[發明專利]一種高強度低發氣量無機粘結劑及其制備方法和用途

在審

• 申請號: 202210652037.7
• 申請日: 2022-06-09
• 公開（公告）號: CN115007795A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 樊振中;熊艷才;洪潤洲;張喆
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: B22C1/18
• 分類號: B22C1/18;B22C9/10
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 謝怡婷

本發明提供了一種高強度低發氣量無機粘結劑及其制備方法和用途，本發明通過堿金屬組分、防腐劑組分、固化劑組分、混合酸組分、改性劑組分、緩釋劑組分的添加及含量選配與混制硬化工藝結合，制造出滿足大型復雜薄壁整體精密鋁合金鑄件/鑄型液態成型所用的鑄造型芯。與傳統的水玻璃無機粘結劑相比，本發明經混制硬化后的鑄造型芯的化學性質穩定、室溫強度高、潰散性好，在空氣中貯存不易出現吸潮導致的粘結性能大幅下降的問題；與酚醛樹脂和酚脲烷樹脂等有機類樹脂粘結劑相比，本發明經混制硬化后的鑄造型芯的室溫強度高，造型與澆鑄過程中無揮發性氣體產生，且制造成本較低，可實現大型復雜薄壁整體鋁合金精密鑄件/鑄型的綠色鑄造。

技術領域

本發明屬于鋁合金鑄件鑄造輔助材料技術領域，具體涉及一種高強度低發氣量無機粘結劑及其制備方法和用途。

背景技術

鋁合金密度低、比強/剛度高、耐蝕性好、塑性好、加工性能優異，且具有良好的焊接性能，優良的導電性、導熱性，在軍工裝備領域得到了廣泛的應用。鋁合金按照加工工藝主要可分為變形鋁合金與鑄造鋁合金兩類，其中鑄造鋁合金因具有良好的工藝流動性能與中等載荷承載能力，在導彈殼體、載油艙殼體、發動機附件機匣、發動機油路管道、汽車發動機缸體、汽車發動機缸蓋等產品制造上得到了廣泛的應用。目前現有的鑄造成形工藝主要是砂型鑄造，用于制造砂型或砂型的材料通常選用石英砂和粘結劑，粘結劑主要分為無機粘結劑或有機粘結劑，無機粘結劑目前主要以水玻璃粘結劑為主，有機粘結劑則主要為酚醛樹脂、酚脲烷樹脂或其他樹脂類有機粘結劑。傳統的水玻璃粘結劑用于砂型或砂芯造型時，在澆鑄過程中雖然不會產生嚴重的發氣，但水玻璃粘結劑固化時間長、室溫強度低，且在存放期間極易吸潮導致粘結能力下降；同時澆鑄后水玻璃粘結劑的潰散性差，落砂開箱清理困難，操作工人勞動強度大。有機粘結劑尤其是酚醛樹脂類粘結劑，固化時間短、室溫強度高且存放期間化學性質穩定，不會產生較為嚴重的質量波動，但有機類粘結劑由于自身含有大量的C、O等元素，在合金熔體澆鑄時在鑄件/鑄型界面易發生化學反應，生成大量的揮發性氣體，極易在鑄件/鑄型界面產生嚴重的疏松、皮下氣孔等鑄造缺陷；同時有機粘結劑受熱揮發會產生一定量的有害氣體，刺激性味道大，日積月累給操作工人的身心健康也會造成嚴重的傷害。

隨著軍工裝備領域生產任務的加重，大量復雜結構精密鋁合金鑄件已轉入工程化批產階段，需要降低其批量工程化生產過程中的質量波動，減少疏松、皮下氣孔等鑄造缺陷；同時隨著環保政策的逐嚴實施，對傳統制造業尤其是如鑄造類的高污染制造業提出了更高的環保技術指標要求，需要對鑄造生產過程中的廢水、廢氣、廢煙排放進行嚴格的管控。同時對于大型復雜結構精密鋁合金鑄件還亟需解決內腔尺寸精度高、力學性能指標要求高、冶金質量要求高的工藝制備難題。

發明內容

為了解決現有水玻璃無機粘結劑固化時間長、室溫強度低、潰散性差及存放易吸潮導致粘結能力下降，酚醛樹脂與酚脲烷樹脂等有機粘結劑在澆鑄過程中鑄件/鑄型界面易發生化學反應、氣體揮發量大、產生嚴重的疏松、皮下氣孔且刺激性味道大等問題，本發明提供了一種高強度低發氣量無機粘結劑及其制備方法和用途。通過對無機粘結劑中各組分及含量的選配以及與混制硬化工藝相結合，可制造出硬化時間短、室溫強度高、化學性質穩定、合金熔體澆鑄過程中鑄件/鑄型界面氣體反應少，不會因鑄件/鑄型界面劇烈化學反應而揮發出大量的氣體，同時型芯的高溫潰散性好，造型與澆鑄過程無刺激性氣味揮發，氣體揮發含量低的鑄造型芯，可實現大型復雜薄壁結構鋁合金鑄件/鑄型的高強度、低成本、低污染與短周期液態成型鑄造，市場應用前景廣闊、經濟效益顯著，可實現軍工裝備復雜薄壁鋁合金鑄件/鑄型的綠色鑄造。

本發明目的是通過如下技術方案實現的：

一種無機粘結劑，所述無機粘結劑包括如下質量分數的各組分：

堿金屬組分25％～28％，防腐劑組分4％～5％，固化劑組分30％～32％，混合酸組分16％～18％，改性劑組分5.5％～7.0％，緩釋劑組分4.5％～5.5％，余量為去離子水。

根據本發明的實施方式，所述無機粘結劑用于鑄造型芯的制備。