一種自硬型砂及其應用的製作方法
2024-04-12 11:49:05 1
1.本發明涉及鑄造技術領域，具體為一種自硬型砂及其應用。
背景技術：
2.我國作為鑄造大國，每年的鑄件產量都在提高，居世界鑄件產量的榜首。汽車零部件行業中大量的汽車零部件均依賴於鑄造加工成型。
3.在鑄造行業中，造型材料又是決定鑄件質量的基礎，而造型材料的質量又取決於粘結劑的性能。
4.現有技術，申請號為 201610609535.8，公開了「一種型砂儀器鑄造用的樹脂砂，其包括以下重量份數的原料：基體砂料100份、呋喃樹脂1~3份、固化劑0.2~1份、改性添加劑10~20份；所述的基體砂料為石英砂和電熔鋯英砂，其質量份比為1~3:1；所述的改性添加劑為石膏粉、高嶺土、海泡石、空心玻璃微珠、木質素纖維中的一種或幾種。本發明製得的一種型砂儀器鑄造用的樹脂砂砂型強度高、尺寸偏差小、潰散性好、能源消耗少，可用於各種型砂儀器鑄件的生產鑄造，鑄件的表面質量和尺寸精度高」，現有技術製備的型砂含有有機樹脂，而有機樹脂粘結劑在使用過程中，會釋放大量苯、醛、硫等有毒氣體，對操作人員人和環境都造成巨大毒害，況且，有機樹脂粘結劑成本較高，在鑄件質量控制方面也存在局限性。
5.基於此，我們提出了一種自硬型砂，希冀解決現有技術中的不足之處。
技術實現要素：
6.（一）解決的技術問題針對現有技術的不足，本發明提供了一種自硬型砂。
7.（二）技術方案為實現上述的目的，本發明提供如下技術方案：一種自硬型砂，將原砂、自硬粘結劑進行混合而得到；所述自硬粘結劑由納米碳化矽複合磷酸鹽粘結劑得到；其中，自硬粘結劑佔原砂質量的10-12%。
8.作為進一步的技術方案，所述自硬粘結劑按重量份計包括以下成分製成：納米碳化矽3-5份、磷酸二氫銨12-15份、磷酸6-8份、氧化鎂10-14份、水50-60份、輔助劑；其中，輔助劑佔自硬粘結劑質量比為1.1-1.8%。
9.作為進一步的技術方案，所述納米碳化矽經過預處理：首先，配製硫酸溶液，將1-3g的納米碳化矽添加到55-60ml的硫酸溶液中，調節溫度至70-75℃，保溫攪拌40min，然後進行過濾，乾燥，得到酸處理納米碳化矽；將0.3-0.5g的正矽酸乙酯添加到45-50ml的乙醇溶液中，攪拌均勻後，再將3-5g酸處理納米碳化矽，繼續攪拌2小時，再經過旋轉蒸發乾燥，經過煅燒處理，即可。
10.作為進一步的技術方案：所述硫酸溶液質量分數為2.5%；所述乙醇溶液質量分數為40%；
所述煅燒處理溫度為420-435℃。
11.作為進一步的技術方案，所述輔助劑製備方法為：向反應釜中添加14.2g甲醇，然後再向甲醇中添加25g丁腈，在冰浴條件下，攪拌10min，再向反應釜內混合液中通入16.8g氯化氫，並以120r/min轉速進行攪拌2小時，進行出料，得到反應料；將10-15g反應料添加到55ml的水中，攪拌30min，然後再添加20-25g的碳酸氫鈉，攪拌反應40min，結束反應後，進行旋轉蒸發乾燥，得到所述輔助劑。
12.作為進一步的技術方案，所述氯化氫通入反應釜前需要經過乾燥處理；乾燥溫度為65℃，乾燥時間為2小時。
13.作為進一步的技術方案：所述冰浴條件下溫度控制在8℃以下。
14.自硬型砂應用於汽車零部件鑄造。
15.（三）有益效果與現有技術相比，本發明提供了一種自硬型砂，具備以下有益效果：本發明具有優異的力學性能和良好的熱穩定性，能夠潰散完全，並且發氣量低、無毒環保和成本相對低廉。本發明工藝通過對納米碳化矽進行預處理，再引入後對型砂的表面質量會有相對較高的提升，同時，其對於型砂的強度同樣具有明顯的改善，未經過預處理的納米碳化矽分散性會相對較差一些，而經過預處理後的納米碳化矽能夠均勻地分散在自硬粘結劑的分子空隙中，而自硬粘結劑本身有大量的活性基團，能夠與經過預處理後的納米碳化矽形成三維網狀結構，並且覆蓋在原砂粒表面，不僅能夠提高型砂表面的平整性，同時，改善了型砂的強度，對於鑄件質量具有明顯的提升。
