CN113510217B - 一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂及其制芯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂，在原砂中加入其总重量15%～50%的含中性水分子的矿物砂开始混砂，然后按混合砂总重量的2.0%～4.0%加入无机粘结剂继续混砂，随后再按混合砂总重量的1.0%～1.8%加入粉末固化剂混砂，直至附着在混合砂上无机粘结剂与固化剂结合形成凝胶，制成无机干态覆膜砂。本技术方案解决现有无机粘结剂砂湿态流动性差无法成型复杂件砂芯的问题，结合本技术方案的成型工艺，用于制取形状复杂砂芯，砂芯表面质量好、强度高。
Description
技术领域
本发明涉及铸造造型材料技术领域，涉及一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂及其制芯方法。
背景技术
覆膜砂是一种其骨料为耐高温无机天然石英砂或人工砂，骨料表面裹覆了一层有机高分子树脂的铸造材料。由于覆膜砂中含有的乌洛托品固化剂，在制芯时随着树脂加热固化而发生的物理化学过程中，会向作业环境大量排放如氨气等的有害物质，严重地污染工作环境，给操作工人的身体带来严重的危害，76ppm的氨气对人的粘膜有刺激；当浓度达到300ppm时，粘膜表面会产生损伤；如果浓度更高，则会引起眼睑浮肿、咳嗽、呼吸困难和呕吐等症状，甚至引起细支气管和肺泡充血、浮肿、出血及肺气肿等疾病，长期低浓度的氨气也可引起慢性肺部疾病。
无机温芯盒覆膜砂是一种无机粘结剂裹覆天然石英砂或人工砂的造型材料，其中粘结剂主要是无机盐类胶黏剂，安全环保，粘结强度高，高温不会受热分解产生挥发物大幅优化铸件质量，但无机覆膜砂表面粘结剂长时间与空气接触砂砾易结块，湿态砂流动性差，造型不易成型且难以制备复杂砂芯，从而限制了无机粘结砂的推广与使用。
经检索发现，中国专利申请号201910449069.5公开了一篇关于一种改善无机树脂型砂流动性的方法及其应用方法的专利文献，文献中公开了在无机树脂型砂中加入其总重量2％-5％的无机粘结剂混砂，然后按照无机树脂型砂总重量的0 .3％-0 .8％加入硅烷偶联剂继续混砂，最后通入热空气干燥后去掉无机粘结剂中的水分，制成干态覆膜砂。同时还公开了该砂样的制备方法，该专利主要是改善无机树脂型砂流动性的方法，大大提高了砂的流动性。该方案仅仅只是解决了流动性的问题，对于砂芯抗拉强度的性能方面并未有相关改进措施和方案。文献中硅烷偶联剂KH550是一款成熟商业产品，外观为无色或为黄色透明液体，其在粘结剂中应用能大幅提高防潮性、增加压缩回弹性以及增强粘结强度。在粘结剂中硅烷偶联剂产品普遍使用。
发明内容
本发明的目的是提出一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂及其制芯方法，采用该方法可以制备出无机干态覆膜砂，提高了型砂流动性，解决了湿态无机粘结剂砂流动性差导致充型困难无法成型结构复杂砂芯的问题。
为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：提供一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂，在原砂中加入其总重量15%～50%的含中性水分子的矿物砂开始混砂，然后按混合砂总重量的2.0%～4.0%加入无机粘结剂继续混砂，随后再按混合砂总重量的1.0%～1.8%加入粉末固化剂混砂，直至附着在混合砂上无机粘结剂与固化剂结合形成凝胶，制成无机干态覆膜砂。
本发明的进一步限定技术方案，前述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂，所述原砂按重量百分比计包括如下成分：SiO2：90%～93%、Al3O2：4%～5%、 Fe2O3：0.2%～0.45%、 Na2O：0.4%～0.7%、 K2O ：2.5%～3.5%、含泥量＜0.3%；所述原砂的粒度分布为50/100目，平均粒度为65目。
