CN109641261B - 用于铁和钢铸造的非永久性模具或型芯的铸型涂料组分 - Google Patents

用于铁和钢铸造的非永久性模具或型芯的铸型涂料组分 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在用于铁铸造和钢铸造的非永久性模具或型芯上用于制造的模具涂层的铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括：a)碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，b)载液，和c)耐火材料。

Description

用于铁和钢铸造的非永久性模具或型芯的铸型涂料组分
技术领域
本发明涉及一种在用于铁铸造和钢铸造的非永久性模具或型芯上用于制造模具涂层的铸型涂料组分(Schlichtezusammensetzung)，碳酸和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐的在用于铁铸造和钢铸造的非永久性模具或型芯上用于制造模具涂层的应用，一种用于制造铸件的方法以及一种由化学键合的基模材料构成的、用于制造铸件的铸模。
背景技术
钢铁工业以及有色金属工业的大多数产品经历铸造工艺来第一次成型。在此，熔融液态材料、黑色金属或有色金属转化成具有特定的工件特性的成型的对象。为了使铸件成型，首先有时必须制造非常复杂的铸模来容纳金属熔液。铸模被划分成非永久性模具以及永久性模具，所述非永久性模具在每次铸造之后被破坏，借助所述永久性模具分别能够制造大量铸件。非永久性模具大多由耐火的、颗粒状的模制材料构成，所述模制材料借助可硬化的粘合剂加固。
模具是阴模，所述阴模包含待浇铸的空腔，所述空腔产生待制造的工件。未来的工件的内轮廓通过型芯形成。在制造模具时，借助待制造的铸件的模型使空腔成型到模制材料中。通过型芯表示内轮廓，所述型芯在独立的芯盒中成型。
能使用有机粘合剂和无机粘合剂来制造铸模，其硬化能够通过冷加工方法或热加工方法实现在此，基本上在室温下进行硬化而无需加热模制材料混合物的方法称作冷加工方法。在此，硬化大多通过化学反应进行，所述化学反应例如能够通过气态的催化剂引导穿过待硬化的模制材料混合物或通过向模制材料混合物添加液态的催化剂的方式触发。在热加工方法中，模制材料混合物在成型之后被加热到足够高的温度，以便例如驱除包含在粘合剂中的溶剂，或者以便引发化学反应，通过所述化学反应，粘合剂因交联而硬化。
在制造用于大型铸件或大型机器部件的铸模时，所说大型铸件例如是船用柴油机的发动机组，所述大型机器部件诸如用于风能设备的转子轮毂，大多使用所谓的“自硬粘合剂”。在“自硬方法”中，耐火的模制基础材料(例如型砂)经常首先涂覆有催化剂(硬化剂)，紧接着，添加粘合剂并且通过混合均匀地分布在耐火的模制基础材料的已经用催化剂覆层的颗粒上。在该方法中，经常用所谓的连续的连续式混合器加工。然后，所产生的模制基础材料可成型为成型体。由于粘合剂和催化剂在均匀地分布模制基础材料中，所以即使在大的成型体中硬化也尽可能均匀地进行。
球墨铁铸造(GJS)是铁碳材料，其碳份额主要以球状(球体)形式存在。球墨铁铸造具有与钢类似的材料特性。由于石墨的球体形状，在非常良好的、永久的变形(拉伸)时产生高的强度。通过低的珍珠岩份额提高可加工性和与其相关的工具使用寿命。例如，在汽车工业、机械制造和造船、压力容器或风力中使用球墨铁铸造。在DIN EN 1563，铸造学-球墨铁铸造中描述了GJS铁铸造质量。
具有片状石墨(GJL)的铁铸造同样具有卓越的实践特性并且在许多情况下向本领域技术人员提出与GJS类似的要求。在GJL和GJS之间对于实践而言相关的主要区别是本领域技术人员已知的。
在GJS和GJL铸造中出现称作“麻面”的铸造缺陷。
该缺陷是在铸造表面上或在铸造表皮中的在表面出现的、麻点状的粗糙部和凹陷部。所述缺陷涂覆有显现为白色至略带蓝色的覆面。因此，缺陷也称作“白色的覆面”。覆面基本上由(纤维状的)氧化硅构成。在辐照铸件时去除覆面并且仅剩余有疤的表面。
缺陷出现在如下GJS铸件和GJL铸件中，所述GJS铸件和所述GJL铸件借助铸模和型芯制造，所述铸模和型芯由化学键合的模制材料构成，所述模制材料又由石英砂和经酸硬化的粘合剂构成。特别在经酸硬化的呋喃树脂模制材料和其他经酸硬化的、经冷硬化的方法如酚醛树脂方法中出现缺陷。在具有在3％和4.5％之间的烧失率的再生呋喃树脂型砂中确定最频繁的缺陷易感性。
缺陷也在使用根据Croning方法制造的型芯和模具时以及在黏土粘结的模制材料方法中出现。
缺陷形成的详细说明能够从下列引文中获悉：
1)M.Schrod,H.J.Wojtas,
Figure GDA0002600476800000021
insbesondere bei GJS,7.Formstofftage,Duisburg Februar 2008
2)H.G.Levelink,F.P.M.A Julien,Eigenschaften von regeneriertemFuranharzsand Giesserei 68(1981)340
3)S.Hasse Guβ-und Gefügefehler,Schiele&
Figure GDA0002600476800000031
Berlin 2.Auflage,2003,343
