CN105522101B - 一种熔模铸造用工业副产石膏型铸粉及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种熔模铸造用工业副产石膏型铸粉及其制备方法，包括主料和辅料，步骤如下：(1)将工业副产石膏制备成α石膏粉；(2)将α石膏、高铝矾土粉、石英粉和方石英粉按比例进行搅拌混合得到主料；(3)在主料中加入辅料进行改性；(4)主料和辅料混合搅拌。本发明的熔模铸造用工业副产石膏型铸粉力学性能优异、强度高、硬度大，700℃焙烧后抗折强度良好，无裂纹，溃散性极好，达到了改善石膏铸型性能的目的以及对柠檬酸石膏、盐石膏等工业副产石膏的综合利用。本发明的方法可在航空航天、精密铸造、工艺美术等领域有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及熔模铸造技术领域，特别涉及一种工业副产石膏型铸粉及其制备方法。
背景技术
在20世纪30年代，美国Antioch学院的Morris、Bean夫妇发现了Antioch石膏的发泡构结。之后，石膏型铸造技术的研究开发和应用从美国迅速扩展到加、日、德及原苏联等国，该技术首先普遍的应用在牙科工艺美术品的制造方面。二战之后，随着航空航天、兵器、舰船、电信、石化等高科技的发展和竞争，其相关零部件日益趋向整体化、薄壁化、大型化、形状复杂化精细化，在采用传统的机械加工、焊接、铆接、锻造、铸造等加工手段受到很大限制或根本无法加工的情况下，美、日等国在20世纪60年代开发了一种先进的铸造技术——石膏型精密铸造。
石膏型精密铸造工艺是一种特种铸造工艺，其定义为将金属熔液浇注到以石膏为基料制成的铸型内，金属冷却后，经清理即可获得金属零件或模具。其工艺过程是先将模样固定在专供灌浆用的砂箱平板上；再将按一定比例配置的半水石膏、填料、添加剂以及适量的水，在真空下混制成浆体，并迅速将浆体灌入有模样的砂箱中，待浆体凝结成硬化体并具有一定的湿强度后即可脱模；再经过烘干、焙烧成为石膏型；最终在真空状态下浇注，获得金属件。
目前，国外科技发达国家对石膏型熔模精密铸造技术的研究、应用已有四十多年的历史并取得了重大进展。他们不仅在模料成分配比、石膏型制备工艺和铸件成形方面具备极高的技术水平，而且正在向铸件大型、薄壁、整体、复杂精细铸件和获得优质(高强度和铸件各部位具有均匀的冶金质量和机械性能)铸件的方向发展，其产品在航空、军工等领域得到广泛的应用。我国近年来在此项技术上也取得了较大的进展。但从整体看，我们仍处在引进消化阶段，自研具有自主知识产权的成果较少，应用面不广泛，低温首饰行业相对应用较多，而在较高温度熔点的铝、铜、铁合金铸件上应用较少，与国外比，差距较大。对于高精度石膏型精密铸件的生产而言，石膏型线收缩率的大小，直接关系到铸件的尺寸精度，而纯石膏在150～200℃时有较大的脱水收缩，在400℃时又会发生较大的相变收缩，因此纯石膏只有通过添加某些在加热时能产生相变膨胀的材料才能使石膏造型具有一定的强度、透气性、耐膨胀收缩性、表面光洁，从而满足铸型的各种机械、物理和工艺性能要求。
目前国内还是以天然石膏制备石膏型铸粉为主，尚没有用工业副产石膏生产的石膏粉来配制石膏型铸粉的。而每年近1.8亿t的工业副产石膏已越来越成为重要的石膏资源，并已引起国家的高度重视。工业副产石膏大量堆存，既占用土地，又浪费资源，含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染，已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫和磷肥企业可持续发展的重要因素，因此利用工业副产石膏对国家环境保护和可持续发展战略有着重要影响。
发明内容
