[发明专利]一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：氧化锆5%~7%，二氧化硅6%~8%，三氧化二铝60%~62%，氧化镁6%~9%，氧化钇2%~4%，改性剂3%~4%，分散剂2%~3%，余量为膨润土。本发明的陶瓷颗粒砂的球形度高、热膨胀系数小，用于铸造型芯时所需的粘结剂用量少且型芯及铝合金铸件的尺寸精度更高；本发明的陶瓷颗粒砂的耐热性好、耐磨度高，在铸造生产时可通过加热混磨多次重复使用，批量使用成本低、且对环境的污染更低。

技术领域

本发明属于铸造及铸造用辅助材料领域，具体涉及一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用。

背景技术

铝合金密度低、比强/刚度高、耐蚀性好、塑性好、加工性能优异，且具有良好的焊接性能，优良的导电性、导热性，在军工装备领域得到了广泛的应用。铝合金按照加工工艺主要可分为变形铝合金与铸造铝合金两类，其中铸造铝合金因具有良好的工艺流动性能与中等载荷承载能力，在导弹壳体、载油舱壳体、发动机附件机匣、发动机油路管道、汽车发动机缸体、汽车发动机缸盖等产品制造上得到了广泛的应用。目前现有的铸造成形工艺主要为砂型铸造，砂型铸造通常是选用硅砂作为主要的造型材料，硅砂来源广泛、价格低廉，且具有良好的耐热性能与球形度，因此在铸造铝合金领域被广泛选用。

近年来，随着国家对军工装备与新能源汽车领域的不断投入，军工装备与新能源汽车领域在结构部件设计时都采用了一体化精密铸造工艺，结构部件内腔采用近净成形设计，无加工余量设计；这对铸造型芯的尺寸精度提出了较高的要求，而硅砂的热膨胀系数大、角形系数高，难以满足近净成形精密化铸造，此外，使用硅砂时还必须与粘结剂进行配合使用，而粘结剂的消耗量大，造成制备成本的提升，这些都限制了铸造工艺的发展。

发明内容

为了解决传统硅砂材料在制造复杂精密铝合金铸件用铸造型芯时颗粒尺寸不一、耐热度低、角形系数高、热膨胀系数大、粘结剂消耗量大等不足，本发明提供了一种铸造型芯用高透气性球形陶瓷颗粒砂及其制备方法和应用，所述球形陶瓷颗粒砂具有颗粒细小、尺寸均匀、透气性高、耐热度高、耐磨度高、角形系数低、热膨胀系数小、球形化程度高、可多次重复使用的特点；本发明还可以通过对其成分的选配与质量配比的调控，实现对陶瓷颗粒砂物理化学性质的协控，制造出适用于复杂精密铝合金铸件用铸造型芯的陶瓷颗粒砂，实现军工装备与新能源汽车复杂精密铝合金铸件的短周期、低成本、低污染绿色铸造，经济效益明显。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种球形陶瓷颗粒砂，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：

氧化锆5%~7%，二氧化硅6%~8%，三氧化二铝60%~62%，氧化镁6%~9%，氧化钇2%~4%，改性剂3%~4%，分散剂2%~3%，余量为膨润土。

根据本发明的实施方式，所述球形陶瓷颗粒砂包括如下质量分数的各组分：

氧化锆5%~7%（例如5%、5.5%、6%、6.5%、7%），二氧化硅6%~8%（例如6%、6.5%、7%、7.5%、8%），三氧化二铝60%~62%（例如60%、60.5%、61%、615%、62%），氧化镁6%~9%（例如6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%），氧化钇2%~4%（例如为2%、2.5%、3%、3.5%、4%），改性剂3%~4%（例如为3%、3.5%、4%），分散剂2%~3%（例如为2%、2.5%、3%），余量为膨润土。

根据本发明的实施方式，所述球形陶瓷颗粒砂具有高透气性。

根据本发明的实施方式，所述球形陶瓷颗粒砂用于制备铸造型芯。

根据本发明的实施方式，所述膨润土包括钠基膨润土、钙基膨润土和氢基膨润土；优选地，所述膨润土由钠基膨润土、钙基膨润土和氢基膨润土组成。所述膨润土的引入可改善陶瓷颗粒砂的化学活性，提高陶瓷颗粒砂的粘结性与透气性。