1.本发明属于型砂加工技术领域，具体涉及一种具有优良溃散性的磁响应潮模砂型腔的制备方法。
背景技术：
2.潮模砂又称湿型砂，是指在铸造生产中砂混合料用膨润土做黏结剂，再加水及其他添加剂混匀，即可用于造型制芯，砂型不用烘干，可直接浇筑的砂。目前，潮模砂造型工艺仍然在铸造生产中占有主要地位，砂型性能直接决定着铸件质量的优劣。其中，潮模砂的透气性对铸件的气孔、黏砂和砂眼等缺陷影响最为直接。现有的潮模砂造型出的潮模砂型腔溃散性较差，在铸造完成后，需要振动筛采用较大功率的振动才能使得潮模砂型腔发生溃散，不仅造成能源的浪费，而且使得生产区域产生较大的振动噪音。例如中国专利cn2016103617657公开了一种易溃散潮模砂，该技术方案通过采用经过碳酸氢钠溶液浸泡的纳米凹凸棒土和经过丁二酸溶液浸泡的钛白粉，配合经过改性的钠基膨润土，从而进一步改善潮模砂的性能，能够避免潮模砂的膨胀缺陷而导致的夹砂、凹陷、结疤、垮箱等问题，配合添加木质素纤维素，来提高潮模砂的抗压强度，配合添加棕刚玉粉，不仅能够提高潮模砂的溃散性，进而提高铸件的表面质量，还能够提高潮模砂的耐用次数，节约大量生产成本；但是该潮模砂在实际使用中，溃散后易形成较大的结块，在进行回收利用时，需要人工对其进行粉碎，费时费力。
技术实现要素：
3.本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种具有优良溃散性的磁响应潮模砂型腔的制备方法。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：一种具有优良溃散性的磁响应潮模砂型腔的制备方法，具体制备方法如下：1）选择酒石酸锑钾作为锑源，硫代乙酰胺按座位硫源，将酒石酸锑钾用去离子水溶解，依次加入pvp
‑
k30和硫代乙酰胺，形成混合液，倒入到铺设有羟基磷灰石纳米线的反应釜中，得到预处理羟基磷灰石；2）按照一定的配比，将旧砂、新砂、膨润土、煤粉以及预处理羟基磷灰石干碾，加入水混碾，出砂，然后置于烘箱中进行热处理，在处理过程中不断通入雾化水，待处理结束后取出，使用高压造型机造型出半成品的潮模砂型腔；3）使用油酸对纳米四氧化三铁颗粒进行修饰处理，然后加入硅油进行高速搅拌，经离心机分离后得到磁流体，将半成品潮模砂型腔在磁流体中浸渍5
‑
8h，即可得到满足要求的成品潮模砂型腔。
5.在本发明中，所述羟基磷灰石纳米线的制备方法如下：将240
‑
288g油酸钠溶解在2.5
‑
3l去离子水中，然后加入2
‑
2.4l质量分数为1.11%的氯化钙水溶液，磁力搅拌1
‑
2h后，再加入2.5
‑
3l质量分数为1.12%的二水合磷酸二氢钠水
溶液，继续磁力搅拌30
‑
50min后转移到容量为10
‑
12l的水热反应釜中，密封加热至200
‑
230℃，保温35
‑
37h，将水热反应产物用乙醇和去离子水分别洗涤3遍，干燥后即可得到羟基磷灰石纳米线。
6.在本发明中，所述酒石酸锑钾与硫代乙酰胺的摩尔比为1:2，所述pvp
‑
k30的添加量优选为占酒石酸锑钾质量的0.03
‑
0.08%，更优选为0.05
‑
0.07%，最优选为0.06%。
7.在本发明中，所述酒石酸锑钾与去离子水的固液比优选为6
‑
15:1g/ml，更优选为6.5
‑
12:1g/ml，最优选为8:1g/ml。
8.在本发明中，所述反应釜中的温度优选为160
‑
180℃，反应时间优选为2
‑
4h，更优选为162
‑
170℃，2.3
‑
3.0h，最优选为165℃，2.5h。
9.在本发明中，所述配比优选为旧砂60
‑
70%、新砂15
‑
20%、钠基膨润土5
‑
10%、煤粉3
‑
8%、预处理羟基磷灰石纳米线1
‑
3%，余量为水，更优选为旧砂61
‑
