覆膜砂的制作方法以及應(yīng)用研究

陳建國(guó)，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(yùn)用變得更加頻繁，而覆膜砂本身的質(zhì)量會(huì)對(duì)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?yàn)橹谱鞲哔|(zhì)量鋼鐵模型奠定扎實(shí)基礎(chǔ)，所以覆膜砂制作行業(yè)在進(jìn)行覆膜砂制作的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)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(dāng)前覆膜砂的生產(chǎn)情況來(lái)看，部分生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有充分把控覆膜砂的各個(gè)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(huì)影響覆膜砂企業(yè)自身的利益，而且也會(huì)對(duì)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(dāng)加強(qiáng)對(duì)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(jiǎn)述[1]

1.1 覆膜砂的概念

所謂的覆膜砂實(shí)際上就是在砂子表面覆上一層酚醛樹脂，而后在使用的過(guò)程中對(duì)覆膜砂進(jìn)行加熱讓樹脂融化，進(jìn)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(jìn)行鐵水澆筑成為鑄件。當(dāng)前覆膜砂主要的用途就是用來(lái)進(jìn)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(dāng)前覆膜砂生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。而就目前的研究來(lái)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(huì)對(duì)覆膜砂的發(fā)氣量與強(qiáng)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(qiáng)度也會(huì)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(huì)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(guò)程中生產(chǎn)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身的需求來(lái)合理調(diào)整樹脂的添加量，努力尋找覆膜砂強(qiáng)度、發(fā)氣量、潰散性三個(gè)重要特性的平衡點(diǎn)，確保所生產(chǎn)的覆膜砂既具有較高的運(yùn)用強(qiáng)度與較低的發(fā)氣量，又具有較好的潰散性能，以此實(shí)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(jìn)展

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)覆膜砂的研究越來(lái)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(qiáng)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(guó)，覆膜砂的研究起步較晚，主是在1990年之后，由于國(guó)外的一些公司引進(jìn)了國(guó)內(nèi)的大量生產(chǎn)的覆膜砂，并進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)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(guò)程中，從表面處理到制備出合適產(chǎn)品后的效果都沒(méi)有達(dá)到理想的狀態(tài)；而從化學(xué)成分的角度來(lái)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(shí)際使用的壽命就會(huì)降低，并且還需要添加其他的添加劑來(lái)提高其耐久性，這樣就不能滿足市場(chǎng)的需求量。隨著社會(huì)的發(fā)展人們的生活水平也不斷的提升以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，使得對(duì)各種材料的要求也變得更加嚴(yán)格，這其中有很多的因素會(huì)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(dāng)前市場(chǎng)上所流通的各類覆膜砂的做成（組成）來(lái)講，其主要的組成成分包括耐火材料、粘結(jié)劑、固化劑、潤(rùn)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(shí)通常會(huì)選擇天然硅砂，這主要是因?yàn)楣杈哂休^高的熔點(diǎn)，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(duì)于固化劑、潤(rùn)滑劑、添加劑來(lái)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(jìn)行覆膜砂生產(chǎn)過(guò)程中常常會(huì)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(lái)加熱天然原砂，當(dāng)天然原砂達(dá)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(rùn)滑劑，然后再根據(jù)覆膜砂的不同特性來(lái)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(diǎn)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(zhǎng)期處于這種穩(wěn)定的溫度中。其次，生產(chǎn)人員需要及時(shí)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(dāng)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(qiáng)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(shí)基礎(chǔ)。而在添加顏色附著料的過(guò)程中生產(chǎn)人員也應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把控時(shí)間，保證顏料附著時(shí)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(dāng)向容器內(nèi)添加烏洛托品溶劑，同時(shí)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(dāng)對(duì)容器進(jìn)行降溫，然后觀察容器內(nèi)溶質(zhì)的狀態(tài)，如果在經(jīng)過(guò)一段時(shí)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(dāng)加入硬脂酸鈣，然后將其敲碎加入各種添加劑。通過(guò)上述四個(gè)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(chǎng)上覆膜砂的處理問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)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(jì)效益。本次實(shí)驗(yàn)主要以鍍膜液為基材，在對(duì)覆膜砂的研究過(guò)程中，通過(guò)使用不同的制粒方式，來(lái)制備出符合要求的制粒，再將其與市場(chǎng)上現(xiàn)有的制粒機(jī)相比較，來(lái)選擇出適合的制粒方法，使其質(zhì)量和性能達(dá)到最佳。1）選擇合適的工藝覆膜砂的主要作用是用來(lái)制備成膜的原料、生產(chǎn)過(guò)程和制漿的設(shè)備等。在這些因素的影響下，需要考慮的問(wèn)題很多。首先是要確定好原材料的質(zhì)量和價(jià)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(duì)制漿的流程進(jìn)行優(yōu)化，提高制漿的效率；最后，要注意的一點(diǎn)是，最好能夠?qū)⑺频玫母材ど暗膹?qiáng)度達(dá)到要求。2）控制好配比為了使接下來(lái)的工作能順利的展開下去，應(yīng)該采用合理的比例，來(lái)對(duì)各種物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行分析，比如說(shuō)粘結(jié)性、抗拉力等，同時(shí)也不能忽視其他的一些條件。所以說(shuō)，在配比的時(shí)候一定要嚴(yán)格的按照相關(guān)的規(guī)定來(lái)操作。3）壓實(shí)度的把握與調(diào)節(jié)。壓實(shí)的程度會(huì)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(dāng)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(guò)程中由于沒(méi)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(jiǎn)單的鋼鐵鑄件，如果生產(chǎn)人員利用這種普通覆膜砂進(jìn)行結(jié)構(gòu)較為負(fù)載鑄件的生產(chǎn)，則可能會(huì)影響鑄件的強(qiáng)度，最終導(dǎo)致鑄件的使用過(guò)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(yùn)用過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮普通覆膜砂的運(yùn)用范圍，從而保證鑄件的生產(chǎn)質(zhì)量。

