专利名称：天然岩沥青复合改性剂及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天然岩浙青复合改性剂及其应用。
背景技术：
天然岩浙青是石油经过长达亿万年的沉积、变化，在热、压力、氧化、触煤、细菌等的综合作用下生成的浙青类物质。天然岩浙青的物理特性趋近于“煤”，更具有抗车辙、抗剥落、抗老化、抗高温和耐候性等特征。因此天然岩浙青已广泛应用于铺筑石油浙青路面等技术，从而用来应对我国日益增长的交通量和交通强度。在此项技术上，天然岩浙青发挥了一定的功效，并使我国的交通问题得到了有效的缓解。然而，随着我国国民经济的快速增长， 我们应大力推广天然岩浙青在其他领域的广泛应用，而不能仅仅满足于交通路面的改良技术。中国是名副其实的铸造大国，铸件总产量这几年一直稳居世界第一。我国现有铸造企业约3万家，从业人数超过150万人，但我国平均每家企业的铸件产量却远低于世界平均水平。众多规模小、技术和装备水平落后的企业生产出大量的低端铸件产品，不仅扰乱了市场秩序，还浪费了大量的能源和资源，使得我国石油能源资源短缺的现状进一步恶化，环境污染和生态环境的破坏更加严重。这种状况决定了中国的铸造业大而不强，已到了必须改变的时候。
发明内容
天然岩浙青在中国的铸造工业领域仍然留有很大一片空白。本发明就天然岩浙青的独特性质研究在铸造工业领域的应用技术，以及天然岩浙青在铸造领域中体现的生态经济价值。本发明是通过实施下述技术方案来实现的一种用于硅砂模具铸造的天然岩浙青复合改性剂，其特征在于，包含含碳添加剂碳源体和粘土，其中，含碳添加剂碳源体包含天然岩浙青和煤粉，按重量百分比计，所述天然岩浙青含量占天然岩浙青复合改性剂的比例为2 23 %，优选4 7. 5 %，最优选5 %。优选的，按重量百分比计，所述粘土占天然岩浙青复合改性剂的比例为70 85%。优选的，按重量百分比计，所述煤粉占含碳添加剂碳源体的比例为25 85%。天然岩浙青复合改性剂在硅砂模具铸造中的使用比例为天然岩浙青复合改性齐[J:硅砂=5 15 85 95，优选为8%。制备岩浙青复合改性剂的步骤为使用天然岩浙青(由于天然岩浙青为天然矿石，其中主要成分为基质浙青，占 50%以上，并含有树脂和少量矿物元素，例如CaCO3, MgCO3, CaSO4, CaS，SiO2, AL203+Fe203)作为含碳添加剂碳源体中的成分，将75 15%的天然岩浙青与25 85%的煤粉混合，作为混合料中的含碳添加剂碳源体；
将15 30%的含碳添加剂碳源体与70 85%的粘土混合，成为天然岩浙青复合改性剂。应用该天然岩浙青复合改性剂的方法为用5 15%的天然岩浙青复合改性剂与85 95%的硅砂混合，就可以置入模具， 而后倒入高温金属液体铸造成型。天然岩浙青在加入之前，可经过表面活性剂处理，以使天然岩浙青具有可湿性，从而使模具铸造更有成效。该表面活性剂包括起润湿作用的例如硬脂酸钠等阴离子表面活性剂，和例如烷基酚聚氧乙烯醚等的非离子表面活性剂。本发明的天然岩浙青复合改性剂具有以下优点(1)减少由硅砂模具和铁水表面间快速氧化反应造成的缺损。在浇注过程中，含碳添加剂气化形成气态膜，防止液态金属与粘土层直接接触，减少金属与砂砾的接触和最终造成的灼烧。当加热时，碳材料提供挥发物，烃类气，在金属模界面区域沉淀形成具有光泽的碳石墨层。这种沉淀形成铁与硅砂间的物理屏障，同时也能防止被铁水彻底浸润。这种组合的效果是抑制灼烧和渗透。碳材料被加热时，减少的气体形成了模具的气氛。这种气氛保持铁水表面不受氧化，从而防止铁硅酸盐形成的不可避免的渗透和灼烧问题。(2)改善铸件抖出时的砂皮剥落。岩浙青含氮量较高，一般为2%左右，较普通石油浙青高出几倍至几十倍不等。