CN110421114A - 一种耐高温覆膜砂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及覆膜砂领域，尤其涉及一种耐高温覆膜砂。本发明针对现有的覆膜砂耐热性较差的技术问题，提供一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂1000份，酚醛树脂20‑30份，固化剂10‑14份，润滑剂1‑1.5份，辅剂4‑6份；辅剂由硼砂细粉、三氧化二铝细粉和二氧化硅细粉混合而成。本发明的耐高温覆膜砂，通过添加硼砂、三氧化二铝、二氧化硅混合制成的辅剂，在高温浇铸时辅剂发生陶瓷化反应，提高了覆膜砂的强度以及耐高温性能。通过添加硼砂，降低其陶瓷化反应温度至750‑850℃，在钢水浇铸瞬间即可发生陶瓷化反应，在覆膜砂中均匀分布的辅剂形成可耐高温的块状陶瓷结构，提高了覆膜砂的强度和耐高温性能。
Description
技术领域
本发明涉及覆膜砂领域，尤其涉及一种耐高温覆膜砂。
背景技术
覆膜砂是指造型前在砂粒表面上覆有一层固体树脂的型砂或芯砂，因其具有强度高、发气量低、生产铸件尺寸精度高、便于保存等优点，近年来在铸钢件、铸铁件、有色金属铸件、3D打印等铸造领域中应用日益广泛。但目前的覆膜砂耐热性较差，在铸造结构较复杂的铸件时易发生破裂。
公开号为CN104772426A的中国发明专利公开了一种耐高温覆膜砂，包括原砂、粘结剂、固化剂、偶联剂、润滑剂和耐火微粒，并限定了各原料的种类以及之间的配比关系，通过加入耐火微粒提高了覆膜砂的整体耐火持久性及自身结构稳定性。但该方案得到的覆膜砂在实际应用中仍存在耐热性能低、铸件易产生气孔缺陷等问题。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种耐高温覆膜砂，提高覆膜砂的耐热性能、减小发气量、减少铸件气孔缺陷。
本发明采用以下技术方案：
一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂1000份，酚醛树脂20-30份，固化剂10-14份，润滑剂1-1.5份，辅剂4-6份；其中，辅剂由硼砂细粉、三氧化二铝细粉和二氧化硅细粉混合而成。
进一步的，辅剂由硼砂细粉10-20wt％、三氧化二铝细粉30-45wt％和二氧化硅细粉40-50wt％混合而成。
进一步的，辅剂的粒径在200目以下。
进一步的，原砂为硅砂、石英砂、宝珠砂、锆英砂、陶粒砂中的一种或几种，原砂粒径为50-200目。
进一步的，固化剂为乌洛托品水溶液，乌洛托品与水的重量比为1:3。
进一步的，本发明的耐高温覆膜砂采用以下方法制备：
(1)将原砂预热，加入混砂机中；
(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；
(3)加入固化剂混合至水分挥发完毕；
(4)加入润滑剂混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
进一步的，步骤(1)中原砂预热温度为140-150℃。
进一步的，混砂机转速为80-85r/min。
进一步的，加入酚醛树脂后混合时间为20-30s，加入辅剂后混合时间为15-20s。
本发明的耐高温覆膜砂，通过添加硼砂、三氧化二铝、二氧化硅混合制成的辅剂，在高温浇铸时辅剂发生陶瓷化反应，提高了覆膜砂的强度以及耐高温性能。在原有的三氧化二铝和二氧化硅陶瓷化反应温度为1200℃左右的情况下，通过添加硼砂，降低其陶瓷化反应温度至750-850℃，实现在钢水浇铸瞬间即可发生陶瓷化反应，在覆膜砂中均匀分布的辅剂形成可耐高温的块状陶瓷结构，提高了覆膜砂的强度和耐高温性能。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明耐高温覆膜砂中辅剂未发生陶瓷化反应的状态图；
图2为本发明耐高温覆膜砂中辅剂发生陶瓷化反应的状态图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂1000份，酚醛树脂20-30份，固化剂10-14份，润滑剂1-1.5份，辅剂4-6份；其中，所述辅剂由硼砂细粉、三氧化二铝细粉和二氧化硅细粉混合而成。
