CN106270366A - 一种耐高温铸造用型砂 - Google Patents

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    • B22C1/167—Mixtures of inorganic and organic binding agents

Abstract

本发明公开了一种耐高温铸造用型砂，其原料包括：其原料按重量份包括：石英砂150‑200份、陶瓷微球10‑20份、叶腊石5‑15份、凹凸棒土5‑15份、滑石粉10‑20份、耐火材料15‑30份、氧化镁2‑5份、硅微粉5‑15份、石膏晶须5‑10份、松香酸钠5‑10份、偏硅酸钠5‑10份、淀粉2‑6份、纤维素胶3‑5份、氯化石蜡1‑3份、增效剂5‑15份、水30‑120份；所述增效剂包括：二氧化钛15‑25份、改性粉煤灰10‑16份、六偏磷酸钠3‑5份。本发明提出的一种耐高温铸造用型砂，其不仅具有耐高温性好，碎化清理容易的优点，还具有强度高，透气性好，烘煅固化快的优点。

Description

一种耐高温铸造用型砂
技术领域
本发明涉及型砂技术领域，尤其涉及一种耐高温铸造用型砂。
背景技术
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却、凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能铸件的工艺过程。铸造毛胚因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间。铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。
型砂是在铸造中用来造型的材料。铸造所使用的型砂多是由原砂(山砂或河砂)、粘土和水按一定比例混合而成，其中粘土约为9％，水约为6％，其余为原砂。有时还加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的性能。制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅质砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。
目前针对一些温度较高的金属在铸造过程中，由于温度过高，如不锈钢达1000℃以上方可实现铸造，使用如锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂制作型砂，受高温作用，该型砂硬化的程度亦较高，如形成陶瓷等，如此对于一些特殊形状的不锈钢产品，对于型砂的碎化清理则是业界较为困难的问题。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提出一种耐高温铸造用型砂，其不仅具有耐高温性好，碎化清理容易的优点，还具有强度高，透气性好，烘煅固化快的优点。
本发明提出了一种耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂150-200份、陶瓷微球10-20份、叶腊石5-15份、凹凸棒土5-15份、滑石粉10-20份、耐火材料15-30份、氧化镁2-5份、硅微粉5-15份、石膏晶须5-10份、松香酸钠5-10份、偏硅酸钠5-10份、淀粉2-6份、纤维素胶3-5份、氯化石蜡1-3份、增效剂5-15份、水30-120份；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛15-25份、改性粉煤灰10-16份、六偏磷酸钠3-5份；二氧化钛的粒度为100-150目。
优选地，所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入200-240份3-5mol/L混合酸溶液中，升温至100-120℃后保温搅拌6-8h，冷却，静置8-10h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入2-8份硅烷偶联剂KH550，在频率为20-40KHz，声强为0.5-0.8W/cm2，温度为100-120℃的条件下超声反应5-7h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入10-20份的聚醚酰亚胺，在频率为20-40KHz，声强为0.5-0.8W/cm2，温度为80-100℃的条件下超声反应5-7h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
优选地，所述混合酸溶液是由摩尔配比1:3-5的HCl和H2SO4配制而成。
优选地，所述耐火材料为锆英粉、刚玉粉、镁砂粉、铬铁矿粉或者铝矾土粉。
优选地，所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入80-90wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，30-40℃下碱化反应20-30min，再加入硼酸，50-120℃下搅拌30-50min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.1-0.3:0.03-0.05。
优选地，所述的耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂170-180份、陶瓷微球14-16份、叶腊石8-12份、滑石粉8-12份、凹凸棒土3-4份、耐火材料20-25份、氧化镁3-4份、硅微粉8-12份、石膏晶须7-8份、松香酸钠7-8份、偏硅酸钠7-8份、淀粉3-5份、纤维素胶3-4份、氯化石蜡2-3份、增效剂8-12份、水50-90份。
优选地，所述的耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂175份、陶瓷微球15份、叶腊石10份、滑石粉10份、凹凸棒土3份、耐火材料22份、氧化镁3份、硅微粉10份、石膏晶须8份、松香酸钠7份、偏硅酸钠8份、淀粉4份、纤维素胶4份、氯化石蜡2份、增效剂10份、水70份。
