本發明屬鑄造覆膜砂制備技術，具體涉及一種提高覆膜砂性能的制備方法。

背景技術：

鑄造用覆膜砂是指造型或制芯前在原砂顆粒表面覆有一層固體粘結劑的型砂或芯砂。由于覆膜砂具有強度高、發氣量低、生產鑄件尺寸精度高、表面光潔、便于保存等優點，廣泛應用于各種鑄鋼、鑄鐵和其他合金鑄件的生產。覆膜砂的原砂除了常用的硅砂外，還有鉻鐵礦砂、鋯英砂、剛玉砂、寶珠砂等特種砂，其中寶珠砂因其流動性好、熱膨脹率低、潰散性好、可再生使用等優點，常添加到含復雜水路、油路或氣路結構，以及細薄、殼型(芯)的硅砂覆膜砂中，以改善硅砂覆膜砂性能，并避免純寶珠砂覆膜砂的高成本。但是添加寶珠砂覆膜砂的硅砂覆膜砂鑄型(芯)在復雜鑄件的生產中仍然會出現內腔變形、斷芯、氣孔、脈紋等缺陷，因此，必須進一步提高強度，降低發氣量，使其滿足復雜鑄件的生產需求。

技術實現要素：

技術問題：本發明的目的是提供一種提高覆膜砂性能的方法，提高硅砂覆膜砂的強度和潰散性，降低發氣量，以滿足復雜鑄件生產對覆膜砂性能的要求。

技術方案：為實現上述目的，本發明的一種提高覆膜砂性能的方法采用以下技術方案：

該方法是在制備原砂為硅砂的覆膜砂時加入硅烷偶聯劑，在制備原砂為寶珠砂覆膜砂時對寶珠砂進行硫酸溶液酸洗處理，將以上兩種覆膜砂按質量比80:20～20:80混合。

所述的硅砂覆膜砂制備過程包括以下步驟：

1)將硅砂在烘箱中預熱到140℃～220℃后，倒入混砂機中攪拌；

2)當溫度降到130℃～140℃時加入占原砂質量2％～5％的樹脂，隨后加入占原砂質量0.3％～1％的硅烷偶聯劑溶液，混砂60s～90s；

3)加入占樹脂質量3％～6％的硬脂酸鈣，混砂40s～60s；

4)砂溫降到105℃～110℃時加入占樹脂質量5～20％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂40s～80s；

5)降溫到80℃以下出料；

6)破碎，篩分，得硅砂覆膜砂。

所述的寶珠砂經硫酸溶液酸洗處理包括以下步驟：

1)準備與待混合硅砂相同粒度的鑄造用寶珠砂；

2)準備占原砂質量30％～50％、體積濃度為5％～20％的硫酸作為處理液，寶珠砂在處理液中浸泡酸洗60min～90min；

3)酸洗后反復水洗清除酸液，到清洗水的pH值約為7；

4)100℃～1000℃干燥0.5h～2h后用于覆膜。

所述的硅砂覆膜用偶聯劑為硅烷偶聯劑KH550、KH560或KH570。

所述的硅砂形狀為圓形或橢圓形，寶珠砂形狀為圓形，其粒度均為20目～200目。

所述的經酸洗處理的寶珠砂覆膜工藝為：將原砂在烘箱中預熱到140℃～220℃后，倒入混砂機中；當溫度降到130℃～140℃時加入占原砂質量2％～5％的樹脂，混砂60s～90s；砂溫降到105℃～110℃時加入占樹脂質量5～20％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂40s～80s；再加入占樹脂質量3％～6％的硬脂酸鈣，混砂40s～60s；降溫到80℃以下出料；破碎，篩分，得寶珠砂覆膜砂。