文献DE 20 2015 105 368 U1公开了包括由一种碱性组分的并且用于抑制在铸造方法期间形成有疤的表面的应用，所述碱性组分包括由一种或多种碱构成的碱性成分以及用于碱性成分的载液作为用于铸模的模制材料的浸润剂，所述铸模包括石英砂和借助酸硬化的粘合剂。
在WO 2004/071738 A1中公开一种覆层料，所述覆层料包括水溶性盐作为填充材料。也描述了该覆层料作为用于在铸造技术中使用的盐芯的铸型涂料的应用。
文献WO 2009/007093 A2公开了一种铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括陶瓷材料和至少一种粘合剂，所述粘合剂选自基于水玻璃的粘合剂和与含氟组分组合的耐火粘合剂。所使用的水玻璃通过碳酸盐与石英砂的反应制成，其中在反应中释放二氧化碳并且碳酸盐分解。
在DD 63 853 A1中公开了一种用于铸造轻金属和有色金属的永久性模具的铸型涂料。所描述的铸型涂料包含在铸造温度下不可熔的并且不分解的碱金属盐和/或碱土金属盐，优选碳酸钠或硫酸钠或硫酸镁。
在EP 2 853 320 A1中描述了由用于金属铸造的覆层的型砂构成的铸模和铸芯。在型砂的型砂颗粒的表面上设置第一层，其中该第一层是已硬化的并且由水玻璃和/或磷酸盐玻璃构成。磷酸盐玻璃是主要包含五氧化二磷作为玻璃成分的玻璃。
白色的覆面主要出现在厚壁的部件，即中型至重型的铸件中。也涉及具有大的模量的较小紧凑的铸件。在铸件上，缺陷大多出现在高度受热负荷的区，如半径中，但也能够从该出起在更大的面积上延长。在所涉及的区的表面之下石墨以部分退化的形式存在。
铸造缺陷导致铸造车间中返修的增加并且迄今仅能够通过所涉及的面的提高的加工余量来应对。在极端情况下，有疤的表面导致铸件报废。
由于铸造表面上的粗糙部和凹陷部，在相关的面经受超声波检测或裂纹检测以进行铸件的质量控制之前，所述面必须首先耗费地磨削。
在用于通过冷硬化的模制材料用非永久性模具制造GJS铸件和GJL铸件的方法中存在对恒定工艺的需求，通过所述恒定工艺能够可再现且低成本地制造铸件，所述铸件具有良好的铸造表面。因此，需要如下解决方案，其中在铸件表面的子区域中也避免有疤的表面。
在S.Hasse Guβ-und Gefügefehler,Schiele&
Figure GDA0002600476800000041
Berlin,第2版,2003,第343页中已经描述一些措施，借助所述措施能够至少减少铸造缺陷。但所描述的措施都仍不令人满意，因为所述措施例如因型砂废料的增加而导致铸造过程变贵从而在是不经济的或在技术上难以实施的。
在“Beitrag zum Entstehungsmechanismus des
Figure GDA0002600476800000042
weiβer Belag und Erarbeiten von
Figure GDA0002600476800000043
zur Vermeidung,DissertationE.Potaturina,TU Bergakademie Freiberg,2014年3月”中描述渗透型铸型涂料。该渗透型铸型涂料包含氧化锰(IV)(软锰矿)。氧化锰(IV)(软锰矿)不溶于水和醇并且两性地反应。使用具有二氧化锰的浸渍型铸型涂料具有如下缺点：二氧化锰降低了模制材料的耐火性。存在形成铸造缺陷的危险。此外，如由E.Potaturina描述的那样，该渗透型铸型涂料至多能够减少铸造缺陷“有疤的表面”。
通常在铸造方法中使用渗透型铸型涂料，即侵入到模制材料中并且用其耐火材料填充模制材料中的孔的铸型涂料。所述渗透型铸型涂料尤其适合用于避免铸造缺陷如渗透和腐蚀。这些铸型涂料经常包含大量耐火材料并且也能够包含无机粘合剂或有机粘合剂。市售的铸型涂料经常在涂覆时渗透到模制材料中。
发明内容
本发明的主要目的是找到一种途径，其中在铸造方法期间抑制或强烈减少有疤的表面(白色的覆面)的形成。由此，例如应当可行的是：能够制造具有常规的加工余量的GJS铸件和GJL铸件。
本发明的一个重要方面是使用无毒的化学制品来实现主要目的并且最小化或完全避免在铸造期间有毒化合物的排放。
理想地，还应当保持可行的是，借助于通常在铸造车间现有的机构使用在铸造车间常用的工艺来制造型芯和模具。优选也应当可行的是，仅处理模具和型芯的关键区域来制造GJS铸件和GJL铸件；由此可节省生产成本。模制材料回路也应当通过所述方法而尽可能小地受负荷，以便避免耗费的补偿措施或添加新砂。同样应当可行的是，避免或实现下述点中的至少一个，优选多个或全部：
-避免废品
-避免返修
-避免加工余量的提高
-达到要求的表面品质
-避免铸造表面的烧结
-降低例如在超声波检测和/或裂纹检测时的检测耗费
-改进制成的铸件的机械特征值
令人惊讶地，该目的通过用于在非永久性模具上或在用于铁铸造和钢铸造的型芯上制造模具涂层的铸型涂料组分实现，所述铸型涂料组分包括
a)碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，
b)载液和
c)耐火材料。
令人惊讶地，一些研究显示出：碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐分别能够单独地或以彼此组合的方式强烈减少或完全避免铸造缺陷“白色的覆面”。在此，碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐在毒理学上没有问题。
