專利名稱：一種防止消失模鑄件碳缺陷的泡塑模樣及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于防止消失模鑄件碳缺陷的泡塑模樣及其制備方法。
背景技術：
消失模鑄造是一種利用澆注的高溫金屬液分解泡沫塑料模樣的鑄造技術。通過將可發(fā)性塑料珠粒發(fā)泡成型制造出泡沫塑料模樣，埋在干石英砂中振動造型并抽真空使覆蓋著塑料模樣的干砂緊實，再澆注高溫液態(tài)金屬使模樣分解氣化，金屬液取代塑料模樣的位置，冷卻凝固后形成所需鑄件。近年來，消失模鑄造技術已經(jīng)成為國內(nèi)外應用最廣的高新鑄造技術之一。鑄件的碳缺陷是在鑄件側面、頂面或內(nèi)剖面上出現(xiàn)黑色的夾雜缺陷，即碳黑。泡沫塑料模樣受熱分解主要由兩種途徑產(chǎn)生碳黑第一種途徑，在受熱分解初期，泡沫塑料首先分解出c2H4、CH4, H2等小分子氣體帶走了大量的氫并殘留一定量的碳；第二種途徑，當溫度繼續(xù)升高，分子長鏈會發(fā)生斷裂，同時生成大量的有機小分子氣體，到800°C以上，這些小分子氣體進一步深度裂解，C-H鍵斷裂，生成大量的碳黑和H2。以上這兩種途徑生成的碳黑， 都會殘留在型腔之內(nèi)，最終形成鑄件的碳缺陷。碳缺陷是消失模鑄造中最常見的一種缺陷，嚴重影響組織致密性，造成管類鑄件液體滲漏現(xiàn)象并使金屬加工零件表面與強度達不到要求。國內(nèi)外消失模技術發(fā)展受碳缺陷制約，很多工廠的產(chǎn)品因碳缺陷報廢而遭受嚴重經(jīng)濟損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠防止消失模鑄件產(chǎn)生碳缺陷的泡塑模樣及其制備方法，以解決消失模鑄造技術中鑄件因消失模氣化而造成的增碳或者積碳等碳缺陷問題。本發(fā)明提供的一種用于消失模鑄造的泡塑模樣的制備方法，包括如下步驟(1)將泡沫珠粒與氧化組分進行混合得到預發(fā)材料；所述氧化組分為氧平衡大于零的固體粉末狀材料；(2)將所述預發(fā)材料依次經(jīng)過預發(fā)泡和發(fā)泡成型即得所述泡塑模樣。氧平衡(Oxygen Balance)是指每克藥劑燃燒或爆炸時藥劑自身的含氧量與使藥劑含有的可燃元素都氧化成穩(wěn)定化合物的耗氧量之差。上述的制備方法中，所述氧化組分具體可為氯酸鈉、高氯酸鈉、高錳酸鉀、硝酸鉀、 硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸胼、高氯酸銨、高氯酸鉀、氯酸鉀、重鉻酸鉀和亞硝酸鈉中至少一種。上述的制備方法中，所述泡沫珠?？蔀榭砂l(fā)性聚苯乙烯珠粒(EPS珠粒)、可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯珠粒(EPMMA珠粒)和可發(fā)性苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒 (STMMA珠粒)中至少一種；所述泡沫珠粒的粒徑可為0. 2mm 2. Omm,具體可為0. 2mm 1. 6mm>0. 2mm 或 1. 6mm。上述的制備方法中，所述氧化組分的粒度可為20目 200目，具體可為40目 200目、40目或200目；所述泡沫珠粒與所述氧化組分的質量份數(shù)比可為(10 1) (1 5)，具體可為 1 5、2 1、3 2或 10 1。上述的制備方法中，步驟O)中所述預發(fā)泡可在預發(fā)機中進行；所述發(fā)泡成型可在液壓成型機中進行。上述的制備方法中，所述預發(fā)機可為間歇式預發(fā)機；所述預發(fā)泡的蒸汽壓力可為 0. 01 0. 5MPa,具體可為0. OlMPa,0. 15MPa、0. 2MPa或0. 5MPa ；所述預發(fā)泡的溫度可為 80°C 130°C，具體可為80°C、100°C、105°C或130°C ；所述預發(fā)泡的時間可為20 120s，具體可為 20s,40s,60s 或 120s。上述的制備方法中，所述發(fā)泡成型的壓力可為0. 01 0. 5MPa,具體可為0. OlMPa, 0. 07MPa、0. 09MPa或0. 5MPa ；所述發(fā)泡成型的時間可為5 40min，具體可為5min、20min、 23min 或 40min。本發(fā)明還提供了上述方法制備的泡塑模樣。利用本發(fā)明提供的泡塑模樣進行消失模鑄造時，首先在泡塑模樣上刷涂耐火材料涂層，然后放入砂箱中，泡沫塑料模樣的四周用干砂填充，用振動臺振動并對砂箱抽真空使覆蓋泡塑模樣的干砂緊實，點燃該泡沫塑料模樣，該泡塑模樣將自行燃燒并消失，待泡沫模樣燒盡后澆注高溫金屬液，金屬液冷卻凝固后即得鑄件。