硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂的正交试验研究

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1、硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂的正交试验研究夏露，张友寿，黄晋（湖北工业大学机械工程学院，武汉市，430068）摘要：通过正交试验确定硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂的较优配方，并对其进行改进，获得最优配方。性能测试结果表明：该复合磷酸盐粘结剂具有较高的室温抗压强度和良好的抗吸湿性。关键词：硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂正交试验室温抗压强度抗吸湿性中图分类号:TG113.26+1文献标识码：A磷酸盐作为粘结剂，特别是应用在自硬砂方面，在国外已进行了许多研究[1~3]。我国铸造工作者对磷酸盐类粘结剂的研究近年来也做了大量的工作[4~8]

2、，但还没有在生产中广泛应用[9]。从目前的成果来看，磷酸盐自硬砂具有良好的溃散性和高温性能，制备方便、无毒、无味、无公害，与水玻璃和树脂砂相比，具有其独特的优点。因此，对磷酸盐粘结剂的开发研究具有积极意义。本文对硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂进行了正交试验研究。1试验材料及试验方法1.1试验材料工业磷酸（85%）、氢氧化铝、碳酸镁、硼酸及蒸馏水；大林标准砂，NBS50／100（O）；固化剂为降低活性的电熔镁砂粉。1.2试验用仪器及设备DJ1C-1000W增力定时电动搅拌器、DZTW型调温电热套、密度计、SHY-A叶片式混砂机

3、（搅拌速度200r/min）、SYC锤击式制样机、SWY液压万能强度试验机2正交试验内容及结果分析2.1粘结剂合成的正交试验内容采用正交试验，结合极差分析和方差分析两种方法确定硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂较优配方。由于影响粘结剂性能的因素很多，试验中，先固定工业磷酸的量为100ml。据有关文献[5]报道，磷酸浓度为70%时，自硬砂性能最好，因此试验中将磷酸浓度也作为一个因素，水平确定为85%（即市售）和70%（自配），以考察采用本文粘结剂合成方法时磷酸浓度对粘结剂性能的影响。蒸馏水的加入量随试验中各因素的水平而定，主要由粘

4、结剂的密度来控制，最终密度调整为1.50g／cm3左右。综合考虑各因素的影响大小，同时又兼顾各因素之间的相互作用，正交试验采用L18（21×37）表[10]，以室温抗压强度为指标。合成粘结剂的试验因素以及水平如表1所示，表头设计如表2所示。表1试验因素及水平Table1Testfactorsandlevels因素水平氢氧化铝A（g）硼酸B（g）碳酸镁C(g)磷酸浓度D1360075％24041085％34485表2L18（21×37）正交试验表头设计Table2tableheaddesignoforthogonalexp

5、eriments列号12345678因素ABA×BCA×CB×CD2.2粘结剂的合成4首先将牙膏级氢氧化铝和适量的蒸馏水加入三颈瓶中，开始加热，并开动搅拌器（直至合成完毕），升温至沸腾，再缓慢加入磷酸100ml，然后逐步加入过30目筛的硼酸，加热到110～120℃恒温，到反应料透明为止。关闭电源，使反应料温度空冷至90℃以下，加入适量的蒸馏水后，再缓慢加入碳酸镁粉末，使之充分溶解反应，同时将密度调整到1.50g／cm3左右，制成均匀透明的溶液，关闭搅拌器，即获得硼-铝-镁复合磷酸盐粘结剂。单盐磷酸铝粘结剂合成时去掉加入硼

6、酸和碳酸镁粉末的步骤即可2.3混砂工艺及性能测试标准砂+20％固化剂（占粘结剂量）+4%粘结剂（占砂量）出砂，然后在SYC锤击式制样机上制做φ50×50的标准试样，每五个试样为一组，在SWY型液压万能强度试验机上分别测出自硬砂的室温抗压强度，去掉最大值和最小值后，取剩下三个值的平均值。2.4试验数据处理及分析试验数据见表3。表3L18（21×37）正交试验表及自硬砂室温抗压强度Table3L18(21×37)orthogonalexperimenttableandroomtemperaturecompressivestr

7、engthofNon-bakedSand项目编号ABA×BCA×CB×CD（MPa）136031021275%0.6123641012175%1.3133682533375%1.7044002023175%2.0654043511375%2.42640811032275%1.2274401513275%1.20844421031175%0.3894483022375%1.80103601031385%2.52113642522285%2.21236831013185%2.38134003532185%1.77144041

8、1023385%1.10154082011285%1.931644021012385%0.76174443033285%2.15184481521185%1.33采用极差分析和方差分析两种方法对试验数据进行处理。极差分析处理结果见表4。每个因子的同一水平的实验结果作为一组，计算同一组实验结果的平均值，即为水平均值K。