65%、新砂6
‑
19%、钠基膨润土6
‑
9%、煤粉4
‑
6%、预处理羟基磷灰石纳米线1.2
‑
2.5%，余量为水，最优选为旧砂63%、新砂18%、钠基膨润土8%、煤粉5%、预处理羟基磷灰石纳米线1.5%，余量为水。
10.在本发明中，所述原砂为天然硅砂，sio2含量优选≥85%，粒形为多角型，粒度为70
‑
140目，更优选为88%，80
‑
120目，最优选为90.5%，100目。
11.在本发明中，钠基膨润土的热湿拉强度优选为≥3.0kpa，更优选为3.5
‑
4.5kpa，最优选为4.0kpa。
12.在本发明中，所述新砂的来源是新加入的原砂。
13.在本发明中，所述干碾优选为1
‑
5min，更优选为1
‑
3min，最优选为1min。
14.在本发明中，所述混碾优选为3
‑
7min，更优选为4
‑
6min，最优选为5min。
15.在本发明中，所述高压造型机的压力优选为0.7
‑
1.0mpa，更优选为0.75
‑
0.85mp，最优选为0.8mpa。
16.在本发明中，所述热处理的温度优选为150
‑
165℃，处理时间优选为12
‑
14h，更优选为152
‑
160℃，12.5
‑
13.5h，最优选为158℃，13h。
17.在本发明中，所述雾化水是将常温下的水经雾化喷头处理后得到的，所述雾化水的流量优选为0.8
‑
1.5l/h，更优选为1.0
‑
1.3l/h，最优选为1.2l/h。
18.在本发明中，所述油酸对纳米四氧化三铁颗粒进行修饰处理的具体方法如下：在氮气气氛下，将10
‑
15g纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇13
‑
20ml，油酸3.2
‑
5.5ml，加热至63
‑
67℃，以600
‑
700rpm搅拌10
‑
15min后冷却至室温即可。
19.在本发明中，所述硅油优选为甲基硅油，粘度8
‑
12cp，更优选为9
‑
11cp，最优选为10cp。
20.在本发明中，所述高速搅拌的转速优选为为800
‑
1300rpm，搅拌时间优选为30
‑
50min，更优选为950
‑
1150rpm，35
‑
45min，最优选为1000rpm，40min。
21.在本发明中，所述磁流体中，纳米四氧化三铁颗粒的含量优选为20
‑
25%，更优选为21
‑
24%，最优选为23.1%。
22.在本发明中，所述浸渍可选择普通浸渍法或真空加压浸渍法，优选为真空加压浸渍法，压力优选为0.4
‑
0.6mpa，最优选为0.5mpa。
23.在本发明中，所述浸渍温度为室温，浸渍时间优选为1
‑
3h，更优选为1.5
‑
2.5h，最优选为2h。
24.在本发明中，所述浸渍过程中，保持半成品潮模砂型腔的腔体部位不与磁流体接触，只需要对半成品潮模砂型腔的外表面进行浸渍处理即可。
25.本发明相比现有技术具有以下优点：1.在本发明公开的技术方案中，利用预处理羟基磷灰石纳米线作为支撑材料，将其与旧砂、新砂、膨润土、煤粉以及水进行干碾、混碾，使得上述原料混匀，预处理羟基磷灰石纳米线相互缠绕进行交织的网状结构，在物料中可以起到支撑作用，有助于提高潮模砂型腔的湿压强度，并且经过在不断通入雾化水的环境下进行热处理，物料中含有的水分可以为预处理羟基磷灰石纳米线上沉积的硫化锑纳米颗粒提供水热环境，从而使得硫化锑纳米颗粒可以发生团聚并生长形成网状结构；在热处理过程中不断通入雾化水，可以对物料起到保湿作用，避免物料中含有的水分大量流失，从而使得经过热处理后的物料可以含有一定量的水分；通过采用浸渍法将磁流体灌注到潮模砂型腔外表面，磁流体中含有的磁性四氧化三铁纳米颗粒在磁场作用下会发生运动，与潮模砂型腔的内部不断发生碰撞，从而使得潮模砂型腔在内部形成细小裂纹，从而有助于加快潮模砂型腔的溃散，有利于其在外界的振动作用下溃散成较小的结块以及粉末。
