本發(fā)明涉及一種鑄造領(lǐng)域，尤其涉及一種無機納米粒子改性水玻璃及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源消耗和環(huán)境污染給中國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大壓力。中國國家發(fā)展的規(guī)劃，將節(jié)能減排綠色制造和循環(huán)經(jīng)濟作為國家社會和經(jīng)濟發(fā)展的重點。鑄造行業(yè)作為中國制造業(yè)的重要組成部分，在快速發(fā)展的同時也產(chǎn)生了較大的能源和環(huán)境問題。目前，我國已是世界第一鑄造大國，年鑄件產(chǎn)量3000多萬噸，遠超過第二鑄件大國(美國)的1200萬噸。然而產(chǎn)量越高，所產(chǎn)生的能源和環(huán)境問題越嚴重。因此，面向21世紀的鑄造技術(shù)必將朝著綠色鑄造工藝方法和材料裝備技術(shù)的方向發(fā)展。近年來，為滿足綠色鑄造工藝的要求，各種改性劑被發(fā)明用于改性水玻璃，這對改善水玻璃的潰散性和提高鑄件的質(zhì)量起了很大的作用，但是這些改性劑中，大部分含有有機物，會釋放出大量的苯、醛、硫等有毒氣體，并不能解決污染環(huán)境的問題。
水玻璃無機粘結(jié)劑是無毒、無味、低成本的綠色鑄造粘結(jié)劑，是目前最常用的鑄造型芯砂的粘結(jié)劑。水玻璃粘結(jié)劑應用的主要工藝是co2硬化水玻璃砂，該工藝造型制芯過程中和澆注時釋放的各種有毒、有害氣體數(shù)量少；在不同環(huán)境條件下貯存性好，型芯砂可使用的時間長；應用范圍廣等優(yōu)點。雖然水玻璃砂的優(yōu)點突出，但是潰散性差、舊砂回收困難的缺點也很突出：潰散性差，落砂異常困難；水玻璃舊砂的再生和回用比較困難，舊砂的廢棄造成嚴重的環(huán)境污染。特別是水玻璃舊砂再生困難、回用率低，導致許多工廠將廢砂丟棄，造成了嚴重的環(huán)境污染。水玻璃砂潰散性和可回用性差的主要原因是，在生產(chǎn)實際中水玻璃加入量的偏大。研究表明，水玻璃的加入量超過4％，水玻璃砂的潰散性就很差，舊砂回用也變得很困難。正是由于生產(chǎn)實際中水玻璃的加入量高達10％，加劇了砂型潰散難、舊砂再生回用難這兩大難題。
納米粒子是指材料兩相顯微結(jié)構(gòu)中至少有一相的一維尺度達到納米級的材料，其中納米粒子相是數(shù)目很少的原子或分子組成的聚集體，粒子直徑小于100nm。由于納米粒子在磁、光、化學、催化等許多方面呈現(xiàn)出各種各樣的優(yōu)異特性，近年來，采用納米粒子改性水玻璃的方法引起了極大的關(guān)注，并迅速展開此方面的研究與開發(fā)。專利cn101947637a通過加入部分二氧化硅等納米粒子以及其他改性劑來改性水玻璃，使得水玻璃加入量減少，從而改善其潰散性。專利cn101879577a公開了一種高溫無機納米粒子潰散劑來改性水玻璃。就在15年年初，專利cn104259379a報道用于普通水玻璃中的潰散增強劑，其組分就為二氧化硅、氧化鋁和石墨烯等無機納米粒子。上述專利通過將無機納米粒子的粉末與水玻璃直接進行混合得到改性水玻璃都有效改善了水玻璃砂的高溫潰散性。然而這種直接機械混合的方法存在混合不均勻、結(jié)合力不強，影響改性效果，從而影響鑄件質(zhì)量。