CN108555225A - 一种环保型水基砂芯修补砂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型水基砂芯修补砂，属于铸造辅助材料技术领域。本发明研制的环保型水基砂芯修补砂包括耐火材料，高温粘结剂、常温粘结剂和分散助剂，其中，耐火材料是由纳米氧化镁和铝碳硼化合物组成，而高温粘结剂则是由长石，铝土矿和铬铁矿构成，另外，常温粘结剂则是由促凝剂、增稠剂和触变剂构成，而分散助剂的成分则是聚乙烯吡咯烷酮。本发明制得的环保型水基砂芯修补砂有效避免了传统修补膏在使用过程中易产生油烟的问题，使发气量得到有效降低，同时环保性得到提高，并且有利于铸件性能的有效提高。
Description
技术领域
本发明公开了一种环保型水基砂芯修补砂，属于铸造辅助材料技术领域。
背景技术
砂芯修补膏/砂（俗称“腻子”），是用来修补缺陷的砂芯和摸填砂芯组合后的缝隙，以防止铸件产生多肉及披缝过大等缺陷。传统工艺采用的修补膏多是油基的，油基修补膏的组成为：机油40～50%，膨润土50～60%混匀。这种修补膏没有黏性，只起机械性填充，不能修补砂芯的缺陷。修完披缝后机油不能挥发，浇注时机油发气，会挥发出大量的油烟。经科学试验发现，油基修补膏的发气量大于500mL/g，增大了铸件的气孔倾向。
如江西某拖拉机厂铸工车间，其铸铁件用的合脂砂芯、油砂芯的裂纹及两半砂芯拼合面的缝隙均是采用滑石粉与机油混合配置成的修补膏进行修补的，这种修补膏发气量大，每克修补膏发气量为23～28mL，而且发气速度快，因此，在铁水未凝固前就产生大量气体，使变速箱铸件内腔产生气孔，灰夹缺陷，废品率达2.84%左右，每年因此报废的铸件达到10t左右。通常采用的石墨粉与陶土配置的砂芯修补膏，又黑又脏，对砂芯的粘结性能差，不好修补，同时，手工修补砂芯后，手难以清洗。
另外，传统油基修补膏在使用时，在高温条件下，产生的气体成分复杂，对容易对大气造成污染，同时影响工人作业环境，环保性能不佳，因此，开发一种具有较好环保性能的产品，同时在使用过程中发气量小，对铸件性能有益的砂芯修补膏，是铸造领域急需解决的技术问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统砂芯修补助剂在使用过程中，发气量大，易产生较多油烟，污染环境的同时对铸件性能造成不良影响的弊端，提供了一种环保型水基砂芯修补砂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种环保型水基砂芯修补砂，包括耐火材料，高温粘结剂，常温粘结剂和分散助剂：
所述耐火材料是由以下重量份数的原料组成：40～80份纳米氧化镁，10～30份铝碳硼化合物；
所述高温粘结剂是由以下重量份数的原料组成：40～60份长石，60～80份铝土矿，20～30份铬铁矿；
所述常温粘结剂是由以下重量份数的原料组成：40～50份促凝剂，3～5份增稠剂，4～5份触变剂；
所述分散助剂为聚乙烯吡咯烷酮。
所述铝碳硼化合物分子式为Al8B4C7。
所述长石为中长石、拉长石、培长石或钙长石中的任意一种。
所述铝土矿为粒径分布范围为30～50μm的铝土矿。
所述铬铁矿为粒径分布范围为20～40μm的铬铁矿。
所述促凝剂为无水石膏或半水石膏中的任意一种。
所述增稠剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛，甲基纤维素，羟丙基纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种。
所述触变剂为海泡石，气相二氧化硅或有机膨润土中的任意一种。
所述环保型水基砂芯修补砂的配置过程为：按重量份数计，依次取40～50份耐火材料，30～50份高温粘结剂，10～15份常温粘结剂，4～6份聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过在产品中添加铝碳硼化合物和纳米氧化镁，在使用过程中，一方面，铝碳硼化合物的加入可以起到防止纳米氧化镁的水化，另一方面，在使用过程中，在高温环境下，体系中部分有机质不完全氧化，生成一氧化碳，一氧化碳产生后，可与铝碳硼化合物反应，生成氧化铝，氧化硼和碳，该过程的实现，可一定程度上减少产品在使用过程中的发气量，而又因为进一步的，氧化铝可以和氧化镁在高温下反应生成镁铝尖晶石，从而将生成的碳封闭，与此同时，在高温环境下，氧化硼熔融，并与体系中纳米氧化镁生成液相，产生的液相进一步起到将碳封闭的作用，减少产气量，再者，由于在高温环境下，液相和镁铝尖晶石共存，使体系表面产生具有一定粘度的液相，具有一定粘度的液相可提高烟气扩散时需要的扩散动力，使烟气在液相中滞留，避免烟气瞬时大量产生而导致铸件表面产生缺陷；
（2）本发明通过添加铬铁矿，一方面，铬铁矿中成分具有助烧性能，可保障体系在相对较低的温度下发生烧结，另一方面，在高温环境下，铬铁矿脱溶后能在还原剂（碳）作用下形成二次尖晶石而产生体积膨胀，膨胀后发挥更强的烟气滞留和容纳作用，而铬元素和碳的存在，可在铸件浇筑过程中，引入到铸件中，对铸件性能的提高作出贡献。
