材料工艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
不同硬化方法形成的
水玻璃胶粒的微观形态变化及其原因探讨
ＴｈｅＦｏｒｍａｔｉｏｎＣｈａｎｇｅｓｏｆＳｉｌｉｃａｔｅＰａｒｔｉｃｌｅｓＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙＣｕｒｅｄｂｙ
ＤｉｆｆｅｒｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＩｔｓＲｅａｓｏｎｓ
许
进（湛江广播电视大学，广东省湛江市５２４００３）
摘要：采用有机酯硬化、加热硬化钠水玻璃砂的强度均比ＣＯ２硬化的成倍提高。通过实验和分析可知：水玻璃砂ＣＯ２硬化法比有机酯硬化法、加热硬化法强度低的主要原因是ＣＯ２硬化法的凝胶胶粒粗大。酯硬化法之所以可获得细小的水玻璃凝胶胶粒是由于醋酸和聚硅酸表面硅羟基以氢键键合，即通过氢键使醋酸束缚在高聚硅酸盐粒子上阻抑胶粒长大。加热硬化时胶粒细小是靠外加的能量，使水玻璃水溶液减少，浓度增大，这样，既增加硅酸分子间碰撞机会，有利形成更多的胶粒，也使胶粒中包含的水溶液变少，因而胶粒细小。ＣＯ２硬化时，硅酸的硅羟基与硅羟基间的结合可以自由进行，缺乏制约，而且，胶粒中包含的水溶液较多，因而胶粒粗大。所以，提高ＣＯ２水玻璃砂粘结强度的关键在于抑制硬化过程中胶粒的过于长大。
关键词：水玻璃砂，强度
中图分类号：ＴＧ２２１%文献标识码：Ａ；文章编号：１００６－９６５８（２００８）０４－４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｓｉｌｉｃａｔｅ－ｂｏｎｄｅｄｓａｎｄｅｉｔｈｅｒｃｕｒｅｄｂｙｏｒｇａｎｉｃｅｓｔｅｒｏｒｈａｒｄｅｎｅｄｂｙｈｅａｔｉｎｇ
ｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｅｖｅｒａｌｔｉｍｅｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅＣＯ２ｃｕｒｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｌａｔｔｅｒｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｂｏｔｈｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｅｓｔｅｒｃｕｒｅｄａｎｄｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｈａｒｄｅｎｅｄｌｉｅｓｉｎｔｈｉｃｋｇｅｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｆｔｈｅＣＯ２ｃｕｒｅｄｏｎｅ．Ｓｍａｌｌｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｇｅｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｇａｉｎｅｄｂｙｅｓｔｅｒｉｓｄｕｅｔｏａｃｅｔｉｃａｃｉｄａｎｄｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｃｉｄｔｏｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｂｏｎｄｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅｂｏｎｄｉｎｇ，ｖｉｚ，ｂｏｕｎｄｂｙｈｙｄｒｏｇｅｎｂｏｎｄｓｉｎｔｈｅｈｉｇｈ－ａｃｅｔａｔｅｓｉｌｉｃａｔｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｓｔｏｐｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｔａｂｌｅｔｓｇｒｏｗｉｎｇ．Ｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｇａｉｎｅｄｗｈｉｌｅｈｅａｔｉｎｇｓｃｌｅｒｏｓｉｓｄｅｐｅｎｄｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙ，ｃａｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓｏｆｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｍｏｎｇｔｈｅａｃｉｄｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ｅｎａｂｌｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｏｒｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｍａｋｉｎｇｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｌｅｓｓｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｅｎｃｅｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｏｒｍｅｄ．