پودر سنگ معدن کروم (عمدتاً از کرومیت تشکیل شده است که حاوی Cr₂O₃·FeO است) به دلیل دیرگدازی بالا، مقاومت عالی در برابر خوردگی و پایداری ترموشیمیایی، به یک ماده کلیدی در پوشش‌های ریخته‌گری دقیق تبدیل شده است. این ماده می‌تواند کیفیت سطح قطعات ریخته‌گری شده را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و میزان نقص را کاهش دهد. در ادامه شرح سیستماتیکی از اصول کاربرد، نکات کلیدی فرآیند، طراحی فرمول و موارد واقعی ارائه شده است:
🔬 ۱. اصول و مزایای کاربرد هسته
مکانیسم ضد چسبندگی ماسه و ضد نفوذ
هنگامی که پودر سنگ معدن کروم در دمای بالا (>1900℃) با فلز مذاب تماس پیدا می‌کند، FeO موجود در آن ترجیحاً اکسید می‌شود تا یک فاز اسپینل متراکم (مانند FeCr₂O₄) تشکیل دهد و از نفوذ فلز مذاب به منافذ قالب ماسه‌ای جلوگیری کند و در نتیجه چسبندگی مکانیکی را از بین ببرد. ۱۴. در عین حال، Cr₂O₃ می‌تواند باعث پخت و لایه برداری پوشش شود و پوشش پس از ریختن به طور خودکار به صورت قطعات جدا می‌شود و هزینه تمیز کردن را کاهش می‌دهد.
پایداری حرارتی و بهینه‌سازی انقباض
نقطه ذوب بالا (1890 تا 2100 درجه سانتیگراد) و ضریب انبساط حرارتی پایین، پودر سنگ معدن کروم را در دماهای بالا از نظر ابعادی پایدار می‌کند، به ویژه برای قطعات ضخیم و بزرگ ریخته‌گری مناسب است. ضریب ذخیره‌سازی حرارتی آن بالاتر از ماسه کوارتز است که زمان انجماد فلز مذاب را طولانی‌تر می‌کند، اثر انقباض را افزایش می‌دهد و عیوب انقباض/انقباض را کاهش می‌دهد.
بی‌اثر بودن شیمیایی و اثر محافظتی
در ماسه رزینی حاوی نیتروژن (مانند رزین فوران)، پوشش سنگ معدن کروم می‌تواند از نفوذ عناصر N و C به داخل قطعات ریخته‌گری جلوگیری کند، از افزایش کربن و ایجاد منافذ زیرپوستی در قطعات ریخته‌گری فولاد کم کربن جلوگیری کند و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشد.
⚙️ ۲. فرآیند کاربرد و نکات فنی
انتخاب اندازه ذرات و کاربرد دانه‌بندی‌شده
ذرات درشت (80 تا 280 مش): به عنوان سنگدانه نسوز، توانایی مقاومت در برابر سایش فلز مذاب را افزایش می‌دهند و در نقاط داغ ریخته‌گری‌های بزرگ استفاده می‌شوند.
پودر فوق ریز (با مش بزرگتر از ۳۲۰، معادل ۱۵ تا ۲۰ درصد): منافذ پوشش را پر می‌کند، چگالی را بهبود می‌بخشد و برای ریخته‌گری فولاد با نیاز به محافظت بالا استفاده می‌شود.
تطبیق حامل رنگ
رنگ پایه آب: میزان تعلیق تا ۹۸٪ (۲۴ ساعت)، انتشار گاز ≤۱۶ میلی‌لیتر بر گرم (۱۰۰۰ درجه سانتیگراد)، مناسب برای صحنه‌هایی که نیاز به خشک شدن در دمای پایین دارند مانند از دست دادن فوم، و دمای خشک شدن باید روی ۴۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد کنترل شود تا از تغییر شکل فوم جلوگیری شود.
رنگ پایه الکل: میزان تعلیق ≥95٪ (8 ساعت)، بلافاصله پس از احتراق خشک می‌شود، برای تولید سریع مناسب است، اما برای جلوگیری از ترک خوردگی، میزان تبخیر اتانول باید کنترل شود.
بهینه‌سازی سینرژیک فرمول
پرکننده‌های کامپوزیتی: همراه با خاک دیاتومه، ورمیکولیت و غیره (مانند فرمول ثبت شده: کرومیت ۶۵ تا ۸۵ درصد + خاک دیاتومه ۱۵ تا ۲۰ درصد)، نفوذپذیری هوا را بهبود بخشیده و دمای پخت را کاهش می‌دهند.
