本发明涉及铸造材料技术领域，具体涉及高效抗脉纹型覆膜砂及其制备方法。
背景技术：
随着科技的进步和社会的发展，消费者对产品的质量要求越来越高，覆膜砂是指造型前在砂粒表面上覆有一层固体树脂的型砂或芯砂，因其具有强度高、发气量低、生产铸件尺寸精度高、便于保存等优点，近年来在铸钢件、铸铁件等铸造领域中应用日益广泛。
常规的覆膜工艺有冷法和热法两种：冷法采用乙醇将树脂溶解，并在混砂过程中加入乌洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇挥发，得覆膜砂；热法是把砂预热到一定温度，加树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，加入乌洛托品水溶液及润滑剂，冷却、破碎、筛分后得到覆膜砂。
公开号为CN103567357A的中国专利文献公开了一种抗脉纹覆膜砂及其制备方法，该覆膜砂包括石英砂、钛铁矿砂、锂辉石、硼酸、热塑性酚醛树脂、热固性酚醛树脂、水泥熟料、纸浆废液、玉米面粉、田菁胶、苯甲酸铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸二辛酯、乌洛托品、硬质酸钙和复合粉，即在原砂的基础上添加了诸多助剂。虽然在一定程度上减少了脉纹的产生，但是该覆膜砂所含组份过多，制备方法复杂、条件苛刻，不利于大规模生产；材料中含有大量有害物质，不具备绿色环保的要求，而且该专利文件仅为现有技术中制备覆膜砂基本材料的组合，并没有公开每种各组份对覆膜砂性能的影响。
公开号为CN104889313A的中国专利文献公开了一种覆膜砂制备方法，该专利在制造过程中加入了液态酚醛树脂，并减少了乌洛托品的添加的含量，因而减少了覆膜砂制作过程中有害气体的产生，虽然带来了一定的环保效果，但并未明显提升覆膜砂的各项性能。
因此，若要改善覆膜砂的性能，需要针对组份及制备方法作出相应的改进。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种组份简单、强度高、耐热性强的高效抗脉纹型覆膜砂及其制备方法，用以解决现有技术中覆膜砂组份繁杂、耐热性低、抗脉纹能力差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了高效抗脉纹型覆膜砂。具体地，所述高效抗脉纹型覆膜砂按照质量份数包括：混配砂88～92份、粘结剂1～4份、固化剂0.1～0.8份、增强剂0.001～0.02份、润滑剂0.01～0.2份、容让性复合粉0.45～4.5份和添加剂0.9～9份。
优选地，所述高效抗脉纹型覆膜砂按照质量份数包括：混配砂89～91份、粘结剂2～3份、固化剂0.3～0.6份、增强剂0.006～0.014份、润滑剂0.06～0.14份、容让性复合粉2.5～4份和添加剂4～8份。
优选地，所述高效抗脉纹型覆膜砂按照质量份数包括：混配砂90份、粘结剂3份、固化剂0.55份、增强剂0.012份、润滑剂0.12份、容让性复合粉3.6份和添加剂7.2份。
优选地，所述混配砂按照质量份数包括：石英砂1～5份、锆砂1～3份、橄榄石砂1～3份和锂辉石砂1～2份。
优选地，所述混配砂按照质量份数包括：石英砂2份、锆砂3份、橄榄石砂3份和锂辉石砂2份。
优选地，所述粘结剂为热塑性酚醛树脂，所述固化剂为六亚甲基四胺，所述增强剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，所述润滑剂为硬脂酸钙，所述添加剂为氧化铁。
优选地，所述容让性复合粉为煤粉、木屑或α-淀粉中的一种或多种。
优选地，所述容让性复合粉按照质量份数包括：煤粉2～7份、木屑3～8份和α-淀粉1～5份。
优选地，所述容让性复合粉按照质量份数包括：煤粉5份、木屑3份和α-淀粉2份。
本发明第二方面提供了高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法。具体地，所述制备方法包括如下步骤：将混配砂和添加剂放入混砂机中，加热至120～150℃；加入增强剂，混碾5～10s，加入粘结剂，混碾15～25s，加入容让性复合粉，混碾5～10s，加入固化剂，混碾30～60s，加入润滑剂，混合均匀，降温至60～80℃，破碎、筛分得到覆膜砂。
本发明具有如下优点：
1、本发明的高效抗脉纹型覆膜砂，以混配砂、粘结剂、固化剂、增强剂、润滑剂、容让性复合粉和添加剂优化复配而成，各组份间相互作用，可有效降低覆膜砂的热膨胀系数，缓解型砂或芯砂快速膨胀，使得覆膜砂受热后所产生的热应力小，增强覆膜砂的抗脉纹性能。
2、本发明的高效抗脉纹型覆膜砂中的粘结剂和容让性复合粉在高温制备过程中燃烧灰化，在砂或芯砂中形成许多空隙，能容纳高温时混配砂的膨胀，吸收热应力，进一步防止砂或芯砂表面产生裂纹。
3、本发明的高效抗脉纹型覆膜砂，通过各组份间的配比明显提高了砂或芯砂表面的激冷作用，使金属液快速凝固，减少脉纹倾向；同时，添加剂组份在覆膜砂受热后会在砂粒间形成桥连接，从而进一步阻止砂或芯砂开裂。
4、本发明以石英砂、锆砂、橄榄石砂和锂辉石砂为原材料，结合粘结剂、固化剂、增强剂、润滑剂、容让性复合粉和添加剂制备而成，具有材料易于取得，生产工艺简单，反应条件温和，生产成本低，易于大规模生产的特点，具有优良的抗脉纹性能。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例的高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法，按以下步骤制备：将石英砂18份、锆砂27份、橄榄石砂27份、锂辉石砂18份和氧化铁7.2份放入混砂机中，加热至130℃；加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.012份，混碾5s，加入热塑性酚醛树脂3份，混碾18s，加入煤粉1.8份、木屑1.08份和α-淀粉0.72份，混碾5s，加入六亚甲基四胺0.55份，混碾55s，加入硬脂酸钙0.12份，混合均匀，降温至70℃，破碎、筛分得到覆膜砂。
