Фосфаты и фосфатные смеси.

Фосфатные связующие являются металлофосфатными композициями, в состав которых входит ортофосфорная кислота и оксиды или порошки Ме(Fe,Mg,Alи др.). При взаимодействии оксидов Ме и ортофосфорной кислоты образуются кристаллогидраты, обладающие связующими свойствами.

FeO+2H₃PO₄+H₂0=Fe(H₂PO₄)₂·2H₂O

Фосфатные связующие характеризуются мольным или массовым соотношением P₂O₅/Me_nO_mилиMe₂O_n/P₂O₅. В сочетании с показателем общей концентрации растворенных веществ, фосфатные связующие используютдля ХТС и ГТС(смеси теплового отверждения).

1. ХТС на основе фосфатных связующих– гетерогенная система из 2-х и более компонентов, где оксид или гидроксид имеют основные свойства, а кислота или ее свойства имеют кислотную зарактеристику..

2. фосфатные связующие теплового тверждения– водный раствор кислого ортофосфата + ортофосфорная кислота и оксиды(гидроксиды) Ме нейтральными и кислыми свойствами. В любом случае продуктами кислотно-основного взаимодействия являются перемещенные ортофосфаты и их гидраты, которые образуют неорганический полимер с собственной прочностью и адгезией к наполнителю.

В промышленности для фосфатных ХТС используют оксиды FeиMg, источник оксидаFe– прокатная и кузнечная железная окалина и пыль металлургических печей, а так же молотой железо-рудный концентрат, пыль от отдирки отливок из черных сплавов.

Материалы на основе Mg-MgOпредставлены Ме магнезитом, магнезито-хромитом, хромомагнезитом. Источником может быть бой хромомагнезитовых кирпичей от ремонта футеровки печей. Наименование связующих отражает состав соли ортофосфорной кислоты (Feфосфат, железоалюмосфат, алюмо-хром-фосфат, алюмо-хром-бор-фосфат и т.д.)

Композиции на основе AlиCrтвердеют при нагревании, образуют полимерные структуры, а после прокаливания, образуют структуру фосфатов.

Алюмо фосфатные связующие твердеют при 350...400°С. Если же к ним добавить один из металлов (Ме — Fе, Сr, Мn, Мg, Са), то обра зуются соединения типа Ме_nО_m·Al₂О₃·Р₂О₅, которые твердеют прр комнатной температуре.

Алюмо-фосфатные связующие применяются для противопригарных красок, магниево-фосфатные для стержней и форм. Металлофосфатные связующие композиции применяют для получения холоднотвердеющих смесей, изготовления стержней, упрочняемых тепловой сушкой, и в нагреваемой оснастке.

Формовочные смеси с металлофосфатными связующими обладают высокой упрочняющей способностью, термостойкостью, хорошей выживаемостью, нетоксичностью, высокой долговечностью.

Однако широкого распространения фосфатные связующие не получили, так как, возможно, период их разработки (1970— 1990-е гг.) совпал с появлением весьма совершенных органических связующих.

Свойства металлофосфатов.

- достаточная прочность(относительно высокая)

- ограниченная термостойкость

- отсутствие токсичности и газовыделения

- относительно быстрый процесс образования прочности

- высокая долговечность

- возможная осыпаемость

- конкуренция – органические связующие

Примерный состав металлофосфатной смеси

MgO1,5-2%

Формовочного песка 98-98.5%

Ортофосфорная кислота сверх 100% добавляется 2%

Добавки:

- лимонная кислота как замедлитель твердения

- фосфат аммония для модифицирования продуктов твердения.

Фосфаты могут добавляться в ПГС и жидкостекольные смеси.

Состав и свойства фосфатных самотвердеющих смесей приведены в табл. 3.25 и 3.26.

Феррифосфатные самотвердеющие смеси (см. табл. 3.25) интенсивно разрушаются при нагреве (после прогрева до 800... 1000 °С остаточная прочность при сжатии составляет 0,03...0,08 Н/мм²). Этим обеспечивается облегченная выбиваемость отливок. Из-за недостаточных термостойкости, огнеупорности и по причине склонности к пригарообразованию их можно рекомендовать только для отливок из чугуна и цветных сплавов. Смеси являются экологически чистыми и практически не выделяют вредных веществ в воздушную среду.

Областью применения магнийфосфатных самотвердеющих смесей являются преимущественно стержни и формы для стальных отливок, что обусловлено достаточной термостойкостью, огнеупорностью и податливостью указанных смесей (см. табл. 3.26). При этом смесь 7 используется при получении крупных массивных стальных отливок с толщиной стенок свыше 300 мм.

19