ＣＯ２ｓｃｌｅｒｏｓｉｓ，ｈｙｄｒｏｘｙａｃｉｄｓｉｌｉｃｏｎａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｃａｎｂｅａｆｒｅｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒ－ｈｙｄｒｏｘ－ｙ，ｌａｃｋｉｎｇｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｓｍｕｃｈｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｃｏｍｅｂｉｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｔｏｐｐｉｎｇｔｈｅｈａｒｄｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｒｏｍｇｒｏｗｉｎｇｉｓｔｈｅｋｅｙｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＣＯ２ｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｓａｎｄｂｏｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｉｌｉｃａｔｅ－ｂｏｎｄｅｄｓａｎｄ，Ｓｔｒｅｎｇｔｈ
实践证明，采用有机酯硬化、加热硬化、或吹或真空加热硬化、或ＶＲＨ—ＣＯ２ＣＯ２后再加热烘烤、
法，钠水玻璃砂的强度均比ＣＯ２硬化的成倍提高［１］。为什么采用不同的硬化方法，水玻璃砂的强度值会显著不同呢*换句话说，ＣＯ２水玻璃砂强度低的根本原因是什么呢*截止目前，还未有明确、可信的答案，
收稿日期：２００８－０１－２３文章编号：２００８－０１３
作者简介：许进（１９６１－），女，副教授，工学博士，主要从事铸造工艺及
造型材料方面的研究工作
为找到问题的答案，以此指导ＣＯ２改性水玻璃的研究，使水玻璃的粘结效率得以充分发挥，达到减少水玻璃加入量，改善溃散性的目的，我们开展了如下的实验研究。
１实验条件和方法
１．１实验用材料
（１）水玻璃：普通工业用水玻璃，模数Ｍ２．４；（２）ＣＯ２：瓶装工业用，纯度９９％；
（３）有机酯：工业用中酯，主要成分为甘油双醋
４８
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２００８
材料工艺
１．２
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
（３）加热法：称量水玻璃２５ｇ，置于表面皿中，放入预先升温至１００℃的远红外烘干箱中，保温１ｈ后，取出空冷。
（４）真空热硬化：将一定量的钠水玻璃倒入玻璃反应釜中，加热到８０℃抽真空，至水分完全脱失为止。
酸酯和甘油三醋酸酯。
实验用主要仪器
（１）扫描电镜：日立制作所，Ｓ一５５０型；（２）透射电镜：ＪＥＭ１００ＣＸ—ＩＩ型；
（３）Ｘ一射线衍射分析仪：ＲｉｇａｋｕＤ／Ｍａｘ—Ａ／Ｂ粉晶衍射仪；
（４）成分分析所用仪器：日本电子公司产ＪＣＸ－
１．４电镜试样的制备方法
分别截取不同硬化方法制得的凝胶试样，断口
Ａ—７３３型电子探针Ｘ一射线显微分析仪。１．３
水玻璃凝胶膜的制备方法
（１）ＣＯ２法：称量水玻璃２５ｇ，置于烧杯中，插入导管吹ＣＯ２气体，并用６８１型磁力加热搅拌器边搅拌边加热，控制加热温度小于５０℃，直至水玻璃完全胶凝为止。微加热的原因是单纯吹ＣＯ２水玻璃溶液几乎无法完全胶凝。
（２）酯硬化法：称量水玻璃２５ｇ，置于表面皿中，加入占水玻璃量１０％的中酯，搅拌均匀，室温放置
朝上，用导电胶粘附在小铜片上，喷金后制得扫描电镜试样。
分别截取凝胶试样，置于蒸馏水中，用超声波处理成乳液，再置于覆有碳膜的铜网上，制成透射电镜试样。
２实验结果
（１）ＣＯ２硬化和加热硬化的钠水玻璃断口像劈
裂，呈明显脆性；酯硬化的凝胶断口与ＣＯ２硬化和加热硬化的截然不同，呈蜂窝状。如图１所示。
２４ｈ。
（ａ）ＣＯ２硬化（ｂ）加热硬化（ｃ）酯硬化
图１不同方法硬化的水玻璃凝胶断口（１００×）
（２）将不同方法硬化的钠水玻璃凝胶稀释制样，在高倍透射电镜［２］下，能清晰看到胶粒大小、形状、均匀程度和聚集状态。图２为不同硬化方法的水玻璃凝胶胶粒照片。可知胶粒几乎都呈球形。测定胶粒直径：吹ＣＯ２硬化的胶粒直径达０．３６μｍ，酯硬化的为
等。加热硬化的有多种硅酸盐相。
（４）对不同硬化方法所得水玻璃凝胶的Ｎａ、Ｓｉ进行面扫描，取ＣＯ２硬化的与真空硬化的对比，ＣＯ２硬化的，Ｎａ的聚集程度较真空硬化的稍高，而Ｓｉ的分布两者均相当密集。
通过线扫描，不同方法硬化的水玻璃的Ｎａ、Ｓｉ、
０．０２～０．１５μｍ，加热硬化的仅为０．０１～０．０６μｍ；也即吹
ＣＯ２硬化的胶粒直径最大，酯硬化的次之，加热硬化
的胶粒最小。
（３）不同方法硬化的钠水玻璃的组分有差异。通过Ｘ—射线衍射分析得知，吹ＣＯ２硬化的，有非结晶态和晶态物质，以非晶态为主。主要组分［３］为水合硅酸３ＳｉＯ２・酸性水Ｈ２Ｏ、水合碳酸钠Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、合碳酸氢钠３Ｎａ２Ｏ・・４ＣＯ２５Ｈ２Ｏ等。用酯硬化的有水合醋酸钠、氢氧化钠、水合硅酸、—Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５ＳｉＯ２及β
中国铸造装备与技术４
／２００８
Ｏ、Ｃ的分布如表１。
用电子探针分析真空硬化、ＣＯ２硬化水玻璃胶粒及胶粒连接处的Ｎａ、Ｓｉ含量分布如表２，表中阿拉伯数字系指胶粒的检测部位（见图３）。
３实验结果分析
３．１Ｓｉ，Ｎａ在不同硬化方法所得的钠水玻璃凝胶比
较分析
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材料工艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
（ａ）ＣＯ２硬化（ｄ≈０．３６μ）ｍ，７２，０００×（ｂ）加热硬化（ｄ≈０．０１～）０．０６μｍ，１００，０００×（ｃ）酯硬化（ｄ≈０．０２～）０．１５μｍ，１００，０００×
