基于纳米粒子的砂调整剂组合物及其合成方法技术

本发明专利技术提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物以及其制作方法。所述组合物包括原料化合物RM1、RM2、RM3、以及RM4。所述RM1包括：含碳材料、碳氢化合物、超细金属/金属氧化物化合物、超细陶瓷氧化物纳米粒子、以及金属丝。所述RM2包括天然碳源。所述RM3包括合成/不可再生的碳源。所述RM4包括碳氢化合物。一种合成基于纳米粒子的砂调整剂组合物的方法，包括将RM2与RM4在混合机中混合10分钟，以将RM4涂覆在RM2并获得一中间产物。将所述RM1与RM3加入中间产物中，并于混合机中混合10分钟以获得一均匀/均质的混合物，并冷却以获得一种将纳米粒子浸渍于碳中的砂调整剂组合物。

Sand adjustment agent composition based on nanoparticles and synthesis method thereof

The invention provides a sand adjustment agent composition based on nanoparticles and a manufacturing method thereof. The compositions include raw material compounds RM1, RM2, RM3, and RM4. The RM1 comprises a carbon-containing material, a hydrocarbon, an ultrafine metal/metal oxide compound, an ultrafine ceramic oxide nanoparticle, and a metal wire. The RM2 includes natural carbon sources. The RM3 includes a synthetic / non renewable carbon source. The RM4 includes hydrocarbons. A method for synthesizing a nanoparticle based sand regulator composition, which includes mixing RM2 and RM4 in a mixing machine for 10 minutes to apply RM4 to RM2 and obtain an intermediate product. The RM1 and RM3 are added to the intermediate product and mixed in the mixer for 10 minutes to obtain a homogeneous / homogeneous mixture and cool to obtain a sand regulator composition to impregnate the nanoparticles in the carbon.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于纳米粒子的砂调整剂组合物及其合成方法相关申请的交叉引用本专利申请涉及并要求于2015年12月15日提交的题为“基于纳米粒子的砂调整剂组合物及其合成方法”的编号为6921/CHE/2015的印度临时专利申请的优先权，并且其内容通过参考的方式全部并入。
本专利技术通常涉及铸造工业。本专利技术特别涉及铸造工业中用于铸造金属的砂模。本专利技术更具体地涉及一种包括陶瓷和金属纳米粒子的砂模组合物，所述陶瓷和金属纳米粒子浸渍在用于湿砂铸造厂进行铸造的碳中。
技术介绍
铸造厂用于生产金属铸件。通过将金属熔化成液体，将熔化的金属浇注到模具中，并在金属由于冷却而凝固之后移除模具材料或铸件。在该过程中，熔化的金属固化，而形成所期望的形状和尺寸的金属部件。铸造厂根据金属，或制造的合金进行分类。熔化的金属被铸造成各种形状和尺寸。为了铸造熔化的金属和铸造/铸模模型被使用。铸造工业常用的铸造/铸模工艺有几种。铸造工业常用的铸造工艺有：砂模铸造、消失模铸造、包膜铸造、陶瓷模铸造、V型铸造、压铸法、以及铸坯(铸锭)铸造。在铸造过程中，铸造的模型被制成期望部件的形状。简单的设计是制成单件或整体模型。更复杂的设计则制作成二部分，称为分割模型。分割模型有顶部或上部，称为“上模”、以及底部或下部，称为“下模”。整体和分割模型都可以插入核心以完成最终的部件形状。核心用于在模具中创建空心区域。上模与下模部分被称为“分模线”的区域分开。整体和分割铸造模型由木材、蜡、塑料或金属制成。根据铸造厂的类型、浇注的金属量、要生产的部件数量、铸造的尺寸和铸造的复杂程度，模具由几种不同的工艺所构成。