CN102688977A

CN102688977A - 高强度制芯用覆膜砂及其制备工艺

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Publication number: CN102688977A
Application number: CN2012101923378A
Authority: CN
Inventors: 田中青
Original assignee: XIXIA ZHONGDE AUTOMOBILE PARTS CO Ltd
Current assignee: XIXIA ZHONGDE AUTOMOBILE PARTS CO Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: CN102688977B

Abstract

本发明公开了一种高强度制芯用覆膜砂，各组分按重量比，铁砂4.8%-14.7%，混合树脂1.65%-1.76%，乌洛托品0.18%-0.24%，硬脂酸钙0.07%-0.11%，水0.34%-0.54%，其余为硅砂。其制备工艺为：将基础原砂加热至125-135℃后加入到混砂机中；将重量为基础原砂的1.7%-1.8%的混合树脂加入到混砂机中，混碾；当混砂机中的砂温降至102-108℃时，加入乌洛托品溶液继续混碾；当混砂机中的砂温降至70-75℃时，加入硬脂酸钙，混碾后筛分、冷却，得成品砂。本发明有效的控制了N₂的形成，对皮下气孔缺陷的抑制高达96%以上，突破了现有技术的屏障，真正做到了防止氮气孔的形成。

Description

高强度制芯用覆膜砂及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种覆膜砂及其制备工艺，具体涉及制芯用覆膜砂及其制备工艺。

背景技术

浇入铸型中的高温金属液与铸造材料、冷铁、熔渣等之间发生化学反应导致由N₂、H₂等气体溶解、扩散在金属液体中，当金属凝固时析出而形成气泡，从而形成微细的皮下气孔。而氮气是造成皮下气孔的主要因素，铸件产品往往因为一个氮气孔造成报废，异常可惜。诚然，增加排气通道是为了让气体沿着工艺设定的通道顺利的排除型外，但是在实际生产过程中，砂芯产生的气体有相当一部分不能沿着设定的通道排出。

树脂砂型（芯）的发气量大约是粘土砂型的两倍，降低树脂的加入量可以降低发气总量。覆膜砂中含有乌洛托品，乌洛托品受热分解时形成NH₃，CN等。由于NH₃的化学性质极为活泼，稍微受热极易分解为活性的N和H原子。在铸件浇注的高温下，部分活性的N和H原子被金属液吸收，剩下的大部分N、H迅速结合成稳定的N₂、H₂分子。因此降低覆膜砂混碾过程中乌洛托品的加入量是减少N总量的主要途径。作为混合料中必不可少的粘结剂和固化剂，降低树脂的加入量和乌洛托品量会影响覆膜砂的强度，鱼和熊掌不可兼得。

制芯用覆膜砂对其性能要求更高，因此，在制芯用覆膜砂的混碾工艺中对N的预防和减少措施成为目前最渴望突破的技术屏障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了能够在浇入铸型时有效减少氮气孔的高强度制芯用覆膜砂及其制备工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种高强度制芯用覆膜砂，各组分按重量比，铁砂4.8%-14.7%，混合树脂1.65%-1.76%，乌洛托品0.18%-0.24%，硬脂酸钙0.07%-0.11%，偶联剂0%-0.024%，水0.34%-0.54%，其余为硅砂，其中所述混合树脂包括骨架树脂、辅助树脂、配料树脂，且这三种树脂重量比为1：1：1，所述骨架树脂采用高强度低发气型的酚醛树脂，所述辅助树脂采用高软化点的酚醛树脂，所述配料树脂采用耐热型的酚醛树脂。具体的，所述骨架树脂为软化点在82℃以下的酚醛树脂，所述辅助树脂为软化点在90℃以上的酚醛树脂，所述配料树脂为耐热型酚醛树脂。

进一步的，所述高强度制芯用覆膜砂的各组分按重量比，铁砂10%-14.7%，混合树脂1.76%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.08%-0.10%，偶联剂0%-0.024%，水0.4%-0.5%，其余为硅砂，所述骨架树脂为软化点是82℃的酚醛树脂，所述辅助树脂为软化点是95℃的酚醛树脂。