本發(fā)明提供的用于防止消失模鑄件碳缺陷的泡塑模樣及其制備方法的優(yōu)點和有益效果為(1)本發(fā)明通過將氧化組分與原始可發(fā)性泡沫珠粒混合并發(fā)泡，做出可以在澆注高溫金屬液之前便在干砂型腔內(nèi)自行燃燒干凈的泡塑模樣，從根本上解決了消失模鑄件的碳缺陷問題；(2)采用本發(fā)明的方法可將泡沫模樣充分燒掉，形成干凈的澆注用型腔，防止泡沫殘留物粘貼在涂料層的內(nèi)壁；(3)采用本發(fā)明的方法可使鑄件碳增量降至0.01%以下，鑄件整體組織致密，表面與強度性能優(yōu)越，不產(chǎn)生積碳缺陷，大大提升了鑄件質量，提高了成品率。
具體實施例方式實施例1、EPS泡塑模樣的制備及其應用(1)將粒徑為0. 2mm的原始可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)珠粒與粒度為40目的氯酸鉀粉末按質量份數(shù)比21球磨混合2小時作為預發(fā)材料；(2)將上述預發(fā)材料用SJ-Cx蒸汽間歇式預發(fā)機進行預發(fā)泡，加熱蒸汽壓力為 0. 20MPa，發(fā)泡時間為40秒，預發(fā)溫度為105°C ；然后再用CH80自動液壓成型機進行成型， 成型壓力為0. 07MPa，成型時間為20分鐘，得到EPS泡塑模樣；(3)在上述得到的EPS泡塑模樣的外面均勻刷涂氧化鎂涂料，涂層厚度為3mm ；將涂層烘干，保證涂層充分干燥不開裂；(4)將上述處理的EPS泡塑模樣放在砂箱中，用粒度為40目的石英砂埋箱，用振動臺振動緊實，對砂箱抽真空；在EPS泡塑模樣的澆口處點燃EPS泡塑模樣，使EPS泡塑模樣充分燃燒；然后將HT250成份鐵水澆入型腔中，待凝固冷卻后即得到一件鑄件。將上述得到的鑄件從內(nèi)到外截面采樣，將樣品放入CS-800紅外碳硫分析儀進行通氧燃燒，測得鑄件含碳量為3. 259%，較實驗所用HT250含碳量3. 251%增加了 0. 008%, 解決了消失模鑄件的增碳問題；其側面、頂面及內(nèi)剖面上亦未發(fā)現(xiàn)碳缺陷。實施例2、STMMA泡塑模樣的制備及其應用(1)將粒徑為1. 6mm的原始STMMA珠粒與粒度為200目的高錳酸鉀與氯酸鉀等質量比例的混合粉末按質量份數(shù)比32球磨混合2小時作為預發(fā)材料；(2)將預發(fā)材料用SJ-Cx蒸汽間歇式預發(fā)機預進行發(fā)泡，加熱蒸汽壓力為 0. 15MPa，發(fā)泡時間為60秒，預發(fā)溫度為100°C ；然后再用CH80自動液壓成型機進行成型， 成型壓力為0. 09MPa，成型時間為23分鐘，得到STMMA泡塑模樣；(3)在上述得到的STMMA泡塑模樣的外面均勻刷涂鋯英粉涂料，涂層厚度為1mm， 將涂層烘干，保證涂層充分干燥不開裂；(4)將上述處理的STMMA泡塑模樣放在砂箱中，用粒度為40目的石英砂埋箱，用振動臺振動緊實，對砂箱抽真空；在STMMA泡塑模樣的澆口處點燃該STMMA泡塑模樣，使 STMMA泡塑模樣充分燃燒；然后將HT250成份鐵水澆入型腔中，待凝固冷卻后即得到一件鑄件。將上述得到的鑄件從內(nèi)到外截面采樣，將樣品放入CS-800紅外碳硫分析儀進行通氧燃燒，測得鑄件含碳量為3. 257%，較實驗所用HT250含碳量3. 251%增加了 0. 006%, 解決了消失模鑄件的增碳問題；其側面、頂面及內(nèi)剖面上亦未發(fā)現(xiàn)碳缺陷。實施例3、EPMMA泡塑模樣的制備及其應用(1)將粒徑為0. 5mm的原始EPMMA珠粒與粒度為20目的硝酸鉀粉末按質量份數(shù)比 15球磨混合2小時作為預發(fā)材料；(2)將預發(fā)材料用SJ-Cx蒸汽間歇式預發(fā)機預進行發(fā)泡，加熱蒸汽壓力為 0. OlMPa，發(fā)泡時間為20秒，預發(fā)溫度為80°C ；然后再用CH80自動液壓成型機進行成型，成型壓力為0. OlMPa，成型時間為5分鐘，得到EPMMA泡塑模樣；(3)在上述得到的EPMMA泡塑模樣的外面均勻刷涂鋯英粉涂料，涂層厚度為 0. 8mm，將涂層烘干，保證涂層充分干燥不開裂；(4)將上述處理的EPMMA泡塑模樣放在砂箱中，用粒度為40目的石英砂埋箱，用振動臺振動緊實，對砂箱抽真空；在EPMMA泡塑模樣的澆口處點燃該EPMMA泡塑模樣，使 EPMMA泡塑模樣充分燃燒；然后將HT250成份鐵水澆入型腔中，待凝固冷卻后即得到一件鑄件。將上述得到的鑄件從內(nèi)到外截面采樣，將樣品放入CS-800紅外碳硫分析儀進行通氧燃燒，測得鑄件含碳量為3. 258%，較實驗所用HT250含碳量3. 