附圖說明
16.圖1為型砂試樣在室溫空氣下隨放置時間對抗拉強度影響。
17.圖2為不同輔助劑質量比對於型砂試樣抗拉強度影響。
具體實施方式
18.下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
19.在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
20.一種自硬型砂，將原砂、自硬粘結劑進行混合而得到，可以在混砂機中進行混合；所述自硬粘結劑由納米碳化矽複合磷酸鹽粘結劑得到；其中，自硬粘結劑佔原砂質量的10-12%，優選10.5-11.5%，更優選11.2%。
21.型砂的發氣量對於鑄件加工的質量具有非常大的影響，型砂的發氣量越大，會導致鑄件產生的氣孔等缺陷不斷增加，從而使得鑄件質量不斷變差，促使廢品率升高，本發明製備的自硬型砂的發氣量平均在7.2ml/g，發氣量相對較小，能夠有效的降低廢品率，保障
鑄件質量。
22.所述自硬粘結劑按重量份計包括以下成分製成：納米碳化矽3-5份、磷酸二氫銨12-15份、磷酸6-8份、氧化鎂10-14份、水50-60份、輔助劑；其中，輔助劑佔自硬粘結劑質量比為1.1-1.8%。
23.所述納米碳化矽經過預處理：首先，配製硫酸溶液，將1-3g的納米碳化矽添加到55-60ml的硫酸溶液中，調節溫度至70-75℃，保溫攪拌40min，然後進行過濾，乾燥，得到酸處理納米碳化矽；將0.3-0.5g的正矽酸乙酯添加到45-50ml的乙醇溶液中，攪拌均勻後，再將3-5g酸處理納米碳化矽，繼續攪拌2小時，再經過旋轉蒸發乾燥，經過煅燒處理，即可。
24.經過預處理後的納米碳化矽，引入後對型砂的表面質量會有相對較高的提升，同時，其對於型砂的強度同樣具有明顯的改善，經過預處理後的納米碳化矽能夠均勻地分散在自硬粘結劑的分子空隙中，而自硬粘結劑本身有大量的活性基團，能夠與經過預處理後的納米碳化矽形成三維網狀結構，並且覆蓋在原砂粒表面，不僅能夠提高型砂表面的平整性，同時，改善了型砂的強度，對於鑄件質量具有明顯的提升。
25.所述硫酸溶液質量分數為2.5%；所述乙醇溶液質量分數為40%；所述煅燒處理溫度為420-435℃，優選428℃。
26.所述輔助劑製備方法為：向反應釜中添加14.2g甲醇，然後再向甲醇中添加25g丁腈，在冰浴條件下，攪拌10min，再向反應釜內混合液中通入16.8g氯化氫，並以120r/min轉速進行攪拌2小時，進行出料，得到反應料；將10-15g反應料添加到55ml的水中，攪拌30min，然後再添加20-25g的碳酸氫鈉，攪拌反應40min，結束反應後，進行旋轉蒸發乾燥，得到所述輔助劑。本發明通過向自硬粘結劑中添加配製的輔助劑，其主要是通過引進了有機化學鍵與無機材料進行了結合，從而提高型砂的強度。
27.所述氯化氫通入反應釜前需要經過乾燥處理，對氯化氫進行乾燥處理，主要是為了脫除氯化氫內的水分；乾燥溫度為65℃，乾燥時間為2小時。
28.所述冰浴條件下溫度控制在8℃以下。
29.本發明自硬型砂製備方法為：將原砂添加到混砂機中，然後再添加自硬粘結劑，進行攪拌，混砂處理5min，然後壓入模具中，定型，脫模，即可。
30.本發明採用的氧化鎂成分為：表1磷酸二氫銨，又名磷酸一銨，是一種無機化合物，化學式為nh4h2po4，為白色結晶性粉末，微溶於乙醇，不溶於丙酮。
31.原砂粒徑分布：
表2以下為具體實施例：實施例1一種自硬型砂，將原砂、自硬粘結劑進行混合而得到；所述自硬粘結劑由納米碳化矽複合磷酸鹽粘結劑得到；其中，自硬粘結劑佔原砂質量的10%。