图２不同方法硬化的水玻璃凝胶胶粒
表１不同方法硬化的钠水玻璃的钠、硅、氧等的分布
成分及含量趋向
成分及含量趋向
钠
硅
氧
在胶粒内
碳在粒边沿
Ｎａ、Ｓｉ等主要元素在粘结膜中的分布，基本上与
不同硬化方法相适应，但其对强度值的确切影响还无法从元素的分布及含量中找到明确答案。
实验结果表明：ＣＯ２硬化时，钠的聚集程度高于真空硬化；在胶粒内，ＣＯ２硬化、酯硬化的钠水玻璃的Ｎａ低于胶粒边沿，而真空硬化的Ｎａ的含量却高低不定。
从Ｓｉ的含量看，面扫描显示：ＣＯ２硬化和真空硬化的均无原则差别，均相当密集。而从线扫描的结
硬化方法
在胶在粒在胶在粒在胶在粒
粒内边沿粒内边沿粒内边沿
ＣＯ２硬化酯硬化真空硬化
稍高些稍高
低些高些低些低些稍高
高些或平缓或平缓低死
稍高低
高些低些低些高些不平
－－
－－
稍高低较较较较高些不平平缓平缓平缓平缓
表２ ＣＯ２硬化、真空硬化的钠水玻璃的Ｎａ、Ｓｉ含量
位置
指标
ＣＯ２硬化
１
２６．８６４５．８６４
３７４．４９１１９９．４１５８．７６４
４７８．８９２２９．８２２６４．２３３２３．１２５１２
５２８３．１９８６８．７８８１８６．４１５５４．２８７
６２４．７６５１７．３８４２１．５６７１４．３６４
７３４８．５３６１８８．４５８３２１．４８７８５．８９４
８８３．２４９３５．５９４７５．２８７２８．４３８
９
２９８．７１９８．１２３７７．２８７
３４４．７２４２１７．５５２
真空硬化
１０１５．８７７１７．２８６１２．６３７１４．７５８
１１５１５．１７１７．８８８５１２．４６５５．８８６
１２４８１．２８３１８５．９１４４５２．２９２８１．７４６
Ｎａ（％）Ｓｉ（％）
修正值
４１．７６１２３．８１３３７．８４５１８．６９１
Ｎａ（％）Ｓｉ（％）４
２７４．５５３３４２．３８０
量分数差额在４５％以上，而真空硬化的，Ｎａ的最高质量分数达５１２．４６５％，最低仅７５．２８７％，相差近５．８倍，其最高质量分数比ＣＯ２法高近５０％。这很大可能是用ＣＯ２硬化的钠水玻璃的Ｎａ＋形成了水合碳酸钠，较稳定，而真空硬化的钠水玻璃的Ｎａ＋离子多还保持
１１
６
２
８
１０
１
５３（ａ）ＣＯ２硬化
７
９（ｂ）真空硬化
了其正电荷，用电子探针分析时，电子束带负电荷，易使带正电荷的钠离子向定点处迁移，因而质量分数多比ＣＯ２法高。在两胶粒连接处，ＣＯ２硬化的Ｎａ的质量分数高于真空硬化的Ｎａ的质量分数，这基本符合硬化产物Ｎａ盐分布的地域。
至于酯硬化、加热硬化、真空硬化的钠水玻璃的强度为什么会远比ＣＯ２硬化的高，从上述对主要元素的成分分析中看，尽管Ｓｉ，Ｎａ等在不同硬化方法所得的钠水玻璃凝胶中，其质量分数和分布不一，但还无法查出其对强度值大小的确切影响。
图３电子探针分析中的定点分布示意图
果，却发现ＣＯ２硬化、酯硬化的钠水玻璃，其胶粒内
Ｓｉ的含量高于胶粒边沿，而用真空硬化的无明显波
动，这符合这些硬化方法所得反应物的实际情况。
用电子探针分析，ＣＯ２硬化的钠水玻璃在其胶粒的不同部位的Ｎａ的含量，例如在胶粒中心处，Ｎａ的最高质量分数为３４２．３８０％，最低为１８６，４１５％，质
５０
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材料工艺
３．２
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
用不同的酸研究硅酸溶液的胶凝时间与溶液ｐＨ值的关系时，发现用醋酸，其“Ｎ”曲线最高点和最低点的位置明显不同，乃开展查因研究，他们将醋酸与硅酸溶液作用后，用电导滴定法、１３ＣＮＭＲ谱进行检测［７－８］，发现醋酸和聚硅酸表面硅羟基以氢键键合，即通过氢键使醋酸束缚在高聚硅酸盐粒子上，这对用酯硬化的水玻璃应该也不会例外，因为酯分解出醋酸和醇，分解出的醋酸同样会以氢键与水玻璃的聚硅酸的硅羟基键合，制约胶粒长大，也就是会促使胶体粒子变得较细。当然，酯及酯分解出的醇等有机物质分散在水玻璃溶胶中，对胶粒细化、分散也有利。它们除了对胶粒的长大有阻抑作用之外，醋酸、醇和醋酸钠等与胶粒表面硅羟基产生附加氢键或形成化学键结合后，成为柔性变形层，可局部消除硬化过程中，因失水、凝胶体收缩引起的应力集中，起增强作用；另外，这些有机物也有可能成为拉紧胶粒间界面上聚硅酸的结构，形成模量递减的拘束层，有利于均匀传递应力，并使凝胶塑性增高。
加热硬化时，胶粒细小，这很可能是靠外加的能量，使水玻璃水溶液减少，浓度增大，这样，既增加硅酸分子间碰撞机会，有利形成更多的胶粒，也使胶粒中包含的水溶液变少，因而胶粒细小。
不同硬化方法导致水玻璃砂强度差别的分析通过上述有关成分、断口形貌等分析，还未能找
到不同硬化方法的强度明显不同的主要原因，但从胶粒大小的差别来看，可以说采用不同硬化方法时，水玻璃砂强度显著不同的主要原因是水玻璃凝胶胶粒粗细不同。
水玻璃砂的粘结强度主要取决于水玻璃膜本身的强度（用扫描电镜观察水玻璃砂的断裂面主要是内聚断裂），即水玻璃砂的强度实际上取决于个别粘结桥的平均强度及粘结桥的数量。这些因素可用下列关系式［４］表示：
σ＝Ｐｉ＝１ｋ２
式中：σ———强度；
——个别粘结桥的强度；Ｐｉ—
——胶粒直径；ｄ—
ｋ——结构因素。
因此，胶粒直径越小，粘结强度越大。这与我们的实验结果是一致的，ＣＯ２硬化的水玻璃砂强度最低，酯硬化的次之，加热硬化的最高，相应地，ＣＯ２硬化的水玻璃凝胶的胶粒最粗大，酯硬化的次之，加热硬化的最细小。
・ДДЖИДЖｅＢ等曾研究过水玻璃用ＣＯ２、有机酯、铬铁渣和加热硬化所得粘结剂膜的形态学，指出
［５］
ＣＯ２硬化时，硅酸的硅羟基与硅羟基间的结合可
以自由进行，缺乏制约，而且，胶粒中包含的水溶液较多，因而胶粒粗大。
根据以上分析，要使固化的水玻璃凝胶胶粒细化，对ＣＯ２硬化法来说，可行的途径是向水玻璃中引入能与水玻璃起作用并能阻抑胶粒长大，而且对ＣＯ２硬化不引起、或少引起负面影响的物质，具体的作法是改变水玻璃的分子结构，引入能有效地阻抑胶粒长大的极性基团。
