高强低吸湿铝合金用水溶性型芯的研究

论文摘要

汽车工业及航天航空工业的迅猛发展催生了市场对带有复杂内腔及弯曲孔道铝合金铸件的需求,致使具有高强度的树脂砂芯被大量应用于此类铸件的生产,造成了严重的环境污染；且树脂砂芯的溃散性较差、发气量偏大。水溶性型芯能够很好地解决这类问题,但其低强度和高吸湿率制约了其在生产中的应用。为此,本文在综述现有铝合金水溶性型芯优缺点的基础上,提出了制备铝合金用无机盐粘结剂耐火材料芯,系统研究了影响该水溶性型芯强度的因素和提高该型芯的强度及抗吸湿性能的方法及机理,获得了高强低吸湿的铝合金用型芯砂配方及制备工艺。本文的主要内容如下：1)研究了无机盐种类、原砂种类以及加热温度、加热时间等对型芯抗拉强度的影响；通过正交试验获得了优化的型芯砂基础配方及制芯工艺,其抗拉强度约0.5MPa。2)对比了不同增强物质对1型芯的增强效果,获得了高强型芯配方。实验结果表明：高岭土、晶须及硅藻土均能显著提高型芯的强度,增强后型芯的抗拉强度度超过1.5MPa,相对于基础配方型芯的抗拉强度提高了2倍；采用复合增强后,型芯的抗拉强度可达2.5MPa,相对于基础配方型芯的抗拉强度提高了4倍。3)分析了基础配方的粘结机理及增强配方的增强机理。在制芯过程中,包覆在砂粒表面的无机盐溶液会在砂粒表面逐渐结晶析出形成粘结桥,从而使型芯砂建立起强度；增强物质加入后改变了无机盐的结晶形态,由未增强型芯砂中的片状、块状或针状结构变为致密平滑的结构,从而使型芯砂的强度得到了大幅度的提高。4)确定了以吸湿率为主以表面硬度及抗拉强度为辅的评价型芯抗吸湿能力的指标,并获得了型芯在一定湿度及温度下的吸湿特性方程。5)探讨了沉淀法在提高型芯抗吸湿性能中的效果。其结果表明：以溶有氯化钙的酒精溶液处理型芯的抗吸湿性能得到显著提高。这是因为：一方面沉淀反应中反应产物的抗吸湿性能优于反应物的抗吸湿性能,另外一方面沉淀法处理型芯能屏蔽原有型芯砂粒表面无机盐粘结机的多孔表面。在RH=75～85%、T=20～25℃的环境下,沉淀法处理的型芯砂在4h内的强度损失率为15%,是未处理型芯砂强度损失率的30%。6)获得了高强低吸湿铝合金用水溶性型芯砂配方,并分析了其水溶溃散机理。实验结果表明：该高强低吸湿配方制得的型芯砂抗拉强度达2.5Mpa,发气量仅6.2mL/g,且水溶溃散性能良好,抗吸湿性能提高了一倍；尽管碳酸钾与硅砂在600～800℃下会发生烧结,但由于烧结反应发生在硅砂与碳酸钾的界面上且烧结反应进行得不充分,因此未添加增强物质的型芯因型芯的多孔结构和碳酸钾极易溶于水的特性能够快速溃散；添加增强剂的型芯由于增强剂不会与碳酸钾反应,不会产生新的烧结,因此也具有优良的水溶溃散性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 铝合金铸造用型芯现状
• 1.3 水溶性型芯及其发展概况
• 1.4 水溶性型芯的优缺点
• 1.5 本研究的主要内容及目标
• 2 水溶性型芯砂配方及工艺研究
• 2.1 实验材料及方法
• 2.2 影响型芯强度的因素
• 2.3 正交试验优化
• 2.4 无机盐水溶性型芯砂的粘结机理
• 2.5 小结
• 3 水溶性型芯的增强方法及增强机理
• 3.1 增强剂的选择
• 3.2 水溶性型芯的增强效果
• 3.3 增强剂增强无机盐水溶性型芯砂的机理探讨
• 3.4 小结
• 4 型芯吸湿特性及抗吸湿性能的研究
• 4.1 型芯砂抗吸湿性能的评价
• 4.2 型芯的吸湿特性
• 4.3 沉淀法提高型芯抗吸湿性能的研究
• 4.4 小结
• 5 高强低吸湿型芯性能及水溶机理
• 5.1 引言
• 5.2 型芯的性能
• 5.3 型芯的水溶机理
• 1型芯砂与树脂砂的性能比较'>5.4 M₁型芯砂与树脂砂的性能比较
• 5.5 结论
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间已发表的论文
• 附录2 验收证明