CS220153B1

CS220153B1 - Admixture for packaging material for shell molds

Info

Publication number: CS220153B1
Application number: CS845281A
Authority: CS
Inventors: Josef Doskar; Karel Matousek; Jiri Buganic
Original assignee: Josef Doskar; Karel Matousek; Jiri Buganic
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1983-03-25

Abstract

Vynález ss týká příměsí do obalové hmoty pro· lícní obaly skořepinových licích forem s aíkosolovým pojivém připraveným rozštěpením směsí organických sloučenin křemíku v alkoholickém prostředí za přítomnosti kyselých katalyzátorů hydrolýzy, a s tuhou složkou z volného krystalického kysličníku křemičitého. Příměs, tvořící 1 až 7,5 % hmotnosti použitého volného krystalického kysličníku křemičitého, sestává ze směsi, z jejíž hmotnosti tvoří 2,5 až 5 % hlinitan vápenatý, 7 až 17,5 % hlinitan kobaltnatý, 5 až 8 % chromitan kobaltnatý a 69,5 až 85,5 % volný kysličník hlinitý. Obalová hmota s příměsí podle vynálezu je určena pro výrobu skořepinových licích forem pro odlévání součástí s čistým hladkým povrchem bez bublin, zadrobenin nebo zapečenin, jako jsou například lopatky leteckých proudových motorů.The invention relates to an admixture for the packaging material for the facing of shell casting molds with an alcohol-sol binder prepared by the decomposition of a mixture of organic silicon compounds in an alcoholic medium in the presence of acidic hydrolysis catalysts, and with a solid component of free crystalline silica. The admixture, constituting 1 to 7.5% by weight of the free crystalline silica used, consists of a mixture of 2.5 to 5% by weight of calcium aluminate, 7 to 17.5% by weight of cobalt aluminate, 5 to 8% by weight of cobalt chromate and 69.5 to 85.5% by weight of free alumina. The packaging material with the additive according to the invention is intended for the production of shell casting molds for casting parts with a clean, smooth surface without bubbles, inclusions or baked-on particles, such as, for example, blades of aircraft jet engines.

Description

Vynález se týká příměsí do obalové hmoty pro· lícní obaly skořepinových licích forem s alkosolovým pojivém, připraveným rozštěpením směsí organických sloučenin křemíku v alkoholickém prostředí za přítomnosti kyselých katalyzátorů hydrolýzy a s tuhou složkou z volného krystalického kysličníku křemičitého. Příměs ovlivňuje drsnost a čistotu povrchu odlitku.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to admixtures for shell moldings of shell molds with an alkosol binder prepared by cleavage of mixtures of organic silicon compounds in an alcoholic medium in the presence of acid hydrolysis catalysts and a solid component of free crystalline silica. The admixture affects the roughness and cleanliness of the cast surface.

Základním požadavkem u odlitků pro speciální účely, jako jsou například odlitky pro zubolékařskou protetiku, chirurgické nástroje, a součásti letadlových proudových motorů ze superslitín, je čistý hladký povrch bez bublin, zadrobenin nebo zapečenin. U zubolékařské protetiky a chirurgických nástrojů se tím odstraňují možná ložiska infekce, u lopatek proudových motorů je takový povrch rozhodujícím pro výkon, hospodárnost a životnost turbiny.A basic requirement for special purpose castings such as dental castings, surgical instruments, and super-alloy aircraft jet engine components is a clean, smooth surface free of bubbles, crumbs or scalding. With dental orthotics and surgical instruments, this eliminates possible bearings of infection, with jet blades such a surface is critical to turbine performance, economy and durability.

Pro· docílení takových povrchů se na lícní obaly skořepinových licích forem používají obalové hmoty s hydrosolovým pojivém a s tuhou složkou vysoké žáruvzdornosti a chemické netečnosti, jako je například zirkon nebo stabilizovaný kysličník zirkoničitý ve spojení s příměsemi ovlivňujícími drsnost a čistotu odlitku. Pro tuhou složku nebylo možno užívat levnější a snáze dostupný volný krystalický kysličník křemičitý pro jeho vysokou reaktivnost s kovovými kysličníky. Kromě toho hydrosolové obalové hmoty s volným krystalickým kysličníkem křemičitým špatně kryly a vytvořené lícní obaly vykazovaly ve svých různých průřezech u tvarově komplikovaného reliefu nerovnoměrnou tloušťku, která při sušení způsobovala vznik trhlin.In order to achieve such surfaces, facing materials of shell casting molds are coated with a hydrosol binder and a solid component of high refractoriness and chemical inertness, such as zirconium or stabilized zirconia in conjunction with impurities affecting the roughness and purity of the casting. For the solid component, it was not possible to use cheaper and more readily available free crystalline silica because of its high reactivity with metal oxides. In addition, hydrosol-containing free-crystalline silica coatings poorly covered and the formed face packs exhibited an uneven thickness in the shape-complicated relief of the shape that caused cracking during drying.

