一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，所述粘結劑占所述原砂總質量的1.7一1.9%；所述固化劑為所述粘結劑質量的9-11%;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的6-8%;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1-2%;所述原砂包括再生砂、寶珠砂和磁鐵礦砂；所述再生砂占所述原砂總質量的50-65%;所述寶珠砂占所述原砂總質量的25-35%;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的10-15%，具有耐高溫、高強度、低膨脹、低發(fā)氣、易潰散的多種優(yōu)質特性，能夠保證高合金材質鑄件工藝得以順利進行，提高生產(chǎn)效率。
【專利說明】一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于覆膜砂生產(chǎn)【技術領域】，特別涉及一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂。

【背景技術】
[0002]覆膜砂常用于鑄鋼件、鑄鐵件，其砂粒表面在造型前即覆有一層固體樹脂膜的型砂或芯砂，有冷法和熱法兩種覆膜工藝:冷法用乙醇將樹脂溶解，并在混砂過程中加入烏洛托品，使二者包覆在砂粒表面，乙醇揮發(fā)，得覆膜砂；熱法把砂預熱到一定溫度，加樹脂使其熔融，攪拌使樹脂包覆在砂粒表面，加烏洛托品水溶液及潤滑劑，冷卻、破碎、篩分得覆膜砂。
[0003]目前，國內(nèi)各覆膜砂廠，能夠針對各種鑄件生產(chǎn)多種性能的覆膜砂，如易潰散覆膜砂，高強度低發(fā)氣覆膜砂，耐高溫覆膜砂，抗針孔覆膜砂等各種型號，其生產(chǎn)工藝多種多樣。申請?zhí)枮?01110039086.5的發(fā)明專利公開了一種新型覆膜砂，各組分以重量計配比如下:樹脂2.0?2.1%、偶聯(lián)劑0.03?0.05%、烏洛托品0.2?0.32%、硬脂酸鈣0.1?0.15%、氧化鐵紅0.08?0.1%、鐵砂6?8%、余量為硅砂。與常規(guī)覆膜砂比較，此覆膜砂除具有常規(guī)覆膜砂的性能外，還具有延緩發(fā)氣速度3-5S，抑制氮氣產(chǎn)生的性能，能有效降低鑄件產(chǎn)生氮氣孔，大大提高高鎳奧氏體球鐵鑄件的成品率。申請?zhí)枮?01310609139.1的發(fā)明專利涉及一種覆膜砂，包括原砂、粘結劑、固化劑、潤滑劑和偶聯(lián)劑，所述粘結劑占所述原砂質量的2%?3%，所述固化劑占所述粘結劑質量的12%?16%，所述潤滑劑占所述粘結劑質量的1%?3%，所述偶聯(lián)劑占所述粘結劑質量的0.5%?1.5% ;所述原砂的粒度為70?140目，其效果在于覆膜砂熱強度高，流動性、潰散性較好，透氣性好，易于緊實，能滿足鑄件的表面質量和力學性能。
[0004]申請?zhí)枮?01010270015.1的發(fā)明專利公開的一種覆膜砂，包括原砂、粘結劑、固化劑與偶聯(lián)劑，所述固化劑的用量為粘結劑總質量的40-60%，偶聯(lián)劑的用量為粘結劑總質量的0.2-0.5%，粘結劑的用量為原砂總質量的1-1.5 %，原砂的粒度為100-150目，原砂的組成成分及其重量份比例為:黃砂70-80，硅藻土 10-20，高溫水泥5-15，粘結劑的組成成分及其重量份比例為:熱固性酚醛樹脂5-10，熱塑性酚醛樹脂90-95，其效果在于不僅耐熱性較好、粗糙度較小，而且透氣性較好、可避免于鑄件上粘砂。
[0005]然而，針對各種鑄件缺陷生產(chǎn)的覆膜砂，當前根據(jù)鑄件材質的要求也越來越高，開發(fā)的新鑄件材質標準也越來越多，一系列高合金鑄件材質越來越普遍，而原有的單獨針對各種鑄件缺陷而生產(chǎn)的特殊覆膜砂也愈加不能滿足高合金材質鑄件的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了彌補現(xiàn)有技術的上述不足，提供一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂，具有耐高溫、高強度、低膨脹、低發(fā)氣、易潰散的多種優(yōu)質特性。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術方案是:一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，所述粘結劑占所述原砂總質量的1.7-1.9% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的9-11% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的6-8% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1_2%。
[0008]所述原砂包括再生砂、寶珠砂和磁鐵礦砂；所述再生砂占所述原砂總質量的50-65% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的25-35% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的10-15%。
[0009]作為優(yōu)選，所述再生砂占所述原砂總質量的50% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的35% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的15%，所述粘結劑占所述原砂總質量的1.8% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的10% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的6% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1.5%。
[0010]進一步地，所述再生砂占所述原砂總質量的55% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的30% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的15%，所述粘結劑占所述原砂總質量的1.9% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的9% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的8% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的2%。