26.2.本发明公开的技术方案中，利用羟基磷灰石纳米线作为沉积基体，以酒石酸锑钾作为锑源，硫代乙酰胺作为硫源，通过短时间的水热反应在羟基磷灰石纳米线上沉积形成纳米颗粒，形成的纳米颗粒在经过后续的湿空气环境下的热处理，相互之间会发生团聚现象，从表面生长出一些网状结构，生长出的网状结构一方面可以相互间发生缠绕现象，从而拉近羟基磷灰石纳米线之间的距离，起到稳定由羟基磷灰石纳米线构成的网状支撑结构的稳定性，从而达到进一步增强潮模砂型腔湿压强度的效果，另一方面，相互缠绕的网状结构在羟基磷灰石纳米线之间形成蜂窝状结构，为后续磁流体的灌注提供空间，并且对磁流体还起到限固作用，防止潮模砂型腔表面灌注的磁流体发生流失。
27.3.本发明公开的技术方案中，通过将制得的预处理羟基磷灰石纳米线与常规的潮模砂原料进行干碾、混碾混合造型出半成品的潮模砂型腔，然后采用浸渍法将半成品潮模砂型腔浸渍于磁流体中，从而在潮模砂型腔的外表面灌注入磁流体，使得形成的潮模砂型腔在磁场作用下，磁流体中含有的磁性四氧化三铁纳米颗粒在磁场作用下会发生运动，与潮模砂型腔的内部不断发生碰撞，从而使得潮模砂型腔在内部形成细小裂纹，并且配合振动筛的小功率振动作用，即可使得潮模砂型腔发生溃散，形成较小的结块以及粉末，不仅可以降低能源的消耗，降低生产区域产生的振动噪音，而且铸件表面不易出现潮模砂的粘结现象，有助于提高铸件表面的光滑性。
具体实施方式
28.实施例1一种具有优良溃散性的磁响应潮模砂型腔的制备方法，具体制备方法如下：1）将240g油酸钠溶解在2.5l去离子水中，然后加入2l质量分数为1.11%的氯化钙水溶液，磁力搅拌1h后，再加入2.5l质量分数为1.12%的二水合磷酸二氢钠水溶液，继续磁力搅拌400min后转移到容量为10l的水热反应釜中，密封加热至210℃，保温36h，将水热反应产物用乙醇和去离子水分别洗涤3遍，干燥后得到羟基磷灰石纳米线；2）将0.45m酒石酸锑钾溶于25.4ml去离子水中，磁力搅拌20min，使其溶解后加入
0.15gpvp
‑
k30继续搅拌15min待其溶解，然后在混合溶液中加入0.9mtaa，磁力搅拌40min得到混合液，将形成的混合液倒入到铺设有羟基磷灰石纳米线的反应釜中，将反应釜密封后至于170℃烘箱中恒温加热3h，待反应完成后冷却至室温，取出羟基磷灰石纳米线，用去离子水反复冲洗，干燥后得到预处理羟基磷灰石纳米线；3）按照潮模砂的配比为旧砂62%、新砂19%、钠基膨润土9%、煤粉4%、预处理羟基磷灰石纳米线2%，余量为水，首先将旧砂、新砂、钠基膨润土、煤粉以及预处理羟基磷灰石纳米线干碾2min，加入水后混碾6min，出砂，然后置于烘箱中，在158℃下热处理13h，在处理过程中不断通入经雾化喷头处理得到的雾化水，流量控制为0.8l/h，待处理结束后取出，即可得到潮模砂，然后使用高压造型机，在0.7mpa的条件下造型出半成品的潮模砂型腔，其中，原砂为天然硅砂，sio288%，粒形为多角型，粒度为80目；钠基膨润土的热湿拉强度3.5kpa；新砂的来源是新加入的原砂；4）在氮气气氛下，将10g纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇13ml，油酸3.2l，加热至63℃，以600rpm搅拌13min后冷却至室温，然后加入40g粘度为12cp的硅油，以800rpm高速搅拌50min，将所得的混合液体放入高速离心机中分离，倾倒出上层分离物，除去下层粒径较大的四氧化三铁颗粒，得到稳定的磁流体；5）采用真空加压浸渍法，将半成品潮模砂型腔在常温下浸渍于磁流体中，控制压力为0.4mpa，浸渍3h，在浸渍过程中，保持半成品潮模砂型腔不与磁流体接触，待浸渍结束后，将半成品潮模砂型腔取出，即可得到满足要求的成品潮模砂型腔。