将不同硬化方法所得到的粘结剂膜组织的密度和
有序性按递减排列为：加热硬化→有机酯→铬铁渣→ＣＯ２。相应的粘结剂膜的内聚强度为４１．０，２９．８，
２０．５，１４．９ＭＰａ。该研究所得出的结论：不同方法硬化
的粘结剂膜的密度、有序性和强度的关系，很显然也与胶粒的大小密切相关，只不过该研究只从表面形态学考虑，还未能深入到微观组织。如果更深入一步，该研究的结论预期将会与我们观察所得结果基本吻合，即由于不同硬化方法所得凝胶胶粒大小明显不同，导致强度明显有别。
４结论
（１）通过上述的实验和分析可知：ＣＯ２水玻璃砂
３．３不同硬化方法所得水玻璃胶粒粗细明显不同的从图２所示不同硬化方法的凝胶胶粒以及水玻
强度低的关键原因，在成分上还无法找到确切答案；水玻璃砂ＣＯ２硬化法比有机酯硬化法、加热硬化法强度低的根本原因是凝胶胶粒粗大。
（２）酯硬化法之所以可获得细小的水玻璃凝胶胶粒是由于醋酸和聚硅酸表面硅羟基以氢键键合，即通过氢键使醋酸束缚在高聚硅酸盐粒子上阻抑胶粒长大。加热硬化时胶粒细小是靠外加的能量，使水玻璃水溶液减少，浓度增大，这样，既增加硅酸分子间碰撞机会，有利形成更多的胶粒，也使胶粒中包含的水溶液变少，因而胶粒细小。ＣＯ２硬化时，硅酸的硅羟基与硅羟基间的结合可以自由进行，缺乏制约，而
原因分析
璃的基本结构可知，凝胶体微粒之间的连接，从硅酸本身微粒表面硅羟基来看，应是由硅氧烷键Ｓｉ—Ｏ—
Ｓｉ或者氢键ＳｉＯＨ…ＳｉＯＨ键合，它们的表面完全羟
基化，也就是每个微粒都为缩聚过程中保留下来的硅羟基所覆盖。
用酯硬化钠水玻璃时，酯水解生成醋酸和醇，其中醋酸一方面和Ｎａ—作用，形成醋酸钠，同时也很有可能会和凝胶体表面硅羟基作用。当一些研究者
＋
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５１
材料工艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
消失模铸造工艺在重型汽车球铁件上的应用
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｏｓｔＦｏａｍＣａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｎｇｙｏｎＳ．Ｇ．
ＣａｓｔＩｒｏｎＣａｓｔｉｎｇｓｏｆＨｅａｖｙＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
令军科１
李
祥２
李栓堂２
许建科２
（１．陕汽集团金鼎铸造有限公司，陕西省岐山县７２２４０８；
２．宝鸡瑞泰尔汽车零部件有限公司，陕西省岐山县７２２４０８）
关键词：汽车铸件，球墨铸铁，消失模铸造
中图分类号：ＴＧ２４９．６(文献标识码：Ｂ；文章编号：１００６－９６５８（２００８）０４－２宝鸡瑞泰尔汽车零部件有限公司作为陕西汽车集团有限责任公司的配套厂家，近３年来在消失模铸造工艺技术生产重型汽车桥件和底盘件等球铁铸件方面积累了丰富的经验，现总结如下。
泡沫珠粒
检查
预发泡
熟化
模具成型
模样干燥配料
模样检查
模样组合
浸涂料
涂料干燥
埋箱造型
负压浇注
冷却
落沙
金属炉料
检验
配料
熔炼
成份测定
温度测定
球化处理
浇冒口铸件清理
铸件检查
涂料原料检查检验
混制
冷
１真空消失模铸造工艺流程
真空消失模铸造工艺流程分四大
造型新砂
却
筛分除尘
部分（图１）：①金属液熔炼浇注；②泡沫模样的制作；③涂料制作及涂覆；④埋砂造型、砂处理、清理。与传统湿型砂
铸造工艺相比，其在泡沫模样制作，涂料制作，负压浇注等方面有较大的区别，其它与湿型砂铸造工艺相似。
图１
真空消失模铸造工艺流程
成本高，工作环境差。采用消失模铸造工艺后，这类铸件工艺设计大大简化，不需要型芯，工艺出品率提高，废品率降低，生产成本降低，工作环境得到改善，整个生产效益得到提高。
一般采用阶梯式侧注浇注系统，各组元截面采用半封闭结构。
２铸件工艺结构分析
我公司生产的重型汽车铸件典型结构为薄壁壳
体类和薄壁支架类，主要壁厚５～８ｍｍ。这类铸件用传统潮模砂生产时内腔必须用型芯组成，生产工序多，铸件工艺设计复杂，工艺出品率低，废品率高，生产
收稿日期：２００８－０２－２７文章编号：２００８－０２８
作者简介：令军科（１９７０－），男，工程师，从事铸造工艺及技术改造
３金属液熔炼和浇注工艺分析（１）金属液成分的选择（表１）
表１ 我公司生产铸件ＱＴ４５０－１０的化学成分（％）
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｐ
Ｓ
ＲＥ
Ｍｇ
原铁液３．８～４．１１．４～１．６≤０．５≤０．０８≤０．０４成品
３．７～３．９２．４～２．８≤０．５≤０．０８≤０．０３０．０２～０．０４０．０３～０．０５
且，胶粒中包含的水溶液较多，因而胶粒粗大。
参
１２
иссдедованиясидикагедяиэжидкогостекдаикоагулянтов．４８－,щи，Вгомеждународнопоконгрессалитеиковарна，１９８１：１～４．
考文献
３４
Ｋ・ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＰｏｌｙｓｉｌｉｃｉｃＡｃｉｄａｎｄｐｏｌａｒｏｒｇａｎｉｃＩｌｅｒＲ・
６７７．Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９５２（５６）：６７３～王金唏，柳海澄，陈荣三．ＣＮＭＲ谱验证醋酸与硅羟基的作用．化学通报，１９８５（７）：２２－２３．
朱纯熙．新型水玻璃砂的发展．铸造工程，２００６（２）．
