本发明属铸造覆膜砂制备技术，具体涉及一种提高覆膜砂性能的制备方法。
背景技术：
铸造用覆膜砂是指造型或制芯前在原砂颗粒表面覆有一层固体粘结剂的型砂或芯砂。由于覆膜砂具有强度高、发气量低、生产铸件尺寸精度高、表面光洁、便于保存等优点，广泛应用于各种铸钢、铸铁和其他合金铸件的生产。覆膜砂的原砂除了常用的硅砂外，还有铬铁矿砂、锆英砂、刚玉砂、宝珠砂等特种砂，其中宝珠砂因其流动性好、热膨胀率低、溃散性好、可再生使用等优点，常添加到含复杂水路、油路或气路结构，以及细薄、壳型(芯)的硅砂覆膜砂中，以改善硅砂覆膜砂性能，并避免纯宝珠砂覆膜砂的高成本。但是添加宝珠砂覆膜砂的硅砂覆膜砂铸型(芯)在复杂铸件的生产中仍然会出现内腔变形、断芯、气孔、脉纹等缺陷，因此，必须进一步提高强度，降低发气量，使其满足复杂铸件的生产需求。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的是提供一种提高覆膜砂性能的方法，提高硅砂覆膜砂的强度和溃散性，降低发气量，以满足复杂铸件生产对覆膜砂性能的要求。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种提高覆膜砂性能的方法采用以下技术方案：
该方法是在制备原砂为硅砂的覆膜砂时加入硅烷偶联剂，在制备原砂为宝珠砂覆膜砂时对宝珠砂进行硫酸溶液酸洗处理，将以上两种覆膜砂按质量比80:20～20:80混合。
所述的硅砂覆膜砂制备过程包括以下步骤：
1)将硅砂在烘箱中预热到140℃～220℃后，倒入混砂机中搅拌；
2)当温度降到130℃～140℃时加入占原砂质量2％～5％的树脂，随后加入占原砂质量0.3％～1％的硅烷偶联剂溶液，混砂60s～90s；
3)加入占树脂质量3％～6％的硬脂酸钙，混砂40s～60s；
4)砂温降到105℃～110℃时加入占树脂质量5～20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂40s～80s；
5)降温到80℃以下出料；
6)破碎，筛分，得硅砂覆膜砂。
所述的宝珠砂经硫酸溶液酸洗处理包括以下步骤：
1)准备与待混合硅砂相同粒度的铸造用宝珠砂；
2)准备占原砂质量30％～50％、体积浓度为5％～20％的硫酸作为处理液，宝珠砂在处理液中浸泡酸洗60min～90min；
3)酸洗后反复水洗清除酸液，到清洗水的pH值约为7；
4)100℃～1000℃干燥0.5h～2h后用于覆膜。
所述的硅砂覆膜用偶联剂为硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570。
所述的硅砂形状为圆形或椭圆形，宝珠砂形状为圆形，其粒度均为20目～200目。
所述的经酸洗处理的宝珠砂覆膜工艺为：将原砂在烘箱中预热到140℃～220℃后，倒入混砂机中；当温度降到130℃～140℃时加入占原砂质量2％～5％的树脂，混砂60s～90s；砂温降到105℃～110℃时加入占树脂质量5～20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂40s～80s；再加入占树脂质量3％～6％的硬脂酸钙，混砂40s～60s；降温到80℃以下出料；破碎，筛分，得宝珠砂覆膜砂。
所述的两种覆膜砂混合质量比为20:80～80:20。
有益效果：硅烷偶联剂分子中同时具有能与无机硅砂结合的反应性基团和与酚醛树脂结合的反应性基团，增强硅砂与酚醛树脂之间的结合力。酸洗处理去除了宝珠砂中各种杂质和污染物，并使砂粒表面产生更多的沟槽、孔洞，粗糙表面增大了树脂与砂粒的接触面积，增强了树脂与砂粒的机械啮合力，酸洗还可以使宝珠砂瘠性表面带有负电性，提高了砂粒表面活性。两种处理方法都使树脂与砂粒之间的结合力增强，从而提高了覆膜砂的强度。宝珠砂覆膜砂各方面性能都优于硅砂覆膜砂，添加到硅砂覆膜砂中，可以提高硅砂覆膜砂的强度和溃散性，防止铸造缺陷的产生。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
本发明提高覆膜砂性能的方法是在硅砂覆膜砂中添加宝珠砂覆膜砂。
首先，制备硅砂覆膜砂时加入偶联剂，偶联剂为硅烷偶联剂。
包括以下步骤：
1)准备一定粒度和质量的硅砂预热到一定温度，放入混砂机；
2)开动混砂机，在一定温度投入热塑性酚醛树脂后随即投入硅烷偶联剂溶液一定时间；
3)加入硬脂酸钙一定时间；
4)待温度降低到一定温度后投入乌洛托品水溶液一定时间；
5)冷却后出料；
6)破碎，筛分，得硅砂覆膜砂。
制备宝珠砂覆膜砂时对原砂进行酸洗预处理，酸洗液为硫酸溶液。
包括以下步骤：
1)准备与硅砂相同粒度的宝珠砂；
2)准备一定浓度的硫酸作为处理液，将宝珠砂浸泡一定时间；
3)酸洗后反复水洗清除酸液；
4)干燥后用于覆膜。
经酸洗处理的宝珠砂覆膜工艺为：将经酸洗处理的宝珠砂加热到一定温度放入混砂机搅拌，在一定温度投入热塑性酚醛树脂一定时间，加入硬脂酸钙一定时间，待温度降低到一定温度后投入乌洛托品水溶液，再经一定时间搅拌，冷却后出料，破碎、筛分，获得宝珠砂覆膜砂。
将以上两种覆膜砂按质量比80:20～20:80混合。
实施例1
取粒度为20/40目的擦洗硅砂1000g预热到140℃后，放入混砂机开机搅拌，随即加入占原砂质量2.0％的热塑性酚醛树脂，加入占硅砂质量0.3％的硅烷偶联剂KH550水溶液120mL，混砂60s；加入占树脂质量2％的硬脂酸钙，混砂40s；砂温降到105℃时加入占树脂质量5％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂80s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成硅砂覆膜砂。
