组合物及其在砂型铸造中的使用方法技术

本发明专利技术讨论用于铸造过程如湿砂铸造的组合物。组合物可包含球土、膨润土和碳质材料。球土可包含风化褐煤和/或苛化褐煤，例如，作为天然球土沉积物的部分。组合物可进一步包含砂，使得所得混合物可形成用于铸模制品的湿砂模。在组合物中掺入球土材料可帮助改善铸造制品的品质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】组合物及其在砂型铸造中的使用方法优先权要求本PCT国际申请要求2016年3月25日提交的美国临时申请62/313,445的优先权益，其主题内容全文通过引用结合到本文中。专利
本公开的实施方案一般涉及用于形成砂模的组合物及其在例如砂型铸造中使用的方法。专利技术背景铸造(casting)是制造制品的一种铸造(foundry)方法，其中将经加热液体物质(通常金属或金属合金)倒入模腔，并使其在腔形中冷却。然后从模具释放铸造制品。可用不同材料形成模具，例如，根据要铸造材料的性质。例如，砂型铸造可用于铸造金属和金属合金。在此方法中，一般使砂与粘合剂组合，并形成所需模具形状。通过围绕模型(例如，要铸造制品的复制品)压紧砂混合物，并去除模型，以留下具有所需形状和结构的空腔，可形成这种砂模。一旦熔融金属引入模具并冷却固化，就可释放铸造金属制品，通常通过破坏砂模。湿砂铸造指用湿或湿化砂形成模具，其中一般使砂与水和粘合剂(如粘土)组合，以形成模塑介质。粘合剂一般使砂颗粒粘结，使得模具可保持其形状，并经受在整个铸造过程施加的应力。在湿砂铸造期间，砂模一般保留一定量水分，且粘土在室温和升高温度二者作为粘合剂。粘合剂混合物有时作为“预混物”提供，预混物可与本地砂源组合，以产生模塑介质。砂模的化学组成一般决定其性质，包括其经受铸造过程应力和压力的能力，这又影响铸造制品的品质。砂型模塑介质的不同组成可对模具在砂型铸造期间在高温、压缩条件下表现的能力有显著影响。专利技术概述本公开包括用于砂型铸造(包括湿砂铸造)的组合物、这种组合物的制备及其使用方法。本文组合物包括例如粘合剂组合物和可用于制备铸造所用砂模的湿砂组合物。例如，本公开包括包含球土、膨润土和碳质材料的粘合剂组合物。球土可包含例如相对于球土总重量约15%重量至约35%重量氧化铝和/或相对于球土总重量约30%重量至约60%重量氧化硅。根据一些方面，球土可包含风化褐煤。在一些方面，球土可具有约12%至约50%的烧失量(LOI)。组合物的球土可包含第一球土材料和不同于第一球土材料的第二球土材料。例如，组合物可包含具有大于约9%且小于或等于12%烧失量(LOI)的第一球土材料和具有大于12%且小于约60%LOI的第二球土材料。根据本公开的一些方面，碳质材料可包含海煤和/或风化褐煤。风化褐煤可从天然球土沉积物得到，并且/或者可除在天然球土沉积物中可存在的风化褐煤以外再加入。例如，球土可包含来自球土材料天然沉积物的第一部分风化褐煤或苛化褐煤，碳质材料可包含第二部分风化褐煤。在一些方面，组合物可包含相对于组合物总重量约1%重量至约70%重量膨润土。膨润土可包括例如钠膨润土、钙膨润土或其组合。作为另一个实例，在本公开的一些方面，组合物包含相对于组合物总重量约10%重量至约40%重量球土和约30%重量至约60%重量膨润土，其中球土包含约1%至约10%风化褐煤或苛化褐煤。本公开也包括砂型铸造的方法，其中示例性方法包括通过组合球土、膨润土、碳质材料和砂制备混合物；并通过使混合物成型制备模具。球土、膨润土和碳质材料可包括上述组合物的任何特征。例如，混合物的球土可包含风化褐煤或苛化褐煤。根据一些方面，球土、膨润土和碳质材料包括粘合剂组合物，且制备混合物包括将粘合剂组合物加到砂。例如，相对于混合物总重量，要与砂组合的粘合剂组合物可占约5%重量至约20%重量。混合物可另外包含水，提供相对于混合物总重量约1.8%重量至约2.2%重量水分含量。例如，混合物可以为适用于形成砂模的湿砂组合物。上述使混合物成型可包括使混合物围绕模型成形，并去除模型，以留下空腔，例如，空腔可接收经加热材料，例如熔融金属或熔融金属合金，以形成铸造制品。例如，方法可进一步包括将金属或金属合金引入模具，以形成铸造制品；并从模具去除铸造制品。根据一些方面，混合物可具有约10.0N/cm2至约15N/cm2的湿压缩强度。作为附加或替代，混合物可具有在950℃和1100℃之间温度约300N/cm2至约415N/cm2的热压缩强度。本公开也包括模塑制品的方法，其中方法可包括将经加热材料引入模具，其中模具包括球土、膨润土、碳质材料和砂的混合物；并使经加热材料冷却。球土、膨润土和碳质材料可包括上述组合物的任何特征，且球土、膨润土、碳质材料和砂的混合物可包括上述混合物的任何特征。根据一些方面，经加热材料包括熔融金属或熔融金属合金。作为附加或替代，球土可包含风化褐煤或苛化褐煤，且碳质材料可包括海煤、风化褐煤、苛化褐煤或其组合。