CN113787165B - 一种流动性好的高熔点覆膜砂 - Google Patents

一种流动性好的高熔点覆膜砂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流动性好的高熔点覆膜砂，属于覆膜砂制造技术领域。本发明首先在石英砂中按一定比例掺杂碳纳米管、纳米氧化钇与铬矿砂混合制得一种混制骨料，所得混制骨料耐火度高、挥发物少、强度高，且制备方法简单、价格较低。将该混制骨料与粘结剂、固化剂、润滑剂加热混砂，制得一种流动性好的高熔点覆膜砂，本发明有效解决了常规覆膜砂粘砂、变形、热裂、气孔等铸造缺陷，制备方法简单，具有良好的应用前景。

Description

一种流动性好的高熔点覆膜砂
技术领域
本发明属于覆膜砂制造技术领域，具体涉及一种流动性好的高熔点覆膜砂。
背景技术
覆膜砂造型法于1944年由德国的J.Croning发明，日本于1953年引进推广。发明初期，是将粉末状的酚醛树脂和硬化剂混合进硅砂形成的；后发展成用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂(六亚甲基四胺)和润滑剂通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂，当覆膜砂受热时包裹在砂粒表面的树脂熔融，在六亚甲基四胺分解出的亚甲基的作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。
然而，现有覆膜砂制备工艺中，因为一般采用酚醛树脂为粘结剂，虽然酚醛树脂的粘结性能良好，但是其粘度较大，这会导致覆膜砂流动性较差从而影响后续铸件的加工性能及精密性；此外，酚醛树脂的耐热性较差，其会导致覆膜砂高温下易变形，造成粘砂、热裂、气孔等缺陷；因此，研制一种高熔点且流动性好的覆膜砂是有必要的。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提供了一种流动性好的高熔点覆膜砂，具体是通过如下技术方案实现的：
一种流动性好的高熔点覆膜砂，所述覆膜砂原料按重量份数计包括以下组分：
混制骨料200份，
热塑性酚醛树脂6-11份，
偶联剂0.3-0.55份，
乌洛托品0.5-0.8份，
润滑剂0.8-0.9份。
进一步地，所述混制骨料制备原料包括石英砂、铬矿砂、碳纳米管、氧化钇。
进一步地，所述铬矿砂为石英砂质量的12％-17％，碳纳米管为石英砂质量的1.4％-3.0％，氧化钇为石英砂质量的6.5％-8.4％。
进一步地，所述铬矿砂中Cr2O3的含量不低于48％，Fe2O3含量不高于19％。
进一步地，所述石英砂与铬矿砂AFS粒度均为55-65。
铬矿砂有较好的抗碱性渣的作用，不与氧化铁等发生反应，实际生产加工中，铬矿砂可以有效避免热化学粘砂；另外，在熔融金属浇铸过程中，铬矿砂本身会发生固相烧结，降低熔融金属的渗透，可防止机械粘砂。铬矿砂中铬、铁元素比例是影响其性能的关键因素，结合本发明制备工艺体系，本发明选择Cr2O3的含量不低于48％，Fe2O3含量不高于19％的铬矿砂作为原料制备骨料，使得最终制备的覆膜砂粘砂缺陷显著降低。
进一步地，所述碳纳米管混制前需进行预处理：按质量体积比(g/mL)1：20将碳纳米管与酸溶液混合，加热至70-110℃超声并磁力搅拌，冷凝回流3h后洗涤过滤干燥。
进一步地，所述酸溶液为质量分数75％的硫酸与质量分数60％的硝酸按体积比1：1.6-1.8配制。
进一步地，所述混制骨料的制备方法为：按配比称取混制骨料各原料，取铬矿砂与碳纳米管以800-1200r/min转速混合搅拌10min，随后将所得混合物加至事先于900℃煅烧2h的石英砂中，以1500-2500r/min转速混合搅拌50min后加入氧化钇继续搅拌20min即得。
进一步地，所述氧化钇为纳米氧化钇，其纯度不低于99.99％，粒径大小30-50nm。
碳纳米管(CNTs)具有独特的低维结构和力学、机械特性、热稳定性和导热性，将其掺杂于骨料中可以显著提高所制覆膜砂的熔点，本发明对碳纳米管酸化预处理后可提高其在热塑性酚醛树脂中的分散均匀性；而纳米氧化钇可以有效降低热塑性酚醛树脂的粘度，从而改善覆膜砂的高温流动性。本发明在石英砂中按一定比例掺杂碳纳米管、纳米氧化钇与铬矿砂混合制得一种混制骨料，该骨料耐火度高、挥发物少、强度高，且制备方法简单、价格较低，使用本发明混制骨料制得的覆膜砂熔点高、高温流动性好，有效解决了常规覆膜砂粘砂、变形、热裂、气孔等铸造缺陷。
进一步地，所述乌洛托品为质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液。
进一步地，所述润滑剂为硬脂酸钙。
本发明还提供了一种流动性好的高熔点覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
A、按配比称取各原料备用；
B、取混制骨料加热至135-160℃，转入混砂机，加入热塑性酚醛树脂与偶联剂混砂60-80s；
C、待步骤B混合物温度冷却至90-110℃，加入乌洛托品混砂30-40s；
