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Verfahren zur Herstellung von Gussformen
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gussformen, insbesondere zum Giessen von Metallen.
Es ist bekannt, dass solche Formen mittels eines Breies aus körnigem hitzebeständigem Material, z. B. Sillimanit, Zirkonsilikat oder Schamotte, und einer Flüssigkeit oder einem Flüssigkeitsgemisch, z. B. Wasser und/oder Alkohol, die bzw. das ein gelierendes Kieselsäuresol enthält, erhalten werden können. Der Brei wird um ein Modell angebracht und nachdem das Sol geliert ist und das körnige Material zu einem Ganzen zusammengebunden ist, wird das Modell entfernt. Die so erhaltene Form wird schliesslich einer Wärmebehandlung unterzogen und ist dann zum Aufnehmen von geschmolzenem Metall geeignet.
Als Kieselsäuresol wird dabei oft ein mit einer starken Säure, wie Salzsäure, verseiftes Organosilikat, z. B. Äthylsilikat, verwendet. Auch Verseifungsprodukte von Polysilikaten, wie das als Handelsprodukt erhältliche Polyäthylsilikat und dialysiertes Wasserglas, kommen dazu in Betracht.
Ein solches Kieselsäuresol ist lange Zeit bei Zimmertemperatur haltbar, wenn der pH-Wert etwa 2 oder weniger beträgt.
Bei Anwendung des Verfahrens ist es notwendig, dass das Sol zuerst flüssig ist, um ein gutes Anlegen der Körner auf dem Modell zu ermöglichen, und dass es darauf innerhalb angemessener Zeit geliert, um dann als Bindemittel für das körnige Material zu wirken.
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erfüllbar und man braucht also nur den pH-Wert zum Einhalten der gewünschten Gelierungszeit zu regeln. Die Angabe pH-Wert ist hier für den potentiometrisch mittels einer Glaselektrode bestimmten Wert verwendet, obwohl es bei hohen Alkoholkonzentrationen zu bezweifeln ist, ob dieser Wert als pH-Wert interpretiert werden darf. Es zeigt sich jedoch, dass der so gemessene Wert auch unter diesen Umständen ein bestimmender Faktor für die Gelierungszeit des Sols ist.
Ein Zusatz von starken alkalischen Lösungen ist zur Erhöhung des PH-Wertes nicht brauchbar, weil im in Betracht kommenden Bereich von pH-Werten schon geringe Zusätze einen grossen Einfluss auf den pH-Wert haben, so dass eine genaue Einstellung des pH-Wertes nicht möglich ist.
Ein für diesen Zweck oft angewendetes Verfahren ist das Hinzugeben von Magnesitpulver zu der Formmasse. Dieses reagiert mit der im Sol vorhandenen Säure und erhöht so allmählich den pH-Wert, wodurch ein Gelieren stattfinden kann. Die Teilchengrösse, Brenntemperatur und die Aufnahme von Feuchtigkeit und Kohlensäure aus der Luft beeinflussen jedoch stark die Reaktionsgeschwindigkeit des Magnesits mit der Säure. Es ist also auch auf diese Weise nicht möglich, die Gelierungszeit des Sols zu steuern. Ausserdem kann auch das körnige hitzebeständige Material selbst durch Abgabe von Ionen an der Oberfläche zu einer nicht steuerbaren Beeinflussung des pH-Wertes und damit der Gelierungszeit beitragen.
Auch bei einer genauen Dosierung aller Komponenten des Breies können schliesslich infolge kleiner Abweichungen der Menge und der Zusammensetzung noch beträchtliche Abweichungen in der Gelierungszeit auftreten. Dieser Nachteil steht im allgemeinen der bei der Massenerzeugung erwünschten Regel-
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mässigkeit im Wege. Dies ist besonders störend bei der Automatisierung des Verfahrens, bei dem repro- duzierbare Gelierungszeiten erforderlich sind.
Die Erfindung bezweckt nun das Steuern der Gelierungszeit der Formmasse bei der Herstellung von
Gussformen.
Nach der Erfindung wird bei der Herstellung von Gussformen die Gelierungszeit des Kieselsäuresols bei gegebener Temperatur durch Zusatz einer Pufferlösung eingestellt.
Das Kieselsäuresol, das in den Formbrei aufgenommen wird, kann in an sich bekannter Weise durch Hydrolyse eines Organosilikates, wie Äthylsilikat, mit einer starken Säure, wie Salzsäure, hergestellt werden.
