【摘 要】
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磷酸盐粘结剂作为一种铸造用无机粘结剂,其自硬砂具有无毒无味、高温强度好、发气量低、易溃散、节约能源等优点,应用前景广阔。但是该粘结材料存在粘结剂加入量较高,抗吸湿性较差,硬化速度慢等不足,严重地限制了它的生产应用。本文主要针对自硬磷酸盐粘结剂的制备、改性工艺及机理进行研究,并对固化剂进行复合。目的是获得较高的粘结强度以及较快的固化速度。首先,确定了磷酸盐粘结剂的基础制备工艺,其配比为磷酸:氢氧化铝
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磷酸盐粘结剂作为一种铸造用无机粘结剂,其自硬砂具有无毒无味、高温强度好、发气量低、易溃散、节约能源等优点,应用前景广阔。但是该粘结材料存在粘结剂加入量较高,抗吸湿性较差,硬化速度慢等不足,严重地限制了它的生产应用。本文主要针对自硬磷酸盐粘结剂的制备、改性工艺及机理进行研究,并对固化剂进行复合。目的是获得较高的粘结强度以及较快的固化速度。首先,确定了磷酸盐粘结剂的基础制备工艺,其配比为磷酸:氢氧化铝:水:硼酸=300:60:80:4,加料顺序为:氢氧化铝+水+磷酸+硼酸,反应温度为90℃,总制备时间为40min。当环境湿度≤20%RH时,试样的4h、24h抗拉强度为0.45MPa、1.05MPa。然后,择优选择了柠檬酸、苹果酸溶液、三乙醇胺对粘结剂进行了改性,通过正交试验,得到最佳配比为基础粘结剂:柠檬酸:苹果酸溶液:三乙醇胺=444:1:5:5,改性后的粘结剂的粘度为:252.5m Pa·s。当环境湿度≤40%RH时,试样的4h、24h抗拉强度为0.72MPa、1.21MPa,有效地提升了抗拉强度,并一定程度上提高了磷酸盐粘结剂的抗吸湿性。但试样初强度仍然很低,1小时内起模困难。通过红外光谱分析等表征,发现改性后粘结剂有-NH2-,-COOH-的引入,证明有机酸根及胺根参与了磷酸盐粘结剂反应,粘结剂中羟基基团在改性后明显地减弱了,有利于改善粘结剂的抗吸湿性。接下来,试验确定了复合固化剂最终配比为镁砂粉:微硅粉:L盐:有机磷酸E=6:3:4:0.5,加入量为13.5g时,其1h抗拉强度为0.15MPa,4h抗拉强度为0.78MPa,24h抗拉强度为1.23MPa。通过扫描电镜等方法进行了硬化机理分析,其中镁砂粉作为传统固化剂的主要成分,能够与磷酸盐反应使其硬化并建立强度。灰微硅粉能降低高温残留强度,改善溃散性;L盐是一种碱性金属盐,可快速提升型砂的固化速度,但影响终强度。有机磷酸E能够与金属离子,如钙离子发生络合反应,从而提高粘结强度。最后,对磷酸盐粘结剂、固化剂、自硬砂进行了工艺性能检测。室温下,湿度≤40%RH时,在加入改性粘结剂的量为3.0%（占砂量）、固化剂加入量为45.0%（占粘结剂量）、混砂时间为120s时,其可使用时间为40min。进行生产试验,铸件表面光洁,溃散性好,造型制芯没有气味。
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