CN111940684A

CN111940684A - 一种高压铸造用的水溶性复合盐芯

Info

Publication number: CN111940684A
Application number: CN202010703060.5A
Authority: CN
Inventors: 张宏奎
Original assignee: FAW Group Corp; Faw Foundry Co Ltd
Current assignee: FAW Group Corp; Faw Foundry Co Ltd
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2020-07-21
Publication date: 2020-11-17

Abstract

本发明涉及铸造造型材料领域，具体涉及一种高压铸造用的水溶性复合盐芯；主要成分为氯化钠、硫酸钠两种，将六偏磷酸钠或氯化镁作为改性成分引入；包括以下质量的百分比的原料：氯化钠30％～40％；硫酸钠30％～40％；六偏磷酸钠0％～30％；氯化镁0％～10％；氯化钠替换为氯化钾，或者氯化钠替换为氯化钙，或者氯化钠替换为氯化钡；硫酸钠替换为碳酸钠；其中组分配比为氯化钠：硫酸钠：六偏磷酸钠：氯化镁＝36％:36％:18％:10％为最优；本发明的盐芯组份通过熔炼成型工艺制芯，制备的试样具有较高的抗弯强度，抗弯强度≥20MPa；熔化温度≥800℃，满足高压铸铝件的生产要求。复合盐芯的溶解速度与水温有关，水温越高，盐芯溶解速度越快，90℃水溶时间较快，≤130min。

Description

一种高压铸造用的水溶性复合盐芯

技术领域

本发明涉及铸造造型材料领域，具体涉及一种高压铸造用的水溶性复合盐芯。

背景技术

随着轻量化技术的发展,越来越多的铸件采用空腔结构。在高压铸造生产中, 复杂的内腔结构很难成形。水溶性盐芯发气量极低、可水溶清理，若要在压铸生产中使用，需要具备高强度，以抵御高压状态下液态金属的高速冲击。

中国专利文献00809823.9公开了一种制造用于高压铸造的溃散芯的方法，该技术是用一种水溶性盐制造的，该水溶性盐选自KN0₃,KN0₂,NaN0₃、NaN0₂, CuCl₂,NaCl,KCl、LiCl,PbC1₂,MgC1₂、BaCl₂,CaC1₂及其混合物。其制造方法是用一种水溶性盐单独或与一种细硬粉结合，熔化并在一个芯模中凝固；其中，细硬粉可以为细的热稳定硬颗粒如化学非反应金属或陶瓷的粉末等。然而这些方法中所采用的原材料如KN0₃,KN0₂,NaN0₃,NaN0₂·NaN0₃,KC0₃等熔点低，耐热性差，在高熔点合金成形方面其应用受到限制。且所选用的增强相多为陶瓷颗粒，所制备的水溶性盐芯强度虽有所提高，但幅度不大，且韧性偏低。专利文献00809823.9提及了S1C,S1₃N₄晶须来增强盐芯，但此类晶须价格很高，生产成本上升，在实际应用中难以使用。

有专利则介绍了可用于压铸生产闭舵发动机缸体的盐芯制作工艺，它采用以70％KCl、30％SiO2或Al2O3为骨料，将其混合熔化后浇入6000KN的压铸机中压射成形以制作出缸体用盐芯。在高压下成形的目的是消除KCl高达18％的凝固收缩率所带来的凝固缺陷，加入SiO2或Al2O3则是为了提高盐芯的强度。

专利文献CN101073819A公开了一种高压铸造用水溶性盐芯，由金属卤化盐和陶瓷晶须组成，其中金属卤化盐与陶瓷晶须的质量比为：90～99∶1～10。其优选范围为91～98∶2～9。本发明高压铸造(压力铸造、挤压铸造)用水溶性盐芯以内腔复杂的轻合金零件成形为应用背景，其抗弯强度达到或超过17MPa，溃散时间一般小于1h，体收缩率小于12.30％，吸湿率低于0.05％。本发明所提供的盐芯抗弯强度高，耐高温性能好，抗吸湿性能好，收缩率低，成本低等优点，适用于内腔复杂的轻合金零件的压铸或挤压铸造成形。该发明是以无机盐为基体，以陶瓷晶须为增强相经混匀，高温熔化，在850℃的条件下，浇入盐芯模中并冷却凝固。其中无机盐为KCl、NaCl、KBr、NaBr等。陶瓷晶须为硼酸铝、硼酸镁、钛酸钾等。该专利所采用的无机盐及增强相，须混合后高温熔化，注入型模冷却凝固成形，工艺过程复杂，由于要高温熔化，所以能耗较高，制造的成本高。特别作为增强相的SiC、Si3N4或采用陶瓷晶须如硼酸铝、硼酸镁或钛酸钾，价格较高，在实际应用中难以大规模生产使用。

