本发明涉及铸造模具技术领域，特别是涉及一种砂芯及其制备方法。
背景技术：
砂芯是铸造生产中用于制造型芯的材料，一般由铸造砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成，在铸型过程中大部分被高温的液态金属所包围，而支撑定位部分的尺寸一般较小，因此芯砂除应具有一般型砂的性能外，还要求有较高的强度、透气性、退让性和溃散性，其生产过程中加入的粘结剂对砂芯的各项性能起着关键的作用。
在砂芯的制备工艺中，将原砂与粘结剂混合，利用制作砂芯的模具进行预热，然后装入型砂烧结，脱模即得所需砂芯。
传统的砂芯制备工艺得到的砂芯强度、透气性和溃散性已无法满足当今对砂芯的要求。申请号201610611265.4公开了一种透气性好的砂芯及其制备方法，通过向砂芯生产过程中加入、活性炭粉末、干砂和气凝胶增加了砂芯的透气性，但其强度和溃散性较差。授权号cn104475685b公开了一种铝合金或镁合金薄壁复杂铸件用水溶性砂芯的制备方法，通过七水硫酸镁和等离子制成复合粘结剂，将该复合粘结剂与原砂混合成型得砂芯，增强了其强度、抗吸湿性、化学稳定性和水溶溃散性，但其实际所得效果较差。宋来(宋来.温芯盒无机粘结剂制芯材料及工艺的研究[d].沈阳工业大学,2017)和杜放(杜放.热硬磷酸盐铸造粘结剂制备工艺的研究[d].沈阳工业大学,2016)均通过向粘结剂中加入磷酸盐，实现了所得砂芯的强度、透气性和溃散性的提升，但磷酸盐的反应不易控制，易生成磷酸二氢盐，此产物具有吸湿性，会降低砂芯的抗拉强度。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提出一种强度高、透气性好和溃散性好的砂芯。
一种砂芯，该砂芯中的组分包括铝溶胶1～5％、复合粘结剂1～3％和活性炭粉末1～4％，余量为原砂。
利用铝溶胶、复合粘合剂和活性炭混合作为砂芯制备过程中的添加剂，增强了所得砂芯的强度、透气性和溃散性。
进一步地，所述原砂为擦洗砂或宝珠砂的一种或两种的混合物。
进一步地，所述砂芯使用时分为左右设置的第一砂芯和第二砂芯，所述第一砂芯和所述第二砂芯相向拼合，二者的相向面均设有楔形块和与所述楔形块配合的楔形槽，所述第一砂芯和所述第二砂芯通过设置于二者顶部和底部的卡钉固定连接，通过所述楔形块和楔形槽能防止所述第一砂芯和所述第二砂芯发生垂向位移，再通过卡钉能防止所述第一砂芯和所述第二砂芯发生横向位移。
本发明的另一个目的在于提出上述砂芯的制备方法。
一种砂芯的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
(1)常温下将氧化钙、氯化铵和乙醇胺混合，并配制为混合溶液，向混合溶液中加入硫酸氢钠，共沸，冷却至常温，再加入山梨醇混合均匀，得复合粘结剂；
(2)将原砂、铝溶胶和活性炭混合，在20～50℃下搅拌均匀，再加入步骤(1)中的复合粘合剂在5～10℃下搅拌均匀，得混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料放入模具中压实，烧结，脱模，即得砂芯。
复合粘合剂中选用氧化钙、氯化铵和乙醇胺，并加入硫酸氢钠，能增强所得砂芯的强度和溃散性，并能延长砂芯的可使用时间，配合山梨酸能进一步增强所得砂芯的强度；复合粘合剂配合铝溶胶和活性炭能增强所得砂芯的透气性，防止砂芯在使用时难以排气，导致浇注成型的金属件出现气孔。
进一步地，所述步骤(1)中的常温均指20℃。
进一步地，所述步骤(1)中的共沸时间为5～10分钟。
进一步地，所述步骤(1)中的氧化钙、氯化铵和乙醇胺的质量组分比为3:1～2:1～5，所述混合溶液的浓度为35～45％。
进一步地，所述步骤(1)中的硫酸氢钠的加入量为所述混合溶液质量的10～20％。
进一步地，所述步骤(1)中的山梨酸的加入量为所述混合溶液质量的0.3～0.8％。
进一步地，所述步骤(3)中的烧结的过程为分段烧结，具体为：在40～55℃下保持6～8分钟，在80～100℃下保持3～5分钟，在150～200℃保持3～5分钟。
通过分段烧结能进一步增强所得砂芯的强度和溃散性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明第一实施例的砂芯的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合实施例做进一步详细地说明，以下实施例和对照例中的铝溶胶为胶溶剂不同的铝溶胶的混合物，该混合物ph＝2.0。
实施例1
一种砂芯，该砂芯中的组分包括铝溶胶1％、复合粘结剂1％和活性炭粉末1％，余量为原砂，所述原砂为擦洗砂和宝珠砂的混合物。
如图1所示，所述砂芯1分为左右设置的第一砂芯1和第二砂芯2，所述第一砂芯1和所述第二砂芯2相向拼合，二者的相向面均设有楔形块3和与所述楔形块配合的楔形槽4，所述第一砂芯1和所述第二砂芯2通过设置于二者顶部和底部的卡钉5固定连接，通过所述楔形块3和楔形槽4能防止所述第一砂芯1和所述第二砂芯2发生垂向位移，再通过卡钉5能防止所述第一砂芯1和所述第二砂芯2发生横向位移，实现了两块砂芯的固定。
其中砂芯的制备方法包括以下步骤：
(1)常温下将氧化钙、氯化铵和乙醇胺混合，并配制为混合溶液，所述氧化钙、氯化铵和乙醇胺的质量组分比为3:1:1，所述混合溶液的浓度为35％，向混合溶液中加入硫酸氢钠，硫酸氢钠的加入量为所述混合溶液质量的10％，共沸5分钟，冷却至常温，再加入山梨醇混合均匀，山梨酸的加入量为所述混合溶液质量的0.3％，得复合粘结剂，其中常温均指20℃；
(2)将原砂、铝溶胶和活性炭混合，在20℃下搅拌均匀，再加入步骤(1)中的复合粘合剂在5℃下搅拌均匀，得混合料；
