt [25] ........................................ 36 Hình 2. 9. Sơ đồ trùng ngưng của keo silica [25] ............................................................... 37 Hình 2. 10. Điều kiện ban đầu [25] .................................................................................... 38 Hình 2. 11. Giai đoạn tốc độ không đổi [25] ..................................................................... 38 Hình 2. 12. Giai đoạn tốc độ giảm [25] ............................................................................. 38 Hình 2. 13. Các nhóm silanol liên kết nhau (hình a) và cầu siloxan (hình b) trên bề mặt keo silica [25] ............................................................................................................................ 40 Hình 2. 14. Sự hình thành cầu siloxan trong keo silica [25] ............................................. 40 Hình 2. 15. Độ bền liên kết tối ưu của các hạt keo trong sơn [25] ................................... 42 Hình 2. 16. Sơn co ngót trong suốt quá trình mất nước đẩy các hạt chịu lửa gần nhau hơn và tập trung các hạt keo silica [25] ..................................................................................... 42 Hình 2. 17. Nồng độ keo silica quá cao [25] ..................................................................... 43 Hình 2. 18. Nồng độ keo silica quá nhỏ [25] ..................................................................... 43 x Hình 3. 1. Sơ đồ thí nghiệm của luận án ............................................................................. 46 Hình 3. 2. Cân kỹ thuật ....................................................................................................... 47 Hình 3. 3. Thiết bị và dụng cụ đo độ nhớt ........................................................................... 49 Hình 3. 4. Dụng cụ xác định độ bền sơn [2] ...................................................................... 50 Hình 3. 7. Các mẫu sơn sau sấy ......................................................................................... 51 Hình 3. 8. Mẫu sơn sau nung ở 800oC ............................................................................... 51 Hình 3. 9. Tủ sấy................................................................................................................. 52 Hình 3. 10. Lò nung ............................................................................................................ 52 Hình 3. 11. Thiết bị đo độ bền 809.10 A/T Material Testing System. ................................ 53 Hình 3. 12. Thước kẹp điện tử Mitutoyo............................................................................ 54 Hình 3. 13. Sơ đồ dụng cụ đo độ thông khí sơn [47] ......................................................... 55 Hình 3. 14. Thiết bị do độ thông khí sơn [47] ..................................................................... 55 Hình 3. 15. Sơ đồ thiết bị đo độ thông khí của sơn (1: Máy hút chân không, 2: bình ổn áp chân không, 3: thùng hút chân không cho mẫu, 4: áp kế, 5: van một chiều) .................. 55 Hình 3. 16. Cụm thiết bị đo độ thông khí của sơn ............................................................... 56 Hình 3. 17. Cân thủy tĩnh .................................................................................................... 57 Hình 3. 18. Máy đo hệ số giãn nở nhiệt E-Techmart ......................................................... 58 Hình 3. 19. Mẫu xác định hệ số giãn nở nhiệt.................................................................... 59 Hình 3. 20. Thiết bị FESEM Hiatchi S-4800 ...................................................................... 59 Hình 3. 21. Ảnh EDS thành phần bột zircon ...................................................................... 62 Hình 3. 22. Giản đồ XRD bột zircon ................................................................................... 