32.所述自硬粘結劑按重量份計包括以下成分製成：納米碳化矽3份、磷酸二氫銨12份、磷酸6份、氧化鎂10份、水50份、輔助劑；其中，輔助劑佔自硬粘結劑質量比為1.1%。
33.所述納米碳化矽經過預處理：首先，配製硫酸溶液，所述硫酸溶液質量分數為2.5%；將1g的納米碳化矽添加到55ml的硫酸溶液中，調節溫度至70℃，保溫攪拌40min，然後進行過濾，乾燥，得到酸處理納米碳化矽；將0.3g的正矽酸乙酯添加到45ml的乙醇溶液中，所述乙醇溶液質量分數為40%；攪拌均勻後，再將3g酸處理納米碳化矽，繼續攪拌2小時，再經過旋轉蒸發乾燥，經過煅燒處理，所述煅燒處理溫度為420℃，即可。
34.所述輔助劑製備方法為：向反應釜中添加14.2g甲醇，然後再向甲醇中添加25g丁腈，在冰浴條件下，攪拌10min，再向反應釜內混合液中通入16.8g氯化氫，並以120r/min轉速進行攪拌2小時，進行出料，得到反應料；將10g反應料添加到55ml的水中，攪拌30min，然後再添加20g的碳酸氫鈉，攪拌反應40min，結束反應後，進行旋轉蒸發乾燥，得到所述輔助劑。所述氯化氫通入反應釜前需要經過乾燥處理；乾燥溫度為65℃，乾燥時間為2小時；所述冰浴條件下溫度控制在8℃以下。
35.本發明自硬型砂製備方法為：將原砂添加到混砂機中，然後再添加自硬粘結劑，進行攪拌，混砂處理5min，然後壓入模具中，定型，脫模，即可。
36.實施例2
一種自硬型砂，將原砂、自硬粘結劑進行混合而得到；所述自硬粘結劑由納米碳化矽複合磷酸鹽粘結劑得到；其中，自硬粘結劑佔原砂質量的11.2%。
37.所述自硬粘結劑按重量份計包括以下成分製成：納米碳化矽3.5份、磷酸二氫銨12.6份、磷酸7.5份、氧化鎂11份、水55份、輔助劑；其中，輔助劑佔自硬粘結劑質量比為1.5%。
38.所述納米碳化矽經過預處理：首先，配製硫酸溶液，所述硫酸溶液質量分數為2.5%；將2.3g的納米碳化矽添加到58ml的硫酸溶液中，調節溫度至72℃，保溫攪拌40min，然後進行過濾，乾燥，得到酸處理納米碳化矽；將0.35g的正矽酸乙酯添加到46ml的乙醇溶液中，所述乙醇溶液質量分數為40%；攪拌均勻後，再將4.2g酸處理納米碳化矽，繼續攪拌2小時，再經過旋轉蒸發乾燥，經過煅燒處理，所述煅燒處理溫度為428℃，即可。
39.所述輔助劑製備方法為：向反應釜中添加14.2g甲醇，然後再向甲醇中添加25g丁腈，在冰浴條件下，攪拌10min，再向反應釜內混合液中通入16.8g氯化氫，並以120r/min轉速進行攪拌2小時，進行出料，得到反應料；將13g反應料添加到55ml的水中，攪拌30min，然後再添加22g的碳酸氫鈉，攪拌反應40min，結束反應後，進行旋轉蒸發乾燥，得到所述輔助劑。所述氯化氫通入反應釜前需要經過乾燥處理；乾燥溫度為65℃，乾燥時間為2小時；所述冰浴條件下溫度控制在8℃以下。
40.本發明自硬型砂製備方法為：將原砂添加到混砂機中，然後再添加自硬粘結劑，進行攪拌，混砂處理5min，然後壓入模具中，定型，脫模，即可。
41.採用φ50圓柱試樣模，將實施例2型砂壓入試樣模中，使用5kn電子萬能試驗機測試鑄造型砂的抗拉強度，試樣模壓制好後，測量室溫空氣下隨放置時間的延長，抗拉強度變化，如圖1。
42.根據圖1可以看出，室溫空氣下，隨著時間的延長，鑄造型砂的抗拉強度先快速增加，後逐漸降低，最後趨於穩定，並緩慢增加。
43.室溫下放置24小時，對比不同自硬粘結劑中輔助劑質量比對於型砂抗拉硬度的影響，如圖2。
44.實施例3一種自硬型砂，將原砂、自硬粘結劑進行混合而得到；所述自硬粘結劑由納米碳化矽複合磷酸鹽粘結劑得到；其中，自硬粘結劑佔原砂質量的11.5%。
