[发明专利]一种适用于镁合金的激光烧结用覆膜砂材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体是涉及一种适用于镁合金在高温浇注条件下的激光烧结用覆膜砂材料及其制备方法。

背景技术

地球上的金属镁储存量丰富，且镁合金是目前最轻的金属结构材料之一，在工程应用时可大大减轻结构件的重量，与其它金属材料相比，镁合金具有比强度和比刚度高、导热性好、尺寸稳定、有良好的减震降噪能力和电磁屏蔽性能等特点，而且容易回收；此外，它还具有良好的铸造性能和切削加工性能。目前，镁合金作为典型的轻质工程材料已广泛用于航空航天、国防军事、汽车和电子通讯等领域。例如：应用于飞机的框、翼肋、油箱隔板、导弹和副油箱的挂架以及各种支臂、支座、轮毂等受力构件和仪表的各类壳体，各型号发动机进气机匣、附件机匣和附件等，及轻型坦克和装甲车等部分结构件、变速箱体，导弹壳体和尾翼、雷达定位器的壳体等。进一步扩大镁合金在工程领域的应用可有效实现轻量化的目标，缓解现在日益严重的能源问题，并可实现可持续发展。

镁合金铸件几乎可以采用所有的铸造方法来生产，目前镁合金铸件生产大都是采用砂型铸造、金属型铸造和压铸等来生产。其中，精密砂型铸造是实现大型、复杂镁合金铸件的最简单、有效的一种铸造方法。而对于砂型铸造来说，砂型/砂芯的制造是必不可少的。相对于传统模压法制备精密砂型/砂芯，近些年，随着快速原型制造技术的出现，其中采用选区激光烧结（Selective Laser Sintering, SLS）技术制备覆膜砂型/砂芯具有响应速度快、砂型砂芯一体化、一致性高及尺寸精确、表面质量好等特点，受到了人们的极大关注。

然而，镁是活泼元素，与氧的亲和力强，在熔炼和浇注过程中极易氧化和燃烧。在传统的砂型铸造时，为避免镁合金在砂型中的氧化燃烧及与砂型/砂芯的界面反应，常在型砂中添加氟化物，在芯砂中加入硫磺和硼酸。而由于覆膜砂激光烧结成形中因其“瞬时烧结”，树脂不完全固化的特点，采用添加硼酸等单一阻燃剂后，对激光烧结覆膜砂型的初坯强度会造成严重负面影响，尤其是随着其添加量的增加，导致SLS覆膜砂材料激光烧结件的初强度大幅下降，致使其激光烧结成形困难，甚至不能烧结成形。  

目前，国内外SLS覆膜砂铸型/砂芯的镁合金浇注大都是仅在砂芯/砂型表面喷涂一至多层阻燃涂料，以起到防止镁合金燃烧及与砂型/砂芯的界面反应的作用。但SLS覆膜砂型/砂芯，其组成材料和粘结材料中存在大量的有机物和氧化物等，使得镁与SLS覆膜砂型/砂芯之间存在高活性反应，尤其镁合金浇注温度过高时，单纯的阻燃涂料层难以阻止镁合金与SLS覆膜砂型/砂芯之间的界面反应或局部燃烧，从而造成铸件表面烧蚀、及形成微孔、孔洞等缺陷，恶化了镁合金铸件的表面质量和力学性能。尤其是SLS覆膜砂型/砂芯一体化整体制造，在一些封闭式、近封闭式复杂内腔（例如：一些内腔流道复杂、有立体交叉且间距很小的多通路变截面的细长管道等复杂结构件）难以进行涂料的喷涂，从而大大地限制了镁合金SLS覆膜砂型铸造的工程应用。在这种条件下，寻找适合于激光烧结特点的阻燃材料，是阻止镁合金与砂型-砂芯的界面反应及阻燃的简便可行和有效的方法，对解决上述难题有着非常重要的作用。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种适用于镁合金的激光烧结用覆膜砂材料，它通过在激光烧结用覆膜砂中添加合适的阻燃剂及控制其含量，在不影响或少降低激光烧结初坯强度等性能的条件下，以满足浇注镁合金时起到有效的阻燃保护作用。

本发明的第二个目的在于提供一种适用于镁合金的激光烧结用覆膜砂材料的制备方法。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种适用于镁合金的激光烧结用覆膜砂材料，特征是：由混合均匀的原砂、有机粘结剂、偶联剂、固化剂和阻燃剂组成，其中：

所述原砂为角形系数≤1.1的球形或极似球形的宝珠砂，原砂的砂粒粒度的最大粒径不大于250μm；

所述有机粘结剂为固态热塑性酚醛树脂，粉碎成粒径为20～60μm均匀的酚醛树脂粉末，酚醛树脂粉末的加入量占原砂的质量分数控制在0.8～2.0%；

所述偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），其加入量占有机粘结剂的质量分数控制在1%，配成质量分数为10%的水溶液；

所述固化剂为六亚甲基四胺，其加入量占有机粘结剂的质量分数控制在12～14%，配成质量分数为50%的水溶液；