CN112371901A - 一种用于铸造的防脉纹添加剂、制备方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铸造的防脉纹添加剂、制备方法及使用方法。本发明的防脉纹添加剂包括以下质量百分数的原料：甘油50‑70％、玻璃纤维5％‑10％、纳米石墨粉5％‑10％、纳米二氧化钛粉5％‑10％、膨润土5％‑10％、聚碳硅烷1％‑10％、碱金属氧化物0.01％‑0.05％，偶联剂H550 0.01‑1％，以上组分之和为100％；所述碱金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化锂中的至少一种。使用本发明防脉纹剂的覆膜砂对应铸件表面无脉纹，能够有效缓解或消除脉纹缺陷。

Description

一种用于铸造的防脉纹添加剂、制备方法及使用方法

技术领域

本发明属于铸造材料技术领域，具体涉及一种用于铸造的防脉纹添加剂、制备方法及使用方法。

背景技术

铸造是现代化工业生产的基础，随着科技的进步和社会的发展，消费者对铸件的质量要求越来越高。覆膜砂铸造生产工艺过程中因其砂芯强度高、发气量低、铸件尺寸精度高、铸件表面光洁度好受到各铸造生产企业的热烈欢迎。覆膜砂是采用有机树脂以及固化剂覆膜在硅砂表面，并且通过加热芯盒使填充进去的覆膜砂固化成型，砂芯成型后即可直接进行铸造的浇铸生产。覆膜砂工艺可以生产结构简单或者复杂的铸件。但在浇铸时，高温铁水(1350℃～1650℃)会加热覆膜砂砂型，覆膜砂砂芯中的树脂会在高温下碳化使砂芯的强度急剧降低，覆膜砂中的硅砂颗粒会在高温下产生膨胀作用，导致砂型表面形成裂纹。此时，未彻底凝固的铁水会钻入砂型表面的裂纹中，在铸件表面形成脉纹缺陷。

目前市场上防脉纹添加剂种类繁多，按成分进行分类主要有以无机物为主要成分的防脉纹添加剂和以有机物为主要成分的防脉纹添加剂。以无机物为主要成分的防脉纹添加剂的代表为：硅酸盐与金属氧化物的混合物，其熔点低，在高温下可与硅砂形成玻璃体填补砂芯裂纹，防止铁液进入裂缝，该类防脉纹添加剂需保证颗粒为球形，从而降低其对砂芯强度的影响，同时该类防脉纹添加的加入量高达5％-10％。由于添加量相对较大，导致树脂粘附模具，提高了脱模剂的用量，进而导致砂芯强度降低，升高砂芯吸湿性以及成本增加等一系列缺点，并且防脉纹效果也不理想。

以有机物为主的防脉纹添加剂虽然能够降低添加量，但是由于其发气量大，该类添加剂对砂型强度的影响要高于无机物防脉纹添加剂。

在中国专利CN201910522961.1中公开了一种用于铸造的防脉纹添加剂，其是由多聚糖及其衍生物、硅酸盐、金属氧化物、聚乙烯醇及其衍生物、的石墨以及表面活性剂和辅助剂构成，其中多聚糖及其衍生物为主要成分，其占比高达70％以上。但是该类防脉纹添加剂只能消除50％-95％的脉纹，并不能完全消除脉纹缺陷，同时覆膜砂的强度欠佳。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种能够有效缓解或消除脉纹缺陷同时提高覆膜砂强度的防脉纹添加剂。本发明的防脉纹添加剂是以甘油为主要成分，依靠导热、耐热、烧结、填缝等四个过程，循序渐进通过附剂导热延缓砂芯的升温，延缓砂芯的开裂，填补砂芯开裂缝隙，以达到防止铸件脉纹缺陷和提高覆膜砂强度的目的。

本发明所述用于铸造的防脉纹添加剂，包括以下质量百分数的原料：

甘油50-70％

玻璃纤维5％-10％

纳米石墨粉5％-10％

纳米二氧化钛粉5％-10％

膨润土5％-10％

聚碳硅烷1％-10％

碱金属氧化物0.01％-0.05％，

偶联剂H5500.01-1％，

以上组分之和为100％；

所述碱金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化锂中的至少一种。

具体而言，在一些实施例中本发明所述聚碳硅烷的软化点为150-300℃，氧含量低于0.8wt％。

具体而言，在一些实施例中本发明所述纳米二氧化钛粉的粒径为1-10nm；所述纳米石墨粉的粒径为40-100nm；所述膨润土的粒度低于70目；所述碱性金属氧化物的粒度低于100目；所述玻璃纤维的直径为1.0-2.0mm，粒度低于200目。

