灰鑄鐵缸體常見缺陷的產生原因

水玻璃的出現已有 300 多年的歷史，但作為鑄造和製芯的粘合劑，直到 1947 年才由德國的 L. Petrzela 博士開發出以 CO2 為硬化劑的水玻璃砂工藝。捷克共和國。 的。

半個多世紀以來，人們在不斷的研究和探索中，對水玻璃砂硬化機理的認識經歷了四大轉折過程，即：

• 1）2年代前蘇聯Lias教授（Лясс AM）的CO1950純化學硬化理論。 他將硬化過程分為矽酸鹽的分解、矽膠的形成和矽膠中水分的部分流失。 他錯誤地認為矽酸的沉澱和矽膠的形成是CO2硬化水玻璃砂的強度。 唯一來源
• 2）到1960年代，Worthington R的CO2水玻璃砂硬化工藝被認為是化學和物理硬化方法相結合，即矽酸鈉在CO2的催化下分解成游離的矽酸，然後冷凝成矽膠。 矽膠脫水會導致“矽膠粘合”，這是一種“化學硬化”； 未反應的水玻璃脫水會導致“玻璃化”，屬於“物理硬化”。 但他錯誤地認為化學硬化是一種高效快速的硬化措施，而忽略了物理硬化的重要作用；
• 3）到1990年代初，我國朱春熙等人製作的CO2硬化水玻璃，實質上是“物理硬化”理論。 他認為，水玻璃砂吹CO2硬化一定是在一個非常特殊的條件下，即水玻璃被覆在砂粒表面，形成一層只有幾微米厚的薄膜，才能創造出良好的效果。脫水條件並促進水玻璃的快速凝固。 ，所以說“水玻璃的硬化本質上是物理硬化”。 這種觀點的缺點是仍然遵循矽酸鈉與CO2反應析出游離矽酸的錯誤觀點。
• 4) 1990年代末，朱春熙等人根據CO2硬化屬於物理硬化學的理論，經過進一步深入研究，提出硬化水玻璃是一種“脫水高模量水玻璃” . 該理論，即反應生成的矽酸不能以游離狀態沉澱，而是重新溶解在未反應的水玻璃中，增加後者的模量，實現水玻璃的硬化。 例如，用有機醋對水玻璃砂進行硬化處理，可以得到表面和內部模量均一的硬化高模量水玻璃膜，接近M=3.45。 當使用CO2硬化水玻璃時，得到硬化的高模量水玻璃膜，其模量從表面和內部逐漸降低，平均M接近3.79。

因此，硬化水玻璃是一種脫水後的高模量水玻璃，可通過失鹼失水而固化。

到 2008 年，德國人 C. Wallenhorst 等人。 認為矽酸鈉砂的硬化反應方式可分為以下兩種，如圖1所示。

1.1 模式A

在酸性溶液或固化劑（CO2或有機酯）存在下，水玻璃中膠體顆粒的生長速度極慢，但直接聚集成三維網絡凝膠。

1.2 模式B

在無固化劑的鹼性溶液條件下（加熱下），膠體顆粒先長大，形成溶膠結構； 單個溶膠粒子只有在促進劑的交聯作用下才能形成三維網絡結構。

單個矽酸顆粒可以長成大膠體顆粒（模式 B），或者它們可以聚集成鏈狀和網絡凝膠結構（模式 A）。 在這兩種硬化反應模式中，化學反應機理是相同的——通過單個矽烷醇官能團之間的縮合反應，脫水並連接到新的矽氧烷化合物。
”可見，水玻璃的硬化反應方式主要取決於粘結劑溶液的pH值。在低PH值（有CO2或有機酯固化劑存在）的矽酸水溶液中，有利於硬化反應方式A。此時硬化反應速度很慢，膠體粒子相互聚集形成支鏈的多孔凝膠結構。

當矽酸水溶液的pH值>7時（無CO2或有機酯並熱引發），硬化反應模式B進行，形成大顆粒溶膠結構。 在pH值高的溶液中，分子增長太快，硬化反應主要是由於膠體顆粒的不斷增長以及凝膠結構的形成。 事實上，聚合成網絡結構的現像被抑制了。

