水玻璃型壳新型硬化剂的研制

——精密铸造——特种铸造及有色合金 2010年第30卷第12期 水玻璃型壳新型硬化剂的研制及应用 景宗梁1 陆黎明1 陆洲2 (1．江苏宜兴天源化工有限公司；2．南京林业大学) 其原因不仅仅是铸件面粗糙度高、尺寸精度低，而且 行调整、掌握和控制硬化速度，从而提高产能，降低制壳 采用氯化铵溶液作硬化剂会产生大量的氨气，严重腐蚀 成本。 设备和影响工人健康，同时，硬化剂溶液也会造成水体 1．3新型硬化剂的硬化机理 污染。另外，污染环境，以及操作工人劳动强度大，劳动 当水玻璃浆料与新型硬化剂接触后，在涂层界面上 环境差、涂层多次重复地放在硬化液中浸泡，对涂层的 迅速产生界面硬化形成硅胶凝膜，随后，硬化剂通过涂 干燥程度不易掌握和控制，尤其是潮湿天气、梅雨季节、 层胶膜的间隙和微裂纹由表及里的渗透扩散，胶凝层不 阴寒的冬季，铸件品质问题尤其严重，甚至会导致大量 断增厚，顺序硬化胶膜中二氧化硅，使凝胶化转变充分， 的报废a 硬化层逐渐顺序形成‘¨。 但水玻璃结壳工艺由于材料价格低廉、设备投资 水玻璃中的氧化钠与有机酯反应生成有机酯钠，有 少、制壳周期短等特点，虽然铸件品质差一点，但对表面 机酯钠的存在对提高型壳的湿强度和高温强度有利，相 品质要求不是太高的碳钢件、低合金钢件、铸铁件、铜铝 应的，型壳浇注后残留强度也稍有提高嘲。 合金件还是适用的，在现阶段要彻底淘汰水玻璃结壳工 近年来，砂型铸造采用有机酯硬化水玻璃砂的工艺 艺，还比较困难。但要通过创新，开发更环保节能和清 不断改进，从严格控制型砂水分的层面来说，有利于型 洁的硬化剂。 砂的硬化。羧酸不阻碍胶凝层的产生和增加，羧酸钠吸 1新型硬化剂 附在暑萎笔墓蓑蓁芸茬芸萎三霎衰裹戮、氯 新型硬化剂由几种有机酯合成的化合物，如甘油醋 化镁、氯化钙都必须配制成硬化液，并且，硬化液中一定 酸酯，甘油二醋酸酯，甘油三醋酸酯，乙二醇二醋酸酯， 要保证硬化剂的含量，其硬化方式称之为水法化学硬 二甘油二醋酸酯等(用Y表示)，与适量的改性剂合成 化，而新型硬化剂的硬化方式是干法化学硬化。 (用s表示)，新型硬化剂商品命名为Y孓28。 2 水玻璃改性剂 外观为无色或略带浅黄色，游离酸含量(质量分数， 目前国内生产的高模数水玻璃的品质良莠不齐，为 下同)≤o．5％，水含量≤O．1％，密度为1．10～1．20了满足有机酯对水玻璃的硬化条件，必须对普通水玻璃 g／cm。(20℃时)，粘度<100mPa．s(20℃时)，具有无 进行有机改性，即在水玻璃粘结体系中引入有机活性离 耋薏，=囊■燃臁易水解的姚质量指主瓣嚣蒸嚣翟篇銎霎霎标符合Q朋202829¨TxT-p～T 蒿击葛箍崖：霁直磊茗磊三凳荔言薹蚕：嘉筹孬磊委芸 1·2 新型硬化剂的硬化速度 也能有所改善Ⅲ。 新型硬化剂系列：YS-28一(I)为快速，快速硬化时 水玻璃改性剂不要预先加入水玻璃中，而是加入到 间为15～20rain。YS-28一(II)为中速，中速硬化时间由多种酯合成的有机酯中，在一定的反应条件下再次合 收稿日期：2010’09—20；修改稿收到日期；2010—10—02 第一作者简介：景宗梁，男，1945年出生·高级师，江苏宜兴天源化工有限公司，江苏无锡(214035)，电话：13115061108，E--mail：jzl--02@163．corn 1127万方数据 一特种铸造及有色合金2010年第30卷第12期的过程同时进行。3试验结果及 将有机酯与面层用石英砂、背层用颗粒砂分别混合 起来。混砂方法：先将砂加到搅拌机内，搅拌30s，以去 除砂中的粉尘。在搅拌机保持运转的状态下，细流量慢 速加入有机酯，搅拌1．5～2．0min，出砂。 3．1浆料配制及撒砂 水玻璃结壳工艺采用新型硬化剂时，面层浆料、加 固层浆料的配制以及撒砂种类见表1。 裹1浆料配制及撒砂 面层浆料 粉液比 面层撒砂 d=1．28 石英粉270目∞(JFC)=O．07％ M=3．1～3．4 1．0I(1．O～1．1) "(正辛醇)一0．05％ 50～70目石英砂 背层浆料 粉液比 背层撒砂 d=1．34 石英粉50％ M=3．1～3．4耐火粘土50％ 1．00：(1．20～1．25) 20～40目合钵砂或颗粒砂 3．2有机酯的加入量 10kg面层用石英砂中加入YS-28新型硬化剂 300、350、400、450mL，搅拌均匀；10kg背层用合钵砂 或颗粒砂中分别加入YS-28新型硬化剂350、400、450、 500mL，从型壳强度测试来看，随着新型硬化剂加入量 的增加，型壳强度也随之提高。 3．3改性剂的加入量 由于改性剂是按一定的摩尔比合成在复合有机酯 中的，所以，有机酯加入量大，改性剂加入量也大[4矗]， 改性剂起到提高水玻璃活性的作用，促进硅胶凝的析 出，有助于涂层的硬化。 