覆膜砂的制作方法以及應(yīng)用研究

陳建國，孟付良，劉明釗

（杭摩科技新材料股份有限公司，浙江湖州313310）

鋼鐵行業(yè)的發(fā)展使得覆膜砂的運用變得更加頻繁，而覆膜砂本身的質(zhì)量會對鋼鐵模型制作質(zhì)量產(chǎn)生影響，只有高質(zhì)量的覆膜砂才能夠為制作高質(zhì)量鋼鐵模型奠定扎實基礎(chǔ)，所以覆膜砂制作行業(yè)在進行覆膜砂制作的過程中應(yīng)當嚴格把控覆膜砂生產(chǎn)條件，確保覆膜砂的生產(chǎn)質(zhì)量。但就當前覆膜砂的生產(chǎn)情況來看，部分生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中沒有充分把控覆膜砂的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，致使所生產(chǎn)出的部分覆膜砂不適合鋼鐵行業(yè)，這不僅僅會影響覆膜砂企業(yè)自身的利益，而且也會對鋼鐵行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生影響，因此鑒于覆膜砂的重要作用，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當加強對覆膜砂制作方法的研究，不斷提高覆膜砂生產(chǎn)質(zhì)量。

1 覆膜砂的簡述[1]

1.1 覆膜砂的概念

所謂的覆膜砂實際上就是在砂子表面覆上一層酚醛樹脂，而后在使用的過程中對覆膜砂進行加熱讓樹脂融化，進而在外力的作用下使得砂子與樹脂融合形成人們所需要的各種模型，然后再進行鐵水澆筑成為鑄件。當前覆膜砂主要的用途就是用來進行鑄造鑄件，用途較為單一，所以如何在新的發(fā)展背景下提高覆膜砂的應(yīng)用范圍以及成型效率就成為了當前覆膜砂生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的問題。而就目前的研究來講，在天然硅砂與樹脂質(zhì)量一定的情況下，樹脂加入量的多少會對覆膜砂的發(fā)氣量與強度產(chǎn)生一定的影響，樹脂量加入的越多，覆膜砂的發(fā)起量與強度也會隨之增加，但是伴隨著樹脂量的增加，覆膜砂自身的潰散性則會不斷降低，從而為后期脫模產(chǎn)生影響，因此在生產(chǎn)覆膜砂的過程中生產(chǎn)人員應(yīng)當根據(jù)自身的需求來合理調(diào)整樹脂的添加量，努力尋找覆膜砂強度、發(fā)氣量、潰散性三個重要特性的平衡點，確保所生產(chǎn)的覆膜砂既具有較高的運用強度與較低的發(fā)氣量，又具有較好的潰散性能，以此實現(xiàn)覆膜砂生產(chǎn)的高質(zhì)量化與高效率化。

1.2 覆膜砂的研究進展

近些年來，國內(nèi)外對覆膜砂的研究越來越多，覆膜砂是一種新型的復(fù)層制劑，它具有較好的抗折強度、抗腐蝕性和良好的力學(xué)性能，因此得到了廣泛應(yīng)用。在我國，覆膜砂的研究起步較晚，主是在1990年之后，由于國外的一些公司引進了國內(nèi)的大量生產(chǎn)的覆膜砂，并進行一系列的實驗研究，從而獲得了許多的成果和技術(shù)，但這些都是在應(yīng)用的過程中，從表面處理到制備出合適產(chǎn)品后的效果都沒有達到理想的狀態(tài)；而從化學(xué)成分的角度來看，它們都是含氟樹脂，但是它的含氟量比較高，所以導(dǎo)致他們的實際使用的壽命就會降低，并且還需要添加其他的添加劑來提高其耐久性，這樣就不能滿足市場的需求量。隨著社會的發(fā)展人們的生活水平也不斷的提升以及環(huán)保意識的增強，使得對各種材料的要求也變得更加嚴格，這其中有很多的因素會影響到最終的結(jié)果，比如:鍍層的厚度、鍍料的選擇等。