取粒度为20/40目的宝珠砂1000g，加入500mL浓度为5％硫酸溶液浸泡90min，水洗至酸碱度中性(清洗后水的pH值为7)，100℃烘干2h；将酸洗处理宝珠砂预热到140℃后，放入混砂机开机搅拌，随即加入占原砂质量2.0％的热塑性酚醛树脂，混砂60s；加入占树脂质量2％的硬脂酸钙，混砂40s；砂温降到105℃时加入占树脂质量5％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂80s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成宝珠砂覆膜砂。
取80份硅砂覆膜砂与20份宝珠砂覆膜砂放入混砂机搅拌5min，得混合覆膜砂。
强度试验样品的制备：样品模具预热到232℃，将混合覆膜砂倒入模具中保温2min，覆膜砂样品与模具一起空冷至室温后，取出样品测试。按国家行业标准JB/T 8583-2008进行性能试验，常温抗拉强度达2.59MPa，常温抗弯强度达7.46MPa，灼烧减量为2.22％。
实施例2
取粒度为70/140目的擦洗硅砂1000g预热到200℃后，倒入混砂机中；当温度降到135℃时加入占原砂质量3.5％的热塑性酚醛树脂，随后投入硅砂质量0.6％的硅烷偶联剂KH560乙醇溶液120mL，混砂70s；加入占树脂质量4％的硬脂酸钙，混砂50s；砂温降到105℃时加入占树脂质量10％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂60s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成硅砂覆膜砂。
取粒度为70/140目的宝珠砂1000g，加入400mL浓度为10％硫酸溶液浸泡80min，水洗至酸碱度中性(清洗后水的pH值为7)，500℃烘干60min；将酸洗处理宝珠砂预热到200℃后，倒入混砂机中；当温度降到135℃时加入占原砂质量3.5％的热塑性酚醛树脂，混砂70s；加入占树脂质量4％的硬脂酸钙，混砂50s；砂温降到105℃时加入占树脂质量10％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂60s；降温到80℃以下后出料，破碎，筛分，制成宝珠砂覆膜砂。
取50份硅砂覆膜砂与50份宝珠砂覆膜砂放入混砂机搅拌5min，得混合覆膜砂。
强度试验样品的制备如实施例1。按国家行业标准JB/T 8583-2008进行性能试验，常温抗拉强度达4.95MPa，常温抗弯强度达9.42MPa，灼烧减量为3.65％。
实施例3
取粒度为100/200目的擦洗硅砂1000g预热到220℃后，倒入混砂机中开机搅拌；当温度降到140℃时加入占原砂质量5％的热塑性酚醛树脂，随机加入占硅砂质量1％的硅烷偶联剂KH570四氯化碳溶液120mL，混砂90s；加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂30s；砂温降到110℃时加入占树脂质量20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂50s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成硅砂覆膜砂。
取粒度为100/200目的宝珠砂1000g，加入200mL浓度为20％硫酸溶液浸泡60min，水洗至酸碱度中性(清洗后水的pH值为7)，1000℃烘干30min；将酸洗处理宝珠砂预热到220℃后，倒入混砂机中开机搅拌；当温度降到140℃时加入占原砂质量5％的热塑性酚醛树脂，混砂90s；加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂30s；砂温降到110℃时加入占树脂质量20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂50s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成宝珠砂覆膜砂。
取20份硅砂覆膜砂与80份宝珠砂覆膜砂放入混砂机搅拌5min，得混合覆膜砂。
强度试验样品的制备如实施例1。按国家行业标准JB/T 8583-2008进行性能试验，常温抗拉强度达8.40MPa，常温抗弯强度达16.11MPa，灼烧减量为5.73％。
对比例1
取粒度为100/200目的未加偶联剂的硅砂20份，未酸洗处理的宝珠砂80份，预热到220℃后，倒入混砂机中开机搅拌；当温度降到140℃时加入占原砂质量5％的热塑性酚醛树脂，混砂90s；加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂30s；砂温降到110℃时加入占树脂质量20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂50s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成混合覆膜砂。
强度试验样品的制备如实施例1。按国家行业标准JB/T 8583-2008进行性能试验，常温抗拉强度达5.85MPa，常温抗弯强度达11.12MPa，灼烧减量为5.55％。
对比例2
取粒度为100/200目硅砂100份，预热到220℃后，倒入混砂机中开机搅拌；当温度降到140℃时加入占原砂质量5％的热塑性酚醛树脂，混砂90s；砂温降到140℃时加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂30s；砂温降到110℃时加入占树脂质量20％的乌洛托品水溶液(乌洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占树脂质量3％的硬脂酸钙，混砂50s；降温到80℃以下后出料；破碎，筛分，制成覆膜砂。
强度试验样品的制备如实施例1。按国家行业标准JB/T 8583-2008进行性能试验，常温抗拉强度达3.14MPa，常温抗弯强度达6.42MPa，灼烧减量为5.67％。
上述实施例只是为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。