实施例2
本实施例的高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法，按以下步骤制备：将石英砂18.4份、锆砂27.6份、橄榄石砂27.6份、锂辉石砂18.4份和氧化铁9份放入混砂机中，加热至150℃；加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.014份，混碾6s，加入热塑性酚醛树脂4份，混碾15s，加入α-淀粉4份，混碾7s，加入六亚甲基四胺0.1份，混碾45s，加入硬脂酸钙0.14份，混合均匀，降温至80℃，破碎、筛分得到覆膜砂。
实施例3
本实施例的高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法，按以下步骤制备：将石英砂22份、锆砂22份、橄榄石砂22份、锂辉石22份和氧化铁8份放入混砂机中，加热至140℃；加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.006份，混碾9s，加入热塑性酚醛树脂1份，混碾22s，加入煤粉1.5份、木屑2.25份和α-淀粉0.75份，混碾7s，加入六亚甲基四胺0.3份，混碾30s，加入硬脂酸钙0.2份，混合均匀，降温至60℃，破碎、筛分得到覆膜砂。
实施例4
本实施例的高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法，按以下步骤制备：将石英砂38份、锆砂15份、橄榄石砂23份、锂辉石砂15份和氧化铁4份放入混砂机中，加热至135℃；加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.001份，混碾10s，加入热塑性酚醛树脂2份，混碾25s，加入煤粉0.875份、木屑1份和α-淀粉0.625份，混碾8s，加入六亚甲基四胺0.8份，混碾35s，加入硬脂酸钙0.01份，混合均匀，降温至68℃，破碎、筛分得到覆膜砂。
实施例5
本实施例的高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法，按以下步骤制备：将石英砂35.6份、锆砂26.7份、橄榄石砂17.8份、锂辉石砂8.9份和氧化铁0.9份放入混砂机中，加热至120℃；加入γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷0.02份，混碾6s，加入热塑性酚醛树脂3份，混碾16s，加入煤粉0.2份和木屑0.25份，混碾10s，加入六亚甲基四胺0.6份，混碾60s，加入硬脂酸钙0.06份，混合均匀，降温至72℃，破碎、筛分得到覆膜砂。
表1为实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂强度及膨胀率
从表1中可以看出，实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂的常温抗弯强度均在8.0MPa左右，而现有产品为7.0Mpa左右；实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂的热态抗弯强度均在3.0MPa左右，现有产品只有2.50左右，也就是说实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂在常温抗弯强度和热态抗弯强度这两项性能上都优于现有产品。其次，实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂的膨胀率低于现有产品的近一倍，明显小于普通覆膜砂的膨胀率。
表2为实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂在3min时覆膜砂的流动性及成型率
从表2中可以看出，实施例1～5制备得到的高效抗脉纹型覆膜砂的流动性和成型率均以实施例1制备的高效抗脉纹型覆膜砂最高，按照本发明的组分和制备方法制备的高效抗脉纹型覆膜砂流动性均在24g左右，成型率均在99以上，显著高于现有产品的流动性和成型率。
首先，本发明高效抗脉纹型覆膜砂，由混配砂、粘结剂、固化剂、增强剂、润滑剂、容让性复合粉和添加剂按一定重量配比组成，可有效降低覆膜砂的热膨胀系数，缓解型(芯)砂快速膨胀，使得覆膜砂受热后所产生的热应力小，砂型(芯)不易开裂。其次，本发明中的粘结剂和容让性复合粉可在高温时燃烧灰化，在砂型(芯)中形成许多空隙，来容纳高温时混配砂的膨胀，吸收热应力，防止砂型(芯)表面产生裂纹。
此外，按照本发明提供的重量配比和组分可明显提高砂型(芯)表面的激冷作用，使金属液快速凝固，减少脉纹倾向；通过添加添加剂，覆膜砂受热后会在砂粒间形成桥连接，随着温度升高，这些连接变形，增加了型(芯)砂的热塑性，阻止砂型(芯)开裂，从而减少因砂芯表面裂纹而产生的脉纹缺陷。
最后，本发明还提供了高效抗脉纹型覆膜砂的制备方法，所需组分配制简单，制备方法易于操作，并且对于设备没有苛刻要求，具有材料易于取得，生产工艺简单，反应条件温和，生产成本低的特点，其产品有效改善了铸件内外表面质量，适用铸铁、铸钢件的生产。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。