本发明提出了一种铸造纤维保温冒口及其制备方法，包括如下组分：硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和水玻璃，其中蛭石经过十六烷基三甲基溴化铵的有机改性，增强蛭石的疏水性与对有机分子的吸附性，硅酸铝纤维经过低、高温碳化改性后，强度和稳定能力获得提升，结构缺陷减小；相较现有的纤维保温冒口，本发明的铸造纤维保温冒口高温加工后稳定性和强度良好，冒口凝固时间延长，补缩效率获得提升。

　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 115971421 A (43)申请公布日 2023.04.18 (21)申请号 4.8 (22)申请日 2023.03.06 (71)申请人 湖北泰克摩擦材料有限公司 地址 441700 湖北省襄阳市谷城县经济开 发区 (72)发明人 余元坤余静李峰陈飞 (74)专利代理机构 武汉红观专利代理事务所 (普通合伙) 42247 专利代理师 王昌亮 (51)Int.Cl. B22C 9/08 (2006.01) B22C 1/02 (2006.01) 权利要求书1页 说明书5页 (54)发明名称 一种铸造纤维保温冒口及其制备方法 (57)摘要 本发明提出了一种铸造纤维保温冒口及其 制备方法 ，包括如下组分 ：硅酸铝纤维、改性蛭 石、镁砂粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和 水玻璃，其中蛭石经过十六烷基三甲基溴化铵的 有机改性，增强蛭石的疏水性与对有机分子的吸 附性，硅酸铝纤维经过低、高温碳化改性后，强度 和稳定能力获得提升，结构缺陷减小；相较现有的 纤维保温冒口，本发明的铸造纤维保温冒口高温 加工后稳定性和强度良好，冒口凝固时间延长， 补缩效率获得提升。 A 1 2 4 1 7 9 5 1 1 N C CN 115971421 A 权利要求书 1/1页 1.一种铸造纤维保温冒口，其特征是，包括如下组分：硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂 粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和水玻璃。 2.如权利要求1所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，包括如下重量份原料：硅酸铝 纤维65‑85份、改性蛭石10‑14份、镁砂粉10‑18份、铝粉9‑13份、石墨粉6‑9份、四氧化三铁7‑ 11份、硝酸钾3‑5份和水玻璃6‑10份。 3.如权利要求1所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，所述改性蛭石，其制备过程，包 括以下步骤： S1，称取蛭石，加水配制成蛭石悬浮液； S2，在步骤S1中的蛭石悬浮液再加入十六烷基三甲基溴化铵，加热搅拌2‑4h，再于水浴 振荡器静置后，减压过滤，烘干滤饼，粉碎，即得改性蛭石。 4.如权利要求1所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，所述硅酸铝纤维，其制备过程， 包括以下步骤： A1，称取偶联剂，加水配制成偶联溶液，将硅酸铝纤维置于偶联溶液，浸泡、搅拌再研 磨，然后过滤、烘干； A2、烘干完成后再次加入偶联溶液浸泡，过滤、烘干后，进行低温、高温碳化处理，即得 改性硅酸铝纤维。 5.如权利要求3所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，步骤S1中蛭石与水的质量比为 1:(8‑12.5)。 6.如权利要求3所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，步骤S2中的十六烷基三甲基溴 化铵与蛭石的质量比为(0.25‑0.3):1。 7.如权利要求4所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，步骤A1中偶联剂采用KH560或 KH570其中的一种。 8.如权利要求4所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，步骤A1中偶联剂和水的质量比 为(0.01‑0.09):1。 9.如权利要求4所述的铸造纤维保温冒口，其特征是，步骤A2中低温、高温碳化的条 件，具体包括： 低温碳化：在气体保护和600‑800℃下，对硅酸铝纤维实施伸长率为‑2～8％的牵引； 高温碳化：在气体保护和1400‑1450℃下，对硅酸铝纤维实施伸长率为2～10％的牵引。 