本发明属于铸造
技术领域：
，具体涉及一种耐高温、低发气、低膨胀、易溃散的覆膜砂及其制备方法。
背景技术：
：普通覆膜砂指的是以硅砂、人造砂等为骨料，酚醛树脂为粘结剂，乌洛托品为固化剂，硬脂酸钙为润滑剂，将上述原料按生产工艺混制而成，最后包装入库待使用，应用于制作铸造砂芯。普通覆膜砂的生产工艺如下：将骨料预热至120～180℃后投入混砂机，加入酚醛树脂混制30～60秒，接着加入冷却水使砂温降至110～120℃之间，然后加入乌洛托品混合30～50秒，最后加入硬脂酸钙混碾10～15秒，出料过筛分机去除杂质颗粒，经冷却床降温得到成品覆膜砂。专利申请号为201210155559.2公开了一种易脱模覆膜砂的配方，包括100份原砂、1～3份酚醛树脂、0.1～0.5份抗黏膜液、0.1～0.5份片状石墨粉、0.47～4.0份六亚甲基四胺溶液和0.08～0.25份硬脂酸钙。该发明砂芯与模具易脱落，提高了生产效率，但是耐热性不好、溃散性较差。专利申请号为201710510217.0公开了一种耐热性能好和易溃散的覆膜砂配方，包括原砂100～110份、改性酚醛树脂2～4份、偶联剂1～3份、乌洛托品0.3～0.5份、改性木质素0.6～0.8份、干燥物1～3份和乙酸乙酯1～3份。该发明虽然提升了覆膜砂的耐热性和溃散性，但是耐热性仅仅是对酚醛树脂进行改性，只能提升了树脂的耐高温性能，并不能有效避免由骨料耐高温性能差而造成的脉纹和粘砂缺陷，更未提到如何降低发气量以防止气孔缺陷。鉴于以上原因，特提出本发明。技术实现要素：为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种耐高温、低发气、低膨胀、易溃散的覆膜砂及其制备方法，本发明的覆膜砂兼具耐高温、低发气、低膨胀、易溃散等优良综合性能，从多方面复合提升了当前普通覆膜砂的适用性能，可有效防止铸件粘砂、气孔、脉纹等铸造缺陷。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种耐高温、低发气、低膨胀、易溃散的覆膜砂，按照重量份，包括如下原料制成：硅砂10-90重量份、高铝陶粒砂10-90重量份、粘土0.1-0.2重量份、快聚速酚醛树脂0.5-1.0重量份、高强度酚醛树脂0.5-1.0重量份、硅烷0.1-0.2重量份、丙稀酸脂0.1-0.2重量份、氧化镁0.1-0.2重量份、四氧化三铁0.1-0.2重量份、固化剂0.2-0.4重量份和润滑剂0.1-0.2重量份，其中，硅砂和高铝陶粒砂的共100-110重量份。进一步的，按照重量份，包括如下原料制成：硅砂50重量份、高铝陶粒砂50重量份、粘土0.15重量份、快聚速酚醛树脂0.75重量份、高强度酚醛树脂0.75重量份、硅烷0.15重量份、丙稀酸脂0.15重量份、氧化镁0.15重量份、四氧化三铁0.15重量份、固化剂0.3重量份和润滑剂0.15重量份。本发明中的高铝陶粒砂的耐火度不小于1950℃，可明显提高骨料的耐热性，热膨胀系数为4～6×10-6℃-1。加入本发明的高铝陶粒砂后降低了整体的膨胀性，并且其导热系数高于硅砂，可加速铸件与砂芯接触层的凝固速度，该层金属液壳体的快速凝固可防止铸件表面产生脉纹。本发明中快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂在上述比例下的混合使用，通过加入硅烷，丙稀酸脂提升了树脂的粘结性能，降低了酚醛树脂的总加入量，其中，采用上述两种树脂的配比使得砂芯兼具高强度和均一性，防止了浇注过程的穿芯，同时提升铸件质量的均一性，通过加入硅烷和丙烯酸酯增强了树脂粘结桥的数量和韧性，在保证树脂质量的前提下降低树脂的加入量，有效的降低砂芯的发气量，从而防止铸件的气孔缺陷。