本發(fā)明涉及型砂技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高溫鑄造用型砂。
背景技術(shù)：
鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻、凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能鑄件的工藝過程。鑄造毛胚因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了時(shí)間。鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。
型砂是在鑄造中用來造型的材料。鑄造所使用的型砂多是由原砂(山砂或河砂)、粘土和水按一定比例混合而成，其中粘土約為9％，水約為6％，其余為原砂。有時(shí)還加入少量如煤粉、植物油、木屑等附加物以提高型砂和芯砂的性能。制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時(shí)則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。
目前針對一些溫度較高的金屬在鑄造過程中，由于溫度過高，如不銹鋼達(dá)1000℃以上方可實(shí)現(xiàn)鑄造，使用如鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂制作型砂，受高溫作用，該型砂硬化的程度亦較高，如形成陶瓷等，如此對于一些特殊形狀的不銹鋼產(chǎn)品，對于型砂的碎化清理則是業(yè)界較為困難的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種耐高溫鑄造用型砂，其不僅具有耐高溫性好，碎化清理容易的優(yōu)點(diǎn)，還具有強(qiáng)度高，透氣性好，烘煅固化快的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出了一種耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂150-200份、陶瓷微球10-20份、葉臘石5-15份、凹凸棒土5-15份、滑石粉10-20份、耐火材料15-30份、氧化鎂2-5份、硅微粉5-15份、石膏晶須5-10份、松香酸鈉5-10份、偏硅酸鈉5-10份、淀粉2-6份、纖維素膠3-5份、氯化石蠟1-3份、增效劑5-15份、水30-120份；
其中，所述增效劑按重量份包括：二氧化鈦15-25份、改性粉煤灰10-16份、六偏磷酸鈉3-5份；二氧化鈦的粒度為100-150目。
優(yōu)選地，所述改性粉煤灰的制備工藝包括：將100份粉煤灰加入200-240份3-5mol/L混合酸溶液中，升溫至100-120℃后保溫?cái)嚢?-8h，冷卻，靜置8-10h后，過濾、干燥，粉碎后，加入甲苯攪拌均勻，再加入2-8份硅烷偶聯(lián)劑KH550，在頻率為20-40KHz，聲強(qiáng)為0.5-0.8W/cm2，溫度為100-120℃的條件下超聲反應(yīng)5-7h，抽濾，洗滌，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF攪拌均勻，再加入10-20份的聚醚酰亞胺，在頻率為20-40KHz，聲強(qiáng)為0.5-0.8W/cm2，溫度為80-100℃的條件下超聲反應(yīng)5-7h，洗滌，過濾，烘干，得到所述改性粉煤灰。
優(yōu)選地，所述混合酸溶液是由摩爾配比1:3-5的HCl和H2SO4配制而成。
優(yōu)選地，所述耐火材料為鋯英粉、剛玉粉、鎂砂粉、鉻鐵礦粉或者鋁礬土粉。
優(yōu)選地，所述淀粉為改性淀粉，其制備工藝包括：將淀粉加入80-90wt％的乙醇水溶液中，攪拌下加入燒堿，30-40℃下堿化反應(yīng)20-30min，再加入硼酸，50-120℃下攪拌30-50min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、燒堿、硼酸的重量配比為1:0.1-0.3:0.03-0.05。
優(yōu)選地，所述的耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂170-180份、陶瓷微球14-16份、葉臘石8-12份、滑石粉8-12份、凹凸棒土3-4份、耐火材料20-25份、氧化鎂3-4份、硅微粉8-12份、石膏晶須7-8份、松香酸鈉7-8份、偏硅酸鈉7-8份、淀粉3-5份、纖維素膠3-4份、氯化石蠟2-3份、增效劑8-12份、水50-90份。