因而，本專利提出了一種化學添加的方法，使得無機納米顆粒作為一種改善水玻璃的潰散性的改性劑，更好的與水玻璃混合，具有很好的粘結(jié)效果、很高的熱穩(wěn)定性和均勻性，目前還未見到有相關(guān)專利報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種無機納米粒子改性水玻璃及其制備方法，解決水玻璃砂面臨的粘結(jié)強度低、潰散性不好和舊砂回收再生困難的問題，大大改善了水玻璃的潰散性，使舊砂的回收率大大的提高，減少了環(huán)境污染問題，推動了綠色鑄造工藝的發(fā)展。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案：這種無機納米粒子改性水玻璃是由均勻附著的無機納米粒子和普通水玻璃組成的，其中無機納米粒子和普通水玻璃的質(zhì)量比為1.0:100～2.0:100。
所述的無機納米粒子改性水玻璃，其具體制備方法如下：金屬的硝酸鹽或氯化鹽類，經(jīng)乙醇溶解后，與水玻璃進行混合，先進行超聲振蕩10～15min使得其混合均勻，然后再于40-60℃的水浴溫度下攪拌20～60min，之后調(diào)ph至5-8，即得到混合均勻的無機納米粒子改性水玻璃。
所述的金屬的硝酸鹽或鋁酸鹽為硝酸鋁、氯化鋁、硝酸鎂、氯化鎂、硝酸銅、氯化銅、硝酸鋅、氯化鋅、硝酸鐵、氯化鐵、硝酸鈹、氯化鈹?shù)纫环N或幾種。
本發(fā)明有益的效果是：本發(fā)明創(chuàng)造性的采用化學添加的方法，使得無機納米粒子改性劑均勻的添加入水玻璃中，從而全方面的改善了水玻璃的性能。無機納米粒子的添加一方面較少了水玻璃的添加，另一方面由于不添加有機物，因而不會產(chǎn)生有害氣體，環(huán)保經(jīng)濟。同時由于水玻璃與無機納米粒子的收縮系數(shù)不同，使得納米顆粒與水玻璃之間及無機粒子周圍的粘接膜之間出現(xiàn)空隙和裂紋，破壞其連續(xù)性，降低了殘留強度，大大改善水玻璃的潰散性，更容易回收。本發(fā)明為了保證納米粒子和水玻璃能很好的復合在一起，采用化學添加的方法，從而使無機納米粒子能夠均勻的與水玻璃結(jié)合在一起，改善水玻璃的性能。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明：
實施例1
將氯化鋁、氯化鐵和氯化銅溶于乙醇中(氯化鋁、氯化鐵、氯化銅和乙醇的質(zhì)量比為4.0：2.0：1.0：3.0)，與水玻璃進行混合，先進行超聲振蕩10min使得其混合均勻，然后再于60℃的水浴溫度下攪拌30min，之后調(diào)ph至6，即得到混合均勻的無機納米粒子改性水玻璃。此時制成水玻璃砂的常溫強度比普通水玻璃的強度提高了21.1％，而殘留強度則降低了34.5％。
實施例2
將硝酸鋁、硝酸鋅、硝酸銅和硝酸鈹溶于乙醇中(硝酸鋁、硝酸鋅、硝酸銅、硝酸鈹和乙醇的質(zhì)量比為4.0：1.0：1.0：0.5：3.5)，與水玻璃進行混合，先進行超聲振蕩15min使得其混合均勻，然后再于40℃的水浴溫度下攪拌60min，之后調(diào)ph至8，即得到混合均勻的無機納米粒子改性水玻璃。此時制成水玻璃砂的常溫強度比普通水玻璃的強度提高了28.0％，而殘留強度則降低了36.1％。
實施例3
將硝酸鋁、硝酸鋅溶于乙醇中(硝酸鋁、硝酸鋅和乙醇的質(zhì)量比為5.5：1.5：3.0)，與水玻璃進行混合，先進行超聲振蕩12min使得其混合均勻，然后再于50℃的水浴溫度下攪拌20min，之后調(diào)ph至5，即得到混合均勻的無機納米粒子改性水玻璃。此時制成水玻璃砂的常溫強度比普通水玻璃的強度提高了17.2％，而殘留強度則降低了12.3％。
雖然本發(fā)明已通過參考優(yōu)選的實施例進行了描述，但是，本專業(yè)普通技術(shù)人員應當了解，在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可作形式和細節(jié)上的各種各樣變化。