熔模铸造氯化铵硬化水玻璃型壳工艺

熔模铸造氯化铵硬化水玻璃型壳工艺

技术领域

本发明涉及到熔模铸造氯化铵硬化水玻璃型壳的基本硬化工艺参数。

技术背景

氯化铵硬化水玻璃型壳工艺是前苏联科学家、功勋院士彼尔欣教授在五十年代传 入中国，其主要工艺如下：

1、控制氯化铵硬化液的浓度、温度、硬化时间和氯化钠的含量；

2、控制硬化液的PH＝5，可以用盐酸中和法或加热去氨法使硬化液的PH＝5；硬化 液中的过剩盐酸＜0.5％；

3、氯化铵硬化水玻璃型壳，反应的结果除了生成起粘结作用的硅胶以外，还生成 氢氧化铵，氢氧化铵分解成氨气和水；生成氯化钠的比重(d＝2.16)较大，常沉淀在硬化槽 的底部。为了保持硬化液的性能每年更换一次硬化液。

本发明涉及氯化铵硬化水玻璃型壳的上述工艺，揭示了氯化铵硬化水玻璃型壳的 工艺和硬化机理，与前苏联科学家、功勋院士彼尔欣教授提出的工艺有很大的差异。

发明内容

1、控制氯化铵硬化液的浓度、温度、硬化时间，并且三者之间有密切的关系。

2、没有必要控制硬化液中的氯化钠含量。

3、不需要控制硬化液的PH值，不需要用盐酸中和法或加热去氨法使硬化液的PH 值；不存在硬化液中的过剩盐酸＜0.5％。

4、氯化铵硬化水玻璃型壳的硬化机理应该是：

氯化铵(NH₄Cl)是强酸弱碱盐，水玻璃(Na₂O.mSiO₂)是强碱弱酸盐，两者水解后发 生下列化学反应：

上述两个化学反应方程式水解后生成的H⁺和OH^-中和，生成电离度极小的H₂O，使两 个方程式向右进行， 生成硅胶mSiO₂.(n-1)H₂O又促进了水解；进而又中和，周而复始地进行 下去，就会生成越来越多起到粘结作用的硅胶mSiO₂.(n-1)H₂O。而不是“氯化铵水溶液硬化 水玻璃型壳的理论基础，除了生成起粘结作用的硅胶以外，还生成氢氧化铵和氯化钠，氢氧 化铵分解成氨气和水；氯化钠的比重(d＝2.16)较大，常沉淀在硬化槽的底部。”

附图说明

图1是NaCl-NH₄Cl-H₂O的三相图。在20℃时，当NaCl＝19.58g/100ml，NH4Cl＝ 17.23g/100ml时，NH₄Cl和NaCl同时饱和。即当溶液中氯化钠的含量达到相图中的e点时，再 增加NaCl或NH₄Cl，就会析出增加的那种盐。

在正常生产中，硬化液中NaCl的含量低于19.58g/100ml时，不会析出NaCl。不需要 更换硬化液，更不要定期更换硬化液。

具体实施方案

1、实验氯化铵硬化液的浓度、温度、硬化时间和氯化钠含量对硬化层的影响

(1)实验条件：

实验工具：千分尺、温度计、秒表及塑料瓶盖若干。

实验材料：选用不同的氯化铵浓度、不同的温度、不同的硬化时间、不同的氯化钠 含量。

实验方案：

实验方法：用3只塑料瓶盖装满涂料，按照上述实验方案分别放在不同的氯化铵浓 度、不同的温度、不同的硬化时间、不同的氯化钠含量中硬化，取出后用千分尺检测硬化层 的厚度。每个硬化层检测3个点，取其平均值作为评定硬化效果。

(2)实验结论：随着硬化液浓度的增加、温度的提高、硬化时间的延长，硬化层的厚 度增加；随着硬化液中的氯化钠含量增加，对硬化层的影响不太明显。因此，应严格控制硬 化液的浓度、温度和硬 化时间，并且三者有密切关系；不必控制氯化钠含量。

2、实验硬化液中的氯化钠是否能够沉淀

“硬化液随着使用时间的增长，……氯化钠也随之增加。……由于氯化钠的比重(d ＝2.16)较大，它常沉积在硬化槽底部”。

氯化钠是否能沉淀，就要出它们同时饱和了的三相点。

在20℃时，当NaCl＝19.58g/100ml，NH₄Cl＝17.23g/100ml时，NH₄Cl和NaCl同时饱 和。即当溶液中氯化钠的含量达到相图中的e点时，再增加氯化钠或氯化铵，就会析出增加 的那种盐。