专利文献CN110315023A涉及一种铸造用高强度水溶性复合盐芯的制备方法，属于铸造技术领域。本发明以宝珠砂海加天然硅砂为原料，制备一种铸造用高强度水溶性复合盐芯，宝珠砂的高温化学稳定性更好，粒形接近于球形，堆密度高，流动性好且在浇注温度下膨胀率较小，以二氧化硅为主要成分的硅砂是目前在铸造生产中使用最为广泛的原砂，二氧化硅分子结构中既有离子键也有共价键，天然硅砂主要是经过一系列自然演变的火成岩，经水力或风力与其他杂质分离后最终沉积而成。天然硅砂具有资源储量十分丰富，分布范围极广的优点，且开采难度小、价格低廉，将宝珠砂和天然硅砂混合使用，既可以降低成本，又能提高盐芯的稳定性和耐热性。该专利文献是无机盐作为粘结剂与铸造砂混合，再将混合料置于坩埚中，在300～400℃的条件下加热1～2h，保温，得混合熔融液；将二氧化锆陶瓷粉末、增强填料加入混合熔融液中，在 300～400℃下以80～100r/min转速搅拌混合5～10min，倒入模具中，常温冷却 2～4h，静置20～24h，取出，得铸造用高强度水溶性复合盐芯的方法。该专利是以铸造砂为主体，无机盐作为粘结剂，混制而成，稳定性和成形性虽好，但是不适用于高压铸件中空芯的生产要求。

专利文献CN101869963A涉及一种铸造用水溶性复合盐芯材料、盐芯制备方法及制得的盐芯，是由水溶性金属卤化盐、粘结剂和补强剂组成，其中金属卤化盐、补强剂和粘结剂的用量比数为：水溶性金属卤化盐45-55kg，补强剂 120-250g，粘结剂150-250ml，所述的补强剂为高岭石或滑石粉，经过混合成型、烧结制得。这种盐芯材料成本和生产成本低，且强度高、体收缩率低。该专利文献所述是一种铸造用水溶性复合盐芯材料，由水溶性金属卤化盐、粘结剂和补强剂组成，将金属卤化盐和补强剂先进行烘干，再将烘干的卤化盐、补强剂和粘结剂混匀至相互包容，然后将混合物料制成盐芯坯体，最后将坯体置于烧结炉中进行烧结，最后获得盐芯。该盐芯是一种烧结成形的盐芯，并非本专利所涉及的熔融浇注成形的盐芯。

发明内容

本发明的目的在于，在解决高压铸件的中间空腔结构不能直接铸造成型的问题。开发出适用于高压铸造用的盐芯并具有水溶性，满足高压铸造工艺的生产需求，提供一种熔化温度范围宽、硬化强度高、表面质量好的盐芯组份。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，主要成分为氯化钠、硫酸钠两种，将六偏磷酸钠或氯化镁作为改性成分引入。

进一步地，一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，包括以下质量的百分比的原料：

进一步地，所述氯化钠替换为氯化钾，或者氯化钠替换为氯化钙，或者氯化钠替换为氯化钡。

进一步地，所述硫酸钠替换为碳酸钠。

进一步地，所述高压铸造用的水溶性复合盐芯组成成分为氯化钠、硫酸钠、六偏磷酸钠和氯化镁，组分配比为氯化钠：硫酸钠：六偏磷酸钠：氯化镁＝36％:36％:18％:10％。

进一步地，所述硫酸钠替换为碳酸钠。

进一步地，所述氯化钠替换为氯化钾。

进一步地，所述氯化钠替换为氯化钙。

进一步地，所述氯化钠替换为氯化钡。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明的盐芯组份通过熔炼成型工艺制芯，制备的试样具有较高的抗弯强度，抗弯强度≥20MPa；熔化温度≥800℃，满足高压铸铝件的生产要求。复合盐芯的溶解速度与水温有关，水温越高，盐芯溶解速度越快，90℃水溶时间较快，≤130min。