就本发明而言，耐火材料应理解为如下材料，所述材料在铁铸造和钢铸造中通常使用的在1300℃和1600℃之间的温度下是持久的，也就是说，即使在铸造工业中占主导地位的氧化条件下也保持其化学组分从而优选也保持其物理特性。
在根据本发明的铸型涂料组分的根据本发明尤其优选的设计方案中，其是覆盖型铸型涂料并且不是浸润型铸型涂料。
就本发明而言，覆盖型铸型涂料是如下铸型涂料，所述铸型涂料侵入到模制材料中小于2mm或优选不侵入到模制材料中并且通常与熔液直接接触。在涂覆在模制材料上之后，覆盖型铸型涂料构成模制材料上的覆盖层。
就本发明而言，浸润型铸型涂料是如下铸型涂料，所述铸型涂料侵入到模制材料中至少2mm至4mm。
根据本发明，如下铸型涂料组分是优选的，其中碳酸的碱金属盐或碱土金属盐是原生碳酸盐或次生碳酸盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐是二磷酸二氢盐。
次生碳酸盐具有通式MHCO3并且是碳酸氢盐并且次生碳酸盐具有通式M2CO3或MCO3，其中M代表碱金属或碱土金属。
自身的研究显示出：如果铸型涂料组分用于在非永久性模具上或在用于铁铸造和钢铸造的型芯上制造模具涂层，那么由于碳酸氢盐或二磷酸二氢盐在根据本发明的铸型涂料组分中引起尤其良好的铸造结果，那么根据本发明，碳酸氢盐或二磷酸二氢盐是尤其优选的。
根据本发明，优选的是根据本发明的铸型涂料组分，其中碳酸的碱金属盐或碱土金属盐是锂盐、钠盐、钾盐、钙盐、镁盐、钡盐或锶盐，尤其优选的是钠盐。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中碳酸的碱金属盐或碱土金属盐是碳酸钠或碳酸氢钠。
令人惊讶地显示出：碳酸氢钠或碳酸钠具有尤其好的特性。碳酸氢钠用作例如发酵粉中的食品添加剂从而在毒理学上没有问题。碳酸钠同样用作为食品添加剂并且以名称苏打而熟知。此外，这两种化合物大量可供使用并且是成本低的。此外，根据本发明的包含碳酸氢钠或碳酸钠的铸型涂料组分强烈地减少或避免铸造缺陷“白色的覆面”。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括按铸型涂料组分的总重量计为0.1重量％至50重量％，优选0.5重量％至30重量％，尤其优选3重量％至15重量％的碳酸的碱金属盐或碱土金属盐。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括按铸型涂料组分的总重量计为0.1重量％至50重量％，优选0.5重量％至30重量％，尤其优选3重量％至15重量％的焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。
根据本发明，如下铸型涂料组分是优选的，所述铸型涂料组分具有碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐之间的如下摩尔比，所述摩尔比在1:26至10:2.6的范围中，优选在1:13至5:2.6的范围中，尤其优选在1:5.2至1:1.3的范围中。
自身的研究显示出：碳酸或焦磷酸的碱金属或碱土金属的含量影响铸件的质量。在份额过低的情况下，碳酸或焦磷酸的碱金属或碱土金属不发挥作用或发挥非常小的作用，而在份额过高的情况下不再改进作用。
根据本发明，优选的是根据本发明的铸型涂料组分，其中焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐是二磷酸二氢二钠。
令人惊讶地显示出：二磷酸二氢二钠具有尤其好的特性。二磷酸二氢二钠用作为例如发酵粉中的食品添加剂从而在毒理学上没有问题。此外，二磷酸二氢二钠大量可供使用并且是低成本的。此外，根据本发明的包含碳酸氢钠或碳酸钠的铸型涂料组分强烈地减少或避免铸造缺陷“白色的覆面”。
尤其优选的是根据本发明的铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包含碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。
自身的研究已令人惊讶地显示出：由碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物引起几乎完全避免铸造缺陷“白色的覆面”。在这种情况下，这些混合物具有协同效应，所述协同效应无法用这种形式的单个化合物来实现。此外，在自身的研究中已确定：通过使用由碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物也能够非常强烈地避免或完全防止铸造表面的烧结。
根据本发明，尤其优选的是如下铸型涂料成分，所述铸型涂料成分包含碳酸钠和/或碳酸氢钠作为碳酸的碱金属盐或碱土金属盐并且包含二磷酸二氢二钠作为焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。
特别地，在自身的研究中由a)碳酸氢钠和/或碳酸钠和b)二磷酸二氢二钠构成的混合物显示出完全或几乎完全避免铸造缺陷“白色的覆面”并且防止铸造表面的烧结。