针对上述现有技术的不足之处，本发明解决的问题为：提供一种全新的工业副产石膏型铸粉及其制备方法，取代传统使用天然石膏制备的繁琐步骤，且传统石膏型铸粉的耐膨胀收缩性差，强度差，溃散性差。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：
一种熔模铸造用工业副产石膏型铸粉，包括主料和辅料；所述的主料的组分和各个组分的质量百分比如下：α石膏粉30～38％、高铝矾土粉42～50％、石英粉8～15％、方石英粉5～12％；所述的辅料包括缓凝剂、消泡剂、减水剂，所述的缓凝剂占主料的质量分数为0.04～0.07％、消泡剂占主料的质量分数为0.1～0.4％、减水剂占主料的质量分数为0.1～0.3％、溃散性添加剂占溃散性添加剂和α石膏粉总量质量分数的15～20％。
进一步，所述的高铝矾土粉、石英粉和方石英粉的粒度都为180～325目。
进一步，所述的缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、骨胶、多聚磷酸钠中的一种或几种。
进一步，所述的消泡剂为P803型粉末消泡剂。
进一步，所述的减水剂为三聚氰胺系高效减水剂或聚羧酸盐系高效减水剂。
进一步，所述的溃散性添加剂为硫酸镁、硫酸铝、碳酸钠中的一种或几种。
一种熔模铸造用工业副产石膏型铸粉的制备方法，其特征在于，步骤如下：(1)将工业副产石膏制备成α石膏粉；(2)将α石膏、高铝矾土粉、石英粉和方石英粉按比例进行搅拌混合得到主料；(3)在主料中加入辅料进行改性；(4)主料和辅料混合搅拌。
进一步，所述步骤(1)中的工业副产石膏为柠檬酸石膏或盐石膏。
进一步，所述步骤(2)和步骤(4)中的搅拌混合时间为10～25分钟，搅拌转速为58～62转/分钟。
本发明的有益效果
1.本发明的熔模铸造用工业副产石膏型铸粉力学性能优异、强度高、硬度大，700℃焙烧后抗折强度良好，无裂纹，溃散性极好，达到了改善石膏铸型性能的目的以及对柠檬酸石膏、盐石膏等工业副产石膏的综合利用。本发明的方法可在航空航天、精密铸造、工艺美术等领域有广阔的应用前景。
2.采用柠檬酸石膏或盐石膏这些工业副产石膏制备的α石膏粉作为石膏铸粉配方的基础材料，可节约大量的不可再生的天然石膏资源，可减少因天然石膏的大量开采所造成的环境污染，以及减少因大量工业副产石膏堆积而占用的耕地。
3.采用加入减水剂、缓凝剂和消泡剂等添加剂的方法，使得混合浆料保持良好的流动性，并且可有效的消除工业副产石膏型试样中产生的影响铸件质量的宏观气孔；采用加入溃散性添加剂的方法，改善了石膏型的水溶性，使得铸件的打型清理更容易，这对形状结构复杂、薄壁或整体的强度、硬度都比钢、铁差的铝合金铸件意义重大。
具体实施方式
下面对本发明内容作进一步详细说明。
实施例1
主料的组分按质量百分数计包括柠檬酸石膏制备的α石膏粉35％、325目高铝矾土粉45％、200目石英粉10％、200目方石英粉10％，将上述主料投入到搅拌机混合，搅拌时间10min，搅拌转速58转/分钟，然后按混合后的主料重量，加入各种辅料，所述辅料包括柠檬酸钠占主料的质量分数为0.05％、消泡剂占主料的质量分数为0.2％、三聚氰胺系减水剂占主料的质量分数为0.1％、硫酸镁占硫酸镁和α石膏粉总质量的18％，放入搅拌机中搅拌15min，搅拌转速58转/分钟，混合均匀制成成品。
实施例2
主料的组分按质量百分数计包括柠檬酸石膏制备的α石膏粉38％、200目高铝矾土粉42％、325目石英粉12％、200目方石英粉8％，将上述主料投入到搅拌机混合，搅拌时间15min，搅拌转速60转/分钟，然后按混合后的主料重量，加入各种辅料，所述辅料包括柠檬酸占主料的质量分数为0.06％、消泡剂占主料的质量分数为0.2％、聚羧酸盐系减水剂占主料的质量分数为0.2％、硫酸铝占硫酸铝和α石膏粉总质量的15％，放入搅拌机中搅拌15min，搅拌转速60转/分钟，混合均匀制成成品。
实施例3：