具体而言，在一些实施例中本发明所述碱金属氧化物是由质量比为1:2-5:3-8的氧化钠、氧化钾、氧化锂混合而成。

本发明另一目的是提供了所述的用于铸造的防脉纹添加剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按比例称取甘油、纳米二氧化钛粉、聚碳硅烷、膨润土、碱金属氧化物、偶联剂H550，充分混合均匀；

(2)混合均匀的物料置于湿度低于60HR、温度低于150℃的环境中进行养护2-5h；

(3)在养护处理后的物料中按比例添加玻璃纤维和纳米石墨粉，并成分搅拌均匀，得到防脉纹添加剂；

(4)包装，将防脉纹添加剂装入包装袋中，进行密封。

具体而言，在一些实施例中本发明步骤(4)所采用的包装袋为内袋是塑料薄膜袋，外袋为常规编制包装袋；将包装后的防脉纹添加剂在密封、防潮、防晒的环境中进行存储。

本发明用于铸造的防脉纹添加剂的使用方法，包括以下步骤：

首先称取硅砂，所述硅砂是由粒度在40-140目之间的原砂或再生砂85-95重量份，粒度为70-140目的铁矿砂5-10重量份构成，将硅砂在天然气加热炉中进行加热，加热时间3-5min，砂温为130℃～150℃；

其次将加热好的硅砂放入碾轮式混砂机内，砂温为130℃～150℃条件下加入占硅砂重量1％-3％的树脂，搅拌10～15s,待树脂与硅砂混合温度到达120℃～130℃时，加入占硅砂重量0.5％-0.8％的所述防脉纹添加剂，搅拌5～10s；

最后加入占树脂重量9％-22％的六亚甲基四胺，搅拌35～55s后加入占树脂重量为4％-10％的硬脂酸钙，搅拌破碎30～45s后混砂机出砂。

具体而言，在一些实施例中本发明所述树脂为酚醛树脂。

与现有技术相比，本发明公开了以下技术效果：

本发明的防脉纹添加剂是以甘油为主成分，结合纳米二氧化钛、膨润土以及纳米石墨粉控制其发热量，避免甘油燃烧热量的快速释放，提高了砂型的强度，使得所制备的覆膜砂强度高达10MPa以上；

与此同时，纳米石墨粉具有很强的导热效果，能避免砂芯局部区域过热。纳米二氧化钛、膨润土能延缓树脂的燃烧，保证覆膜砂中砂粒之间的树脂连接桥的稳定。偶联剂能够增加混有无机添加剂的树脂与砂粒之间的结合强度，提高砂型的常温强度和耐高温性能。

本发明的防脉纹添加剂还加入了聚碳硅烷以及碱金属氧化物，使得添加剂能与硅砂中的二氧化硅反应，形成一种烧结固溶体。该固溶体能在硅砂颗粒与颗粒之间形成一种框架架构，进一步提高砂芯强度和热塑性。同时该种结构能有效的吸收和抵御硅砂的受热膨胀，减少砂芯的开裂趋势，也能及时封堵裂纹。降低铁水对砂型的浸润作用，避免出现铁水钻芯。

本发明的原材料简单易得，进行覆膜的添加过程简单易行，生产成本低，适合大规模的制备与生产。

附图说明

图1为未添加防脉纹添加剂所制备的覆膜砂铸件图片片；

图2为采用对比例1的防脉纹添加剂所制备的覆膜砂铸件图片。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明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。

本发明的目的是提供一种用于铸造的防脉纹添加剂、制备方法及使用方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。以下实施例所采用的聚碳硅烷的软化点为200℃，氧含量0.5wt％。所述膨润土的粒度为50目；所述碱性金属氧化物的粒度为50目；所述玻璃纤维的直径为1.5mm，粒度为100目。

实施例1

一种用于铸造的防脉纹添加剂，由以下质量百分数的原料：

甘油60％、玻璃纤维10％、粒径为3nm纳米二氧化钛粉5％、粒径为40nm石墨粉5.45％、聚碳硅烷9％、膨润土9.5％、碱金属氧化物0.05％、偶联剂H5501％。碱金属氧化物是由质量比为1:3:5的氧化钠、氧化钾、氧化锂混合而成。