Uvedené nevýhody odstraňuje příměs do obalové hmoty pro lícní obaly skořepinových licích forem s alkosolovým pojivém připraveným rozštěpením směsí organických sloučenin křemíku v alkoholickém prostředí za přítomnosti kyselých katalyzátorů hydrolýzy a s tuhou složkou z volného krystalického kysličníku křemičitého. Podstata vynálezu spočívá v tom, že příměs v rozsahu 1 až 7,5 % hmotnosti použitého volného· krystalického kysličníku křemičitého sestává ze směsi, z jejíž hmotnosti tvoří 2,5 až 5 Ό/o hlinitan vápenatý, 7 až 17,5 % hlinitan kobaltnatý, 5 až 8 % chromitan kobaltnatý a 69,5 až 85,5 °/o volný kysličník hlinitý.These disadvantages are overcome by the admixture to the facing shell of the shell casting molds with an alkosol binder prepared by the cleavage of mixtures of organic silicon compounds in an alcoholic medium in the presence of acid hydrolysis catalysts and a solid component of free crystalline silica. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is characterized in that the admixture in the range of 1 to 7.5% by weight of the free crystalline silica used consists of a mixture of 2.5 to 5% calcium aluminate, 7 to 17.5% cobalt aluminate 5 to 8% cobalt chromite and 69.5 to 85.5% free aluminum oxide.

Výhodou příměsí do obalové hmoty podle vynálezu je, že se s její pomocí dosáhne dobrého krytí povrchu vytavitelného modelu s rovnoměrnou tloušťkou naneseného lícního· obalu, který se při sušení netrhá.The advantage of the additions to the packaging material according to the invention is that it provides a good covering of the surface of the fusible model with a uniform thickness of the applied facing which does not tear during drying.

Výsledné odlitky splňují vysoké požadavky kladené na čistotu a drsnost jejich povrchu, aniž by bylo nutno používat nákladný a těžko dostupný zirkon nebo stabilizovaný kysličník zirkoničitý, neboť lze používat obalovou hmotu na bázi alkosolového pojivá a plniva z volného krystalického· kysličníku křemičitého.The resulting castings meet the high requirements for surface cleanliness and roughness without the need for expensive and difficult to obtain zirconium or stabilized zirconium dioxide, since an alkosol binder and free crystalline silica filler can be used.