63 Hình 3. 23. Đồ thị thành phần độ hạt của bột zircon ......................................................... 63 Hình 3. 24. Ảnh EDS thành phần gel silica khô ................................................................. 65 Hình 3. 25. Ảnh SEM hạt keo gel silica khô ở những độ phóng đại khác nhau (×100 000, ×200 000, ×250 000 lần) .................................................................................................. 66 Hình 3. 26. Ảnh EDS bentonit Úc....................................................................................... 66 Hình 3. 27. Ảnh XRD bentonit Úc ...................................................................................... 67 Hình 4. 1. Ảnh hưởng của bentonit Trugel 100 tới độ ổn định của sơn ............................. 70 Hình 4. 2. Ảnh hưởng của kaolin tới độ ổn định của sơn ................................................... 70 Hình 4. 3. Ảnh hưởng của keo sữa Latex tới độ ổn định của sơn...................................... 71 Hình 4. 4. Ảnh hưởng của CMC tới độ ổn định của sơn .................................................... 71 Hình 4. 5. Ảnh hưởng của kaolin và bentonit tới chiều dày lớp sơn ................................... 71 Hình 4. 6. Ảnh hưởng của latex và CMC tới chiều dày lớp sơn ......................................... 71 Hình 4. 7. Ảnh hưởng của kaolin và bentonit tới độ bền mòn của sơn .............................. 72 xi Hình 4. 8. Ảnh hưởng của latex và CMC tới độ bền mòn của sơn ..................................... 72 Hình 4. 9. Ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần tới độ ổn định huyền phù .................. 79 Hình 4. 10. Ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần tới độ nhớt....................................... 81 Hình 4. 11. Sơn bị nứt (bentonit = 1%) .............................................................................. 82 Hình 4. 12. Sơn dày không đều và bị nứt (keo silica = 25%) ............................................. 82 Hình 4. 13. Sơn bị loang lổ không đều (keo silica = 55%) ................................................ 83 Hình 4. 14. Sơn bị nứt dạng lưới (saccaroza = 0%) .......................................................... 83 Hình 4. 15. Ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần tới độ bền sấy ................................... 84 Hình 4. 16. Ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần tới độ bền nung ............................... 86 Hình 4. 17. Ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần tới hàm chập tính chất sơn ............. 88 Hình 4. 18. Mẫu xốp nắp hộp số có ruột phức tạp, thành mỏng ........................................ 90 Hình 4. 19. Mẫu xốp thân động cơ diesel RV95 ................................................................. 90 Hình 4. 20. Chèn mẫu nắp quy lát vào thùng khuôn .......................................................... 91 Hình 4. 21. Chèn mẫu thân động cơ diesel RV95 vào thùng khuôn .................................... 91 Hình 4. 22. Nắp quy lát bị sôi ............................................................................................. 92 Hình 4. 23. Sản phẩm bên trái là sơn với keo silica, bên phải là sơn với keo sắn ............. 92 Hình 4. 24. Cấu trúc sơn sau sấy × 10.000 (Xem thêm trong PL3) ................................... 93 Hình 4. 25. Ảnh SEM của sơn sau đúc × 10.000 (xem thêm trong PL2) ........................... 93 Hình 5. 1. Mẫu thí nghiệm thử độ thông khí....................................................................... 94 Hình 5. 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ thông khí của vỏ sơn ceramic ........................... 96 Hình 5. 3. Ảnh hưởng của bề dày và số lớp sơn đến độ thông khí của sơn........................ 97 Hình 5. 4. Ảnh hưởng của chiều dày tới độ thông khí của sơn [47] ................................... 97 Hình 5. 5. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ xốp của vỏ sơn ceramic .................................. 99 Hình 5. 6. Cốc sơn ceramic đổ đầy nước có hiện tượng nước thấm qua (cốc bên phải) .. 100 Hình 5. 7. Đường cong DTG/DSC gel silica .................................................................... 101 Hình 5. 8. Đường cong DTG/DSC sacaroza .................................................................... 101 Hình 5. 9. Đường cong DTG/DSC CMC .......................................................................... 102 Hình 5. 10. Đường cong DTG/DSC bentonit ................................................................... 102 Hình 5. 11. Đường cong DTG/DSC zircon ...................................................................... 103 Hình 5. 12. Đường cong DTG/DSC mẫu sơn ................................................................... 103 Hình 5. 13. Ảnh SEM vỏ sơn ceramic ở các nhiệt độ nung khác nhau (×5000 và ×100000) ........................................................................................................................................... 107 Hình 5. 14. Đường giãn nở nhiệt của mẫu sơn ............................................................... 108 Hình 5. 15. Hệ số giãn nở nhiệt độ thay đổi theo thời gian .............................................. 108 xii Hình 5. 16. Đường nhiễu xạ rơn ghen ở các nhiệt độ khác nhau ...................................... 109 Hình 5. 17. Ảnh SEM và EDS của sơn sau đúc gang ở màng chất dính với những độ phóng đại khác nhau .................................................................................................................... 111 Hình 6. 1. Ảnh mẫu khối chữ nhật .................................................................................... 114 Hình 6. 2. Ảnh mẫu trụ ...................................................................................................... 114 Hình 6. 3. Mẫu xốp trụ ở các nhiệt độ nung khác nhau .................................................... 115 Hình 6. 4. Mẫu xốp khối chữ nhật ở các nhiệt độ nung khác nhau .................................. 116 Hình 6. 5. Ảnh SEM cấu trúc xốp polystyren ở các nhiệt độ khác nhau (× 40 và 500) .. 117 Hình 6. 6. Phổ EDS cấu trúc lớp sơn mặt tiếp giáp xốp ở 450 oC ................................... 118 Hình 6. 7. Ảnh SEM lớp cacbon bám trên bề mặt sơn khi nung mẫu ở 450 oC (x 10000 và 25000) ................................................................................................................................ 118 Hình 6. 8. Giản đồ DTG/DSC của polystyrene xốp ........................................................ 119 Hình 6. 9. Sự thay đổi trọng lượng của sơn ceramic ở nhiệt độ cao ................................ 120 Hình 6. 10. Bản vẽ chi tiết mẫu xốp................................................................................... 121 Hình 6. 11. Mẫu xốp ......................................................................................................... 122 Hình 6. 12. Mẫu sau sơn................................................................................................... 122 Hình 6. 13. Vỏ khuôn nung ở 600 oC ................................................................................ 122 Hình 6. 14. Vỏ khuôn nung ở 800 oC ................................................................................. 122 Hình 6. 15. Chèn khuôn xuống nền .................................................................................. 123 Hình 6. 16. Dỡ vật đúc ..................................................................................................... 123 Hình 6. 17. Vật đúc sau làm sạch ..................................................................................... 124 Hình 6. 18. Ảnh mẫu đã sơn ............................................................................................. 124 Hình 6. 