Hiebei kann ohne Bedenken in einem alkoholischen Medium gearbeitet werden.
Es kommen im allgemeinen als Pufferlösung alle Kombinationen von Säuren und ihren Salzen in Betracht, die die bekannte Pufferwirkung in dem geforderten pH-Bereich aufweisen.
Es ist jedoch vorzuziehen, solche Pufferlösungen zu verwenden, die nur Verbindungen enthalten, die bei der Wärmebehandlung der Form durch Verdampfen und/oder Zersetzen entfernt werden und/oder sich dabei zu Stoffen zersetzen, die als Bestandteil gegen die Formmasse indifferent sind.
Pufferlösungen auf Acetat-Basis sind daher denjenigen auf der Basis von Borat oder Phosphat vorzuziehen. Besonders geeignet sind Pufferlösungen aus Ammoniumacetat, Essigsäure und Wasser.
In den nachstehenden Tabellen wird der Einfluss eines Ammoniumacetat-Essigsäure-Puffers auf die Gelierungszeit eines Kieselsäuresols in einem wässerigen bzw. einem stark alkoholischen Medium dargestellt.
Die Tabelle I bezieht sich auf den Einfluss von Pufferlösungen verschiedener pH-Werte auf die Gelierungszeit eines Kieselsäuresols, das wie folgt erhalten wurde.
100 ml Äthylsilikat, 147, 5 ml Wasser und 2, 5 ml HC1 (1n) wurden zusammen 20 min stark gerührt.
Dabei stieg die Temperatur von Zimmertemperatur bis auf etwa 400C. Das erhaltene Kieselsäuresol enthält ausser Wasser etwa 40% Alkohol, der beim Verseifen frei geworden ist. Der mit einer Glaselektrode gemessene pH-Wert des Sols betrug etwa 1, 80 bei 20 C.
Tabelle II zeigt die Ergebnisse, die mit einem auf folgende Weise erhaltenen stark alkoholischen Kieselsäuresol erzielt wurden.
100 ml Polyäthylsilikat, 75 ml Äthylalkohol, 7 ml HCl (ln) und 18 ml Wasser wurden 20 min zusammen stark gerührt, wobei die Temperatur bis auf etwa 400C anstieg. Das als Hydrolysierprodukt erhaltene Kieselsäuresol hatte einen gemessenen pH-Wert von etwa 1, 16 bei 200C.
Die in den Tabellen angegebenen Pufferlösungen wurden dem Kieselsäuresol etwa 16 h nach der Hydrolyse zugesetzt.
Tabelle 1
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<tb>
<tb> ml/Sol. <SEP> ml <SEP> Zusammensetzung <SEP> Puffer <SEP> pro <SEP> PH <SEP> des <SEP> Sols <SEP> Gelierungszeit
<tb> Puffer <SEP> Liter <SEP> Lösung <SEP> + <SEP> Puffer <SEP> in <SEP> Minuten
<tb> gAmm. <SEP> Acet. <SEP> ml <SEP> Essig-20 C <SEP> 28 C <SEP>
<tb> säure <SEP> (98je)
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 700 <SEP> 0 <SEP> 6, <SEP> 12 <SEP> 6 <SEP> 11/2
<tb> IM <SEP> 3 <SEP> 600 <SEP> 100 <SEP> 5, <SEP> 70 <SEP> 12 <SEP> 4
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 400 <SEP> 300 <SEP> 5, <SEP> 12 <SEP> 41 <SEP> 13
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 5, <SEP> 02 <SEP> 89 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 140 <SEP> 560 <SEP> 4, <SEP> 30 <SEP> 415 <SEP> 166
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 120 <SEP> 580 <SEP> 4,
<SEP> 15 <SEP> 585 <SEP> 240
<tb>
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Tabelle H
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<tb>
<tb> ml/Sol <SEP> ml <SEP> Zusammensetzung <SEP> Puffer <SEP> pro <SEP> PH <SEP> des <SEP> Sols <SEP> Gelierungszeit
<tb> Puffer <SEP> Liter <SEP> Lösung <SEP> + <SEP> Puffer <SEP> in <SEP> Minuten
<tb> g <SEP> Amm. <SEP> Acet. <SEP> ml <SEP> Essig- <SEP> bei <SEP> 200C <SEP>
<tb> säure <SEP> (98%)
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 180 <SEP> 520 <SEP> 5, <SEP> 28 <SEP> 26
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 125 <SEP> 575 <SEP> 5, <SEP> 05 <SEP> 43
<tb> 100 <SEP> 3 <SEP> 100 <SEP> 600 <SEP> 3, <SEP> 05 <SEP> 3600
<tb>
Nachfolgend werden noch einige Beispiele für die Herstellung von Gussformen gegeben.
