本發(fā)明屬于鑄造材料，尤其涉及覆膜砂，具體涉及一種耐熱覆膜砂及其制備工藝。

背景技術(shù)：

1、隨著我國汽車、船舶、高鐵、航天航空等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，鑄件的使用量越來越大，對鑄件的質(zhì)量要求越來越高，因此，對鑄件中使用的覆膜砂的質(zhì)量要求也越來越高。鑄鋼件的澆注溫度可以到達1600℃，已經(jīng)超過硅砂的自身耐火溫度，這些鑄件在凝固的時候會釋放大量的潛熱，導致粘結(jié)劑酚醛樹脂迅速燒損分解，因而導致出現(xiàn)鑄件內(nèi)部縮松、鑄件表面產(chǎn)生皺皮等情況。同時，硅砂的主要成分sio2在573℃時會發(fā)生熱相變膨脹，導致砂芯模具開裂或砂芯表面不致密，金屬液浸入砂芯，進而導致機械粘砂。因此，提高覆膜砂的耐熱性能是確保鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于上述問題，本發(fā)明提供一種耐熱覆膜砂及其制備方法。該耐熱覆膜砂中添加了無水硼砂和硼酸，同時無需再添加潤滑劑，其具有較好的耐熱性能和較低的生產(chǎn)成本，適合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、大型的鑄鐵件或/和鑄鋼件。

2、具體地，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

3、一種耐熱覆膜砂，由硅砂、無水硼砂、硼酸、酚醛樹脂和固化劑組成；所述硅砂、所述無水硼砂和所述硼酸的質(zhì)量比為(80～90):(10～20):(0.1～0.5)，所述酚醛樹脂的質(zhì)量占所述硅砂質(zhì)量的2％～4％；所述固化劑的質(zhì)量占所述酚醛樹脂質(zhì)量的12％～15％。

4、無水硼砂為白色結(jié)晶或玻璃體，其α斜方晶體熔點為742.5℃，β斜方晶體熔點為664℃，在本發(fā)明中能促進sio2的熔融，降低相變膨脹。硼酸為白色結(jié)晶性粉末，在本發(fā)明中包覆在砂粒表面促進sio2的熔融，控制熱膨脹。硅砂在受熱時，sio2在573℃發(fā)生α→β相變膨脹，加入硼砂可以降低此膨脹力對砂芯的影響，避免砂芯受力開裂導致金屬液入侵；同時，硼砂還有與硼酸相同的助熔效果，使硅砂骨架的燒結(jié)更加徹底和牢固。

5、在優(yōu)選的方案中，所述硅砂、所述無水硼砂和所述硼酸的質(zhì)量比為84:15.7:0.3。

6、在優(yōu)選的方案中，所述硅砂的篩號為20～270目。

7、在優(yōu)選的方案中，所述無水硼砂的篩號為20～270目。

8、在優(yōu)選的方案中，所述硼酸的篩號為300～500目。

9、在優(yōu)選的方案中，所述固化劑為烏洛托品。

10、本發(fā)明還提供上述任一項方案所述的耐熱覆膜砂的制備方法，包括以下步驟：

11、s1、將硅砂和無水硼砂按照比例充分混合，得到混合物a；將所述混合物a加熱；

12、s2、向加熱后的所述混合物a中加入酚醛樹脂，充分混合均勻；

13、s3、向步驟s2的產(chǎn)物中加入固化劑的水溶液，混合均勻；

14、s4、向步驟s3的產(chǎn)物中加入硼酸，混合均勻，得到所述耐熱覆膜砂。

15、在優(yōu)選的方案中，步驟s1中將所述混合物a加熱至140～160℃。

16、在優(yōu)選的方案中，步驟s2中通過攪拌混合均勻，攪拌速度為110～130r/min。

17、在優(yōu)選的方案中，步驟s2中通過攪拌混合均勻，攪拌時間為20～30s。

18、在優(yōu)選的方案中，步驟s3中固化劑的水溶液中固化劑的質(zhì)量百分含量為30％～40％。固化劑水溶液的濃度低于30％時，適當增加水溶液的用量；固化劑水溶液的濃度高于40％時，適當減少水溶液的用量；保證固化劑的質(zhì)量占酚醛樹脂質(zhì)量的12％～15％即可。