，１９６５．Д，жилжевД．итдШукикЕ．Д．Кинетикаикатадиэачия
Структурно－морфологическиеифиэикомеханические
５２
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不同硬化方法形成的
水玻璃胶粒的微观形态变化及其原因探讨
ＴｈｅＦｏｒｍａｔｉｏｎＣｈａｎｇｅｓｏｆＳｉｌｉｃａｔｅＰａｒｔｉｃｌｅｓＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙＣｕｒｅｄｂｙ
ＤｉｆｆｅｒｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＩｔｓＲｅａｓｏｎｓ
许
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摘要：采用有机酯硬化、加热硬化钠水玻璃砂的强度均比ＣＯ２硬化的成倍提高。通过实验和分析可知：水玻璃砂ＣＯ２硬化法比有机酯硬化法、加热硬化法强度低的主要原因是ＣＯ２硬化法的凝胶胶粒粗大。酯硬化法之所以可获得细小的水玻璃凝胶胶粒是由于醋酸和聚硅酸表面硅羟基以氢键键合，即通过氢键使醋酸束缚在高聚硅酸盐粒子上阻抑胶粒长大。加热硬化时胶粒细小是靠外加的能量，使水玻璃水溶液减少，浓度增大，这样，既增加硅酸分子间碰撞机会，有利形成更多的胶粒，也使胶粒中包含的水溶液变少，因而胶粒细小。ＣＯ２硬化时，硅酸的硅羟基与硅羟基间的结合可以自由进行，缺乏制约，而且，胶粒中包含的水溶液较多，因而胶粒粗大。所以，提高ＣＯ２水玻璃砂粘结强度的关键在于抑制硬化过程中胶粒的过于长大。
关键词：水玻璃砂，强度
中图分类号：ＴＧ２２１%文献标识码：Ａ；文章编号：１００６－９６５８（２００８）０４－４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｓｉｌｉｃａｔｅ－ｂｏｎｄｅｄｓａｎｄｅｉｔｈｅｒｃｕｒｅｄｂｙｏｒｇａｎｉｃｅｓｔｅｒｏｒｈａｒｄｅｎｅｄｂｙｈｅａｔｉｎｇ
ｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄｓｅｖｅｒａｌｔｉｍｅｓｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅＣＯ２ｃｕｒｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｌａｔｔｅｒｉｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｂｏｔｈｔｈｅｏｒｇａｎｉｃｅｓｔｅｒｃｕｒｅｄａｎｄｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｈａｒｄｅｎｅｄｌｉｅｓｉｎｔｈｉｃｋｇｅｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｆｔｈｅＣＯ２ｃｕｒｅｄｏｎｅ．Ｓｍａｌｌｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｇｅｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｇａｉｎｅｄｂｙｅｓｔｅｒｉｓｄｕｅｔｏａｃｅｔｉｃａｃｉｄａｎｄｐｏｌｙｈｙｄｒｏｘｙａｃｉｄｔｏｈｙｄｒｏｇｅｎ－ｂｏｎｄｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅｂｏｎｄｉｎｇ，ｖｉｚ，ｂｏｕｎｄｂｙｈｙｄｒｏｇｅｎｂｏｎｄｓｉｎｔｈｅｈｉｇｈ－ａｃｅｔａｔｅｓｉｌｉｃａｔｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｓｔｏｐｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｔａｂｌｅｔｓｇｒｏｗｉｎｇ．Ｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｇａｉｎｅｄｗｈｉｌｅｈｅａｔｉｎｇｓｃｌｅｒｏｓｉｓｄｅｐｅｎｄｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙ，ｃａｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓｏｆｃｏｌｌｉｓｉｏｎａｍｏｎｇｔｈｅａｃｉｄｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，ｅｎａｂｌｉｎｇｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｏｒｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｍａｋｉｎｇｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｌｅｓｓｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｈｅｎｃｅｓｍａｌｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｏｒｍｅｄ．ＣＯ２ｓｃｌｅｒｏｓｉｓ，ｈｙｄｒｏｘｙａｃｉｄｓｉｌｉｃｏｎａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｃａｎｂｅａｆｒｅｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒ－ｈｙｄｒｏｘ－ｙ，ｌａｃｋｉｎｇｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｏｎｔａｉｎｓｍｕｃｈｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｃｏｍｅｂｉｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｓｔｏｐｐｉｎｇｔｈｅｈａｒｄｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｆｒｏｍｇｒｏｗｉｎｇｉｓｔｈｅｋｅｙｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＣＯ２ｓｏｄｉｕｍｓｉｌｉｃａｔｅｓａｎｄｂｏｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｉｌｉｃａｔｅ－ｂｏｎｄｅｄｓａｎｄ，Ｓｔｒｅｎｇｔｈ
实践证明，采用有机酯硬化、加热硬化、或吹或真空加热硬化、或ＶＲＨ—ＣＯ２ＣＯ２后再加热烘烤、
法，钠水玻璃砂的强度均比ＣＯ２硬化的成倍提高［１］。为什么采用不同的硬化方法，水玻璃砂的强度值会显著不同呢*换句话说，ＣＯ２水玻璃砂强度低的根本原因是什么呢*截止目前，还未有明确、可信的答案，
收稿日期：２００８－０１－２３文章编号：２００８－０１３
作者简介：许进（１９６１－），女，副教授，工学博士，主要从事铸造工艺及
造型材料方面的研究工作
为找到问题的答案，以此指导ＣＯ２改性水玻璃的研究，使水玻璃的粘结效率得以充分发挥，达到减少水玻璃加入量，改善溃散性的目的，我们开展了如下的实验研究。
１实验条件和方法
１．１实验用材料
（１）水玻璃：普通工业用水玻璃，模数Ｍ２．４；（２）ＣＯ２：瓶装工业用，纯度９９％；
（３）有机酯：工业用中酯，主要成分为甘油双醋
４８
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材料工艺
１．２
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
（３）加热法：称量水玻璃２５ｇ，置于表面皿中，放入预先升温至１００℃的远红外烘干箱中，保温１ｈ后，取出空冷。
（４）真空热硬化：将一定量的钠水玻璃倒入玻璃反应釜中，加热到８０℃抽真空，至水分完全脱失为止。
酸酯和甘油三醋酸酯。
实验用主要仪器
（１）扫描电镜：日立制作所，Ｓ一５５０型；（２）透射电镜：ＪＥＭ１００ＣＸ—ＩＩ型；
（３）Ｘ一射线衍射分析仪：ＲｉｇａｋｕＤ／Ｍａｘ—Ａ／Ｂ粉晶衍射仪；
（４）成分分析所用仪器：日本电子公司产ＪＣＸ－
１．４电镜试样的制备方法
分别截取不同硬化方法制得的凝胶试样，断口
Ａ—７３３型电子探针Ｘ一射线显微分析仪。１．３
水玻璃凝胶膜的制备方法
（１）ＣＯ２法：称量水玻璃２５ｇ，置于烧杯中，插入导管吹ＣＯ２气体，并用６８１型磁力加热搅拌器边搅拌边加热，控制加热温度小于５０℃，直至水玻璃完全胶凝为止。微加热的原因是单纯吹ＣＯ２水玻璃溶液几乎无法完全胶凝。
（２）酯硬化法：称量水玻璃２５ｇ，置于表面皿中，加入占水玻璃量１０％的中酯，搅拌均匀，室温放置
朝上，用导电胶粘附在小铜片上，喷金后制得扫描电镜试样。
分别截取凝胶试样，置于蒸馏水中，用超声波处理成乳液，再置于覆有碳膜的铜网上，制成透射电镜试样。
２实验结果
（１）ＣＯ２硬化和加热硬化的钠水玻璃断口像劈
裂，呈明显脆性；酯硬化的凝胶断口与ＣＯ２硬化和加热硬化的截然不同，呈蜂窝状。如图１所示。
２４ｈ。
（ａ）ＣＯ２硬化（ｂ）加热硬化（ｃ）酯硬化
图１不同方法硬化的水玻璃凝胶断口（１００×）
（２）将不同方法硬化的钠水玻璃凝胶稀释制样，在高倍透射电镜［２］下，能清晰看到胶粒大小、形状、均匀程度和聚集状态。图２为不同硬化方法的水玻璃凝胶胶粒照片。可知胶粒几乎都呈球形。测定胶粒直径：吹ＣＯ２硬化的胶粒直径达０．３６μｍ，酯硬化的为
等。加热硬化的有多种硅酸盐相。
（４）对不同硬化方法所得水玻璃凝胶的Ｎａ、Ｓｉ进行面扫描，取ＣＯ２硬化的与真空硬化的对比，ＣＯ２硬化的，Ｎａ的聚集程度较真空硬化的稍高，而Ｓｉ的分布两者均相当密集。
通过线扫描，不同方法硬化的水玻璃的Ｎａ、Ｓｉ、
０．０２～０．１５μｍ，加热硬化的仅为０．０１～０．０６μｍ；也即吹
ＣＯ２硬化的胶粒直径最大，酯硬化的次之，加热硬化
的胶粒最小。
（３）不同方法硬化的钠水玻璃的组分有差异。通过Ｘ—射线衍射分析得知，吹ＣＯ２硬化的，有非结晶态和晶态物质，以非晶态为主。主要组分［３］为水合硅酸３ＳｉＯ２・酸性水Ｈ２Ｏ、水合碳酸钠Ｎａ２ＣＯ３・１０Ｈ２Ｏ、合碳酸氢钠３Ｎａ２Ｏ・・４ＣＯ２５Ｈ２Ｏ等。用酯硬化的有水合醋酸钠、氢氧化钠、水合硅酸、—Ｎａ２Ｓｉ２Ｏ５ＳｉＯ２及β
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Ｏ、Ｃ的分布如表１。
用电子探针分析真空硬化、ＣＯ２硬化水玻璃胶粒及胶粒连接处的Ｎａ、Ｓｉ含量分布如表２，表中阿拉伯数字系指胶粒的检测部位（见图３）。
３实验结果分析
３．１Ｓｉ，Ｎａ在不同硬化方法所得的钠水玻璃凝胶比
较分析
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材料工艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
（ａ）ＣＯ２硬化（ｄ≈０．３６μ）ｍ，７２，０００×（ｂ）加热硬化（ｄ≈０．０１～）０．０６μｍ，１００，０００×（ｃ）酯硬化（ｄ≈０．０２～）０．１５μｍ，１００，０００×
图２不同方法硬化的水玻璃凝胶胶粒
表１不同方法硬化的钠水玻璃的钠、硅、氧等的分布
成分及含量趋向
成分及含量趋向
钠
硅
氧
在胶粒内
碳在粒边沿
Ｎａ、Ｓｉ等主要元素在粘结膜中的分布，基本上与
不同硬化方法相适应，但其对强度值的确切影响还无法从元素的分布及含量中找到明确答案。