在正常生产中，硬化液中氯化钠的含量低于19.58g/100ml时，不会析出氯化钠。不 需要更换硬化液，更不要定期更换硬化液。

3、硬化液的PH值

(1)理论计算硬化液与实际配置硬化液的PH值

本发明实验表明：用蒸馏水配置硬化液的PH值与理论计算的PH值结果基本一致， 用自来水配置硬化液的PH值，因水质的不同，对硬化液PH值的影响很大。

(2)实际生产中，PH值是否变化，及变化规律

本发明的实验表明：硬化液的PH值在使用过程中是不断变化的。PH＝5是很不稳 定；而在PH＝7～8之间比较稳定。

(3)生产中能否控制PH＝5

彼尔欣院士提出“生产中控制PH值有两种方法：一是加盐酸中和法，二是加热去氨 法。”

盐酸中和法。彼尔欣教授给出的加HCl调整硬化液的PH值，是采用化学反应方程式 计算的结果。而实际上使用过的硬化液至少可以看成NH₄Cl-NH₄OH-H₂O的多项缓冲体系，这 时必须考虑到离子强度对硬化液PH值的影响；当溶液中有Na⁺离子和Cl^-离子存在时，必然引 起离子强度的变化，从而影响了H⁺离子的活度。因此，按照彼尔欣的理论计算结果与实际不 符。

本发明实验表明：盐酸能调整硬化液PH值；但是只要使用PH值就上升。无法稳定控 制PH＝5。

加热去氨法：

“当硬化剂温度达到35～40℃，NH₄Cl变成不稳定状态，分解，PH不会达到7”。

本发明实验表明：提高硬化液的温度可以降低PH值。当硬化液温度为40℃时，PH值 从7.6降到7.5，降低得太少；当硬化液的温度为70℃时，PH值从7.6降到7.1。彼尔欣博士认 为：“当硬化液温度达到35～40℃，NH₄Cl变成不稳定状态，分解，PH值不会达到7”之说法不 准确。

(4)为什么PH＝5不稳定？

本发明实验表明：当硬化液的PH＝5时，溶液中的OH^-浓度很低；当硬化水玻璃型壳 以后，水玻璃中的Na₂O与NH₄Cl反应，中和了NH₄Cl水解出来的H⁺离子，同时生成了NH₄OH(实际 上在硬化液中是以离子状态存在，只有达到饱和状态才能以分子状态存在)，硬化液中的 OH^-浓度升高，PH值都很快上升到7附近。此时，硬化液变成了NH₄Cl-NH₄OH-H₂O的多项缓冲溶 液，并具有了一定的缓冲能力，使PH值的上升速度缓慢并趋于稳定。

本发明实验表明：PH值对硬化层深度的影响很小；实际生产中，没有必要控制PH＝ 5～6。

(5)盐酸的残留量

“当硬化剂溶液中NH₄OH超过0.3％时，可以用浓盐酸来中和它。。。。。。。允许硬化液 中有过剩的HCl；但是不得大于0.5％”。

本发明实验说明：生产中不需要控制硬化液的PH值，不用盐酸调整，就不存在过剩 盐酸问题。其实，0.5％的HCl其当量浓度是0.13N；硬化液中有0.5％的过剩HCl时，其PH＝ 0.9。

(6)硬化机理

“氯化铵水溶液硬化水玻璃型壳的理论基础，除了生成起粘结作用的硅胶以外，还 生成氢氧化铵和氯化钠，氢氧化铵分解成氨气和水；氯化钠的比重(d＝2.16)较大，常沉淀 在硬化槽的底部。”

本发明实验表明：氯化铵水溶液硬化水玻璃型壳时，首先生成氨气；氨气溶入硬化 液中生成氢氧化铵。当氢氧化铵没有达到饱和浓度时，不能分解成氨气和水，在空气中嗅不 到氨气味。当氢氧化铵饱和以后，反应生成的氨气直接挥发，使人们嗅到刺鼻的氨气味。因 此应该是首先生成氨气，而不是氢氧化铵。

氯化铵(NH₄Cl)是强酸弱碱盐，水玻璃(Na₂O.mSiO₂)是强碱弱酸盐，两者水解后发 生下列化学反应：

上述两个化学反应方程式水解后生成的H⁺和OH^-中和，生成电离度极小的H₂O，使两 个方程式向右进行，生成硅胶mSiO₂.(n-1)H₂O又促进了水解；进而又中和，周而复始地进行 下去，就会生成越来越多起到粘结作用的硅胶mSiO₂.(n-1)H₂O。

本发明在无锡市雪浪合金钢铸造厂实施，达到了预期的效果。