2 覆膜砂的組成與制作方法

2.1 覆膜砂的組成

就當前市場上所流通的各類覆膜砂的做成（組成）來講，其主要的組成成分包括耐火材料、粘結(jié)劑、固化劑、潤滑劑、添加劑五類，這五類組成成分在覆膜砂中所起到的作用各不相同。首先耐火材料是覆膜砂的主要組成部分，生產(chǎn)人員在選擇耐火材料時通常會選擇天然硅砂，這主要是因為硅具有較高的熔點，適用于各種防火材料的制作。其次，粘結(jié)劑主要是選擇酚醛樹脂，這樣可以提高覆膜砂的粘結(jié)質(zhì)量，從而減少鑄件生產(chǎn)偏差。此外，對于固化劑、潤滑劑、添加劑來講，生產(chǎn)人員主要是選擇烏洛托品、硬脂酸鈣等。

2.2 覆膜砂的制作方法

生產(chǎn)企業(yè)在進行覆膜砂生產(chǎn)過程中常常會選用熱覆膜法，這種方法主要的生產(chǎn)原理就是利用高溫來加熱天然原砂，當天然原砂達到一定的溫度后生產(chǎn)人員就需要容器內(nèi)添加粘結(jié)劑、固化劑與潤滑劑，然后再根據(jù)覆膜砂的不同特性來加入各種添加劑。首先，就天然硅砂加熱環(huán)節(jié)，生產(chǎn)人員需要先將天然硅砂加入到特質(zhì)的容器內(nèi)，而后使用加熱設(shè)備將天然硅砂加熱到100～130℃（140～180℃，根據(jù)酚醛樹脂軟化點不同，硅砂加熱的溫度稍有不同），并確保天然硅砂在后續(xù)的各種操作中能夠長期處于這種穩(wěn)定的溫度中。其次，生產(chǎn)人員需要及時向高溫容器內(nèi)添加酚醛樹脂，并且觀察酚醛樹脂的融合情況，當樹脂全部融合并附著于天然硅砂表面后，工作人員就需要向容器內(nèi)添加顏色附著料與增強劑，確保附著料能夠與酚醛樹脂充分融合，這樣可以為后續(xù)原料的添加奠定扎實基礎(chǔ)。而在添加顏色附著料的過程中生產(chǎn)人員也應(yīng)當嚴格把控時間，保證顏料附著時間為50～70s，這能夠保證最大效率的顏料附著。第三，在觀察到附著顏料全部附著于樹脂表面后，工作人員就應(yīng)當向容器內(nèi)添加烏洛托品溶劑，同時保證溶質(zhì)與溶液的混合比為1∶2，這樣可以保證覆膜砂的生產(chǎn)質(zhì)量。最后，在完成烏洛托品溶液的添加后工作人員應(yīng)當對容器進行降溫，然后觀察容器內(nèi)溶質(zhì)的狀態(tài)，如果在經(jīng)過一段時間后容器內(nèi)的溶質(zhì)開始出現(xiàn)聚合狀態(tài)，那工作人員就應(yīng)當加入硬脂酸鈣，然后將其敲碎加入各種添加劑。通過上述四個步驟即可得到高質(zhì)量的覆膜砂。

2.3 覆膜砂制備的關(guān)鍵工藝[2]