具体的，辅剂由硼砂细粉10-20wt％、三氧化二铝细粉30-45wt％和二氧化硅细粉40-50wt％混合而成。
具体的，辅剂的粒径在200目以下。
本发明采用硼砂细粉、三氧化二铝细粉和二氧化硅细粉混合构成辅剂，其中三氧化二铝和二氧化硅在高温条件下可以发生陶瓷化反应，且正常陶瓷化反应温度在1200℃左右，通过添加硼砂，降低了其陶瓷化反应温度，在750-850℃之间即可发生陶瓷化反应。使得本发明的覆膜砂在钢水或铁水浇铸时可迅速发生陶瓷化反应，有助于提高覆膜砂的耐热性能。同时现有技术中多通过树脂来抵抗浇铸时钢水或铁水，通过增加树脂量来提高耐高温性能，本发明通过辅剂的添加，陶瓷化反应更有效的提高覆膜砂耐高温性能，进而有助于减少树脂加入量，降低发气量，减少铸件气孔缺陷。更进一步的，辅剂发生陶瓷化反应后，在砂粒之间产生很小的陶瓷粒，提高了覆膜砂芯热强度。
更具体的，为说明硼砂的添加可降低三氧化二铝和二氧化硅的陶瓷化反应温度，进行陶瓷化反应试验，具体步骤如下：
(1)称取7等份100g三氧化二铝和二氧化硅细粉的混合物(下统称混合物)，三氧化二铝和二氧化硅细粉质量比为1:1；
(2)分别称取占混合物重量5％、10％、15％、20％、25％、30％的硼砂；
(3)将混合物与不同含量的硼砂混合均匀，其中一份混合物不添加硼砂，再将硼砂加入量分别为0、5％、10％、15％、20％、25％、30％的混合物分别称取4份10g置于坩埚中；
(4)将马弗炉分别升温至600℃、750℃、800℃、850℃、1000℃、1200℃，在不同温度下分别放入6份添加有不同含量硼砂的混合物；
(5)7小时后观察各组是否发生陶瓷化反应。
由于陶瓷化反应的宏观表现为粘结成块，因此采用混合物的宏观状态来判定是否发生陶瓷化反应。具体的，未发生陶瓷化反应的混合物处于松散状态，如图1所示；发生陶瓷化反应后的细粉粘结成块状陶瓷结构，如图2所示。结果如表1所示。
表1陶瓷化反应结果
注：可发生陶瓷化反应填“是”，否则填“否”。
由表可知，通过添加硼砂降低了三氧化二铝和二氧化硅的陶瓷化反应温度，且在硼砂加入量占混合物含量的25％时，在750℃下即可发生陶瓷化反应，大大降低了陶瓷化反应温度。
具体的，原砂为硅砂、石英砂、宝珠砂、锆英砂、陶粒砂中的一种或几种。原砂粒径为50-200目。原砂粒径要大于辅剂粒径，原砂与辅剂混合后，较小粒径的辅剂可均匀分散在原砂与原砂颗粒之间，发生陶瓷化反应时，可在砂与砂之间均匀形成陶瓷化颗粒，有助于提高覆膜砂的耐高温性能以及覆膜砂强度。
具体的，固化剂为乌洛托品水溶液，乌洛托品与水的重量比为1:3。润滑剂为硬脂酸钙。
具体的，本发明的耐高温覆膜砂采用以下方法制备：(1)将原砂预热，加入混砂机中；(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；(3)加入固化剂混合至水分挥发完毕；(4)加入润滑剂混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
具体的，步骤(1)中原砂预热温度为140-150℃。
具体的，混砂机转速为80-85r/min。
具体的，加入酚醛树脂后混合时间为20-30s，加入辅剂后混合时间为15-20s。
在本发明的一些实施例中，辅剂选用200目以下的细粉，在酚醛树脂加入并均匀覆盖在原砂表面后加入，此时较小粒径的辅剂可散布并粘附在树脂膜间。现有技术中，砂粒与砂粒之间通过树脂粘结剂粘结，且只通过树脂来抵抗高温铁水或钢水，通过添加辅剂，在砂粒之间的树脂膜位置处进行覆盖，当进行高温浇铸时，辅剂迅速发生陶瓷化反应，在砂粒与砂粒之间产生很小的陶瓷微粒，陶瓷微粒具有较强的耐高温性能，可以很好的抵抗高温铁水或钢水，增强了覆膜砂的耐高温性能。
下面将结合具体实施例，对本发明的耐高温覆膜砂做进一步的描述。
实施例1
