本发明涉及铸造材料
技术领域：
，具体涉及一种铸造用耐高温高硅覆膜砂，以及该覆膜砂的制备方法。
背景技术：
：用于铸造行业的覆膜砂都具有一定的耐高温能力。一般将浇注温度在1500℃以上，还能够保持自身强度的覆膜砂称为耐高温覆膜砂。其具有优异的耐高温、高强度、低膨胀、低发气、慢发气、易溃散等性能。耐高温覆膜砂特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件，如汽车发动机缸体、缸盖等；以及高要求的铸钢件，如集装箱角、火车刹车缓冲器壳件等，可有效消除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。耐高温覆膜砂的制备工艺包括在硅砂覆膜时加入一定量的惰性材料，如锆砂、铬铁矿砂、含碳材料或其他惰性材料等。目前国内的耐高温覆膜砂选取的骨料主要有硅砂、宝珠砂、锆英砂等。普通硅砂具有热膨胀量大、角形系数较大、流动性差等缺点，易引起铸件出现粘砂、脉纹、变形以及开裂等缺陷；宝珠砂中铁单质和铁氧化物含量高，在铸铝件和铸钢件生产中容易化学反应，导致铸件粘砂焙烧。并且其制作过程对环境造成污染较大，成本太高。锆英砂虽然综合性能较高，但是资源稀缺、价格昂贵。同时也因为在生产过程中是由机械破碎，角形系数较大会消耗大量的粘结剂。另外，耐高温覆膜砂的性能主要取决于耐高温强度和防止铸造粘砂缺陷的效果。当前主要通过加入四氧化三铁砂起到激冷作用，使得与铸型接触的金属液温度降低，从而防止粘砂；或者加入耐火度为1900℃的铬铁矿粉在硅砂表面形成耐高温膜，增加其耐高温性能，如专利cn107262662a；或者加入耐火度为1800℃的空心陶瓷微珠替代铬铁矿粉，如专利cn108127073a。但是，上述防止粘砂的辅剂由于其耐火性能不够好，在实际铸造生产中仍然会出现粘砂等缺陷，严重时会导致铸件报废。鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的第一目的在于提供一种铸造用耐高温高硅覆膜砂。本发明的第二目的在于提供上述覆膜砂的制备方法。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：本发明涉及一种铸造用耐高温高硅覆膜砂，由包括以下重量份数的原料制备得到：高硅砂100～200份，铁砂5～10份，硅烷偶联剂2～8份，树脂1～5份，石墨粉0.1～1份，乌洛托品0.02～2份，硬脂酸钙0.05～0.5份。优选地，所述覆膜砂由包括以下重量份数的原料制备得到：高硅砂150份，铁砂5～10份，硅烷偶联剂3～7份，树脂2.5～4份，石墨粉0.1～0.8份，乌洛托品0.02～1份，硬脂酸钙0.1～0.3份。优选地，所述硅烷偶联剂选自kh550、kh560、kh570中的至少一种。优选地，所述树脂为酚醛树脂或改性酚醛树脂。优选地，所述高硅砂由包括以下重量份数的原料制备得到：(1)对二氧化硅含量为98％以上的硅砂进行水洗，去除泥污杂质和细粉；(2)对所述硅砂进行焙烧，得到所述高硅砂。优选地，步骤(1)中，所述硅砂的细度为40～270目。优选地，步骤(2)中，所述焙烧的温度为500～800℃；所述焙烧的时间为25～35min。本发明还涉及所述覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：将高硅砂与铁砂预热至120～130℃后加入混砂机，同时加入硅烷偶联剂，混合后依次加入树脂、石墨粉、乌洛托品和硬脂酸钙，冷却后得到所述覆膜砂。优选地，所述覆膜砂的常温抗拉强度≥4.5mpa，耐高温时间≥220s。本发明的有益效果：本发明提供了一种耐高温高硅覆膜砂，该覆膜砂以高硅砂作为骨料，其具有耐高温性能好和原料制作过程环保的优点，且将高硅砂作为骨料的成本低于锆英砂和宝珠砂。并且，该高硅砂以石墨粉作为辅料，由于石墨粉耐火度能达到3000℃，因此能够提高该覆膜砂的高温强度。