로스트폼 주조 코팅 조성 설계
로스트폼 주조 코팅은 우수한 특성을 가져야 합니다.
①. 내화성: 로스트 캐스팅 코팅은 용융 금속 주입 온도에서 충분한 내성을 가지며, 충분한 물리적 특성을 유지할 수 있습니다.
②. 통기성: EPS 증기는 특정 음압 조건에서 코팅층으로부터 원활하게 배출될 수 있습니다.
③. 가공성: 준비가 용이하고, 로스트 포마 주조 시 코팅 및 평탄화 성능이 우수합니다.
④. 껍질 형성 성능: 고온에서 껍질을 형성할 수 있고, 냉각 중에 저절로 터지며, 세척이 용이합니다.
일반적인 로스트폼 주조 코팅은 다양한 원료 및 보조 재료로 제조되며, 주로 내화 골재, 결합제, 현탁제, 습윤제, 소포제, 방부제 및 담체와 같은 7가지 기본 구성 요소를 포함합니다. 로스트폼 주조 코팅의 기본 구성 요소에는 내화 재료, 담체, 결합제, 현탁제, 방부제, 계면활성제, 소포제 등이 있습니다.
1. 내화 재료는 로스트폼 주조 코팅의 골격을 이루며, 내열성, 강도 및 통기성을 확보하여 모래 부착이나 버(burr) 발생 등의 결함을 방지하고 매끄러운 표면을 얻을 수 있도록 합니다. 내화 재료의 선택은 일반적으로 주입 금속의 종류, 주입 온도, 부품 두께 및 주형 모래의 특성에 따라 달라집니다. 최상의 효과를 얻기 위해 동일한 내화 재료의 분말을 입자 크기가 다른 것과 혼합하거나, 여러 종류의 분말을 입자 모양이 다른 것과 혼합할 수 있습니다. 로스트폼 주조에서 코팅용 내화 충전재를 선택할 때 주로 고려하는 사항은 다음과 같습니다. (1) 내화성; (2) 밀도; (3) 열팽창 계수; (4) 입자 모양 및 입자 크기 분포; (5) 용융 금속과의 화학적 반응성; (6) 가스 발생; (7) 코팅의 다른 구성 요소와의 호환성; (8) 작업자의 건강 및 환경에 미치는 영향. 일반적으로 사용되는 것들은 이산화규소, 알루미나, 지르콘, 크롬철광, 규산알루미늄 등이 있다.
1.1 석영 분말 및 용융 석영 분말
석영 분말은 전통적인 내화 충전재 중 하나입니다. 저렴한 가격과 풍부한 자원 덕분에 여전히 많은 제조업체에서 사용되고 있습니다. 그러나 내화성이 낮고 선팽창 계수가 커서 주조 코팅이나 소형 주강 코팅에만 적합합니다. 용융 석영 분말은 낮은 열팽창률, 우수한 열 안정성, 강한 고온 크리프 저항성을 특징으로 하며, 특히 로스트폼 주조 코팅에 적합합니다.
1.2 보크사이트 분말
보크사이트는 높은 내화성, 우수한 화학적 안정성, 작은 열팽창 계수, 풍부한 자원 및 저렴한 가격으로 인해 최근 몇 년 동안 일반 주강 코팅 및 주철 코팅에 널리 사용되고 있습니다.
보크사이트(Al2O3+SiO2)의 화학적 조성, 소결 온도, 그리고 TiO2 및 Fe02O3와 같은 불순물 함량은 코팅에 큰 영향을 미칩니다.
보크사이트 입자의 크기와 분포는 코팅의 밀도와 투수성에 영향을 미치는 중요한 요소이며, 특히 로스트폼 코팅의 경우 더욱 그러합니다. 소결 공정 중 발포 플라스틱 금형의 열분해 생성물이 코팅을 통해 원활하게 배출될 수 있는지 여부, 즉 로스트폼 코팅의 투수성은 다른 모래 주조 코팅과 구별되는 주요 특징입니다.
로스트폼 코팅에 사용되는 보크사이트의 입자 크기 분포는 -270메쉬 ~ -320메쉬 78%, -200메쉬 ~ -270메쉬 15%, -100메쉬 ~ -200메쉬 5%, +100메쉬 2% 이하입니다. 위의 입자 크기 분포는 다른 내화 충전재의 입도에도 적용됩니다. 모래 주조 코팅에 사용되는 보크사이트 분말의 입자 크기 분포는 -270메쉬 ~ 320메쉬이며, +270메쉬의 농도는 96%로 1% 이하입니다.
1.3 지르콘 분말 및 N-3 분말
지르콘 분말은 지르콘 모래를 가공하여 얻습니다. 선팽창 계수가 작고 열충격 안정성이 우수하며 내화성이 높고 고온에서 대부분의 합금과 화학 반응을 일으키지 않습니다. 우수한 내화 충전재로서 주로 스테인리스강 및 고합금강 주조에 사용됩니다. 수입 지르콘 분말은 대부분 해외에서 에어젯 밀로 분쇄되어 ZrO02 함량이 65% 이상이고 불순물 함량이 낮습니다. 국내산 지르콘 분말은 대부분 레이몬드 밀로 분쇄되어 불순물 함량이 상대적으로 높습니다. 최근 지르콘 분말의 공급원이 복잡해지고 가격이 상승하는 추세입니다. 이에 따라 많은 코팅 제조업체들이 주강 코팅 비용 절감을 위해 지르콘 분말의 대체재를 찾고 있습니다.