D、待步骤C混合物温度冷却至80℃，加入润滑剂混砂30s，结束后立刻放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
进一步地，所述偶联剂为KH550与KH560按等质量配比而得。
进一步地，所述偶联剂添加量为所述热塑性酚醛树脂的0.5％。
本发明采用KH550与KH560与粘结剂热塑性酚醛树脂一同混砂，KH550是一种优异的粘结促进剂，其可以改进热塑性酚醛树脂的粘结性能，提高其与本发明混制骨料的粘合性；KH560则可以改善热塑性酚醛树脂的兼容性、分散性和流动性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明制备了一种用于制造覆膜砂的混制骨料，其制备工艺简单，成本较低，且该混制骨料耐火度高、挥发物少、强度高。
2.本发明制备的覆膜砂熔点高、高温流动性好，有效解决了常规覆膜砂粘砂、变形、热裂、气孔等铸造缺陷。
3.本发明覆膜砂制备条件与常规覆膜砂相近，步骤简单易于操作，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
1、按重量份数取石英砂100份、铬矿砂15份、碳纳米管2.6份、纳米氧化钇7.7份；其中铬矿砂中Cr2O3的含量为51％、Fe2O3含量为18％，石英砂与铬矿砂AFS粒度均为55-65，纳米氧化钇不低于99.99％、粒径大小30-50nm，碳纳米管事先已进行预处理(按质量体积比(g/mL)1：20将碳纳米管与酸溶液混合，加热至100℃超声并磁力搅拌，冷凝回流3h后洗涤过滤干燥)。
2、将铬矿砂与碳纳米管以1100r/min转速混合搅拌10min，随后将所得混合物加至事先于900℃煅烧2h的石英砂中，以2400r/min转速混合搅拌50min后加入纳米氧化钇继续搅拌20min得到混制骨料。
3、按重量份数取上述混制骨料200份、热塑性酚醛树脂9份、偶联剂(KH550与KH560按等质量配比)0.45份、乌洛托品(质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液)0.6份、润滑剂(硬脂酸钙)0.8份。
4、取混制骨料加热至155℃，转入混砂机，加入热塑性酚醛树脂与偶联剂混砂72s；混合物温度冷却至102℃，加入乌洛托品混砂35s；混合物温度冷却至80℃，加入润滑剂混砂30s，结束后立刻放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点134℃、流下时间为29.3s。
实施例2
1、按重量份数取石英砂100份、铬矿砂15份、碳纳米管1.4份、纳米氧化钇8.4份；其中铬矿砂中Cr2O3的含量为49％、Fe2O3含量为18％，石英砂与铬矿砂AFS粒度均为55-65，纳米氧化钇不低于99.99％、粒径大小30-50nm，碳纳米管事先已进行预处理(按质量体积比(g/mL)1：20将碳纳米管与酸溶液混合，加热至100℃超声并磁力搅拌，冷凝回流3h后洗涤过滤干燥)。
2、将铬矿砂与碳纳米管以1100r/min转速混合搅拌10min，随后将所得混合物加至事先于900℃煅烧2h的石英砂中，以2400r/min转速混合搅拌50min后加入纳米氧化钇继续搅拌20min得到混制骨料。
3、按重量份数取上述混制骨料200份、热塑性酚醛树脂9份、偶联剂(KH550与KH560按等质量配比)0.45份、乌洛托品(质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液)0.6份、润滑剂(硬脂酸钙)0.8份。
4、取混制骨料加热至155℃，转入混砂机，加入热塑性酚醛树脂与偶联剂混砂72s；混合物温度冷却至102℃，加入乌洛托品混砂35s；混合物温度冷却至80℃，加入润滑剂混砂30s，结束后立刻放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点117℃、流下时间为28.8s。
实施例3
1、按重量份数取石英砂100份、铬矿砂15份、碳纳米管3份、纳米氧化钇6.5份；其中铬矿砂中Cr2O3的含量为49％、Fe2O3含量为18％，石英砂与铬矿砂AFS粒度均为55-65，纳米氧化钇不低于99.99％、粒径大小30-50nm，碳纳米管事先已进行预处理(按质量体积比(g/mL)1：20将碳纳米管与酸溶液混合，加热至100℃超声并磁力搅拌，冷凝回流3h后洗涤过滤干燥)。
2、将铬矿砂与碳纳米管以1100r/min转速混合搅拌10min，随后将所得混合物加至事先于900℃煅烧2h的石英砂中，以2400r/min转速混合搅拌50min后加入纳米氧化钇继续搅拌20min得到混制骨料。
3、按重量份数取上述混制骨料200份、热塑性酚醛树脂9份、偶联剂(KH550与KH560按等质量配比)0.45份、乌洛托品(质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液)0.6份、润滑剂(硬脂酸钙)0.8份。
