[发明专利]一种具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造领域，具体涉及一种具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂及其制备方法。

背景技术

铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，作为中国制造业的重要组成部分，我国铸造行业也在飞速的发展中，然而，在此行业中，环境污染问题一直是大量存在的，随着大家环保意识的逐步提高，发展绿色铸造工艺方法和材料是实现绿色铸造的关键。但目前，铸件生产过程中依然大批量的使用有机树脂粘结剂，此类粘结剂一般含有呋喃、苯、酚等有毒物质，在造型、制芯、浇注和旧砂处理等各个生产环节都会产生污染，释放大量有毒气体。水玻璃作为另一种无机粘结剂，成为最有可能实现绿色铸造生产要求的铸造材料，但是黑色金属铸造溃散性差，且旧砂再生对能源需求大，综合成本较高。

现有开发出的磷酸盐无机粘结剂砂具有对环境污染小、强度高、溃散性好等优点，成为了一种很有前景的铸造材料。但目前磷酸盐无机粘结剂在铸造生产上，由于磷酸盐无机粘结剂中加入硼酸作为改性剂，粘结剂的粘度增大，导致原磷酸盐无机粘结剂砂的流动性较差，使得在造型过程中磷酸盐无机粘结剂砂紧实度不够，导致生产铸件时效率低且铸件质量较差，很难适应现代铸造生产中大批量、高效率制造精密铸型、砂芯的需求。

发明内容

本发明通过在磷酸盐无机粘结剂砂中加入添加剂，达到提高磷酸盐粘结剂砂流动性的目的。

为达到上述目的，本发明提供的基础方案是具有高流动性的磷酸盐无机粘结剂砂，包括烧砂、磷酸盐无机粘结剂、固化剂和添加剂，各组分质量份数为烧砂2500、磷酸盐无机粘结剂100、固化剂8、添加剂5；

磷酸盐无机粘结剂包括氢氧化铝、磷酸、硼酸、柠檬酸和水，各组分重量百分比为氢氧化铝8％～12％、磷酸46％～50％、硼酸3％～6％、柠檬酸2％～4％、水30％～34％，所述磷酸盐无机粘结剂的中和度为3.6：1～4：1，所述磷酸的浓度为70％；

固化剂为氧化镁、氧化铝、氧化锌、氧化铁、氧化钙、氧化铜，可以单一使用一种，也可以混合加入多种；

添加剂包括由一种或几种烷基糖苷、l-61、l-62、S-80、MOA-9P等非离子型表面活性剂制得的溶液，与该溶液混合的粒度为400目～1200目的二氧化硅，所述非离子型表面活性剂与二氧化硅的重量配比为1：5～1：3。

磷酸的浓度为70％时配制出的型砂流动性最好，若使用浓度为85％的磷酸，会使型砂的流动性下降60％；添加剂是作为增加型砂流动性的主要材料。经实验测试，与其他金属氧化物相比，氧化锌作为固化剂时，磷酸盐无机粘结剂砂的室温抗拉强度较大。非离子表面活性剂溶于水中不发生解离，在溶液中不以离子形式存在，不易受酸、碱及强电解质的影响，所以它的稳定性比较高，适合在此处的使用，而阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂而言的稳定性差，不能达到实验的需求，此处选择非离子表面活性剂。

对基础方案的改进得到的优选方案1：所述非离子表面活性剂为l-61。

对基础方案的改进得到的优选方案2：所述非离子型表面活性剂与二氧化硅的重量配比为1：4；该配比下制得的型砂流动性最佳。

对基础方案或者优选方案1或者优选方案2的改进得到的优选方案3：所述磷酸盐无机粘结剂的中和度为3.8：1；经试验测试，中和度为3.8：1时，制得的型砂强度更大。理由为铝磷酸盐无机粘结剂的合成是依据氢氧化铝和磷酸的反应：

Al(OH)₃+3H₃PO₄＝Al(H₂PO₄)₃+3H₂O(1)

2Al(OH)₃+3H₃PO₄＝Al₂(HPO4)₃+6H₂O(2)

Al(OH)₃+H₃PO₄＝AlPO₄+3H₂O(3)