一种无机粘结剂覆膜砂以及制备方法和应用与流程

1.本发明属于铸造用覆膜砂领域，具体涉及一种无机粘结剂覆膜砂以及制备方法和应用。


背景技术：

2.汽车工业正快速朝着轻量化、智能化、电动化的方向发展，对汽车零部件的品质要求也越来越高。除此之外，为实现“双碳”目标，工业应用的环保低碳类技术研发产品逐步产量化、市场化。新能源汽车关键零部件，例如铝合金电机壳、副车架等铸件极易产生气孔缺陷，半数以上的气孔缺陷均是由造型材料中的有机树脂在高温下分解出气体造成，然而无机粘结剂在浇铸时基本无气体产生，可有效避免铸件的气孔，大幅提升铸件成品率。
3.无机粘结剂覆膜砂是以无机粘结剂为粘接材料(简称无机砂)，以再生砂为骨料，包覆形成的铸造造型材料。根据对铸造企业的调研发现，无机砂在使用的有两个难点：1)强度低，极易造成砂芯裂纹、拔模断芯；2)固化慢，极易造成堵射嘴，造成制芯中断。
4.中国专利cn 108097866a公开了一种提高无机粘结剂砂强度的方法，通过再无机粘结剂混砂过程中添加微硅粉，以提升无机粘结剂砂的强度，解决了无机粘结剂型砂的溃散性难题，但是添加微硅粉的加入对流动性有很大的负面影响，且未对成品率等指标进行说明。
5.中国专利cn 108097866a公开了一种具有溃散性的改性无机粘结剂砂及制取方法，包括硅砂、改性无机粘结剂和粉料溃散剂，显著提高了无机粘结剂型砂的溃散性，使无机粘结剂砂型在浇注后大幅降低残留强度，易于铸件清理。但未考虑到无机粘结剂使用过程中易出现的断芯、裂纹和堵射嘴、实用性差的问题。


