Was ist der Grund für die Delaminierung der Hülle aus Wasserglassand während des Feingussprozesses?

Beim Feinguss (Wachsausschmelzguss) ist bei Verwendung des Wasserglas-Sandschalenherstellungsverfahrens die Delaminierung der Sandschale (Schalenablösung) einer der häufigsten Fehler, die zu rauer Oberfläche, Graten und sogar strukturellen Brüchen des Gussstücks führen kann. Mögliche Gründe und Lösungen sind:

1. Analyse der Hauptgründe

(1) Das Problem des Wasserglasklebstoffs besteht darin, dass der Wasserglasmodul (SiO₂/Na₂O-Verhältnis) nicht geeignet ist. Der Modul ist zu hoch (>3,2): Es härtet zu schnell aus, die Schale ist spröde und neigt zu Rissen und Delaminierung. Modul zu niedrig (<2,6): langsame Aushärtung, unzureichende Festigkeit, schlechte Zwischenschichtbindung. Eine falsche Dichte des Wasserglases (>1,40g/cm³) führt zu schlechter Durchlässigkeit und unzureichender Infiltration der unteren Schicht; Bei zu geringer Dichte (<1,28g/cm³) ist die Klebefestigkeit unzureichend.

(2) Unsachgemäßer Härtungsprozess, unzureichende Konzentration oder Zeit des Härtungsmittels (NH₄ Cl oder CO₂), unvollständige Härtung, restliches nicht umgesetztes Wasserglas in der Hülle, Schrumpfung und Delaminierung nach dem Trocknen. Die CO₂-Belüftungszeit ist zu lang oder der Druck ist zu hoch. Die Oberfläche ist übermäßig gehärtet und die Innenschicht ist nicht gehärtet, wodurch eine Struktur mit „harter Schale und weichem Kern“ entsteht.

(3) Wenn der Sand ungleichmäßig gestreut wird oder die Sandpartikelgrößenverteilung beim Schalenherstellungsvorgang unangemessen ist und der Anteil an grobem Sand (z. B. 20–40 Mesh) zu hoch ist, ist die mechanische Verzahnung zwischen den Schichten schwach. Wenn zu viel feiner Sand vorhanden ist (z. B. 70–100 Mesh), ist die Durchlässigkeit schlecht und das Härtungsgas kann nicht eindringen. Eine unzureichende Zwischentrocknung führt dazu, dass die nächste Schicht aufgetragen wird, bevor die vorherige Schicht vollständig getrocknet ist, was zu einer verminderten Haftung aufgrund der Restfeuchtigkeit führt.

(4) Umweltfaktoren wie hohe Luftfeuchtigkeit (>70 % relative Luftfeuchtigkeit), Wasseraufnahme von Wasserglas, verzögerte Härtungsreaktion und geringe Schalenfestigkeit. Wenn die Temperatur zu niedrig ist (<15 ℃), verringert sich die Härtungsreaktionsgeschwindigkeit und die Zwischenschichtbindung ist nicht fest.

(5) Materialverunreinigungen von Wachsformen mit Resten von Trennmitteln (z. B. Silikonöl) oder Staub können die Verbindung zwischen Wasserglas und Sandpartikeln beeinträchtigen.

2. Lösung

(1) Optimieren Sie die Wasserglasparameter und stellen Sie den Modul auf 2,8–3,0 ein (durch Zugabe von NaOH oder Kieselsol). Kontrollieren Sie die Dichte zwischen 1,30 und 1,36 g/cm³ (mit Wasser verdünnen oder konzentrieren). (2) Standardisieren Sie den Härtungsprozess mit einer Konzentration der NH₄Cl-Härtungslösung von 20–25 % und einer Einweichzeit von 5–10 Minuten. CO₂-Härtung: Druck 0,1–0,2 MPa, Belüftungszeit 30–60 Sekunden (angepasst an die Schalendicke).

(3) Verbessern Sie die Sandsortierung für den Rohbau: Verwenden Sie groben Sand (20–40 Mesh) für die untere Schicht, mittleren Sand (40–70 Mesh) für die Übergangsschicht und feinen Sand (70–100 Mesh) für die Oberflächenschicht. Zwischenschichttrocknung: Nachdem jede Schicht aufgetragen wurde, sollte sie 2–4 Stunden lang auf natürliche Weise getrocknet werden (oder durch Zwangslüftungstrocknung).

(4) Umgebungstemperatur: 20–25 °C, Luftfeuchtigkeit ≤ 60 %. Reinigung der Wachsform: Verwenden Sie Alkohol oder spezielle Reinigungsmittel, um das Trennmittel gründlich zu entfernen.

(5) Weitere Maßnahmen umfassen die Zugabe von Verstärkungsmitteln: Zugabe von 1–2 % Silan-Haftvermittler (z. B. KH550) zu Wasserglas, um die Haftung zwischen den Schichten zu verbessern. Sekundärhärtung: Nach der Herstellung der Schale wird diese zur Verstärkung vollständig in die Härtungslösung eingetaucht.

3. Fehleruntersuchungsprozess

1. Überprüfen Sie die Schichtposition: Trennung von Oberflächenschicht und Übergangsschicht → Reinigung der Wachsform oder Problem mit Sandpartikeln in der Oberflächenschicht. Trennung von Übergangsschicht und Rückschicht → Härteprozess oder Schleifkornprobleme.

2. Prüfung der Schalenfestigkeit: Messen Sie mit einem Härteprüfer die Härte jeder Schicht und passen Sie die Härtungsparameter an, wenn der Unterschied mehr als 15 % beträgt.

3. Beobachtung der Querschnittsmorphologie: mehr abfallende Sandpartikel → unzureichende Haftung; Glatter Querschnitt → unzureichende Aushärtung.

4. Alternativer Prozessvorschlag: Wenn es wiederholt zu Delamination kommt, kann die folgende alternative Lösung in Betracht gezogen werden: Silica-Sol-Wasserglas-Verbundschale: Silica-Sol für die Oberflächenschicht (hohe Präzision) und Wasserglas für die Rückschicht (niedrige Kosten).

Reines Kieselsol-Verfahren: Geringes Delaminierungsrisiko, aber hohe Kosten. Durch die systematische Anpassung von Material-, Prozess- und Umgebungsparametern kann das Problem der Delaminierung in Wasserglas-Sandschalen effektiv gelöst werden. Schlagen Sie vor, zunächst kleine Experimente durchzuführen, um den Optimierungsplan zu validieren.