这些模具工艺包括：(1)砂模铸造-以湿砂或树脂砂结合成砂模，(2)消失模铸造-以聚苯乙烯模型与陶瓷和砂模的混合物制成模具，(3)包膜铸造-蜡或类似的牺牲模型与陶瓷模制成模具，(4)陶瓷模铸造-石膏模，(5)V型铸造-真空与热成型塑料一起使用以形成砂模；砂不需要黏土、水分或树脂保持形状，(6)压铸法-金属模具，(7)铸坯(铸锭)铸造-用于生产通常用于其他铸造厂的金属铸锭的简单模具。由于涉及材料的简单性，砂模铸造是铸造的最早形式之一，并且由于简单性使其仍然是铸造金属最便宜的方法之一。几乎99％的铸造厂使用和生产铸件。在砂模中使用的黏合剂的类型是：膨润土、快速固化黏合剂、有机和无机树脂等。大约75％的世界铸造使用湿砂和膨润土进行铸造。湿砂通常被存放在被铸工称为砂箱的地方，它们只是没有底部或盖子的箱子。箱子分成两半，其在使用中堆栈在一起。两部分分别称为顶部(上箱)和底部(下箱)。并非所有使用的湿砂(Greensand)都是绿色的。术语“绿色”用于表示砂在潮湿状态下使用。铸造工业目前有两种可接受的假设。这些假设定义了熔融金属和砖砂模之间的相互作用。第一个假设被称为“光泽碳假设”。根据这一假设，在熔融金属和砂之间形成一层薄的光泽碳。该屏障减少熔融金属和砂之间的相互作用。第二个假设被称为“气垫假设”。根据这一假设，添加剂中存在的碳在熔融金属和砂之间形成气垫，从而形成屏障。对熔融金属和砂模之间的相互作用未有清楚的理解。这对湿砂的理解和发展造成了空白。目前的产品或是低灰分煤粉，或是基于石油沥青的产品。湿砂铸造厂对所有生产的铸件中贡献了约75％。湿砂是砂、膨润土、粉煤/石油沥青、以及水的聚集体。湿砂主要用于制造金属铸件的模具。聚集体的最大部分总是砂，其为二氧化硅或橄榄石。黏土的比例有许多组合物，但是组合物在造模性、表面抛光和热熔融金属的脱气能力之间表现出不同的平衡。在铸铁工场中，铸件中的二氧化硅需要膨胀空间。二氧化硅在大于1440℃的温度下与铁水熔合。加入碳添加剂以避免二氧化硅与铁水熔合。常见的碳源是煤粉和沥青。在铸造中的沥青又具有缺点。沥青在较高的温度下软化并阻碍输送带与给料机构。软化沥青结合砂使得其难以再被利用。在铸造中加入木底板和油以克服二氧化硅和沥青的问题。铸造组合物中的木底板和油混合物又具有缺点。此外，在铸造组合物中使用煤粉。但煤粉有易燃的缺点。此外，煤粉随批次而变化，因此组合物不一致。而且在煤粉的情况下，更多的灰分聚集。灰分也与熔融金属熔合。灰分与熔融金属的熔合污染了熔融金属，并在所生产的铸件中引起严重的废弃物。因此，需要一种包括纳米粒子的组合物，纳米粒子浸渍到碳中，以在极端温度下在熔融金属和砂之间形成非润湿层。而且，需要一种合成包括浸渍于碳中的纳米粒子的砂模的方法。
技术实现思路
专利技术目的本专利技术的主要目的是提供一种组合物，该组合物包括浸渍于碳中的纳米粒子，其在极端温度(大于1200℃)下在熔融金属和砂之间形成非润湿层。本专利技术的另一个目的是提供一种用于合成包括浸渍在碳中的纳米粒子的砂模的方法。本专利技术的再一个目的是提供一种组合物，其包括浸渍于碳中的纳米粒子以增加砂模组合物中砂的湿抗拉强度(WTS)。本专利技术的再一个目的是提供一种组合物，其包浸渍到碳中的纳米粒子以抵抗膨胀缺陷(结痂和鼠尾)。本专利技术的再一个目的是提供一种组合物，其包括浸渍于碳中的纳米粒子以消除金属渗透和烧上/烧入缺陷。本专利技术的再一个目的是提供一种纳米粒子浸渍的砂调整剂组合物，以减少瑕疵、热裂和热裂铸造缺陷。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以改善崩散性并减少落砂的时间。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，其减少砂损耗并避免落砂过程中结块。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以改善耐火性和渗透率。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，其容易存放。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，其改善/提高了湿砂在极端温度下的流动特性。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，当与现有砂模组合物相比时，其提供改进的砂剥离和表面抛光。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以减少砂模组合物中膨润土的消耗。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以消除/减少/修复砂中的卤素污染。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以消除/减少冲蚀与胀疤。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以增加一氧化碳的氧化并减少有害的一氧化碳排放。本专利技术的再一个目的是提供一种基于纳米粒子的砂调整剂组合物，以增加破碎指数。本专利技术的这些和其他目的和优点将透过以下结合附图的详细描述中而变得显而易见。专利技术概述本文的各种实施例提供了一种包括纳米粒子的组合物，纳米粒子浸渍到碳中，以在极端温度下在熔融金属和砂之间形成非润湿层。