為了解決市場上覆膜砂的處理問題，需要對其進行研究，從而找到合適的加工工藝，這樣才能使覆膜砂的生產(chǎn)得到最大的經(jīng)濟效益。本次實驗主要以鍍膜液為基材，在對覆膜砂的研究過程中，通過使用不同的制粒方式，來制備出符合要求的制粒，再將其與市場上現(xiàn)有的制粒機相比較，來選擇出適合的制粒方法，使其質(zhì)量和性能達到最佳。1）選擇合適的工藝覆膜砂的主要作用是用來制備成膜的原料、生產(chǎn)過程和制漿的設(shè)備等。在這些因素的影響下，需要考慮的問題很多。首先是要確定好原材料的質(zhì)量和價格，在保證了其性能的前提下，可以減少成本的投入；其次就是對制漿的流程進行優(yōu)化，提高制漿的效率；最后，要注意的一點是，最好能夠?qū)⑺频玫母材ど暗膹姸冗_到要求。2）控制好配比為了使接下來的工作能順利的展開下去，應(yīng)該采用合理的比例，來對各種物質(zhì)的性質(zhì)進行分析，比如說粘結(jié)性、抗拉力等，同時也不能忽視其他的一些條件。所以說，在配比的時候一定要嚴格的按照相關(guān)的規(guī)定來操作。3）壓實度的把握與調(diào)節(jié)。壓實的程度會直接的關(guān)系到產(chǎn)品的硬度以及外觀的優(yōu)劣，因此必須做好相應(yīng)的措施，以確保其的穩(wěn)定性和良好的物理化學(xué)特性。

3 覆膜砂的應(yīng)用研究

3.1 普通覆膜砂的應(yīng)用[3]

普通覆膜砂是當前鋼鐵鑄件生產(chǎn)中常常使用的一種覆膜砂類型，在生產(chǎn)過程中由于沒有添加各種類型的添加劑，所以主要適用于要求較低且結(jié)構(gòu)較為簡單的鋼鐵鑄件，如果生產(chǎn)人員利用這種普通覆膜砂進行結(jié)構(gòu)較為負載鑄件的生產(chǎn)，則可能會影響鑄件的強度，最終導(dǎo)致鑄件的使用過程中出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象，因此鑒于普通覆膜砂自身的特性，工作人員在覆膜砂運用過程中應(yīng)當考慮普通覆膜砂的運用范圍，從而保證鑄件的生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 高強度低發(fā)氣覆膜砂的應(yīng)用

高強度低發(fā)氣覆膜砂與普通覆膜砂的樹脂用量一樣，但是由于這種覆膜砂使用了特殊的生產(chǎn)工藝，所以使得高強度低發(fā)氣覆膜砂強度要比普通覆膜砂高30%，而且由于這種覆膜砂發(fā)氣量低，所以會在一定程度上提高鑄件的生產(chǎn)質(zhì)量，從而避免金屬鑄件在后期的使用過程中出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象。此外由于這種高強度低發(fā)氣覆膜砂自身的特性，所以高強度低發(fā)氣覆膜砂可以大規(guī)模的應(yīng)用于發(fā)氣量低的鑄件。

3.3 耐高溫覆膜砂的應(yīng)用

耐高溫覆膜砂是一種具有耐高溫、耐熱時間長的覆膜砂類型，這種覆膜砂由于自身的特性既可以由低耐火度的天然石英砂進行生產(chǎn)，也可以由高耐火度的天然石英砂進行生產(chǎn)，所以正是這種生產(chǎn)特性使得近些年耐高溫覆膜砂的應(yīng)用范圍不斷拓展。就當前耐高溫覆膜砂的應(yīng)用來講，其主要運用于各種大型鑄件的生產(chǎn)，這樣可以提高鑄件本身的質(zhì)量，減少大型鑄件在后期使用中出現(xiàn)鑄件受力點彎曲的情況。

3.4 耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂的應(yīng)用

隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，鋼鐵鑄件的生產(chǎn)對于覆膜砂的性能要求也在不斷提高，所以為了提高鋼鐵鑄件的質(zhì)量，覆膜砂生產(chǎn)行業(yè)急需生產(chǎn)出更高質(zhì)量的覆膜砂類型，由此在耐高溫覆膜砂與高強度低發(fā)氣覆膜砂的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員研制出了耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂，這種覆膜砂既具有較高的強度，而且也具有低發(fā)氣性能，由此基于耐高溫低膨脹低發(fā)氣覆膜砂的優(yōu)良性能，鋼鐵行業(yè)人員主要將其運用在一些較為精密鑄件的生產(chǎn)中，比如：發(fā)動機缸蓋、缸體等。