本发明中的快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂均是铸造材料常用的固态酚醛树脂，均可以市场上购买。本发明中加入四氧化三铁附着在硅砂的表面，铸件和砂芯的接触层激冷快速凝固，隔离了砂芯受热产生的气体进入铸件内部形成气孔，另外，受热时与硅砂反应生成铁橄榄石，增加了型砂的热塑性，阻止砂芯的开裂，因此可以有效减少铸件表面的脉纹缺陷。进一步的，粘土的粒径为1250-1800目。本发明在酚醛树脂覆膜前加入粘土粉末，粘土粉末粒径为1250-1800目，可以使得骨料表面附有一层粘土粉末，在高温浇注下该层粘土粉末陶瓷化，强化了骨料的耐高温性能，可有效防止铸件粘砂和脉纹的产生。进一步的，所述的固化剂为乌洛托品水溶液，所述的润滑剂为硬脂酸钙。进一步的，乌洛托品水溶液中乌洛托品的质量分数为40-60％。进一步的，乌洛托品水溶液中乌洛托品的质量分数为50％。进一步的，所述的氧化镁的粒径为800-1200目，所述的高铝陶粒砂的粒径为30-270目。本发明中加入的氧化镁的粒径为800-1200目，氧化镁弥散分布于树脂内部。当覆膜砂用于铸铝件时由于浇注温度过低，树脂未完全炭化难以溃散，由于树脂与氧化镁的热变形量不同使得树脂层间产生裂纹从而获得优良的溃散性，此外，氧化镁是一种优良的耐火材料，可强化砂芯的耐高温性能，有效防止因粘砂造成的铸件报废。进一步的，所述的高铝陶粒砂的耐火度大于1950℃，热膨胀系数为4～6×10-6℃-1。进一步的，快聚速酚醛树脂的软化点为90-100℃，聚合速度为20-30s，高强度酚醛树脂的软化点为85-95℃，聚合速度为40-60s。进一步的，所述的高铝陶粒砂按照如下方法制备而成：(1)将废砂再生的焙烧除尘灰研磨筛分至细度为500-600目的颗粒，备用；(2)将所述颗粒进行造粒，然后加入粒径大于1000目的三氧化二铝粉，混合搅拌1-3min，得到裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品；(3)将所述的裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品焙烧，得到所述的高铝陶粒砂。通过上述方法制备的高铝陶粒砂的耐火度不小于1950℃，可明显提高骨料的耐热性，防止铸件粘砂，高铝陶粒砂的热膨胀系数为4～6×10-6℃-1。加入本发明的高铝陶粒砂后降低了整体的膨胀性，并且其导热系数高于硅砂，可加速铸件与砂芯接触层的凝固速度，该层金属液壳体的快速凝固可防止铸件表面产生脉纹。上述方法制备的高铝陶粒砂的性能参数如表1所示。表1检测项目检测结果外观浅黄棕色球形角形系数1.05耐火度(℃)≥1950堆积密度(g/cm3)1.45～1.55热膨胀系数/×10-6℃-14～6(20～1000℃)灼减量(％)≤0.12含泥量(％)≤0.15酸耗值≤5.0ph值7～8三氧化二铝百分比(％)≥50进一步的，按照重量份，废砂再生的焙烧除尘灰30-50重量份、三氧化二铝粉50-70重量份。进一步的，步骤(3)中焙烧温度为1000-1200℃，焙烧时间为25-35min。一种所述的覆膜砂的制备方法，包括如下步骤：(a)按照各原料的重量分别称取，备用；(b)将硅砂、高铝陶粒砂分别预热，混合，加入粘土搅拌5-10s，再加入快聚速酚醛树脂、高强度酚醛树脂、硅烷、丙烯酸脂搅拌40-60s；(c)再加入氧化镁和四氧化三铁搅拌10-15s，加冷水降温至100-120℃，加入固化剂搅拌35-40s，加入润滑剂搅拌10-15s，去除杂质，冷却降温，得到所述的覆膜砂。进一步的，步骤(b)中预热至120-180℃。