本专利技术的实施例也提供一种用于合成包括浸渍在碳中的纳米粒子的砂模组合物的方法。根据本文的一个实施例，一种用于铸造工业的基于纳米粒子的砂调整剂组合物，包括：原料化合物1、原料化合物2、原料化合物3、以及原料化合物4。原料化合物1包括：含碳材料、碳氢化合物、超细金属/金属氧化物化合物、超细陶瓷氧化物纳米粒子、以及金属丝。根据本文的一个实施例，存在于原料化合物1中的含碳材料的量为85-98％w/w。存在于原料化合物1中的碳氢化合物的量为2-10％w/w。存在于原料化合物1中的超细金属/金属氧化物化合物纳米粒子的量为1-10％w/w。存在于原料化合物1中的超细陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于铸造工业的基于纳米粒子的砂调整剂组合物，其特征在于，所述成分包括：一原料化合物1；一原料化合物2；一原料化合物3；以及一原料化合物4；其中，所述原料化合物1包括：一含碳材料、一碳氢化合物、一超细金属/金属氧化物化合物纳米粒子、一超细陶瓷氧化物纳米粒子、以及金属丝，且其中存在于所述原料化合物1中的含碳材料的量为85‑98％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的碳氢化合物的量为2‑10％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的超细金属/金属氧化物化合物纳米粒子的量为1‑10％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的超细陶瓷氧化物纳米粒子的量为1‑10％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的金属丝的量为2％w/w；其中，所述原料化合物2包括碳源或是天然碳源，且其中所述天然碳源选自由铝屑、咖啡壳、稻米/稻壳和罗望子壳所组成的一群组，其中所述原料化合物2中存在的量超过70％w/w，且其中所述原料化合物2中的灰分含量小于3％w/w，且其中所述原料化合物2中的水分含量小于5％w/w，且其中所述原料化合物2的粒度在‑20筛目至+100筛目的范围内；其中，所述原料化合物3包括碳源或是合成或是不可再生的来源，且其中所述合成或不再生的碳源选自由煤粉、石墨、沥青粉、以及煅烧石油焦(CPC)组成的一群组，且其中所述原料化合物3中的灰分含量小于3％w/w，且其中所述原料化合物3中的挥发物含量多于10％w/w，且其中所述原料化合物3的水分含量小于5％w/w；以及其中，所述原料化合物4包括碳氢化合物，且其中所述碳氢化合物选自由C5至C36组成的群组，且其中所述原料化合物4中的灰分含量小于0.05％w/w，且其中所述原料化合物4中的挥发物含量多于90％w/w，且其中所述原料化合物4的水分含量小于5％w/w；以及其中，用于铸造工业的所述基于纳米粒子的砂调整剂成分包括在砂模中浸渍到碳中的纳米粒子。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.15 IN 6921/CHE/20151.一种用于铸造工业的基于纳米粒子的砂调整剂组合物，其特征在于，所述成分包括：一原料化合物1；一原料化合物2；一原料化合物3；以及一原料化合物4；其中，所述原料化合物1包括：一含碳材料、一碳氢化合物、一超细金属/金属氧化物化合物纳米粒子、一超细陶瓷氧化物纳米粒子、以及金属丝，且其中存在于所述原料化合物1中的含碳材料的量为85-98％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的碳氢化合物的量为2-10％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的超细金属/金属氧化物化合物纳米粒子的量为1-10％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的超细陶瓷氧化物纳米粒子的量为1-10％w/w，且其中存在于所述原料化合物1中的金属丝的量为2％w/w；其中，所述原料化合物2包括碳源或是天然碳源，且其中所述天然碳源选自由铝屑、咖啡壳、稻米/稻壳和罗望子壳所组成的一群组，其中所述原料化合物2中存在的量超过70％w/w，且其中所述原料化合物2中的灰分含量小于3％w/w，且其中所述原料化合物2中的水分含量小于5％w/w，且其中所述原料化合物2的粒度在-20筛目至+100筛目的范围内；其中，所述原料化合物3包括碳源或是合成或是不可再生的来源，且其中所述合成或不再生的碳源选自由煤粉、石墨、沥青粉、以及煅烧石油焦(CPC)组成的一群组，且其中所述原料化合物3中的灰分含量小于3％w/w，且其中所述原料化合物3中的挥发物含量多于10％w/w，且其中所述原料化合物3的水分含量小于5％w/w；以及其中，所述原料化合物4包括碳氢化合物，且其中所述碳氢化合物选自由C5至C36组成的群组，且其中所述原料化合物4中的灰分含量小于0.05％w/w，且其中所述原料化合物4中的挥发物含量多于90％w/w，且其中所述原料化合物4的水分含量小于5％w/w；以及其中，用于铸造工业的所述基于纳米粒子的砂调整剂成分包括在砂模中浸渍到碳中的纳米粒子。