本發(fā)明涉及一種改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型的制備方法，屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

造型材料在鑄造生產(chǎn)中的地位十分重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鑄造粘結(jié)劑已由開始的粘土發(fā)展到了如今的無機(jī)、有機(jī)或無機(jī)與有機(jī)結(jié)合的粘結(jié)劑。粘土是一種十分古老的粘結(jié)劑，在鑄造生產(chǎn)中具有十分悠久的應(yīng)用歷史。上世紀(jì)前50年，最重要的鑄造生產(chǎn)工藝是粘土濕型砂工藝，粘土濕型砂鑄造，其砂型、芯強(qiáng)度比較低，容易形成粘砂、夾砂、結(jié)疤、鼠尾、氣孔、砂眼以及脹砂等鑄造缺陷，鑄件表面質(zhì)量不高；粘土干型砂鑄型強(qiáng)度高，但是需要烘干，消耗能源，制造周期較長，不便于進(jìn)行流水作業(yè)，由于退讓性和潰散性較差，目前已經(jīng)遭淘汰。

我國鑄鋼間開始使用水玻璃砂，應(yīng)用較廣。但是傳統(tǒng)水玻璃存在易老化，導(dǎo)致聚硅酸聚合度不均勻，粘結(jié)強(qiáng)度降低，致使水玻璃砂的可使用時(shí)間縮短，工藝性變壞。造成砂模強(qiáng)度變化大，常常出現(xiàn)嚴(yán)重粘砂的現(xiàn)象且產(chǎn)品表面不平整，尺寸偏差大，不易回收等缺陷。

在鑄造生產(chǎn)過程中，相比粘土砂和水玻璃砂來說，有機(jī)樹脂砂一直占有舉足輕重的地位，但是對環(huán)境造成的污染較為嚴(yán)重；有機(jī)樹脂砂在用于低熔點(diǎn)合金鑄造時(shí)，也存在型砂潰散性差的問題，已引起廣大鑄造工作者和用戶的重視。

目前，磷酸鹽無機(jī)粘結(jié)劑不僅環(huán)保，而且性能達(dá)到工業(yè)應(yīng)用要求，已成功地用于鑄鐵、鑄鋼件的鑄造，在潰散性方面，已經(jīng)能代替水玻璃應(yīng)用于鑄鋼，也能代替有機(jī)樹脂應(yīng)用于低熔點(diǎn)合金的鑄造。但是其使用的固化劑活性較高，在與磷酸鹽粘結(jié)劑反應(yīng)時(shí)硬化速度過大，型砂尚未完成混砂時(shí)就已經(jīng)硬化，易造成型砂強(qiáng)度低等問題。因此，對于磷酸鹽鑄造砂型的研究，顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：針對目前使用的磷酸鹽鑄造砂型，在制造過程中，硬化速度過大，型砂尚未完成混砂時(shí)就已經(jīng)硬化，易造成型砂強(qiáng)度低的問題，本發(fā)明提供了一種改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型的制備方法，本發(fā)明在鎂溶液中摻加混合稀土鹽，通過稀土改性鎂膠凝材料的結(jié)晶過程，延緩膠凝材料的固化時(shí)間，制得稀土改性氧化鎂固化劑，再將其與磷酸、氫氧化鋁、氧化鋅混合制成磷酸鹽粘結(jié)劑，最后將粘結(jié)劑與石英砂在混砂機(jī)中混砂，隨后裝入砂模成型機(jī)中壓實(shí)成型，烘干即得改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型。本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型，抗拉強(qiáng)度高，存放穩(wěn)定性好，抗吸濕性好，且退讓性和潰散性較好。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）稱取180～200g氧化鎂，加入300～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸中，以300～400r/min攪拌至氧化鎂完全溶解，再加入5.0～5.5g氯化鑭，4.0～4.5g氯化鈰，0.1～0.2g氯化鐠，0.1～0.2g氯化釹，0.1～0.2g氯化銪，繼續(xù)攪拌15～20min，得混合液；