根据本发明，如下铸型涂料组分是优选的，所述铸型涂料组分具有在a)碳酸氢钠和/或碳酸钠和b)二磷酸二氢二钠之间的如下重量比，所述重量比在1:10至10:1的范围中，优选在1:5至5:1的范围中，尤其优选在1:2至2:1的范围中。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括由碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物，并且其中铸型涂料组分具有7至9.9的pH值，优选7.5至9.5的pH值。
在根据本发明的铸型涂料成分的一个替选的设计方案中，铸型涂料包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐，但不包括焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且具有9至10的pH值，优选9.5至11.5的pH值。
在根据本发明的铸型涂料组分的一个替选的设计方案中，铸型涂料包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐，但不包括焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且具有9至12的pH值，优选9.5至11.5的pH值。
在根据本发明的铸型涂料组分的一个替选的设计方案中，铸型涂料包括焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，但不包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且具有5至8的pH值，优选5.5至7.5的pH值。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中载液是水或包含水。
水作为载液具有可容易使用、成本低并且在毒理学上没有问题的优点。此外，碳酸的碱金属盐或碱土金属盐(并且尤其碳酸氢钠或碳酸钠)和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐(并且尤其二磷酸二氢二钠)非常良好地溶于水。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中载液是醇或包含醇，优选所述醇选自：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基-2-丁醇、2,2-二甲基-1-丙醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、3-甲基-1-戊醇、4-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、3-甲基-2-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-3-戊醇、2,2-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-1-丁醇、3,3-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-2-丁醇、3,3-二甲基-2-丁醇、2-乙基-1-丁醇和由其构成的混合物，尤其优选乙醇、1-丙醇、2-丙醇和由其构成的混合物。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中载液是由一种或多种有机溶剂和水构成的混合物，其中有机溶剂优选是醇。在自身的研究中已显示出：水并且尤其优选的醇具有尤其良好的实践特性。所述水和醇足够快地蒸发并且在生理学上没有问题或不怎么有问题的并且无需高度的防护措施就可在铸造车间使用。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中铸型涂料组分的固体含量为5重量％至85重量％，优选10重量％至80重量％，尤其优选30重量％至70重量％。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中铸型涂料组分包含按铸型涂料组分的固体含量计为10重量％至85重量％的耐火材料。
根据本发明，优选的是如下铸型涂料组分，其中耐火材料选自：石英、氧化铝(优选刚玉)、二氧化锆、硅酸铝、莫来石、锆砂、硅酸锆、橄榄石、滑石、云母、焦炭、长石、硅藻土、煅烧高岭土、高岭土、偏高岭土、硅酸镁、氧化铁、铝土矿、石墨和由其构成的混合物，优选硅酸镁(尤其滑石)、硅酸锆和由其构成的混合物。
根据本发明，优选的是根据本发明的铸型涂料组分，所述铸型涂料组分附加地包括染料、流变助剂、浮选剂和/或增稠剂。
根据本发明，尤其优选的是用于在非永久性模具上或在用于铁铸造和钢铸造的型芯上制造模具涂层的铸型涂料组分，所述铸型涂料组分由以下构成或包括以下
a)按铸型涂料组分的总重量计分别为3重量％至15重量％的碳酸氢钠和/或碳酸钠以及3重量％至15重量％的二磷酸二氢二钠，
b)载液，所述载液优选选自：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇和由其构成的混合物，
c)耐火材料，所述耐火材料选自：石英、氧化铝(优选刚玉)、二氧化锆、硅酸铝、莫来石、锆砂、硅酸锆、橄榄石、滑石、云母、焦炭、长石、硅藻土、煅烧高岭土、高岭土、偏高岭土、硅酸镁、氧化铁、铝土矿、石墨和由其构成的混合物，优选选自硅酸镁(尤其滑石)、硅酸锆和由其构成的混合物，
其中铸型涂料组分具有7至9.9的pH值，优选7.5至9.5的pH值，
