磷酸盐无机覆膜砂研究
发布时间：2021-03-22 19:38
磷酸盐无机粘结剂具备良好的溃散性和低污染性,是一种具有潜力的铸造造型材料。对目前的无机粘结剂应用中存在型砂流动性差的问题,通过将无机磷酸盐粘结剂预制为干态覆膜砂。研制出一种干燥具有很好流动性的覆膜砂。替代有机覆膜砂,具备低发气量和浇铸成型时不会产生污染的磷酸盐无机覆膜砂。对冷冻、干燥等覆膜砂预处理过程的工艺参数进行优化。确定冷法覆膜砂中合适的液氮加入量、液氮干燥方式和设计相配合的设备,以保证冷法覆膜砂能在工业条件下加热固化成型。确定热法覆膜砂干燥时间、干燥温度,以保证热法覆膜砂能有较长的使用时间和固化后有媲美有机覆膜砂的强度。热法覆膜砂成型时加入的辅料为保证覆膜砂快速、完整的成型,并且在低湿度环境下有较长的保存时间。最后,通过磷酸盐覆膜砂的断口形貌和粘结桥组分的分析鉴定,对覆膜和硬化工艺机理做出一定的分析和总结。实验表明,偶联剂会促进磷酸盐粘结剂的脱水反应,使覆膜砂试样形成更多的粘结桥,但偶联剂呈碱性,在加入后改变覆膜砂体系的酸碱性,过量的加入会导致磷酸盐粘结剂失去固化能力。偶联剂也会影响固化后试样的保存,一定程度上减缓覆膜砂的吸潮,使覆膜砂试样在低湿度环境下保存时间更长。通入压缩空气...
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
加热时间与抗拉强度之间影响
湖北工业大学硕士学位论文13图3.4抗拉强度随保存时间的变化Fig3.4Changeoftensilestrengthwithstoragetime由上图可以看出，冷法覆膜砂在脱模时的强度可达到1.02MPa可以与现在应用的有机覆膜砂相媲美，磷酸盐粘结剂在应用中成型试样会发现吸潮现象是本行业研究人员的共识，虽然使用的粘结剂具有较好的抗吸湿性，成型的试样在低湿度环境下保存3小时就开始吸湿强度下降很明显。保存时间为6小时，试样的抗拉强度就下降到0.6MPa。试样保存时间到9小时，全部吸湿软化强度降到0.1MPa。保存时间到12小时以后，试样吸潮润湿不能测量抗拉强度。通过液氮的冰冻可以增强冷法覆膜砂的流动性，使磷酸盐粘结剂在应用中适应复杂砂芯的成型工艺，但由于磷酸盐粘结剂固有的吸潮性，导致成型试样在低湿度环境下保存稳定性差，对于实际应用还是有一定的影响。由上述结论可以看出，冷法覆膜砂在加热固化后在低湿度环境下保存稳定性很差，保存时间为9小时试样就完全吸潮软化并无法使用。磷酸盐粘结剂在加热时的固化是一种可逆过程，固化时失水发生链式缩聚反应，接触外界空气会吸收水破坏形成的粘结桥导致试样吸潮软化。想要解决磷酸盐覆膜砂的保存吸潮问题，要改变磷酸盐粘结剂固化反应的可逆性，使固化的磷酸盐粘结剂不会吸收外界水分，就可达到改善磷酸盐粘结剂的保存稳定性的目的。电熔镁砂粉的加入会使得磷酸盐粘结剂自发硬化，实验中发现成型的试样会在低湿度环境下保存具有较高的抗拉强度。冷法磷酸盐覆膜砂不需要自发进行固化反应，因固化反应会使得砂粒间形成粘结桥聚成小团状影响使用时覆膜砂的流动性。通过实验改善工艺发现，电熔镁砂粉与液氮同时加入，因液氮的低温环境下化学反应的反应速率很低，磷酸盐粘结剂的自发固化不能进行，可保证冷法覆
湖北工业大学硕士学位论文14膜砂具有很好的流动性。完成制样后随着模具的加热，使得结晶磷酸盐粘结融化，试样温度上升会进一步促进覆膜砂的固化反应，会加速试样的固化反应。图3.5氧化镁加入量对抗拉强度的影响Fig3.5Theeffectoftheamountofmagnesiumoxideaddedonthetensilestrength由上图可以看出，没有加入电熔镁砂粉的覆膜砂在成型时的平均强度为1.12MPa，加入量为0.1%时，覆膜砂的即时平均强度达到1.56MPa。随着电熔镁砂粉的加入增加，覆膜砂的抗拉强度呈下降趋势。加入量达到0.6%时，覆膜砂的强度下降到0.1MPa，脱模后试样有很严重表面掉砂。电熔镁砂粉的加入可促进磷酸盐粘结剂的固化反应，由没有加入和加入量0.1%的对比可以看出，少量的电熔镁砂粉的加入会使得覆膜砂的抗拉强度提高，会加速固化反应速率在短时间内形成很多的有效粘结桥。随着加入量的提高，试样的强度有明显的下降。电熔镁砂粉加速固化反应进行是在少量加入的范围，伴随着模具加热和过量加入电熔镁砂粉会使得反应速率大大提高，随着加热的进行形成的粘结桥会因过度脱水而断裂，导致试样的抗拉强度下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气污染治理设备在我国铸造行业的应用[J]. 刘树生,乔世杰,曹林锋,宋安安,王凤. 铸造工程. 2019(04)
