CN114799038A - 一种易溃散覆膜砂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种易溃散覆膜砂，包括如下成分：硅砂、酚醛树脂、固化剂乌洛托品、润滑剂硬脂酸钙、以及易溃散剂；所述易溃散剂包括氧化钙和聚丙烯酸盐，且所述易溃散剂是所述硅砂重量的0.01‑0.05％。在铸造中在将高温金属液注入型腔后，使用本发明提供的易溃散覆膜砂制成的砂芯能够轻微膨胀，破坏砂粒之间的连接桥，解决了常规覆膜砂在生产大型铸铝铸件时溃散困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及覆膜砂领域，具体涉及一种易溃散覆膜砂及其制备方法。
背景技术
我国新能源汽车的迅速发展，要逐步实现高端零部件从进口到国产化的转变，对国内铸造企业的机遇和挑战，而汽车轻量化是一种坚定不移的趋势，而对于汽车轻量化来说，镁铝合金材料的使用必不可少。
有色金属镁铝合金铸件的浇注温度为750℃左右，铸造最常用的造型材料为覆膜砂热芯，但是对于厚大的铸铝件(比如电机壳、缸盖、支架、桥壳)等来说，砂芯尺寸大，内部覆膜砂仍然是散砂，未能完全固化，浇铸后散砂受热发生固化，造成砂芯内部的散砂强度很高，致使砂芯不能够溃散，造成铸件夹砂缺陷。
例如，公开号为CN 113263133A的发明专利申请中公开了一种易溃散覆膜砂，其特征在于，包括如下质量分数的原料：原砂1000份，低熔点高聚速树脂10-16份，乌洛托品水溶液1.5-2.5份，硬脂酸钙0.7-1.1份，溃散剂1-3份，所述溃散剂包括氯酸钾和二氧化锰。
例如，授权公告号为CN 103521676B中公开了一种铸造用耐高温易溃散覆膜砂，其特征在于，含有以下重量份的组分：原砂97-98份、酚醛树脂2-2.5份、乌洛托品0.3-0.4份、硬脂酸钙0.15-0.2份、无水硫酸铜0.1-0.3份；所述无水硫酸铜的含量为酚醛树脂含量的5％。
这两种易溃散覆膜砂的缺陷在于，溃散剂无水硫酸铜，受高热分解产生有毒的硫化物烟气，不符合绿色制造的要求。溃散剂氯酸钾与二氧化锰反应会生成高锰酸钾，而高锰酸钾在400℃以上则分解并放出氧气，尤其在催化剂二氧化锰的配合下，会和金属粉末等混合而形成爆炸性混合物，材料使用不安全，而且由于在使用过程中会释放出氧气，从而使铸件气孔缺陷增加。
“气孔”，是指在液态金属在冷却凝固过程中，因造型材料粘结剂燃烧生产的气体，或者因金属液气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔，是铸件生产中最常见的缺陷之一。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种新型的易溃散覆膜砂，包括如下成分：硅砂、酚醛树脂、固化剂乌洛托品、润滑剂硬脂酸钙、以及易溃散剂；所述易溃散剂包括氧化钙和聚丙烯酸盐，且所述易溃散剂是所述硅砂重量的0.01-0.05％。
本发明还提供一种易溃散覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅砂加热至预定温度120℃-150℃，加入到混砂桶中；
(2)将固态酚醛树脂加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，利用所述硅砂的余热将所述酚醛树脂溶解并包覆在砂表面，形成酚醛树脂膜；
(3)将固化剂乌洛托品溶液加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，用所述硅砂的余热将所述乌洛托品溶液中的水分蒸发掉；
(4)先将高吸水性聚丙烯酸盐加入所述混砂桶内，以吸收混合料中的残余水分；再将氧化钙粉末加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，以使氧化钙粉末均匀地混在酚醛树脂膜上；
(5)加入润滑剂硬脂酸钙粉末，搅拌均匀；
(6)最后冷却、包装。
本发明提供的易溃散覆膜砂的制备方法中，乌洛托品溶液中的水分被硅砂的余热蒸发掉，随后加入的高吸水性聚丙烯酸盐能吸收掉混合料中的残余水分。
之后，采用本发明提供的易溃散覆膜砂制成的砂芯制作造型材料时，当铸铝件在浇注时，易溃散覆膜砂中的易溃散剂氧化钙，能够吸收砂芯中吸附在聚丙烯酸盐中的残余水分和铝水所析出的水分(原理：高温下，溶解在铝水中的H和O元素，在铝水凝固过程中，随着铝水的温度下降，造成H和O元素的溶解度下降而析出，从而结合成H2O蒸汽)，氧化钙会持续地放热，加速酚醛树脂膜的分解，氧化钙吸收水分后会轻微膨胀，从而破坏砂芯的结构，解决砂芯溃散的问题。