一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂100kg，酚醛树脂2.5kg，乌洛托品1kg，硬脂酸钙0.15kg，辅剂0.6kg；其中，辅剂由硼砂细粉15wt％、三氧化二铝细粉45wt％和二氧化硅细粉40wt％混合而成。
本实施例的耐高温覆膜砂采用以下方法制备：(1)将原砂预热，加入混砂机中；(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；(3)加入乌洛托品水溶液混合至水分挥发完毕；(4)加入硬脂酸钙混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
具体的，步骤(1)中原砂预热温度为140℃。
具体的，混砂机转速为80r/min。
具体的，加入酚醛树脂后混合时间为25s，加入辅剂后混合时间为15s。
实施例2
一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂100kg，酚醛树脂2kg，乌洛托品1.2kg，硬脂酸钙0.1kg，辅剂0.5kg；其中，辅剂由硼砂细粉10wt％、三氧化二铝细粉40wt％和二氧化硅细粉50wt％混合而成。
本实施例的耐高温覆膜砂采用以下方法制备：(1)将原砂预热，加入混砂机中；(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；(3)加入乌洛托品水溶液混合至水分挥发完毕；(4)加入硬脂酸钙混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
具体的，步骤(1)中原砂预热温度为150℃。
具体的，混砂机转速为85r/min。
具体的，加入酚醛树脂后混合时间为30s，加入辅剂后混合时间为20s。
实施例3
一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂100kg，酚醛树脂3.0kg，乌洛托品1.4kg，硬脂酸钙0.15kg，辅剂0.4kg；其中，辅剂由硼砂细粉20wt％、三氧化二铝细粉30wt％和二氧化硅细粉50wt％混合而成。
本实施例的耐高温覆膜砂采用以下方法制备：(1)将原砂预热，加入混砂机中；(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；(3)加入乌洛托品水溶液混合至水分挥发完毕；(4)加入硬脂酸钙混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
具体的，步骤(1)中原砂预热温度为140℃。
具体的，混砂机转速为80r/min。
具体的，加入酚醛树脂后混合时间为20s，加入辅剂后混合时间为15s。
实施例4
一种耐高温覆膜砂，由以下重量份的原料制备而成：原砂100kg，酚醛树脂3.0kg，乌洛托品1.2kg，硬脂酸钙0.1kg，辅剂0.6kg；其中，辅剂由硼砂细粉20wt％、三氧化二铝细粉40wt％和二氧化硅细粉40wt％混合而成。
本实施例的耐高温覆膜砂采用以下方法制备：(1)将原砂预热，加入混砂机中；(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；(3)加入乌洛托品水溶液混合至水分挥发完毕；(4)加入硬脂酸钙混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
具体的，步骤(1)中原砂预热温度为140℃。
具体的，混砂机转速为80r/min。
具体的，加入酚醛树脂后混合时间为20s，加入辅剂后混合时间为15s。
对比例1
本对比例与实施例1基本一致，区别仅在于不添加辅剂。
对比例2
本对比例与实施例1基本一致，区别仅在于辅剂由三氧化二铝细粉50wt％和二氧化硅细粉50wt％混合而成。
对比例3
本对比例与实施例1基本一致，区别仅在于辅剂加入量为0.2kg。
对比例4
本对比例与实施例1基本一致，区别仅在于辅剂的粒径大于200目。