優(yōu)選地，所述的耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂175份、陶瓷微球15份、葉臘石10份、滑石粉10份、凹凸棒土3份、耐火材料22份、氧化鎂3份、硅微粉10份、石膏晶須8份、松香酸鈉7份、偏硅酸鈉8份、淀粉4份、纖維素膠4份、氯化石蠟2份、增效劑10份、水70份。
優(yōu)選地，制備所述型砂的方法包括：按配比將葉臘石、凹凸棒土放入550-580℃煅燒爐中煅燒3-4h，取出后粉碎至200-300目，加入滑石粉、耐火材料、氧化鎂、硅微粉、石膏晶須、氯化石蠟和水，攪拌分散均勻，送入1500-1560℃煅燒爐中煅燒4-5h，取出后粉碎至50-100目，得到煅燒料；將松香酸鈉、偏硅酸鈉、淀粉、纖維素膠、增效劑混合后研磨30-40min，再與所述煅燒料、石英砂、陶瓷微球混合15-20min，加水濕混10-15min，得到所述耐高溫鑄造用型砂。
優(yōu)選地，加入滑石粉、耐火材料、氧化鎂、硅微粉、石膏晶須、氯化石蠟和水?dāng)嚢璺稚⒕鶆蜻^程中，水的用量為配方中水總量的80-90wt％；加水濕混過程中，水的用量為配方中水總量的10-20wt％。
本發(fā)明中提出的一種耐高溫鑄造用型砂，除了加入石英砂作為型砂的基體材料以外，還選擇加入了陶瓷微球和石膏晶須，大大增強(qiáng)了型砂的強(qiáng)度和透氣性；葉臘石，凹凸棒土以及滑石粉的加入，與石英砂等形成粘合硬化，可以形成具有一定支撐強(qiáng)度的型砂結(jié)構(gòu)，并且在高溫金屬鑄造成型后，該結(jié)構(gòu)型砂具有易碎的優(yōu)點(diǎn)，型砂的碎化清理容易；耐火材料的加入，除了提高型砂的耐火度以外，還可以防止粘砂，有利于鑄件表面光潔；氧化鎂、硅微粉在高溫下可以形成高溫相Mg2SiO2，其能耐高溫達(dá)到2000℃以上，并且在高溫下與石英砂形成高速混合，提高了型砂的導(dǎo)熱性能，使得熔融金屬在鑄模中的冷卻速度加快，避免了型砂硬化發(fā)生；松香酸鈉、偏硅酸鈉、淀粉、纖維素膠復(fù)配作為粘連劑，對于石英砂等基材具有良好的填充性能，粘接性能良好，大大增強(qiáng)了型砂的致密度和塑性性能，避免了高溫下型砂硬化導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象；此外，本發(fā)明中采用二氧化鈦、改性粉煤灰、六偏磷酸鈉作為增效劑，由于二氧化鈦屬于熱穩(wěn)定性好的氧化物，六偏磷酸鈉可以作為分散劑，改性粉煤灰通過聚醚酰亞胺接枝改性后引入了耐高溫型的有機(jī)高分子材料，各成分互相配合，加入型砂中，獲得了耐高溫性能好、易潰散、易清理，可重復(fù)使用的性能優(yōu)點(diǎn)。
綜合上述，本發(fā)明所述耐高溫鑄造用型砂通過以石英砂等作為基體材料，加入各種改善型砂粘接性、耐溫、耐火以及成型等性能的添加劑，由此獲得了一種耐高溫性好，碎化清理容易的型砂材料。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例中，一種耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂150份、陶瓷微球20份、葉臘石5份、凹凸棒土15份、滑石粉10份、鋯英粉30份、氧化鎂2份、硅微粉15份、石膏晶須5份、松香酸鈉10份、偏硅酸鈉5份、淀粉6份、纖維素膠3份、氯化石蠟3份、增效劑5份、水120份；所述淀粉為改性淀粉，其制備工藝包括：將淀粉加入80wt％的乙醇水溶液中，攪拌下加入燒堿，40℃下堿化反應(yīng)20min，再加入硼酸，120℃下攪拌30min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、燒堿、硼酸的重量配比為1:0.1:0.05；
其中，所述增效劑按重量份包括：二氧化鈦15份、改性粉煤灰16份、六偏磷酸鈉3份；二氧化鈦的粒度為150目；所述改性粉煤灰的制備工藝包括：將100份粉煤灰加入200份5mol/L的由摩爾配比1:3的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升溫至120℃后保溫?cái)嚢?h，冷卻，靜置10h后，過濾、干燥，粉碎后，加入甲苯攪拌均勻，再加入2份硅烷偶聯(lián)劑KH550，在頻率為40KHz，聲強(qiáng)為0.5W/cm2，溫度為120℃的條件下超聲反應(yīng)5h，抽濾，洗滌，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF攪拌均勻，再加入20份的聚醚酰亞胺，在頻率為20KHz，聲強(qiáng)為0.8W/cm2，溫度為80℃的條件下超聲反應(yīng)7h，洗滌，過濾，烘干，得到所述改性粉煤灰。