所述防脉纹添加剂的制备方法具体如下：

(1)按比例称取甘油、纳米二氧化钛粉、聚碳硅烷、膨润土、碱金属氧化物、偶联剂H550，充分混合均匀；

(2)混合均匀的物料置于湿度低于60HR、温度低于150℃的环境中进行养护2-5h；

(3)在养护处理后的物料中按比例添加玻璃纤维和纳米石墨粉，并成分搅拌均匀，得到防脉纹添加剂；

(4)包装，将防脉纹添加剂装入包装袋中，进行密封。采用的包装袋为内袋是塑料薄膜袋，外袋为常规编制包装袋；将包装后的防脉纹添加剂在密封、防潮、防晒的环境中进行存储。

对所制备的防脉纹添加剂进行检测，检测结果如表1所示。

表1

实施例2

一种用于铸造的防脉纹添加剂，由以下质量百分数的原料：

甘油50％、玻璃纤维10％、粒径为5nm纳米二氧化钛粉10％、粒径为60nm石墨粉10％、聚碳硅烷9.45％、膨润土10％、碱金属氧化物0.05％、偶联剂H5500.5％。其中碱金属氧化物是由质量比为1:2:3的氧化钠、氧化钾、氧化锂混合而成。

所述防脉纹添加剂的制备方法具体如下：

(1)按比例称取甘油、纳米二氧化钛粉、聚碳硅烷、膨润土、碱金属氧化物，充分混合均匀；

(2)混合均匀的物料置于湿度低于60HR、温度低于150℃的环境中进行养护2-5h；

(3)在养护处理后的物料中按比例添加玻璃纤维和纳米石墨粉，并成分搅拌均匀，得到防脉纹添加剂；

(4)包装，将防脉纹添加剂装入包装袋中，进行密封。采用的包装袋为内袋是塑料薄膜袋，外袋为常规编制包装袋；将包装后的防脉纹添加剂在密封、防潮、防晒的环境中进行存储。

实施例3

一种用于铸造的防脉纹添加剂，由以下质量百分数的原料：

甘油70％、玻璃纤维5％、粒径为10nm纳米二氧化钛粉5％、粒径为100nm石墨粉5％、聚碳硅烷5％、膨润土8.99％、碱金属氧化物0.01％、偶联剂H5501％。其中碱金属氧化物是由质量比为1:5:8的氧化钠、氧化钾、氧化锂混合而成。

所述防脉纹添加剂的制备方法具体如下：

(1)按比例称取甘油、纳米二氧化钛粉、聚碳硅烷、膨润土、碱金属氧化物、偶联剂H550，充分混合均匀；

(2)混合均匀的物料置于湿度低于60HR、温度低于150℃的环境中进行养护2-5h；

(3)在养护处理后的物料中按比例添加玻璃纤维和纳米石墨粉，并成分搅拌均匀，得到防脉纹添加剂；

(4)包装，将防脉纹添加剂装入包装袋中，进行密封。采用的包装袋为内袋是塑料薄膜袋，外袋为常规编制包装袋；将包装后的防脉纹添加剂在密封、防潮、防晒的环境中进行存储。

对比例1

调整根据实施例1防脉纹添加剂中二氧化钛粉的粒径为10微米，即采用二氧化钛微粉代替纳米二氧化钛粉，其余组成以及制备方法均不变，制备一种防脉纹添加剂。

对比例2

调整根据实施例1防脉纹添加剂中石墨粉的粒径为10纳米，其余组成以及制备方法均不变，制备一种防脉纹添加剂。

对比例3

一种用于铸造的防脉纹添加剂，由以下质量百分数的原料：

甘油69.5％、玻璃纤维10％、粒径为3nm纳米二氧化钛粉5％、粒径为40nm石墨粉5.45％、聚碳硅烷9％、碱金属氧化物0.05％、偶联剂H5501％。碱金属氧化物是由质量比为1:3:5的氧化钠、氧化钾、氧化锂混合而成。按照实施例1的制备方法制备而成。

将实施例1-3以及对比文件1-3所制备的防脉纹添加剂进行使用，同时增设空白例，即不采用任何防脉纹添加剂制备覆膜砂。具体方法如下：

将实施例1制备的防脉纹添加剂进行使用，具体方法如下：

首先称取硅砂，所述硅砂是由粒度在100目之间的原砂90重量份，粒度为100目的铁矿砂10重量份构成，将硅砂在天然气加热炉中进行加热，加热时间5min，砂温为150℃；