反应方程式：CaO+H2O＝(CaOH)2
本发明在制备易溃散覆膜砂的时候加入一定量的上述易溃散剂，制成易溃散覆膜砂；在高温金属液注入型腔后，使用本发明提供的易溃散覆膜砂制成的砂芯能够轻微膨胀，破坏砂粒之间的连接桥，解决了常规覆膜砂在生产大型铸铝铸件时溃散困难的问题。
具体地，本发明具备以下优点：
①采用本发明中使用的易溃散剂处理覆膜砂，通过易溃散剂的放热的化合反应，释放的热量促进酚醛树脂的烧损，并利用其轻微的膨胀，破坏砂芯结构，从而具有提高覆膜砂溃散性的优点，并且成本优势明显，降低铸件的报废率，是铸造领域的一种全新材料。
②本发明的易溃散剂包覆在覆膜砂粒表面，不影响覆膜砂的常规性能。
③易溃散剂本身就是一种比较稳定的材料，在200-300℃的制芯温度下不会有任何副作用，本身不会对覆膜砂的生产和使用工艺产生不利因素。
④本发明混制的覆膜砂，还有除水气的效果，充分吸收铝水或者砂芯中的水汽，有效解决了铸铝件容易出现氢气孔、氧化渣气孔的缺陷，以提高铸件的致密性和合格率。尤其是解决了普通硅砂能用于高端液压件、电机壳铸件、航天件的特殊需求。
具体实施方式
本发明提供一种易溃散覆膜砂，其中，包括如下成分：硅砂、酚醛树脂、固化剂乌洛托品、润滑剂硬脂酸钙、以及易溃散剂；所述易溃散剂包括氧化钙和聚丙烯酸盐，且所述易溃散剂是所述硅砂重量的0.01-0.05％。
本发明通过研究发现，若易溃散剂的加入量过多，而吸收的水分有限，会造成不能充分发挥放热膨胀效果，会还降低覆膜砂的强度；若易溃散剂的加入量过少，会导致吸收的水汽和热膨胀效果有限，不能发挥溃散效果。经过多次验证实验，易溃散剂的最佳的加入量是硅砂重量的0.01-0.05％。
本发明对易溃散覆膜砂中的硅砂、酚醛树脂、固化剂乌洛托品、以及润滑剂硬脂酸钙的含量没有特别的限制，使用现有的含量即可，例如可以为：以重量计，硅砂100份、酚醛树脂1-2份、固化剂乌洛托品0.1-0.3份、润滑剂硬脂酸钙0.05-0.15份、易溃散剂0.01-0.05份。
本发明中，所述易溃散剂包括：生石灰氧化钙和聚丙烯酸盐(例如，高吸水性聚丙烯酸钠等)，以所述易溃散剂的总质量为100％计算，所述氧化钙的质量可以为70-80％，所述聚丙烯酸盐的质量可以为20-30％。
本发明还提供一种易溃散覆膜砂的制备方法，其中，包括以下步骤：
(1)将硅砂加热至预定温度120℃-150℃，加入到混砂桶中；
(2)将固态酚醛树脂加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，利用所述硅砂的余热将所述酚醛树脂溶解并包覆在砂表面，形成酚醛树脂膜；
(3)将固化剂乌洛托品溶液加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，用所述硅砂的余热将所述乌洛托品溶液中的水分蒸发掉；
(4)先将高吸水性聚丙烯酸盐加入所述混砂桶内，以吸收混合料中的残余水分；再将氧化钙粉末加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，以使氧化钙粉末均匀地混在酚醛树脂膜上；
(5)加入润滑剂硬脂酸钙粉末，搅拌均匀；
(6)最后冷却、包装。
其中，在所述乌洛托品溶液中，乌洛托品的浓度为常规的浓度，可以为30-40重量％。
本发明提供的易溃散覆膜砂实现砂芯易溃散功能的实现工艺包括：
1)利用本发明提供的方法，制备易溃散覆膜砂。
2)制芯温度在200-300℃，在该温度下易溃散剂本身具备一定的耐热性，不会发生化学变化。
3)在铸铝件的浇注阶段，易溃散剂发挥相应的放热、膨胀效果。
下面通过实施例对本发明进行更具体的说明。本发明中“份”指“重量份”。
实施例1
采用包括如下步骤的方法制备易溃散覆膜砂：
(1)将100份硅砂加热至预定温度120℃，加入到混砂桶中；
(2)将1份固态酚醛树脂加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，利用所述硅砂的余热将所述酚醛树脂溶解并包覆在砂表面，形成酚醛树脂膜；
(3)将固化剂乌洛托品水溶液(其中，乌洛托品的量为0.1份、乌洛托品的浓度为30％)加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，用所述硅砂的余热将所述乌洛托品溶液中的水分蒸发掉；