10.如权利要求1‑9所述的铸造纤维保温冒口的制备方法，其特征是，包括以下步骤： B1，称取硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉和一半的水玻璃置于混砂机，混制3‑5min，再称 取铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和剩余的水玻璃，加入混制2‑4min，得到湿料； B2，将步骤B1得到的湿料倒入模具中，硬化4‑6h，脱模，即得铸造纤维冒口。 2 2 CN 115971421 A 说明书 1/5页 一种铸造纤维保温冒口及其制备方法 技术领域 [0001] 本发明涉及纤维保温冒口技术领域，尤其涉及一种铸造纤维保温冒口及其制备方 法。 背景技术 [0002] 铸造作为现代机械制造工业的基础工艺，能实现复杂金属工件的高效率、低成本 成形，在航空、卫星、新能源汽车等新兴起的产业高端设备制造或重大工程中有良好的应用。冒 口则是铸造业中较为常见的工件，其最主要的功能是对铸件进行补偿收缩，防止铸件内部 产生缩孔；同时冒口还能够排气、集渣，作为液态金属注满型腔的标志。 [0003] 冒口分类方法较多，按加热方式可分为普通冒口、保温冒口、发热保温冒口、加氧 冒口、电弧加热冒口和煤气加热冒口。过往的普通型砂冒口，冒口与铸型所用材料相同，冒 口内金属液凝固速度也与铸件相同，金属液缩松缩孔体积仅占冒口体积的5％‑15％，除自 身冷却引起的收缩外，真正可用于补缩的金属液只占冒口体积的1％‑10％；然而冒口内金 属液质量约占一般铸件质量的40％‑90％(《铸造用高效发热保温冒口的研究》)，即系大量 金属在铸造过程要重新熔炼，铸件生产所带来的成本极大增加。 [0004] 近些年来，发热保温冒口技术日趋成熟，一般由发热材料、保温材料、粘结剂和耐 火骨料等制作而成，不但降低铸造成本，还提升了铸件品质。但在保证冒口高温强度和抗压 水平的前提下，如何提升补缩效率，依然亟待解决。公开号为CN111673049B的专利公开了一 种铸造用纤维保温冒口材料，采用硅微粉作为耐火材料，氯氧镁水泥为结合剂，其热导率 低，保温性能好，然而其容重与抗住压力的强度则较差，该冒口材料不易搬运、操作；公开号为 CN103551515B的专利公开了一种铸造用发热保温冒口及其制备方法，使用石英砂作为耐火 骨架，增加保温效果，但膨胀蛭石的亲水性较强，一方面影响高温制备下的稳定性，另一方 面其掺杂量增加时，强度也会下降，进而影响冒口的强度。 发明内容 [0005] 有鉴于此，本发明提出了一种铸造纤维保温冒口及其制备方法，通过对蛭石和硅 酸铝纤维进行改性，加强纤维保温冒口的保温效果，进而提高冒口的补缩效率。 [0006] 本发明的技术方案是这样实现的： [0007] 本发明提供了一种铸造纤维保温冒口及其制备方法，包括如下组分：硅酸铝纤维、 改性蛭石、镁砂粉、铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和水玻璃。 [0008] 优选地，还包括如下重量份原料：硅酸铝纤维65‑85份、改性蛭石10‑14份、镁砂粉 10‑18份、铝粉9‑13份、石墨粉6‑9份、四氧化三铁7‑11份、硝酸钾3‑5份和水玻璃6‑10份。 [0009] 优选地，所述改性蛭石，其制备过程，包括以下步骤： [0010] S1，称取蛭石，加水润湿，配制成蛭石悬浮液； [0011] S2，在步骤S1中的蛭石悬浮液再加入十六烷基三甲基溴化铵，加热搅拌2‑4h，再于 水浴振荡器静置后，减压过滤，烘干滤饼，粉碎，即得改性蛭石。 3 3 CN 115971421 A 说明书 2/5页 [0012] 优选地，步骤S1中的蛭石悬浮液中蛭石与水的质量比为1:(8‑12.5)。 [0013] 优选地，步骤S2中的十六烷基三甲基溴化铵与蛭石的质量比为(0.25‑0.3):1。 [0014] 优选地，所选蛭石粒度为2‑5mm。 [0015] 优选地，步骤S2中加热温度为65‑75℃，静置时间为18‑24h。 [0016] 优选地，所述硅酸铝纤维，其制备过程，包括以下步骤： [0017] A1，称取偶联剂，加水配制成偶联溶液，将硅酸铝纤维置于偶联溶液，浸泡、搅拌再 研磨，然后过滤、烘干； [0018] A2、烘干完成后再次置于偶联溶液浸泡，过滤、烘干后，进行低温、高温碳化处理， 即得改性后的硅酸铝纤维。 [0019] 优选地，步骤A1中偶联剂包括KH560或KH570其中的一种。 [0020] 优选地，步骤A1中偶联剂和水的质量比为(0.01‑0.09):1。 [0021] 优选地，步骤A1、A2中浸泡时长为1‑2h，温度为25‑35℃，烘干温度为60‑70℃。 [0022] 优选地，步骤A2中低温、高温碳化的条件包括低温碳化：在气体保护和600‑800℃ 下，对硅酸铝纤维实施伸长率为‑2～8％的牵引；高温碳化：在气体保护和1400‑1450℃下， 对硅酸铝纤维实施伸长率为2～10％的牵引。 [0023] 优选地，步骤A2中低温、高温碳化处理时间为6‑12min和3‑6min。 [0024] 另一方面，本发明提供了一种铸造纤维保温冒口的制备方法，包括以下步骤： [0025] B1，称取硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉和一半的水玻璃置于混砂机，混制3‑5min， 再称取铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和剩余的水玻璃，加入混制2‑4min，得到湿料； [0026] B2，将步骤B1得到的湿料倒入模具中，硬化4‑6h，脱模，即得铸造纤维冒口。 [0027] 本发明的铸造纤维保温冒口及其制备方法，相对于现存技术具有以下有益效果： [0028] (1)目前的纤维保温冒口使用膨胀蛭石，结构疏松，但具有较强亲水性，进而影响 制备的吸湿稳定性；本发明将蛭石进行有机改性，将有机阳离子引入蛭石层间结构，改性后 的有机蛭石，疏水性增强，对有机分子的吸附性也提升，吸湿稳定性更好，制备后的冒口高 温下更稳定。 [0029] (2)本发明还对硅酸铝纤维进行改性处理，使制得的改性硅酸铝纤维的强度和稳 定性更好，具有更小的结构缺陷，适宜于高强度、高稳定性的高温冒口制造。 [0030] (3)本发明组分配方制备的冒口有较好地发热、保温效果，减少了金属液的散失， 减缓了金属液的凝固时间，提高了铸件的补缩效率。 具体实施方式 [0031] 下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基 于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没做出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施方式，都属于本发明保护的范围。 [0032] 实施例1 [0033] 一种铸造纤维保温冒口，包括如下重量份原料：硅酸铝纤维65kg、改性蛭石10kg、 镁砂粉10kg、铝粉9kg、石墨粉6kg、四氧化三铁7kg、硝酸钾3kg和水玻璃6kg。 [0034] 改性蛭石，其制备过程，包括以下步骤： 4 4 CN 115971421 A 说明书 3/5页 [0035] S1，称取16kg 4mm蛭石，加水润湿，所选蛭石与水的质量比为1:8，配制成蛭石悬浮 液； [0036] S2，在步骤S1中的蛭石悬浮液再加入4kg十六烷基三甲基溴化铵，且十六烷基三甲 基溴化铵与蛭石的质量比为0.25:1，加热至65℃搅拌4h，再于水浴振荡器静置24h后，减压 过滤，烘干滤饼，粉碎，即得改性蛭石。 [0037] 硅酸铝纤维，其制备过程，包括以下步骤： [0038] A1，称取偶联剂KH560，加水配制成偶联溶液，KH560和水的质量比为0.01:1，将 70kg硅酸铝纤维置于偶联溶液，25℃下浸泡2h，搅拌再研磨，然后过滤，于60℃下烘干； [0039] A2、烘干完成后再次置于偶联溶液浸泡，过滤、烘干后，在氮气保护和600℃下，实 施‑2％的伸长率的牵引，处理12min；再于1400℃下，实施2％的伸长率的牵引，处理6min，即 得改性后的硅酸铝纤维。 [0040] 铸造纤维保温冒口的制备方法，包括以下步骤： [0041] B1，称取硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉和一半的水玻璃置于混砂机，混制3min，再 称取铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和剩余的水玻璃，加入混制2min，得到湿料； [0042] B2，将步骤B1得到的湿料倒入模具中，硬化4h，脱模，即得铸造纤维冒口。 [0043] 实施例2 [0044] 一种铸造纤维保温冒口，包括如下重量份原料：硅酸铝纤维85kg、改性蛭石14kg、 镁砂粉18kg、铝粉13kg、石墨粉9kg、四氧化三铁11kg、硝酸钾5kg和水玻璃10kg。 [0045] 改性蛭石，其制备过程，包括以下步骤： [0046] S1，称取22kg 4mm蛭石，加水润湿，所选蛭石与水的质量比为1:12.5，配制成蛭石 悬浮液； [0047] S2，在步骤S1中的蛭石悬浮液再加入6.6kg十六烷基三甲基溴化铵，且十六烷基三 甲基溴化铵与蛭石的质量比为0.3:1，加热至75℃搅拌2h，再于水浴振荡器静置18h后，减压 过滤，烘干滤饼，粉碎，即得改性蛭石。 [0048] 硅酸铝纤维，其制备过程，包括以下步骤： [0049] A1，称取偶联剂，加水配制成偶联溶液，偶联剂和水的质量比为0.09:1，将90kg硅 酸铝纤维置于偶联溶液，35℃浸泡1h、搅拌再研磨，然后过滤，于70℃下烘干； [0050] A2、烘干完成后再次置于偶联溶液浸泡，过滤、烘干后，在氮气保护和800℃下，实 施8％的伸长率的牵引，处理6min；再于1450℃下，实施10％的伸长率的牵引，处理3min，即 得改性后的硅酸铝纤维。 [0051] 铸造纤维保温冒口的制备方法，包括以下步骤： [0052] B1，称取硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉和一半的水玻璃置于混砂机，混制5min，再 称取铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和剩余的水玻璃，加入混制4min，得到湿料； [0053] B2，将步骤B1得到的湿料倒入模具中，硬化6h，脱模，即得铸造纤维冒口。 [0054] 实施例3 [0055] 一种铸造纤维保温冒口，包括如下重量份原料：硅酸铝纤维75kg、改性蛭石12kg、 镁砂粉15kg、铝粉11kg、石墨粉7kg、四氧化三铁9kg、硝酸钾4kg和水玻璃8kg。 [0056] 改性蛭石，其制备过程，包括以下步骤： [0057] S1，称取19.2kg 4mm蛭石，加水润湿，所选蛭石与水的质量比为1:10，配制成蛭石 5 5 CN 115971421 A 说明书 4/5页 悬浮液； [0058] S2，在步骤S1中的蛭石悬浮液再加入5.4kg十六烷基三甲基溴化铵，且十六烷基三 甲基溴化铵与蛭石的质量比为0.28:1，加热至70℃搅拌3h，再于水浴振荡器静置20h后，减 压过滤，烘干滤饼，粉碎，即得改性蛭石。 [0059] 硅酸铝纤维，其制备过程，包括以下步骤： [0060] A1，称取偶联剂，加水配制成偶联溶液，偶联剂和水的质量比为0.05:1，将80kg硅 酸铝纤维置于偶联溶液，30℃浸泡1.5h，搅拌再研磨，然后过滤，于65℃下烘干； [0061] A2、烘干完成后再次置于偶联溶液浸泡，过滤、烘干后，在氮气保护和700℃下，实 施5％的伸长率的牵引，处理10min；再于1420℃下，实施4％的伸长率的牵引，处理4min，即 得改性后的硅酸铝纤维。 [0062] 铸造纤维保温冒口的制备方法，包括以下步骤： [0063] B1，称取硅酸铝纤维、改性蛭石、镁砂粉和一半的水玻璃置于混砂机，混制4min，再 称取铝粉、石墨粉、四氧化三铁、硝酸钾和剩余的水玻璃，加入混制3min，得到湿料； [0064] B2，将步骤B1得到的湿料倒入模具中，硬化5h，脱模，即得铸造纤维冒口。 [0065] 对比例1 [0066] 一种铸造纤维保温冒口，与实施例1的不同之处在于，蛭石未经过改性处理。 [0067] 对比例2 [0068] 一种铸造纤维保温冒口，与实施例1的不同之处在于，硅酸铝纤维未改性处理。 [0069] 对比例3 [0070] 一种铸造纤维保温冒口，与实施例1的不同之处在于，加入蛭石重量为25kg。 [0071] 对比例4 [0072] 一种铸造纤维保温冒口，制备过程参考公开号为CN103551515B的专利。 [0073] 使用性能测试 [0074] 将实施例1‑3和对比例1‑4的冒口按照GB/T2684的标准制样，冒口内径120mm，内高 125mm，分别测试纤维保温冒口的抗住压力的强度、导热系数、最高发热温度以及保温时间，另外铸 件为钢铸件，浇铸时长30s，浇铸量125kg，测试冒口的冒口凝固时间、补缩效率以及缩孔次 数，测试次数10次。 [0075] 表1使用性能测试结果 [0076] 6 6 CN 115971421 A 说明书 5/5页 [0077] [0078] 表2  冒口测试结果 [0079] 组别 冒口凝固时间(min) 补缩效率(％) 缩孔次数(次) 实施例1 3.12 45 0 实施例2 3.05 42 0 实施例3 3.01 41 0 对比例1 2.54 25 4 对比例2 2.47 20 6 对比例3 2.82 35 1 对比例4 2.70 30 2 [0080] 由上可知，本发明的铸造纤维保温冒口拥有非常良好的发热与保温效果，同时冒口金 属液凝固时间增加，补缩效率提升，而蛭石掺杂分量较多时，会影响补缩效率。 [0081] 以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围以内。 7 7

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