与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明的覆膜砂选用硅砂和高铝陶粒砂为骨料，在不同的生产阶段加入多种辅剂，使得材料间相互配合，从多角度针对铸件缺陷改善防止缺陷的效果，“对症下药”的覆膜砂配方更加具有实用性，另外，由于铸铝、铸铁、铸钢等不同金属材质的浇注温度不同，通常使用的覆膜砂种类也大相径庭，本发明的覆膜砂的配方可同时适用于三类金属，可同时具备优良的低温溃散性和高温耐热性，使用范围更广，可帮助铸造企业简化原材料的分类管理，提升经济效益；(2)本发明的覆膜砂兼具耐高温、低发气、低膨胀、易溃散等优良综合性能，从多方面复合提升当前普通覆膜砂的适用性能，可有效防止铸件粘砂、气孔、脉纹等铸造缺陷。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。本发明中的以下实施例中的硅砂均采用内蒙焙烧砂，快聚速酚醛树脂生产厂家：日本旭有机材工业株式会社；高强度酚醛树脂生产厂家：日本旭有机材工业株式会社，以上原料解释说明，本发明的原料保护范围不仅如此，其他厂家均可。实施例1本实施例的一种耐高温、低发气、低膨胀、易溃散的覆膜砂，包括如下原料制成：硅砂10kg、高铝陶粒砂90kg、粘土0.1kg、快聚速酚醛树脂0.5kg、高强度酚醛树脂0.5kg、硅烷0.1kg、丙稀酸脂0.1kg、氧化镁0.1kg、四氧化三铁0.1kg、乌洛托品水溶液0.2kg，乌洛托品水溶液中乌洛托品的质量分数为40％，硬脂酸钙0.1kg。其中，粘土的粒径为1250目，氧化镁的粒径为800目，快聚速树脂的软化点为100℃，聚合速度为20s，高强度树脂的软化点为85℃，聚合速度为40s；高铝陶粒砂的制备方法如下：(1)将废砂再生的焙烧除尘灰30kg研磨筛分至细度为500-600目的颗粒，备用；(2)将所述颗粒加入圆盘造粒机中进行造粒，待造粒完成后，向造粒机中加入粒径大于1000目的三氧化二铝粉50kg，混合搅拌1-3min，得到裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品；(3)将所述的裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品焙烧，焙烧温度为1000℃，焙烧时间为35min，得到所述的高铝陶粒砂，所述的高铝陶粒砂为浅黄棕色球形，粒径为250-270目。本发明的高铝陶粒砂的耐火度≥1950℃，堆积密度1.50g/cm3，热膨胀系数为4×10-6℃-1，灼减量为0.11％，含泥量0.12％，酸耗值5.0，ph值为7-8，三氧化二铝的百分比为62.5％。本实施例的覆膜砂的制备方法如下：(a)按照各原料的重量分别称取，备用；(b)将硅砂、高铝陶粒砂分别预热至120℃，投入混砂机中，混砂机开始搅拌混合，往混砂机中加入粘土搅拌5s，再加入快聚速酚醛树脂、高强度酚醛树脂、硅烷、丙烯酸脂，混砂机搅拌40s；(c)再加入氧化镁和四氧化三铁搅拌10s，加冷水降温至100℃，加入质量分数为40％的乌洛托品水溶液搅拌35s，加入硬脂酸钙搅拌10s，于筛分机中去除杂质颗粒，经冷却降温包装入库，得到所述的覆膜砂。实施例2本实施例的一种耐高温、低发气、低膨胀、易溃散的覆膜砂，包括如下原料制成：硅砂50kg、高铝陶粒砂60kg、粘土0.15kg、快聚速酚醛树脂0.75kg、高强度酚醛树脂0.75kg、硅烷0.15kg、丙稀酸脂0.15kg、氧化镁0.15kg、四氧化三铁0.15kg、乌洛托品水溶液0.3kg，乌洛托品水溶液中乌洛托品的质量分数为50％，硬脂酸钙0.15kg。