19. Khuôn vỏ sau nung ở 800 oC trong 2 giờ ...................................................... 125 Hình 6. 20. Vật đúc trong khuôn nung ở 600 oC .............................................................. 125 Hình 6. 21. Vật đúc trong khuôn nung 800 oC ................................................................ 126 xiii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Thành phần hoá học của bột zircon, % [2] ......................................................... 8 Bảng 1. 2. Tính chất của một số sơn thương mại Trung quốc ............................................ 24 Bảng 1. 3. Chất sơn thương phẩm dùng cho mẫu tiêu của một số nước [15] ..................... 24 Bảng 1. 4. Thành phần sơn trên cơ sở bột zircon trong nghiên cứu của Prstic [74] ......... 24 Bảng 1. 5. Thành phần sơn cho đúc thép mẫu tiêu trong nghiên cứu của Zhiming Liu [59] (tính theo phần trăm về khối lượng) .................................................................................... 25 Bảng 1. 6. Thành phần sơn mẫu tiêu trên cơ sở bột Talc và Mica trong nghiên cứu của Prstic [75] ........................................................................................................................... 25 Bảng 1. 7. Tính chất của chất sơn điển hình [15] .............................................................. 26 Bảng 2. 1. Tính chất keo silica thương mại [25] ................................................................. 31 Bảng 3. 1. Bảng ma trận thí nghiệm trực giao với số yếu tố k=2 [1,6] ............................. 61 Bảng 3. 2. Ma trận tính toán các hệ số của phương trình hồi quy với k=2 [1,6,17] .......... 61 Bảng 3. 3. Thành phần hóa học của bột zircon .................................................................. 63 Bảng 4. 1. Điều kiện thí nghiệm được chọn ....................................................................... 74 Bảng 4. 2. Kết quả thí nghiệm ............................................................................................ 74 Bảng 4. 3. Kết quả thí nghiệm ............................................................................................ 75 Bảng 4. 4. Kết quả được mã hóa ......................................................................................... 77 Bảng 5. 1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới độ thông khí của vỏ sơn gốm ....................... 95 Bảng 5. 2. Ảnh hưởng của chiều dày tới độ thông khí của sơn .......................................... 96 Bảng 5. 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung tới độ xốp của vỏ sơn ceramic ........................... 98 Bảng 5. 4. Tổng hợp kết quả phân tích DTG/DSC [2,5,8,10,25] ..................................... 104 Bảng 6. 1. Tổng hợp kết quả phân tích DTG/DSC của polystyrene xốp[21,48,62] .......... 119 Bảng 6. 2. Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự mất khối lượng của mẫu sơn ceramic............ 120 xiv LỜI MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu Đúc mẫu tiêu (Đúc mẫu cháy – Lost Foam Casting LFC) là một trong những công nghệ đúc chính xác, được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Trong mấy chục năm trở lại đây nhiều cơ sở đúc thuộc quản lý Nhà nước và Tư nhân như: Công ty TNHH một thành viên Mai Động; Công ty TNHH một thành viên 27; Công ty Cổ phần Cơ khí Uông Bí; Viện Công nghệ; Công ty TNHH Cơ khí Thắng lợi, Nam định; Công ty liên doanh đúc cơ khí VIDPOL, Hải Phòng... đã nhập dây chuyền đúc mẫu tiêu để đúc các sản phẩm có chất lượng bề mặt và độ chính xác kích thước cao. Trong công nghệ đúc mẫu tiêu sơn mẫu xốp đóng vai trò vô cùng quan trọng. Tuy nhiên hầu hết các công trình nghiên cứu về sơn mẫu xốp không đưa ra thành phần sơn cụ thể, mà chỉ đưa ra các cấu tử cơ bản có trong sơn như bột chịu lửa. Khi đúc các sản phẩm có khối lượng lớn, hoặc các chi tiết có ruột phức tạp thường dùng chất dính ethylsilicat. Chất dính này đắt và có mùi khó chịu. Chất dính