所述的兩種覆膜砂混合質量比為20:80～80:20。

有益效果：硅烷偶聯劑分子中同時具有能與無機硅砂結合的反應性基團和與酚醛樹脂結合的反應性基團，增強硅砂與酚醛樹脂之間的結合力。酸洗處理去除了寶珠砂中各種雜質和污染物，并使砂粒表面產生更多的溝槽、孔洞，粗糙表面增大了樹脂與砂粒的接觸面積，增強了樹脂與砂粒的機械嚙合力，酸洗還可以使寶珠砂瘠性表面帶有負電性，提高了砂粒表面活性。兩種處理方法都使樹脂與砂粒之間的結合力增強，從而提高了覆膜砂的強度。寶珠砂覆膜砂各方面性能都優于硅砂覆膜砂，添加到硅砂覆膜砂中，可以提高硅砂覆膜砂的強度和潰散性，防止鑄造缺陷的產生。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作更進一步的說明。

本發明提高覆膜砂性能的方法是在硅砂覆膜砂中添加寶珠砂覆膜砂。

首先，制備硅砂覆膜砂時加入偶聯劑，偶聯劑為硅烷偶聯劑。

包括以下步驟：

1)準備一定粒度和質量的硅砂預熱到一定溫度，放入混砂機；

2)開動混砂機，在一定溫度投入熱塑性酚醛樹脂后隨即投入硅烷偶聯劑溶液一定時間；

3)加入硬脂酸鈣一定時間；

4)待溫度降低到一定溫度后投入烏洛托品水溶液一定時間；

5)冷卻后出料；

6)破碎，篩分，得硅砂覆膜砂。

制備寶珠砂覆膜砂時對原砂進行酸洗預處理，酸洗液為硫酸溶液。

包括以下步驟：

1)準備與硅砂相同粒度的寶珠砂；

2)準備一定濃度的硫酸作為處理液，將寶珠砂浸泡一定時間；

3)酸洗后反復水洗清除酸液；

4)干燥后用于覆膜。

經酸洗處理的寶珠砂覆膜工藝為：將經酸洗處理的寶珠砂加熱到一定溫度放入混砂機攪拌，在一定溫度投入熱塑性酚醛樹脂一定時間，加入硬脂酸鈣一定時間，待溫度降低到一定溫度后投入烏洛托品水溶液，再經一定時間攪拌，冷卻后出料，破碎、篩分，獲得寶珠砂覆膜砂。

將以上兩種覆膜砂按質量比80:20～20:80混合。

實施例1

取粒度為20/40目的擦洗硅砂1000g預熱到140℃后，放入混砂機開機攪拌，隨即加入占原砂質量2.0％的熱塑性酚醛樹脂，加入占硅砂質量0.3％的硅烷偶聯劑KH550水溶液120mL，混砂60s；加入占樹脂質量2％的硬脂酸鈣，混砂40s；砂溫降到105℃時加入占樹脂質量5％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂80s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成硅砂覆膜砂。

取粒度為20/40目的寶珠砂1000g，加入500mL濃度為5％硫酸溶液浸泡90min，水洗至酸堿度中性(清洗后水的pH值為7)，100℃烘干2h；將酸洗處理寶珠砂預熱到140℃后，放入混砂機開機攪拌，隨即加入占原砂質量2.0％的熱塑性酚醛樹脂，混砂60s；加入占樹脂質量2％的硬脂酸鈣，混砂40s；砂溫降到105℃時加入占樹脂質量5％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂80s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成寶珠砂覆膜砂。

取80份硅砂覆膜砂與20份寶珠砂覆膜砂放入混砂機攪拌5min，得混合覆膜砂。

強度試驗樣品的制備：樣品模具預熱到232℃，將混合覆膜砂倒入模具中保溫2min，覆膜砂樣品與模具一起空冷至室溫后，取出樣品測試。按國家行業標準JB/T 8583-2008進行性能試驗，常溫抗拉強度達2.59MPa，常溫抗彎強度達7.46MPa，灼燒減量為2.22％。