Používané alkosolové pojivo je charakterizováno požadovaným hmotnostním obsahem kysličníku křemičitého, který určuje množství organických sloučenin křemíku, užitých k přípravě pojivá, a množstvím etanolu užitého při jeho hydrolytickém štěpení. Těmito organickými sloučeninami křemíku jsou etoxysilany, etoxysiloxany a etoxypolysiloxany, jejichž směsi s obsahem 40 až 42 % hmotnostních kysličníku křemičitého slouží jako· výchozí surovina pro přípravu kapalných pojiv obalových hmot skořepinových licích forem, a jsou známé jako etylsilikáty. Převažující složkou v těchto etylsilikátech je dodekaetoxypentasiloxan formule (C2H5 )12SÍ5O16. Množství vody, které se užije k štěpení etylsilikátu, se řídí požadovaným stupněm jeho hydrolýzy, který se obvykle pohybuje v rozmezí 80 až 97,5 °/o. Stupeň hydrolýzy rozhoduje o vlastnostech alkosolového pojivá a o době schnutí obalové hmoty. Množství etanolu při užitém obsahu etylsilikátu se volí tak, aby se obsah kysličníku křemičitého v alkosolovém pojivu pohyboval v hodnotách odpovídajících množství a měrného povrchu užitého plniva. Množství užitého plniva určuje při stejném objemu alkosolového pojivá průtokovou viskozitu ovlivňující snadnost nebo obtížnost obalovacího pochodu při výrobě skořepinové licí formy. Jako hydrolyzační katalyzátor užívaná například kyseliny solná se volí tak, aby pH hotového systému bylo ve stabilní oblasti v rozsahu 1 až 2, kdy je životnost alkosolového pojivá největší. Obsah alkosolového pojivá musí být v souhře s hmotnostním množstvím plniva, má-li být zachován optimální hmotnostní poměr vazného kysličníku křemičitého k plnivu, který zaručuje maximální ohybovou pevnost obalů 1 výsledných skořepinových licích forem a nopraskavost obalů při delší době sušení.The alkosol binder used is characterized by the desired silica content by weight, which determines the amount of organic silicon compounds used to prepare the binder, and the amount of ethanol used in its hydrolytic cleavage. These organic silicon compounds are ethoxysilanes, ethoxysiloxanes and ethoxypolysiloxanes, whose mixtures containing 40 to 42% by weight of silica serve as the starting material for the preparation of liquid binders of the shell molds and are known as ethyl silicates. The predominant component in these ethyl silicates is the dodecethoxypentasiloxane formula (C2H5) 12Si5O16. The amount of water used to cleave the ethyl silicate is governed by the degree of hydrolysis required, which is usually in the range of 80-97.5%. The degree of hydrolysis determines the properties of the alkosol binder and the drying time of the packaging material. The amount of ethanol used in the ethyl silicate content is selected such that the silica content of the alkosol binder is within the values corresponding to the amount and specific surface area of the filler used. The amount of filler used determines the flow viscosity at the same volume of alkosol binder affecting the ease or difficulty of the coating process in the manufacture of the shell mold. The hydrolysis catalyst used, for example, hydrochloric acid, is chosen such that the pH of the finished system is in a stable range in the range of 1 to 2, where the life of the alkosol binder is greatest. The alkosol binder content must be in conjunction with the filler weight by weight in order to maintain the optimum weight ratio of silica binding agent to filler, which guarantees the maximum flexural strength of the packages 1 of the resulting shell casting molds and the package cracking with longer drying times.

Určité vlastnosti alkosolového pojivá se volí podle tvaru a rozměru přesných odlitků, které mají být vyráběny. Optimální hmotnostní poměr vazného kysličníku křemičitého k plnivu se stanoví empiricky, empiricky se stanoví i vyhovující výtoková viskozita. Výpočtem se stanoví potřebné množství vody v rozštěpení užitého etylsilikátu. Obsah kyselin se volí podle žádaného pH alkosolového pojidla, případně podle požadované rychlosti schnutí obalů.Certain properties of the alkosol binder are selected according to the shape and size of the precision castings to be produced. The optimum weight ratio of silica binding agent to filler is determined empirically, and satisfactory effluent viscosity is determined empirically. The required amount of water in the cleavage of the ethyl silicate used is determined by calculation. The acid content is selected according to the desired pH of the alkosol binder or the desired drying rate of the packages.

U příkladu provedení vynálezu se obalová hmota pro lícní obaly skořepinových licích forem připravuje následovně:In an exemplary embodiment of the invention, the packaging material for the shell of the shell molds is prepared as follows:

1. Příprava pojivá1. Preparation of binder

Do 595 ml etanolu denaturovaného 2 % objemovými benzinu a s maximálním obsahem 0,3 % obejmových vody se vlije nasycený vodný roztok plynného chlorovodíku, připravený smícháním 50 ml destilované vody s 5 ml koncentrované kyseliny solné měrné hmotnosti 1,18 až 1,19. Do takto připraveného vodného okyseleného etanolu se ny220153 ní vlije za míchání 350 ml etylsilikátu s obsahem 40 θ/o hmotnostních organických sloučenin křemíku, a pokračuje se v intenzívním míchání po dobu 1 hodiny. Potom se za občasného zamíchání ponechá složka pojivá v klidu po dobu asi 4 hodiny. Pojivo má 16,48 % hmotnostních kysličníku křemičitého, pH kolem 1,6, rozštěpení užitého etylsilikátu asi 98 %.A saturated aqueous solution of hydrogen chloride gas, prepared by mixing 50 ml of distilled water with 5 ml of concentrated hydrochloric acid 1.18 to 1.19, is poured into 595 ml of ethanol denatured with 2% by volume of gasoline and containing a maximum of 0.3% by volume of water. To the aqueous acidified ethanol thus prepared is poured with stirring 350 ml of ethyl silicate containing 40% w / w of organic silicon compounds, and stirring is continued vigorously for 1 hour. Then, with occasional mixing, the binder component is allowed to stand for about 4 hours. The binder has 16.48% by weight of silica, a pH of about 1.6, and a breakdown of the ethyl silicate used of about 98%.