其中a)碳酸氢钠或碳酸钠和b)二磷酸二氢二钠之间的重量比优选在1:10至10:1的范围中，更优选在1:5至5:1的范围中，尤其优选在1:2至2:1的范围中。
本发明的另一方面涉及碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐用于在非永久性模具上或在用于铁铸造和钢铸造的型芯上制造模具涂层的应用。
根据本发明，优选的是根据本发明的铸型涂料组分用于对非永久性模具覆层或在用于铁铸造和钢铸造的型芯上覆层的应用，所述非永久性模具或型芯优选包括石英砂和借助酸硬化的粘合剂。
根据本发明，同样优选的是在铸造过程期间用于避免或减少在铸件的表面上产生白色的覆面的应用。
本发明的另一方面涉及碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐作为用于铸造工业的铸型涂料中的附加物的应用。
根据本发明，优选的是a)焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐或b)由碳酸的(至少一种)碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的(至少一种)碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物作为用于铸造工业的铸型涂料中的附加物的应用。
根据本发明，尤其优选的是a)碳酸钠和/或b)碳酸氢钠和/或c)二磷酸二氢二钠作为用于铸造工业的铸型涂料中的附加物的应用。
根据本发明，更尤其优选的是a)二磷酸二氢二钠和/或b)由
b.i)二磷酸二氢二钠
和
b.ii)碳酸氢钠和/或碳酸钠
构成的混合物作为用于铸造工业的铸型涂料中的附加物的应用。
根据本发明，同样优选的是a)碳酸钠和/或b)碳酸氢钠和/或c)二磷酸二氢二钠作为用于铸造工业的铸型涂料中的附加物的应用，使得产生根据本发明的铸型涂料组分。
本发明的另一方面涉及一种用于制造铸件的方法，所述方法具有下述步骤：
(i)提供或制造由化学键合的模制基础材料构成的铸模，所述模制基础材料优选包括一种或多种借助酸硬化的粘结剂和石英砂，
(ii)用根据本发明的铸型涂料组分对所述铸模的至少一个区域覆层并且干燥被覆层的所述铸型涂料组分，
(iii)用熔融的铁碳合金填充铸模，
(iv)让铁碳合金在铸模中凝固，使得产生铸件。
根据本发明，优选的是如下用于制造铸件的方法，其中在用根据本发明的铸型涂料组分对铸模的至少一个区域覆层(根据本发明的方法的步骤(ii))之前，将渗透型铸型涂料涂覆到铸模的至少一个区域上。渗透型铸型涂料优选包含氧化铝和/或高岭土，尤其优选按渗透型铸型涂料的总重量计分别为50重量％至75重量％的氧化铝和/或5重量％至10重量％的高岭土。
根据本发明，同样优选的是如下用于制造铸件的方法，其中在用根据本发明的铸型涂料成分对铸模的至少一个区域覆层(根据本发明的方法的步骤(ii))之前，将第一覆盖型铸型涂料涂覆道铸模的至少一个区域上，其中该第一覆盖型铸型涂料不包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。在这种情况下优选的是，所涂覆的第一覆盖型铸型涂料在涂覆之后干燥。更优选地，第一覆盖型铸型涂料包含莫来石和/或石墨，尤其优选按铸型涂料的总重量计分别为50重量％至75重量％的莫来石和/或1重量％至5重量％的石墨。
在用于制造铸件的根据本发明的方法的一个尤其优选的设计方案中，在用根据本发明的铸型涂料组分对铸模的至少一个区域覆层(根据本发明的方法的步骤(ii))之前，将渗透型铸型涂料涂覆到铸模的至少一个区域上并且紧接着将第一覆盖型铸型涂料涂覆在铸模的至少一个区域上并且干燥，其中该第一覆盖型铸型涂料不包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。
由此，根据本发明，尤其优选的是如下用于制造铸件的方法，所述方法具有下述步骤：
(a)提供或制造由化学键合的模制基础材料构成的铸模，所述模制基础材料优选包括一种或多种借助酸硬化的粘结剂和石英砂，
(b)用渗透型铸型涂料对铸模的至少一个区域覆层，
(c)用覆盖型铸型涂料对铸模的在步骤(b)中被覆层的区域的至少一部分覆层，其中该第一覆盖型铸型涂料不包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且干燥所涂覆的第一覆盖型铸型涂料，
(d)用根据本发明的铸型涂料组分对铸模的在步骤(c)中被覆层的区域的至少一部分覆层，并且干燥被覆层的铸型涂料组分，
(e)用熔融的铁碳合金填充铸模，
(f)让铁碳合金在铸模中凝固，使得产生铸件。
本发明的另一方面涉及一种由化学键合的模制基础材料构成的、用于制造铸件的铸模，其中化学键合的模制基础材料优选包括一种或多种借助酸硬化的粘合剂和石英砂，其中铸模的至少一个区域通过根据本发明的铸型涂料组分以限定的方式覆层。
根据本发明，优选的是如下铸模，所述铸模附加地用渗透型铸型涂料覆层，其中渗透型铸型涂料渗透到根据本发明的铸型涂料组分之下的化学键合的模制材料中。
根据本发明，同样优选的是如下铸模，所述铸模附加地包含覆盖型铸型涂料，其中该覆盖型铸型涂料不包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且其中该覆盖型铸型涂料构成根据本发明的铸型涂料组分和化学键合的模制材料之间的层。