所述高强度制芯用覆膜砂的组分中还包括偶联剂，各组分按重量比为，铁砂14.7%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。所述偶联剂优选硅烷偶联剂。

一种高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，具体步骤如下，

步骤一：将铁砂与硅砂混合均匀，形成基础原砂，其中，以重量比算，铁砂占基础原砂的5%-15%；

步骤二：将骨架树脂、辅助树脂、配料树脂按重量比为1：1：1进行混合搭配，制得混合树脂，所述骨架树脂采用高强度低发气型的酚醛树脂，所述辅助树脂采用高软化点的酚醛树脂，所述配料树脂采用耐热型的酚醛树脂；

步骤三：乌洛托品与水按1：2的重量比进行混合溶解得到乌洛托品溶液；

步骤四：原材料的混制过程，具体操作如下，

a.将配好的基础原砂加热至125-135℃后加入到混砂机中，

b.将重量为基础原砂重量的1.7%-1.8%的混合树脂加入到混砂机中，进行混碾，

c.当混砂机中的混合物温度降至102-108℃时，迅速加入乌洛托品溶液，其中，乌洛托品的重量占混合树脂重量的10%-14%，继续混碾；

d.当混砂机中的混合物温度降至70-75℃时，加入硬脂酸钙，混碾后破碎筛分、冷却后得成品砂，其中，所述加入的硬脂酸钙的重量占混合树脂重量的4%-6%。

进一步的，所述步骤一中铁砂重量占基础原砂重量的10%-15%；所述步骤二中所述骨架树脂优选软化点在82℃以下的酚醛树脂，最佳软化点为82℃，所述辅助树脂优选软化点在90℃以上的酚醛树脂，最佳软化点为95℃；所述步骤四的步骤a中将配好的基础原砂加热至130℃，步骤b中所述混合树脂的重量占原砂的1.8%，步骤c中所述乌洛托品溶液加入时混砂机的混合物温度最佳为102℃，所述乌洛托品的重量占树脂总重量的12%，步骤d中加入的硬脂酸钙的重量占混合树脂重量的5%-6%。

进一步的，所述步骤一中铁砂重量占基础原砂重量的15%。所述步骤四的步骤c中加入的硬脂酸钙的重量占混合树脂重量的5.5%。

进一步的，所述步骤四的步骤b中向混砂机中加入混合树脂后还加入偶联剂，进行混碾。所述偶联剂优选硅烷偶联剂。

本发明提供的高强度制芯用覆膜砂，采用高强度低发气型酚醛树脂作为骨架树脂，可降低部分树脂的软化点，提高这部分树脂的流动性，有利于覆膜过程中树脂和砂子的侵润和粘结，然后带动高软化点的树脂跟这部分低软化点的树脂、砂子所构成的混合料的粘结，从而优化覆膜过程，增加树脂和砂子的粘结桥，进而增强砂子内聚强度，从而提高覆膜砂的强度；采用高软化点型酚醛树脂重量辅助树脂，目的是提高覆膜砂溶点，减少脱壳倾向，间接延长制芯过程的固化时间，可以使覆膜砂在低温下长时间烘烤，降底聚合速度，有利于热传递，从而避免出现“外熟里生”的现象，使覆膜砂固化更透彻；加入配料树脂的目的是提高混合料的耐热性，从而延长混合料在高温浇注过程中碳骨架的存留时间，延长了烧结时间，进而有利于减少皮下气孔的形成。

大量铁砂的加入，降低了乌洛托品分解的NH₃类的化合物分解成为原子氮的可能，从而降低了铸件中因氮元素引起皮下气孔的可能性。

本发明提供的高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，通过对基础原砂的事先预热，对原材料的精心选制调配，通过精确而巧妙操作过程，制备出了一种前所未有的高强度覆膜砂，有效的控制了N₂的形成，对皮下气孔缺陷的抑制高达96%以上，突破了现有技术的屏障，真正做到了防止氮气孔的形成。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例为用于高镍奥氏体球墨铸铁汽车增压器壳体砂芯的覆膜砂，采用行星转子式混砂机进行混辗制备。

