CN103302233A

CN103302233A - 一种热硬化铸造粘结剂及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN103302233A
Application number: CN2013101644590A
Authority: CN
Inventors: 张友寿; 夏露; 黄晋; 李四年
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: CN103302233B

Abstract

本发明公开了一种热硬化铸造粘结剂及其制备方法与应用，涉及铸造造型材料。按重量百分比，它是由15~16%的氢氧化铝、55~65%的磷酸、1~3%的硼酸、2~6%的碳酸镁、0.3~1%的硅酸和15~19%水，通过反应釜进行化学反应获得的热硬化铸造粘结剂。所得的粘结剂无色、无味，无毒，不燃烧，无烟，无三废排放；粘结剂稳定性好，能长期存放，存放超过1年也不变质。该粘结剂用于制造铸造砂型，不仅环保，且具有干燥速度快、抗拉强度由不足0.5MPa提高到1MPa左右、砂型抗吸湿性强、能长期存放、旧砂易溃散的特点，在铸造行业具有广阔的应用前景。

Description

一种热硬化铸造粘结剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及铸造粘结剂，具体地指一种热硬化铸造粘结剂及其制备方法与应用。

背景技术

磷酸盐粘结剂是一种环保绿色粘结剂，一般采用与固化剂进行反应而固化，若采用加热硬化，干燥后的砂型抗吸湿性很差。上世纪七十年代，波兰人发明一种加入铬酸酐CrO₃以改善稳定性和粘度的热硬化磷酸盐粘结剂，但铬离子有毒。也有加入含镁物质改性，以改善抗吸湿性，且镁越高，抗吸湿性越好，但镁会严重降低粘结剂的稳定性，粘结剂容易变质，存放期短，一般小于1个月，其烘干后抗拉强度降低，一般小于0.5MPa。因此，至今还没有解决热硬化粘结剂抗吸湿性差及存放期短的问题。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种热硬化铸造粘结剂，该粘结剂不仅环保，无毒，稳定性好，且热硬化速度快，硬化强度高，硬化砂型抗吸湿性很强。

本发明的热硬化铸造粘结剂，各组分及其重量百分比如下：

氢氧化铝 15~16%，磷酸 55~65%，

硼酸 1~3%，碳酸镁 2~6%，

硅酸 0.3~1%，水 15~19%。

本发明中，所使用的氢氧化铝的粒度为牙膏级。所使用的磷酸为质量分数为85%的工业磷酸，所使用的碳酸镁为300~400目的粉状物，所使用的硼酸和硅酸均为工业级。

在本发明的无机粘结剂的组成中，硼酸的作用主要是提高粘结剂的粘结强度；碳酸镁能显著缩短粘结剂砂的烘干时间，且显著提高烘干后砂型的抗吸湿性，使砂型在较高湿度下也能保持较高的强度；硅酸能大幅提高粘结剂的稳定性，由于碳酸镁降低粘结剂的稳定性，因此在有硅酸存在的条件下，碳酸镁含量较高的粘结剂既能发挥其缩短烘干时间及抗吸湿的作用，又不致降低粘结剂的稳定性。

上述热硬化铸造粘结剂的合成，其具体步骤是：

（1）按所给配比称取各组分；首先加入磷酸，再按比例加入水，加热至沸腾，然后缓慢加入氢氧化铝，边加边搅拌，加完后，继续加热，直至获得均匀透明的溶液为止；

（2）将硅酸逐步缓慢加入上述溶液中；

（3）将硼酸逐步缓慢加入上述溶液中，加热并搅拌直至获得透明溶液为止；

（4）待上述反应完毕，降至室温，再将碳酸镁逐步缓慢加入上述溶液中，边加边搅拌直至获得透明溶液为止，即得热硬化铸造粘结剂。

上述加料步骤不宜颠倒：由于硅酸的溶解性较差，先加入有利于溶解，碳酸镁加入时会有激烈反应，并且会生成大量二氧化碳气体，为安全起见，宜最后加入，且在温度降至室温时进行。