在本发明的范围中，优选同时实现多个上述称作优选的方面。
附图说明
在下文中通过实例和附图详细阐述本发明。
图1是在实例8中制成的铸造部件的照片，所述铸造部件具有用“X”标记的区域。铸件的用“X”标记的部分源自模具的如下部分，所述部分在实例8中通过根据本发明的铸型涂料组分覆层。铸件的表面没有缺陷并且不具有“白色的覆面”，没有表面的烧结或结疤。
具体实施方式
实例1：
制造用于由EN-GJS 400-15构成的、具有19200kg的铸造重量和15800kg的件重的铸件(ANZ E 101)的模具。模具具有多个半径，所述半径在铸造时强烈地经受热负荷。铁与砂的质量比例为大约1:1。使用平均粒度为0.33mm的机械再生的呋喃砂作为模具的模制材料。位于杜塞尔多夫(Düsseldorf)的Hüttenes-Albertus公司的Binder SRV-1用作粘合剂并且位于杜塞尔多夫(Düsseldorf)的Hüttenes-Albertus公司的Aktivator7809用作活化剂。
基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为10.6)被涂覆到模具的专门标记的区域(在该实例中为区域“A”)上，所述铸型涂料组分包含9重量％的碳酸钠。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域“A”中铸件显示出没有形成“白色的覆面”。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例2：
实例2与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为5.5)，所述铸型涂料组分包含9重量％的二磷酸二氢二钠。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出没有形成“白色的覆面”。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例3：
实例3与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为9.0)，所述铸型涂料组分包含4.5重量％的二磷酸二氢二钠和4.5重量％的碳酸钠。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出没有形成“白色的覆面”。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例4：
实例4与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为5.5)，所述铸型涂料组分包含9重量％的二磷酸二氢二钠。
在涂覆根据本发明的铸型涂料组分之前，铸模用渗透型铸型涂料Foseco PDI1658/1预处理。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出强烈减少的“白色的覆面”的形成。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例5：
实例5与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为10.6)，所述铸型涂料组分包含9重量％的碳酸钠。
在涂覆根据本发明的铸型涂料组分之前，铸模用渗透型铸型涂料Foseco PDI1658/1预处理。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出“白色的覆面”的形成强烈减少。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例6：
实例6与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为5.5)，所述铸型涂料组分包含9重量％的二磷酸二氢二钠。
在涂覆根据本发明的铸型涂料组分之前，铸模用渗透型铸型涂料Foseco PDI1658/1预处理并且紧接着干燥并且紧接着用第一覆盖型铸型涂料Foseco PDI 15114/4预处理并且紧接着干燥。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出“白色的覆面”的形成的强烈减少。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例7：
实例7与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为10.6)，所述铸型涂料组分包含9重量％的碳酸钠。
在涂覆根据本发明的铸型涂料组分之前，铸模用渗透型铸型涂料Foseco PDI1658/1预处理并且紧接着干燥并且紧接着用第一覆盖型铸型涂料Foseco PDI 15114/4预处理并且紧接着干燥。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出“白色的覆面”的形成的强烈减少。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
实例8：