技术实现要素：

6.基于此，本发明提供了一种无机粘结剂覆膜砂以及制备方法和应用，为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种无机粘结剂覆膜砂，以重量份数计，包括以下组分：改性无机再生砂100份，硅酸钠1-5份，催化剂0.1-0.5份；
8.所述改性无机再生砂制备包括如下步骤：
9.取无机旧砂，进行湿法再生，砂水分离后得无机再生砂和改性液半成品；
10.往改性液半成品中添加絮凝剂、沉淀剂，反应后进行压滤并对压滤后的液体进行电导率测试，通过添加水或硅酸钠调整电导率值得改性液成品；
11.将无机再生砂加入改性液成品中反应，烘干后得改性无机再生砂；
12.所述催化剂包括：氧化钙、丁二酮及卵磷脂。
13.进一步地，所述无机旧砂规格为40/70目、三筛集中度85～92％，湿法再生中砂水比例为1：(1～3)。
14.进一步地，所述絮凝剂为聚合硫酸铁，添加量为0.01％～0.05％，所述沉淀剂为聚
丙烯酰胺，添加量为0.001～0.002％，所述改性液成品电导率值为10000us/cm～20000us/cm。
15.进一步地，所述催化剂中氧化钙占比10～50％，丁二酮占比10％～50％、卵磷脂占比10％～60％。
16.一种制备上述无机粘结剂覆膜砂的方法，包括如下步骤：
17.取改性无机再生砂、硅酸钠，加入到混砂机中进行混制30～80s得混料ⅰ；
18.往混料ⅰ中加入催化剂混制8～20s得无机粘结剂覆膜砂。
19.上述无机粘结剂覆膜砂在汽车零部件铸造中的应用。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
21.(1)本发明制备的无机粘结剂覆膜砂流动性好、强度高、制芯成品率高，在使用工艺上实现循环，流程简单、重复利用、成本低。
22.(2)本发明将无机旧砂再生过程产生的高浓度循环水进行配比，得到电导率10000us/cm～20000us/cm的改性液，使用改性液对无机再生砂进行快速浸泡烘干改性，烘干后的无机再生砂表面覆盖一层高度活性的硅酸钠无机粘结剂，得到优于新砂的改性无机再生砂；
23.(3)本发明催化剂选用氧化钙、丁二酮、卵磷脂，氧化钙能快速形成高碱性环境大幅提升固化效率，丁二酮强化固化反应提升强度，卵磷脂有效促进反应活性，提升催化效果，三者结合起来能有效提升砂芯成品率。
附图说明
24.图1为本发明实施例1工艺流程图。
具体实施方式
25.下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。本发明中未对具体材料说明均为现有材料，可以从市面上直接购买得到。
26.实施例1
27.如图1所示，本实施例提供一种无机粘结剂覆膜砂的制备方法，具体步骤如下：
28.s1，取规格40/70目、三筛集中度90％的无机旧砂，砂水比1:2，进行搅拌擦洗湿法再生，时间5min，搅拌转速360r/min，过100目脱水筛，进行砂水分离，得到无机再生砂和改性液半成品。
29.s2，往改性液半成品中添加0.02％的聚合硫酸铁、0.001％的聚丙烯酰胺，搅拌均匀后静置20min后，使用压滤机进行压滤，往压滤后的液体中添加水或无机粘结剂，最终得到电导率值15000us/cm的改性液成品。
30.s3，将无机再生砂放入改性液成品中进行浸泡10min完成表面改性，再进行烘干得到改性无机再生砂。
31.s4，取100份改性无机再生砂，2份硅酸钠，加入到混砂机中进行混制50s得混料ⅰ。
32.s5，往混料ⅰ中加入0.2份催化剂(氧化钙20％、丁二酮40％、卵磷脂40％)混制8s，得无机粘结剂覆膜砂。
33.实施例2
34.本实施例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别在于：催化剂含量为0.1份。
35.实施例3
36.本实施例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别在于：催化剂含量为0.5份。
37.实施例4
38.本实施例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别在于具体参数有区别，具体如下：
39.s1，取规格40/70目、三筛集中度85％的无机旧砂，砂水比1:1，进行搅拌擦洗湿法再生，时间5min，搅拌转速360r/min，过100目脱水筛进行砂水分离，得到无机再生砂和改性液半成品。
40.s2，往改性液半成品中添加0.01％的聚合硫酸铁、0.001％的聚丙烯酰胺，搅拌均匀后静置20min后，使用压滤机进行压滤，往压滤后的液体中通过添加水或无机粘结剂，最终得到电导率值10000us/cm的改性液成品。
41.s3，将无机再生砂放入改性液成品中进行浸泡10min完成表面改性，再进行烘干得到改性无机再生砂。
42.s4，取100份改性无机再生砂，1份硅酸钠，加入到混砂机中进行混制30s得混料ⅰ。
43.s5，往混料ⅰ中加入0.1催化剂(氧化钙10％、丁二酮50％、卵磷脂40％)混制15s，得无机粘结剂覆膜砂。
44.实施例5
45.本实施例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别在于具体参数有区别，具体如下：
46.s1，取规格40/70目、三筛集中度92％的无机旧砂，砂水比1:3，进行搅拌擦洗湿法再生，时间5min，搅拌转速360r/min，过100目脱水筛进行砂水分离，得到无机再生砂和改性液半成品；
47.s2，往改性液半成品中添加0.05％的聚合硫酸铁、0.002％的聚丙烯酰胺，搅拌均匀后静置20min后，使用压滤机进行压滤，往压滤后的液体中通过添加水或无机粘结剂，最终得到电导率值20000us/cm的改性液成品；
48.s3，将无机再生砂放入改性液成品中进行浸泡10min完成表面改性，再进行烘干得到改性无机再生砂；
49.s4，取100份改性无机再生砂，5份硅酸钠，加入到混砂机中进行混制80s得混料ⅰ；
50.s5，往混料ⅰ中加入0.5催化剂(氧化钙30％、丁二酮10％、卵磷脂60％)混制20s得无机粘结剂砂。
51.对比例1
52.本对比例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别具体如下：采用内蒙新砂替代改性无机再生砂。
53.对比例2
54.本对比例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实
施例1的基本相同，区别在于：无机再生砂不经过改性处理，具体操作如下：
55.s1，取规格40/70目、三筛集中度90％的无机旧砂，砂水比1:2，进行搅拌擦洗湿法再生，时间5min，搅拌转速360r/min，过100目脱水筛进行砂水分离，得到无机再生砂；
56.s2，取100份无机再生砂，2份硅酸钠，加入到混砂机中进行混制50s得混料ⅰ；
57.s3，往混料ⅰ中加入0.2催化剂(氧化钙20％、丁二酮40％、卵磷脂40％)混制8s得无机粘结剂砂。
58.对比例3
59.本对比例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别具体如下：改性液成品电导率为500us/cm。
60.对比例4
61.本对比例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别具体如下：改性液成品电导率为30000us/cm。
62.对比例5
63.本对比例提供一种制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别具体如下：不添加催化剂，直接用改性无机再生砂和硅酸钠制备无机粘结剂覆膜砂。
64.对比例6
65.本实施例制备无机粘结剂覆膜砂的方法，其采用的原料及工艺步骤与实施例1的基本相同，区别具体如下：无机粘结剂由硅酸钠替换成磷酸钠。
66.对实施例1-3以及对比例1-6制备的覆膜砂的性能进行鉴定，其中测试抗拉强度、流动性、固化厚度参考标准jb/t8583-2008。
67.表1覆膜砂理化性能指标
68.[0069][0070]
由表1可知：
[0071]
比较实施例1与对比例1，改性无机再生砂替换为内蒙新砂后，得到的覆膜砂的强度衰退35％，流动性延长20％，固化厚度衰退10％，制芯成品率降低6个百分点。
[0072]
比较实施例1与对比例2，无机再生砂免去改性工艺后，得到的无机砂的强度衰退25％，流动性延长30％，固化厚度衰退10％，制芯成品率降低8个百分点。
[0073]
比较实施例1与对比例3，改性液成品电导率低至500us/cm后，得到的无机砂的强度衰退15％，流动性延长15％，固化厚度衰退15％，制芯成品率降低5个百分点。
[0074]
比较实施例1与对比例4，改性液电导率高至30000us/cm后，得到的无机砂的强度升高5％，流动性延长35％，固化厚度提升10％，制芯成品率降低10个百分点。
[0075]
比较实施例1与对比例5，不添加催化剂时，得到的无机砂的强度衰退15％，流动性延长5％，固化厚度衰退35％，制芯成品率降低3个百分点。
[0076]
比较实施例1与对比例6，无机粘结剂由硅酸钠替换成磷酸钠时，得到的无机砂的强度衰退20％，流动性延长11％，固化厚度衰退6％，制芯成品率降低47个百分点。
[0077]
通过对比实施例1-3发现，当催化剂加入量少，固化慢，强度低；而加入量过多，提前固化，粘结剂失效，砂芯表面浮砂、疏松。
[0078]
综上所述，本发明制备的无机粘结剂覆膜砂在冷抗强度、流动性、固化厚度、制芯成品率这些指标上都比较优异，适合大规模生产应用。
[0079]
以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。