1、铸造粘结剂铸造粘结剂1铸造粘结剂的分类铸造粘结剂的分类铸造粘结剂的主要作用铸造粘结剂的主要作用是将颗粒状或粉状造是将颗粒状或粉状造型材料形成有一定强度的连续粘结簿膜而形型材料形成有一定强度的连续粘结簿膜而形成铸型。成铸型。从粘结剂的粘结机理来分从粘结剂的粘结机理来分： 物理成膜粘结剂与化学成膜粘结剂物理成膜粘结剂与化学成膜粘结剂按组成分类按组成分类： 可分为有机粘结剂与无机粘结剂可分为有机粘结剂与无机粘结剂2一、无机粘结剂一、无机粘结剂1、铸造用粘土 粘土是铸造用的一种主要粘结剂，粘土被水湿润后具粘土是铸造用的一种主要粘结剂，粘土被水湿润后具有粘性和塑性，烘干后有一定的强度。它的耐火度较有粘性
2、和塑性，烘干后有一定的强度。它的耐火度较高，复用性好，资源丰富，价格低廉，应用很广泛。高，复用性好，资源丰富，价格低廉，应用很广泛。粘土的组成粘土主要是由细小结晶质的粘上矿物组成，如高岭石和蒙脱粘土主要是由细小结晶质的粘上矿物组成，如高岭石和蒙脱石等。它的组成都是含水铝硅酸盐，化学式为石等。它的组成都是含水铝硅酸盐，化学式为3粘土的粘结机理l粘土矿物的胶体特性粘土矿物的胶体特性所谓粘土胶体不是指干燥粘土，而是加水后的粘土水两相系统。(1)粘土和水的结合；粘土中的水可分为吸附水吸附水和结构水结构水两种。粘土吸附水可分为三种，即牢固结合水牢固结合水、松结合水松结合水和自由水自由水。牢固结合水是接近
3、于粘土表面的有规则排列的水层，有人测得其厚度约3-10个水分子厚度，而且性质也不同于普通水，其密度为1.281.48，不流动，沸点高于100，冰点低于0，比热于小1，不导电，没有溶解盐的能力，也称非液态吸附水。松结合水系指从规则排列到不规则排列水层，它与普通水也不同。其冰点也低于0，比重大于1，它虽然可在粘土表面上移动，但不受重力的影响。自由水即最外面的普通水层，也称流动水层。被粘土颗粒所吸附的水，具有较高的粘滞性。4(2)粘土胶团结构；粘土胶团结构；粘土胶团结构如图所示，在粘土胶团内粘土质点本身是带负电的胶核胶核。紧靠胶核周围吸附着一些定向的偶极水分子和一些水化的阳离子，构成了围绕胶核的吸附
4、层吸附层，随胶核一起在水中移动。胶胶核与吸附层核与吸附层构成，胶粒可以在水中独立运动。由于吸附层内阳离子不足以补偿胶核的净电荷，因此随着离胶核距离愈远，阳离子数目愈少，形成了一个阳离子浓度和粘土负电荷逐渐递减的扩散层扩散层。胶粒胶粒加上扩散层扩散层总称为胶团胶团。5(3) 粘土的粘结机理粘土的粘结机理 从以上所述，可以认为粘土的湿粘结性是这样形成的，即从以上所述，可以认为粘土的湿粘结性是这样形成的，即带负电的粘土胶粒，把极性水分子吸引在自己周围形成带负电的粘土胶粒，把极性水分子吸引在自己周围形成呈胶呈胶粘性的水化膜粘性的水化膜，依靠土粒间的，依靠土粒间的公共水化膜公共水化膜，通过其中的水化，通
5、过其中的水化阳离子，起着阳离子，起着“桥桥”或或“键键”的作用，使土粒相互连结起来，的作用，使土粒相互连结起来，产生湿态粘结性产生湿态粘结性(如图示如图示)。公共水化膜就是粘土胶粒间的公公共水化膜就是粘土胶粒间的公共扩散层共扩散层。相邻的粘土胶粒表面虽然带同号的负电荷应该互。相邻的粘土胶粒表面虽然带同号的负电荷应该互相排斥，但由于公共扩散层中相排斥，但由于公共扩散层中阳离子阳离子的吸引，的吸引，反而会反而会使它们使它们结合起来。显然粘土胶粒的扩散层愈薄，这种吸引力也愈强。结合起来。显然粘土胶粒的扩散层愈薄，这种吸引力也愈强。由此可见，由此可见，。如水分过低，不能形成完整的水化膜。如水分过低，不