实验结果表明：ＣＯ２硬化时，钠的聚集程度高于真空硬化；在胶粒内，ＣＯ２硬化、酯硬化的钠水玻璃的Ｎａ低于胶粒边沿，而真空硬化的Ｎａ的含量却高低不定。
从Ｓｉ的含量看，面扫描显示：ＣＯ２硬化和真空硬化的均无原则差别，均相当密集。而从线扫描的结
硬化方法
在胶在粒在胶在粒在胶在粒
粒内边沿粒内边沿粒内边沿
ＣＯ２硬化酯硬化真空硬化
稍高些稍高
低些高些低些低些稍高
高些或平缓或平缓低死
稍高低
高些低些低些高些不平
－－
－－
稍高低较较较较高些不平平缓平缓平缓平缓
表２ ＣＯ２硬化、真空硬化的钠水玻璃的Ｎａ、Ｓｉ含量
位置
指标
ＣＯ２硬化
１
２６．８６４５．８６４
３７４．４９１１９９．４１５８．７６４
４７８．８９２２９．８２２６４．２３３２３．１２５１２
５２８３．１９８６８．７８８１８６．４１５５４．２８７
６２４．７６５１７．３８４２１．５６７１４．３６４
７３４８．５３６１８８．４５８３２１．４８７８５．８９４
８８３．２４９３５．５９４７５．２８７２８．４３８
９
２９８．７１９８．１２３７７．２８７
３４４．７２４２１７．５５２
真空硬化
１０１５．８７７１７．２８６１２．６３７１４．７５８
１１５１５．１７１７．８８８５１２．４６５５．８８６
１２４８１．２８３１８５．９１４４５２．２９２８１．７４６
Ｎａ（％）Ｓｉ（％）
修正值
４１．７６１２３．８１３３７．８４５１８．６９１
Ｎａ（％）Ｓｉ（％）４
２７４．５５３３４２．３８０
量分数差额在４５％以上，而真空硬化的，Ｎａ的最高质量分数达５１２．４６５％，最低仅７５．２８７％，相差近５．８倍，其最高质量分数比ＣＯ２法高近５０％。这很大可能是用ＣＯ２硬化的钠水玻璃的Ｎａ＋形成了水合碳酸钠，较稳定，而真空硬化的钠水玻璃的Ｎａ＋离子多还保持
１１
６
２
８
１０
１
５３（ａ）ＣＯ２硬化
７
９（ｂ）真空硬化
了其正电荷，用电子探针分析时，电子束带负电荷，易使带正电荷的钠离子向定点处迁移，因而质量分数多比ＣＯ２法高。在两胶粒连接处，ＣＯ２硬化的Ｎａ的质量分数高于真空硬化的Ｎａ的质量分数，这基本符合硬化产物Ｎａ盐分布的地域。
至于酯硬化、加热硬化、真空硬化的钠水玻璃的强度为什么会远比ＣＯ２硬化的高，从上述对主要元素的成分分析中看，尽管Ｓｉ，Ｎａ等在不同硬化方法所得的钠水玻璃凝胶中，其质量分数和分布不一，但还无法查出其对强度值大小的确切影响。
图３电子探针分析中的定点分布示意图
果，却发现ＣＯ２硬化、酯硬化的钠水玻璃，其胶粒内
Ｓｉ的含量高于胶粒边沿，而用真空硬化的无明显波
动，这符合这些硬化方法所得反应物的实际情况。
用电子探针分析，ＣＯ２硬化的钠水玻璃在其胶粒的不同部位的Ｎａ的含量，例如在胶粒中心处，Ｎａ的最高质量分数为３４２．３８０％，最低为１８６，４１５％，质
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材料工艺
３．２
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
用不同的酸研究硅酸溶液的胶凝时间与溶液ｐＨ值的关系时，发现用醋酸，其“Ｎ”曲线最高点和最低点的位置明显不同，乃开展查因研究，他们将醋酸与硅酸溶液作用后，用电导滴定法、１３ＣＮＭＲ谱进行检测［７－８］，发现醋酸和聚硅酸表面硅羟基以氢键键合，即通过氢键使醋酸束缚在高聚硅酸盐粒子上，这对用酯硬化的水玻璃应该也不会例外，因为酯分解出醋酸和醇，分解出的醋酸同样会以氢键与水玻璃的聚硅酸的硅羟基键合，制约胶粒长大，也就是会促使胶体粒子变得较细。当然，酯及酯分解出的醇等有机物质分散在水玻璃溶胶中，对胶粒细化、分散也有利。它们除了对胶粒的长大有阻抑作用之外，醋酸、醇和醋酸钠等与胶粒表面硅羟基产生附加氢键或形成化学键结合后，成为柔性变形层，可局部消除硬化过程中，因失水、凝胶体收缩引起的应力集中，起增强作用；另外，这些有机物也有可能成为拉紧胶粒间界面上聚硅酸的结构，形成模量递减的拘束层，有利于均匀传递应力，并使凝胶塑性增高。
加热硬化时，胶粒细小，这很可能是靠外加的能量，使水玻璃水溶液减少，浓度增大，这样，既增加硅酸分子间碰撞机会，有利形成更多的胶粒，也使胶粒中包含的水溶液变少，因而胶粒细小。
不同硬化方法导致水玻璃砂强度差别的分析通过上述有关成分、断口形貌等分析，还未能找
到不同硬化方法的强度明显不同的主要原因，但从胶粒大小的差别来看，可以说采用不同硬化方法时，水玻璃砂强度显著不同的主要原因是水玻璃凝胶胶粒粗细不同。
水玻璃砂的粘结强度主要取决于水玻璃膜本身的强度（用扫描电镜观察水玻璃砂的断裂面主要是内聚断裂），即水玻璃砂的强度实际上取决于个别粘结桥的平均强度及粘结桥的数量。这些因素可用下列关系式［４］表示：
σ＝Ｐｉ＝１ｋ２
式中：σ———强度；
——个别粘结桥的强度；Ｐｉ—
——胶粒直径；ｄ—
ｋ——结构因素。
因此，胶粒直径越小，粘结强度越大。这与我们的实验结果是一致的，ＣＯ２硬化的水玻璃砂强度最低，酯硬化的次之，加热硬化的最高，相应地，ＣＯ２硬化的水玻璃凝胶的胶粒最粗大，酯硬化的次之，加热硬化的最细小。
・ДДЖИДЖｅＢ等曾研究过水玻璃用ＣＯ２、有机酯、铬铁渣和加热硬化所得粘结剂膜的形态学，指出
［５］
ＣＯ２硬化时，硅酸的硅羟基与硅羟基间的结合可
以自由进行，缺乏制约，而且，胶粒中包含的水溶液较多，因而胶粒粗大。
根据以上分析，要使固化的水玻璃凝胶胶粒细化，对ＣＯ２硬化法来说，可行的途径是向水玻璃中引入能与水玻璃起作用并能阻抑胶粒长大，而且对ＣＯ２硬化不引起、或少引起负面影响的物质，具体的作法是改变水玻璃的分子结构，引入能有效地阻抑胶粒长大的极性基团。
将不同硬化方法所得到的粘结剂膜组织的密度和
有序性按递减排列为：加热硬化→有机酯→铬铁渣→ＣＯ２。相应的粘结剂膜的内聚强度为４１．０，２９．８，
２０．５，１４．９ＭＰａ。该研究所得出的结论：不同方法硬化