具体实施方式
按重量份数计，依次取40～80份纳米氧化镁，10～30份铝碳硼化合物，倒入混料机中，以300～500r/min转速搅拌混合30～60min，得耐火材料；按重量份数计，依次取40～60份长石，60～80份铝土矿，20～30份铬铁矿，倒入球磨机中，并按球料质量比为10：1～30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合3～5h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入管式炉中，以3～5℃/min速率程序升温至300～350℃，保温焙烧45～60min后，随炉冷却至室温，出料，得高温粘结剂；按重量份数计，依次取40～50份促凝剂，3～5份增稠剂，4～5份触变剂，倒入混料机中，用搅拌器以400～600r/min转速搅拌混合30～60min后，出料，得常温粘结剂；按重量份数计，依次取40～50份耐火材料，30～50份高温粘结剂，10～15份常温粘结剂，4～6份聚乙烯吡咯烷酮，倒入混料机中，用搅拌器以800～1200r/min转速搅拌混合2～4h后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。所述铝碳硼化合物分子式为Al8B4C7。所述长石为中长石、拉长石、培长石或钙长石中的任意一种。所述铝土矿为粒径分布范围为30～50μm的铝土矿。所述铬铁矿为粒径分布范围为20～40μm的铬铁矿。所述促凝剂为无水石膏或半水石膏中的任意一种。所述增稠剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛，甲基纤维素，羟丙基纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种。所述触变剂为海泡石，气相二氧化硅或有机膨润土中的任意一种。
实例1
按重量份数计，依次取80份纳米氧化镁，30份铝碳硼化合物，倒入混料机中，以500r/min转速搅拌混合60min，得耐火材料；按重量份数计，依次取60份长石，80份铝土矿，30份铬铁矿，倒入球磨机中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入管式炉中，以5℃/min速率程序升温至350℃，保温焙烧60min后，随炉冷却至室温，出料，得高温粘结剂；按重量份数计，依次取50份促凝剂，5份增稠剂，5份触变剂，倒入混料机中，用搅拌器以600r/min转速搅拌混合60min后，出料，得常温粘结剂；按重量份数计，依次取50份耐火材料，50份高温粘结剂，15份常温粘结剂，6份聚乙烯吡咯烷酮，倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌混合4h后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。所述铝碳硼化合物分子式为Al8B4C7。所述长石为中长石。所述铝土矿为粒径分布范围为30～40μm的铝土矿。所述铬铁矿为粒径分布范围为20～25μm的铬铁矿。所述促凝剂为无水石膏。所述增稠剂为聚乙烯醇。所述触变剂为海泡石。
实例2
按重量份数计，依次取80份轻烧氧化镁，30份铝碳硼化合物，倒入混料机中，以500r/min转速搅拌混合60min，得耐火材料；按重量份数计，依次取60份长石，80份铝土矿，30份铬铁矿，倒入球磨机中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入管式炉中，以5℃/min速率程序升温至350℃，保温焙烧60min后，随炉冷却至室温，出料，得高温粘结剂；按重量份数计，依次取50份促凝剂，5份增稠剂，5份触变剂，倒入混料机中，用搅拌器以600r/min转速搅拌混合60min后，出料，得常温粘结剂；按重量份数计，依次取50份耐火材料，50份高温粘结剂，15份常温粘结剂，6份聚乙烯吡咯烷酮，倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌混合4h后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。所述铝碳硼化合物分子式为Al8B4C7。所述长石为中长石。所述铝土矿为粒径分布范围为30～40μm的铝土矿。所述铬铁矿为粒径分布范围为20～25μm的铬铁矿。所述促凝剂为无水石膏。所述增稠剂为聚乙烯醇。所述触变剂为海泡石。
实例3