45.所述自硬粘結劑按重量份計包括以下成分製成：納米碳化矽4份、磷酸二氫銨13份、磷酸7份、氧化鎂13份、水58份、輔助劑；其中，輔助劑佔自硬粘結劑質量比為1.5%。
46.所述納米碳化矽經過預處理：首先，配製硫酸溶液，所述硫酸溶液質量分數為2.5%；將2.5g的納米碳化矽添加到58ml的硫酸溶液中，調節溫度至72℃，保溫攪拌40min，然後進行過濾，乾燥，得到酸處理納
米碳化矽；將0.4g的正矽酸乙酯添加到47ml的乙醇溶液中，所述乙醇溶液質量分數為40%；攪拌均勻後，再將4g酸處理納米碳化矽，繼續攪拌2小時，再經過旋轉蒸發乾燥，經過煅燒處理，所述煅燒處理溫度為423℃，即可。
47.所述輔助劑製備方法為：向反應釜中添加14.2g甲醇，然後再向甲醇中添加25g丁腈，在冰浴條件下，攪拌10min，再向反應釜內混合液中通入16.8g氯化氫，並以120r/min轉速進行攪拌2小時，進行出料，得到反應料；將13.5g反應料添加到55ml的水中，攪拌30min，然後再添加22g的碳酸氫鈉，攪拌反應40min，結束反應後，進行旋轉蒸發乾燥，得到所述輔助劑。所述氯化氫通入反應釜前需要經過乾燥處理；乾燥溫度為65℃，乾燥時間為2小時；所述冰浴條件下溫度控制在8℃以下。
48.本發明自硬型砂製備方法為：將原砂添加到混砂機中，然後再添加自硬粘結劑，進行攪拌，混砂處理5min，然後壓入模具中，定型，脫模，即可。
49.實施例4一種自硬型砂，將原砂、自硬粘結劑進行混合而得到；所述自硬粘結劑由納米碳化矽複合磷酸鹽粘結劑得到；其中，自硬粘結劑佔原砂質量的12%。
50.所述自硬粘結劑按重量份計包括以下成分製成：納米碳化矽5份、磷酸二氫銨15份、磷酸8份、氧化鎂14份、水60份、輔助劑；其中，輔助劑佔自硬粘結劑質量比為1.8%。
51.所述納米碳化矽經過預處理：首先，配製硫酸溶液，所述硫酸溶液質量分數為2.5%；將3g的納米碳化矽添加到60ml的硫酸溶液中，調節溫度至75℃，保溫攪拌40min，然後進行過濾，乾燥，得到酸處理納米碳化矽；將0.5g的正矽酸乙酯添加到50ml的乙醇溶液中，所述乙醇溶液質量分數為40%；攪拌均勻後，再將5g酸處理納米碳化矽，繼續攪拌2小時，再經過旋轉蒸發乾燥，經過煅燒處理，所述煅燒處理溫度為435℃，即可。
52.所述輔助劑製備方法為：向反應釜中添加14.2g甲醇，然後再向甲醇中添加25g丁腈，在冰浴條件下，攪拌10min，再向反應釜內混合液中通入16.8g氯化氫，並以120r/min轉速進行攪拌2小時，進行出料，得到反應料；將15g反應料添加到55ml的水中，攪拌30min，然後再添加25g的碳酸氫鈉，攪拌反應40min，結束反應後，進行旋轉蒸發乾燥，得到所述輔助劑。所述氯化氫通入反應釜前需要經過乾燥處理；乾燥溫度為65℃，乾燥時間為2小時；所述冰浴條件下溫度控制在8℃以下。
53.本發明自硬型砂製備方法為：將原砂添加到混砂機中，然後再添加自硬粘結劑，進行攪拌，混砂處理5min，然後壓入模具中，定型，脫模，即可。
54.試驗：抗吸溼性：
採用φ50圓柱試樣模，將實施例型砂壓入試樣模中，將試件放入溫度為20℃、相對溼度為80%的恆溫恆溼箱，放置24h後測試抗拉強度，對比室溫空氣下放置24h後的抗拉強度；表3對比例1：與實施例2區別為自硬粘結劑中不添加輔助劑。
55.由表3可以看出，本發明製備的自硬型砂在潮溼情況下，會其強度會逐漸的降低，通過在自硬粘結劑中引入輔助劑，能夠提高型砂的強度，並且，能夠提高型砂的抗溼性。
56.儘管已經示出和描述了本發明的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由所附權利要求等同物限定。