19、在優(yōu)選的方案中，步驟s3中通過攪拌混合均勻，攪拌速度為110～130r/min。

20、在優(yōu)選的方案中，步驟s3中通過攪拌混合均勻，攪拌時間為30～35s。

21、在優(yōu)選的方案中，步驟s4中通過攪拌混合均勻，攪拌速度為75～85r/min。

22、在優(yōu)選的方案中，步驟s4中通過攪拌混合均勻，攪拌時間為15～25s。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：(1)本發(fā)明中以硅砂和無水硼砂為骨料，在骨料表面包裹酚醛樹脂并固化，然后在覆膜砂最外層包裹硼酸，得到了耐熱性能優(yōu)良的覆膜砂。澆注時，金屬液凝固過程中會釋放大量的潛熱，酚醛樹脂受熱分解完后，作為骨料組成成分之一的無水硼砂以及包覆在砂粒表面的硼酸開始起作用，砂芯溫度到750±50℃時，砂粒的主要化學成分sio2在二者的共同作用下熔融燒結(jié)，在砂芯表面形成一層致密的玻璃層，繼續(xù)抵御金屬液入侵砂芯，繼續(xù)維持砂芯尺寸結(jié)構(gòu)，避免鑄件粘砂。(2)硼元素可以縮短sio2的熔融時間，盡快形成玻璃化層，還能抑制玻璃層的熱膨脹，提高玻璃層的強度，維持砂芯的輪廓，從而避免鑄件尺寸變形。(3)本發(fā)明中硼酸分布在覆膜砂最外層，具有潤滑效果，提高了覆膜砂的流動性，既對覆膜砂在模具內(nèi)的填充能力有利，相比常規(guī)覆膜砂，又因為無需額外使用潤滑劑而節(jié)省了覆膜砂的制造成本。(4)本發(fā)明提供的耐熱覆膜砂適合生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、大型的鑄鐵件和鑄鋼件。

技術(shù)特征：

1.一種耐熱覆膜砂，其特征在于，由硅砂、無水硼砂、硼酸、酚醛樹脂和固化劑組成；所述硅砂、所述無水硼砂和所述硼酸的質(zhì)量比為(80～90):(10～20):(0.1～0.5)，所述酚醛樹脂的質(zhì)量占所述硅砂質(zhì)量的2％～4％；所述固化劑的質(zhì)量占所述酚醛樹脂質(zhì)量的12％～15％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱覆膜砂，其特征在于，所述硅砂、所述無水硼砂和所述硼酸的質(zhì)量比為84:15.7:0.3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱覆膜砂，其特征在于，所述硅砂的篩號為20～270目；或/和所述無水硼砂的篩號為20～270目；或/和所述硼酸的篩號為300～500目。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐熱覆膜砂，其特征在于，所述固化劑為烏洛托品。

5.權(quán)利要求1～4任一項所述的耐熱覆膜砂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s1中將所述混合物a加熱至140～160℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中通過攪拌混合均勻，攪拌速度為110～130r/min；或/和攪拌時間為20～30s。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中固化劑的水溶液中固化劑的質(zhì)量百分含量為30％～40％。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中通過攪拌混合均勻，攪拌速度為110～130r/min；或/和攪拌時間為30～35s。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中通過攪拌混合均勻，攪拌速度為75～85r/min；或/和攪拌時間為15～25s。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種耐熱覆膜砂及其制備工藝，屬于鑄造材料技術(shù)領(lǐng)域。該耐熱覆膜砂，由硅砂、無水硼砂、硼酸、酚醛樹脂和固化劑組成。硅砂、無水硼砂和硼酸的質(zhì)量比為(80～90):(10～20):(0.1～0.5)，酚醛樹脂的質(zhì)量占硅砂質(zhì)量的2％～4％；固化劑的質(zhì)量占酚醛樹脂質(zhì)量的12％～15％。本發(fā)明中以硅砂和無水硼砂作為骨料，在骨料表面包覆酚醛樹脂并固化，然后加入硼酸，得到該耐熱覆膜砂。通過該方法顯著提高了覆膜砂的耐熱性能，并且無需再添加潤滑劑；既能避免鑄件粘砂和變形，又降低了耐熱覆膜砂的制造成本。

技術(shù)研發(fā)人員：尹海軍,丁益,包羽沖,熊東方,崔仕康
受保護的技術(shù)使用者：合肥仁創(chuàng)鑄造材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23