优选地，制备所述型砂的方法包括：按配比将叶腊石、凹凸棒土放入550-580℃煅烧炉中煅烧3-4h，取出后粉碎至200-300目，加入滑石粉、耐火材料、氧化镁、硅微粉、石膏晶须、氯化石蜡和水，搅拌分散均匀，送入1500-1560℃煅烧炉中煅烧4-5h，取出后粉碎至50-100目，得到煅烧料；将松香酸钠、偏硅酸钠、淀粉、纤维素胶、增效剂混合后研磨30-40min，再与所述煅烧料、石英砂、陶瓷微球混合15-20min，加水湿混10-15min，得到所述耐高温铸造用型砂。
优选地，加入滑石粉、耐火材料、氧化镁、硅微粉、石膏晶须、氯化石蜡和水搅拌分散均匀过程中，水的用量为配方中水总量的80-90wt％；加水湿混过程中，水的用量为配方中水总量的10-20wt％。
本发明中提出的一种耐高温铸造用型砂，除了加入石英砂作为型砂的基体材料以外，还选择加入了陶瓷微球和石膏晶须，大大增强了型砂的强度和透气性；叶腊石，凹凸棒土以及滑石粉的加入，与石英砂等形成粘合硬化，可以形成具有一定支撑强度的型砂结构，并且在高温金属铸造成型后，该结构型砂具有易碎的优点，型砂的碎化清理容易；耐火材料的加入，除了提高型砂的耐火度以外，还可以防止粘砂，有利于铸件表面光洁；氧化镁、硅微粉在高温下可以形成高温相Mg2SiO2，其能耐高温达到2000℃以上，并且在高温下与石英砂形成高速混合，提高了型砂的导热性能，使得熔融金属在铸模中的冷却速度加快，避免了型砂硬化发生；松香酸钠、偏硅酸钠、淀粉、纤维素胶复配作为粘连剂，对于石英砂等基材具有良好的填充性能，粘接性能良好，大大增强了型砂的致密度和塑性性能，避免了高温下型砂硬化导致裂纹产生的现象；此外，本发明中采用二氧化钛、改性粉煤灰、六偏磷酸钠作为增效剂，由于二氧化钛属于热稳定性好的氧化物，六偏磷酸钠可以作为分散剂，改性粉煤灰通过聚醚酰亚胺接枝改性后引入了耐高温型的有机高分子材料，各成分互相配合，加入型砂中，获得了耐高温性能好、易溃散、易清理，可重复使用的性能优点。
综合上述，本发明所述耐高温铸造用型砂通过以石英砂等作为基体材料，加入各种改善型砂粘接性、耐温、耐火以及成型等性能的添加剂，由此获得了一种耐高温性好，碎化清理容易的型砂材料。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，一种耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂150份、陶瓷微球20份、叶腊石5份、凹凸棒土15份、滑石粉10份、锆英粉30份、氧化镁2份、硅微粉15份、石膏晶须5份、松香酸钠10份、偏硅酸钠5份、淀粉6份、纤维素胶3份、氯化石蜡3份、增效剂5份、水120份；所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入80wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，40℃下碱化反应20min，再加入硼酸，120℃下搅拌30min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.1:0.05；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛15份、改性粉煤灰16份、六偏磷酸钠3份；二氧化钛的粒度为150目；所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入200份5mol/L的由摩尔配比1:3的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升温至120℃后保温搅拌6h，冷却，静置10h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入2份硅烷偶联剂KH550，在频率为40KHz，声强为0.5W/cm2，温度为120℃的条件下超声反应5h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入20份的聚醚酰亚胺，在频率为20KHz，声强为0.8W/cm2，温度为80℃的条件下超声反应7h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
实施例2
本实施例中，一种耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂200份、陶瓷微球10份、叶腊石15份、凹凸棒土5份、滑石粉20份、刚玉粉15份、氧化镁5份、硅微粉5份、石膏晶须10份、松香酸钠5份、偏硅酸钠10份、淀粉2份、纤维素胶5份、氯化石蜡1份、增效剂15份、水30份；所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入90wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，30℃下碱化反应30min，再加入硼酸，50℃下搅拌50min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.3:0.03；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛25份、改性粉煤灰10份、六偏磷酸钠5份；二氧化钛的粒度为100目；所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入240份3mol/L的由摩尔配比1:5的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升温至100℃后保温搅拌8h，冷却，静置8h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入8份硅烷偶联剂KH550，在频率为20KHz，声强为0.8W/cm2，温度为100℃的条件下超声反应7h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入10份的聚醚酰亚胺，在频率为40KHz，声强为0.5W/cm2，温度为100℃的条件下超声反应5h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
实施例3