251%增加了 0. 007%, 解決了消失模鑄件的增碳問題；其側面、頂面及內(nèi)剖面上亦未發(fā)現(xiàn)碳缺陷。實施例4、EPS泡塑模樣的制備及其應用(1)將粒徑為1. 2mm的原始EPS珠粒與粒度為200目的高氯酸鉀粉末按質量份數(shù)比10 1球磨混合2小時作為預發(fā)材料；(2)將預發(fā)材料用SJ-Cx蒸汽間歇式預發(fā)機預進行發(fā)泡，加熱蒸汽壓力為0. 5MPa, 發(fā)泡時間為120秒，預發(fā)溫度為130°C ；然后再用CH80自動液壓成型機進行成型，成型壓力為0. 5MPa，成型時間為40分鐘，得到EPS泡塑模樣；(3)在上述得到的EPS泡塑模樣的外面均勻刷涂鋯英粉涂料，涂層厚度為1. 2mm,將涂層烘干，保證涂層充分干燥不開裂；(4)將上述處理的EPS泡塑模樣放在砂箱中，用粒度為40目的石英砂埋箱，用振動臺振動緊實，對砂箱抽真空；在EPS泡塑模樣的澆口處點燃該EPS泡塑模樣，使EPS泡塑模樣充分燃燒；然后將HT250成份鐵水澆入型腔中，待凝固冷卻后即得到一件鑄件。將上述得到的鑄件從內(nèi)到外截面采樣，將樣品放入CS-800紅外碳硫分析儀進行通氧燃燒，測得鑄件含碳量為3. 257%，較實驗所用HT250含碳量3. 251%增加了 0. 006%, 解決了消失模鑄件的增碳問題；其側面、頂面及內(nèi)剖面上亦未發(fā)現(xiàn)碳缺陷。
權利要求
1.一種防止消失模鑄件碳缺陷的泡塑模樣的制備方法，包括如下步驟(1)將泡沫珠粒與氧化組分進行混合得到預發(fā)材料；所述氧化組分為氧平衡大于零的固體粉末狀材料；(2)將所述預發(fā)材料依次經(jīng)過預發(fā)泡和發(fā)泡成型即得所述泡塑模樣。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于所述泡沫珠粒為可發(fā)性聚苯乙烯珠粒、可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯珠粒和可發(fā)性苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物珠粒中至少一種；所述泡沫珠粒的粒徑為0. 2mm 2. 0mm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于所述氧化組分為氯酸鈉、高氯酸鈉、高錳酸鉀、硝酸鉀、硝酸銨、硝酸鈉、硝酸鈣、硝酸胼、高氯酸銨、高氯酸鉀、氯酸鉀、重鉻酸鉀和亞硝酸鈉中至少一種。
4.根據(jù)權利要求1-3中任一所述的制備方法，其特征在于所述氧化組分的粒度為20 目 200目；所述泡沫珠粒與所述氧化組分的質量份數(shù)比為(1 10) (1 5)。
5.根據(jù)權利要求1-4中任一所述的制備方法，其特征在于步驟O)中所述預發(fā)泡是在預發(fā)機中進行的；所述發(fā)泡成型是在液壓成型機中進行的。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述預發(fā)機為間歇式預發(fā)機；所述預發(fā)泡的蒸汽壓力為0. 01 0. 5MPa ；所述預發(fā)泡的溫度為80°C 130°C；所述預發(fā)泡的時間為 20 120s。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于所述發(fā)泡成型的壓力為0.01 0. 5MPa ；所述發(fā)泡成型的時間為5 40min。
8.權利要求1-7中任一所述方法制備的泡塑模樣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止消失模鑄件碳缺陷的泡塑模樣及其制備方法。該制備方法包括如下步驟(1)將泡沫珠粒與氧化組分進行混合得到預發(fā)材料；所述氧化組分為氧平衡數(shù)大于零的固體粉末狀材料；(2)將所述預發(fā)材料依次經(jīng)過預發(fā)泡和發(fā)泡成型即得所述泡塑模樣。采用本發(fā)明的方法可將泡沫模樣充分燒掉，形成干凈的澆注用型腔，防止泡沫殘留物粘貼在涂料層的內(nèi)壁；(3)采用本發(fā)明的方法可使鑄件碳增量降至0.01％以下，鑄件整體組織致密，表面與強度性能優(yōu)越，不產(chǎn)生積碳缺陷，大大提升了鑄件質量，提高了成品率。
文檔編號B22C7/02GK102389941SQ20111035017
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權日2011年11月8日
發(fā)明者張曉蕊, 郭雷辰 申請人:郭雷辰