将本发明合成的热硬化铸造粘结剂应用于制备铸造砂型时，取重量百分比为2~5%合成的热硬化铸造粘结剂与重量百分比为95~98%的石英砂混匀，混碾20秒~2分钟，出料后使用上述型砂及模具进行造型，脱模后将造好的砂型送入约150~200℃炉中，加热烘干0.5小时~2小时，烘干后即可出炉以备浇注。

在制备铸造砂型时，所使用的石英砂为20~100目。

本发明与现有技术比，具有下列优点：

（1）粘结剂无色、无味，无毒，不燃烧，无烟，无三废排放；

（2）粘结剂稳定性好，能长期存放，存放超过1年也不变质；

（3）通过添加碳酸镁改性，能显著提高由粘结剂所粘结砂型的抗吸湿性，硬化的砂型不吸湿，能长期存放，抗拉强度高。

(4)加入硅酸，即使在碳酸镁加入量较高的条件下，也能保证粘结剂具有良好的稳定性。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

热硬化铸造粘结剂的各组分及其重量百分比：

粒度为牙膏级的氢氧化铝 15.5%，

质量分数为85%的工业磷酸 64%，

硼酸 1.5%， 300~400目的粉状碳酸镁 2.5%，

硅酸 0.3%，水 16.2%。

热硬化铸造粘结剂的合成是在带有冷凝管的反应釜内进行的，可以避免因水分蒸发造成粘结剂的浓度的变化，按下列步骤合成热硬化铸造粘结剂200克：

（1）首先将质量分数为85%的工业磷酸128克加入反应釜内，加水32.4克，加热至沸腾，然后缓慢加入粒度为牙膏级的氢氧化铝31克，边加边搅拌，加完后，继续加热，直至获得均匀透明的溶液为止；

（2）将硅酸0.6克逐步缓慢加入上述反应釜中；

（3）将硼酸3克逐步缓慢加入上述反应釜中，加热并搅拌直至获得透明溶液为止；

（4）待上述反应完毕，冷却至室温，将300~400目的粉状碳酸镁5克逐步缓慢加入上述反应釜中，边加边搅拌直至获得透明溶液为止，即得热硬化铸造粘结剂。

所得的粘结剂稳定性好，存放超过1年也不变质。

使用上述合成的热硬化铸造粘结剂制造铸造砂型的步骤：

（1）称取40/70目石英砂2000克，取45克合成的热硬化铸造粘结剂；

（2）先将2000克石英砂加入混砂机中，开动混砂机，再加45克合成的热硬化铸造粘结剂混砂20秒，即可出料备用；

（3）准备“8”字试样模型，使用上述型砂造型，起模后将造好的砂型送入约200℃炉中，加热烘干30分钟，烘干后即可出炉以备浇注。

随机选取5个试样，测试其抗拉强度如下：0.7MPa，0.6MPa，0.66MPa，0.75MPa，0.69MPa。

使用上述型砂造一个直径50mm×100mm圆柱砂芯，浇注一空心铝合金圆柱体，冷却后，易于清砂，整个生产过程无异味，无烟雾。

实施例2

热硬化铸造粘结剂的各组分及其重量百分比：

粒度为牙膏级的氢氧化铝 15.8%，

质量分数为85%的工业磷酸 60%，

硼酸 2%， 300~400目的粉状碳酸镁 3%，

硅酸 0.5%，水 18.7%。

（1）首先将质量分数为85%的工业磷酸120克加入反应釜内，加水37.4克，加热至沸腾，然后缓慢加入粒度为牙膏级的氢氧化铝31.6克，边加边搅拌，加完后，继续加热，直至获得均匀透明的溶液为止；