(4)先将0.003份高吸水性聚丙烯酸钠加入所述混砂桶内，以吸收混合料中的残余水分；再将0.007份氧化钙粉末加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，以使氧化钙粉末均匀地混在酚醛树脂膜上；
(5)加入0.05份润滑剂硬脂酸钙粉末，搅拌均匀；
(6)最后冷却、包装，制得实施例1的易溃散覆膜砂A1。
实施例2-3以及对比例1-2
除了具体条件如下表1所示之外，使用与实施例1相同的方法，分别制得实施例2-3的易溃散覆膜砂A2-A3以及对比例1-2的易溃散覆膜砂B1-B2。
表1
对比例3
使用公开号为CN 113263133A中公开的易溃散覆膜砂中实施例2的方法制得易溃散覆膜砂B3。
对比例4
使用授权公告号为CN 103521676B中公开的铸造用耐高温易溃散覆膜砂中实施例3的方法制得易溃散覆膜砂B4。
性能测试
下面下述方法分别对实施例1-3以及对比例1-4中制得的易溃散覆膜砂进行性能测试。测试结果下表2所示。
1、常温抗拉强度、常温抗弯强度、灼烧减量以及发气量：按照JB/T8583-2008标准进行检测。
2、溃散率：将制备的易溃散覆膜砂称重后，放入托盘中，放入1000℃的高温炉中，30秒后取出，冷却后，将散落的砂称重，除以原重量，即为溃散率。
表2
从表2的结果可以看出，
1)在本发明提供的易溃散覆膜砂A1-A3，其常温抗拉强度与常温抗弯强度与现有的易溃散覆膜砂B3-B4差不多，但溃散率明显高于现有的易溃散覆膜砂B3-B4。
2)与现有的易溃散覆膜砂B3-B4相比，本发明的易溃散覆膜砂A1-A3中使用的易溃散剂能吸收部分水汽，能够降低发气量。
3)现有的易溃散覆膜砂B3-B4，虽然溃散性也较好，但是发气量和灼减量明显高，导致铸件粘砂，气孔等缺陷风险增加；相应地，本发明的易溃散覆膜砂A1-A3，发气量和灼减量都低，气孔等缺陷风险少，能够降低铸件的报废率。
4)通过实施例3的易溃散覆膜砂A1与对比例1-2的易溃散覆膜砂B1-B2对比，可以看出，对比例1-2中易溃散剂的用量不在本发明的范围内时，制得的易溃散覆膜砂B1-B2的性能都不好。具体地，与实施例3相比，在对比例1中，易溃散剂的用量过低时，制得的易溃散覆膜砂B1的溃散率明显降低；在对比例2中，易溃散剂的用量过多时，会降低易溃散覆膜砂的常温抗拉强度和常温抗弯强度。
Claims (6)
1.一种易溃散覆膜砂，其特征在于，包括如下成分：硅砂、酚醛树脂、固化剂乌洛托品、润滑剂硬脂酸钙、以及易溃散剂；
所述易溃散剂包括氧化钙和聚丙烯酸盐，且所述易溃散剂是所述硅砂重量的0.01-0.05％。
2.根据权利要求1所述的易溃散覆膜砂，其特征在于，以硅砂重量为100份计，酚醛树脂为1-2份、固化剂乌洛托品为0.1-0.3份、润滑剂硬脂酸钙为0.05-0.15份、易溃散剂为0.01-0.05份。
3.根据权利要求1所述的易溃散覆膜砂，其特征在于，以所述易溃散剂的总质量为100％计算，所述氧化钙的质量为70-80％，所述聚丙烯酸盐的质量为20-30％。
4.根据权利要求3所述的易溃散覆膜砂，其特征在于，所述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠。
5.权利要求1-4中任意一项所述的易溃散覆膜砂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅砂加热至预定温度120℃-150℃，加入到混砂桶中；
(2)将固态酚醛树脂加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，利用所述硅砂的余热将所述酚醛树脂溶解并包覆在砂表面，形成酚醛树脂膜；
(3)将固化剂乌洛托品溶液加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，用所述硅砂的余热将所述乌洛托品溶液中的水分蒸发掉；
(4)先将高吸水性聚丙烯酸盐加入所述混砂桶内，以吸收混合料中的残余水分；再将氧化钙粉末加入到所述混砂桶内，搅拌均匀，以使氧化钙粉末均匀地混在酚醛树脂膜上；
(5)加入润滑剂硬脂酸钙粉末，搅拌均匀；
(6)最后冷却、包装。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述乌洛托品溶液中，乌洛托品的浓度为30-40％。
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