[发明专利]包含某些茂金属的组合物及其用途

说明书

背景技术

在铸造工业中，制造金属零件的其中一个步骤是“砂型铸造”。在砂型铸造中，一次性铸造成形体(例如模具、型心、轴套、浇口杯、盖子等)都通过铸造混合物来制成，该混合物包括由耐火材料与有机或无机粘结剂组成的混合物。所述铸造成形体可以具有绝缘性、放热性或者两者兼而有之。

典型的具有绝缘性能的铸造成形体(诸如模具和型芯)被安排形成模塑组件，结果产出空穴，使得熔化的金属能倒入其中。在熔化的金属被倒入铸造成形体组件后，将该过程形成的金属零件移出铸造组件。为使得铸造成形体与熔化金属开始接触时不会碎裂，就需要用到粘结剂。为了获得粘结剂所需的性能，多种多样的溶剂和添加剂被典型地用来作为粘结剂反应组分，以增强所需的性能。

铸造成形体典型地通过所谓的自硬化、冷芯盒方法(和/或热固化方法)来制备。在自硬化方法中，将一种液态固化催化剂与聚集体和粘结剂进行混合，形成铸造混合物，然后将该混合物在模具中成形。所述铸造成形体通过在模具中压实来成形，并固化至能够自支承为止。在冷芯盒方法中，挥发性的固化催化剂穿过已成形的由聚集体和粘结剂构成的混合物(通常是在型芯盒中)，形成固化的铸造成形体。在热固化方法中，成形混合物暴露在热量中，热量活化了固化催化剂以形成固化的铸造成形体。

为使粘结剂系统有效工作需满足很多要求。例如，粘结剂典型地具有低粘性，无凝胶，并且在应用条件下仍然保持稳定。为获得铸造成形体高产率，粘结剂需要有效地固化，这样铸造成形体能够自支承并且可尽快地操作。

关于自硬化以及热固化粘结剂，所述粘结剂典型地使铸造混合物产生能制造更大型芯和模具所需的足够工时。另一方面，冷芯盒粘结剂典型地使铸造混合物具有充足使用寿命、可以被摇震出来和几乎瞬间完成的固化速率。利用了自硬化、冷芯盒或热固化粘结剂并由铸造混合物制造出的铸造成形体具有充分的抗拉强度(尤其是即时抗拉强度)，划伤硬度，而且体现出了防潮性能。

对于配方设计师们来说其中一个最大的挑战在于调配出一种粘结剂，该粘结剂要使铸造成形体能保持一体，从而成形体可以被操作而且在铸造过程中不会破裂，在倒入的热金属冷却后成形体还能从模子中摇震出来。如果不具备该特性，势必要耗费时间以及人力来分解粘结剂，使得金属零件能从铸造组件中移出。另一个对于有效粘结剂所必需的相关特性是要求由粘结剂制造的铸造成形体必须能比较容易的移出模具。

由型砂和有机粘结剂制成的铸造混合物的流动性在冷芯盒应用中会引发更大的问题。这是因为，在某些情况下，粘结剂中的组分，尤其是酚基尿烷粘结剂，可能在混入型砂后提前反应，而不是按其所期望的方式被使用。如果提前反应发生，铸造混合物的流动性会降低，并且由粘结剂制造的模具和型芯将降低抗拉强度。随着时间推移，降低的流动性和减少的抗拉强度导致了铸造混合物的使用寿命不充分。如果某种粘结剂使铸造混合物不具有充分的使用寿命，那么这种粘结剂就没有什么商业价值。

由于要考虑到商业上成功使用铸造粘结剂的所有要求，因此铸造粘结剂技术的发展步伐是循序渐进的。要发展出一种以经济的方式满足所关注的所有需求的粘结剂，是很不容易的。而且，出于对环境和原材料花费的考虑，粘结剂系统的要求也会发生变化。进一步的，粘结剂的改进可能会带来相关的缺陷。考虑到上述所有要求，铸造工业上正在持续不断地寻找新的粘结剂系统，使其能减少或者消除这些缺陷。

尽管在铸造粘结剂系统的发展中取得了长足进步，然而在有机粘结剂系统的应用方面仍然存在着问题。特别引起关注的是从粘结剂实际分解中产生的副产品所带来的问题。这些问题包括有铸件缺陷，例如翘曲、结痂、腐蚀、光亮碳、增碳以及由于型砂的扩散和粘结剂强度的损失所产生的鼠尾。于是会采用各种添加剂(诸如铁氧化物)以及粘土、糖和谷物的各种混合物来最小化或者是消除这些缺陷。尽管如此，专业砂和砂添加剂的使用仅仅关注跟砂膨胀和金属冷却相关的这些类型的缺陷。

而且，这些添加剂的使用会引起其它的问题，诸如型芯或模具内部强度的降低、气孔缺陷和有机添加剂中散出的额外气体引发的烟尘。此外，添加剂会影响粘结剂构建强型芯、模具或者其它成形体的性能，因为它们要么吸收部分的粘结剂，要么引入大量的细小粒子，而这些粒子加入到粘结剂需要覆盖表面上，任一种方式都明显的降低了整体混合物的强度。采用额外的添加剂能够克服由于采用传统添加剂引起的强度降低，但是会接着增加了与粘结剂系统产品分解相关的缺陷发生，例如气孔缺陷、烟尘、光亮碳和金属的增碳。如果不用额外的添加剂来补偿因采用传统添加剂引起的强度缺失，其余的缺陷(诸如腐蚀、翘曲和鼠尾缺陷)就会进一步加剧。