航空航天和汽车工业的快速发展,带动了市场对复杂薄壁轻合金铸件需求量的增加。此类铸件往往具有复杂的内腔结构,包括细长小孔、薄壁结构。这不仅对铸造砂芯的性能要求较高,而且带来了铸件清理困难的问题。本文针对复杂薄壁镁(铝)合金铸件铸后清理难的问题,以硫酸盐水溶液为粘结剂,对水溶性砂芯的材料组成、性能及硬化工艺进行了系统的试验研究,获得了性能优良、溃散快速的水溶性砂芯,可应用于复杂薄壁轻合金铸件的生产。对比研究了采用不同粘结剂及硬化工艺制备的水溶性硫酸盐砂芯的性能特征。结果表明:以硫酸镁或硫酸铝等单质硫酸盐为粘结剂制备的水溶性砂芯综合性能较差,采用复合硫酸盐粘结剂(硫酸镁+硫酸铝或硫酸钠)能提高强度;二次微波加热硬化工艺适合水溶性硫酸盐砂芯的硬化,能充分发挥硫酸盐粘结剂的粘结效果,砂芯强度大,粘结剂加入量低,硬化效率高,符合绿色铸造的发展趋势。采用二次微波加热硬化工艺,试验研究了水溶性复合硫酸盐砂芯的性能特征。获得了两组性能优良的水溶性砂芯材料组成配方:(1)原砂为大林砂,复合硫酸盐粘结剂为硫酸镁溶液质量分数30%、加入量占砂重5%,十八水硫酸铝晶体加入量占砂重0.5%;(2)原砂为大林砂,复合硫酸盐粘结剂为硫酸镁溶液质量分数30%、加入量占砂重5%,十水硫酸钠晶体加入量占砂重0.5%。两种配方的水溶性砂芯常温强度大于1.2MPa,在潮湿环境下4小时存放强度大于1MPa(强度下降率不足20%),吸水率和发气量较低、表面安定性较高,能用于实际生产。采用水溶性复合硫酸盐砂芯进行了镁合金铸件的实际浇注试验。试验结果表明:镁合金铸件在静止的水中,其内部的水溶性复合硫酸盐砂芯可在15s内自行水溶溃散,易被清理;铸件内腔表面光洁、无明显缺陷。对水溶性复合硫酸盐砂芯的微观形貌进行分析研究。结果表明:复合硫酸盐粘结剂可以在砂粒间形成具有高粘结强度的粘结桥,宏观表现为砂芯的强度高;硫酸盐粘结剂在潮湿环境下吸水,导致粘结桥上出现微小的裂纹或孔洞,这是粘结桥粘结强度下降的原因,宏观表现为砂芯强度降低。