实例8与实例1类似地进行，然而涂覆基于高度耐火的硅酸镁和氧化陶瓷份额以及水的根据本发明的铸型涂料组分(pH值为9.0)，所述铸型涂料成分包含4.5重量％的二磷酸二氢二钠和4.5重量％的碳酸钠。
在涂覆根据本发明的铸型涂料组分之前，铸模用渗透型铸型涂料Foseco PDI1658/1预处理并且紧接着干燥并且紧接着用第一覆盖型铸型涂料Foseco PDI 15114/4预处理并且紧接着干燥。
在大约1320℃的铸造温度下进行铸造之后，鉴定铸件。在用根据本发明的铸型涂料组分处理的区域中铸件显示出没有形成“白色的覆面”并且没有表面的烧结。铸件在处理的区域中的表面是绝对无缺陷的，不需要返修所处理的区域。在铸件的未处理的区域中确定有“白色的覆面”。
在图1中拍下了所制成的铸造表面的照片(区域“X”)。

Claims (34)

1.一种在用于铁铸造和钢铸造的非永久性模具或型芯上用于制造模具涂层的铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括
a)碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，
b)载液，和
c)耐火材料，
其中所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐分别单独地或以彼此组合的方式减少或完全避免有疤的表面的形成和/或铸件的表面上的白色的覆面。
2.根据权利要求1所述的铸型涂料组分，包括
a)碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。
3.根据权利要求1或2所述的铸型涂料组分，
其中所述碳酸的所述碱金属盐或所述碱土金属盐是原生碳酸盐或次生碳酸盐和/或焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐是二磷酸二氢盐。
4.根据权利要求2所述的铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组分具有在所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐之间的如下摩尔比，所述摩尔比在1:26至10:2.6的范围中，
和/或
所述铸型涂料组成包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且具有7至9.9的pH值。
5.根据权利要求2所述的铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组分具有在所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐之间的如下摩尔比，所述摩尔比在1:13至5:2.6的范围中。
6.根据权利要求2所述的铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组分具有在所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐之间的如下摩尔比，所述摩尔比在1:5.2至1:1.3的范围中。
7.根据权利要求2所述的铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组成包括碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐，并且具有7.5至9.5的pH值。
8.根据权利要求2所述的铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组成包括由碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物，并且具有7至9.9的pH值。
9.根据权利要求2所述的铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组成包括由碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物，并且具有7.5至9.5的pH值。
10.根据权利要求1或2所述铸型涂料组分，
其中所述铸型涂料组分是覆盖型铸型涂料。
11.根据权利要求1或2所述铸型涂料组分，其中
(i)所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐是碳酸氢钠或碳酸钠
和/或
(ii)所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐是二磷酸二氢二钠。
12.根据权利要求1或2所述铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括
(a)按所述铸型涂料组分的总重量计，为0.1重量％至50重量％的所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐
和/或
(b)按所述铸型涂料组分的总重量计，为0.1重量％至50重量％的所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐。
13.根据权利要求12所述铸型涂料组分，其中
