[发明专利]组合物及其在砂型铸造中的使用方法

说明书

本发明讨论用于铸造过程如湿砂铸造的组合物。组合物可包含球土、膨润土和碳质材料。球土可包含风化褐煤和/或苛化褐煤，例如，作为天然球土沉积物的部分。组合物可进一步包含砂，使得所得混合物可形成用于铸模制品的湿砂模。在组合物中掺入球土材料可帮助改善铸造制品的品质。

优先权要求

本PCT国际申请要求2016年3月25日提交的美国临时申请62/313,445的优先权益，其主题内容全文通过引用结合到本文中。

发明领域

本公开的实施方案一般涉及用于形成砂模的组合物及其在例如砂型铸造中使用的方法。

发明背景

铸造(casting)是制造制品的一种铸造(foundry)方法，其中将经加热液体物质(通常金属或金属合金)倒入模腔，并使其在腔形中冷却。然后从模具释放铸造制品。可用不同材料形成模具，例如，根据要铸造材料的性质。例如，砂型铸造可用于铸造金属和金属合金。在此方法中，一般使砂与粘合剂组合，并形成所需模具形状。通过围绕模型(例如，要铸造制品的复制品)压紧砂混合物，并去除模型，以留下具有所需形状和结构的空腔，可形成这种砂模。一旦熔融金属引入模具并冷却固化，就可释放铸造金属制品，通常通过破坏砂模。

湿砂铸造指用湿或湿化砂形成模具，其中一般使砂与水和粘合剂(如粘土)组合，以形成模塑介质。粘合剂一般使砂颗粒粘结，使得模具可保持其形状，并经受在整个铸造过程施加的应力。在湿砂铸造期间，砂模一般保留一定量水分，且粘土在室温和升高温度二者作为粘合剂。粘合剂混合物有时作为“预混物”提供，预混物可与本地砂源组合，以产生模塑介质。

砂模的化学组成一般决定其性质，包括其经受铸造过程应力和压力的能力，这又影响铸造制品的品质。砂型模塑介质的不同组成可对模具在砂型铸造期间在高温、压缩条件下表现的能力有显著影响。

发明概述

本公开包括用于砂型铸造(包括湿砂铸造)的组合物、这种组合物的制备及其使用方法。本文组合物包括例如粘合剂组合物和可用于制备铸造所用砂模的湿砂组合物。

例如，本公开包括包含球土、膨润土和碳质材料的粘合剂组合物。球土可包含例如相对于球土总重量约15%重量至约35%重量氧化铝和/或相对于球土总重量约30%重量至约60%重量氧化硅。根据一些方面，球土可包含风化褐煤。在一些方面，球土可具有约12%至约50%的烧失量(LOI)。组合物的球土可包含第一球土材料和不同于第一球土材料的第二球土材料。例如，组合物可包含具有大于约9%且小于或等于12%烧失量(LOI)的第一球土材料和具有大于12%且小于约60%LOI的第二球土材料。

根据本公开的一些方面，碳质材料可包含海煤和/或风化褐煤。风化褐煤可从天然球土沉积物得到，并且/或者可除在天然球土沉积物中可存在的风化褐煤以外再加入。例如，球土可包含来自球土材料天然沉积物的第一部分风化褐煤或苛化褐煤，碳质材料可包含第二部分风化褐煤。在一些方面，组合物可包含相对于组合物总重量约1%重量至约70%重量膨润土。膨润土可包括例如钠膨润土、钙膨润土或其组合。作为另一个实例，在本公开的一些方面，组合物包含相对于组合物总重量约10%重量至约40%重量球土和约30%重量至约60%重量膨润土，其中球土包含约1%至约10%风化褐煤或苛化褐煤。

本公开也包括砂型铸造的方法，其中示例性方法包括通过组合球土、膨润土、碳质材料和砂制备混合物；并通过使混合物成型制备模具。球土、膨润土和碳质材料可包括上述组合物的任何特征。例如，混合物的球土可包含风化褐煤或苛化褐煤。根据一些方面，球土、膨润土和碳质材料包括粘合剂组合物，且制备混合物包括将粘合剂组合物加到砂。例如，相对于混合物总重量，要与砂组合的粘合剂组合物可占约5%重量至约20%重量。