3.2 高強(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂的應(yīng)用

高強(qiáng)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(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂強(qiáng)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(huì)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(guò)程中出現(xiàn)氣孔現(xiàn)象。此外由于這種高強(qiáng)度低發(fā)氣覆膜砂自身的特性，所以高強(qiáng)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(shí)間長(zhǎng)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(jìn)行生產(chǎn)，也可以由高耐火度的天然石英砂進(jìn)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(dāng)前耐高溫覆膜砂的應(yīng)用來(lái)講，其主要運(yùn)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(diǎn)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(yùn)用在一些較為精密鑄件的生產(chǎn)中，比如：發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)生產(chǎn)人員就應(yīng)當(dāng)將覆膜砂與鑄件進(jìn)行剝離，如果生產(chǎn)人員在覆膜砂剝離過(guò)程中不能夠完全將覆膜砂進(jìn)行清除，那就可能會(huì)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(lái)進(jìn)行清除，在清除時(shí)生產(chǎn)人員只需要等待24h，而后對(duì)鑄件進(jìn)行振動(dòng)，易潰散覆膜砂則會(huì)自動(dòng)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(yùn)用于制芯以及各種鋁合金鑄件中，這樣可以減少覆膜砂對(duì)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(dāng)前新型覆膜砂類型，其最主要的特性就是在常溫下可以長(zhǎng)時(shí)間保持液態(tài)狀態(tài)，不會(huì)受到外界因素的影響而出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，所以在當(dāng)前濕態(tài)覆膜砂應(yīng)用過(guò)程中生產(chǎn)人員常常用其進(jìn)行其他種類覆膜砂的制作，這樣做的主要優(yōu)勢(shì)就是可以減少覆膜砂生產(chǎn)原料的浪費(fèi)，加強(qiáng)了覆膜砂的存儲(chǔ)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(qiáng)度覆膜砂已經(jīng)在鑄件行業(yè)進(jìn)行了廣泛的運(yùn)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(shì)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(qiáng)度低發(fā)氣濕態(tài)手工覆膜砂，從而提高覆膜砂的存儲(chǔ)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(yùn)用其生產(chǎn)手工木模造型制芯，又可以運(yùn)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(yùn)用的過(guò)程中也有著一定的注意事項(xiàng)，即生產(chǎn)人員在運(yùn)用其進(jìn)行鑄件時(shí)應(yīng)當(dāng)先將容器加熱到一定溫度后再放入覆膜砂，嚴(yán)禁先將覆膜砂放入容器后再進(jìn)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?yàn)檫@種覆膜砂是根據(jù)離心鑄造的特點(diǎn)而制造的，具有特殊的運(yùn)用區(qū)域。生產(chǎn)人員在生產(chǎn)過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)覆膜砂的高效率運(yùn)用。當(dāng)前這種離心鑄造覆膜砂主要運(yùn)用于各種鋼材離心鑄管的制造。

4 結(jié)語(yǔ)

覆膜砂的生產(chǎn)對(duì)于鋼鐵行業(yè)的發(fā)展有著顯著的意義，雖然當(dāng)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(duì)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(jìn)一步提高覆膜砂的應(yīng)用范圍，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)覆膜砂的研究，確保覆膜砂的發(fā)展?jié)M足當(dāng)前鑄膜需求。