其中，粘土的粒径为1500目，氧化镁的粒径为1000目，快聚速树脂的软化点为97℃，聚合速度为25s，型号nts30kr，高强度树脂的软化点为90℃，聚合速度为40s，型号nts20kr；高铝陶粒砂的制备方法如下：(1)将废砂再生的焙烧除尘灰40kg研磨筛分至细度为500-600目的颗粒，备用；(2)将所述颗粒加入圆盘造粒机中进行造粒，待造粒完成后，向造粒机中加入粒径大于1000目的三氧化二铝粉60kg，混合搅拌1-3min，得到裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品；(3)将所述的裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品焙烧，焙烧温度为1100℃，焙烧时间为30min，得到所述的高铝陶粒砂，所述的高铝陶粒砂为浅黄棕色球形，粒径为30-50目。本发明的高铝陶粒砂的耐火度≥1950℃，堆积密度1.55g/cm3，热膨胀系数为5×10-6℃-1，灼减量为0.12％，含泥量0.14％，酸耗值4.5，ph值为7-8，三氧化二铝的百分比为60％。本实施例的覆膜砂的制备方法如下：(a)按照各原料的重量分别称取，备用；(b)将硅砂、高铝陶粒砂分别预热至150℃，投入混砂机中，混砂机开始搅拌混合，往混砂机中加入粘土搅拌7.5s，再加入快聚速酚醛树脂、高强度酚醛树脂、硅烷、丙烯酸脂，混砂机搅拌50s；(c)再加入氧化镁和四氧化三铁搅拌12.5s，加冷水降温至110℃，加入质量分数为50％的乌洛托品水溶液搅拌37.5s，加入硬脂酸钙搅拌12.5s，于筛分机中去除杂质颗粒，经冷却降温包装入库，得到所述的覆膜砂。实施例3本实施例的一种耐高温、低发气、低膨胀、易溃散的覆膜砂，包括如下原料制成：硅砂90kg、高铝陶粒砂10kg、粘土0.2kg、快聚速酚醛树脂1.0kg、高强度酚醛树脂1.0kg、硅烷0.2kg、丙稀酸脂0.2kg、氧化镁0.2kg、四氧化三铁0.2kg、乌洛托品水溶液0.3kg，乌洛托品水溶液中乌洛托品的质量分数为60％，硬脂酸钙0.2kg。其中，粘土的粒径为1800目，氧化镁的粒径为1800目，快聚速树脂的软化点为100℃，聚合速度为20s，高强度树脂的软化点为95℃，聚合速度为40s；高铝陶粒砂的制备方法如下：(1)将废砂再生的焙烧除尘灰50kg研磨筛分至细度为500-600目的颗粒，备用；(2)将所述颗粒加入圆盘造粒机中进行造粒，待造粒完成后，向造粒机中加入粒径大于1000目的三氧化二铝粉70kg，混合搅拌1-3min，得到裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品；(3)将所述的裹覆有三氧化二铝粉的球粒状半成品焙烧，焙烧温度为1200℃，焙烧时间为35min，得到所述的高铝陶粒砂，所述的高铝陶粒砂为浅黄棕色球形，粒径为30-50目。本发明的高铝陶粒砂的耐火度≥1950℃，堆积密度1.45g/cm3，热膨胀系数为6×10-6℃-1，灼减量为0.10％，含泥量0.11％，酸耗值4.0，ph值为7-8，三氧化二铝的百分比为58.33％。本实施例的覆膜砂的制备方法如下：(a)按照各原料的重量分别称取，备用；(b)将硅砂、高铝陶粒砂分别预热至180℃，投入混砂机中，混砂机开始搅拌混合，往混砂机中加入粘土搅拌10s，再加入快聚速酚醛树脂、高强度酚醛树脂、硅烷、丙烯酸脂，混砂机搅拌60s；(c)再加入氧化镁和四氧化三铁搅拌15s，加冷水降温至120℃，加入质量分数为60％的乌洛托品水溶液搅拌40s，加入硬脂酸钙搅拌15s，于筛分机中去除杂质颗粒，经冷却降温包装入库，得到所述的覆膜砂。对比例1本对比例的覆膜砂的原料及制备方法与实施例1均相同，不同之处在于，将不添加高铝陶粒砂，只添加硅砂100kg。对比例2本对比例的覆膜砂的原料及制备方法与实施例1均相同，不同之处在于，不添加快聚速酚醛树脂，只添加高强度酚醛树脂1kg。