3．4硬化时间的确定 由于新型硬化剂是几种有机酯合成的化合物，所 以，硬化剂与浆料的硬化时间是可调的，从试验情况来 看，冬季以30min、夏季以20rain的硬化时间为最佳， 而且性价比较好。 3．5干燥时间的确定 模组从传统的水法化学硬化池中取出之后，整个涂 层是湿透的，需要用较长的时间才能将水分吹干。而新 型硬化剂是在室温、无水状态下硬化，硬化后，涂层中及 涂层外的水分较少，只要稍加干燥就能去除水分，通常 情况下，30min就能满足涂层的干燥要求。 3．6脱蜡工艺的确定 结壳完毕，模组放置过夜，第二天用热水脱蜡，脱蜡 1128 水中加人质量分数为3％"--5％的氯化铵或体积分数为 0．5％～1％的盐酸。另外，型壳焙烧温度及保温时间、 熔炼及浇注温度按水玻璃常规工艺进行即可。 4 生产验证及应用 4．1滚轮的生产 产品名称：滚轮；材质：201不锈钢；单件质量：150 g，16件／组，组树方式见图1，产品示意图见图2。 图1滚轮蜡模的组树图 图2滚轮零件图 结壳环境条件：室内温度9℃，雨天，相对湿度 >90％，不开风扇，无空调器。 浆料配制及撒砂类别，见表1。砂的制备：面层砂， 10kg加300mL新型硬化剂，细流量慢速加入有机酯， 搅拌1．5～2．0min，搅拌均匀，备用。背层砂10kg加 新型硬化剂350mL，细流量慢速加入有机酯，搅拌 1．5～2．0rain，搅拌均匀，备用。加入新型硬化剂后的 砂，有明显的湿润手感。 制壳操作：涂制第1层，模组挂面层浆后，撒新型硬 化剂与面层砂混和的制备砂，放置架子上自然干燥，30 rain后，将涂层上的浮砂吹掉，继续自然干燥30min(前 30min以硬化为主，后30min以干燥为主)。涂制第2 层，同第1层的操作。第3层，挂背层浆后，撒新型硬化 剂与背层砂混和的制备砂，放置架子上自然干燥，30 min后，将涂层的浮砂吹掉，继续自然干燥30min。涂 制第4层和第5层，同第3层的操作。第6层，挂背层 浆，不撒砂，在结晶氯化铝溶液中浸泡15rain，用以封 层。 当天制壳完毕，放置过夜，次日热水脱蜡后放置过 万方数据 水玻璃型壳新型硬化剂的研制及应用景宗梁等 夜，然后焙烧、浇注。 铸件检验：型壳残留强度不高，清壳容易，不粘砂， 铸件表面光洁，无铸造缺陷，经多次试验稳定性好，成功 率达100％，铸件见图3。 图3抛丸后的滚轮 4．2三通阀的生产 产品名称：三通阀，材质：35#钢，单件质量：3kg， 组树数量1件／组，蜡模组树见图4，零件简图见图5。 图4三通阀蜡模 图5 三通阀零件图 结壳环境条件：室内温度25℃，晴天，相对湿度为 60％，不开风扇，无空调器。 浆料配制及撤砂类别，见表1。砂的制备：面层砂 10kg加350mL新型硬化剂，搅拌均匀，备用。背层砂 10kg加400mL新型硬化剂，搅拌均匀，备用。此时的 砂，有湿润的感觉。制壳操作：涂制第1层，模组挂面层 浆后，撒新型硬化剂与面层砂混和的制备砂，放置架子 上自然干燥，30min后，将涂层上的浮砂吹掉，然后，用 喷雾器向涂层内外喷上一层薄薄的新型硬化剂，继续自 然干燥30min。涂制第2层，同第1层的操作。涂制第 3层，挂背层浆后，撒新型硬化剂与背层砂混和的制备 砂，放置架子上自然干燥，30min后，将涂层上的浮砂 吹掉，用喷雾器向涂层内外喷上一层薄薄的新型硬化 剂，继续自然干燥30min。涂制第4层、第5层、第6层 和第7层，同第3层的操作。第8层，挂背层浆，不撒 砂，在结晶氯化铝溶液中浸泡15min用以封层。 当天制壳完毕，放置过夜，次日脱蜡后放置过夜，然 后焙烧、浇注。 铸件检验：型壳残留强度不高，清壳正常，不粘砂， 铸件表面光洁，无铸造缺陷，多次试验稳定性好，成功率 达100％，铸件见图6。 5 结论 图6三通阀铸件 (1)使用新型硬化剂后，型壳常温和高温强度高，残 留强度低，脱壳性好，铸件表面光洁，无铸造缺陷，其自 然干燥硬化的特性，与硅溶胶结壳工艺有一定的相似之 处。 (2)改善劳动环境，制壳过程中，无气味、无毒、对人 体无害、对设备无腐蚀，减轻了工人劳动强度。 (3)减少水污染，避免酸性气体的排放，减轻大气污 染，有利于环境保护和实现绿色铸造。 参考 文 献 [1]尹德英。杨玉芝．酯硬化水玻璃砂的生产实践EJ]．铸造，1999(4)： 35-38． E23伊淑莲，段希仁．新型酯硬化水玻璃自硬砂工艺应用研究[J]．铸造， 2006，55(4)：345—249． [33朱纯熙，卢晨．水玻璃添加剂的分类和选用原则口]．铸造，1997(9)t 50一52． 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