[0011]進一步地，所述再生砂占所述原砂總質量的65% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的30% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的5%，所述粘結劑占所述原砂總質量的1.7% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的11% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的7% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1%。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1、本發(fā)明的特種覆膜砂中，原砂包括再生砂，占原砂總質量的50-65%，采用的是生產(chǎn)過用廢的覆膜砂，經(jīng)過破碎、篩選以及1000°C焙燒，使其產(chǎn)生相變，膨脹率小。由于傳統(tǒng)的原砂材料多選用的是優(yōu)質天然石英砂，而在砂型鑄造時，每生產(chǎn)I噸鑄件就會產(chǎn)生I?7噸用過的舊砂。如果大部分型砂中的粘結劑沒有發(fā)生不可逆的變化，只要除掉雜質，經(jīng)過吸灰冷卻和重新混制，就可恢復型砂原有的性能；如果型砂經(jīng)化學方式硬化，此時其粘結劑的硬化反應是不可逆的，也只需把砂粒表面已失效的粘結劑膜脫除，就能使其基本上恢復原砂的性能，所以無論是從經(jīng)濟角度，還是性能角度，通過引入比重較大的再生砂，都有很高的應用價值。
[0013]2、原砂中還包括寶珠砂，占原砂總質量的25-35%，以此來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石英砂。寶珠砂有耐高溫，低膨脹的特點，性能可與鋯英砂媲美，用其配制型砂，鑄件不會產(chǎn)生膨脹缺陷；因角型系數(shù)小，覆膜表面積小，所以能夠提高強度，降低粘結劑用量和固化劑用量，發(fā)氣量較低，能降低氫氧氮綜合氣孔。雖然石英砂分布廣泛，成本低廉，但由于石英在不同的溫度下會有多種同質異晶體生成，體積變化大；受耐火度的限制，鑄件局部粘砂嚴重，清理十分困難，故而其具有膨脹系數(shù)大，鑄件精度低，鑄件表面粘砂嚴重，清砂困難的缺點，該缺點在大型鑄鋼件的生產(chǎn)中尤為嚴重。寶珠砂是以優(yōu)質鋁釩土為原料，經(jīng)煅燒、電熔、造粒、分篩等工藝而制成的，表面光滑，結構致密，使得粘結劑能均勻覆蓋，并且屬中性材料，酸、堿粘結劑均可使用，所以其回用再生性能好，性價比高，能減少粘結劑所產(chǎn)生的鑄造缺陷，提高了鑄件的成品率。
[0014]3、原砂中還包括磁鐵礦砂，占原砂總質量的10-15%，主要成份為Fe3O4,是Fe2O3和FeO的復合物，呈黑灰色，比重大約5.15左右，含F(xiàn)e72.4%，O 27.6%，具有磁性，由于其結構細密，用磁選法處理方便，所以用于原砂組成時，可以有效減少針孔。
[0015]4、除了以上三種原砂配料的單獨作用，再生砂的耐高溫型、寶珠砂的低膨脹性、磁鐵礦砂的高致密性，可以起到很好的協(xié)同作用效果，這種協(xié)同控制使高合金材質鑄件的特種覆膜砂達到最佳性能，發(fā)氣量小且易潰散。
[0016]5、本發(fā)明中的粘結劑選用熱塑性酚醛線性樹脂，是在酸性催化劑存在下，由過量苯酚與甲醛縮聚制得，其性能對覆膜砂的質量有重要影響，其中最重要的特征就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結構的整體性和尺寸的穩(wěn)定性，并且與各種各樣的有機和無機填料都能相容，潤濕速度快，在交聯(lián)后可以具有較高的機械強度和耐熱性能，在本發(fā)明中，這種粘結劑的共聚合速度僅為25-50 S，能極大縮短傳統(tǒng)粘結劑的聚合時間。固化劑是烏洛托品，其加入量是樹脂的5%-20%，能夠實現(xiàn)防脫殼、快聚速的效果，潤滑劑選用硬脂酸鈣或是硬脂酸銑銨等，其有益效果在于防止結塊，并提高覆膜砂的流動性及脫模性，同時，這種類型的潤滑劑熔點較高，能有效防止覆膜砂在使用過程中產(chǎn)生脫殼現(xiàn)象。偶聯(lián)劑雖然用量較少，但其既能與原砂表面的某些基團反應，又能與粘結劑樹脂反應，在原砂與樹脂基體之間形成一個界面層，界面層能傳遞應力，從而增強了原砂與樹脂之間粘合強度，改善樹脂的分散度以提高加工性能，同時還可以防止其它介質向界面滲透，改善了界面狀態(tài)。偶聯(lián)劑可選用鈦酸酯偶聯(lián)劑，不僅具有很大的靈活性和多功能性，它本身既是偶聯(lián)劑，也可以是分散劑、濕潤劑、粘合劑、交聯(lián)劑、催化劑等、還可以兼有耐高溫、抗氧化、阻燃等多功能。
[0017]6、經(jīng)現(xiàn)場試用，該特種覆膜砂配比合理、性能穩(wěn)定，高強度、低膨脹，有效的解決了傳統(tǒng)覆膜砂無法滿足新鑄件材質標準，如高合金材質鑄件標準的問題，達到了從成本和性能雙重優(yōu)化的目的，能夠保證生產(chǎn)的快捷進行，提高生產(chǎn)效率。
具體實施例
[0018]本發(fā)明的一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，所述粘結劑占所述原砂總質量的1.7-1.9% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的
9-11%;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的6-8% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1_2%。
[0019]所述原砂包括再生砂、寶珠砂和磁鐵礦砂；所述再生砂占所述原砂總質量的50-65% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的25-35% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的
10-15%。
[0020]在覆膜砂行業(yè)標準中，覆膜砂必檢指標有:常溫抗彎強度、熱態(tài)抗彎強度、灼燒減量、粒度和熔點?？蛇x檢測指標有:常溫抗拉強度、熱態(tài)抗拉強度、發(fā)氣量和流動性。然而，隨著生產(chǎn)工藝要求的不斷提高，相應增加了一些新的檢測指標:如高溫抗壓強度，模擬鑄造的實際條件，測試覆膜砂芯在1000-1500°C時的抗壓強度；耐熱時間，測試覆膜砂芯在高溫下保持強度，不變形、不潰散的時間；抗脫殼性，測試覆膜砂的抗脫殼能力。
[0021]本發(fā)明中，覆膜砂的粘結劑，即樹脂加入量已從原來的2 - 3%降至1.7 — 1.9%。由于樹脂加入量低，覆膜砂發(fā)氣量小，同時也大大降低了生產(chǎn)成本。覆膜砂的工藝流程大致分為以下幾步:
