Nguyên nhân gây ra hiện tượng tách lớp ở lớp vỏ làm bằng cát thủy tinh trong quá trình đúc khuôn đầu tư là gì?

Trong đúc đầu tư (đúc sáp bị mất), khi sử dụng quy trình chế tạo vỏ cát thủy tinh, sự tách lớp vỏ cát (bong tróc vỏ) là một trong những khuyết tật phổ biến, có thể dẫn đến bề mặt gồ ghề, gờ và thậm chí là gãy cấu trúc của vật đúc. Sau đây là những lý do và giải pháp có thể:

1. Phân tích nguyên nhân chính

(1) Vấn đề của keo dán kính nước là mô đun thủy tinh nước (tỷ lệ SiO ₂/Na ₂ O) không phù hợp. Mô đun quá cao (>3,2): cứng quá nhanh, vỏ giòn, dễ bị nứt và bong tróc. Mô đun quá thấp (<2,6): đông cứng chậm, cường độ không đủ, liên kết giữa các lớp kém. Mật độ thủy tinh không phù hợp (>1,40g/cm³) dẫn đến độ thấm kém và độ thẩm thấu của lớp dưới không đủ; Nếu mật độ quá thấp (<1,28g/cm³) thì cường độ liên kết không đủ.

(2) Quá trình làm cứng không đúng cách, nồng độ hoặc thời gian của chất làm cứng không đủ (NH ₄ Cl hoặc CO ₂), làm cứng không hoàn toàn, thủy tinh nước chưa phản ứng còn sót lại bên trong vỏ, co ngót và tách lớp sau khi sấy. Thời gian thông gió CO ₂ quá dài hoặc áp suất quá cao. Bề mặt được làm cứng quá mức và lớp bên trong không được làm cứng, tạo thành cấu trúc "lõi mềm vỏ cứng".

(3) Khi cát được rắc không đều hoặc phân bố kích thước hạt cát không hợp lý trong quá trình chế tạo vỏ và tỷ lệ cát thô (chẳng hạn như lưới 20-40) quá cao thì khả năng liên kết cơ học giữa các lớp yếu. Khi có quá nhiều cát mịn (chẳng hạn như lưới 70-100), độ thấm kém và khí cứng không thể xuyên qua. Lớp giữa bị khô không đủ sẽ khiến lớp tiếp theo được phủ trước khi lớp trước khô hoàn toàn, dẫn đến giảm độ bám dính do độ ẩm còn sót lại.

(4) Các yếu tố môi trường như độ ẩm cao (>70% RH), thủy tinh hấp thụ độ ẩm, phản ứng đông cứng chậm và độ bền vỏ thấp. Khi nhiệt độ quá thấp (<15 oC), tốc độ phản ứng đông cứng giảm và liên kết giữa các lớp không vững chắc.

(5) Chất liệu của khuôn sáp bị nhiễm bẩn bởi các chất giải phóng còn sót lại (chẳng hạn như dầu silicon) hoặc bụi có thể ảnh hưởng đến sự liên kết giữa thủy tinh nước và các hạt cát.

2. Giải pháp

(1) Tối ưu hóa các thông số của thủy tinh và điều chỉnh mô đun lên 2,8-3,0 (bằng cách thêm NaOH hoặc silica sol). Kiểm soát mật độ trong khoảng 1,30-1,36g/cm³ (pha loãng hoặc cô đặc bằng nước). (2) Chuẩn hóa quá trình đông cứng bằng dung dịch làm cứng NH ₄Cl nồng độ 20-25% và thời gian ngâm 5-10 phút. Làm cứng CO ₂: áp suất 0,1-0,2MPa, thời gian thông gió 30-60 giây (điều chỉnh theo độ dày vỏ).

(3) Cải thiện việc phân loại cát cho hoạt động chế tạo vỏ: sử dụng cát thô (20-40 lưới) cho lớp dưới cùng, cát trung bình (40-70 lưới) cho lớp chuyển tiếp và cát mịn (70-100 lưới) cho lớp bề mặt. Sấy xen kẽ: Sau khi phủ xong mỗi lớp nên để khô tự nhiên trong 2-4 giờ (hoặc sấy thông gió cưỡng bức).

(4) Nhiệt độ môi trường kiểm soát môi trường: duy trì 20-25oC, độ ẩm 60%. Làm sạch khuôn sáp: Dùng cồn hoặc chất tẩy rửa chuyên dụng để loại bỏ triệt để chất chống dính.

(5) Các biện pháp khác bao gồm thêm chất gia cố: thêm 1-2% chất liên kết silane (như KH550) vào thủy tinh để cải thiện độ bám dính giữa các lớp. Làm cứng thứ cấp: Sau khi vỏ được chế tạo, nó được ngâm hoàn toàn trong dung dịch làm cứng để gia cố.

3. Quy trình điều tra khuyết tật

1. Kiểm tra vị trí phân lớp: tách lớp bề mặt và lớp chuyển tiếp → làm sạch khuôn sáp hoặc vấn đề hạt cát lớp bề mặt. Tách lớp chuyển tiếp và lớp sau → quá trình làm cứng hoặc các vấn đề phân loại chà nhám.

2. Kiểm tra độ cứng của vỏ: Sử dụng máy đo độ cứng để đo độ cứng của từng lớp và điều chỉnh các thông số độ cứng khi chênh lệch lớn hơn 15%.

3. Quan sát hình thái mặt cắt: hạt cát rơi ra nhiều hơn → độ bám dính không đủ; Mặt cắt nhẵn → độ cứng không đủ.

4. Đề xuất quy trình thay thế: Nếu quá trình phân tách xảy ra nhiều lần, có thể xem xét giải pháp thay thế sau: vỏ hỗn hợp thủy tinh nước silica sol: silica sol cho lớp bề mặt (độ chính xác cao) và thủy tinh nước cho lớp sau (chi phí thấp).

Tất cả quá trình sử dụng silica sol: Rủi ro phân tách thấp nhưng chi phí cao. Bằng cách điều chỉnh một cách có hệ thống các thông số vật liệu, quy trình và môi trường, vấn đề phân tách trong vỏ cát thủy tinh nước có thể được giải quyết một cách hiệu quả. Đề nghị tiến hành các thử nghiệm quy mô nhỏ để xác nhận kế hoạch tối ưu hóa trước.