本实施例中，一种耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂170份、陶瓷微球16份、叶腊石8份、滑石粉12份、凹凸棒土3份、镁砂粉25份、氧化镁3份、硅微粉12份、石膏晶须7份、松香酸钠8份、偏硅酸钠7份、淀粉5份、纤维素胶3份、氯化石蜡3份、增效剂8份、水90份；所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入85wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，35℃下碱化反应25min，再加入硼酸，85℃下搅拌40min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.2:0.04；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛20份、改性粉煤灰13份、六偏磷酸钠4份；二氧化钛的粒度为120目；所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入220份4mol/L的由摩尔配比1:4的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升温至110℃后保温搅拌7h，冷却，静置9h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入5份硅烷偶联剂KH550，在频率为30KHz，声强为0.6W/cm2，温度为110℃的条件下超声反应6h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入15份的聚醚酰亚胺，在频率为30KHz，声强为0.6W/cm2，温度为90℃的条件下超声反应6h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
实施例4
本实施例中，一种耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂180份、陶瓷微球14份、叶腊石12份、滑石粉8份、凹凸棒土4份、铬铁矿粉20份、氧化镁4份、硅微粉8份、石膏晶须8份、松香酸钠7份、偏硅酸钠8份、淀粉3份、纤维素胶4份、氯化石蜡2份、增效剂12份、水50份；所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入82wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，38℃下碱化反应22min，再加入硼酸，90℃下搅拌35min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.1:0.05；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛18份、改性粉煤灰14份、六偏磷酸钠3.5份；二氧化钛的粒度为150目；所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入210份4.5mol/L的由摩尔配比1:3.5的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升温至105℃后保温搅拌6.5h，冷却，静置9.5h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入6份硅烷偶联剂KH550，在频率为35KHz，声强为0.7W/cm2，温度为115℃的条件下超声反应5.5h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入16份的聚醚酰亚胺，在频率为25KHz，声强为0.7W/cm2，温度为95℃的条件下超声反应6.5h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
实施例5
本实施例中，一种耐高温铸造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂175份、陶瓷微球15份、叶腊石10份、滑石粉10份、凹凸棒土3份、铝矾土粉22份、氧化镁3份、硅微粉10份、石膏晶须8份、松香酸钠7份、偏硅酸钠8份、淀粉4份、纤维素胶4份、氯化石蜡2份、增效剂10份、水70份；所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入86wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，36℃下碱化反应28min，再加入硼酸，80℃下搅拌45min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.2:0.04；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛22份、改性粉煤灰12份、六偏磷酸钠4.5份；二氧化钛的粒度为100目；所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入230份3.5mol/L的由摩尔配比1:4.5的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升温至115℃后保温搅拌7.5h，冷却，静置8.5h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入4份硅烷偶联剂KH550，在频率为25KHz，声强为0.6W/cm2，温度为105℃的条件下超声反应6.5h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入14份的聚醚酰亚胺，在频率为35KHz，声强为0.6W/cm2，温度为85℃的条件下超声反应6.5h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