含促進劑的水玻璃砂加熱硬化時，硬化反應機理如下：

芯砂水玻璃受熱激發後，按硬化反應方式B進行（見圖1），膠體顆粒長大，形成溶膠結構。 此時，隨著硬化反應的進行，可能形成基本均勻的粒狀結構或具有一些缺陷的結構。 缺陷的多少將直接影響其後續的使用性能，例如砂芯的防潮性能。

當水玻璃砂芯被CO2氣體硬化，或有機酯硬化時，單一的溶膠離子會按照硬化反應方式A進行，膠體顆粒會聚集並相互結合形成凝膠結構. 如果矽酸鹼性溶液中沒有固化劑，矽膠顆粒可以穩定存在於鹼性溶液中。 這是因為膠體顆粒表面具有帶正電荷的鈉離子雙電層的電效應。 膠體粒子相互排斥而不結合的結果。 如果在矽酸鈉砂的硬化過程中存在無機促進劑，它可以起到膠體顆粒之間的交聯劑的作用，即無機促進劑可以通過其表面的活性反應基團將各個溶膠顆粒相互連接起來. 共同形成矽酸鹽骨架的三維網絡，使粘結劑迅速固化，砂粒粘結形成。

如果不添加無機促進劑，二次硬化過程中網狀結構的矽酸鹽骨架的形成非常緩慢，製備的砂芯存在瞬時強度低、防潮性差等缺點。

通過對上述水玻璃硬化機理的分析可以看出，雖然水玻璃砂的硬化方法多種多樣，但常規上可分為物理硬化和化學硬化，其硬化機理是一致統一的。 的。 也就是說，矽酸鈉砂的有機酯硬化法與CO2硬化法的硬化機理完全相同，主要是基於未反應的水玻璃脫水的物理硬化，這是造成砂的強度降低的主要原因。型（芯）砂； 生成矽凝膠的化學硬化輔以矽酸鈉砂的快速凝固，初始強度的建立，砂的防潮性和儲存穩定性的提高，化學硬化和物理硬化的協同過程.

基於對上述矽酸鈉砂不同硬化方法（CO2法、有機酯法和加熱+促進劑法等）的硬化機理進行深入分析，探討水玻璃結合強度和水分的影響從分子結構層面分析水玻璃與可溶性能之間的主要影響因素，從而從分子角度改變水玻璃的結構和形貌，開發新的加熱硬化+促進劑水玻璃砂新工藝，從而提高水玻璃砂的結合強度。 提高其耐濕性和改善崩塌性能的目的是不斷改進和改進水玻璃砂的工藝性能，同時不斷克服其固有的缺點，從而成為21世紀最有前途的綠色鑄件。 清潔粘合劑。

2 新型無機結合砂工藝性能

2.1 粘結強度性能

通過製備無定形磷酸鹽並用其對水玻璃進行改性，提高了無機粘合劑的結合強度。

為了進一步提高水玻璃砂的結合強度，開發了有機促進劑。 通過化學交聯和硬化，可以大大提高水玻璃砂的瞬時強度。 當有機促進劑添加量為1.5%時，瞬時拉伸強度可達1.8MPa。

2.2 芯砂的抗濕性

一般而言，熱風硬化的水玻璃砂強度在潮濕環境中會逐漸降低。 為了提高水玻璃砂的抗濕性，一方面在硬化後徹底去除砂中殘留的水分，另一方面採用化學交聯硬化的方法。 當促進劑加入1.5%時，水玻璃砂的抗拉強度不會降低，在20℃、80%相對濕度下放置24小時後會略有增加

2.3 芯砂流動特性

水玻璃本身的表面張力較大，使水玻璃與硅砂之間的潤濕性較差，澆鑄用水玻璃的粘度一般過大，使水玻璃砂的粘度變大。攪拌量很大，沙粒附著在水玻璃上。 運動阻力很大，導致水玻璃砂流動性差，最終大大降低丸芯的密實度。 本實驗中加入了表面活性劑和固體潤滑劑，大大提高了型砂的流動性。

本實驗在使用表面活性劑和固體潤滑劑的基礎上，研製出一種球形促進劑，大大提高了水玻璃砂的流動性。

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