一种铸造纤维保温冒口及其制备方法与流程

本发明涉及纤维保温冒口，尤其涉及一种铸造纤维保温冒口及其制备方法。

背景技术：

1、铸造作为现代机械制造工业的基础工艺，能实现复杂金属工件的高效率、低成本成形，在航空、卫星、新能源汽车等新兴产业高端设备制造或重大工程中有良好的应用。冒口则是铸造业中较为常见的工件，其最主要的功能是对铸件进行补偿收缩，防止铸件内部产生缩孔；同时冒口还能够排气、集渣，作为液态金属注满型腔的标志。

2、冒口分类方法较多，按加热方式可分为普通冒口、保温冒口、发热保温冒口、加氧冒口、电弧加热冒口和煤气加热冒口。过往的普通型砂冒口，冒口与铸型所用材料相同，冒口内金属液凝固速度也与铸件相同，金属液缩松缩孔体积仅占冒口体积的5％-15％，除自身冷却引起的收缩外，真正可用于补缩的金属液只占冒口体积的1％-10％；然而冒口内金属液质量约占一般铸件质量的40％-90％(《铸造用高效发热保温冒口的研究》)，即系大量金属在铸造过程需要重新熔炼，铸件生产成本极大增加。

3、近些年来，发热保温冒口技术日趋成熟，一般由发热材料、保温材料、粘结剂和耐火骨料等制作而成，不但降低铸造成本，还提升了铸件品质。但在保证冒口高温强度和抗压水平的前提下，如何提升补缩效率，依然亟待解决。公开号为cn111673049b的专利公开了一种铸造用纤维保温冒口材料，采用硅微粉作为耐火材料，氯氧镁水泥为结合剂，其热导率低，保温性能好，然而其容重与抗压强度则较差，该冒口材料不易搬运、操作；公开号为cn103551515b的专利公开了一种铸造用发热保温冒口及其制备方法，使用石英砂作为耐火骨架，增加保温效果，但膨胀蛭石的亲水性较强，一方面影响高温制备下的稳定性，另一方面其掺杂量增加时，强度也会下降，进而影响冒口的强度。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种铸造纤维保温冒口及其制备方法，通过对蛭石和硅酸铝纤维进行改性，加强纤维保温冒口的保温效果，进而提高冒口的补缩效率。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了一种铸造纤维保温冒口及其制备方法，包括如下组分：硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和水玻璃。

4、优选地，还包括如下重量份原料：硅酸铝纤维65-85份、改性蛭石10-14份、镁砂粉10-18份、铝粉9-13份、石墨粉6-9份、四氧化三铁7-11份、硝酸钾3-5份和水玻璃6-10份。

5、优选地，所述改性蛭石，其制备过程，包括以下步骤：

6、s1，称取蛭石，加水润湿，配制成蛭石悬浮液；

7、s2，在步骤s1中的蛭石悬浮液再加入十六烷基三甲基溴化铵，加热搅拌2-4h，再于水浴振荡器静置后，减压过滤，烘干滤饼，粉碎，即得改性蛭石。

8、优选地，步骤s1中的蛭石悬浮液中蛭石与水的质量比为1:(8-12.5)。

9、优选地，步骤s2中的十六烷基三甲基溴化铵与蛭石的质量比为(0.25-0.3):1。

10、优选地，所选蛭石粒度为2-5mm。

11、优选地，步骤s2中加热温度为65-75℃，静置时间为18-24h。

12、优选地，所述硅酸铝纤维，其制备过程，包括以下步骤：

13、a1，称取偶联剂，加水配制成偶联溶液，将硅酸铝纤维置于偶联溶液，浸泡、搅拌再研磨，然后过滤、烘干；

14、a2、烘干完成后再次置于偶联溶液浸泡，过滤、烘干后，进行低温、高温碳化处理，即得改性后的硅酸铝纤维。

15、优选地，步骤a1中偶联剂包括kh560或kh570其中的一种。

16、优选地，步骤a1中偶联剂和水的质量比为(0.01-0.09):1。

17、优选地，步骤a1、a2中浸泡时长为1-2h，温度为25-35℃，烘干温度为60-70℃。

18、优选地，步骤a2中低温、高温碳化的条件包括低温碳化：在气体保护和600-800℃下，对硅酸铝纤维实施伸长率为-2～8％的牵引；高温碳化：在气体保护和1400-1450℃下，对硅酸铝纤维实施伸长率为2～10％的牵引。

19、优选地，步骤a2中低温、高温碳化处理时间为6-12min和3-6min。

20、另一方面，本发明提供了一种铸造纤维保温冒口的制备方法，包括以下步骤：

21、b1，称取硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉和一半的水玻璃置于混砂机，混制3-5min，再称取铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和剩余的水玻璃，加入混制2-4min，得到湿料；

22、b2，将步骤b1得到的湿料倒入模具中，硬化4-6h，脱模，即得铸造纤维冒口。

23、本发明的铸造纤维保温冒口及其制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：

24、(1)目前的纤维保温冒口使用膨胀蛭石，结构疏松，但具有较强亲水性，进而影响制备的吸湿稳定性；本发明将蛭石进行有机改性，将有机阳离子引入蛭石层间结构，改性后的有机蛭石，疏水性增强，对有机分子的吸附性也提升，吸湿稳定性更好，制备后的冒口高温下更稳定。

25、(2)本发明还对硅酸铝纤维进行改性处理，使制得的改性硅酸铝纤维的强度和稳定性更好，具有更小的结构缺陷，适宜于高强度、高稳定性的高温冒口制造。

26、(3)本发明组分配方制备的冒口有较好地发热、保温效果，减少了金属液的散失，减缓了金属液的凝固时间，提高了铸件的补缩效率。

技术特征：

1.一种铸造纤维保温冒口，其特征在于，包括如下组分：硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和水玻璃。

2.如权利要求1所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，包括如下重量份原料：硅酸铝纤维65-85份、改性蛭石10-14份、镁砂粉10-18份、铝粉9-13份、石墨粉6-9份、四氧化三铁7-11份、硝酸钾3-5份和水玻璃6-10份。

3.如权利要求1所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，所述改性蛭石，其制备过程，包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，所述硅酸铝纤维，其制备过程，包括以下步骤：

5.如权利要求3所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，步骤s1中蛭石与水的质量比为1:(8-12.5)。

6.如权利要求3所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，步骤s2中的十六烷基三甲基溴化铵与蛭石的质量比为(0.25-0.3):1。

7.如权利要求4所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，步骤a1中偶联剂采用kh560或kh570其中的一种。

8.如权利要求4所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，步骤a1中偶联剂和水的质量比为(0.01-0.09):1。

9.如权利要求4所述的铸造纤维保温冒口，其特征在于，步骤a2中低温、高温碳化的条件，具体包括：

10.如权利要求1-9所述的铸造纤维保温冒口的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种铸造纤维保温冒口及其制备方法，包括如下组分：硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和水玻璃，其中蛭石经过十六烷基三甲基溴化铵的有机改性，增强蛭石的疏水性与对有机分子的吸附性，硅酸铝纤维经过低、高温碳化改性后，强度和稳定性获得提升，结构缺陷减小；相较现有的纤维保温冒口，本发明的铸造纤维保温冒口高温加工后稳定性和强度良好，冒口凝固时间延长，补缩效率获得提升。

技术研发人员：余元坤,余静,李峰,陈飞
受保护的技术使用者：湖北泰克摩擦材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11