keo silica cho sơn có tính chịu nhiệt rất cao. Keo silica đã được sử dụng thay thế ethylsilicat trong công nghệ đúc mẫu chảy vì nó rẻ và thân thiện môi trường. Ưu điểm của sơn mẫu tiêu với chất dính keo silica là cho độ bền và độ chịu nhiệt cao nên đúc được các vật đúc có thành dày với khối lượng lớn, cũng như với các sản phẩm có ruột phức tạp. Hơn nữa keo silica đang được dùng phổ biến ở các cơ sở đúc mẫu chảy ở nước ta. Việc sử dụng keo silica làm chất dính cho sơn mẫu tiêu hiện chưa có ở nước ta và cũng chưa được quan tâm nghiên cứu đầy đủ ở trên thế giới. Vì thế đề tài “Nghiên cứu sơn với chất dính keo silica dùng trong công nghệ đúc mẫu tiêu” đã được thực hiện trong luận án tiến sỹ kỹ thuật vật liệu. 2. Mục tiêu, đối tượng và nội dung nghiên cứu của luận án Khi sử dụng sơn với chất dính là keo silica, vấn đề lớn gặp phải là sơn bị nứt trong quá trình hong khô, độ thông khí của sơn rất thấp. Do vậy cần tìm ra các chất phụ với hàm lượng thích hợp để chống nứt cho sơn. Vì thế mục tiêu của đề tài là: xây dựng được thành phần sơn mẫu tiêu với chất dính keo silica. Để đạt được mục tiêu trên, luận án cần thực hiện các nội dung chính sau: 1. Xác định tính chất của vật liệu chế tạo sơn 2. Sử dụng quy hoạch thực nghiệm trực giao xác định được thành phần sơn hợp lý 3. Xác định tính chất của sơn ở nhiệt cao 4. Xác định các thông số công nghệ của công nghệ đúc mẫu tiêu đốt mẫu trước Đối tượng nghiên cứu là: 1. Sơn có thành phần chính gồm: bột zircon, keo silica 2. Sơn được dùng để đúc các vật đúc gang thành mỏng có ruột phức tạp bằng gang xám như nắp quy lát động cơ diesel RV95. 3. Những đóng góp mới của luận án Qua ba năm thực hiện tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, tại Nhà Máy Đúc Công nghệ cao Mai Động thuộc Công ty TNHH MTV Mai Động và tại các PTN của trường Đại học Tổng hợp, Viện Nghiên cứu Máy mỏ, Viện Mỏ - Luyện kim và Viện Vật liệu Xây dựng, luận án đã hoàn thành mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra, đã đạt được một số kết quả có tính khoa học, tính mới và thực tiễn sau: 1 1. Các kết quả có giá trị đóng góp cho khoa học và kỹ thuật o Đã làm rõ hơn hành vi biến đổi trạng thái của polystyren xốp trong quá trình nung mẫu. o Đã giải thích rõ các quá trình hình thành lỗ xốp, vết nứt và kết khối xảy ra trong quá trình nung sơn. Đã khẳng định độ thông khí và độ xốp của sơn lớn nhất khi nung đến 600 oC, sau đó độ xốp độ thông khí giảm là do sự kết khối của màng chất dính. Ở nhiệt độ 908,6 oC trở lên, gel silica từ dạng vô định hình chuyển sang dạng tinh thể -cristobalit cho sơn chắc đặc và độ bền cao. o Chiều dày lý thuyết của màng chất dính bao quanh hạt bột khoảng 4,636 m. 2. Các kết quả có tính mới: o Lần đầu tiên ở nước ta, luận án nghiên cứu sơn mẫu tiêu với chất dính là keo silica. o Đã xây dựng được phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa các yếu tố thành phần của sơn tới tính chất của sơn. o Đã xác định được thành phần sơn hợp lý gồm: 40% keo silica; 0,1% CMC; 1,25% saccaroza; 0,3% bentonit; 58,35 % bột zircon. o Xác định được nhiệt độ chuyển biến của SiO2 dạng vô định hình sang SiO2 dạng tinh thể -cristobalit. o Khẳng định sơn mẫu xốp với keo silica không thể dùng cho công nghệ đúc mẫu tiêu thông thường (LFC) khi đúc ở nhiệt độ cao như đúc gang và đúc thép. o Bước đầu đề xuất công nghệ đúc mẫu tiêu đốt mẫu trước là: Mẫu được sơn với chiều dày 3 mm; Nhiệt độ nung mẫu ở 600 hay 800 oC trong 2 giờ tùy thuộc vào độ phức tạp của vật đúc. 3. Các kết quả có ý nghĩa thực tiễn: o Thành phần hợp lý cho sơn mẫu xốp với keo silica o Đề xuất công nghệ đúc mẫu tiêu đốt mẫu trước 4. Bố cục của luận án Luận án được chia làm 6 chương: Chương 1: Tổng quan về sơn mẫu tiêu Chương 2: Keo silica – Tính chất và ứng dụng Chương 3: Phương pháp và đối tượng nghiên cứu Chương 4: Kết quả nghiên cứu xác định thành phần sơn ceramic Chương 5: Kết quả nghiên cứu tính chất của sơn sau