Bột quặng crom (chủ yếu là cromit, chứa Cr₂O₃·FeO) đã trở thành vật liệu chủ chốt trong lớp phủ đúc chính xác nhờ khả năng chịu lửa cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ ổn định nhiệt hóa học. Nó có thể cải thiện đáng kể chất lượng bề mặt vật đúc và giảm tỷ lệ khuyết tật. Sau đây là mô tả có hệ thống về nguyên lý ứng dụng, các điểm chính của quy trình, thiết kế công thức và các trường hợp thực tế:
🔬 1. Nguyên lý và ưu điểm ứng dụng cốt lõi
Cơ chế chống dính cát và chống thấm
Khi bột quặng crom tiếp xúc với kim loại nóng chảy ở nhiệt độ cao (>1900℃), Fe2O3 chứa trong đó sẽ được oxy hóa ưu tiên để tạo thành pha spinel đặc (như FeCr₂O₄), ngăn không cho kim loại nóng chảy thấm vào các lỗ rỗng của khuôn cát, do đó loại bỏ hiện tượng dính cơ học14. Đồng thời, Cr₂O₃ có thể thúc đẩy quá trình thiêu kết và bong tróc lớp phủ, lớp phủ sẽ tự động bong ra thành từng mảnh sau khi đổ, giúp giảm chi phí vệ sinh.
Độ ổn định nhiệt và tối ưu hóa độ co ngót.
Điểm nóng chảy cao (1890~2100℃) và hệ số giãn nở nhiệt thấp giúp bột quặng crom ổn định kích thước ở nhiệt độ cao, đặc biệt thích hợp cho các chi tiết đúc dày và lớn. Hệ số lưu trữ nhiệt của nó cao hơn cát thạch anh, giúp kéo dài thời gian đông đặc của kim loại nóng chảy, tăng cường hiệu ứng co ngót và giảm khuyết tật co ngót/co ngót.
Tính trơ về mặt hóa học và tác dụng che chắn
Trong cát nhựa chứa nitơ (như nhựa furan), lớp phủ quặng crom có thể ngăn chặn sự khuếch tán của các nguyên tố N và C vào vật đúc, tránh sự gia tăng cacbon và lỗ rỗng dưới da trong vật đúc thép cacbon thấp và cải thiện khả năng chống ăn mòn.
⚙️ 2. Quy trình ứng dụng và các điểm kỹ thuật
Lựa chọn kích thước hạt và ứng dụng phân loại
Hạt thô (80~280 lưới): làm cốt liệu chịu lửa, tăng khả năng chống lại sự cọ rửa của kim loại nóng chảy và được sử dụng tại các điểm nóng của các vật đúc lớn.
Bột siêu mịn (>320 mesh, chiếm 15~20%): lấp đầy các lỗ rỗng của lớp phủ, cải thiện mật độ và được sử dụng cho các sản phẩm đúc thép có yêu cầu che chắn cao.
Sự thích nghi của người mang sơn
Sơn gốc nước: tỷ lệ huyền phù lên đến 98% (24h), lượng khí thải ≤16ml/g (1000℃), thích hợp cho những cảnh cần sấy ở nhiệt độ thấp như mất bọt, nhiệt độ sấy cần được kiểm soát ở mức 40~60℃ để tránh bọt bị biến dạng.
Sơn gốc cồn: tỷ lệ huyền phù ≥95% (8h), khô ngay sau khi nung, thích hợp cho sản xuất tốc độ nhanh, nhưng cần kiểm soát tốc độ bay hơi etanol để tránh nứt.
Công thức tối ưu hóa hiệp đồng
Chất độn tổng hợp: kết hợp với đất diatomit, vermiculite, v.v. (như công thức được cấp bằng sáng chế: cromit 65~85% + đất diatomit 15~20%), cải thiện khả năng thấm khí và giảm nhiệt độ thiêu kết.
Hệ thống chất kết dính: liên kết tổng hợp (như etyl xenluloza + nhựa phenolic) được sử dụng để tính đến cả độ bền ở nhiệt độ thấp và gốm hóa ở nhiệt độ cao (natri tripolyphosphat thúc đẩy quá trình thiêu kết).
Phụ gia chức năng: Thêm bột Fe₂O₃ (1~3%) để thúc đẩy hình thành màng oxit và tăng khả năng bóc tách; axit stearic (0,1~0,15%) để cải thiện độ phẳng.
📊 3. Thiết kế công thức và tối ưu hóa hiệu suất
Sau đây là công thức sơn phủ bột quặng crom điển hình và so sánh hiệu suất:
Bảng: So sánh hiệu suất của sơn phủ bột quặng crom gốc nước và gốc cồn
Thành phần/hiệu suất Lớp phủ gốc nước Lớp phủ gốc cồn Chức năng
Tỷ lệ bột quặng crom 50~70% (thô hơn 280 mesh) 60~80% (280~325 mesh) Khung chịu lửa, chống thấm
Chất tạo huyền phù Bentonite gốc lithium (3~6%) Bentonite hữu cơ (2~4%) Chống lắng, duy trì tính đồng nhất Chất kết
dính Silica sol (2~3%) Nhựa phenolic (3~5%) Cải thiện độ bền lớp phủ
Tỷ lệ huyền phù (24h) ≥98% ≥95% (8h) Độ ổn định khi lưu
trữ Sinh khí (1000℃) ≤16 ml/g ≤19 ml/g Giảm khuyết tật lỗ rỗng
Khả năng chống nứt (1200℃) Làm nóng nhanh trong 2 phút mà không bị nứt Giống như bên trái Ngăn không cho chất lỏng kim loại thấm vào các vết nứt
🧪 IV. Các điểm chính của kiểm soát chất lượng
Kiểm soát độ ổn định của huyền phù: Ngăn ngừa kết tủa thông qua chất làm đặc (như CMC 0,15~0,5%) và tác nhân làm tăng độ nhớt (như nano-SiO₂), và tỷ lệ làm tăng độ nhớt cần phải >30% để đảm bảo độ đồng đều của lớp phủ24.
Điều chỉnh quá trình bóc tách thiêu kết: Thêm chất trợ dung (lithium carbonate 0,3~0,5%) để làm cho lớp phủ nóng chảy vừa phải ở nhiệt độ rót để tạo thành lớp thủy tinh dễ bóc tách.
Bảo vệ môi trường và an toàn: Cần có thiết bị thông gió và loại bỏ bụi (bụi quặng crom có hại) và nước thải có chứa Cr cần phải được trung hòa.
🏭 V. Các trường hợp ứng dụng và hiệu ứng điển hình
Đúc thép lớn (giá đỡ, bánh xích)
Sau khi sử dụng lớp phủ composite bột quặng crom, tỷ lệ bám dính của cát giảm xuống <3%, độ nhám bề mặt sau khi phun bi là Ra≤12,5μm và nét chữ rõ ràng và không bị thiếu thịt (so với các bộ phận không được phủ Ra≥25μm).
Gang đúc có hàm lượng crom cao (tấm lót, đầu búa)
Phủ bột composite nano FeCr₂O₄ (15~20%) có thể tăng độ cứng bề mặt của vật đúc gần gấp 3 lần (HV 800→2200) và kéo dài tuổi thọ chịu mài mòn gấp 2 lần.
Các chi tiết thép hợp kim chính xác
Sau khi ứng dụng trong khuôn cát nhựa furan, độ xốp dưới da giảm từ 8% xuống 0,5% và lượng cacbon tăng lên của thép không gỉ cacbon thấp được kiểm soát dưới 0,02%.