6、能形成完整的水化膜;如水分太如水分太高，出现自由水，这样湿态粘结力都不高。高，出现自由水，这样湿态粘结力都不高。一般说粘土粒子一般说粘土粒子所带电荷愈多或土粒愈细小，比表面愈大，湿粘结力愈强。所带电荷愈多或土粒愈细小，比表面愈大，湿粘结力愈强。67粘土的种类粘土的种类粘土根据它含有的粘土根据它含有的粘土矿物种类及其性能粘土矿物种类及其性能的不同，主的不同，主要分为要分为普通粘土和膨润土普通粘土和膨润土两大类。用两大类。用N和和P分别表示。分别表示。8（一）普通黏土（一）普通黏土 普通黏土俗称普通黏土俗称白泥白泥，呈白色或灰白色。，呈白色或灰白色。 9（二）膨润土（二）膨润土 膨润土主要由蒙脱石
7、和黏土矿物质所组成，具有较大的吸水吸水膨胀性膨胀性、胶体分散性胶体分散性、吸附性吸附性、离子交换性离子交换性和湿态黏结性能湿态黏结性能。 按其主要交换性阳离子的不同，铸造用膨润土可分为钠基膨润土和钙基膨润土，分别以PNa 和PCa表示不同的阳离子，其吸附水分子的能力是不同的：1011（三）钙膨润土的活化处理（三）钙膨润土的活化处理粘土表面吸附阳离子的吸附能取决于被吸附离子的作用粘土表面吸附阳离子的吸附能取决于被吸附离子的作用力场力场。因此，可以用另一种价数高或浓度大的阳离子取可以用另一种价数高或浓度大的阳离子取代原先吸附于粘土上的阳离子代原先吸附于粘土上的阳离子，此即粘土的阳离子交换粘土的阳离
8、子交换性质性质。这种粘土的离子交换反应具有同号离子相互交换同号离子相互交换，离子以等量变换离子以等量变换；交换和吸附是可逆过程交换和吸附是可逆过程和离子交换离子交换并不影响粘土本身的结构并不影响粘土本身的结构等特点。122、水玻璃粘结剂、水玻璃粘结剂水玻璃的制备方法与化学式水玻璃的制备方法与化学式 水玻璃别名水玻璃别名泡花碱泡花碱，是，是硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂的水硅酸钠、硅酸钾或硅酸锂的水溶液溶液。除特别注明外用的水玻璃均指。除特别注明外用的水玻璃均指钠水玻璃钠水玻璃，其化学，其化学式为：式为：。 制造水玻璃的方法有制造水玻璃的方法有干法和湿法干法和湿法两种。两种。 干法制造水玻璃是将硅砂与苏
9、打干法制造水玻璃是将硅砂与苏打(Na2C03)或硅砂与无水或硅砂与无水芒硝芒硝(Na2S06)及碳及碳(焦炭、木炭或无烟煤焦炭、木炭或无烟煤)各按一定比例混各按一定比例混合后，在反射炉内加热到合后，在反射炉内加热到1400左右，即可得到熔融的左右，即可得到熔融的硅酸钠硅酸钠。1314水玻璃的组成水玻璃的组成固体水玻璃固体水玻璃: Na2OmSiO2, ；。，在状态图相当于SiO2在6677范围内，其最低共熔点为793，组成为Na2O2SiO2+Si02。液体水玻璃液体水玻璃: Na2OmSiO2.nH20；模数23、密度1.2-1.7水玻璃的分散状态水玻璃的分散状态水玻璃具有某些离子溶液的性质
10、，并不是典型的胶体溶液。模数在模数在2以上的水玻璃是一种以硅酸盐离子为主，以亚胶体以上的水玻璃是一种以硅酸盐离子为主，以亚胶体离子为辅的溶液。随着模数的提高，胶体性能有所增离子为辅的溶液。随着模数的提高，胶体性能有所增强。强。15水玻璃粘结剂的硬化原理水玻璃粘结剂的硬化原理1、水玻璃溶液中的平衡移动、水玻璃溶液中的平衡移动水玻璃中存在着水玻璃中存在着单硅酸与胶体粒子单硅酸与胶体粒子的的：硅酸根离子和单硅酸硅酸根离子和单硅酸的的：水玻璃的模数愈高水玻璃的模数愈高，OH-浓度和浓度和pH就愈小，胶体就愈小，胶体SiO2粒子就愈粒子就愈多，多，稳定性就低稳定性就低。模数为。模数为3.0一一3.5的水