nung Chương 6: Kết quả nghiên cứu công nghệ đúc mẫu tiêu đốt mẫu trước (REPLICAST) Phần phụ lục gồm 13 phụ lục là các số liệu xử lý toán học xây dựng phương trình hồi quy, các ảnh SEM cấu trúc sơn và giản đồ nhiễu xạ ronghen của sơn sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau, một số bảng số liệu thí nghiệm nhằm minh họa thêm. Ngoài ra, để phục vụ thí nghiệm chúng tôi đã thiết kế và chế tạo hệ thống tạo chân không dùng trong nghiên cứu độ thông khí của sơn. 2 Do thời gian, thiết bị nghiên cứu và trình độ còn hạn chế nhất định nên bản luận án chắc còn nhiều thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của các chuyên gia và đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn. 3 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SƠN MẪU TIÊU 1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ĐÚC MẪU TIÊU 1.1.1. Lịch sử phát triển công nghệ đúc mẫu tiêu Công nghệ đúc mẫu tiêu (Đúc mẫu cháy – Lost Foam Casting LFC) được H.F.Shroyer phát minh ra năm 1958. Ông đã sử dụng mẫu bằng polystyren xốp thay cho mẫu gỗ truyền thống để làm khuôn tươi, mẫu xốp còn nằm lại trong khuôn. Khi rót kim loại lỏng vào khuôn, mẫu bị cháy và hóa hơi tạo ra khoảng trống để kim loại lỏng điền đầy vào hình thành vật đúc [61]. Về sau, ngoài hỗn hợp khuôn tươi, còn dùng hỗn hợp khuôn khô nhanh, hỗn hợp tự cứng. Vật đúc đầu tiên chế tạo theo phương pháp này là tác phẩm đúc nghệ thuật Pegasus (Ngựa có cánh) bằng đồng nặng khoảng 150 kg do A. Duca, ông vừa là nhà điêu khắc vừa là nhà Luyện kim, thuộc Viện Công nghệ Macashucet (Mỹ). Năm 1964, T.R.Smith (cũng có tài liệu cho rằng do Flemings) đã dùng cát khô (cát không chất dính) thay thế cho hỗn hợp cát có chất dính. Năm 1971 Nagano người Nhật đã phát minh ra công nghệ chân không để làm chặt khuôn (Vacuum sealed Mold). Công nghệ mới này có tên là công nghệ đúc mẫu hóa hơi chân không (The Vacuum Evaporative Pattern Casting process-VAEPC). Công nghệ đúc mẫu tiêu với hỗn hợp chèn khuôn có chất dính được phát triển thành công nghệ khuôn đầy (FM – Full Mould). Vào năm 1980 General Motor và năm 1982 Ford đã sử dụng công nghệ đúc mẫu tiêu để đúc đầu xi lanh bằng hợp kim nhôm và sau đó ở Anh, Đức, Nhật (1986, 1989). Trải qua nhiều cải tiến với những tên gọi khác nhau, hiện nay đúc mẫu tiêu (LFC) đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Công nghệ LFC có nhiều ưu điểm nổi bật như giá thành hạ, tiết kiệm 20-35% giá chi phí sản xuất so với các phương pháp đúc truyền thống, dễ dàng gia công cắt gọt mẫu với độ khó bất kỳ; không cần dùng lõi để tạo lỗ rỗng trong vật đúc; vật đúc chính xác cao, vật đúc không có via, sử dụng khuôn cát với công nghệ làm chặt khuôn bằng chân không mà không cần chất kết dính, giảm máy móc, thiết bị, nhân công, thân thiện với môi trường [23,45,49,65,68]. Ngày nay khi nói công nghệ đúc mẫu tiêu – LFC thường được hiểu là công nghệ đúc mẫu tiêu với cát không chất dính hút chân không. Trong những năm 80 của thế kỷ XX, công ty CTI- Anh Quốc (Casting Technology International) đã nghiên cứu và đề xuất kỹ thuật đúc chính xác thép theo phương pháp CSReplicast và FM-Replicast là một phát triển quan trọng của kỹ thuật EPC [16]. Công nghệ này dùng chất sơn mẫu tiêu được chế tạo từ chất dính vô cơ thường là ethylsilicat hoặc keo silica. Khuôn có thể là khuôn vỏ gốm hoặc khuôn khối. Khuôn được nung ở nhiệt độ 800oC – 1000oC để đốt mẫu trước khi rót kim loại lỏng vào khuôn. Ưu điểm của công nghệ này là có thể đúc được các vật đúc có ruột rất phức tạp, phù hợp với mọi loại thép (nhất là thép cacbon thấp hoặc thép hợp kim cao) mà không xảy ra hiện tượng tăng cacbon, có thể đúc được vật đúc to hơn nhiều so với khi đúc theo công nghệ đúc mẫu chảy. Độ chính xác và độ nhẵn bề mặt của vật đúc trong công nghệ này tương đương với vật đúc trong công nghệ đúc mẫu chảy [16,80]. Theo Liu Yuman và Liu Xiang [91], ở Trung Quốc đã sử dụng công nghệ đốt mẫu tiêu trước khi rót. Theo