[2]Recycling water glass from wet reclamation sewage of waste sodium silicate-bonded sand[J]. Li-chi Wang,Wen-ming Jiang,Xiao-long Gong,Fu-chu Liu,Zi-tian Fan. China Foundry. 2019(03)
[3]微波加热硬化磷酸盐无机铸造粘结剂砂性能研究[J]. 刘栋,张友寿,夏露,黄晋. 铸造技术. 2018(01)
[4]粘土砂湿型铸铁件常见铸造缺陷的防止措施[J]. 史家全,吴来发,汪大新,石云. 现代铸铁. 2017(04)
[5]无机粘结剂体系领域的进步[J]. JENS Müller,HEINZ Deters,MARTIN Oberleiter,HENNING Zupan,HANNES Lincke,RONJA Resch,JRG Krschgen,AXEL Kasperowski. 铸造. 2016(05)
[6]绿色铸造理念下有机酯水玻璃砂造型常见问题及其应对措施[J]. 王瑾,赵亮. 铸造技术. 2016(04)
[7]我国砂型铸造行业水污染现状调查[J]. 庞涛,陶红,阮剑波,宋安安,宋量,刘燕. 铸造. 2016(01)
[8]铸造废砂的环境毒性研究[J]. 张海凤,王玉珏,王劲璘,黄天佑,熊鹰. 环境科学. 2013(03)
[9]水玻璃砂型铸造技术研究及应用新进展[J]. 樊自田,汪华方. 金属加工(热加工). 2011(19)
[10]磷酸盐自硬砂用氧化铁复合固化剂研究[J]. 胡涂,张友寿,夏露,黄晋. 铸造设备与工艺. 2011(04)
博士论文
[1]粘土砂有效膨润土自动测定方法及质量控制系统研究[D]. 龙威.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]铸造用复合改性水玻璃粘结剂的试验研究[D]. 张明.郑州大学 2019
[2]水玻璃砂改性剂的研制及其对水玻璃砂性能的影响[D]. 赵冲.郑州大学 2017
[3]磷酸盐无机粘结剂及其应用研究[D]. 黄建波.湖北工业大学 2014
[4]高中和度复合磷酸盐自硬砂的性能研究及热空气固化探讨[D]. 何丹.湖北工业大学 2013
[5]铁路铸钢件湿型粘土砂铸造工艺优化及缺陷防治[D]. 申恩强.华中科技大学 2011
[6]磷酸盐自硬砂性能的影响因素研究[D]. 胡涂.湖北工业大学 2011
[7]水轮机叶片的水玻璃砂型铸造过程数值模拟研究[D]. 南江鹏.中南大学 2011
本文编号：3094357
【文章来源】：湖北工业大学湖北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
加热时间与抗拉强度之间影响
湖北工业大学硕士学位论文13图3.4抗拉强度随保存时间的变化Fig3.4Changeoftensilestrengthwithstoragetime由上图可以看出，冷法覆膜砂在脱模时的强度可达到1.02MPa可以与现在应用的有机覆膜砂相媲美，磷酸盐粘结剂在应用中成型试样会发现吸潮现象是本行业研究人员的共识，虽然使用的粘结剂具有较好的抗吸湿性，成型的试样在低湿度环境下保存3小时就开始吸湿强度下降很明显。保存时间为6小时，试样的抗拉强度就下降到0.6MPa。试样保存时间到9小时，全部吸湿软化强度降到0.1MPa。保存时间到12小时以后，试样吸潮润湿不能测量抗拉强度。通过液氮的冰冻可以增强冷法覆膜砂的流动性，使磷酸盐粘结剂在应用中适应复杂砂芯的成型工艺，但由于磷酸盐粘结剂固有的吸潮性，导致成型试样在低湿度环境下保存稳定性差，对于实际应用还是有一定的影响。由上述结论可以看出，冷法覆膜砂在加热固化后在低湿度环境下保存稳定性很差，保存时间为9小时试样就完全吸潮软化并无法使用。磷酸盐粘结剂在加热时的固化是一种可逆过程，固化时失水发生链式缩聚反应，接触外界空气会吸收水破坏形成的粘结桥导致试样吸潮软化。想要解决磷酸盐覆膜砂的保存吸潮问题，要改变磷酸盐粘结剂固化反应的可逆性，使固化的磷酸盐粘结剂不会吸收外界水分，就可达到改善磷酸盐粘结剂的保存稳定性的目的。电熔镁砂粉的加入会使得磷酸盐粘结剂自发硬化，实验中发现成型的试样会在低湿度环境下保存具有较高的抗拉强度。冷法磷酸盐覆膜砂不需要自发进行固化反应，因固化反应会使得砂粒间形成粘结桥聚成小团状影响使用时覆膜砂的流动性。通过实验改善工艺发现，电熔镁砂粉与液氮同时加入，因液氮的低温环境下化学反应的反应速率很低，磷酸盐粘结剂的自发固化不能进行，可保证冷法覆