（2）将硅酸1克逐步缓慢加入上述反应釜中；

（3）将硼酸4克逐步缓慢加入上述反应釜中，加热并搅拌直至获得透明溶液为止；

（4）待上述反应完毕，冷却至室温，将300~400目的粉状碳酸镁6克逐步缓慢加入上述反应釜中，边加边搅拌直至获得透明溶液为止，即得热硬化铸造粘结剂。

所得的粘结剂稳定性好，存放超过1年也不变质。

使用上述合成的热硬化铸造粘结剂制造铸造砂型的步骤：

（1）称取40/70目石英砂2000克，取60克合成的热硬化铸造粘结剂；

（2）先将2000克石英砂加入混砂机中，开动混砂机，再加60克合成的热硬化铸造粘结剂混砂20秒，即可出料备用；

随机选取5个试样，测试其抗拉强度如下：0.78MPa，0.79MPa，0.77MPa，0.9MPa，1.0MPa。

使用上述型砂造一个直径50mm×100mm圆柱砂芯，浇注一空心铸铁圆柱体，冷却后，易于清砂，整个生产过程无异味，无烟雾。

实施例3

热硬化铸造粘结剂的各组分及其重量百分比：

粒度为牙膏级的氢氧化铝 16%，

质量分数为85%的工业磷酸 58%，

硼酸 2.5%， 300~400目的粉状碳酸镁 5%，

硅酸 0.8%，水 17.7%。

（1）首先将质量分数为85%的工业磷酸116克加入反应釜内，加水35.4克，加热至沸腾，然后缓慢加入粉状氢氧化铝32克，边加边搅拌，加完后，继续加热，直至获得均匀透明的溶液为止；

（2）将硅酸1.6克逐步缓慢加入上述反应釜中；

（3）将硼酸5克逐步缓慢加入上述反应釜中，加热并搅拌直至获得透明溶液为止；

（4）待上述反应完毕，冷却至室温，将碳酸镁10克逐步缓慢加入上述反应釜中，边加边搅拌直至获得透明溶液为止，即得热硬化用铸造粘结剂。

粘结剂稳定性好，存放超过1年也不变质。

使用上述合成的热硬化铸造粘结剂制造铸造砂型的步骤：

（1）称取40/70目石英砂2000克，取80克合成的热硬化铸造粘结剂；

（2）现将2000克石英砂加入混砂机中，开动混砂机，再加80克合成的热硬化铸造粘结剂混砂20秒，即可出料备用；

随机选取5个试样，测试其抗拉强度如下：1.1MPa，0.9MPa，1.3 MPa，1.2MPa，1.5MPa。

使用上述型砂造一个直径50mm×100mm圆柱砂芯，浇注一空心铸钢圆柱体，冷却后，易于清砂，整个生产过程无异味，无烟雾。

Claims

1.一种热硬化铸造粘结剂，其特征在于，各组分及其重量百分比如下：氢氧化铝 15~16%，磷酸 55~65%，

硼酸 1~3%，碳酸镁 2~6%，

硅酸 0.3~1%，水 15~19%。

2.根据权利要求1所述的热硬化铸造粘结剂，其特征在于：所述氢氧化铝的粒度为牙膏级。

3.根据权利要求1所述的热硬化铸造粘结剂，其特征在于：所述磷酸为质量分数为85%的工业磷酸。

4.根据权利要求1所述的热硬化铸造粘结剂，其特征在于：所述碳酸镁为300~400目的粉状物。

5.根据权利要求1所述的热硬化铸造粘结剂的制备方法，其特征在于，具体步骤是：

（2）将硅酸逐步缓慢加入上述溶液中；

6.根据权利要求1所述的热硬化铸造粘结剂的应用，其特征在于：所述热硬化铸造粘结剂应用于制备铸造砂型时，

取重量百分比为2~5%合成的热硬化铸造粘结剂与重量百分比为95~98%的石英砂混匀，混碾20秒~2分钟，出料后使用上述型砂及模具进行造型，脱模后将造好的砂型送入约150~200℃炉中，加热烘干0.5小时~2小时，烘干后即可出炉以备浇注。

7.根据权利要求6所述的热硬化铸造粘结剂的应用，其特征在于：所述石英砂为20~100目。