水玻璃型壳工艺及特点

水玻璃型壳工艺及特点
一、原水玻璃技术参数（纯碱水玻璃）。

1.水玻璃模数：M=SiO2/Na2O×1.032 M=3.2～3.4
2.水玻璃密度（ρ）g/cm3=1.36～1.40 波美度：（°Be’）38～42
3.化学成分（质量百分数%）
SiO2≈27.20～29.10
Na2O≈8.2～9.0
Fe≤0.05
4.波美度°Be’与ρ的关系 ρ= 145/145～°Be’ 。

5.水玻璃的基本特点
①水玻璃呈青灰色或淡黄色透明的粘滞性液体。

②水玻璃呈碱性。

PH值11～13.
③水玻璃在低温时易冻结冰点在-2℃～-14℃。

④水玻璃无限溶于水。

二、国内常用的水玻璃制壳工艺
1.表面层涂料
面层涂料直接与蜡模接触，是形成均匀、光洁、致密的型壳和表层，因而直接影响铸件的表面质量。

因此要求面层涂料应具有良好的复制性，使之能精确地复制出蜡模的形状和表面。

此外，涂料还需要有良好的流动性，耐火度与抗渣性要好,粉料粒度要细而均匀,级配合理。

故面层硅粉SiO2≥98%粒度为270目的特级或一级精制硅粉。

三、背层涂料（即加固层涂料）
加固层涂料的作用在于造成一个强固的型壳，以承受液金属的冲击，还为了增加型壳的透气性，加固层涂料的粘度比表面层低,撒砂粒要粗以增加型壳的透气性和强度，应能保证涂料层硬化充分。

加固层涂料有三种类型
1）低强度型壳：水玻璃：石英粉（200目）=1.05～1.10 水玻璃ρ=1.30～1.32.
2）曾强型型壳：水玻璃：石英粉：耐火泥（200目）=3:2:1耐火泥为生料，但Al2O3必须大于25%。

水玻璃ρ=1.32～1.34
3）高强度型壳 水玻璃：铝矾土（200目）=1:1.10～1.50 水玻璃ρ=1.32～1.34
水玻璃： 莫来粉（200目）=1.10～1.50
水玻璃： 匣钵粉 （200目）=1.10～1.50
目前应用广泛的是增强型型壳与高强度型壳。

低强度型壳主要应用于铝合金与铜合
金。

型壳溃散性好，脱壳、清砂良好，但需装箱填砂浇注。

高强度型壳耐火度高，涂料层
渗透性好，硬化速度快，吸水膨胀性很小，涂料粘度稳定但脱壳清砂较困难，适用于中、
大型铸件。

四、背层砂粒品种与粒度的选择
原则上砂粒是涂层的骨架材料故需要相同品种的砂种，尤其是要考虑砂种的膨胀系数
如：铝矾土涂层同铝矾土砂，目数根据层数自里到外由细到粗。

16～30目，20～40目，
10～20目，6～10目。

以下介绍的工艺为高强度型壳工艺。

1.面层（水玻璃涂料）参数。

水玻璃：模数M=3.2～3.4； 密度：ρ=1.25～1.28（常温F为1.26g/cm3）
精制石英粉270目 （SiO2%≥98%）
液：粉=1：（1.10～1.30）
JFC 0.1～0.3%（占水玻璃的质量百分数）
消泡剂 0.05～0.10%
液粉比与室内t℃关系密切（冬夏有别）
室内t℃ ↑液粉比高，t℃ ↓ 液粉比就低。

故冬、夏水玻璃型壳铸件质量差异就很明显，故希望室内t℃ 在冬天要有所控制。

在不同温度下面层粘度控制值（Φ6mm100毫升标准量杯）
室温t℃ ≥8～10 10～15 15～20 20～25 25～30 用NH4Cl液
硬化
粘度S 60～65 55～60 50～55 45～55 40～45
当室内t℃ ≤8℃ 面层粘度提高2～3s。

当室内t℃ ≥30℃面层粘度减少2～3s 手工涂料可适当提高5～10s
2.过渡层可在面层的基础上适当降低15s～20s 或浸水玻璃稀溶液，稀溶液强化处理浓度
即ρ=1.20～1.25的水玻璃溶液，但做面层浆时要将粘度回复到面层浆的粘度。