的粘结剂膜的密度、有序性和强度的关系，很显然也与胶粒的大小密切相关，只不过该研究只从表面形态学考虑，还未能深入到微观组织。如果更深入一步，该研究的结论预期将会与我们观察所得结果基本吻合，即由于不同硬化方法所得凝胶胶粒大小明显不同，导致强度明显有别。
４结论
（１）通过上述的实验和分析可知：ＣＯ２水玻璃砂
３．３不同硬化方法所得水玻璃胶粒粗细明显不同的从图２所示不同硬化方法的凝胶胶粒以及水玻
强度低的关键原因，在成分上还无法找到确切答案；水玻璃砂ＣＯ２硬化法比有机酯硬化法、加热硬化法强度低的根本原因是凝胶胶粒粗大。
（２）酯硬化法之所以可获得细小的水玻璃凝胶胶粒是由于醋酸和聚硅酸表面硅羟基以氢键键合，即通过氢键使醋酸束缚在高聚硅酸盐粒子上阻抑胶粒长大。加热硬化时胶粒细小是靠外加的能量，使水玻璃水溶液减少，浓度增大，这样，既增加硅酸分子间碰撞机会，有利形成更多的胶粒，也使胶粒中包含的水溶液变少，因而胶粒细小。ＣＯ２硬化时，硅酸的硅羟基与硅羟基间的结合可以自由进行，缺乏制约，而
原因分析
璃的基本结构可知，凝胶体微粒之间的连接，从硅酸本身微粒表面硅羟基来看，应是由硅氧烷键Ｓｉ—Ｏ—
Ｓｉ或者氢键ＳｉＯＨ…ＳｉＯＨ键合，它们的表面完全羟
基化，也就是每个微粒都为缩聚过程中保留下来的硅羟基所覆盖。
用酯硬化钠水玻璃时，酯水解生成醋酸和醇，其中醋酸一方面和Ｎａ—作用，形成醋酸钠，同时也很有可能会和凝胶体表面硅羟基作用。当一些研究者
＋
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材料工艺
ＭＡＴＥＲＩＡＬ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
消失模铸造工艺在重型汽车球铁件上的应用
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＬｏｓｔＦｏａｍＣａｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｎｇｙｏｎＳ．Ｇ．
ＣａｓｔＩｒｏｎＣａｓｔｉｎｇｓｏｆＨｅａｖｙＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
令军科１
李
祥２
李栓堂２
许建科２
（１．陕汽集团金鼎铸造有限公司，陕西省岐山县７２２４０８；
２．宝鸡瑞泰尔汽车零部件有限公司，陕西省岐山县７２２４０８）
关键词：汽车铸件，球墨铸铁，消失模铸造
中图分类号：ＴＧ２４９．６(文献标识码：Ｂ；文章编号：１００６－９６５８（２００８）０４－２宝鸡瑞泰尔汽车零部件有限公司作为陕西汽车集团有限责任公司的配套厂家，近３年来在消失模铸造工艺技术生产重型汽车桥件和底盘件等球铁铸件方面积累了丰富的经验，现总结如下。
泡沫珠粒
检查
预发泡
熟化
模具成型
模样干燥配料
模样检查
模样组合
浸涂料
涂料干燥
埋箱造型
负压浇注
冷却
落沙
金属炉料
检验
配料
熔炼
成份测定
温度测定
球化处理
浇冒口铸件清理
铸件检查
涂料原料检查检验
混制
冷
１真空消失模铸造工艺流程
真空消失模铸造工艺流程分四大
造型新砂
却
筛分除尘
部分（图１）：①金属液熔炼浇注；②泡沫模样的制作；③涂料制作及涂覆；④埋砂造型、砂处理、清理。与传统湿型砂
铸造工艺相比，其在泡沫模样制作，涂料制作，负压浇注等方面有较大的区别，其它与湿型砂铸造工艺相似。
图１
真空消失模铸造工艺流程
成本高，工作环境差。采用消失模铸造工艺后，这类铸件工艺设计大大简化，不需要型芯，工艺出品率提高，废品率降低，生产成本降低，工作环境得到改善，整个生产效益得到提高。
一般采用阶梯式侧注浇注系统，各组元截面采用半封闭结构。
２铸件工艺结构分析
我公司生产的重型汽车铸件典型结构为薄壁壳
体类和薄壁支架类，主要壁厚５～８ｍｍ。这类铸件用传统潮模砂生产时内腔必须用型芯组成，生产工序多，铸件工艺设计复杂，工艺出品率低，废品率高，生产
收稿日期：２００８－０２－２７文章编号：２００８－０２８
作者简介：令军科（１９７０－），男，工程师，从事铸造工艺及技术改造
３金属液熔炼和浇注工艺分析（１）金属液成分的选择（表１）
表１ 我公司生产铸件ＱＴ４５０－１０的化学成分（％）
Ｃ
Ｓｉ
Ｍｎ
Ｐ
Ｓ
ＲＥ
Ｍｇ
原铁液３．８～４．１１．４～１．６≤０．５≤０．０８≤０．０４成品
３．７～３．９２．４～２．８≤０．５≤０．０８≤０．０３０．０２～０．０４０．０３～０．０５
且，胶粒中包含的水溶液较多，因而胶粒粗大。
参
１２
иссдедованиясидикагедяиэжидкогостекдаикоагулянтов．４８－,щи，Вгомеждународнопоконгрессалитеиковарна，１９８１：１～４．
考文献
３４
Ｋ・ＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＢｅｔｗｅｅｎＰｏｌｙｓｉｌｉｃｉｃＡｃｉｄａｎｄｐｏｌａｒｏｒｇａｎｉｃＩｌｅｒＲ・
６７７．Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．ＴｈｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９５２（５６）：６７３～王金唏，柳海澄，陈荣三．ＣＮＭＲ谱验证醋酸与硅羟基的作用．化学通报，１９８５（７）：２２－２３．
朱纯熙．新型水玻璃砂的发展．铸造工程，２００６（２）．
，１９６５．Д，жилжевД．итдШукикЕ．Д．Кинетикаикатадиэачия
Структурно－морфологическиеифиэикомеханические
５２
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