“低碳环保、绿色铸造”是铸造行业可持续发展的重要战略,在铸造造型、制芯生产中,无机粘结剂的应用具有环保优势,很有研发、应用前景。吹CO2硬化水玻璃砂工艺具有硬化速度快、所需设备简单、成本较低等优点。但存在加入量高（6%-8%）、溃散性差以及易“过吹”等缺点。本文通过材料改性、复合促硬剂、复合吹气工艺等方面的工作,将水玻璃加入量降低到2%,建立起较高的粘结强度,并对复合硬化工艺、防“过吹”机理进行了理论分析。首先,对CO2-水玻璃砂“过吹”机理进行了分析,通过复合硬化工艺,即先吹CO2,然后吹压缩空气、添加适量促硬剂,有效地提高了硬化速度、强度,有效地防止了水玻璃砂“过吹”。通过第一性原理模拟计算研究了压力和水分子数对气体扩散系数的影响,结果表明压力为0.2MPa时的二氧化碳和氮气具有较高的扩散系数。为了获得更高的粘结强度,对模数为2.4的水玻璃进行改性处理。通过正交试验确定了粘结剂最优组分配比:钠水玻璃:氢氧化钾:木糖醇:N剂:山梨醇=1000:40:15:15:8。研究发现适量的氢氧化钾降低了水玻璃模数和粘结剂中的Si-O-Si聚合度,增加了Si-OH浓度,木糖醇和山梨醇增加了粘结剂中的-OH,减缓了水玻璃粘结剂的凝胶速度,有利于提高粘结强度;N剂为高分子材料,增强了粘结剂的锁水性,并在粘结剂中以链结构分布,有利于缓解水玻璃粘结剂的“过吹”。接下来,为了改善溃散性,在微硅粉的基础上,优选了白云石粉、三聚磷酸钠和滑石粉作为促硬剂,通过正交试验优化了配比:微硅粉:白云石:三聚磷酸钠:滑石粉=6:4:3:2。其中,表面带有一定量活性Si-OH基团的微硅粉能够缓慢地与水玻璃中的碱发生反应,促进水玻璃胶凝化,有助于提高水玻璃砂的硬化速度和粘结强度。三聚磷酸钠与水玻璃反应生成磷氧四面体和硅氧四面体的复合分子链,改变了水玻璃分子结构,进而有增强作用。另外,三聚磷酸钠在高温作用后的热膨胀、热分解以及在冷却过程中与水玻璃的收缩性差异促进了粘结膜破裂,从而改善了水玻璃（砂）溃散性。通过TG和XRD检测并分析了不同温度阶段的热分解反应,结果表明复合促硬剂在不同温度下的热分解改善了粘结剂溃散性。然后,通过正交试验优化了吹气工艺:二氧化碳的吹气压力为0.2MPa,吹气时间为25s,压缩空气吹气压力为0.3MPa,吹气时间为40s。采用2.0%改性无机粘结剂、0.75%复合促硬剂和优化后的吹气工艺参数,砂样即时抗拉强度为0.45MPa,4h抗拉强度为1.31MPa,24h抗拉强度为1.83MPa。针对无机粘结剂复合硬化增强以及抗“过吹”机理进行了理论研究。先吹入的CO2可以使水玻璃砂建立初始粘结强度,吹入压缩空气有利于粘结膜深层硬化,同时将砂粒空隙中多余的二氧化碳和水分子并带出砂芯外,避免了多余的二氧化碳在砂芯存放过程中与碳酸钠反应产生碳酸氢钠,从而有利于避免二氧化碳“过吹”的发生,并通过对不同吹气硬化时间和存放时间的砂样中碳酸氢钠含量的检测得到了验证。无机粘结剂经改性及复合硬化,凝胶胶粒得到了明显细化。最后,对粘结剂砂的工艺性能进行了检测和分析、铸造现场制芯和浇注试验。结果表明:制芯硬化速度快、砂芯强度高、型芯溃散性好。在混砂、制芯和浇注时均未有异味,生产的铸件表面质量好,铸件内腔光滑,尺寸精度高,达到了预期的工艺效果。