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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。本发明实施例涉及一种铸造用耐高温高硅覆膜砂，由包括以下重量份数的原料制备得到：高硅砂100～200份，铁砂5～10份，硅烷偶联剂2～8份，树脂1～5份，石墨粉0.1～1份，乌洛托品0.02～2份，硬脂酸钙0.05～0.5份。本发明采用的高硅砂原料来源广泛，无需过多资金投入，与传统覆膜砂相比节省了铸造企业造型材料的成本。铁砂的主要成分为四氧化三铁，在耐高温覆膜砂中主要起到激冷作用和去除气孔的因素，使得与铸型接触的金属液温度降低，从而防止粘砂。硅烷偶联剂的分子结构式一般为y-r-si(or)3，式中y为有机官能基，sior为硅烷氧基。硅烷氧基对无机物具有反应性，有机官能基对有机物具有反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界面之间，可形成有机基体-硅烷偶联剂-无机基体的结合层。加入硅烷能够提高树脂的覆膜效果，以增加耐高温覆膜砂的机械强度。本发明中的硅烷偶联剂可选自kh550、kh560、kh570中的至少一种。本发明中，树脂主要作为粘结剂使用，可以为酚醛树脂或改性酚醛树脂。石墨粉的耐火度能达到3000℃，因此能够提高该覆膜砂的强度。将石墨粉用于覆膜砂后，在铸钢浇注温度(1600℃)下的强度能提高近乎一倍。因此可以用石墨粉替代铬铁矿粉(耐火度1900℃)或空心陶瓷微珠(耐火度1800℃)等耐高温细粉颗粒。并且，石墨粉的成本明显低于后者。乌洛托品，化学名为六亚甲基四胺，用作树脂和塑料的固化剂。当覆膜砂受热时，包覆在沙粒表面的树脂熔融，在乌洛托品分解出的亚甲基作用下，熔融的树脂由线性结构迅速转变为不熔融的体型结构，从而使覆膜砂固化成型。硬脂酸钙是作为润滑剂使用，主要作用为防止结块，并提高覆膜砂的流动性和脱模性。润滑剂应选择熔点较高的物质，以防止覆膜砂在使用过程中脱壳。在本发明的一个实施例中，覆膜砂由包括以下重量份数的原料制备得到：高硅砂150份，铁砂5～10份，硅烷偶联剂3～7份，树脂2.5～4份，石墨粉0.1～0.8份，乌洛托品0.02～1份，硬脂酸钙0.1～0.3份。在本发明的一个实施例中，高硅砂由二氧化硅含量98.5％的硅砂制备得到。本发明采用的高硅砂骨料能够耐受高温，再加上高温焙烧的工艺，使高硅砂的洁净度、耐高温、表面光滑角形系数好且易于覆膜，是一种精工艺的铸造材料，价格在500元左右一吨。进一步地，该高硅砂通过以下方法制备得到：(1)对二氧化硅含量为98％以上的硅砂进行水洗，去除泥污杂质和细粉，得到半成品。如细粉过多，会急剧增加高硅砂的比表面积，降低强度和透气性。(2)对球粒状半成品进行焙烧，得到高硅砂。由于二氧化硅的相变点是573℃，焙烧温度应在相变点附近。优选焙烧的温度为500～800℃；焙烧的时间为25～35min。该高硅砂中，二氧化硅的质量百分含量为98.5％，含泥量≤0.2％，杂质质量百分含量≤1％。一般来说，二氧化硅的含量越高，高硅砂的耐火度越高。但是相应地会增加原料成本。杂质的含量不宜过高，过多的杂质在相变时会增加铸件的粘砂率。氧化铁的含量会影响高硅砂的耐火度，所以氧化铁的含量也不宜过高。二氧化钛对高硅砂的性能无明显影响。本发明实施例还涉及覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：将高硅砂与铁砂预热至120～130℃后加入混砂机，同时加入硅烷偶联剂，混合后依次加入树脂、石墨粉、乌洛托品和硬脂酸钙，冷却后得到覆膜砂。在本发明的一个具体实施例中，将高硅砂与铁砂预热至120～130℃后加入混砂机，同时加入硅烷偶联剂。混合5秒后，加入树脂混制55～60秒。接着加入石墨粉，混制15～20秒。再加入乌洛托品，混合35～40秒。然后加入硬脂酸钙，混合10～15秒，得到覆膜砂。经筛分机去除杂质颗粒，最后经冷却床将覆膜砂降温冷却。