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鋁合金鑄造 硅酸鹽類粘結劑顯優
發布時間:
2016-02-23 00:00
來源:
無機鹽是酸根為無機酸的鹽類,包括硅酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、硝酸鹽、硼酸鹽、碳酸鹽和多種堿金屬或堿土金屬的鹵化物,品種繁多,不勝枚舉。
從開啟人類文明的青銅時代開始,鑄造工藝所用的鑄型(包括陶范),就是以天然砂粒為骨料、以粘土為粘結劑制成的,而且制造陶范的材料中粘土含量很高。各種粘土(包括高嶺土、蒙脫石、伊利石綠泥石等礦物),成分都以Al2O3、SiO2為主,都屬于層狀結構的硅酸鹽礦物,都是無機鹽類材料。
時至今日,雖然用金屬型制造的鑄件日益增多,砂型鑄造方面,又有各種有機粘結劑不斷推出,但是,世界各國生產的鑄件總量中,用粘土濕型砂造型制成的仍然占65%左右。此外,還有不少鑄件是用水玻璃砂造型制成的。
近二十年來,由于對作業條件和環境保護的要求日益嚴格,各種樹脂在鑄造生產過程中產生的污染逐漸為人們所認知,無機鹽類無毒、無害、無惡臭的優點再一次受到了普遍的關注,一些工業發達國家的鑄造行業都加強了這方面的研究工作。
鑄造行業所用的硅酸鈉系粘結劑,主要是水玻璃。水玻璃是多種硅酸鈉的水溶液,其分子結構復雜,到目前為止,對其實際組成仍然不很清楚。近年來,很多研究工作在硅酸鈉的基礎上加入各種改性劑,以改善其性能,對于這些改進型粘結劑,不宜仍稱之為水玻璃,只好籠統地稱之為硅酸鈉系粘結劑。
硅酸鹽系粘結劑應用的新突破
近十多年來,德國的同行對硅酸鹽類粘結劑進行了全面、系統的研究開發工作,力度非常之大,由許多知名的企業分工合作,其中有:
①ASK公司和HA公司等世界知名的粘結劑生產廠商,從事硅酸鹽系粘結劑及有關改性劑方面的研究、開發工作。
②Laempe&Mossner公司,研制適用于用硅酸鹽系粘結劑、大批量自動化制芯的設備。
③TU礦業研究院鑄造研究所負責舊砂再生、回用方面的研究。
④BMW(寶馬)公司、大眾汽車公司和Diamler公司位于Mettingen的輕合金鑄造廠等生產企業從事工藝試驗和生產應用。
德國鑄造學會(VDG)2002年11月召開的會議上,就著重討論了如何使無機粘結劑的應用有新的突破。ASK公司和HA公司介紹了他們研制的新型無機粘結劑。
2003年,德國舉辦的GIFA展覽會上,ASK公司展出了以硅酸鹽為基礎的INOTEC粘結劑,HA公司展出了Cordis系列粘結劑。
BMW公司在汽車用鋁合金鑄件方面,采用INOTEC粘結劑制芯,以代替尿烷樹脂冷芯盒工藝制芯,在大量試驗工作的基礎上,2006年開始試生產,以考核工藝的可行性,結果表明:在鑄件質量、生產效率等方面都不遜于冷芯盒工藝,因而,很快就正式在汽車工業大批量生產中應用。現已確認:在生態、產品質量、經濟等方面都獲得了很好的效益。
關于HA公司研制的Cordis系列粘結劑的組成,2004年的報道中說是以硅酸鈉為基礎,2006年的報道中說是由磷酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽組配制成的。目前不能確定其具體的組成,但含有硅酸鈉是沒有問題的。
大眾汽車公司和Diamler公司位于Mettingen的輕合金鑄造廠已在生產中采用Cordis粘結劑制芯,代替冷芯盒工藝,制造鋁合金鑄件。
這項成果,標志著硅酸鹽系粘結劑的應用已經進入了一個嶄新的紀元,其在汽車行業大批量生產中的應用尤其值得重視。
目前,我國一汽公司已經引進了這項工藝技術,用于鋁合金鑄件的生產。
對硅酸鹽系粘結劑的一些新的認識
要解決硅酸鹽粘結砂的再生、回用問題,必須注意以下三個條件:
1)鑄型或砂芯不能經受太高溫度的作用,不能使硅酸鹽粘結膜失去其中的結構水,尤其要避免其在高溫作用下與砂粒熔合。因此,在現階段,只能用于生產鋁合金鑄件或某些澆注溫度更低的合金鑄件。
2)鑄型、芯砂制成后,只能借助于脫除自由水使之硬化。目前,歐洲還只是用于制芯,采用的硬化方法是在制芯后吹200℃以下的熱空氣使之脫水硬化,而且,應該避免任何材料與硅酸鹽發生反應,落砂得到的舊砂中應不含任何反應產物。
3)硅酸鹽系是一種前景很好的粘結劑,鑄造行業對其應予以高度的關注,但是,目前還只能用于生產鋁合金鑄件。
硅酸鹽系黏結劑在鑄鐵、鑄鋼方面的應用,落砂和砂再生、回用的問題仍然存在,這是有待今后進一步進行探討、研究的課題。
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