CN112264574A - 一种改善覆膜砂结合强度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善覆膜砂结合强度的方法；涉及铸造型砂技术领域，包括以下步骤：（1）原砂处理；（2）改性粉煤灰；（3）混合；（4）掺入粘结剂；本发明方法制备的覆膜砂制成的型砂样品具有非常优异的常温抗弯强度和常温抗拉强度，可见，本申请方法能够有效的改善型砂力学性能，能够更好的改善铸件质量，降低废品率。
Description
技术领域
本发明属于铸造型砂技术领域，特别是一种改善覆膜砂结合强度的方法。
背景技术
铸造是机械制造的基础行业之一，铸件质量的好坏直接影响由其所制造的机械产品质量的高低，而型壳铸造属于精密铸造，它主要只用覆膜砂作为造型材料，因此，覆膜砂的性能直接关系到铸件的质量。
覆膜砂（coated sand）。砂粒表面在造型前即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂。有冷法和热法两种覆膜工艺：冷法用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分得覆膜砂。 用于铸钢件、铸铁件。
覆膜砂强度直接关系到铸件成品质量，强度较差的覆膜砂不仅容易降低铸件质量，增加废品率，大幅度提高了生产成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种改善覆膜砂结合强度的方法，以解决现有技术中的不足。
本发明采用的技术方案如下：
一种改善覆膜砂结合强度的方法，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理40-45min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；
将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至720-780℃，保温30-36min，然后再冷却至60-70℃，保温，得到保温原砂；
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至52-58℃，搅拌反应2-3小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至120-130℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。
所述酸溶液为硫酸溶液；
所述硫酸溶液质量分数为1.5%；
所述原砂、酸溶液混合比例为：120-130g：500mL。
所述惰性气氛为氮气气氛或氖气气氛。
所述氢氧化钠溶液质量分数为10-12%；
所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：3-4。
所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；
所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；
所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为不高于8%。
所述粘结剂为酚醛树脂；
所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.63-0.85%。
所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1-1.6:50；
所述固化剂为石油磺酸。
对原砂先经过酸处理，再进行高温处理，是的原砂表面的理化性能发生了较大的改变，原砂表面的结构水发生逸出，降低了其表面水分，原砂表面的杂质，有机物等会再高温下发生燃烧，脱落，促使原砂颗粒表面变得更加洁净，同时原砂表面的沟槽、凹孔内的杂物也会被清除，能够显著的提高了原砂与粘结剂的接触面积，使得粘结剂更容易渗透到原砂砂粒表面的沟槽、凹孔内，从而更有利于其与粘结剂之间的机械联结和啮合，大幅度的提高了原砂与粘结剂之间的结合力，进而表现出覆膜砂能够拥有更好的强度，提高铸造质量，降低废品率；而未经过处理的原砂表面会有多种附着杂物，而其附着的杂物会再覆膜砂制备过程中消耗较多的粘结剂，降低了原砂基体与粘结剂的接触面积，破坏了粘结桥的连续性，降低了粘结桥的强度，从而降低了覆膜砂的内聚断裂强度，而经过本发明方法处理后，能够极大的改善此弊端，提高覆膜砂强度。
本发明通过对粉煤灰进行改性处理，能够显著的改善了粉煤灰的表面性能，通过将改性粉煤灰掺入原砂中，能够对原砂进行粘结补强作用，通过以其为桥梁，能够进一步的提高覆膜砂的粘结强度。
有益效果：
本发明方法制备的覆膜砂制成的型砂样品具有非常优异的常温抗弯强度和常温抗拉强度，可见，本申请方法能够有效的改善型砂力学性能，能够更好的改善铸件质量，降低废品率。本发明方法制备的覆膜砂力学性能得到大幅度的提高，本发明通过引入经过改性处理的粉煤灰，能够有效的促进改善覆膜砂的力学性能，但是，过量的添加粉煤灰，会过度的降低粘结剂与原砂之间的接触面积，反而会促使型砂样品的力学性能降低，造成废品率上升。
具体实施方式
一种改善覆膜砂结合强度的方法，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理40-45min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；
将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至720-780℃，保温30-36min，然后再冷却至60-70℃，保温，得到保温原砂；
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至52-58℃，搅拌反应2-3小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至120-130℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。
所述酸溶液为硫酸溶液；
所述硫酸溶液质量分数为1.5%；
所述原砂、酸溶液混合比例为：120-130g：500mL。
所述惰性气氛为氮气气氛或氖气气氛。
所述氢氧化钠溶液质量分数为10-12%；
所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：3-4。
所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；
所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；
所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为不高于8%。
所述粘结剂为酚醛树脂；
所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.63-0.85%。
所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1-1.6:50；
所述固化剂为石油磺酸。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种改善覆膜砂结合强度的方法，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理40min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至720℃，保温30min，然后再冷却至60℃，保温，得到保温原砂；所述酸溶液为硫酸溶液；所述硫酸溶液质量分数为1.5%；所述原砂、酸溶液混合比例为：120g：500mL。所述惰性气氛为氮气气氛。
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至52℃，搅拌反应2小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；所述氢氧化钠溶液质量分数为10%；所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：3。所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为4.8%。
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至120℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。所述粘结剂为酚醛树脂；所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.63%。所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1:50；所述固化剂为石油磺酸。
实施例2
一种改善覆膜砂结合强度的方法，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理45min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至780℃，保温36min，然后再冷却至70℃，保温，得到保温原砂；所述酸溶液为硫酸溶液；所述硫酸溶液质量分数为1.5%；所述原砂、酸溶液混合比例为：130g：500mL。所述惰性气氛为氮气气氛。