2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述含碳材料选自由灯黑、及/或炉黑组成的群组，且其中所述含碳材料包括碳、碳氢化合物与灰分，且其中存在于所述含碳材料中的碳的量在80-95％的范围内，且其中存在于所述含碳材料中的氢的量在1.6-3％的范围内，且其中存在于所述含碳材料中的灰分的量小于2％，且其中所述含碳材料的粒度小于1.2mm，且其中所述含碳材料的软化点大于110℃，且其中存在于所述含碳材料中的挥发物的量多于50％w/w，且其中含碳材料的水分含量小于8％。3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述碳氢化合物选自由C5至C36化合物所组成的群组，且其中存在于所述碳氢化合物中的灰分的量小于0.05％w/w，且其中存在于所述碳氢化合物中的挥发物的量多于90％，且其中存在于所述碳氢化合物中的水分含量小于5％w/w。4.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述超细金属/金属氧化物化合物纳米粒子选自由CuFe2O4、CoFe2O4、ZnFe2O4、CuZnFe2O4、Fe2O5、伽玛Fe2O3、Fe3O4、以及ZnO所组成的群组，并且其中所述超细金属或所述金属氧化物化合物纳米粒子的粒度小于0.1微米，且其中所述超细金属或所述金属氧化物化合物纳米粒子的熔点为1000℃。5.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述超细陶瓷氧化物纳米粒子选自由氧化铝、铍、氧化铈、二氧化锆、二氧化硅/硅粉，或熔融二氧化硅所组成的一群组，且其中所述超细陶瓷氧化物纳米粒子的粒度小于0.1微米。6.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，存在于所述原料化合物1中的石墨烯的量小于1％w/w，并且其中存在于所述原料化合物1中的挥发物的量小于15％w/w，且其中含碳材料的碳成分具有与石墨类似的具有共价键的结构，且其中碳成分用纳米陶瓷氧化物和纳米金属氧化物浸渍，且其中存在于原料化合物1中的灰分为30％w/w，特别是存在于原料化合物1中的灰分量为9-16％w/w，且其中原料化合物1在926℃的温度下表现出流动特性。7.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，原料化合物1的分子组成包括：碳、氢、氮、氧、二氧化硅、锌、铁、钛、铝、钠、钾、镁、以及铜，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述碳的含量为80-88％，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述氢的含量为1.5-2％，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述氮的含量为0.3-0.4％，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述氧的含量小于3％，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述硅的含量小于3％，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述锌的含量为3-4％，且其中在所述原料化合物1的分子组成中，所述铁的含量为3-5％，且其中钛、铝、钠、钾、镁、以及铜一起存在于所述原料化合物1的分子组成中，其含量小于2％。8.如权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述金属丝选自由铁、铁合金，钢或钢的合金的金属或合金所组成的群组，且其中所述金属丝的直径在0-1.2mm的范围内，且其中所述金属丝的直径在0-3mm的范围内，且其中所述金属丝形成一中间化合物，且其中所述中间化合物包括碳粒子、金属粒子和陶瓷粒子。9.一种合成一用于铸造工业的基于纳米粒子的砂调整剂组合物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：合成原料化合物1；在混合机中混合原料化合物2和原料化合物4；将所述原料化合物2和所述原料化合物4混合10分钟，直至将所述原料化合物4均匀地涂覆在所述原料化合物2上，以获得中间产物；在混合机中将所述原料化合物1和所述原料化合物3混合到所述中间产物中10分钟，以获得均匀的混合物；获得用于铸造工业的基于纳米粒子的砂调整剂成分，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：维杰·古鲁纳特，
申请(专利权)人：维杰·古鲁纳特，
类型：发明
国别省市：印度,IN