将实施例1-4以及对比例1-4制得的覆膜砂进行性能测试，在柳州柳机五菱动力有限公司铸造B15缸体时使用以上覆膜砂进行试验，为了试验耐高温性能，将正常浇注温度从1450℃提高到1550℃(该浇注为保温浇注)，每组200件进行试验，统计气孔缺陷数、铸件破碎率和总体不良率。同时，对覆膜砂进行常温抗拉强度、发气量和耐热时间试验，其中常温抗拉强度和发气量的检测方法参见GB/T8583-2008；耐热时间测试方法为：将制好的“一”型样块，平稳放置在“凹”型支架上，放入1000℃的高温炉中，测量其塌落时间。测试结果如表2所示。
表2覆膜砂性能测试结果
由表2可知，本发明实施例制得的覆膜砂气孔缺陷率小于3.5％，逐渐破碎率小于3.5％，总体不良率小于5％，常温抗拉伸强度大于3MPa，发气量小于18mL·g-1，耐热时间大于170s。与市售常规覆膜砂3.4-3.9MPa的常温抗拉伸强度以及16-24mL·g-1的发气量相比，在有效提高覆膜砂耐高温性能以及减少缺陷率的条件下，满足甚至优于对现有覆膜砂的强度及发气量要求。同时将实施例1与对比例1-4对比可知，本发明通过添加辅剂以及控制辅剂的原料组成、添加量以及粒径等，大大降低覆膜砂总体不良率以及提高了覆膜砂的耐热性能。本发明的辅剂覆盖在砂粒间的树脂膜位置处，进行高温浇铸时可在相对较低温度下迅速发生陶瓷化反应，有效提高覆膜砂的耐热性能，且通过陶瓷化反应在砂粒与砂粒之间产生陶瓷微粒，有助于提高覆膜砂的强度。同时通过硼砂的加入，降低了陶瓷化反应温度，在铁水或钢水刚浇铸时即可发生陶瓷化反应，使得铸件破碎率和气孔缺陷数得到显著降低。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (9)
1.一种耐高温覆膜砂，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：原砂1000份，酚醛树脂20-30份，固化剂10-14份，润滑剂1-1.5份，辅剂4-6份；其中，所述辅剂由硼砂细粉、三氧化二铝细粉和二氧化硅细粉混合而成。
2.根据权利要求1所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述辅剂由硼砂细粉10-20wt％、三氧化二铝细粉30-45wt％和二氧化硅细粉40-50wt％混合而成。
3.根据权利要求1所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述辅剂的粒径在200目以下。
4.根据权利要求1所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述原砂为硅砂、石英砂、宝珠砂、锆英砂、陶粒砂中的一种或几种，原砂粒径为50-200目。
5.根据权利要求1所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，所述固化剂为乌洛托品水溶液，乌洛托品与水的重量比为1:3。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，采用以下方法制备：
(1)将原砂预热，加入混砂机中；
(2)向原砂中加入酚醛树脂混合，待酚醛树脂熔化并覆膜充分后，加入辅剂混合；
(3)加入固化剂混合至水分挥发完毕；
(4)加入润滑剂混合，之后冷却、筛分、检测、包装得到覆膜砂。
7.根据权利要求6所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，步骤(1)中原砂预热温度为140-150℃。
8.根据权利要求6所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，混砂机转速为80-85r/min。
9.根据权利要求6所述的耐高温覆膜砂，其特征在于，加入酚醛树脂后混合时间为20-30s，加入辅剂后混合时间为15-20s。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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