前述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂，所述矿物砂包括以下特征：
（1）所述矿物砂为硅铝酸盐耐火材料；
（2）其内部结构为海绵状的结构；
（3）常温下储存10%～40%的中性水分子；
（4）在大于80℃开始流失水；
（5）粒度分布为50/100目，平均粒度为70目。
前述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂，所述无机粘结剂为硅酸盐粘结剂；所述硅酸盐粘结剂按重量百分比计包括以下成分：硅酸钠15%～25%、硅酸钾8%～15%、氢氧化锂0.5%～2%、氢氧化钾4%～8%、磷酸钠3%～5%、溃散剂3%，其余为水。
前述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂，所述粉末固化剂按重量百分比计包括以下成分：无定型二氧化硅92%～96%、氧化铁粉1%～2%、氧化铝粉1%～2%、石墨粉0.5%～1.5%、滑石粉0.5%～1.5%、氢氧化钙0.5%～1.5%。
本发明提出一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂的制芯方法，采用前述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂制作砂芯，包括以下步骤：
（1）在原砂中加入其总重量15%～50%的含中性水分子的矿物砂开始混砂30s～90s；
（2）按照混合砂总重量的2.0%～4.0%加入无机粘结剂继续混砂30s～60s；
（3）后按照混合砂总重量的1.0%～1.8%加入粉末固化剂混砂，直至无机粘结剂砂呈干燥且分散砂状；
（4）将所述步骤（3）的混合砂经破碎筛分后倒入射芯机砂斗；
（5）将温芯盒模具加热至100℃～180℃后开始射砂成型；
（6）射砂后保温2min～15min脱水固化成型，即得所需砂芯。
本发明具有如下积极效果：
本申请方案中的粉末固化剂以无定形二氧化硅为主，其可溶于硅酸盐粘结剂中使粘结剂模数提高粘度变大，从液态逐渐向凝胶状态转变以及在凝胶外围成型致密的硬化膜从而达到干态覆膜砂的效果。相比现有技术在制备成的磷酸盐干态覆膜砂中加入柠檬酸水溶液在进行射砂，在射砂过程中又转变为湿态覆膜砂。而本申请方案最终射砂成型依然是以干态覆膜砂的形式射入模具，全过程均为干态，成型效果好，覆膜砂射入模具阻力少，制得的砂芯致密度高。采用该方案组分覆膜砂制备"8"字试样，即时抗拉强度最高可达1.8MPa，24H强度最高可达2.4MPa。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂，在原砂中加入其总重量20%的含中性水分子的矿物砂开始混砂，然后按照混合砂总重量的2.6%加入无机粘结剂继续混砂，随后按照混合砂总重量的1.3%加入粉末固化剂混砂，直至附着在混合砂上无机粘结剂与固化剂结合形成凝胶，制成无机干态覆膜砂。
本实施例的原砂包括以下特征：
本实施例矿物砂包括以下特征：
本实施例无机粘结剂为硅酸盐粘结剂，按重量百分比计包括以下组分：
本实施例粉末固化剂按重量百分比计包括以下组分：
采用该无机干态覆膜砂用温芯盒成型的砂芯，包括以下步骤：
（1）在原砂中加入其总重量20%的含中性水分子的矿物砂开始混砂60s；
（2）按照混合砂总重量的2.6%加入无机粘结剂继续混砂60s；
（3）后按照混合砂总重量的1.3%加入粉末固化剂混砂，直至无机粘结剂砂呈干燥且分散砂状；
（4）将前述步骤（3）的混合砂经破碎筛分后倒入射芯机砂斗；
（5）将温芯盒八字试块模具加热至150℃后开始射砂成型；
（6）射砂后保温15min脱水固化成型，制得“8”字试块。
制得的八字试块经测试性能如下：
实施例2