3.面层的干燥：由于水玻璃呈碱性 PH=11～13。

干燥分两步：（1）自然风干，原则是2～4h 受室内与温度t℃影响很大。

自然风干的好
处：是在脱水过程中缓慢的水分蒸发及空气中CO2与Na2SiO4产生的硅凝胶有良好的连续性
与致密性，以减少型壳的表面缺陷。

如：毛刺、桔皮、蛤蟆皮等，随着硅凝胶的收缩形成 的微细孔道及裂纹有助于化学硬化。

（2）氯化铵水溶液化学硬化
4.面层硬化剂的配制（工业氯化铵99%NH4Cl）硬化液浓度（22～25%NH4Cl水溶液）实际配
制是以过饱和液为好即25～30%配制。

即每100kg水加入26～30kg氯化铵测定ρ=1.05～
1.08；PH=4.5～5.5.
它是一种酸性溶液，硬化时间在15min～20min 与书上介绍的不一致的，它的硬化时间是以水玻璃的胶凝时间 来计算的（5min），同时还要考虑室温与零件的复杂及表面积的大小与型壳的厚度。

5.硬化后的晾干时间：一般以40min 为准，但最简单的方法是观察手摸，模壳表面的水迹（模头底部有无水珠）。

以模壳层不湿不白为准。

过度层的风干与硬化，自干在30min～40min→硬化→晾干→背层。

有的工厂取消“自干”。

面层撒砂：70目/100目 40/70目 过渡20/40目 精制石英砂
6.背层涂料工艺参数
水玻璃M:3.2～3.4 ρ=1.32～1.34
粉料 常见的二种 ①2/3石英粉（200目）+1/3生粘土。

②100%莫来粉（或铭矾土粉）
背层浆料 （以莫来粉浆为例）
粉液比 （1:1.15～1.50）
粘度与室内t℃的关系
室温t℃ ≥8～10 10～15 15～20 20～25 25～30 用结晶氯
化铝溶液粘度 40～45 35～40 30～35 25～30 20～25
硬化
手工涂料可适当提高2～3s
撒砂：10～20目特大件6～10目（后几层）
硬化：结晶氯化铵硬化液的配制
项目 浓度（%） Ρ g/cm3 Al2O3 (%) B碱化度 PH JFC
数值 31～33 1.16～
6～7 〈10 1.4～1.6 0.1%
1.17
7.背层的硬化干燥
结晶氯化铵粘滞性高渗透能力差，随着模壳厚度的增加硬化时间较长。

以莫来粉（砂）为例：3层：25min～30min。

随后每层增加5min～8min。

每层撒砂后不需要自干。

抖落浮砂直接浸入硬化液中液化。

8.滴水晾干：晾干是指硬化后的自然干燥时间控制40min～60min。

模壳可以吹风干燥。

表层以不湿不黄为好。

所谓不湿是指手按触表层无明显的水迹。

封浆后的自然干燥又称补充硬化。

目的是使硬化剂充分渗透硬化（书上介绍的≥10h实际上应为2个班次）。

9.热水脱蜡目的：①模壳中蜡液溶失②继续补充硬化
工艺：热水t℃ 95℃～98℃（维持t℃）时间20～30min。

热水脱蜡液，3%氯化铵或
1%HCl的水溶液，HCl为最佳，可去除皂化物，但工作条件差。

10.模壳焙烧860℃～980℃ 每炉恒温2～4h 以上。

11.蜡液处理：去除蜡料在工艺过程中由于硬脂酸与器具，硬化液水的接触产生的硬脂酸盐。

（加HCl处理，NaF 漂白）
12.关于提高水玻璃型壳铸件质量的建议
水玻璃型壳铸件质量不及硅溶胶型壳关键在粘结剂的变更致使
（1）面层浆料粉液比小 1:1.15 ，原因水玻璃的粘度大。

