铸造旧砂的显微组织结构与成分分析报告.doc

铸造旧砂的显微组织结构与成分分析 摘要 随着社会的进步，时代的发展，检测材料显微组织结构及成分分析的方法也逐渐细微化，成熟化。从以往的简单的光学显微镜、化学分析逐渐发展到X衍射、透射电镜、扫描电镜等，观察也逐渐的深入。随着可持续发展、绿色发展的号召，铸造旧砂的回收再生也在不断的发展过程中。旧砂粘结剂膜的形貌及组成特征是再生方法选择的基础。采用体视显微镜、扫描电镜、能谱仪等分析仪器，研究了混合旧砂粘结剂膜的形貌及组成。结果表明，其表面形貌为黑色且多呈蜂窝状，而其组成主要是以树脂膜为基底外包覆粘土膜，这一组成方式与单一树脂旧砂和单一粘土旧砂的情形有很大差别。因此，对混合旧砂再生应采用联合再生方法。 关键词：混合旧砂；检测方法；粘结剂膜；形貌 目前，国内外对混合旧砂再生做树脂砂的研究已成为铸造旧砂再生的一个发展趋势，并取得了一定成果，其再生砂质量可达到制芯水平。旧砂再生的目的是有效地去除砂粒表面的惰性膜。研究旧砂粘结剂膜的形貌及组成是旧砂再生的一项重要的基础工作。虽然，对于单一砂粘结剂膜性质及再生性能有过一定研究伪，但对于混合旧砂粘结剂膜的研究却不足。混合旧砂是两种不同粘结剂的单一砂混合而成，相对于只有一种粘结剂的单一砂情形要复杂得多。因此研究混合旧砂粘结剂膜形貌及组成，为混合旧砂再生理论提供基础数据是很有必要的。 一、混合旧砂的形成过程及试验样品的选取 目前国内内燃机厂的缸体、缸盖的铸造用砂分别是：芯砂用树脂砂、造型用粘土砂。芯砂与粘土砂在落砂时混在一起形成粘土混合旧砂。混合旧砂经过一定的砂处理后回用做造型砂，多余的旧砂排放。其砂处理过程分为，落砂、除尘、磁选、筛分、补加膨润土、水分及煤粉(不再补加新砂)、控制质量等流程，多次循环重复上述过程。本文中所取得混合旧砂是在生产线上，筛分除去大砂块后多余的旧砂，即准备再生后做树脂砂的混合旧砂。 调查的国内四家内燃机厂铸造混合旧砂表明，四个厂都采取了前文所述的旧砂处理方法，每次砂处理循环芯砂混入比例都在10％一20％之间。即混合旧砂是树脂旧砂和粘土旧砂的混合，其中树脂旧砂的含量为10％～20％。混合旧砂含泥量为ll％～15％、有效粘土含量为5％～6％，混合旧砂的粘结剂膜中包含树脂残留物、有效粘土、失效粘土、残留煤粉(或者其替代物)及灰分。混合旧砂的灼减量为3.4％一5.7％、测过含泥量的混合旧砂(后文简称洗后砂)灼减量为0.8％-1.7％。 由于四个厂混合旧砂的形成过程及性能情况相似。因此本文将以A厂砂样为例来研究混合旧砂粘结剂膜的形貌及组成。 二、试验方法 使用体视显微镜及扫描电镜研究混合旧砂的表面形貌。采用能谱分析与扫描电镜相结合的方法分析混合旧砂粘结剂膜的组成。混合旧砂的组成比较复杂，有树脂和粘土两种粘结剂。因此研究分为两步：第l步，研究混合旧砂砂样，确定混合旧砂表面粘结剂膜的形貌特点及组成；第2步，研究洗后砂，排除大部分粘土粘结剂的影响，弄清楚混合旧砂基底砂粒的形貌特点及组成。 依据所分析区域的元素组成特征，结合扫描电镜图片灰度差来判断砂粒表面粘结剂膜的种类。判断依据为：①扫描电镜图片中呈现黑色区域，出现大量C元素组成的，判断为树脂残留物。因为树脂残留物是以C元素为主的有机物。②扫描电镜图中呈现灰色区域，主要元素是O和Si，出现适量C元素及AI、Mg等元素，判断为粘土。但无法区分失效粘土与有效粘土。③扫描电镜图中呈现灰色区域，主要元素都是0和Si，C元素含量极少，AI、Mg元素较少，判断为原砂。 由于原砂为硅砂Si02含量高于97％，粘土中的主要成分为蒙托石。粘土比硅砂主要增多Al和Mg元素，因此将以AI、Mg等元素的含量来判断是否含有粘土。粘土膜中含有煤粉等添加物，粘土膜中也会出现C元素，但其含量大大少于树脂膜中的。原砂中的C元素含量极少，因此适量C元素的出现也可作为粘土膜存在与否的判断依据。由于混合旧砂成分复杂，因此元素组成也较为复杂，所以对于含量较少的杂质元素，不再做具体分析。 三、试验内容及结果 3.1混合旧砂表面形貌 选取A厂原砂(叙普砂)、A厂洗后砂、粘土含量3％的模拟混合砂(覆膜砂混人粘土)进行比较。 体视显微镜观察发现，混合旧砂(图la)圆整度较好，表面的粘结剂膜呈黑色：而原砂(图1b)则通体透明或半透明，砂粒棱角分明，表面比较洁净。混合旧砂的表面较为平整，而原砂表面凹凸不平。把混合旧砂表层的粘结剂膜洗掉(洗后砂)发现，砂粒表面依然存在许多黑色或深褐色物质(图1c)，而且多存在于砂粒的凹面。不过其圆整度和表面平整性依然优于原砂。模拟混合砂(图1d)的圆整度较好，表面较为平整，这一点与混合旧砂的情形类似，说明粘结剂膜有效地填平了原砂的凹面。但是表面粘结剂膜的形貌却与混合旧砂有很大差别，这也说明混合旧砂并不是简单的树脂旧砂与粘土旧砂混合在一起。 3.2混合旧砂粘