11、玻璃，其的水玻璃，其pH为为11.513。若模数更高或者加若模数更高或者加H+以提高模数，当以提高模数，当pH值降到值降到11.0以下时，则以下时，则体系中的体系中的SiO2，数量就会增大到使稳定性破坏的程度。，数量就会增大到使稳定性破坏的程度。162、水玻璃稳定性与、水玻璃稳定性与PH的关系的关系水玻璃的稳定性同pH的关系呈一条N形曲线，如图所示。173、水玻璃的胶凝、水玻璃的胶凝水玻璃中存在着水玻璃中存在着单硅酸与胶体粒子单硅酸与胶体粒子的的：硅酸根离子和单硅酸硅酸根离子和单硅酸的的：在实际生产中在实际生产中水玻璃的硬化是在水玻璃的硬化是在的作用下完成的的作用下完成的。硬化硬化剂的水溶液呈
12、酸性剂的水溶液呈酸性，当硬化剂同水玻璃溶液相作用时，由硬化，当硬化剂同水玻璃溶液相作用时，由硬化剂产生的剂产生的H+离子与水玻璃电离平衡中的离子与水玻璃电离平衡中的oH-相结合而形成离解相结合而形成离解度极小的水，促使水玻璃电离平衡向生成度极小的水，促使水玻璃电离平衡向生成Si(OH)4的方向移动。的方向移动。于是水玻璃的于是水玻璃的pH下降而体系内下降而体系内Si(OH)4浓度不断增加。单硅酸浓度不断增加。单硅酸具有强烈的聚合倾向，单硅酸聚合后形成聚硅酸乃至形成胶粒。具有强烈的聚合倾向，单硅酸聚合后形成聚硅酸乃至形成胶粒。当当pH降至降至11以下时，会出现大量以下时，会出现大量SiO2胶体粒
13、子，粒子的聚结就胶体粒子，粒子的聚结就发生胶凝。发生胶凝。18 水玻璃发生胶凝的结果是水玻璃发生胶凝的结果是，其中包罗着大量溶剂。由于胶体，其中包罗着大量溶剂。由于胶体粒子的相互靠拢，不稳定的硅醇键粒子的相互靠拢，不稳定的硅醇键(sioH)会会脱出部分溶剂而形成稳定性高的硅氧键脱出部分溶剂而形成稳定性高的硅氧键(SiOSi)，故，故凝胶的同时会伴随着体积收缩凝胶的同时会伴随着体积收缩。体积。体积收缩时将包罗于凝胶网络中的液相挤出，使凝胶收缩时将包罗于凝胶网络中的液相挤出，使凝胶的致密度和强度均有所增加，这个过程称为的致密度和强度均有所增加，这个过程称为。此外，溶剂蒸发时还会产生干燥收缩，二。此
14、外，溶剂蒸发时还会产生干燥收缩，二者统称之为者统称之为。19水玻璃的性能指标水玻璃的性能指标1、模数、模数(m) 水玻璃的模数是指其中水玻璃的模数是指其中SiO2和和Na2O的克分子比值。它表明的克分子比值。它表明水玻璃中水玻璃中siO2和和Na2O的相对含量关系，可用下式计算的相对含量关系，可用下式计算型砂用水玻璃模数一般为2.0一2.6，用作熔模铸造型壳粘结剂的水玻璃，其模数通常为3.o一3.5。202、密度、密度(d) 水玻璃的浓度是指其水溶液中Na2OmSiO2的含量。由于浓度愈高时，溶液密度愈大，故可以近似地用密度表示浓度的大小。这是由于Na2O提高密度的作用赂大于siO2，所以不就
15、能像普通电解质溶液那样，按密度来确定溶质含量。213、粘度、粘度() 水玻璃的粘度与其模数、密度、杂质含量及温度等因素密切相关。22水玻璃的处理水玻璃的处理水玻璃处理的原理水玻璃处理的原理 如果从化工厂购得的水玻璃如果从化工厂购得的水玻璃不符合铸造工不符合铸造工艺要求，可在使用前进行改变模数和密度的处理。通常艺要求，可在使用前进行改变模数和密度的处理。通常采用采用加水稀释或加热浓缩的方法加水稀释或加热浓缩的方法来来。而模数的改变则通过改变其中的而模数的改变则通过改变其中的Na2O的含量来实现。的含量来实现。为降低模数，；如要提高模数，一般是在水玻璃中加入定量的、浓度适当的，与其中Na2O 发生
