高强度低发气量覆膜砂制备工艺及性能研究

摘要

覆膜砂具有较高的强度，优异的流动性和溃散性以及低发气量，越来越广泛地应用于钢铁及铝合金铸造业领域。然而，为了满足特殊铸件对覆膜砂性能更高的要求，进一步提高覆膜砂的强度，降低发气量，本文首先研究了覆膜砂体系的基本组成如原砂类型、原砂粒度、树脂种类、树脂加入量对覆膜砂性能的影响，并探索添加硅烷偶联剂、对原砂高温焙烧、酸洗等改性处理对覆膜砂性能的影响。
　　以Y91型热塑性酚醛树脂为粘结剂，分别采用粒度为50/100目、70/140目、100/200目的宝珠砂和硅砂为原砂，在相同的热法覆膜工艺下制备覆膜砂样品，结果发现，宝珠砂覆膜砂的强度是硅砂覆膜砂的1.2-1.6倍，灼烧减量比硅砂覆膜砂小0.2-0.3％。在硅砂中掺加宝珠砂能显著提高覆膜砂的强度，其强度随着宝珠砂质量分数的增加而提高。宝珠砂覆膜砂在50-200目粒径范围内，强度随原砂粒径减小而提高。将不同粒径的原砂混合有利于提高覆膜砂的强度，粒径平均分布在四筛或五筛上的原砂制备的覆膜砂其强度较佳。
　　采用70/140目宝珠砂为原砂，分别采用Y91、Y80、S901、S902四种型号的树脂为粘结剂制备覆膜砂样品。结果发现，宝珠砂覆膜砂的强度随树脂加入量的增加而提高，但是常温比抗拉强度和比抗弯强度随着树脂的加入量的增加而降低。四种树脂中，采用S902型树脂制备的覆膜砂强度最佳。常温比抗拉强度为1.92MPa、常温比抗弯强度为4.10MPa。当树脂加入量为原砂质量2.5％时，覆膜砂的灼烧减量为2.69％。树脂种类对覆膜砂灼烧减量的影响不大，树脂加入量每增加1％会使覆膜砂的灼烧减量增加约1.04％。
　　采用宝珠砂制备覆膜砂时，添加硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570、KH-792、BTSE可以使覆膜砂的强度提高10％左右，其中1，2-双（三乙氧基硅基）乙烷的效果最显著。在树脂加入量为原砂质量2.5％，硅烷偶联剂加入量为树脂质量0.6％时，覆膜砂的常温抗拉强度达到了5.97MPa，是未加硅烷偶联剂的1.45倍;常温抗弯强度达到了10.22MPa，是未加硅烷偶联剂的1.14倍。硅烷偶联剂对覆膜砂灼烧减量影响不大。宝珠砂在经过高温焙烧处理后，制备的覆膜砂其强度明显的降低，常温抗拉强度降低了24％，常温抗弯强度降低了27％。采用稀硫酸溶液对宝珠砂原砂进行酸洗处理，覆膜砂的强度显著提高。当酸洗液浓度为10w％，酸洗时间为5min时，覆膜砂的常温抗拉强度达到了5.31MPa，是未经过处理的1.29倍，常温抗弯强度达到了10.11MPa，是未经过处理的1.13倍。提高酸洗溶液浓度或者延长酸洗时间都能有效提高覆膜砂型砂的强度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 铸造覆膜砂的特点

1．1．2 铸造行业对高性能覆膜砂的需求‘

1．2 覆膜砂的应用与研究现状

1．2．1 覆膜砂的分类

1．2．2 覆膜砂的原材料

1．2．3 覆膜砂的混制工艺

1．2．4 覆膜砂溃散性的改善

1．2．5 液压阀生产用覆膜砂

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容与方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

2．1 试验用材料

2．2 试验仪器

2．3 试验方法

2．3．1 热法覆膜工艺

2．3．2 型砂样品制备工艺

2．3．3 原砂酸洗实验

2．4 性能测试

2．4．1 强度

2．4．2 灼烧减量

2．4．3 微观形貌观察

第三章 原材料对覆膜砂性能的影响

3．1 覆膜砂样品断口分析

3．2 原砂类型对覆膜砂性能的影响

3．2．1 原砂类型对覆膜砂强度的影响

3．2．2 原砂类型对覆膜砂灼烧减量的影响

3．3 原砂粒度对覆膜砂性能的影响

3．3．1 原砂粒度对覆膜砂强度的影响

3．3．2 原砂粒度分布对覆膜砂强度的影响

3．3．3 原砂粒度对覆膜砂灼烧减量的影响

3．4 树脂对覆膜砂性能的影响

3．4．1 树脂种类对覆膜砂性能的影响

3．4．2 树脂加入量对覆膜砂性能的影响

3．5 本章小结

第四章 改性处理对覆膜砂性能的影响

4．1 硅烷偶联剂处理对覆膜砂性能的影响

4．1．1 硅烷偶联剂处理对覆膜砂强度的影响

4．1．2 硅烷偶联剂处理对覆膜砂灼烧减量的影响

4．2 高温焙烧处理对覆膜砂性能的影响

4．2．1 高温焙烧处理对覆膜砂强度的影响

4．2．2 高温焙烧处理对覆膜砂灼烧减量的影响

4．3 酸洗处理对覆膜砂性能的影响

4．3．1 酸洗溶液浓度对覆膜砂性能的影响

4．3．2 酸洗时间对覆膜砂性能的影响

4．4 本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

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