其次将加热好的硅砂放入碾轮式混砂机内，砂温为150℃条件下加入占硅砂重量2％的酚醛树脂，搅拌15s,待树脂与硅砂混合温度到达125℃时，加入占硅砂重量0.5％的所述防脉纹添加剂，搅拌10s；

最后加入占树脂重量15％的六亚甲基四胺，搅拌40s后加入占树脂重量为5％的硬脂酸钙，搅拌破碎45s后混砂机出砂(覆膜砂)。

检测利用实施例1-3以及对比文件1-3、空白例所制备的覆膜砂强度以及表面脉纹情况，如表1。

表1

所用防脉纹添加剂	常压强度(MPa)	脉纹缺陷情况
			实施例1	10.7	无
实施例2	11.4	无
			实施例3	10.3	无
对比例1	9.0	脉纹条数为1条，脉纹高度为3ram
			对比例2	8.3	脉纹条数为3条，脉纹高度为2ram
对比例3	8.0	脉纹条数为1条，脉纹高度为4ram
			空白例	6.5	脉纹条数为10条，脉纹高度为8ram

由此可见，传统覆膜砂砂芯在浇铸过程中砂型承受铁水的高温，燃烧掉砂粒表面树脂的同时使砂粒膨胀产生裂纹，铁水渗入裂纹就形成了脉纹。使用防脉纹添加剂的覆膜砂在铸件浇铸时，能延缓树脂的燃烧和开裂；硅砂受热膨胀时，添加剂中的部分物质又可以形成熔融态封堵裂缝；防脉纹添加剂中的部分物质能降低铁水的浸润性，避免铁水钻入未彻底封堵的裂缝。通过以上三方面达到抑制或者减少脉纹出现，同时提高覆膜砂的强度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种用于铸造的防脉纹添加剂，其特征在于，所述防脉纹添加剂包括以下质量百分数的原料：

甘油50-70％

玻璃纤维5％-10％

纳米石墨粉5％-10％

纳米二氧化钛粉5％-10％

膨润土5％-10％

聚碳硅烷1％-10％

碱金属氧化物0.01％-0.05％，

偶联剂H5500.01-1％，

以上组分之和为100％；

所述碱金属氧化物为氧化钠、氧化钾、氧化锂中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的用于铸造的防脉纹添加剂，其特征在于，所述聚碳硅烷的软化点为150-300℃，氧含量低于0.8wt％。

3.根据权利要求1所述的用于铸造的防脉纹添加剂，其特征在于，所述纳米二氧化钛粉的粒径为1-10nm；所述纳米石墨粉的粒径为40-100nm；所述膨润土的粒度低于70目；所述碱性金属氧化物的粒度低于100目；所述玻璃纤维的直径为1.0-2.0mm，粒度低于200目。

4.根据权利要求1所述的用于铸造的防脉纹添加剂，其特征在于，所述碱金属氧化物是由质量比为1:2-5:3-8的氧化钠、氧化钾、氧化锂混合而成。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于铸造的防脉纹添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按比例称取甘油、纳米二氧化钛粉、聚碳硅烷、膨润土、碱金属氧化物、偶联剂H550，充分混合均匀；

(2)混合均匀的物料置于湿度低于60HR、温度低于150℃的环境中进行养护2-5h；

(3)在养护处理后的物料中按比例添加玻璃纤维和纳米石墨粉，并成分搅拌均匀，得到防脉纹添加剂；

(4)包装，将防脉纹添加剂装入包装袋中，进行密封。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所采用的包装袋为内袋是塑料薄膜袋，外袋为常规编制包装袋；将包装后的防脉纹添加剂在密封、防潮、防晒的环境中进行存储。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的用于铸造的防脉纹添加剂的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先称取硅砂，所述硅砂是由粒度在40-140目之间的原砂或再生砂85-95重量份，粒度为70-140目的铁矿砂5-10重量份构成，将硅砂在天然气加热炉中进行加热，加热时间3-5min，砂温为130℃～150℃；

其次将加热好的硅砂放入碾轮式混砂机内，砂温为130℃～150℃条件下加入占硅砂重量1％-3％的树脂，搅拌10～15s,待树脂与硅砂混合温度到达120℃～130℃时，加入占硅砂重量0.5％-0.8％的所述防脉纹添加剂，搅拌5～10s；

最后加入占树脂重量9％-22％的六亚甲基四胺，搅拌35～55s后加入占树脂重量为4％-10％的硬脂酸钙，搅拌破碎30～45s后混砂机出砂。

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于，所述树脂为酚醛树脂。

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