（2）粘结剂中Na2O 的存在。

（3）干燥方式不一样，硅溶胶工艺是自然干燥。

水玻璃工艺是化学硬化（产生Si胶与铝胶）。

（4）蜡件是低温蜡并以糊状蜡注入模具(0.2～0.4MPa)。

因而铸件存在的表面缺陷多。

常见的有①表面粗糙。

②毛刺（黄瓜刺）③结疤（夹舌）④桔子皮⑤蛤蟆皮⑥鼠尾⑦凹陷与鼓胀，而这类缺陷与水玻璃模壳相关：
①模壳存在蚁孔→蜡模表面粗糙不致密
②型壳易分层与鼓胀，由于层表面浮砂多，浆层厚薄不均容易堆积硬化不透，使胶凝
收缩不均匀使铸件形成皱皮，蜡模与面层之间水分和盐类的积存，导致硬化不良表面层松散并出现凹凸严重的局部开裂形成结疤、桔子皮、凹陷与鼓包
③盐类的析出严重影响面层质量致使铸件表面黏砂，高低不平形似桔子皮、蛤蟆
皮…。

④水玻璃型壳的工艺参数难以控制受气温影响很大，故关键一定要严格控制蜡料质
量、面层涂料质量。

硬化剂中的NaCl≤6～7%，型砂质量粉尘一定要低，粒度要均匀执行工艺不要随意性。

关于水玻璃型壳的焙烧
水玻璃型壳的焙烧是确保浇注出良好的铸件的重要工序
型壳焙烧工艺：
焙烧温度一般控制在880°～900℃，有的工厂控制在860°～880℃，但保温时间要根据加热方式及装炉量控制在2～4h，型壳浇注温度常见的控制在400°～600℃。

常见的检查方法是
（1）型壳出炉后浇口杯有无黑烟冒出，有黑烟即不良，禁止浇注。

（2）浇注后的型壳有大量的烟气即焙烧不良。

（3）焙烧良好的型壳，其内表面应呈白色，若灰黑色即焙烧不良。

型壳焙烧的目的：
（1）型壳脱蜡后，型壳内有大量的挥发物。

如：水分残余蜡料皂化物，砂与粘
土中的有机物及挥发物。

硬化过程中残留的硬化剂及钠盐等。

必须通过焙烧予
以消除。

即减少型壳的发气性，避免铸件产生气孔。

（2）在减少型壳发气性的同时，提高型壳的透气性。

（3）在型壳焙烧过程中，还可进一步降低型壳中残留Na2O以提高型壳的高温强
度，也有利于提高液体金属的充填能力，避免铸件的浇不足与冷隔。

关于型壳在浇注前发现有裂纹甚至开裂其主要原因
1.型壳硬化过度呈脆性，硬化剂中HCl含量过大。

2.涂料层太薄，水玻璃模数过大，砂粒不易附着在涂层中。

3.失蜡时，由于水温过低，脱蜡时间过长，蜡模膨胀引起型壳产生裂纹，此类型
壳经焙烧裂纹继续扩大。

4.涂料粘度过大，涂层厚薄不均匀，一层硬化不透，又做下一层使型壳强度降低
5.涂料存放时间过长，性能变坏。

6.铸件浇注系统设计不合理，在制壳过程中制壳产生的内应力太大。

7.型壳在焙烧过程中升温过快，涂层与砂粒中SiO2在相变过程中（同素异形转
变）产生开裂。

因而减少型壳应力提高模壳强度是可以克服型壳开裂的，为提高型壳强度一定要
注意下列问题。

1.严格控制原水玻璃的技术参数
2.型壳硬化必须控制好。

3.在溶失蜡模时避免时间太长，注意加入氯化铵补充硬化。

4.焙烧温度要严重控制，不要过高，焙烧要均匀有足够的保温时间。

5.型壳焙烧后必须及时浇注，反复焙烧水玻璃型壳会失去强度。

6.型壳焙烧前的装炉，切忌乱堆。

减少承压而产生的应力致使型壳开裂。

7.加固层数的控制由于水玻璃型壳致命的问题是高温强度差（NaCl盐的影响）。

所以型壳的厚度明显比硅溶胶型壳厚。

因而原则规定型壳的层数要比硅溶胶模壳
多1～2层，还要似零件的复杂程度与大小在3～4层以后需捆扎铁丝予以加固。

以上仅供参考，在实际操作中要积累经验予以不断总结和完善。