實施例2

取粒度為70/140目的擦洗硅砂1000g預熱到200℃后，倒入混砂機中；當溫度降到135℃時加入占原砂質量3.5％的熱塑性酚醛樹脂，隨后投入硅砂質量0.6％的硅烷偶聯劑KH560乙醇溶液120mL，混砂70s；加入占樹脂質量4％的硬脂酸鈣，混砂50s；砂溫降到105℃時加入占樹脂質量10％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂60s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成硅砂覆膜砂。

取粒度為70/140目的寶珠砂1000g，加入400mL濃度為10％硫酸溶液浸泡80min，水洗至酸堿度中性(清洗后水的pH值為7)，500℃烘干60min；將酸洗處理寶珠砂預熱到200℃后，倒入混砂機中；當溫度降到135℃時加入占原砂質量3.5％的熱塑性酚醛樹脂，混砂70s；加入占樹脂質量4％的硬脂酸鈣，混砂50s；砂溫降到105℃時加入占樹脂質量10％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂60s；降溫到80℃以下后出料，破碎，篩分，制成寶珠砂覆膜砂。

取50份硅砂覆膜砂與50份寶珠砂覆膜砂放入混砂機攪拌5min，得混合覆膜砂。

強度試驗樣品的制備如實施例1。按國家行業標準JB/T 8583-2008進行性能試驗，常溫抗拉強度達4.95MPa，常溫抗彎強度達9.42MPa，灼燒減量為3.65％。

實施例3

取粒度為100/200目的擦洗硅砂1000g預熱到220℃后，倒入混砂機中開機攪拌；當溫度降到140℃時加入占原砂質量5％的熱塑性酚醛樹脂，隨機加入占硅砂質量1％的硅烷偶聯劑KH570四氯化碳溶液120mL，混砂90s；加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂30s；砂溫降到110℃時加入占樹脂質量20％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂50s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成硅砂覆膜砂。

取粒度為100/200目的寶珠砂1000g，加入200mL濃度為20％硫酸溶液浸泡60min，水洗至酸堿度中性(清洗后水的pH值為7)，1000℃烘干30min；將酸洗處理寶珠砂預熱到220℃后，倒入混砂機中開機攪拌；當溫度降到140℃時加入占原砂質量5％的熱塑性酚醛樹脂，混砂90s；加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂30s；砂溫降到110℃時加入占樹脂質量20％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂50s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成寶珠砂覆膜砂。

取20份硅砂覆膜砂與80份寶珠砂覆膜砂放入混砂機攪拌5min，得混合覆膜砂。

強度試驗樣品的制備如實施例1。按國家行業標準JB/T 8583-2008進行性能試驗，常溫抗拉強度達8.40MPa，常溫抗彎強度達16.11MPa，灼燒減量為5.73％。

對比例1

取粒度為100/200目的未加偶聯劑的硅砂20份，未酸洗處理的寶珠砂80份，預熱到220℃后，倒入混砂機中開機攪拌；當溫度降到140℃時加入占原砂質量5％的熱塑性酚醛樹脂，混砂90s；加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂30s；砂溫降到110℃時加入占樹脂質量20％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂50s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成混合覆膜砂。

強度試驗樣品的制備如實施例1。按國家行業標準JB/T 8583-2008進行性能試驗，常溫抗拉強度達5.85MPa，常溫抗彎強度達11.12MPa，灼燒減量為5.55％。

對比例2

取粒度為100/200目硅砂100份，預熱到220℃后，倒入混砂機中開機攪拌；當溫度降到140℃時加入占原砂質量5％的熱塑性酚醛樹脂，混砂90s；砂溫降到140℃時加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂30s；砂溫降到110℃時加入占樹脂質量20％的烏洛托品水溶液(烏洛托品:水＝1:1)，混砂40s；再加入占樹脂質量3％的硬脂酸鈣，混砂50s；降溫到80℃以下后出料；破碎，篩分，制成覆膜砂。

強度試驗樣品的制備如實施例1。按國家行業標準JB/T 8583-2008進行性能試驗，常溫抗拉強度達3.14MPa，常溫抗彎強度達6.42MPa，灼燒減量為5.67％。

上述實施例只是為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓人們能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。