（2）向上述混合液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合液pH為6.0～7.0，靜置1～2h后過濾，將濾渣置于干燥箱中，在100～105℃下干燥至恒重，隨后將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中，在700～900℃下煅燒1～2h，冷卻至室溫后得稀土改性氧化鎂；

（3）稱取265～270g磷酸，加入70～80mL去離子水中，在80～90℃恒溫水浴下，以300～400r/min攪拌20～30min，再加入35～40g氫氧化鋁，25～30g氧化鋅，持續(xù)攪拌20～30min，隨后加熱至90～100℃，再加入9～12g上述稀土改性氧化鎂，繼續(xù)攪拌并保持溫度反應(yīng)20～30min，冷去至室溫后出料，得改性磷酸鹽粘結(jié)劑；

（4）稱取1～2kg石英砂，加入粉碎機(jī)中粉碎，過100目篩，將過篩后的石英砂與30～50g上述改性磷酸鹽粘結(jié)劑混合后，裝入混砂機(jī)中混砂2～3min，隨后裝入砂模成型機(jī)中，壓實(shí)成型，并置于200～220℃烘干爐中，烘烤2～3h，冷卻至室溫后脫模，得改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：向本發(fā)明制得的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型中注入鑄鐵液，待鑄鐵液冷卻，脫模，得表面光潔，無表面粘砂鑄鐵。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型初始抗拉強(qiáng)度可達(dá)2.89～3.05MPa，發(fā)氣量為7.9～9.8mL/g。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型，初始抗拉強(qiáng)度高，發(fā)氣量小，存放穩(wěn)定性好；

（2）本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型，抗吸濕性好，高溫退讓性和潰散性較好。

具體實(shí)施方式

稱取180～200g氧化鎂，加入300～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸中，以300～400r/min攪拌至氧化鎂完全溶解，再加入5.0～5.5g氯化鑭，4.0～4.5g氯化鈰，0.1～0.2g氯化鐠，0.1～0.2g氯化釹，0.1～0.2g氯化銪，繼續(xù)攪拌15～20min，得混合液；向上述混合液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合液pH為6.0～7.0，靜置1～2h后過濾，將濾渣置于干燥箱中，在100～105℃下干燥至恒重，隨后將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中，在700～900℃下煅燒1～2h，冷卻至室溫后得稀土改性氧化鎂；稱取265～270g磷酸，加入70～80mL去離子水中，在80～90℃恒溫水浴下，以300～400r/min攪拌20～30min，再加入35～40g氫氧化鋁，25～30g氧化鋅，持續(xù)攪拌20～30min，隨后加熱至90～100℃，再加入9～12g上述稀土改性氧化鎂，繼續(xù)攪拌并保持溫度反應(yīng)20～30min，冷去至室溫后出料，得改性磷酸鹽粘結(jié)劑；稱取1～2kg石英砂，加入粉碎機(jī)中粉碎，過100目篩，將過篩后的石英砂與30～50g上述改性磷酸鹽粘結(jié)劑混合后，裝入混砂機(jī)中混砂2～3min，隨后裝入砂模成型機(jī)中，壓實(shí)成型，并置于200～220℃烘干爐中，烘烤2～3h，冷卻至室溫后脫模，得改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型。

實(shí)例1

稱取180g氧化鎂，加入300mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸中，以300r/min攪拌至氧化鎂完全溶解，再加入5.0g氯化鑭，4.0g氯化鈰，0.1g氯化鐠，0.1g氯化釹，0.1g氯化銪，繼續(xù)攪拌15min，得混合液；向上述混合液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合液pH為6.0，靜置1h后過濾，將濾渣置于干燥箱中，在100℃下干燥至恒重，隨后將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中，在700℃下煅燒1h，冷卻至室溫后得稀土改性氧化鎂；稱取265g磷酸，加入70mL去離子水中，在80℃恒溫水浴下，以300r/min攪拌20min，再加入35g氫氧化鋁，25g氧化鋅，持續(xù)攪拌20min，隨后加熱至90℃，再加入9g上述稀土改性氧化鎂，繼續(xù)攪拌并保持溫度反應(yīng)20min，冷去至室溫后出料，得改性磷酸鹽粘結(jié)劑；稱取1kg石英砂，加入粉碎機(jī)中粉碎，過100目篩，將過篩后的石英砂與30g上述改性磷酸鹽粘結(jié)劑混合后，裝入混砂機(jī)中混砂2min，隨后裝入砂模成型機(jī)中，壓實(shí)成型，并置于200℃烘干爐中，烘烤2h，冷卻至室溫后脫模，得改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：向本發(fā)明制得的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型中注入鑄鐵液，待鑄鐵液冷卻，脫模，得表面光潔，無表面粘砂鑄鐵。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型初始抗拉強(qiáng)度可達(dá)2.89MPa，發(fā)氣量為9.8mL/g。

