[发明专利]熔模精密铸造水玻璃粘结剂型壳CO2气体硬化工艺

说明书

技术领域

本发明属于熔模精密铸造技术领域，它涉及熔模铸造水玻璃粘结剂型壳的硬化方法，具体地说是一种熔模精密铸造水玻璃粘结剂型壳CO₂气体硬化工艺。

背景技术

在熔模精密铸造生产中，用水玻璃作粘结剂制壳时，必须通过硬化工艺，型壳才能获得湿强度，型壳的硬化效果影响着产品的质量和生产效率，是该工艺中十分重要和关键的工序。水玻璃熔模精密铸造工艺在上世纪五十年代末引进中国时，是采用20％的氯化铵水溶液作硬化剂，上世纪七十年代，我国又开发出结晶氯化铝、聚合氯化铝、氯化镁、氯化钙等水溶液的硬化剂，目前使用最广的仍是结晶氯化铝和氯化镁水溶液，而氯化铵水溶液由于硬化时产生大量氨气，但其渗透硬化效果好，故仅被用作面层制壳的硬化。

熔模铸造水玻璃粘结剂型壳氯盐水溶液硬化的机理：

以水玻璃粘结剂和耐火粉料配制的浆料在蜡模上浸涂后再敷上耐火砂粒，即形成了涂料层，然后再浸入硬化液中浸泡，涂料层立即硬化而具有一定的湿强度，如此反复多次即形成多层型壳。

熔模铸造水玻璃粘结剂型壳的硬化机理简单的说是，强碱弱酸组成的硅酸盐水溶液即水玻璃粘结剂，与强酸弱碱组成的氯盐的水溶液即硬化剂进行置换反应而析出硅凝胶，使能流动的涂料层变硬而具有一定的湿态强度，其化学反应的示意式如下：

用氯化铵做硬化剂

Na₂O·mSiO₂·nH₂O+2NH₄Cl＝mSiO₂·(n-1)H₂O+2NaCl+2NH₃+2H₂O

用结晶氯化铝做硬化剂

3(Na₂O·mSiO₂·nH₂O)+2AlCl₃＝3SiO₂·(n-1)H₂O+2Al(OH)₃+6NaCl

用结晶氯化镁做硬化剂

Na₂O·mSiO₂·nH₂O+MgCl₂＝mSiO₂·(n-1)H₂O+Mg(OH)₂+2NaCl

但是水玻璃不是一个单一的化合物，其基本组成是钠的硅酸盐，它是由不同的SiO₂和Na₂O的比例组成的多种化合物的混合体。当它溶于水后，就成为SiO₂-H₂O的分散体系，由于Na₂O的存在，溶液的pH值大于11.5，因而SiO₂不会单独析出，而是以两种形态存在于溶液中，一种是以可溶性SiO₂形态即硅酸根离子存在，它是一种活性的SiO₂，另一种是以聚合的固相粒子或称亚胶体粒子形态存在，它是一种非活性的SiO₂，水玻璃溶液中的SiO₂是以第一种形态为主，被称为离子溶液，但当其模数达到2以上时，即Na₂O的比例下降，它就会出现第二种形态的SiO₂，而成为双重性质的分散体系。熔模铸造使用的水玻璃的模数达3以上，其中胶体形态的SiO₂就占1/4，其余3/4则为硅酸根离子形态，因此它具有离子溶液与胶体溶液的双重性质，它与酸性物的反应及反应产物是复杂的，且有许多中间反应阶段和中间产物。因此用简单的置换化学反应式是不能准确表达水玻璃粘结剂的硬化基理的，只能是近似的或示意的反应关系。