超声改性水玻璃及水玻璃型（芯）砂性能的改善

刘凡

（陕西重型机械制造有限公司 陕西 西安 710032）

0 前言

由于水玻璃砂具有造型精度高，价格较低，来源广，使用方便，无环境污染等优点，在铸钢件及铸铁件的生产中，水玻璃具有广泛的应用。但是，水玻璃砂的溃散性差，即时强度低及再生效果差、严重阻碍了其应用范围的扩大。70年代末，国内外学者就对水玻璃的化学改性进行了大量研究，取得了一定进展，但依靠化学改性并不能完全解决水玻璃砂所存在的问题。近年来国内研究表明，对于水玻璃进行超声改性，能提高σ干拉，但对于水玻璃砂的其他性能究竟影响怎样？合适的超声处理时间怎样？在改性基础上加入附加物对其性能有何影响，均未见报导，对此进行研究，有一定现实意义。

1 试验条件及测量指标

图1 水玻璃超生改性装置简图

1.1 水玻璃的超声处理

将超声波发生器的磁玫伸缩杆直接插入盛有水玻璃的容器中（见图1），超声波频率范围为16~20kHz，功率为30W，盛有水玻璃的容器、每次处理水玻璃的量固定；用改性水玻璃配制水玻璃砂，制样、测量其性能。

1.2 测量指标及测试方法

1.2.1 湿强度：测定σ湿压、σ湿拉，反映常温自然硬化场合下的造型性能，统一测量常温下放置5小时的性能。

1.2.2 干强度：测定σ干压、σ干拉、σ干剪，测量试样在预热250℃的烘炉中，保温1小时冷却后的性能。

1.2.3 溃散性能：以试样在1000℃的烘炉中，保温半小时冷却至室温的高温残留抗压强度σ残压表示，并实浇铸件，以清砂结果为根据实验。

σ干压采用万能液压试验机测定，其它性能采用SQY液压强度试验仪测定。

1.3 制样

采用三锤紧实法制作标准试样。测量三个试样值，取算数平均值代表测量性能值。

1.4 原材料

原砂用大林4S55/100（O—口）擦洗砂，水玻璃：模数2.4，比重1.41g/cm3。

2 实验结果及分析

2.1 水玻璃超声处理时间的确定

图2 水玻璃砂的性能与超声处理时间的关系

图2是不同超声处理时间下，原砂100%+水玻璃8%+水5%配制的水玻璃砂的各种性能测量结果，由图可见：

2.1.1 水玻璃的合适超声处理时间为60分钟，在该时间下，与未改性水玻璃砂相比，超声处理使水玻璃砂湿强度提高显著，同时也能使水玻璃砂的干强度提高。对于σ干拉提高30%，σ干压提高41%，σ干剪提高50%。

2.1.2 超声处理可使水玻璃砂的高温残留强度降低 30%~ 40%，从而改善其溃散性。

分析：超声处理使水玻璃砂湿强度及干强度提高是由于：

（1）超声处理可使水玻璃缩聚的聚硅酸胶粒重新解聚，使水玻璃的粘度降低，型砂混合均匀性增强，消除了水玻璃的老化现象。

（2）超声处理，可活化水玻璃与砂粒的接触表面，降低水玻璃的表面张力。超声处理对水玻璃砂溃散性能的改善的原因，尚待进一步研究。

2.2 超声处理情况下，水玻璃用量与型砂性能的关系。

图3 超声处理60分水玻璃加入量对型砂性能的影响

2.2.1 水玻璃经超声处理，可使型砂中水玻璃的加入量减少，在水玻璃加入量为6%的情况下，干拉强度与未改性的水玻璃砂8%的用量接近，但湿强度及溃散性能均有效大幅度改善。

2.2.2 在满足σ干压≥8kg/cm2的条件下，以σ干拉、σ湿压、σ残为比较指标，经超声改性，可使水玻璃用量进一步降至4%左右，与未改性水玻璃加入量为8%的水玻璃砂相比，湿强度提高4倍，高温残留强度可降低8%左右。

2.2.3 减少水玻璃加入量，可大幅度降低其高温残留强度，是提高水玻璃砂溃散性能的主要途径。

2.3 附加物对改性水玻璃砂的性能的影响

表1 附加物对水玻璃砂性能的影响

表1是在型砂配方为100%原砂+6%水玻璃+5%水、水玻璃超声处理时间为1小时条件下，加入粘土附加物的性能对比情况。由表1可见，在其他条件相同情况下：

2.3.1 加入膨润土等附加物对性能的影响与水玻璃不经超声处理的情况基本相同，可使湿强度增加，残留强度降低，但干强度下降。其原因是粉料的加入在湿态起一定粘结作用，但在干态由于破坏了砂粒表面层硅酸膜的连续性，减少水玻璃“粘结桥”的面积，从而σ干下降，σ残下降。

2.3.2 加入磁化水，其他性能变化不大，但使型砂残留强度降低，其原因尚待进一步研究。

3 结论

3.1 型砂强度

在其他条件相同的情况下，经超声改性后的水玻璃砂湿强度提高显著，干强度提高30%~50%，高温残留强度降低40%。

3.2 超声处理时间

在本实验条件下，超声处理时间的合适时间为1小时左右。

3.3 水玻璃用量

经超声处理，在满足生产条件下，可使水玻璃用量由8%降至4%，此时水玻璃砂的湿强度适宜，溃散性能显著改善。降低水玻璃用量是提高水玻璃砂溃散性能的主要途径。

3.4 其它添加剂的作用

超声改性水玻璃砂，加入膨润土可提高湿强度，溃散性，但干强度降低。加入磁化水可提高溃散性。这）些可根据不同使用场合合理选用。

［1］程宽中，等.改性水玻璃砂溃散性的研究和生产实践[J].铸造，1984（4）：19－23.

［2］朱纯熙，等.水玻璃的化学改性[J].铸造，1991（3）：23－26.

［3］谢祖锡.水玻璃的超声改性及水玻璃砂性能的改善[J].铸造，1991（7）：31－33.

［4］昆明工学院.造型材料[M].昆明：云南人民出版社，1978.

［5］邹忠桂，等.水玻璃改性的理论基础[J].造型材料，1988（3）：37－42.