實(shí)例2

稱取190g氧化鎂，加入400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸中，以320r/min攪拌至氧化鎂完全溶解，再加入5.2g氯化鑭，4.2g氯化鈰，0.1g氯化鐠，0.1g氯化釹，0.1g氯化銪，繼續(xù)攪拌18min，得混合液；向上述混合液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合液pH為6.5，靜置1h后過濾，將濾渣置于干燥箱中，在102℃下干燥至恒重，隨后將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中，在800℃下煅燒1.5h，冷卻至室溫后得稀土改性氧化鎂；稱取268g磷酸，加入75mL去離子水中，在85℃恒溫水浴下，以360r/min攪拌25min，再加入36g氫氧化鋁，26g氧化鋅，持續(xù)攪拌25min，隨后加熱至95℃，再加入10g上述稀土改性氧化鎂，繼續(xù)攪拌并保持溫度反應(yīng)25min，冷去至室溫后出料，得改性磷酸鹽粘結(jié)劑；稱取1.5kg石英砂，加入粉碎機(jī)中粉碎，過100目篩，將過篩后的石英砂與40g上述改性磷酸鹽粘結(jié)劑混合后，裝入混砂機(jī)中混砂2min，隨后裝入砂模成型機(jī)中，壓實(shí)成型，并置于210℃烘干爐中，烘烤2.5h，冷卻至室溫后脫模，得改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：向本發(fā)明制得的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型中注入鑄鐵液，待鑄鐵液冷卻，脫模，得表面光潔，無表面粘砂鑄鐵。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型初始抗拉強(qiáng)度可達(dá)2.95MPa，發(fā)氣量為8.8mL/g。

實(shí)例3

稱取200g氧化鎂，加入500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%鹽酸中，以400r/min攪拌至氧化鎂完全溶解，再加入5.5g氯化鑭，4.5g氯化鈰，0.2g氯化鐠，0.2g氯化釹，0.2g氯化銪，繼續(xù)攪拌20min，得混合液；向上述混合液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)混合液pH為7.0，靜置2h后過濾，將濾渣置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，隨后將其轉(zhuǎn)入馬弗爐中，在900℃下煅燒2h，冷卻至室溫后得稀土改性氧化鎂；稱取270g磷酸，加入80mL去離子水中，在90℃恒溫水浴下，以400r/min攪拌30min，再加入40g氫氧化鋁，30g氧化鋅，持續(xù)攪拌30min，隨后加熱至100℃，再加入12g上述稀土改性氧化鎂，繼續(xù)攪拌并保持溫度反應(yīng)30min，冷去至室溫后出料，得改性磷酸鹽粘結(jié)劑；稱取2kg石英砂，加入粉碎機(jī)中粉碎，過100目篩，將過篩后的石英砂與50g上述改性磷酸鹽粘結(jié)劑混合后，裝入混砂機(jī)中混砂3min，隨后裝入砂模成型機(jī)中，壓實(shí)成型，并置于220℃烘干爐中，烘烤3h，冷卻至室溫后脫模，得改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型。

本發(fā)明的應(yīng)用方法是：向本發(fā)明制得的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型中注入鑄鐵液，待鑄鐵液冷卻，脫模，得表面光潔，無表面粘砂鑄鐵。經(jīng)檢測，本發(fā)明制備的改性熱硬磷酸鹽鑄造砂型初始抗拉強(qiáng)度可達(dá)3.05MPa，發(fā)氣量為7.9mL/g。