对比例3本对比例的覆膜砂的原料及制备方法与实施例1均相同，不同之处在于，不添加高强度酚醛树脂，只添加快聚速酚醛树脂1kg。对比例4本对比例的覆膜砂包括如下原料制成：内蒙焙烧砂100kg、普通酚醛树脂2kg、质量分数为50％的乌洛托品水溶液0.3kg、硬脂酸钙0.2kg。本对比例的覆膜砂的制备方法如下：按照各原料的重量称取备用，将内蒙焙烧砂预热至180℃后流入混砂机，此时混砂机开始转动，加入普通酚醛树脂，搅拌55s，其中普通酚醛树脂的软化点为90℃，聚合速度50s，加入冷却水待混砂机内物料降温至120℃，加入乌洛托品水溶液混合45s，再加入硬脂酸钙混合12s出料，于筛分机中去除杂质颗粒，经冷却床降温后由斗提机送入成品覆膜砂料仓，打开成品覆膜砂料仓，装入包装袋打包入库，得到覆膜砂。试验例1按照gb/t8583-2008的标准对实施例1-3和对比例1-3制备的覆膜砂的强度和灼烧减量等项目进行检测。采用700℃的残留抗拉强度来表征低温溃散性，其具体方法是：按照国标gb/t8583-2008的标准制得抗拉强度的8字型试块6个，放入高温炉中焙烧2min，焙烧温度700℃，出炉后冷却至室温测量其残留抗拉强度。测得残留抗拉强度高则表示低温溃散性差，残留强度低则表示低温溃散性好。另外，采用shh型树脂砂高温性能试验机测试了覆膜砂在1000℃高温下的耐高温时间和高温形变量。检测结果如表2所示。表2从表2中实施例1-3和对比例4相比，在强度上差异不大，但是耐高温时间显著提高，固化厚度明显增加，低温溃散性也得到提升，同时高温形变量和发气量均显著降低，发气量的高低与加入总树脂的含量有关，总含量高树脂的发气量大，同时本发明采用高强度酚醛树脂和快聚速酚醛树脂混合可以降低发气量，从而说明本发明的覆膜砂有利于防止铸件的粘砂、气孔、脉纹等缺陷；实施例1-3和对比例1相比，耐高温时间明显增加，高温形变量降低，说明高铝陶粒砂的加入可以提高覆膜砂的耐热性，高铝陶粒砂的含量越高，耐高温性能越好，从而防止铸件粘砂、表面出现脉纹等缺陷；实施例1-3和对比例2-3相比，对比例2和3的强度降低，发气量明显增加，溃散性差，说明本发明的采用快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂可以提高覆膜砂的强度和降低发气量，单独使用其中的一种性能均比两者同时使用的发气量高。试验例2研究快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂的配比对制备的覆膜砂的性能的影响，只改变快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂的比例含量，其他条件均与实施例2相同制备覆膜砂，覆膜砂的性能测试方法和标准与试验例1均相同，结果见表3。表3从表3可以看出，采用本发明的快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂的比例0.5kg:1kg～1kg:0.5kg下制备的覆膜砂的强度高，耐高温时间长等优点，这是由于本发明中快聚速酚醛树脂和高强度酚醛树脂在上述比例下的混合使用，通过加入硅烷，丙稀酸脂提升了树脂的粘结性能，降低了酚醛树脂的总加入量，其中，两种树脂的配比使得砂芯兼具高强度和均一性，防止了浇注过程的穿芯，同时提升铸件质量的均一性，通过加入硅烷和丙烯酸酯增强了树脂粘结桥的数量和韧性，在保证树脂质量的前提下降低树脂的加入量，有效的降低砂芯的发气量，从而防止铸件的气孔缺陷。且还可以看出，随着高强度树脂的加入量增加，制备的覆膜砂的强度增加，固化厚度小。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