3.5 易潰散覆膜砂的應(yīng)用

覆膜砂主要的作用就是為鋼鐵鑄件提供模型，而在完成鑄件后覆膜砂便失去了其應(yīng)有的作用，這時生產(chǎn)人員就應(yīng)當將覆膜砂與鑄件進行剝離，如果生產(chǎn)人員在覆膜砂剝離過程中不能夠完全將覆膜砂進行清除，那就可能會直接影響覆膜砂的后期應(yīng)用，而易潰散覆膜砂不需要使用清洗的方式來進行清除，在清除時生產(chǎn)人員只需要等待24h，而后對鑄件進行振動，易潰散覆膜砂則會自動脫落，因此基于易潰散覆膜砂的這種易于清除的特性，生產(chǎn)人員可以將其運用于制芯以及各種鋁合金鑄件中，這樣可以減少覆膜砂對鑄件的影響。

3.6 濕態(tài)覆膜砂的應(yīng)用

濕態(tài)覆膜砂作為當前新型覆膜砂類型，其最主要的特性就是在常溫下可以長時間保持液態(tài)狀態(tài)，不會受到外界因素的影響而出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，所以在當前濕態(tài)覆膜砂應(yīng)用過程中生產(chǎn)人員常常用其進行其他種類覆膜砂的制作，這樣做的主要優(yōu)勢就是可以減少覆膜砂生產(chǎn)原料的浪費，加強了覆膜砂的存儲周期。此外，鑒于濕態(tài)覆膜砂自身具有的特性，由其所制成的濕態(tài)高強度覆膜砂已經(jīng)在鑄件行業(yè)進行了廣泛的運用，主要應(yīng)用于中小型轎車各種零部件的生產(chǎn)。

3.7 濕態(tài)手工覆膜砂的應(yīng)用

隨著生產(chǎn)需求的不斷提高，生產(chǎn)企業(yè)在原有濕態(tài)覆膜砂的基礎(chǔ)上研制出濕態(tài)手工覆膜砂，這種覆膜砂與其他類型覆膜砂相比最大的優(yōu)勢就是:應(yīng)用者可以根據(jù)自身的需求將濕態(tài)手工覆膜砂的轉(zhuǎn)化為高強度低發(fā)氣濕態(tài)手工覆膜砂，從而提高覆膜砂的存儲周期。而且由于濕態(tài)手工覆膜砂的特性，生產(chǎn)人員既可以運用其生產(chǎn)手工木模造型制芯，又可以運用于小批量且精度要求較高的零件。但是這種濕態(tài)手工覆膜砂在運用的過程中也有著一定的注意事項，即生產(chǎn)人員在運用其進行鑄件時應(yīng)當先將容器加熱到一定溫度后再放入覆膜砂，嚴禁先將覆膜砂放入容器后再進行加熱。

3.8 離心鑄造覆膜砂的應(yīng)用

離心鑄造覆膜砂具有一定的應(yīng)用限制，這主要是因為這種覆膜砂是根據(jù)離心鑄造的特點而制造的，具有特殊的運用區(qū)域。生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過程中可以根據(jù)自身需求將其加工成其他形式的覆膜砂，以此來實現(xiàn)覆膜砂的高效率運用。當前這種離心鑄造覆膜砂主要運用于各種鋼材離心鑄管的制造。

4 結(jié)語

覆膜砂的生產(chǎn)對于鋼鐵行業(yè)的發(fā)展有著顯著的意義，雖然當前在技術(shù)人員的努力下已經(jīng)研制出了多種類型的覆膜砂，并且這些覆膜砂也對鋼鐵模型的制作起到了不可替代的作用，但是隨著鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，覆膜砂在制作和后期應(yīng)用中也表現(xiàn)出了不同的缺陷，所以為了進一步提高覆膜砂的應(yīng)用范圍，技術(shù)人員應(yīng)當加強對覆膜砂的研究，確保覆膜砂的發(fā)展?jié)M足當前鑄膜需求。