按重量份数计，依次取80份纳米氧化镁，30份氧化铝，倒入混料机中，以500r/min转速搅拌混合60min，得耐火材料；按重量份数计，依次取60份长石，80份铝土矿，30份铬铁矿，倒入球磨机中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入管式炉中，以5℃/min速率程序升温至350℃，保温焙烧60min后，随炉冷却至室温，出料，得高温粘结剂；按重量份数计，依次取50份促凝剂，5份增稠剂，5份触变剂，倒入混料机中，用搅拌器以600r/min转速搅拌混合60min后，出料，得常温粘结剂；按重量份数计，依次取50份耐火材料，50份高温粘结剂，15份常温粘结剂，6份聚乙烯吡咯烷酮，倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌混合4h后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。所述长石为中长石。所述铝土矿为粒径分布范围为30～40μm的铝土矿。所述铬铁矿为粒径分布范围为20～25μm的铬铁矿。所述促凝剂为无水石膏。所述增稠剂为聚乙烯醇。所述触变剂为海泡石。
实例4
按重量份数计，依次取80份纳米氧化镁，30份铝碳硼化合物，倒入混料机中，以500r/min转速搅拌混合60min，得耐火材料；按重量份数计，依次取60份长石，80份铝土矿，倒入球磨机中，并按球料质量比为30：1加入氧化锆球磨珠，球磨混合5h后，出料，得球磨料，再将所得球磨料转入管式炉中，以5℃/min速率程序升温至350℃，保温焙烧60min后，随炉冷却至室温，出料，得高温粘结剂；按重量份数计，依次取50份促凝剂，5份增稠剂，5份触变剂，倒入混料机中，用搅拌器以600r/min转速搅拌混合60min后，出料，得常温粘结剂；按重量份数计，依次取50份耐火材料，50份高温粘结剂，15份常温粘结剂，6份聚乙烯吡咯烷酮，倒入混料机中，用搅拌器以1200r/min转速搅拌混合4h后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。所述铝碳硼化合物分子式为Al8B4C7。所述长石为中长石。所述铝土矿为粒径分布范围为30～40μm的铝土矿。所述促凝剂为无水石膏。所述增稠剂为聚乙烯醇。所述触变剂为海泡石。
对比例：江苏苏州某科技股份有限公司生产的砂芯修补膏；
将实例1至4以及对比例产品分别对砂芯孔洞缺陷直径小于5mm或缺陷呈带状的部位进行修补，修补完成后，清楚砂芯表面遗留修补膏产品，待修补完成后，检测发气量；
将实例1至4以及对比例产品分别制作成标准8字试样，在160~180℃条件下烘干60min后，冷却至室温，并检测试样的抗拉强度；
具体检测结果如表1所示：
表1：产品性能检测表
根据表1检测结果可知，本发明所得产品发气量低，有效改善生产现场使用环境，且使用后具有良好的修补效果。
Claims (9)
1.一种环保型水基砂芯修补砂，包括耐火材料，高温粘结剂，常温粘结剂和分散助剂，其特征在于：
所述耐火材料是由以下重量份数的原料组成：40～80份纳米氧化镁，10～30份铝碳硼化合物；
所述高温粘结剂是由以下重量份数的原料组成：40～60份长石，60～80份铝土矿，20～30份铬铁矿；
所述常温粘结剂是由以下重量份数的原料组成：40～50份促凝剂，3～5份增稠剂，4～5份触变剂；
所述分散助剂为聚乙烯吡咯烷酮。
2.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述铝碳硼化合物分子式为Al8B4C7。
3.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述长石为中长石、拉长石、培长石或钙长石中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述铝土矿为粒径分布范围为30～50μm的铝土矿。
5.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述铬铁矿为粒径分布范围为20～40μm的铬铁矿。
6.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述促凝剂为无水石膏或半水石膏中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述增稠剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛，甲基纤维素，羟丙基纤维素或羟乙基纤维素中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述触变剂为海泡石，气相二氧化硅或有机膨润土中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种环保型水基砂芯修补砂，其特征在于，所述环保型水基砂芯修补砂的配置过程为：按重量份数计，依次取40～50份耐火材料，30～50份高温粘结剂，10～15份常温粘结剂，4～6份聚乙烯吡咯烷酮，搅拌混合均匀后，出料，即得环保型水基砂芯修补砂。
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