29.实施例2一种具有优良溃散性的磁响应潮模砂型腔的制备方法，具体制备方法如下：1）将288g油酸钠溶解在3l去离子水中，然后加入2.4l质量分数为1.11%的氯化钙水溶液，磁力搅拌1h后，再加入3l质量分数为1.12%的二水合磷酸二氢钠水溶液，继续磁力搅拌30min后转移到容量为12l的水热反应釜中，密封加热至200℃，保温35h，将水热反应产物用乙醇和去离子水分别洗涤3遍，干燥后得到羟基磷灰石纳米线；2）将0.4m酒石酸锑钾溶于33.8ml去离子水中，磁力搅拌20min，使其溶解后加入0.16gpvp
‑
k30继续搅拌15min待其溶解，然后在混合溶液中加入0.8mtaa，磁力搅拌40min得到混合液，将形成的混合液倒入到铺设有羟基磷灰石纳米线的反应釜中，将反应釜密封后至于165℃烘箱中恒温加热2.5h，待反应完成后冷却至室温，取出羟基磷灰石纳米线，用去离子水反复冲洗，干燥后得到预处理羟基磷灰石纳米线；3）按照潮模砂的配比为旧砂63%、新砂18%、钠基膨润土8%、煤粉5%、预处理羟基磷灰石纳米线1.5%，余量为水，首先将旧砂、新砂、钠基膨润土、煤粉以及预处理羟基磷灰石纳米线干碾1min，加入水后混碾5min，出砂，然后置于烘箱中，在158℃下热处理13h，在处理过程中不断通入经雾化喷头处理得到的雾化水，流量控制为1.2l/h，待处理结束后取出，即可得到潮模砂，然后使用高压造型机，在0.8mpa的条件下造型出半成品的潮模砂型腔，其中，原砂为天然硅砂，sio290.5%，粒形为多角型，粒度为100目；钠基膨润土的热湿拉强度4.0kpa；新砂的来源是新加入的原砂；4）在氮气气氛下，将15g纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇20ml，油酸5ml，加热至65℃，以650rpm搅拌10min后冷却至室温，然后加入50g粘度为10cp的硅油，以1000rpm高速搅拌40min，将所得的混合液体放入高速离心机中分离，倾倒出上层分离物，除去下层粒径较
大的四氧化三铁颗粒，得到稳定的磁流体；5）采用真空加压浸渍法，将半成品潮模砂型腔在常温下浸渍于磁流体中，控制压力为0.5mpa，浸渍2h，在浸渍过程中，保持半成品潮模砂型腔不与磁流体接触，待浸渍结束后，将半成品潮模砂型腔取出，即可得到满足要求的成品潮模砂型腔。
30.实施例3一种具有优良溃散性的磁响应潮模砂型腔的制备方法，具体制备方法如下：1）将288g油酸钠溶解在3l去离子水中，然后加入2.4l质量分数为1.11%的氯化钙水溶液，磁力搅拌1h后，再加入3l质量分数为1.12%的二水合磷酸二氢钠水溶液，继续磁力搅拌30min后转移到容量为12l的水热反应釜中，密封加热至200℃，保温35h，将水热反应产物用乙醇和去离子水分别洗涤3遍，干燥后得到羟基磷灰石纳米线；2）将0.5m酒石酸锑钾溶于37.5ml去离子水中，磁力搅拌20min，使其溶解后加入0.27gpvp
‑
k30继续搅拌15min待其溶解，然后在混合溶液中加入1.0mtaa，磁力搅拌40min得到混合液，将形成的混合液倒入到铺设有羟基磷灰石纳米线的反应釜中，将反应釜密封后至于180℃烘箱中恒温加热2h，待反应完成后冷却至室温，取出羟基磷灰石纳米线，用去离子水反复冲洗，干燥后得到预处理羟基磷灰石纳米线；3）按照潮模砂的配比为旧砂65%、新砂16%、钠基膨润土6%、煤粉8%、预处理羟基磷灰石纳米线1%，余量为水，首先将旧砂、新砂、钠基膨润土、煤粉以及预处理羟基磷灰石纳米线干碾3min，加入水后混碾7min，出砂，然后置于烘箱中，在