N-3 분말은 여러 천연 내화 재료를 적절한 비율로 혼합하여 전기 용융, 분쇄 및 산세 공정을 거쳐 합성됩니다. 내화성, 선팽창 계수 및 화학적 안정성이 지르콘 분말과 유사하며, Fe2O3와 같은 알칼리 산화물과 반응하지 않아 코팅의 모래 끼임 방지 특성에 유리합니다. 가격은 지르콘 분말의 1/3 수준입니다.
1.4 마그네시아 분말 및 포스테라이트 분말
알칼리강 주조용 코팅을 제조할 때 주로 사용되는 내화 재료로는 마그네시아 분말과 포스테라이트 분말이 있습니다. 마그네시아 분말의 주성분은 천연 마그네사이트(MgCO3)를 분쇄, 연삭 및 자력 분리 과정을 거쳐 소성하여 얻은 소결 블록입니다. 다음 사항에 특히 주의해야 합니다.
① 소결 블록은 1500℃~1600℃에서 소성된 소위 소성 블록이어야 하며, 조밀하고 단단한 입자와 90% 이상의 MgO 함량을 가져야 합니다. 그렇지 않으면 고온 주입 시 코팅에 균열이 발생하기 쉽습니다.
② 소결 블록에는 철, 산화철과 같은 자성 물질이 다량 함유되어 있습니다. 고품질 산화마그네슘 분말을 얻으려면 자력 분리가 핵심 단계입니다.
③) 마그네시아 분말은 수분을 쉽게 흡수하고 습기로 인해 굳어지기 쉬우므로 분말의 수분 함량에 특별히 주의해야 합니다.
포스테라이트 분말의 산화철 함량을 주로 조절해야 하며, 10%를 넘지 않도록 해야 합니다. 서펜틴(수화 마그네슘 실리케이트) 함량이 낮을수록 좋으며, 일반적으로 20%를 넘지 않도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 내화성이 저하되고, 강열감량 및 가스 발생량이 증가합니다.
1.5 갈색 코런덤 가루와 흰색 코런덤 가루
갈색 코런덤은 보크사이트를 원료로 하여 2000℃~2400℃의 고온 처리로 만들어집니다. 백색 코런덤은 알루미나 분말을 전기 용융 및 재결정화하여 만들어집니다. 백색 코런덤의 주성분은 α-Al₂O₃이며, 갈색 코런덤은 94% 이상, 백색 코런덤은 97% 이상의 순도를 가집니다. 코런덤은 높은 경도, 높은 융점, 높은 열전도율, 우수한 열 안정성, 균열 발생 방지, 내산성 및 내알칼리성을 가지고 있습니다. 갈색 코런덤 분말은 일반 주강 및 합금강 로스트폼 주조 코팅 제조에 적합하며, 백색 코런덤 분말은 가격이 높아 대형 주강 코팅용 복합 충전재로 자주 사용됩니다. 연마재 및 주조 코팅용 코런덤 분말의 입자 크기 분포와 등급은 균일하지 않으므로, 사용 시에는 코팅용 내화 충전재의 입자 크기 조성에 따라 등급을 선택해야 합니다.
1.6 기타 내화성 충전재
앞서 언급한 여러 내화 충전재 외에도 멀라이트 분말, 크롬철광 분말, 고알루미늄 코런덤 분말, 규조토 분말, 활석 분말, 운모 분말, 장석 분말 등이 있습니다. 로스트폼 주조 코팅의 기능적 요구 사항에 따라 이러한 내화 충전재를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있습니다. 요컨대, 내화 충전재는 코팅의 주요 구성 요소이며 코팅 효과에 결정적인 역할을 합니다. 내화 충전재를 선택할 때는 광물 조성, 순도, 불순물 함량, 입자 크기 조성 등의 지표를 고려해야 합니다.
로스트폼 주조에서 코팅의 운반체는 코팅의 점도를 조절하는 역할을 합니다. 로스트폼 주조에 사용되는 코팅은 일반적으로 물이며, 드물게 알코올을 사용하고, 폼 모델과 화학적으로 반응할 수 있는 기타 유기 용매는 사용할 수 없습니다.
바인더는 코팅 구성 성분들을 결합시켜 붓질 시 코팅이 폼 모델 표면에 잘 접착되도록 합니다. 바인더는 주로 하나 또는 여러 가지 유기 바인더로 구성됩니다. 코팅이 건조되기 전에 폼 모델 표면에 코팅이 접착되도록 하는 것 외에도, 바인더는 코팅이 건조된 후 및 부어 넣을 때 코팅에 일정한 강도를 제공합니다.
현탁제의 주요 기능은 담체와 콜로이드를 형성하여 내화 세라믹 분말을 현탁시켜 코팅의 유동성을 확보하고 고체 입자의 응집 및 침전을 방지하는 것입니다.
방부제는 코팅 내 박테리아 및 미생물의 증식을 억제하여 코팅이 부패하고 손상되는 것을 방지합니다.
계면활성제는 주로 코팅 생산 공정 중 고체 입자의 젖음성을 향상시키고, 로스트폼 주조 코팅이 폼 모델 표면을 더 쉽게 적시도록 합니다.
소포제는 코팅제 제조 및 사용 시 발생하는 과도한 거품을 방지하는 데 사용됩니다. 또한 코팅제의 미관 개선 및 관리 편의성을 위해 안료를 첨가할 수 있습니다. 다양한 구성 요소에 대한 여러 가지 선택지가 있지만, 일부 구성 요소는 서로 상호 작용할 수 있으며, 일부 구성 요소는 코팅제의 여러 측면에 동시에 영향을 미칠 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
