在占铸造份额90%的三大型砂当中,水玻璃砂在降低生产成本,提高铸件质量,简化工艺操作,特别是环境保护等方面都具有很大优势,是最有可能实现绿色清洁铸造,符合二十一世纪生产要求的型砂。但这种砂也存在吸湿性强、溃散性差,水玻璃加入量大而导致落砂清理困难,旧砂回用性差的问题,给水玻璃砂的使用和推广带来很大麻烦。为此,开发适用于铸造生产的具有高粘结性能和高抗吸湿性的改性水玻璃,以降低型砂的水玻璃加入量,是一个实用而迫在眉睫的问题,也是本课题研究目标的所在。本文对水玻璃特性、改性方法及改性机理进行了全面的总结与分析。以“水玻璃的物理改性在于消除老化;化学改性在于阻缓老化”的改性指导思想为基础,得出了物理改性主要是往水玻璃体系中供应能量,打散因老化而聚合的胶粒,使聚硅酸的聚合度重新均匀化,从而消除水玻璃的老化;化学改性主要是向水玻璃体系中引入新物质,以吸附或穿插在聚硅酸表面,降低表面能,提高稳定性,减小聚硅酸进一步缩聚的倾向,从而阻缓水玻璃老化的改性方法。在水玻璃改性机理分析指导下,确定了水玻璃改性方案。物理方面采用脉冲电流对水玻璃进行改性。设计制作了一套脉冲电流触发装置,以不同的电压、频率、电极及脉冲处理时间分别对水玻璃进行改性处理,然后对其粘结性能进行了试验研究,并用正交实验法优选了脉冲电流改性水玻璃的最佳工艺参数。化学方面采用多重化学复合对水玻璃进行改性。研究分别从有机物、无机盐、表面活性剂、纳米粒子四个方面进行,通过对改性剂所要起到作用的分析与选择范围的探索,选取了四种有机物及三种其它物质作为多重化学复合的改性材料,分别研究了它们的加入量与水玻璃性能的关系,确定了较佳改性配比。为了进一步提高水玻璃的综合改性效果,本文提出了物理-化学联合改性水玻璃的设想,进行了联合改性工艺的研究,并采用有机酯硬化和CO₂,硬化工艺对联合改性水玻璃的粘结强度及多种使用性能进行了测试。实验结果表明:各种改性都能使水玻璃的抗吸湿性和粘结强度有不同程度的提高,残留强度降低。联合改性水玻璃适用于CO₂和有机酯硬化工艺,具有良好的使用性能。在温度23℃,湿度60%RH的环境下,联合改性能提高CO₂硬化水玻璃砂的抗吸湿性能166.7%,有机酯硬化水玻璃砂的抗吸湿性能41.7%;在温度25℃,湿度20%RH的环境下,能使它们的粘结强度分别提高78.3%和58.2%,残留强度降低63.7%和60.0%。联合改性有效地提高了水玻璃的抗吸湿性与粘结性,可以在保证型砂使用强度的前提下将有机酯硬化水玻璃砂的水玻璃绝对加入量降低到2.33%,CO₂硬化水玻璃砂的水玻璃绝对加入量降低到3.89%,残留强度下降2/3。最后,用透射电子显微镜,红外光谱仪,扫描电子显微镜等设备对用不同方法改性的水玻璃进行了观察与分析。检测结果进一步验证了作者对各种改性机理分析的正确性。