制备该覆膜砂之前准备的原材料有：1、基础原砂200 kg；2、混合树脂3.6 kg；3、乌洛托品溶液1.3 kg；4、偶联剂的水溶液150g；5、硬脂酸钙0.2kg。

基础原砂的配制：取70-140目的围场砂170kg，铁砂（四氧化三铁）：30 kg，混合均匀，形成200 kg基础原砂。

混合树脂的配制：采用高强度低发气型的酚醛树脂作为骨架树脂，采用高软化点的酚醛树脂作为辅助树脂，采用耐热型的酚醛树脂作为配料树脂，这三种树脂按重量比为1：1：1进行混合，形成混合树脂。具体为，9910型酚醛树脂1.2 kg、9082型酚醛树脂1.2 kg、7901型酚醛树脂1.2 kg，均匀混合，形成3.6 kg的混合树脂。

乌洛托品溶液的配制：乌洛托品（C₆H₁₂N₄）与水按重量比为1：2进行混合溶解，形成乌洛托品溶液，取1.3 kg。

偶联剂水溶液的制备：KH-550型偶联剂50g溶于100g水中，形成150g偶联剂水溶液。

原料混碾得成品砂的工艺流程：将基础原砂加热至130℃后进入混砂机，向混砂机中加入混合树脂，混碾20s后加入150g偶联剂水溶液，然后继续混碾，当混砂机中的混合料温度降至102-108℃，最佳为102℃时，加入乌洛托品溶液，冷却60-70s，当混砂机中的混合料温度降至70-75℃时，最佳为70℃时，加入硬脂酸钙，混碾30s,泄砂破碎筛分，经过沸腾冷却床冷却后成为成品的覆膜砂，此时的砂温为40℃左右。

应用上述工艺制备的覆膜砂，其主要成分为：按重量百分比，铁砂14.7%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

实施例2：

本实施例利用实施例1中混砂机及原料混碾得成品砂的工艺流程，原料中基础原砂的总量不变，将硅砂与铁砂的比例进行调整：取70-140目的围场砂190kg，铁砂（四氧化三铁）：10 kg，混合均匀，形成200 kg基础原砂。其余原料与实施例1中的相同。所制得的覆膜砂的主要成分为：按重量百分比，铁砂4.8%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

实施例3：

本实施例利用实施例1中混砂机及原料混碾得成品砂的工艺流程，原料中基础原砂的总量不变，将硅砂与铁砂的比例进行调整：取70-140目的围场砂180kg，铁砂（四氧化三铁）：20 kg，混合均匀，形成200 kg基础原砂。其余原料与实施例1中的相同。所制得的覆膜砂的主要成分为：按重量百分比，铁砂10%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

实施例4：

本实施例利用实施例1中混砂机及原料混碾得成品砂的工艺流程，原料中的混合树脂总量减少为3.3kg，具体为，9910型酚醛树脂1.1 kg、9082型酚醛树脂1.1 kg、7901型酚醛树脂1.1 kg，均匀混合，形成3.3 kg的混合树脂，乌洛托品溶液（C₆H₁₂N₄:H₂O为1：2）取1.08kg。其余原料与实施例1中的相同。所制得的覆膜砂的主要成分为：按重量百分比，铁砂14.7%，混合树脂1.65%，乌洛托品0.18%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

实施例5：

本实施例利用实施例1中混砂机及原料混碾得成品砂的工艺流程，原料中乌洛托品溶液（C₆H₁₂N₄:H₂O为1：2）取1.5kg。其余原料与实施例1中的相同。所制得的覆膜砂的主要成分为：按重量百分比，铁砂14.7%，混合树脂1.76%，乌洛托品0.24%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