4、取混制骨料加热至155℃，转入混砂机，加入热塑性酚醛树脂与偶联剂混砂72s；混合物温度冷却至102℃，加入乌洛托品混砂35s；混合物温度冷却至80℃，加入润滑剂混砂30s，结束后立刻放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点137℃、流下时间为30.4s。
实施例4
1、按重量份数取石英砂100份、铬矿砂12份、碳纳米管1.8份、纳米氧化钇6.8份；其中铬矿砂中Cr2O3的含量为52％、Fe2O3含量为19％，石英砂与铬矿砂AFS粒度均为55-65，纳米氧化钇不低于99.99％、粒径大小30-50nm，碳纳米管事先已进行预处理(按质量体积比(g/mL)1：20将碳纳米管与酸溶液混合，加热至100℃超声并磁力搅拌，冷凝回流3h后洗涤过滤干燥)。
2、将铬矿砂与碳纳米管以1100r/min转速混合搅拌10min，随后将所得混合物加至事先于900℃煅烧2h的石英砂中，以2400r/min转速混合搅拌50min后加入纳米氧化钇继续搅拌20min得到混制骨料。
3、按重量份数取上述混制骨料200份、热塑性酚醛树脂11份、偶联剂(KH550与KH560按等质量配比)0.55份、乌洛托品(质量分数40％的六亚甲基四胺水溶液)0.6份、润滑剂(硬脂酸钙)0.8份。
4、取混制骨料加热至144℃，转入混砂机，加入热塑性酚醛树脂与偶联剂混砂70s；混合物温度冷却至100℃，加入乌洛托品混砂32s；混合物温度冷却至80℃，加入润滑剂混砂30s，结束后立刻放砂出料、破碎筛分得到覆膜砂。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点122℃、流下时间29.7s。
对比例1
除混制骨料制备过程中不添加碳纳米管外与实施例1相同。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点101℃、流下时间29.5s。
对比例2
除混制骨料制备过程中不添加纳米氧化钇外与实施例1相同。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点130℃、流下时间41.1s。
对比例3
仅使用石英砂与铬矿砂制备骨料，其余步骤参数与实施例1相同。
对所得覆膜砂熔点、流动性检测，得：熔点99℃、流下时间41.6s。
上述检测标准：JB/T 8583-2008。
由实施例1-4及对比例1-3所得覆膜砂检测数据可知，本发明方法制备的覆膜砂熔点高、流动性好，而使用未掺杂碳纳米管的混制骨料制备得到的覆膜砂熔点较差，使用未掺杂纳米氧化钇的混制骨料制备得到的覆膜砂流动性较差，证明本发明采用碳纳米管与纳米氧化钇掺杂制备的骨料可以显著改善覆膜砂流动性、提高其熔点。
以上所描述的实施例仅为本发明优选实施例，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种流动性好的高熔点覆膜砂，其特征在于，所述覆膜砂原料按重量份数计包括以下组分：
混制骨料200份，
热塑性酚醛树脂6-11份，
偶联剂0.3-0.55份，
乌洛托品0.5-0.8份，
润滑剂0.8-0.9份；
所述混制骨料制备原料为石英砂、铬矿砂、碳纳米管、氧化钇；其中，铬矿砂中Cr2O3的含量不低于48%，Fe2O3含量不高于19%；混制骨料的制备方法为：按配比称取混制骨料各原料，取铬矿砂与碳纳米管以800-1200 r/min转速混合搅拌10 min，随后将所得混合物加至事先于900℃煅烧2 h的石英砂中，以1500-2500 r/min转速混合搅拌50 min后加入氧化钇继续搅拌20 min；
所述铬矿砂为石英砂质量的12%-17%，所述碳纳米管为石英砂质量的1.4%-3.0%，所述氧化钇为石英砂质量的6.5%-8.4%；
其中，所述碳纳米管混制前需进行预处理：按质量体积比（g/mL）1：20将碳纳米管与酸溶液混合，加热至70-110℃超声并磁力搅拌，冷凝回流3 h后洗涤过滤干燥；所述氧化钇为纳米氧化钇，其纯度不低于99.99%，粒径大小30-50 nm；酸溶液为质量分数75%的硫酸与质量分数60%的硝酸按体积比1：1.6-1.8配制。
2.根据权利要求1所述一种流动性好的高熔点覆膜砂，其特征在于，所述乌洛托品为质量分数40%的六亚甲基四胺水溶液。
3.一种如权利要求1或2所述流动性好的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、按配比称取各原料备用；
B、取混制骨料加热至135-160℃，转入混砂机，加入热塑性酚醛树脂与偶联剂混砂60-80 s；
C、待步骤B混合物温度冷却至90-110℃，加入乌洛托品混砂30-40 s；
D、待步骤C混合物温度冷却至80℃，加入润滑剂混砂30 s，结束后立刻放砂出料、破碎筛分即得覆膜砂。
4.根据权利要求3所述流动性好的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤B所述偶联剂为KH550与KH560按等质量配比而得。
5.根据权利要求3所述流动性好的高熔点覆膜砂的制备方法，其特征在于，步骤B所述偶联剂添加量为所述热塑性酚醛树脂的0.5%。
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