在本公开的一些实例中，混合物具有在950℃和1100℃之间温度约300N/cm2至约415N/cm2的热压缩强度。专利技术详述以下更详细描述本公开的具体方面。如果与通过引用结合的术语和/或定义冲突，应以本文提供的术语和定义为准。本文所用术语“包括”、“包含”或其任何变型旨在覆盖非排它性包含，使得包含一列要素的过程、方法、组合物、制品或装置不仅包括那些要素，而且可包括未明确列举或这些过程、方法、组合物、制品或装置固有的其它要素。术语“示例性”以“实例”而非“观念”的意义使用。除非本文另外指明，本文所用单数形式“一”和“所述”包括复数引用对象。词语“近似”和“约”指近似与引用的数或值相同。应了解，本文所用术语“近似”和“约”包括规定量或值的±5%。本公开的组合物可包含一种或多种粘土材料和一种或多种碳质材料。这些组合物可作为粘合剂用于砂型铸造过程。粘土为一般性术语，包括一定范围不同化学组成和性质的水合铝硅酸盐矿物。潮湿粘土一般为粘滞和塑性，而经干燥粘土变硬，特别在升高温度干燥时。适用于本文组合物的示例性粘土材料包括球土、膨润土、耐火土及其组合。例如，组合物可包含球土、膨润土(例如，钾膨润土、钠膨润土、钙膨润土、铝膨润土或其组合)和碳质材料。球土为天然源的沉积粘土，这种粘土一般包含约20%-80%高岭土、约10%-25%云母、约6%-65%石英和各种其它有机和无机材料。由于其在烧制时白色，球土主要已知作为原料用于陶瓷制造。本公开的球土可作为粘合剂，例如提供塑性、可加工性和/或对模塑介质的强度。例如，球土的塑性可帮助保持在砂型铸造期间施加力时砂模的完整性。本公开的球土材料可包含相对于球土材料总重量约30%重量至约60%重量氧化硅，例如约40%重量至约60%重量、约50%重量至约60%重量或约30%重量至约40%重量。例如球土材料可进一步包含相对于球土材料总重量约15%重量至约35%重量氧化铝，例如约20%重量至约35%重量、约25%重量至约35%重量、约25%重量至约30%重量、约15%重量至约25%重量或约15%重量至约20%重量。数种示例性球土材料的化学组成在以下实施例1中提供。球土的天然沉积物可包括有机物质或其它碳质物质。例如，一些天然球土沉积物包括随球土散布的风化褐煤和/或褐煤。褐煤是由天然压缩泥煤形成且具有约50%至约75%碳含量的可燃棕色准矿物。风化褐煤是褐煤的氧化形式，例如包含与不同矿物(如石膏和石英)混合的腐殖酸。虽然有机物质可能是陶瓷工业中所用粗球土沉积物的不合乎需要组分，但在本公开的一些方面，天然球土沉积物的碳质组分可包含部分本文组合物。烧失量(LOI)值是在高温加热(“燃烧”物质)前后物质的重量差，具体地讲，在铸造期本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包含：球土；膨润土；和碳质材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.25 US 62/3134451.一种粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包含：球土；膨润土；和碳质材料。2.权利要求1的组合物，其中所述球土包含风化褐煤或苛化褐煤。3.权利要求1的组合物，其中所述球土具有约12%至约50%的烧失量(LOI)。4.权利要求1的组合物，其中所述球土包含具有大于约9%且小于或等于12%烧失量(LOI)的第一球土材料和具有大于12%且小于约60%LOI的第二球土材料。5.权利要求1的组合物，其中所述球土包含相对于球土总重量约15%重量至约35%重量氧化铝。6.权利要求1的组合物，其中所述球土包含相对于球土总重量约30%重量至约60%重量氧化硅。7.权利要求1的组合物，其中所述碳质材料包括海煤。8.权利要求1的组合物，其中所述碳质材料包括风化褐煤。9.权利要求8的组合物，其中所述球土包含来自球土材料天然沉积物的第一部分风化褐煤或苛化褐煤，且其中所述碳质材料包含第二部分风化褐煤。10.权利要求1的组合物，其中所述组合物包含相对于组合物总重量约1%重量至约70%重量膨润土。11.权利要求1的组合物，其中所述膨润土包括钠膨润土、钙膨润土或其组合。12.权利要求1的组合物，其中所述组合物包含相对于组合物总重量约10%重量至约40%重量球土和约30%重量至约60%重量膨润土，其中所述球土包含约1%至约10%风化褐煤或苛化褐煤。13.一种砂型铸造的方法，所述方法包括：通过组合球土、膨润土、碳质材料和砂制备混合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：V拉费，J蒂布斯，
申请(专利权)人：依玛斯矿物美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US