1、將原砂經(jīng)過量斗爬式加料機將原砂加入滾動的加熱爐內(nèi)；
2、加熱爐正轉時砂子不會跑出來，在爐筒內(nèi)加熱到158°C左右時，起動混砂機，將砂子卸入混砂機盆腔內(nèi)； 3、砂子在混砂機盆腔內(nèi)加樹脂等粘結劑及鈦酸酯偶聯(lián)劑，充分混合均勻至30秒，加烏洛托品水溶液等固化劑，混至砂子將松散時，再加硬脂酸鈣等潤滑劑，混45秒鐘后卸砂。
[0022]4、卸下的砂子流入混砂機下方的振動冷卻篩里，充分冷卻完畢后蓄存?zhèn)溆孟旅娼Y合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例一
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的50% ;寶珠砂占原砂總質量的35% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.8% ;固化劑為粘結劑質量的10% ;潤滑劑為粘結劑質量的6% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1.5%。
[0024]實施例二
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的50% ;寶珠砂占原砂總質量的35% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.9% ;固化劑為粘結劑質量的9% ;潤滑劑為粘結劑質量的8% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的2%。
[0025]實施例三
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的50% ;寶珠砂占原砂總質量的35% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.7% ;固化劑為粘結劑質量的11% ;潤滑劑為粘結劑質量的7% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1%。
[0026]實施例四
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的55% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.8% ;固化劑為粘結劑質量的10% ;潤滑劑為粘結劑質量的6% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1.5%。
[0027]實施例五
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的55% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.9% ;固化劑為粘結劑質量的9% ;潤滑劑為粘結劑質量的8% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的2%。
[0028]實施例六
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的55% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.7% ;固化劑為粘結劑質量的11% ;潤滑劑為粘結劑質量的7% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1%。
[0029]實施例七
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的65% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的5%，粘結劑占原砂總質量的1.8% ;固化劑為粘結劑質量的10% ;潤滑劑為粘結劑質量的6% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1.5%。
[0030]實施例八
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的65% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的5%，粘結劑占原砂總質量的1.9% ;固化劑為粘結劑質量的9% ;潤滑劑為粘結劑質量的8% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的2%。
[0031]實施例九
本發(fā)明的高合金材質鑄件的特種覆膜砂的成分配比如下:
特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其中再生砂占原砂總質量的65% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的5%，粘結劑占原砂總質量的
1.7% ;固化劑為粘結劑質量的11% ;潤滑劑為粘結劑質量的7% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1%。
[0032]性能測定:將上述九組實施例依次分組，按照常規(guī)測定方法，分別檢測高合金材質鑄件的特種覆膜砂的熱態(tài)抗彎、常溫抗彎、常溫抗拉、熔點、灼燒減量、發(fā)氣量、粒度等，如下列表格所示:
誦......................................................................["H1.......................................................................[麗1...............................................................................[實H1......................................................................' 3.6ΙΡΑ.3.9HPA..............4.1ΜΡΑ.....福福τ'Γοιρα 7:.211.?ItImpa
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釀50/100 目50/1000j———I
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HSW7.2IPA■ 7.1IIPA? JMfiA
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11_量2.46%2.35%— 2,5?
