[发明专利]一种三维打印用型砂及其制备方法

说明书

本发明公开一种三维打印用型砂及其制备方法。该型砂由以下重量份的原料制备而成：镁橄榄石砂150～300份、锆砂10～20份、耐火微粒10～20份、阻燃剂6～12份、偶联剂0.2～2份、粘结剂0.5～5份、溃散剂2～6份、固化剂0.5～5份。本发明的三维打印用型砂，通过加入锆砂、耐火微粒和阻燃剂，提高了型砂的退让性和阻燃效果。同时，通过加入偶联剂、粘结剂、溃散剂、固化剂，与镁橄榄石砂、锆砂结合，显著提高了型砂的流动性、透气性和强度。阻止镁合金液与砂型之间的反应，提高铸件表面质量，降低铸造缺陷，从而得到满足使用要求的镁合金铸件。

技术领域

本发明涉及一种型砂，具体地说是涉及一种三维打印用型砂及其制备方法。

背景技术

砂型铸造是个古老的生产技术，几千年来一直是生产铸件的主导工艺。镁合金是目前应用最轻的金属材料，在航空航天、军工和汽车等领域具有广阔的应用前景。其中，在航空航天和军工领域，目前镁合金零件多以砂型铸造方法成型。近些年来，随着科技进步，增材制造、数字化制造正逐步进入传统制造领域。如果把三维打印(简称3D打印)技术用于镁合金的精密铸造成型，利用三维打印铸造砂型，可以实现无模铸造，极大地缩短了镁合金铸造周期并提高了铸件尺寸精度，实现了数字化制造。

型砂在三维打印中用来造型的材料。型砂一般有铸造用原砂、型砂粘结剂和辅加物等造型材料按一定的比例混合而成。型砂按所用粘结剂不同，可分为粘土砂、水玻璃砂、水泥砂、树脂砂等。以粘土砂、水玻璃砂及树脂砂用的最多。型砂在铸造生产中的作用极其重要，因型砂的质量不好而造成的铸件废品约占铸件总废品的30～50％。通常对型砂的要求是：具有较高的强度和热稳定性，以承受各种外力和高温的作用；良好的流动性，即型砂在外力或本身重力作用下砂粒间相互移动的能力；一定的可塑性，即型砂在外力作用下变形，当外力去除后能保持所给予的形状的能力；较好的透气性，即型砂孔隙透过气体的能力；高的溃散性，又称出砂性，即在铸件凝固后型砂是否容易破坏，是否容易从铸件上清除的性能。

但目前镁合金砂型铸造遇到的一个突出问题是由于呋喃树脂砂型高温退让性差，一些壁厚不均匀的大型复杂铸件容易造成热裂，造成铸件报废；同时由于镁的化学性质很活泼，极易与铸型中的水起反应，造成镁合金铸件表面出现空洞和氧化皱皮等缺陷，显著降低镁合金的力学性能和抗蚀性。因此在三维打印镁合金铸造用的砂型时有必要开发一种既能避免铸件开裂，又具有高退让性和较好阻燃效果的型砂混制工艺来确保镁合金铸件质量，无疑具有重大的经济效益和社会效益。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有镁合金铸造用型砂高温退让性差、阻燃效果差等技术瓶颈，开发一种既能避免铸件开裂，又具有高退让性和较好阻燃效果的三维打印用型砂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种三维打印用型砂，由以下重量份的原料配制而成：镁橄榄石砂150～300份、锆砂10～20份、耐火微粒10～20份、阻燃剂6～12份、偶联剂0.2～2份、粘结剂0.5～5份、溃散剂2～6份、固化剂0.5～5份。

优选地，所述型砂的粒度为100～300目；

优选地，所述镁橄榄石砂、锆砂的比例为15：1；

优选地，所述镁橄榄石砂的粒度为100～300目；

优选地，所述锆砂的粒度为100～200目；

优选地，所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：镁橄榄石砂10～20份、硅酸铝砂10～20份、耐火纤维2～10份、石墨粉2～10份；

优选地，所述耐火微粒的组成成分及其重量份比例为：镁橄榄石砂15份、硅酸铝砂15份、耐火纤维6份、石墨粉6份；