实施例6：

本实施例利用实施例1中混砂机及原料混碾得成品砂的工艺流程，将原料中的硬脂酸钙的重量调整为0.14kg，其余原料与实施例1中的相同。所制得的覆膜砂的主要成分为：按重量百分比，铁砂14.7%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.07%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

实施例7：

本实施例利用实施例1中混砂机及原料混碾得成品砂的工艺流程，将原料中的硬脂酸钙的重量调整为0.22kg，其余原料与实施例1中的相同。所制得的覆膜砂的主要成分为：按重量百分比，铁砂14.7%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.11%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高强度制芯用覆膜砂，其特征在于：该覆膜砂的各组分按重量比，铁砂4.8%-14.7%，混合树脂1.65%-1.76%，乌洛托品0.18%-0.24%，硬脂酸钙0.07%-0.11%，偶联剂0%-0.024%，水0.34%-0.54%，其余为硅砂，其中所述混合树脂包括骨架树脂、辅助树脂、配料树脂，且这三种树脂重量比为1：1：1，所述骨架树脂采用高强度低发气型的酚醛树脂，所述辅助树脂采用高软化点的酚醛树脂，所述配料树脂采用耐热型的酚醛树脂。

2.根据权利要求1所述的高强度制芯用覆膜砂，其特征在于：该覆膜砂的各组分按重量比，铁砂10%-14.7%，混合树脂1.76%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.08%-0.10%，偶联剂0%-0.024%，水0.4%-0.5%，其余为硅砂，所述骨架树脂为软化点在82℃以下的酚醛树脂，所述辅助树脂为软化点在90℃以上的酚醛树脂。

3.根据权利要求2所述的高强度制芯用覆膜砂，其特征在于：所述覆膜砂的各组分按重量比为，铁砂14.7%，混合树脂1.75%，乌洛托品0.21%，硬脂酸钙0.097%，偶联剂0.024%，水0.047%，其余为硅砂，所述骨架树脂为软化点是82℃的酚醛树脂，所述辅助树脂为软化点是95℃的酚醛树脂。

4.根据权利要求1至3任一项所述的高强度制芯用覆膜砂，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。

5.一种高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，其特征在于：具体步骤如下，

步骤二：将骨架树脂、辅助树脂、配料树脂按重量比为1：1：1进行混合搭配，形成混合树脂，所述骨架树脂采用高强度低发气型的酚醛树脂，所述辅助树脂采用高软化点的酚醛树脂，所述配料树脂采用耐热型的酚醛树脂；

步骤四：原材料的混制过程，具体操作如下，

a.将配好的基础原砂加热至125-135℃后加入到混砂机中，

6.根据权利要求5所述的高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，其特征在于：

所述步骤一中铁砂重量占基础原砂重量的10%-15%；

所述步骤二中所述骨架树脂为软化点在82℃以下的酚醛树脂，最佳软化点为82℃，所述辅助树脂为软化点在90℃以上的酚醛树脂，最佳软化点为95℃；

所述步骤四的步骤a中将配好的基础原砂加热至130℃，步骤b中所述混合树脂的重量占原砂的1.8%，步骤c中所述乌洛托品溶液加入时混砂机的混合物温度最佳为102℃，所述乌洛托品的重量占树脂总重量的12%，步骤d中所述加入的硬脂酸钙的重量占混合树脂重量的5%-6%。

7.根据权利要求6所述的高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，其特征在于：所述步骤一中铁砂重量占基础原砂重量的15%。

8.根据权利要求6所述的高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，其特征在于：所述步骤四的步骤c中加入的硬脂酸钙的重量占混合树脂重量的5.5%。

9.根据权利要求5至8任一项所述的高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，其特征在于：所述步骤四的步骤b中向混砂机中加入混合树脂后还加入偶联剂，进行混碾。

10.根据权利要求9所述的高强度制芯用覆膜砂的制备工艺，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。