湖北工业大学硕士学位论文14膜砂具有很好的流动性。完成制样后随着模具的加热，使得结晶磷酸盐粘结融化，试样温度上升会进一步促进覆膜砂的固化反应，会加速试样的固化反应。图3.5氧化镁加入量对抗拉强度的影响Fig3.5Theeffectoftheamountofmagnesiumoxideaddedonthetensilestrength由上图可以看出，没有加入电熔镁砂粉的覆膜砂在成型时的平均强度为1.12MPa，加入量为0.1%时，覆膜砂的即时平均强度达到1.56MPa。随着电熔镁砂粉的加入增加，覆膜砂的抗拉强度呈下降趋势。加入量达到0.6%时，覆膜砂的强度下降到0.1MPa，脱模后试样有很严重表面掉砂。电熔镁砂粉的加入可促进磷酸盐粘结剂的固化反应，由没有加入和加入量0.1%的对比可以看出，少量的电熔镁砂粉的加入会使得覆膜砂的抗拉强度提高，会加速固化反应速率在短时间内形成很多的有效粘结桥。随着加入量的提高，试样的强度有明显的下降。电熔镁砂粉加速固化反应进行是在少量加入的范围，伴随着模具加热和过量加入电熔镁砂粉会使得反应速率大大提高，随着加热的进行形成的粘结桥会因过度脱水而断裂，导致试样的抗拉强度下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气污染治理设备在我国铸造行业的应用[J]. 刘树生,乔世杰,曹林锋,宋安安,王凤. 铸造工程. 2019(04)
[2]Recycling water glass from wet reclamation sewage of waste sodium silicate-bonded sand[J]. Li-chi Wang,Wen-ming Jiang,Xiao-long Gong,Fu-chu Liu,Zi-tian Fan. China Foundry. 2019(03)
[3]微波加热硬化磷酸盐无机铸造粘结剂砂性能研究[J]. 刘栋,张友寿,夏露,黄晋. 铸造技术. 2018(01)
[4]粘土砂湿型铸铁件常见铸造缺陷的防止措施[J]. 史家全,吴来发,汪大新,石云. 现代铸铁. 2017(04)
[5]无机粘结剂体系领域的进步[J]. JENS Müller,HEINZ Deters,MARTIN Oberleiter,HENNING Zupan,HANNES Lincke,RONJA Resch,JRG Krschgen,AXEL Kasperowski. 铸造. 2016(05)
[6]绿色铸造理念下有机酯水玻璃砂造型常见问题及其应对措施[J]. 王瑾,赵亮. 铸造技术. 2016(04)
[7]我国砂型铸造行业水污染现状调查[J]. 庞涛,陶红,阮剑波,宋安安,宋量,刘燕. 铸造. 2016(01)
[8]铸造废砂的环境毒性研究[J]. 张海凤,王玉珏,王劲璘,黄天佑,熊鹰. 环境科学. 2013(03)
[9]水玻璃砂型铸造技术研究及应用新进展[J]. 樊自田,汪华方. 金属加工(热加工). 2011(19)
[10]磷酸盐自硬砂用氧化铁复合固化剂研究[J]. 胡涂,张友寿,夏露,黄晋. 铸造设备与工艺. 2011(04)
博士论文
[1]粘土砂有效膨润土自动测定方法及质量控制系统研究[D]. 龙威.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]铸造用复合改性水玻璃粘结剂的试验研究[D]. 张明.郑州大学 2019
[2]水玻璃砂改性剂的研制及其对水玻璃砂性能的影响[D]. 赵冲.郑州大学 2017
[3]磷酸盐无机粘结剂及其应用研究[D]. 黄建波.湖北工业大学 2014
[4]高中和度复合磷酸盐自硬砂的性能研究及热空气固化探讨[D]. 何丹.湖北工业大学 2013
[5]铁路铸钢件湿型粘土砂铸造工艺优化及缺陷防治[D]. 申恩强.华中科技大学 2011
[6]磷酸盐自硬砂性能的影响因素研究[D]. 胡涂.湖北工业大学 2011
[7]水轮机叶片的水玻璃砂型铸造过程数值模拟研究[D]. 南江鹏.中南大学 2011
本文编号：3094357
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