2. Příprava obalové hmoty2. Packaging material preparation

Do 1000 ml alkosolového pojivá se postuppně vmíchá 2135 až 2158 g křemenné mouč* ky a příměsi složené z 0,85 až 6,5 g hlinitanu vápenatého, 2,6 až 19,5 g hlinitanu kobaltnatého, 1,35 až 9,6 g chromitanu kobalt< natého a 16,6 až 126,25 g volného kysličníku hlinitého.2135 to 2158 g of silica flour and admixture consisting of 0.85 to 6.5 g of calcium aluminate, 2.6 to 19.5 g of cobalt aluminate, 1.35 to 9.6 g are gradually mixed into 1000 ml of the alkosol binder. cobalt chromite and 16.6 to 126.25 g of free alumina.

Uvedená hmotnostní množství složek příměsí tvoří dohromady 1 až 7,5 % hmotnostních z užitého množství plniva. Ve vztahu k hmotě příměsi připadá potom 2,5 až 5 % na hlinitan vápenatý, 7 až 17,5 °/o na hlinitan kobaltnatý, 5 až 8 % na chromitan kobaltnatý a 69,5 až 85,5 % na volný kysličník hlinitý.The amounts by weight of the ingredients of the impurities together make up 1 to 7.5% by weight of the filler used. With respect to the admixture mass, then 2.5 to 5% of calcium aluminate, 7 to 17.5% of cobalt aluminate, 5 to 8% of cobalt chromate and 69.5 to 85.5% of free alumina are present.

Přísada směsi hlinitanů, chromitanu a volného kysličníku hlinitého je účinná pro každou alkosolovou obalovou hmotu, jejíž pojivo splňuje shora uvedené požadavky a v níž je plnivem krystalová forma volného kysličníku křemičitého.The addition of a mixture of aluminates, chromates and free alumina is effective for any alkosol coating composition whose binder meets the above requirements and wherein the filler is a crystalline form of free silica.

Do takto připravené obalové hmoty se namáčí povrchově aktivované vytavitelné modely s celou licí sestavou. Ulpělá obalová hmota se posype křemenným pískem zrnitosti 0,1 až 0,3 mm a po vysušení se nanáší další zesilovací obaly tvořené obalovou hmotou s křemennou moučkou a posypem křemenným pískem zrnitosti 0,25 až 0,8 mm. Po vysušení všech obalů, vytavení modelové hmoty a vypálení získané skořepinové licí formy se odlévají odlitky z uhlíkatých nízko-, středně- i vysokolegovaných ocelí nebo superslitin. Odlitky mají povrchy prosté povrchových vad a mají velmi nízkou povrchovou drsnost.Surface-activated, wearable models with the entire casting assembly are dipped into the packaging material thus prepared. The adhering packaging material is sprinkled with 0.1 to 0.3 mm quartz sand and, after drying, further reinforcing packs consisting of a quartz flour and 0.25-0.8 mm quartz sand are used. After all the containers have been dried, the model mass melted and the shell casting mold obtained has been fired, castings of carbon low-, medium- and high-alloy steels or superalloys are cast. Castings have surfaces free of surface defects and have very low surface roughness.

Obalová hmota podle vynálezu je zejména určena pro výrobu skořepinových licích forem pro odlévání lopatek leteckých proudových motorů.The packaging material according to the invention is particularly intended for the production of shell molds for casting the blades of aircraft jet engines.

Claims

Admixture to the shell of shell molds with an alkosol binder prepared by the cleavage of mixtures of organic silicon compounds in an alcoholic medium in the presence of acidic hydrolysis catalysts and a solid component of free crystalline silica, where for example the alkosol binder consists of 595 ml of 2 ° denatured ethanol (o by volume of gasoline with a maximum content of 0,3 ° / o by volume of water from a solution of 50 ml of distilled water and 5 ml of concentrated hydrochloric acid of specific gravity 1,18 to 1,19, and 350 ml of ethyl silicate containing 40%

OF THE INVENTION by weight of silica, which ethyl silicate is a mixture of organic silicon compounds, in particular etoxysilanes, etoxysiloxanes and etoxypolysiloxanes, and wherein, for example, the solid component consists of 2135 to 2158 grams of silica flour, characterized in that in the range of 1 to 7.5% by weight The free crystalline silica consists of a mixture of 2.5 to 5% by weight of calcium aluminate, 7 to 17.5 percent cobalt aluminate, 5 to 8% cobalt chromate and 69.5 to 85.5% free alumina .