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，一種耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂200份、陶瓷微球10份、葉臘石15份、凹凸棒土5份、滑石粉20份、剛玉粉15份、氧化鎂5份、硅微粉5份、石膏晶須10份、松香酸鈉5份、偏硅酸鈉10份、淀粉2份、纖維素膠5份、氯化石蠟1份、增效劑15份、水30份；所述淀粉為改性淀粉，其制備工藝包括：將淀粉加入90wt％的乙醇水溶液中，攪拌下加入燒堿，30℃下堿化反應(yīng)30min，再加入硼酸，50℃下攪拌50min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、燒堿、硼酸的重量配比為1:0.3:0.03；
其中，所述增效劑按重量份包括：二氧化鈦25份、改性粉煤灰10份、六偏磷酸鈉5份；二氧化鈦的粒度為100目；所述改性粉煤灰的制備工藝包括：將100份粉煤灰加入240份3mol/L的由摩爾配比1:5的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升溫至100℃后保溫?cái)嚢?h，冷卻，靜置8h后，過濾、干燥，粉碎后，加入甲苯攪拌均勻，再加入8份硅烷偶聯(lián)劑KH550，在頻率為20KHz，聲強(qiáng)為0.8W/cm2，溫度為100℃的條件下超聲反應(yīng)7h，抽濾，洗滌，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF攪拌均勻，再加入10份的聚醚酰亞胺，在頻率為40KHz，聲強(qiáng)為0.5W/cm2，溫度為100℃的條件下超聲反應(yīng)5h，洗滌，過濾，烘干，得到所述改性粉煤灰。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中，一種耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂170份、陶瓷微球16份、葉臘石8份、滑石粉12份、凹凸棒土3份、鎂砂粉25份、氧化鎂3份、硅微粉12份、石膏晶須7份、松香酸鈉8份、偏硅酸鈉7份、淀粉5份、纖維素膠3份、氯化石蠟3份、增效劑8份、水90份；所述淀粉為改性淀粉，其制備工藝包括：將淀粉加入85wt％的乙醇水溶液中，攪拌下加入燒堿，35℃下堿化反應(yīng)25min，再加入硼酸，85℃下攪拌40min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、燒堿、硼酸的重量配比為1:0.2:0.04；
其中，所述增效劑按重量份包括：二氧化鈦20份、改性粉煤灰13份、六偏磷酸鈉4份；二氧化鈦的粒度為120目；所述改性粉煤灰的制備工藝包括：將100份粉煤灰加入220份4mol/L的由摩爾配比1:4的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升溫至110℃后保溫?cái)嚢?h，冷卻，靜置9h后，過濾、干燥，粉碎后，加入甲苯攪拌均勻，再加入5份硅烷偶聯(lián)劑KH550，在頻率為30KHz，聲強(qiáng)為0.6W/cm2，溫度為110℃的條件下超聲反應(yīng)6h，抽濾，洗滌，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF攪拌均勻，再加入15份的聚醚酰亞胺，在頻率為30KHz，聲強(qiáng)為0.6W/cm2，溫度為90℃的條件下超聲反應(yīng)6h，洗滌，過濾，烘干，得到所述改性粉煤灰。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中，一種耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂180份、陶瓷微球14份、葉臘石12份、滑石粉8份、凹凸棒土4份、鉻鐵礦粉20份、氧化鎂4份、硅微粉8份、石膏晶須8份、松香酸鈉7份、偏硅酸鈉8份、淀粉3份、纖維素膠4份、氯化石蠟2份、增效劑12份、水50份；所述淀粉為改性淀粉，其制備工藝包括：將淀粉加入82wt％的乙醇水溶液中，攪拌下加入燒堿，38℃下堿化反應(yīng)22min，再加入硼酸，90℃下攪拌35min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、燒堿、硼酸的重量配比為1:0.1:0.05；