在天然岩浙青中，氮元素以官能团形式存在，这种存在使天然岩浙青与集料的粘附性及抗水剥离性得到明显改善。(3)形成光滑，清洁的铸件表面，并具有有效保护铸件的功能。岩浙青的抗微生物侵蚀作用很强，并具有在自由表面形成致密光亮保护膜的特点。(4)最大限度地减少瑕疵，铸件损失及边角料。(5)节能降耗环保，降低成本。天然岩浙青作为一种浙青改性剂取代了传统的煤粉，成为一种新型环保的复合改性剂。它不仅含尘含硫量低，较其他同类物质对大气污染较小，并且有光泽，含碳量高达35% -38%。最重要的是，使用一份天然岩浙青就能达到使用三份煤粉相同的效果，甚至优于使用三份煤粉的效果。从而减少铸造过程中污染物产生与能源消耗，有效抑制有毒废气排放，达到环保与节能的要求；再者，材料和能源消耗减少，从根本上降低铸造成本。
图1 (a) 图1 (c)为在步骤中添加实施例2天然岩浙青复合改性剂，而铸造成的铸件的高温热解产物质谱图，其中，图1(a)的处理温度为500°C，图1(b)为750°C，图1(c) 为 IOOO0Co图2(a) 图2(c)为在步骤中添加对照例普通复合改性剂，而铸造成的铸件的高温热解产物质谱图，其中，图2 (a)的处理温度为500°C，图2(b)为750°C，图2(c)为1000°C。下面以具体的实施例详细描述本发明，但本发明的范围并不限于此。
具体实施例方式本发明可适用于各种不同规格的金属零件铸造，以下实施例中以制备发动机缸体为例。本发明的天然岩浙青复合改性剂进行零件的铸造时，所需的温度等条件与常规方法无异。以下实施例中所用的主要仪器及设备的情况如下表所示表权利要求
1.一种天然岩浙青复合改性剂，其特征在于，包含含碳添加剂碳源体和粘土，其中，含碳添加剂碳源体包含天然岩浙青和煤粉，按重量百分比计，所述天然岩浙青含量占天然岩浙青复合改性剂的比例为2 23%。
2.一种如权利要求1所述的天然岩浙青复合改性剂，其特征在于，按重量百分比计，天然岩浙青含量为4 7.5%。
3.—种如权利要求1所述的天然岩浙青复合改性剂，其特征在于，按重量百分比计，天然岩浙青含量为5%。
4.如权利要求1所述的天然岩浙青复合改性剂，其特征在于，按重量百分比计，所述粘土占天然岩浙青复合改性剂的比例为70 85%。
5.如权利要求1所述的天然岩浙青复合改性剂，其特征在于，按重量百分比计，所述煤粉占含碳添加剂碳源体的比例为25 85%。
6.根据权利要求1-4任一项所述的天然岩浙青复合改性剂在铸造工业领域的应用。
7.根据权利要求1-4任一项所述的天然岩浙青复合改性剂在硅砂模具铸造中的应用。
8.如权利要求7所述的天然岩浙青复合改性剂的应用，在硅砂模具铸造中的使用比例为天然岩浙青复合改性剂硅砂=5 15 85 95。
9.如权利要求7所述的天然岩浙青复合改性剂在硅砂模具铸造中的使用比例为天然岩浙青复合改性剂硅砂=8 92。
全文摘要
本发明涉及一种天然岩沥青复合改性剂及其应用，该天然岩沥青复合改性剂包含天然岩沥青，煤粉和粘土，按重量百分比计，所述天然岩沥青含量为2～23％。该岩沥青复合改性剂可用于铸造工业领域，尤其是可用于硅砂模具铸造中。该改性剂的应用减少由硅砂模具和铁水表面间快速氧化反应造成的缺损；改善铸件抖出时的砂皮剥落；形成光滑，清洁的铸件表面，并具有有效保护铸件的功能；最大限度地减少瑕疵，铸件损失及边角料；节能降耗环保，降低成本。
文档编号C04B24/36GK102344262SQ20111016245
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月10日 优先权日2011年6月10日
发明者张靖 申请人:张靖