制备上述实施例1-5所述的耐高温铸造用型砂的方法包括：按配比将叶腊石、凹凸棒土放入550-580℃煅烧炉中煅烧3-4h，取出后粉碎至200-300目，加入滑石粉、耐火材料、氧化镁、硅微粉、石膏晶须、氯化石蜡和水，水的用量为配方中水总量的80-90wt％，搅拌分散均匀，送入1500-1560℃煅烧炉中煅烧4-5h，取出后粉碎至50-100目，得到煅烧料；将松香酸钠、偏硅酸钠、淀粉、纤维素胶、增效剂混合后研磨30-40min，再与所述煅烧料、石英砂、陶瓷微球混合15-20min，加水湿混10-15min，水的用量为配方中水总量的10-20wt％，得到所述耐高温铸造用型砂。
本发明中提出的一种耐高温铸造用型砂，除了加入石英砂作为型砂的基体材料以外，还选择加入了陶瓷微球和石膏晶须，大大增强了型砂的强度和透气性；叶腊石，凹凸棒土以及滑石粉的加入，与石英砂等形成粘合硬化，可以形成具有一定支撑强度的型砂结构，并且在高温金属铸造成型后，该结构型砂具有易碎的优点，型砂的碎化清理容易；耐火材料的加入，除了提高型砂的耐火度以外，还可以防止粘砂，有利于铸件表面光洁；氧化镁、硅微粉在高温下可以形成高温相Mg2SiO2，其能耐高温达到2000℃以上，并且在高温下与石英砂形成高速混合，提高了型砂的导热性能，使得熔融金属在铸模中的冷却速度加快，避免了型砂硬化发生；松香酸钠、偏硅酸钠、淀粉、纤维素胶复配作为粘连剂，对于石英砂等基材具有良好的填充性能，粘接性能良好，大大增强了型砂的致密度和塑性性能，避免了高温下型砂硬化导致裂纹产生的现象；此外，本发明中采用二氧化钛、改性粉煤灰、六偏磷酸钠作为增效剂，由于二氧化钛属于热稳定性好的氧化物，六偏磷酸钠可以作为分散剂，改性粉煤灰通过聚醚酰亚胺接枝改性后引入了耐高温型的有机高分子材料，各成分互相配合，加入型砂中，获得了耐高温性能好、易溃散、易清理，可重复使用的性能优点。
综合上述，本发明所述耐高温铸造用型砂通过以石英砂等作为基体材料，加入各种改善型砂粘接性、耐温、耐火以及成型等性能的添加剂，由此获得了一种耐高温性好，碎化清理容易的型砂材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐高温铸造用型砂，其特征在于，其原料按重量份包括：石英砂150-200份、陶瓷微球10-20份、叶腊石5-15份、凹凸棒土5-15份、滑石粉10-20份、耐火材料15-30份、氧化镁2-5份、硅微粉5-15份、石膏晶须5-10份、松香酸钠5-10份、偏硅酸钠5-10份、淀粉2-6份、纤维素胶3-5份、氯化石蜡1-3份、增效剂5-15份、水30-120份；
其中，所述增效剂按重量份包括：二氧化钛15-25份、改性粉煤灰10-16份、六偏磷酸钠3-5份；二氧化钛的粒度为100-150目。
2.根据权利要求1所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，所述改性粉煤灰的制备工艺包括：将100份粉煤灰加入200-240份3-5mol/L混合酸溶液中，升温至100-120℃后保温搅拌6-8h，冷却，静置8-10h后，过滤、干燥，粉碎后，加入甲苯搅拌均匀，再加入2-8份硅烷偶联剂KH550，在频率为20-40KHz，声强为0.5-0.8W/cm2，温度为100-120℃的条件下超声反应5-7h，抽滤，洗涤，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF搅拌均匀，再加入10-20份的聚醚酰亚胺，在频率为20-40KHz，声强为0.5-0.8W/cm2，温度为80-100℃的条件下超声反应5-7h，洗涤，过滤，烘干，得到所述改性粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，所述混合酸溶液是由摩尔配比1:3-5的HCl和H2SO4配制而成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，所述耐火材料为锆英粉、刚玉粉、镁砂粉、铬铁矿粉或者铝矾土粉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，所述淀粉为改性淀粉，其制备工艺包括：将淀粉加入80-90wt％的乙醇水溶液中，搅拌下加入烧碱，30-40℃下碱化反应20-30min，再加入硼酸，50-120℃下搅拌30-50min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、烧碱、硼酸的重量配比为1:0.1-0.3:0.03-0.05。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，其原料按重量份包括：石英砂170-180份、陶瓷微球14-16份、叶腊石8-12份、滑石粉8-12份、凹凸棒土3-4份、耐火材料20-25份、氧化镁3-4份、硅微粉8-12份、石膏晶须7-8份、松香酸钠7-8份、偏硅酸钠7-8份、淀粉3-5份、纤维素胶3-4份、氯化石蜡2-3份、增效剂8-12份、水50-90份。
7.根据权利要求6所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，其原料按重量份包括：石英砂175份、陶瓷微球15份、叶腊石10份、滑石粉10份、凹凸棒土3份、耐火材料22份、氧化镁3份、硅微粉10份、石膏晶须8份、松香酸钠7份、偏硅酸钠8份、淀粉4份、纤维素胶4份、氯化石蜡2份、增效剂10份、水70份。
8.根据权利要求1-7任一项所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，制备所述型砂的方法包括：按配比将叶腊石、凹凸棒土放入550-580℃煅烧炉中煅烧3-4h，取出后粉碎至200-300目，加入滑石粉、耐火材料、氧化镁、硅微粉、石膏晶须、氯化石蜡和水，搅拌分散均匀，送入1500-1560℃煅烧炉中煅烧4-5h，取出后粉碎至50-100目，得到煅烧料；将松香酸钠、偏硅酸钠、淀粉、纤维素胶、增效剂混合后研磨30-40min，再与所述煅烧料、石英砂、陶瓷微球混合15-20min，加水湿混10-15min，得到所述耐高温铸造用型砂。
9.根据权利要求8所述的耐高温铸造用型砂，其特征在于，加入滑石粉、耐火材料、氧化镁、硅微粉、石膏晶须、氯化石蜡和水搅拌分散均匀过程中，水的用量为配方中水总量的80-90wt％；加水湿混过程中，水的用量为配方中水总量的10-20wt％。
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