其中，所述增效劑按重量份包括：二氧化鈦18份、改性粉煤灰14份、六偏磷酸鈉3.5份；二氧化鈦的粒度為150目；所述改性粉煤灰的制備工藝包括：將100份粉煤灰加入210份4.5mol/L的由摩爾配比1:3.5的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升溫至105℃后保溫?cái)嚢?.5h，冷卻，靜置9.5h后，過濾、干燥，粉碎后，加入甲苯攪拌均勻，再加入6份硅烷偶聯(lián)劑KH550，在頻率為35KHz，聲強(qiáng)為0.7W/cm2，溫度為115℃的條件下超聲反應(yīng)5.5h，抽濾，洗滌，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF攪拌均勻，再加入16份的聚醚酰亞胺，在頻率為25KHz，聲強(qiáng)為0.7W/cm2，溫度為95℃的條件下超聲反應(yīng)6.5h，洗滌，過濾，烘干，得到所述改性粉煤灰。
實(shí)施例5
本實(shí)施例中，一種耐高溫鑄造用型砂，其原料按重量份包括：石英砂175份、陶瓷微球15份、葉臘石10份、滑石粉10份、凹凸棒土3份、鋁礬土粉22份、氧化鎂3份、硅微粉10份、石膏晶須8份、松香酸鈉7份、偏硅酸鈉8份、淀粉4份、纖維素膠4份、氯化石蠟2份、增效劑10份、水70份；所述淀粉為改性淀粉，其制備工藝包括：將淀粉加入86wt％的乙醇水溶液中，攪拌下加入燒堿，36℃下堿化反應(yīng)28min，再加入硼酸，80℃下攪拌45min，得到所述改性淀粉，其中淀粉、燒堿、硼酸的重量配比為1:0.2:0.04；
其中，所述增效劑按重量份包括：二氧化鈦22份、改性粉煤灰12份、六偏磷酸鈉4.5份；二氧化鈦的粒度為100目；所述改性粉煤灰的制備工藝包括：將100份粉煤灰加入230份3.5mol/L的由摩爾配比1:4.5的HCl和H2SO4配制而成混合酸溶液中，升溫至115℃后保溫?cái)嚢?.5h，冷卻，靜置8.5h后，過濾、干燥，粉碎后，加入甲苯攪拌均勻，再加入4份硅烷偶聯(lián)劑KH550，在頻率為25KHz，聲強(qiáng)為0.6W/cm2，溫度為105℃的條件下超聲反應(yīng)6.5h，抽濾，洗滌，真空干燥后得到表面活化的粉煤灰；向所述表面活化的粉煤灰中加入DMF攪拌均勻，再加入14份的聚醚酰亞胺，在頻率為35KHz，聲強(qiáng)為0.6W/cm2，溫度為85℃的條件下超聲反應(yīng)6.5h，洗滌，過濾，烘干，得到所述改性粉煤灰。
制備上述實(shí)施例1-5所述的耐高溫鑄造用型砂的方法包括：按配比將葉臘石、凹凸棒土放入550-580℃煅燒爐中煅燒3-4h，取出后粉碎至200-300目，加入滑石粉、耐火材料、氧化鎂、硅微粉、石膏晶須、氯化石蠟和水，水的用量為配方中水總量的80-90wt％，攪拌分散均勻，送入1500-1560℃煅燒爐中煅燒4-5h，取出后粉碎至50-100目，得到煅燒料；將松香酸鈉、偏硅酸鈉、淀粉、纖維素膠、增效劑混合后研磨30-40min，再與所述煅燒料、石英砂、陶瓷微球混合15-20min，加水濕混10-15min，水的用量為配方中水總量的10-20wt％，得到所述耐高溫鑄造用型砂。
本發(fā)明中提出的一種耐高溫鑄造用型砂，除了加入石英砂作為型砂的基體材料以外，還選擇加入了陶瓷微球和石膏晶須，大大增強(qiáng)了型砂的強(qiáng)度和透氣性；葉臘石，凹凸棒土以及滑石粉的加入，與石英砂等形成粘合硬化，可以形成具有一定支撐強(qiáng)度的型砂結(jié)構(gòu)，并且在高溫金屬鑄造成型后，該結(jié)構(gòu)型砂具有易碎的優(yōu)點(diǎn)，型砂的碎化清理容易；耐火材料的加入，除了提高型砂的耐火度以外，還可以防止粘砂，有利于鑄件表面光潔；氧化鎂、硅微粉在高溫下可以形成高溫相Mg2SiO2，其能耐高溫達(dá)到2000℃以上，并且在高溫下與石英砂形成高速混合，提高了型砂的導(dǎo)熱性能，使得熔融金屬在鑄模中的冷卻速度加快，避免了型砂硬化發(fā)生；松香酸鈉、偏硅酸鈉、淀粉、纖維素膠復(fù)配作為粘連劑，對于石英砂等基材具有良好的填充性能，粘接性能良好，大大增強(qiáng)了型砂的致密度和塑性性能，避免了高溫下型砂硬化導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象；此外，本發(fā)明中采用二氧化鈦、改性粉煤灰、六偏磷酸鈉作為增效劑，由于二氧化鈦屬于熱穩(wěn)定性好的氧化物，六偏磷酸鈉可以作為分散劑，改性粉煤灰通過聚醚酰亞胺接枝改性后引入了耐高溫型的有機(jī)高分子材料，各成分互相配合，加入型砂中，獲得了耐高溫性能好、易潰散、易清理，可重復(fù)使用的性能優(yōu)點(diǎn)。
綜合上述，本發(fā)明所述耐高溫鑄造用型砂通過以石英砂等作為基體材料，加入各種改善型砂粘接性、耐溫、耐火以及成型等性能的添加劑，由此獲得了一種耐高溫性好，碎化清理容易的型砂材料。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。