سیستم اتصال‌دهنده: از اتصال کامپوزیتی (مانند اتیل سلولز + رزین فنولیک) برای در نظر گرفتن استحکام در دمای پایین و سرامیکی شدن در دمای بالا استفاده می‌شود (تری پلی فسفات سدیم باعث افزایش پخت می‌شود).
افزودنی‌های کاربردی: پودر Fe₂O₃ (1 تا 3 درصد) برای تشکیل لایه اکسید و افزایش قابلیت لایه‌برداری؛ اسید استئاریک (0.1 تا 0.15 درصد) برای بهبود سطح‌پذیری اضافه کنید.
📊 ۳. طراحی فرمول و بهینه‌سازی عملکرد
در زیر فرمول و مقایسه عملکرد یک پوشش پودری کروم معمولی آمده است:
جدول: مقایسه عملکرد پوشش‌های پودری کروم پایه آب و پایه الکل
اجزا/عملکرد پوشش پایه آب پوشش پایه الکل عملکرد
نسبت پودر سنگ کروم 50 تا 70٪ (درشت‌تر از 280 مش) 60 تا 80٪ (280 تا 325 مش) اسکلت نسوز، ضد نفوذ
عامل تعلیق بنتونیت پایه لیتیوم (3 تا 6٪) بنتونیت آلی (2 تا 4٪) ضد ته‌نشینی، حفظ یکنواختی
چسب سل سیلیکا (2 تا 3٪) رزین فنلی (3 تا 5٪) بهبود استحکام پوشش
سرعت تعلیق (24 ساعت) ≥98٪ ≥95٪ (8 ساعت) پایداری ذخیره‌سازی
تولید گاز (1000 درجه سانتیگراد) ≤16 میلی‌لیتر بر گرم ≤19 میلی‌لیتر بر گرم کاهش عیوب منافذ
مقاومت در برابر ترک (1200 درجه سانتیگراد) گرمایش سریع به مدت 2 دقیقه بدون ترک مشابه روش قبلی جلوگیری از نفوذ مایع فلزی به ترک‌ها
🧪 IV. نکات کلیدی کنترل کیفیت
کنترل پایداری سوسپانسیون: از رسوب‌گذاری از طریق غلیظ‌کننده‌ها (مانند CMC 0.15~0.5%) و عوامل تیکسوتروپیک (مانند نانوسیلیس) جلوگیری کنید و نرخ تیکسوتروپیک باید بیش از 30% باشد تا یکنواختی پوشش تضمین شود24.
تنظیم لایه برداری در حین پخت: برای اینکه پوشش در دمای ریختن به طور متوسط ذوب شود و یک لایه شیشه ای و به راحتی جدا شود، روان کننده (کربنات لیتیوم 0.3 تا 0.5 درصد) اضافه کنید.
حفاظت و ایمنی محیط زیست: تجهیزات تهویه و حذف گرد و غبار مورد نیاز است (گرد و غبار سنگ معدن کروم مضر است) و فاضلاب حاوی کروم باید خنثی شود.
🏭 V. سناریوها و اثرات کاربردی معمول
ریخته‌گری‌های بزرگ فولادی (تکیه‌گاه‌ها، چرخ‌دنده‌ها)
پس از استفاده از پوشش کامپوزیتی پودر سنگ معدن کروم، میزان چسبندگی ماسه به کمتر از ۳٪ کاهش می‌یابد، زبری سطح پس از انفجار شات Ra≤12.5μm است و دست‌خط واضح است و هیچ گونه نقصی ندارد (در مقایسه با قطعات بدون پوشش Ra≥25μm).
چدن پر کروم (صفحه آستر، سر چکش)
پوشش داده شده با پودر کامپوزیت نانو FeCr₂O₄ (15 تا 20 درصد) می‌تواند سختی سطح قطعات ریخته‌گری شده را تقریباً 3 برابر (HV 800→2200) افزایش داده و عمر سایش را 2 برابر افزایش دهد.
قطعات فولادی آلیاژی دقیق
پس از استفاده در قالب ماسه‌ای رزین فوران، تخلخل زیر جلدی از 8٪ به 0.5٪ کاهش می‌یابد و افزایش کربن فولاد ضد زنگ کم کربن زیر 0.02٪ کنترل می‌شود.