16、中和反应，降低Na2O含量，从而相对提高SiO2含量。反应原理如下；232425 油的最适宜加入量，应使全部砂粒表面都覆盖一层完整的均匀的并具有一定厚度的油膜。26（二）合成树脂有机粘结剂（二）合成树脂有机粘结剂先把等混制成，然后把覆膜砂吹入事先加热至200一280的金属芯盒中，保持20一60 s（称为结壳时间)，使贴近芯盒壁的覆膜砂中的树脂受热熔化，将砂粒粘结在一起，形成一层薄壳，再把中间未熔化的、松散的覆膜砂倒出来，将已形成的薄壳继续加热30一90 s，使它进一步硬化。然后打开芯盒，取出壳芯，即可获得厚度312mm左右的空心壳芯。27常用的固化剂是六次甲基四胺(即乌洛托品)，其分子式为(C
17、H2)6N4，加热时分解为氨气和次甲基(一cH2一)，所以能使线型分子固化，由热塑性树脂转化为热固性树脂。28热芯盒树脂砂是在原砂中加入适量的呋喃树脂粘结剂呋喃树脂粘结剂和固化剂固化剂，将混好的树脂砂射入（或吹入）到中，通过芯盒180-2500C的热作用，使树脂与固化剂经过几秒-1min左右的反应而硬化制出砂芯。冷芯盒树脂砂造芯时是将混制好的，然后用吹气设备吹入气体固化剂吹入气体固化剂，冲净残余固化剂后即可出芯。出芯后可以立即下芯、合型、浇注，以减少砂芯储存时间。目前普遍采用的气硬冷芯盒工艺有和，这两种方法工艺类似，仅粘结剂和固化气体不同。29（一）三乙胺法冷芯盒树脂砂的配制（一）三乙胺法冷芯
18、盒树脂砂的配制将树脂粘结剂加入原砂中混匀后吹（射）入芯盒，然后通以空气、二氧化碳、氮气为载体的三乙胺，使砂芯在数秒中内硬化，用干燥空气冲净剩余三乙胺后即可取出砂芯待用。三乙胺法芯砂的缺点是粘结剂与催化剂易燃粘结剂与催化剂易燃、废气有废气有毒毒。（二）（二）SO2法冷芯盒树脂砂的配制法冷芯盒树脂砂的配制SO2法是在原砂中加入酚醛或呋喃树脂和有机过氧化物混制芯砂，芯砂吹（射）入芯盒后，向砂芯通以SO2气体促使砂芯快速硬化。30液体粘结剂的液体粘结剂的粘度低粘度低,混砂时轻易与砂粒混合混砂时轻易与砂粒混合均匀均匀,而且混好的型砂流动性好，可以制成外形而且混好的型砂流动性好，可以制成外形复杂的、准确反
19、映模样表面外形的砂型和型芯。复杂的、准确反映模样表面外形的砂型和型芯。硬化速度快硬化速度快，最好不经加热就能硬化，以节，最好不经加热就能硬化，以节约能源和使用价格低廉的非金属或铝合金模样约能源和使用价格低廉的非金属或铝合金模样和芯盒。如能采取先硬化、后脱模的方法，就和芯盒。如能采取先硬化、后脱模的方法，就可显著提高铸件的外形和尺寸精度。可显著提高铸件的外形和尺寸精度。较理想的型砂粘结剂应具有的特性是：较理想的型砂粘结剂应具有的特性是：硬化后强度高硬化后强度高，能用来制造外形复杂、截面，能用来制造外形复杂、截面细薄的型芯，并可减少粘结剂加入量，以便降细薄的型芯，并可减少粘结剂加入量，以便降低铸件