主料的组分按质量百分数计包括盐石膏制备的α石膏粉30％、325目高铝矾土粉50％、200目石英粉12％、200目方石英粉8％，将上述主料投入到搅拌机混合，搅拌时间15min，搅拌转速60转/分钟，然后按混合后的主料重量，加入各种辅料，所述辅料包括柠檬酸占主料的质量分数为0.04％、消泡剂占主料的质量分数为0.1％、聚羧酸盐系减水剂占主料的质量分数为0.2％、碳酸钠占碳酸钠和α石膏粉总质量的18％，放入搅拌机中搅拌20min，搅拌转速60转/分钟，混合均匀制成成品。在制备α石膏粉时需要对盐石膏原料中的氯离子进行洗涤，使盐石膏原料中氯离子的质量分数少于1.5％以下，因为氯离子含量过高会导致不锈钢设备腐蚀，同时使得石膏原料制品表面会有返霜现象。
实施例4：
主料的组分按质量百分数计包括盐石膏制备的α石膏粉34％、325目高铝矾土粉44％、180目石英粉15％、180目方石英粉7％，将上述主料投入到搅拌机混合，搅拌时间15min，搅拌转速62转/分钟，然后按混合后的主料重量，加入各种辅料，所述辅料包括柠檬酸钠占主料的质量分数为0.05％、消泡剂占主料的质量分数为0.15％、三聚氰胺系减水剂占主料的质量分数为0.2％、硫酸镁占硫酸镁和α石膏粉总质量的15％，放入搅拌机中搅拌20min，搅拌转速62转/分钟，混合均匀制成成品。在制备α石膏粉时需要对盐石膏原料中的氯离子进行洗涤，使盐石膏原料中氯离子的质量分数少于1.5％以下，因为氯离子含量过高会导致不锈钢设备腐蚀，同时使得石膏原料制品表面会有返霜现象。
以上四个实施例测试结果见表1。
表1
需要说明的是，表1中溃散性试验方法为：浇灌后约经30min后，试样即胶凝硬化，便可轻轻地把它从试样模中取出，试样在室温下自然干燥24h后放入马弗炉中煅烧至700℃，随炉冷却至室温，放入托盘，置于水池中，再将漏斗放在水管处，让漏斗颈口对准试样上表面，打开水阀，水流顺漏斗壁流入时，开始计时，直至试样上表面有明显的凹陷为止，记录时间。由于本发明最终要用于铸造领域，强度指标不是最主要的，只要烘干后不影响搬运即可，其最主要的指标是其线收缩率、焙烧后的裂纹情况和溃散性。从表1中数据可以看出，上述四个实施例700℃焙烧后抗折强度良好，无裂纹，溃散性极好，达到了改善石膏铸型性能的目的以及对柠檬酸石膏、盐石膏等工业副产石膏的综合利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (5)
1.一种熔模铸造用工业副产石膏型铸粉，其特征在于，包括主料和辅料；所述的主料的组分和各个组分的质量百分比如下：α石膏粉30～38%、高铝矾土粉42～50%、石英粉8～15%、方石英粉5～12%；所述的辅料包括缓凝剂、消泡剂、减水剂，所述的缓凝剂占主料的质量分数为0.04～0.07%、消泡剂占主料的质量分数为0.1～0.4%、减水剂占主料的质量分数为0.1～0.3%、溃散性添加剂占溃散性添加剂和α石膏粉总量质量分数的15～20%；所述的α石膏粉由工业副产石膏制成；所述的工业副产石膏为柠檬酸石膏或盐石膏；所述的高铝矾土粉、石英粉和方石英粉的粒度都为180～325目。
2.根据权利要求1所述的熔模铸造用工业副产石膏型铸粉，其特征在于，所述的缓凝剂为柠檬酸钠、柠檬酸、骨胶、多聚磷酸钠中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的熔模铸造用工业副产石膏型铸粉，其特征在于，所述的消泡剂为P803型粉末消泡剂。
4.根据权利要求1所述的熔模铸造用工业副产石膏型铸粉，其特征在于，所述的减水剂为三聚氰胺系高效减水剂或聚羧酸盐系高效减水剂。
5.根据权利要求1所述的熔模铸造用工业副产石膏型铸粉，其特征在于，所述的溃散性添加剂为硫酸镁、硫酸铝、碳酸钠中的一种或几种。
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