具体实施方式

下面对本发明作详细的描述：

本发明以研发一种用于压铸工况下的水溶性盐芯为目标，该材料和工艺要具备节能环保、高强度、水溶清理容易，无裂纹，发气量低等工艺特点。

主要技术关键首先是解决压铸条件下，保证盐芯高的强度，能够承受高压铸造时的挤压力或者冲击力，避免浇注时盐芯表面产生裂纹及碎裂。其次，要解决盐芯在制备过程中的成型问题。

确定盐芯制备工艺为熔融浇注法。

抗弯强度可达到15MPa-22MPa；

水溶性(热水≤90℃)：≤130min；

发气量(850℃*3min)：≤5ml/g。(发气量检测方法：将盐芯磨成粉，称取1g试样。在发气量检测仪的检测温度设置为(检测仪的测量温度0-1000℃) 850℃，检测时间3分钟，测量出的试样发气量≤5ml/g。)

复合无机盐的配比、熔化温度以及强度性能指标，如表1所示：

表1盐芯最佳比例范围

盐芯的溶解速度与水温有关，水温越高，盐芯溶解速度越快，90℃水溶时间较快≤130min。

本发明分别进行了复合盐芯正交对比试验，最终得到结论以表1的配比为最佳，抗弯强度可达到15MPa-22MPa。

其中正交试验设计(表2)及结果(表3)如下：

表2四元盐芯正交试验因素的水平设计

序号	氯化钠A/g	硫酸钠B/g	M剂C/g	氯化镁D/g
					1	175	175	75	0
2	200	200	100	50
					3	225	225	125	100

表3正交试验以及试样初始抗弯强度值

根据正交试验确定的试样的初始抗弯强度最佳配比为A₂B₂C₂D₂，(通过正交试验确定四元盐芯NaCl比例在30-40％，Na₂SO₄在30-40％，M剂0-20％，MgCl₂在 0％-10％的范围是最好的，抗弯强度可达到15-22MPa)现根据其各因素配比分别按照前述熔铸法盐芯的制备方法制备一组盐芯。利用制备出的一组最佳配比混合盐并使用砂型模具制作出试样，并测试这组盐芯的抗弯强度。首先用电子天平称取氯化钠200g，硫酸钠200g，M剂100g，氯化镁50g，然后充分搅拌所制得的最优配比的混合盐，打开电阻炉，设置加热温度为850℃，加热时间为1h，将装有混合盐的坩埚放入电阻炉中，待固态盐完全融化成液态，用砂型模具进行浇注，取出试样置于室内，待试样冷却至室温后测量试样冷却至室温的初始抗弯强度。试验结果抗弯强度为21.6MPa。M剂是六偏磷酸钠。

综上所述，本实验所制备的盐芯配方为：氯化钠：硫酸钠：M剂：氯化镁＝2： 2：1：0.5。

百分比是根据比例换算的数据。然后通过正交试验，最终确定2：2：1：0.5 是最佳组合。表4，体现正交设计表的比例范围换算。

表4

(注：①氯化钠、硫酸钠为一二组分。②六偏磷酸钠、氯化镁为三四组份。)

其中硫酸钠：六偏磷酸钠：氯化镁＝36.4％:36.4％:18.2％:9％是最佳的比例。

氯化钠可以替换为氯化钾，或者氯化钠替换为氯化钙，或者氯化钠替换为氯化钡。

硫酸钠可以替换为碳酸钠。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述高压铸造用的水溶性复合盐芯主要成分为氯化钠、硫酸钠两种，将六偏磷酸钠或氯化镁作为改性成分引入。

2.根据权利要求1所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：包括以下质量的百分比的原料：

3.根据权利要求1或2所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述氯化钠替换为氯化钾，或者氯化钠替换为氯化钙，或者氯化钠替换为氯化钡。

4.根据权利要求1或2所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述硫酸钠替换为碳酸钠。

5.根据权利要求2所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述高压铸造用的水溶性复合盐芯组成成分为氯化钠、硫酸钠、六偏磷酸钠和氯化镁，组分配比为氯化钠：硫酸钠：六偏磷酸钠：氯化镁＝36％:36％:18％:10％。

6.根据权利要求5所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述硫酸钠替换为碳酸钠。

7.根据权利要求5所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述氯化钠替换为氯化钾。

8.根据权利要求5所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述氯化钠替换为氯化钙。

9.根据权利要求5所述的一种高压铸造用的水溶性复合盐芯，其特征在于：

所述氯化钠替换为氯化钡。