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至58℃，搅拌反应3小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；所述氢氧化钠溶液质量分数为12%；所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：4。所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为4.6%。
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至130℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。所述粘结剂为酚醛树脂；所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.85%。所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1.6:50；所述固化剂为石油磺酸。
实施例3
一种改善覆膜砂结合强度的方法，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理40-45min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至750℃，保温33min，然后再冷却至68℃，保温，得到保温原砂；所述酸溶液为硫酸溶液；所述硫酸溶液质量分数为1.5%；所述原砂、酸溶液混合比例为：127g：500mL。所述惰性气氛为氖气气氛。
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至56℃，搅拌反应2.2小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；所述氢氧化钠溶液质量分数为10.5%；所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：3.8。所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为5.2%。
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至122℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。所述粘结剂为酚醛树脂；所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.69%。所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1.5:50；所述固化剂为石油磺酸。
实施例4
一种改善覆膜砂结合强度的方法，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理43min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至742℃，保温34min，然后再冷却至63℃，保温，得到保温原砂；所述酸溶液为硫酸溶液；所述硫酸溶液质量分数为1.5%；所述原砂、酸溶液混合比例为：126g：500mL。所述惰性气氛为氮气气氛。
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至54℃，搅拌反应2.5小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；所述氢氧化钠溶液质量分数为11%；所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：3.5。所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为6%。
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至122℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。所述粘结剂为酚醛树脂；所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.67%。所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1.25:50；所述固化剂为石油磺酸。
试验
根据JB/T 8834-2001标准制备型砂样品，进行强度性能检测，常温抗弯强度和常温抗拉强度采用CMT4503型万能试验机测定，测试常温抗弯强度时试验机的跨距取150mm，加载速率均为0.5mm/min；（每组实验5次，取平均值）；
表1
| 常温抗弯强度MPa | 常温抗拉强度MPa | |
| 实施例1 | 7.33 | 3.40 |
| 实施例2 | 7.20 | 3.38 |
| 实施例3 | 7.35 | 3.43 |
| 实施例4 | 7.41 | 3.48 |
由表1可以看出，本发明方法制备的覆膜砂制成的型砂样品具有非常优异的常温抗弯强度和常温抗拉强度，可见，本申请方法能够有效的改善型砂力学性能，能够更好的改善铸件质量，降低废品率。
以实施例4为基础实验，对比，不同改性粉煤灰质量百分数掺入量对型砂常温抗弯强度影响（每组实验5次，取平均值）；
表2
| 改性粉煤灰质量百分数% | 常温抗弯强度MPa |
| 2 | 6.81 |
| 4 | 7.15 |
| 6 | 7.41 |
| 8 | 7.32 |
| 10 | 7.04 |
由表2可以看出，本发明方法制备的覆膜砂力学性能得到大幅度的提高，本发明通过引入经过改性处理的粉煤灰，能够有效的促进改善覆膜砂的力学性能，但是，过量的添加粉煤灰，会过度的降低粘结剂与原砂之间的接触面积，反而会促使型砂样品的力学性能降低，造成废品率上升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）原砂处理；
将原砂先采用酸溶液浸泡处理40-45min，然后进行过滤，清水洗涤至中性，烘干至恒重，即可；
将经过酸溶液浸泡处理后的原砂置于惰性气氛下，加热至720-780℃，保温30-36min，然后再冷却至60-70℃，保温，得到保温原砂；
（2）改性粉煤灰：
将粉煤灰添加到氢氧化钠溶液中，调节反应温度至52-58℃，搅拌反应2-3小时，然后再进行过滤，清水洗涤至中性后，再配制有机硅烷偶联剂溶液，将粉煤灰浸泡到有机硅烷偶联剂溶液中，浸泡2小时，然后进行过滤，干燥，即得改性粉煤灰；
（3）混合：
将保温原砂与改性粉煤灰依次添加到搅拌机中进行搅拌，得到混合砂；
（4）掺入粘结剂：
将混合砂加热至120-130℃，再向混合砂中加入粘结剂，搅拌均匀后，再加入固化剂，以500r/min转速搅拌33min，然后静置冷却至室温后，再再对混合砂进行粉碎，即得覆膜砂。
2.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述酸溶液为硫酸溶液；
所述硫酸溶液质量分数为1.5%；
所述原砂、酸溶液混合比例为：120-130g：500mL。
3.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述惰性气氛为氮气气氛或氖气气氛。
4.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液质量分数为10-12%；
所述粉煤灰与氢氧化钠溶液混合质量比为1：3-4。
5.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述有机硅烷偶联剂溶液质量分数为11.5%；
所述有机硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；
所述粉煤灰与有机硅烷偶联剂溶液混合 质量比为1:5。
6.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述混合砂中改性粉煤灰质量百分数为不高于8%。
7.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述粘结剂为酚醛树脂；
所述酚醛树脂占混合砂质量百分数为：0.63-0.85%。
8.根据权利要求1所述的一种改善覆膜砂结合强度的方法，其特征在于：所述固化剂与酚醛树脂混合质量比为1-1.6:50；
所述固化剂为石油磺酸。
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| CN114575328A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-06-03 | 中铁十八局集团有限公司 | 一种含石粉粉煤灰处理液的快速消除粉砂液化性质的方法 |
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- 2020-11-27 CN CN202011361350.2A patent/CN112264574A/zh not_active Withdrawn
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