162℃下热处理12h，在处理过程中不断通入经雾化喷头处理得到的雾化水，流量控制为1.5l/h，待处理结束后取出，即可得到潮模砂，然后使用高压造型机，在1.0mpa的条件下造型出半成品的潮模砂型腔，其中，原砂为天然硅砂，sio285%，粒形为多角型，粒度为70目；钠基膨润土的热湿拉强度3.0kpa；新砂的来源是新加入的原砂；4）在氮气气氛下，将15g纳米四氧化三铁颗粒加入乙醇20ml，油酸5ml，加热至65℃，以650rpm搅拌10min后冷却至室温，然后加入45g粘度为9cp的硅油，以1300rpm高速搅拌30min，将所得的混合液体放入高速离心机中分离，倾倒出上层分离物，除去下层粒径较大的四氧化三铁颗粒，得到稳定的磁流体；5）采用真空加压浸渍法，将半成品潮模砂型腔在常温下浸渍于磁流体中，控制压力为0.6mpa，浸渍1h，在浸渍过程中，保持半成品潮模砂型腔不与磁流体接触，待浸渍结束后，将半成品潮模砂型腔取出，即可得到满足要求的成品潮模砂型腔。
31.测试实验1.潮模砂性能测试1.1试验工艺1.1.1混砂工艺：采用实施例2提供的最优选配比方案，旧砂63%+新砂18%+钠基膨润土8%+煤粉5%+预处理羟基磷灰石纳米线1.5%（干碾1min）+水4.5%（混碾5min），出砂。
32.1.1.2试样准备：用syc锤击式冲样器制出φ50
×
50试样。
33.参考陈光昀、聂永福编《铸造测试技术》1.2.性能测试1.2.1湿压强度：型砂的湿压强度用型砂强度试验仪测定。
34.1.2.2透气性：型砂的透气性用型砂透气性试验仪测定。
35.1.2.3流动性：型砂的流动性使用表面硬度差法来测试测定，在砂样筒内装有一个高30mm的半圆柱体，安装标准试样制法冲击三次，顶出试样，用型砂表面硬度计测量高度a、b两个半圆平面的硬度h
a
、h
b
，并用下式表示其流动性，流动性%=h
a
/h
b
×
100。
36.1.2.4韧性：型砂韧性=湿压强度
×
变形量
×
100。
37.1.3试验结果潮模砂种类湿压强度（mpa）透气率流动性韧性实施例2提供0.1738392175.8通过上述测试结果可知，本发明提供的潮模砂性能优异，完全可以满足机器造型和手工造型生产铸铁件的要求。
38.2.磁响应潮模砂型腔溃散性测试2.1测试试样：2.1.1对照组：选用旧砂63%+新砂18%+钠基膨润土8%+煤粉5%（干碾1min）+水6%（混碾5min），出砂，然后经高压造型机在0.8mpa的条件下造型出潮模砂型腔。
39.2.1.2实验组：由实施例2提供的磁响应潮模砂型腔。
40.2.2测试方法：将对照组与实验组提供的潮模砂型腔试样用于铸铁件的铸造，将铸造后的潮模砂型腔置于安装有磁场发生器的振动筛上，控制磁场强度为100mt，并启动振动筛，不断调节振动筛频率，记录潮模砂型腔发生溃散时振动筛的频率，潮模砂型腔完全溃散所用时间，以及潮模砂型腔溃散后的形貌。
41.2.3测试结果实验组提供的潮模砂型腔完全溃散后，多以粉末状存在，有少量较小的结块，未发现较大结块；对照组提供的潮模砂型腔完全溃散后，多以粉末状存在，有较多的较小结块出现，并且还有一些较大结块存在；实验组提供的潮模砂型腔，相比较对照组提供的潮模砂型腔，发生溃散时振动筛频率降低了46.2%，完全溃散所用时间缩短了26.1%。
42.通过上述测试结果可知，本发明提供的磁响应潮模砂型腔，在磁场作用下，配合小功率振动筛的振动作用，可以快速溃散，并且溃散后的潮模砂多以粉末状存在，伴有少量的较小结块。
43.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，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。