發(fā)氣量14.Sml/g14.SmlZg14.Qml/g
粒度50Λ00 目50/100 目50/100 S
實鐘例71的霤膜砂的權謝!標項目實旄7買施gI實施9
熱態(tài)抗彎3.51PA3- TiPA— 4.1MPA.............................................m...................................................................773BPA..............................................................................73MRA..............................................................常溫抗拉_ 3? 761PA__3.851PH__3,68.M PA_
舊點.……."103C.?04?…—HB.t:.....1--Tsii2.m.......................................................................2.:.5.3?.............................................—.....——
發(fā)氣量IC 7ml/g14.9rol/g14.8*1/g
粒度50/100 目50/W0 目50/100 目
由上述表格可知，依照本發(fā)明配比范圍，高合金材質鑄件的特種覆膜砂的熱態(tài)抗彎指標在3.2MPA"4.2MPA之間，灼燒減量為2.389Γ2.53%，發(fā)氣量為14.7ml/g"l4.9ml/g之間，具有良好的耐熱和低膨脹性能，，能夠滿足大規(guī)模連鑄生產(chǎn)的需求。
[0033]而比較上述幾組檢測項目，實施例六的熱態(tài)抗彎效果突出，且綜合效果相對較好，其中再生砂占原砂總質量的55% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.7% ;固化劑為粘結劑質量的11% ;潤滑劑為粘結劑質量的7% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的1% ;而實施例五的灼燒減量和發(fā)氣量更加符合優(yōu)化標準，熱態(tài)抗彎相對也比較突出，其中再生砂占原砂總質量的55% ;寶珠砂占原砂總質量的30% ;磁鐵礦砂占原砂總質量的15%，粘結劑占原砂總質量的1.9% ;固化劑為粘結劑質量的9% ;潤滑劑為粘結劑質量的8% ;偶聯(lián)劑為粘結劑質量的2%，可以看出，在原砂比例保持固定優(yōu)化的基礎上，改變粘結劑、固化劑、偶聯(lián)劑的配比，可以實現(xiàn)不同效果，以此類推，原砂比例和添加劑比例均可以在本發(fā)明限定范圍內(nèi)，根據(jù)具體需求以及實際生產(chǎn)的需要自由調節(jié)。
【權利要求】
1.一種高合金材質鑄件的特種覆膜砂，包括原砂、潤滑劑、粘結劑、固化劑和偶聯(lián)劑，其特征在于:所述粘結劑占所述原砂總質量的1.7-1.9% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的9-11% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的6-8% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1_2%。
2.如權利要求1所述的高合金材質鑄件的特種覆膜砂，其特征在于:所述原砂包括再生砂、寶珠砂和磁鐵礦砂；所述再生砂占所述原砂總質量的50-65% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的25-35% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的10-15%。
3.如權利要求2所述的高合金材質鑄件的特種覆膜砂，其特征在于:所述再生砂占所述原砂總質量的50% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的35% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的15%,所述粘結劑占所述原砂總質量的1.8% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的10% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的6% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1.5%。
4.如權利要求2所述的高合金材質鑄件的特種覆膜砂，其特征在于:所述再生砂占所述原砂總質量的55% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的30% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的15%,所述粘結劑占所述原砂總質量的1.9% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的9% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的8% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的2%。
5.如權利要求2所述的高合金材質鑄件的特種覆膜砂，其特征在于:所述再生砂占所述原砂總質量的65% ;所述寶珠砂占所述原砂總質量的30% ;所述磁鐵礦砂占所述原砂總質量的5%,所述粘結劑占所述原砂總質量的1.7% ;所述固化劑為所述粘結劑質量的11% ;所述潤滑劑為所述粘結劑質量的7% ;所述偶聯(lián)劑為所述粘結劑質量的1%。
【文檔編號】B22C1/00GK104209450SQ201410448500
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權日:2014年9月4日
【發(fā)明者】劉松奇, 王瑞金, 閆國富, 彭德樓, 齊曉軍 申請人:河南省西峽汽車水泵股份有限公司