La polvere di minerale di cromo (composta principalmente da cromite, contenente Cr₂O₃·FeO) è diventata un materiale chiave nei rivestimenti per fusioni di precisione grazie alla sua elevata refrattarietà, all’eccellente resistenza alla corrosione e alla stabilità termochimica. Può migliorare significativamente la qualità superficiale dei getti e ridurre il tasso di difettosità. Di seguito è riportata una descrizione sistematica del principio di applicazione, dei punti chiave del processo, della formulazione e di casi concreti:
🔬 1. Principio applicativo principale e vantaggi
Meccanismo anti-adesione alla sabbia e anti-penetrazione
Quando la polvere di minerale di cromo entra in contatto con metallo fuso ad alta temperatura (>1900℃), il FeO in esso contenuto verrà ossidato preferibilmente per formare una fase densa di spinello (come FeCr₂O₄), impedendo al metallo fuso di penetrare nei pori dello stampo di sabbia, eliminando così l’adesione meccanica14. Allo stesso tempo, il Cr₂O₃ può favorire la sinterizzazione e il distacco del rivestimento, che si staccherà automaticamente in pezzi dopo la colata, riducendo i costi di pulizia.
Stabilità termica e ottimizzazione del ritiro
L’elevato punto di fusione (1890~2100°C) e il basso coefficiente di dilatazione termica rendono la polvere di minerale di cromo dimensionalmente stabile alle alte temperature, particolarmente adatta per pezzi fusi spessi e di grandi dimensioni. Il suo coefficiente di accumulo termico è superiore a quello della sabbia di quarzo, il che prolunga il tempo di solidificazione del metallo fuso, migliora l’effetto di ritiro e riduce i difetti di ritiro/ritiro.
Inerzia chimica ed effetto schermante
Nella sabbia di resina contenente azoto (come la resina furanica), il rivestimento di minerale di cromo può bloccare la diffusione degli elementi N e C nelle fusioni, evitare l’aumento del carbonio e i pori sottocutanei nelle fusioni di acciaio a basso tenore di carbonio e migliorare la resistenza alla corrosione.
⚙️ 2. Processo di applicazione e aspetti tecnici
Selezione della dimensione delle particelle e applicazione graduata
Particelle grossolane (80~280 mesh): come aggregati refrattari, migliorano la capacità di resistere all’abrasione del metallo fuso e vengono utilizzate nei punti caldi delle fusioni di grandi dimensioni.
Polvere ultrafine (>320 mesh, pari al 15~20%): riempie i pori del rivestimento, migliora la densità e viene utilizzata per getti di acciaio con elevati requisiti di schermatura.
Adattamento del supporto della vernice
Vernice a base d’acqua: tasso di sospensione fino al 98% (24 ore), emissione di gas ≤16 ml/g (1000℃), adatta per scene che richiedono un’essiccazione a bassa temperatura come la schiuma persa, e la temperatura di essiccazione deve essere controllata a 40~60℃ per evitare la deformazione della schiuma.
Vernice a base di alcol: velocità di sospensione ≥95% (8 ore), asciuga immediatamente dopo l’accensione, adatta per produzioni rapide, ma è necessario controllare la velocità di volatilizzazione dell’etanolo per evitare crepe.
Ottimizzazione sinergica della formula
Riempitivi compositi: combinati con farina fossile, vermiculite, ecc. (ad esempio la formula brevettata: cromite 65~85% + farina fossile 15~20%), migliorano la permeabilità all’aria e riducono la temperatura di sinterizzazione.
Sistema legante: il legame composito (ad esempio etilcellulosa + resina fenolica) viene utilizzato per tenere conto sia della resistenza alle basse temperature che della ceramizzazione alle alte temperature (il tripolifosfato di sodio favorisce la sinterizzazione).
Additivi funzionali: aggiungere polvere di Fe₂O₃ (1~3%) per favorire la formazione di una pellicola di ossido e migliorare la pelabilità; acido stearico (0,1~0,15%) per migliorare il livellamento.
📊 3. Progettazione della formula e ottimizzazione delle prestazioni
Di seguito è riportata una tipica formula di rivestimento in polvere di minerale di cromo e un confronto delle prestazioni:
Tabella: Confronto delle prestazioni dei rivestimenti in polvere di minerale di cromo a base di acqua e a base di alcol
Componente/prestazioni Rivestimento a base d’acqua Rivestimento a base di alcol Funzione
Rapporto polvere di minerale di cromo 50~70% (più grossolana di 280 mesh) 60~80% (280~325 mesh) Scheletro refrattario, anti-penetrazione
Agente di sospensione Bentonite a base di litio (3~6%) Bentonite organica (2~4%) Anti-deposito, mantiene l’uniformità
Legante Sol di silice (2~3%) Resina fenolica (3~5%) Migliora la resistenza del rivestimento
Velocità di sospensione (24 ore) ≥98% ≥95% (8 ore) Stabilità di stoccaggio
Generazione di gas (1000℃) ≤16 ml/g ≤19 ml/g Riduce i difetti dei pori
Resistenza alle crepe (1200℃) Riscaldamento rapido per 2 minuti senza crepe Come a sinistra Impedisce al liquido metallico di penetrare nelle crepe
🧪 IV. Punti chiave del controllo di qualità
Controllo della stabilità della sospensione: prevenire la precipitazione tramite addensanti (come CMC 0,15~0,5%) e agenti tissotropici (come nano-SiO₂), e il tasso tissotropico deve essere >30% per garantire l’uniformità del rivestimento24.
Regolazione del distacco tramite sinterizzazione: aggiungere flusso (carbonato di litio 0,3~0,5%) per far sì che il rivestimento si fonda moderatamente alla temperatura di colata, formando uno strato vetroso e facile da distaccare.
Protezione ambientale e sicurezza: sono necessarie apparecchiature di ventilazione e di rimozione della polvere (la polvere di minerale di cromo è nociva) e le acque reflue contenenti Cr devono essere neutralizzate.
🏭 V. Scenari applicativi tipici ed effetti
Grandi getti di acciaio (supporti, ruote dentate)
Dopo aver utilizzato il rivestimento composito in polvere di minerale di cromo, il tasso di adesione della sabbia si riduce a <3%, la rugosità superficiale dopo la pallinatura è Ra≤12,5μm e la scrittura a mano è chiara e non presenta parti mancanti (rispetto alle parti non rivestite Ra≥25μm).
Ghisa ad alto tenore di cromo (piastra di rivestimento, testa del martello)
Il rivestimento con polvere composita nano FeCr₂O₄ (15~20%) può aumentare la durezza superficiale delle fusioni di quasi 3 volte (HV 800→2200) e prolungare la durata di usura di 2 volte.
Parti in lega di acciaio di precisione
Dopo l’applicazione nello stampo di sabbia di resina furanica, la porosità sottocutanea viene ridotta dall’8% allo 0,5% e l’aumento di carbonio dell’acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio viene controllato al di sotto dello 0,02%.