按所述铸型涂料组分的总重量计，所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐为0.5重量％至30重量％。
14.根据权利要求12所述铸型涂料组分，其中
按所述铸型涂料组分的总重量计，所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐为3重量％至15重量％。
15.根据权利要求12所述铸型涂料组分，其中
按所述铸型涂料组分的总重量计，所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐为0.5重量％至30重量％。
16.根据权利要求12所述铸型涂料组分，其中
所述焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐按所述铸型涂料组分的总重量计，为3重量％至15重量％。
17.根据权利要求1或2所述铸型涂料组分，其中所述载液
a)是水或包含水
和/或
b)是一种或多种有机溶剂或包含所述有机溶剂。
18.根据权利要求17所述铸型涂料组分，其中一种或全部有机溶剂是醇。
19.根据权利要求17所述铸型涂料组分，
其中所述载液是或包含选自如下的醇：甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-1-丁醇、3-甲基-2-丁醇、2,2-二甲基-1-丙醇、1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、3-甲基-1-戊醇、4-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、3-甲基-2-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-3-戊醇、2,2-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-1-丁醇、3,3-二甲基-1-丁醇、2,3-二甲基-2-丁醇、3,3-二甲基-2-丁醇、2-乙基-1-丁醇和由其构成的混合物。
20.根据权利要求19所述铸型涂料组分，其中所述载液是或包含选自如下的醇：乙醇、1-丙醇、2-丙醇和由其构成的混合物。
21.根据权利要求1或2所述铸型涂料组分，所述铸型涂料组分包括
a)按所述铸型涂料组分的总重量计，分别为3重量％至15重量％的碳酸氢钠和/或碳酸钠和3重量％至15重量％的二磷酸二氢二钠，
b)载液，
c)耐火材料，所述耐火材料选自：石英、氧化铝、二氧化锆、硅酸铝、莫来石、锆砂、硅酸锆、橄榄石、滑石、云母、焦炭、长石、硅藻土、煅烧高岭土、高岭土、偏高岭土、硅酸镁、氧化铁、铝土矿、石墨和由其构成的混合物，
其中所述铸型涂料组分具有7至9.9的pH值，并且
其中a)碳酸氢钠或碳酸钠和b)二磷酸二氢二钠之间的重量比在1:10至10:1的范围中。
22.根据权利要求21所述铸型涂料组分，其中
所述载液选自：水、乙醇、1-丙醇、2-丙醇和由其构成的混合物。
23.根据权利要求21所述铸型涂料组分，其中
所述耐火材料选自：选自硅酸镁、硅酸锆和由其构成的混合物。
24.根据权利要求22所述铸型涂料组分，
其中，所述铸型涂料组分具有7.5至9.5的pH值。
25.根据权利要求21所述铸型涂料组分，
其中，a)碳酸氢钠或碳酸钠和b)二磷酸二氢二钠之间的重量比在1:5至5:1的范围中。
26.根据权利要求1或2所述铸型涂料组分，
其中，a)碳酸氢钠或碳酸钠和b)二磷酸二氢二钠之间的重量比在1:2至2:1的范围中。
27.根据权利要求1或2所述的铸型涂料组分的一种应用，所述应用用于对用于铁铸造和钢铸造的非永久性模具或在用于铁铸造和钢铸造的型芯上进行覆层以避免或减少在铸造过程期间在铸件的表面上产生白色的覆面。
28.根据权利要求27所述的铸型涂料组分的应用，其中所述非永久性模具或型芯包括石英砂和借助酸硬化的粘合剂。
29.根据权利要求27所述的铸型涂料组分的应用，所述铸型涂料组分包括：
a)碳酸的碱金属盐或碱土金属盐，
b)载液,和
c)耐火材料。
30.一种用于制造铸件的方法，所述方法具有下述步骤：
(i)提供或制造由化学键合的模制基础材料构成的铸模，
(ii)通过如在权利要求中1至28中任一项或权利要求29所限定的铸型涂料组分对所述铸模的至少一个区域覆层，并且干燥被覆层的所述铸型涂料组分，
(iii)用熔融的铁碳合金填充所述铸模，
(iv)让所述铁碳合金在所述铸模中凝固，使得产生铸件。
31.根据权利要求30所述的用于制造铸件的方法，其中，所述模制基础材料包括一种或多种借助酸硬化的粘结剂和石英砂。
32.一种由化学键合的模制基础材料构成的、用于制造铸件的铸模，其中通过如在权利要求1至28中任一项或权利要求29所限定的铸型涂料组分对所述铸模的至少一个区域覆层。
33.根据权利要求32所述的铸模，其中化学键合的所述模制基础材料包括一种或多种借助酸硬化的粘合剂和石英砂。
34.由碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐构成的混合物作为用于铸造工业的铸型涂料中的附加物的一种应用，其中所述碳酸的碱金属盐或碱土金属盐和焦磷酸的碱金属盐或碱土金属盐分别能够单独地或以彼此组合的方式强烈减少或完全避免有疤的表面的形成。
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