Beispiel l : Ein Kieselsäuresol wurde durch Verseifen eines Gemisches aus 35 1 Polyäthylsilikat, 1, 41 HCl (2n), 26, 3 l Äthylalkohol und 7,3 l Wasser hergestellt. Nach 24 h wurde das Gemisch mit 140 l Wasser verdünnt. Der gemessene pH-Wert dieses Sols betrug etwa 1,85.
Ein Puffergemisch wurde aus 211 Essigsäure (98go), 13 kg Ammoniumacetat und 16 1 Wasser zusammengesetzt. Der pH-Wert betrug 4, 5 0, 05.
Eine Formmasse wurde aus einem Gemisch von 70 kg Sillimanit (Korngrösse zwischen 125 und 1200 Mikron), 24 kg Zirkonsilikat (Korngrösse kleiner als 60 Mikron), 18 1 des Kieselsäuresols und 540 ml der Pufferflüssigkeit zusammengesetzt.
Ein Wachsmodell wurde in einem Behälter angeordnet und mit der angegebenen Formmasse umgossen. Die Masse gelierte in 7 1/2 h. Das umkleidete Wachsmodell wurde dann in einem Ofen angeordnet und auf eine Temperatur von 1500C erhitzt, bei der das Wachsmodell durch Schmelzen entfernt wurde.
Dann wurde die Temperatur bis auf 800 - 9000C erhöht.
Nach dieser Behandlung hatte die Form eine genügende Festigkeit bekommen, so dass sie zum Aufnehmen von geschmolzenem Metall geeignet war und nach dem Giessen noch leicht vom erhaltenen Gussstück entfernt werden konnte.
Beispiel 2 : Eine Formmasse wurde aus einem Gemisch von 71 kg Sillimanit, 24 kg Zirkonsilikat, 18 1 des bei Tabelle I angegebenen Kieselsäuresols und 540 ml eines pro Liter 600 g Ammoniumacetat und 100 ml Essigsäure (980/0) enthaltenden Puffergemisches zusammengesetzt.
Aus dieser Masse wurde mittels Modellplatten eine geteilte Form hergestellt. Die Gelierungszeit der Masse betrug bei 280C 4 min. Nach dem Entfernen der Modelle wurden die Formteile gebrannt und zu einer Gussform zusammengesetzt.
Beispiel 3 : Eine Formmasse, die aus einem körnigen Material mit der Zusammensetzung wie in Beispiel 1 angegeben, 18 l eines Kieselsäuresols wie bei Tabelle II angegeben und 540 ml eines Puffergemisches, das pro Liter 125 g Ammoniumacetat und 575 ml Essigsäure (98%) enthält, zusammengesetzt ist, wird auf eine Modellplatte in einen Formkasten gegossen. Die Formmasse ist nach 43 min geliert.
Nach dem Entfernen der Formplatte wird die Masse angezündet, wobei der-in ihr vorhandene Alkohol schnell verbrennt, wodurch im Material Mikrorisse entstehen. Durch weiteres Erhitzen bis auf 8000C wird eine Form zum Aufnehmen von Metall erhalten, die eine genügende Festigkeit aufweist und die sich leicht vom Gussstück entfernen lässt.
PATENT ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung von Gussformen, insbesondere zum Giessen von Metallen, wobei ein Modell mit einem Brei aus körnigem, hitzebeständigem Material und einer Flüssigkeit oder einem Flüssigkeitsgemisch, die bzw. das ein gelierendes Kieselsäuresol enthält, umgeben wird, das Modell, nachdem das Sol geliert ist und das körnige Material zu einem Ganzen zusammengebunden ist, entfernt wird und schliesslich die so erhaltene Form einer Wärmebehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelierungszeit des Kieselsäuresols bei gegebener Temperatur durch. Zusatz einer Pufferlösung eingestellt wird.