实施例1一种铸造用耐高温高硅覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：(一)制备高硅砂(1)对sio2含量为99％的硅砂颗粒进行水洗。(2)对水洗后的硅砂进行焙烧，焙烧的温度为800℃，时间为35min。该高硅砂的性能参数如表1所示。表1检测项目检测结果外观浅白色颗粒角形系数1.25耐火度(℃)1750堆积密度(g/cm3)1.4～1.5灼减量(％)≤0.10含泥量(％)≤0.12酸耗值≤5.0ph值7～8(二)制备铸造用耐高温高硅覆膜砂原材料为：上述制备的高硅砂150份，30～270目的铁砂7.5份，硅烷偶联剂kh5503份(用水稀释3倍)，酚醛树脂2.84份，石墨粉1.5份，乌洛托品0.3份(实际使用的是乌洛托品水溶液，乌洛托品与水的质量比为1:3)，硬脂酸钙0.15份。将高硅砂与铁砂预热至120～130℃后加入混砂机，同时加入硅烷偶联剂。混合5秒后，加入酚醛树脂混制55～60秒。接着加入石墨粉，混制15～20秒。再加入乌洛托品，混合35～40秒。然后加入硬脂酸钙，混合10～15秒，得到覆膜砂。经筛分机去除杂质颗粒，最后经冷却床将覆膜砂降温冷却。实施例2一种铸造用耐高温高硅覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：(一)制备高硅砂(1)对sio2含量为98％的硅砂颗粒进行水洗。(2)对水洗后的硅砂进行焙烧，焙烧的温度为700℃，时间为30min。(二)制备铸造用耐高温高硅覆膜砂的原料为：上述制备的高硅砂200份，30～270目的铁砂10份，硅烷偶联剂kh5708份(用水稀释3倍)，酚醛树脂3.78份，石墨粉4份，乌洛托品0.4份(实际使用的是乌洛托品水溶液，乌洛托品与水的质量比为1:3)，硬脂酸钙0.24份。高硅覆膜砂的制备步骤同实施例1。实施例3一种铸造用耐高温高硅覆膜砂的制备方法，包括以下步骤：(一)制备高硅砂(1)对sio2含量为98％的硅砂颗粒进行水洗。(2)对水洗后的硅砂进行焙烧，焙烧的温度为500℃，时间为20min。(二)制备铸造用耐高温高硅覆膜砂的原料为：上述制备的高硅砂100份，30～270目的铁砂5份，硅烷偶联剂kh5702份(用水稀释3倍)，酚醛树脂2份，石墨粉0.2份，乌洛托品0.2份(实际使用的是乌洛托品水溶液，乌洛托品与水的质量比为1:3)，硬脂酸钙0.12份。高硅覆膜砂的制备步骤同实施例1。对比例1将高硅砂替换为海南砂，其它原料和操作步骤同实施例1。对比例2将石墨粉替换为铬铁矿粉，其它原料和操作步骤同实施例1。对比例3不加入硅烷，其它原料和操作步骤同实施例1。对实施例和对比例的覆膜砂的相关性能进行检测，检测结果如表2所示：表2检测项目常温抗拉强度(mpa)耐高温时间(s)高温烧结率(％)实施例15.024516实施例24.723223实施例34.822128对比例14.319053对比例24.916032对比例34.118329*(1)耐高温时间的具体测试方式为：制作圆柱形覆膜砂试块，试块的直径为φ10-φ50mm，高度为20-100mm，圆柱体的直径与高度的比值为1:2。恒温恒压垂直加载，温度为1200℃，预加的压力为0.2mpa。(2)高温烧结率是将该覆膜砂在1400℃下烧结1min，计算发生粘附的覆膜砂的比例。根据使用经验，大型铸钢件用耐高温覆膜砂的常温抗拉强度至少应大于4.5mpa，耐高温时间至少大于200s。将实施例1至3与对比例1对比可以看出，使用本发明的高硅砂，覆膜砂的强度和耐高温性能都有明显提升。本发明覆膜砂的常温抗拉强度≥4.5mpa，耐高温时间≥220s，在1400℃的烧结率≤20％。将实施例1与对比例2对比可以看出，将石墨粉作为防粘结剂时，对耐高温性能有明显的提升，但对强度提升作用不明显。将实施例1与对比例3对比可以看出，加入硅烷能够明显提升强度，但对耐高温性能没有明显影响。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。当前第1页12