công nghệ này mẫu được sơn bằng sơn Guilin 5 của Viện nghiên cứu Guilin Zhongnan. Chiều dày lớp sơn từ 1-2 mm. Trước khi rót khuôn vài phút, người ta đốt 4 mẫu bằng mỏ đốt. Ưu điểm của công nghệ này là loại bỏ được khuyết tật rỗ xỉ do mẫu tạo ra trong quá trình đúc rót và chống sự xâm nhập cacbon từ mẫu vào gang hoặc thép lỏng. 1.1.2. Lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu Lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu được đưa ra trên hình 1.1 gồm các bước cơ bản như sau [22,61,69]: 1234567891011- Nở sơ bộ hạt xốp Đúc các phần của mẫu Ghép mẫu Gắn mẫu với hệ thống rót Sơn mẫu Sấy mẫu Chèn khuôn Hút chân không và rót khuôn Để nguội vật đúc Dỡ vật đúc Cắt đậu và làm sạch vật đúc Hình 1. 1. Sơ đồ lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu, Brown (2000) [61] 1.1.3. Lưu trình công nghệ đúc mẫu tiêu đốt mẫu trước a) Công nghệ Replicast: Bản chất của công nghệ Replicast là mẫu xốp được sơn với chất dính hệ vô cơ, chiều dày lớp sơn từ 2 đến 5 mm. Sau đó, mẫu được sấy khô rồi đưa vào nung ở nhiệt độ 800  1000oC để cháy hết mẫu. Tiếp đến chèn vỏ gốm vào khuôn để rót kim loại lỏng. Ngày nay chất dính dùng để chế tạo sơn phổ biến là keo silica thay cho ethylsilicat vì nó rẻ và thân thiện môi trường [25]. ➢ Ưu điểm của phương pháp Replicast so với phương pháp đúc trong khuôn mẫu chảy [16]: ▪ Lớp sơn mỏng hơn, tốc độ sấy nhanh, năng suất tăng, khối lượng của vật liệu 5 trên một đơn vị sản phẩm giảm. ▪ Có thể sản xuất vật đúc cỡ lớn (Công ty CTI – Anh Quốc đã đúc được vật đúc có khối lượng lớn hơn 8800 kg). ▪ Hạ giá thành sản phẩm. ➢ Ưu điểm của phương pháp Replicast so với phương pháp đúc trong khuôn mẫu tiêu truyền thống LFC [16]: ▪ Không làm tăng lượng cacbon trong sản phẩm. ▪ Vì sử dụng xốp mật độ cao nên độ chính xác của vật đúc cao hơn, độ nhám bề mặt mịn hơn. ▪ Không xảy ra khuyết tật rỗ khí, rỗ xỉ có nguồn gốc từ mẫu xốp. b) Công nghệ đốt mẫu trước bằng mỏ đốt Công nghệ này xuất hiện đầu tiên ở Trung Quốc trong một vài năm trở lại đây. Khác với công nghệ đúc mẫu tiêu thông thường là sau khi mẫu đã được chèn vào khuôn thì tiến hành hút chân không, rồi dùng mỏ đốt thổi vào mẫu để đốt mẫu, sau đó rót khuôn. Công nghệ này có ưu điểm phù hợp với các vật đúc lớn, không yêu cầu hệ thống lò nung. 1.1.4. Các hướng nghiên cứu công nghệ đúc mẫu tiêu Có nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ đúc mẫu tiêu, có thể phân ra thành 5 nhóm sau: - Nghiên cứu tính chất của mẫu xốp (độ bền, ứng suất, tỷ trọng); sự phân hủy mẫu trong quá trình đúc rót (áp suất khí, thành phần khí); nghiên cứu vật liệu làm mẫu mới có hàm lượng cacbon thấp. - Nghiên cứu quá trình điền đầy và đông đặc của hợp kim đúc (hướng dòng chảy, kết cấu hệ thống rót, tốc độ rót, nhiệt độ rót, tốc độ đông đặc của hợp kim đúc). - Mô phỏng quá trình điền đầy, đông đặc của hợp kim đúc và khí sinh ra trong khuôn - Nghiên cứu chất sơn mẫu (thành phần chất sơn mẫu, chiều dày lớp sơn, các tính chất của sơn và sự tương tác giữa kim loại lỏng với vật liệu sơn). - Nghiên cứu xác định các thông số công nghệ đúc mẫu tiêu, công nghệ chèn khuôn và đúc rót (Áp suất hút chân không và tần số rung khuôn) và nghiên cứu phát triển công nghệ đúc mẫu tiêu). Đề tài nghiên cứu sinh thuộc về nhóm nghiên cứu chất sơn mẫu. Phần dưới đây sẽ trình bày về tổng quan sơn mẫu tiêu. 1.2. TỔNG QUAN VỀ SƠN MẪU TIÊU 1.2.1. Khái quát về sơn mẫu tiêu Vai trò của sơn mẫu tiêu [2,6,11,15,16,23,51]: - Sơn mẫu có tác dụng ngăn ngừa kim loại lỏng tiếp xúc với cát, ngăn các phản ứng hóa lý giữa kim loại lỏng và khuôn, làm cho vật đúc có bề mặt nhẵn, không có khuyết tật, không bị cháy cát cơ học, hóa học. - Sơn mẫu còn có tác dụng tạo độ bền cơ học cao để trong khoảng thời gian mẫu đã tiêu hủy, kim loại lỏng chưa điền đầy và thay thế mẫu, khuôn không bị sập, đồng thời chống biến dạng và phá hủy trong quá trình vận chuyển mẫu, chèn khuôn và rung khuôn lèn chặt. 6