Способ нанесения пиролитического углерода на литейные формы с изолированной рабочей полостью

 

0 П И С А H И Е (11)664741

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сои)е Советских Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.01.77 (21) 2437941/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.05.79. Бюллетень № 20 (45) Дата опубликования описания 30.05.79 (5l) М.К .

В 22С 3/00

Гасударственный комитет па делам изобретений и открытий (53) УДК 621.744.079:

: 621.74.045 (088.8) (72) Авторы изобретения В. М. Александров, Ю. П. Васин, Б. А. Кулаков и В. И. Коновалов (71) Заявитель Челябинский политехнический институт им. Ленинского комсомола (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПИРОЛИТИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА

НА ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ С ИЗОЛИРОВАННОЙ РАБОЧЕЙ

ПОЛОСТЬЮ

Изобретение относится к литейному производству, а именно к способам нанесения покрытия из пиролитического углерода на литейные формы для литья тугоплавких металлов и сплавов. 5

Известен способ нанесения пиролитического углерода 1а литейные формы, заформованные в зернистую засыпку, путем обработки их смесью углеводородных и инертного газов (1). 10

Напболсе близким по технической сущности и достигаемому рсзучьтату является способ, согласно которому нанесение пироуглсрода на рабочую поверхность керамических форм осуществляется в свободном 15 объеме при пиролизном разложении углеводородных газов, подающихся в печь или реактор с предварительно нагретыми до 750—

1250 С формами, в смеси до 90% объема с инертными газами разбавителями, например водородом, аргоном, азотом и др. (2).

Недостатками такого процесса, особенно в случае его прйменения для нанесения слоя пиролитического углерода на формы с изолированной рабочей поверхностью, являются отсутствие оптимальной связи между расходом газов и количеством, весом, габаритами литейных форм, а также временем пребывания газов в реакционном пространстве, т. е. размерами реактора. Поэтому 30 расход газовой смеси следует относить не к единице площади поперечного сечения реактора, как B известном способе, а к единице веса установленных в него литейных форм.

С цсль1о оптимизации расхода газов от количества, веса и габаритов литейных форм обработку последних газами осуществляют прп их удельном расходе 60 †4 л/ч на 1 кг .читспной формы и их относительной объемной скорости 10 — 85 ч- .

Способ осущсствля1от следующим образом.

Керамические формы, изготовленные по

Выплавляск1ь1м моделям, устанавлива1от В реактор со свободным объемом и изопируют их внутренний объем от объема реактора. Затем формы нагревают до заданных температур и через реактор пропускают смесь углеводородного и инертного газов, которая фильтруется через стенку формы от наружной поверхности к внутренней, разлагаясь с отложением ппролнтпчсского углерода. Продукты реакции и остатки неразложившегося газа из объема формы выходят непосредственно в атмосферу, где догорают.

Нижний удельный расход газов 60 л/ч па

1 «r ограничен верхним значением проницаемости форм. Он используется для форм

664741

35

Составитель И. Куницкай

Редактор 3. Ходакова Техред Н. Строганова Корректор И. Позйяковская

Заказ 836!4 Изд. М 342 Тираж 944 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 с высокой проницаеМостЬ1о, например

4,8 10 —" м, и при верхних пределах температур порядка 1100 — 1250 С, когда наблюдаются высокие скорости химической реакции термического разложения, например пропана. При данной проницаемости форм нижние значения удельного расхода газов обеспечивают осаждение необходимого количества пиролитического углерода до

4 — 5,5 вес; /о. Дальнейшее понижение удельного расхода уже не обеспечивает осаждение данного количества пиролитического углерода, так как снижается скорость фильтрации газа через формы и процесс становится нетехнологичным.

Верхний предел удельного расхода газов

480 л/ч на 1 кг ограничен нижним значением проницаемости форм, например

0,8 10 —" м, а также нижним диапазоном температур 750 — 850 С, когда скорости отложения пироуглерода в несколько раз ниже, чем при 1100 — 1250 С.

Дальнейшее повышение расхода газов не приводит к существенному увеличению скорости отложения пиролитического углерода, а лишь снижает коэффициент использования газа.

Наряду с удельным расходом газов на единицу веса форм важное значение имеет относительная объемная скорость (время пребывания газов в реакторе), представляющая собой отношение расхода газа к объему реактора, т. е. кратность обмена газа в реакторе за единицу времени. Относительная объемная скорость определяет степень прогрева газов, а также степень их использования и зависит от коэффициента заполнения реактора, т. е. отношения объема одновременно обрабатывасмых форм к объему реактора.

Верхний предел относительной объемной скорости 85 ч — соответствует коэффициенту заполнения 0,7, когда одновременно обрабатывается максимально возможное для выбранного реактора количество форм.

Нижний предел относительной объемной скорости 10 ч — соответствует коэффициенту заполнения 0,1, когда одновременно обрабатывается минимальное количество форм.

В ходе процесса в реакторе создается избыточное газовое давление порядка 0,025—

0,50 ати, вызывающее принудительную фильтрацию газов через стенки формы, что способствует повышению скорости и равномерности осаждения пиролитйческого угле. рода.

Продолжительность процесса в зависимости от толщины стенки отливки составляет

45 — 90 мин, что обеспечивает осаждение на внутренней рабочей поверхности форм до

4 — 5,5 вес. % пиролитического углерода.

Пример. Керамические электрокорундовые восьмислойные формы по выплавляемым моделям проницаемостью 2,5. 10 — з и помещают в реактор и изолируют их внутренний объем от объема реактора. Коэффициент заполнения реактора составляет 0,3.

Затем реактор с формами нагревают до

940 — 970 C. По достижен и и з ада иной температуры через реактор пропускают смесь углсводородного и инертного газов, содержащую 65% объема пропана и 35 /о объема аргона, при удсльном расходе 180 л/ч на

1 кг форм и относительной объемной скорости 36 ч †. Избыточное давление в реакторе составляет 0,15 ати. При продолжительности процесса 60 мин на внутренней рабочей поверхности формы было осаждено

4,5 вес. % пиролитического углерода. Качество получаемых титановых отливок соответствуетет ТУ01 — 294.

Предлагаемый способ обеспечивает оптимизацию расхода газов от количества, веса, габаритов литейных форм, размеров реактора и тем самым позволяет существенно снизить общий расход как углеводородного, так и инертного газов.

Формула изобретения

Способ нанесения пиролитического углерода на литейные формы с изолированной рабочей полостью, изготовляемых преимущественно по выплавляемым моделям, вклю40 чающий обработку нагретых литейных форм газовой смесью из углеводородов и инертных газов, отл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью оптимизации расхода газов от количества, веса и габаритов литейных форм, обработку последних газами осуществляют при их удельном расходе 60 †4 л/ч на 1 кг литейной формы и их относительной объемной скорости 10 — 85 ч- .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка Ко 2327805/02, кл. В 22С 9/04, 1976, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

2. Авторское свидетельство СССР

55 Хо 346015, кл. В 22С 9/04, )968.