本發明涉及一種鑄造領域，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：
目前，隨著工業的快速發展，能源消耗和環境污染給中國經濟的可持續發展帶來了巨大壓力。中國國家發展的規劃，將節能減排綠色制造和循環經濟作為國家社會和經濟發展的重點。鑄造行業作為中國制造業的重要組成部分，在快速發展的同時也產生了較大的能源和環境問題。目前，我國已是世界第一鑄造大國，年鑄件產量3000多萬噸，遠超過第二鑄件大國(美國)的1200萬噸。然而產量越高，所產生的能源和環境問題越嚴重。因此，面向21世紀的鑄造技術必將朝著綠色鑄造工藝方法和材料裝備技術的方向發展。近年來，為滿足綠色鑄造工藝的要求，各種改性劑被發明用于改性水玻璃，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，并不能解決污染環境的問題。
水玻璃無機粘結劑是無毒、無味、低成本的綠色鑄造粘結劑，是目前最常用的鑄造型芯砂的粘結劑。水玻璃粘結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、有害氣體數量少；在不同環境條件下貯存性好，型芯砂可使用的時間長；應用范圍廣等優點。雖然水玻璃砂的優點突出，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構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出各種各樣的優異特性，近年來，采用納米粒子改性水玻璃的方法引起了極大的關注，并迅速展開此方面的研究與開發。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、結合力不強，影響改性效果，從而影響鑄件質量。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，具有很好的粘結效果、很高的熱穩定性和均勻性，目前還未見到有相關專利報道。
技術實現要素：
本發明要解決上述現有技術存在的問題，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，減少了環境污染問題，推動了綠色鑄造工藝的發展。
本發明解決其技術問題采用的技術方案：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、氯化鈹等一種或幾種。
本發明有益的效果是：本發明創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，因而不會產生有害氣體，環保經濟。同時由于水玻璃與無機納米粒子的收縮系數不同，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空隙和裂紋，破壞其連續性，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合在一起，改善水玻璃的性能。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明：
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％。
雖然本發明已通過參考優選的實施例進行了描述，但是，本專業普通技術人員應當了解，在權利要求書的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化。