本实施例提供一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂，在原砂中加其总重量30%的含中性水分子的矿物砂开始混砂，然后按照混合砂总重量的2.3%加入无机粘结剂继续混砂，随后按照混合砂总重量的1.2%加入粉末固化剂混砂，直至附着在混合砂上无机粘结剂与固化剂结合形成凝胶，制成无机干态覆膜砂。
本实施例采用的原砂包括以下特征：
本实施例的矿物砂包括以下特征：
本实施例的无机粘结剂为硅酸盐粘结剂，按重量百分比计包括以下组分：
本实施例的粉末固化剂按重量百分比计包括以下组分：
采用该无机干态覆膜砂用温芯盒成型的砂芯，包括以下步骤：
（1）在原砂中加入其总重量30%的含中性水分子的矿物砂开始混砂60s；
（2）按照混合砂总重量的2.3%加入无机粘结剂继续混砂60s；
（3）后按照混合砂总重量的1.2%加入粉末固化剂混砂，直至无机粘结剂砂呈干燥且分散砂状；
（4）将前述步骤（3）的混合砂经破碎筛分后倒入射芯机砂斗
（5）温芯盒八字试块模具加热至180℃后开始射砂成型；
（6）射砂后保温15min脱水固化成型，制得“8”字试块。
制得的八字试块经测试性能如下：
经测试，实施例1和实施例2的覆膜砂和制备养护工艺制成的“8”字试块的抗拉强度均得到显著提升，性能指标远超现有常规覆膜砂的指标。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂，其特征在于：在原砂中加入其总重量15%～50%的含中性水分子的矿物砂开始混砂，然后按混合砂总重量的2.0%～4.0%加入无机粘结剂继续混砂，随后再按混合砂总重量的1.0%～1.8%加入粉末固化剂混砂，直至附着在混合砂上无机粘结剂与固化剂结合形成凝胶，制成无机干态覆膜砂;所述粉末固化剂按重量百分比计包括以下成分：无定型二氧化硅92%～96%、氧化铁粉1%～2%、氧化铝粉1%～2%、石墨粉0.5%～1.5%、滑石粉0.5%～1.5%、氢氧化钙0.5%～1.5%；所述无机粘结剂为硅酸盐粘结剂，所述硅酸盐粘结剂按重量百分比计包括以下成分：硅酸钠15%～25%、硅酸钾8%～15%、氢氧化锂0.5%～2%、氢氧化钾4%～8%、磷酸钠3%～5%、溃散剂3%，其余为水。
2.根据权利要求1所述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂，其特征在于：所述原砂按重量百分比计包括如下成分：SiO2：90%～93%、Al3O2：4%～5%、Fe2O3：0.2%～0.45%、Na2O：0.4%～0.7%、K2O：2.5%～3.5%、含泥量＜0.3%；所述原砂的粒度分布为50/100目，平均粒度为65目。
3.根据权利要求1所述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂，其特征在于：所述矿物砂包括以下特征：
（1）所述矿物砂为硅铝酸盐耐火材料；
（2）其内部结构为海绵状的结构；
（3）常温下储存10%～40%的中性水分子；
（4）在大于80℃开始流失水；
（5）粒度分布为50/100目，平均粒度为70目。
4.一种温芯盒成型的无机干态覆膜砂的制芯方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的温芯盒成型的无机干态覆膜砂制作砂芯，包括以下步骤：
（1）在原砂中加入其总重量15%～50%的含中性水分子的矿物砂开始混砂30s～90s；
（2）按照混合砂总重量的2.0%～4.0%加入无机粘结剂继续混砂30s～60s；
（3）后按照混合砂总重量的1.0%～1.8%加入粉末固化剂混砂，直至无机粘结剂砂呈干燥且分散砂状；
（4）将前述步骤（3）的混合砂经破碎筛分后倒入射芯机砂斗；
（5）将温芯盒模具加热至100℃～180℃后开始射砂成型；
（6）射砂后保温2min～15min脱水固化成型，即得所需砂芯。
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