20、生产成本和减少浇注过程中气体发生量，低铸件生产成本和减少浇注过程中气体发生量，减少铸件产生气孔缺陷的可能性。减少铸件产生气孔缺陷的可能性。发气量少发气量少，要求粘结剂受热发气缓慢、量少。，要求粘结剂受热发气缓慢、量少。对于和等类铸件还要求粘结剂的含氮量低，以对于和等类铸件还要求粘结剂的含氮量低，以防止产生皮下气孔、针孔等缺陷。防止产生皮下气孔、针孔等缺陷。溃散性好溃散性好，粘结剂受到高温作用能自行分解，粘结剂受到高温作用能自行分解溃散，以防止铸件凝固后产生内应力、裂纹，溃散，以防止铸件凝固后产生内应力、裂纹，并使铸件轻易清砂。并使铸件轻易清砂。此外，还要求此外，还要求粘结剂不易吸潮或变质，混砂
21、后粘结剂不易吸潮或变质，混砂后可使用时间长，不粘附模样和芯盒，对人体无可使用时间长，不粘附模样和芯盒，对人体无害，对环境无污染，来源丰富，价格低廉害，对环境无污染，来源丰富，价格低廉等。等。水玻璃砂水玻璃砂 由由硅砂硅砂、水玻璃水玻璃和和辅加物混合辅加物混合配制而成。制成的砂配制而成。制成的砂型可吹以型可吹以CO2实现实现化学硬化化学硬化，也可采用，也可采用加热硬化加热硬化或在或在硬化剂硬化剂作作用下自行硬化等方法。这种型砂可用于制造用下自行硬化等方法。这种型砂可用于制造铸钢件铸钢件和和铸铁件铸铁件的砂型。水玻璃砂有的砂型。水玻璃砂有落砂困难和旧砂不易再生落砂困难和旧砂不易再生等缺点，应用等缺
22、点，应用受到一定的限制。受到一定的限制。树脂自硬砂树脂自硬砂 由由硅砂硅砂、树脂树脂和和硬化剂硬化剂等混合配制而成。常用等混合配制而成。常用的树脂有的树脂有呋喃树脂呋喃树脂、甲阶酚醛树脂及尿烷树脂。用这种型砂、甲阶酚醛树脂及尿烷树脂。用这种型砂制成的砂型制成的砂型可可用于用于铸钢、铸铁及铸造有色合金铸件铸钢、铸铁及铸造有色合金铸件的生产，的生产，铸件的表面质铸件的表面质量和尺寸精度高量和尺寸精度高。树脂自硬砂是一种很有发展前途的造型砂。树脂自硬砂是一种很有发展前途的造型砂：粘土的资源丰富、价格便宜粘土的资源丰富、价格便宜。使用过的粘土湿砂经使用过的粘土湿砂经适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用
23、适当的砂处理后，绝大部分均可回收再用。制造铸型制造铸型的周期短、工效高。的周期短、工效高。混好的型砂可使用的时间长。混好的型砂可使用的时间长。砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和砂型舂实以后仍可容受少量变形而不致破坏，对拔模和下芯都非常有利。下芯都非常有利。：混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上，混砂时要将粘稠的粘土浆涂布在砂粒表面上，需要使需要使用有搓揉作用的高功率混砂设备用有搓揉作用的高功率混砂设备，否则不可能得到质量，否则不可能得到质量良好的型砂。由于型砂混好后即具有相当高的强度良好的型砂。由于型砂混好后即具有相当高的强度,造造型时型砂不易流动，难以舂实型时型砂不易流动，难以舂实,手工造型时既费力又需一手工造型时既费力又需一定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。铸型的定的技巧，用机器造型时则设备复杂而庞大。铸型的刚度不高，铸件的尺寸精度较差。铸件易于产生冲砂、刚度不高，铸件的尺寸精度较差。铸件易于产生冲砂、夹砂、气孔等缺陷。夹砂、气孔等缺陷。1试述粘土的粘结机理。试述粘土的粘结机理。2对比分析普通粘土和膨润土的组成、性对比分析普通粘土和膨润土的组成、性能特点。能特点。3钙膨润土为什么要进行活化处理钙膨润土为什么要进行活化处理?并访述并访述其处理方法。其处理方法。35