(3)将步骤(2)中的混合料放入模具中压实，烧结，脱模，即得砂芯，其中烧结的过程为分段烧结，依次经过在40℃下保持6分钟，在80℃下保持3分钟，在150℃保持3分钟。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中氧化钙、氯化铵和乙醇胺的质量组分比为3:2:5，所述原砂为擦洗砂。
实施例3
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中氧化钙、氯化铵和乙醇胺的质量组分比为3:1.5:2。
对照例1
对照例1与实施例3基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中的混合溶液选用硫酸镁和十八水硫酸铝的混合溶液，质量组分比为3:1.5。
对照例2
对照例2与实施例3基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中的混合溶液替换为氢氧化铝和氧化锌试剂的混合物，质量组分比为3:1.5。
实施例4
实施例4与实施例3基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中硫酸氢钠的加入量为所述混合溶液质量的20％，所述原砂为宝珠砂。
实施例5
实施例4与实施例3基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中硫酸氢钠的加入量为所述混合溶液质量的17％。
对照例3
对照例3与实施例5基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中硫酸氢钠替换为磷酸，其中磷酸的加入量为所述混合溶液质量的17％。
实施例6
实施例6与实施例5基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中硫酸氢钠与混合溶液的共沸为10分钟。
实施例7
实施例6与实施例5基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中硫酸氢钠与混合溶液的共沸为6分钟。
对照例4
对照例3与实施例7基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中共沸替换为在80℃条件下加热。
实施例8
实施例8与实施例7基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中山梨酸的加入量为所述混合溶液质量的0.8％。
实施例9
实施例9与实施例7基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中山梨酸的加入量为所述混合溶液质量的0.6％。
对照例5
对照例5与实施例9基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中未加入山梨酸。
实施例10
实施例10与实施例9基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中在原砂、铝溶胶和活性炭混合时，在50℃下搅拌均匀，再加入所述复合粘合剂在10℃下搅拌。
实施例11
实施例10与实施例9基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中在原砂、铝溶胶和活性炭混合时，在40℃下搅拌均匀，再加入所述复合粘合剂在8℃下搅拌。
对照例6
对照例6与实施例11基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中原砂、铝溶胶和活性炭混合搅拌时和加入所述复合粘合剂搅拌时均在20℃条件下。
实施例12
实施例12与实施例11基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中烧结过程为：在55℃下保持8分钟，在100℃下保持5分钟，在200℃保持5分钟。
实施例13
实施例13与实施例11基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中烧结过程为：在40℃下保持7分钟，在100℃下保持3分钟，在180℃保持4分钟。
对照例7
对照例6与实施例13基本相同，不同之处在于砂芯的制备方法中烧结过程为直接在150℃下保持15分钟。
实施例14
实施例14与实施例13基本相同，不同之处在于砂芯中的组分中，铝溶胶为5％，复合粘结剂为3％，活性炭粉末为4％。表1
实施例15
实施例15与实施例13基本相同，不同之处在于砂芯中的组分中，铝溶胶为2％，复合粘结剂为3％，活性炭粉末为3％。
对照例8
实施例8与实施例15基本相同，不同之处在于砂芯中的组分中未加入铝溶胶。
对上述实施例和对照例测定所得砂芯的强度、透气性和溃散性，透气性根据所得砂芯的发气量判断，发气量越大的表示透气性越好，将所得砂芯置于800℃中恒温保持30分钟，取出冷却至常温再测定其强度，据此判断砂芯的溃散性，强度越低表示溃散性越好，结果见表1。
从表1中所得结果，对比实施例和对照例，可以看出：利用铝溶胶、复合粘合剂和活性炭混合作为砂芯制备过程中的添加剂，增强了所得砂芯的强度、透气性和溃散性；复合粘合剂中选用氧化钙、氯化铵和乙醇胺，并加入硫酸氢钠，能增强所得砂芯的强度和溃散性，并能延长砂芯的可使用时间，配合山梨酸能进一步增强所得砂芯的强度；复合粘合剂配合铝溶胶和活性炭能增强所得砂芯的透气性；分段烧结较非分段烧结能进一步增强所得砂芯的强度和溃散性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。