CZ164596A3 - Tool for producing glass and process for producing such tool - Google Patents

Tool for producing glass and process for producing such tool Download PDF

Info

Publication number
CZ164596A3
CZ164596A3 CZ961645A CZ164596A CZ164596A3 CZ 164596 A3 CZ164596 A3 CZ 164596A3 CZ 961645 A CZ961645 A CZ 961645A CZ 164596 A CZ164596 A CZ 164596A CZ 164596 A3 CZ164596 A3 CZ 164596A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
glass
mold
tool
layer
temperature
Prior art date
Application number
CZ961645A
Other languages
Czech (cs)
Inventor
Tapio Mantyla
Pauli Reuhkala
Tuomo Tiainen
Original Assignee
Karhulan Lasi Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karhulan Lasi Oy filed Critical Karhulan Lasi Oy
Publication of CZ164596A3 publication Critical patent/CZ164596A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B9/00Blowing glass; Production of hollow glass articles
    • C03B9/30Details of blowing glass; Use of materials for the moulds
    • C03B9/48Use of materials for the moulds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)

Abstract

A tool for use in glass manufacture, such as a glass mould, plunger or the like, having at least a portion of the surface of the tool provided with a layer produced by a suitable coating method, the layer consisting mainly of a manganese-containing nickel aluminide, the strength properties of which increase as a function of temperature from room temperature to at least 450 DEG C. An inherent feature of the manganese-containing nickel aluminide is that the oxide layer forming on the surface of the tool does not substantially increase after the primary forming of the layer and that the quality of the surface of the surface layer improves in the operational temperatures of the glass mould under the influence of molten glass when compared to the quality after the machining of the surface, i.e. the compound possesses a self-polishing feature.

Description

01--1207 .-Se-Ce Nástroj pro výrobu skla a způsob výroby tohoto nástroje

jako tvarovacl forma pro výrobu skla,

Oblast Ί·-ρ-»η("ΐπ::i..k v

Uvedený vynález se výrobě skla, například plunžr, nebo podobné zařízeni, u kterého je alespoň částečně jeho povrch pokryt vrstvou, vytvořenou jednou z vhodných metod, například plazmovým nástřikem, detonačnlm nástřikem, nástřikem plamenem s hyperson tekou rychlostí, nebe:) rozprašováním, a kde nástroj, buď jako celek nebo jen jeho jedna část, je vyroben ze stejného materiálu jako povrchová vrstva a to pomocí vhodné metody. Povrchová vrstva obsahuje alespoň jednu Intermetalickou sloučeninu. Uvedený vynález se také týká způsobu výroby tohoto nářadí.

Dosavadní stav techniky Při. masové výrobě skleněných obalů, například láhvi, je roztavené sklo vytvarováno do své požadované podoby pomocí vhodné formy, do které je tento roztavený materiál zaformován buď pomoci plunžru, nebo kombinací působení tlaku plynu a podtlaku, který působí ihned poté a přitom roztavené sklo ve formě zatuhne. Procedura tváření roztaveného skla se může skládat z několika fází. Během prvních fází musí být roztavené sklo schopné pohybovat se volně po povrchu formy a kdy tedy třecí síly mezi roztaveným sklem a tvarovacl. 1

C formou Jsou určující pro posouzeni kvality produktu. Vysoké třecí síly znamenají, že roztavené sklo nezatuhne současně celé na všech místech, ale zatuhne postupně a proto vyrobený skleněný produkt je výsledně zvlněný a obsahuje ve svém elétn ob jemu mikrotrhlíny. V principu Je možné se tomuto problému vyhnout zvýšením teploty roztaveného skla, a tak tedy 1 snížením jeho viskozlty a zvýšením jeho kapalnosti.

Problém s narůstající teplotou je však v tom. že pří vysokých teplotách se začíná sklo nalepovat na povrch tvarovaní formy. V dnešní době bývá teplota tvarovací formy během výroby skla asi 5G0°C. což umožňuje použití odlévaných ocelových forem. Aby bylo sníženo tření a vylepšena kvalita finálního produktu, je forma natřena barvou založenou na grafitové bázi a namazaná grafitovým mazivem. Trvanlivost barvy na formě je asi 2-8 hodin a forma musí být mazána asi každých 15 minut. Mazání je spojeno s vytvářením velkého množství kouře a nepříjemného zápachu. Pokud je výroba plánována ve velkých množstvích, je dalším významným cílem usnadnit přenos tepla z roztaveného skla do tvarovací formy a dále ke chladicímu médiu. Požadavek na velkokapacitní výrobu je, aby "přechodový odpor" mezi roztaveným sklem a tvarovací formou byl co nejmenší. V řetězci přenosu tepla ze skla na chladicí vzduch je tzv. "nejužší brankou" přenos tepla z tvarovací formy do vzduchu. Sklo samotné má tepelnou konvekci relativně velkou, ale při formovací proceduře musí být sklo udržována ve formovací, viskozitě až do doby finálního vstříknutí do tvarovací formy. Z pohledu chlazení skla není záměna materiálu, použitého k výrobě tvarovací formy příliš efektivní. Přechodový odpor při přenosu tepla v oblasti 2 vlastního přenosu mezi sklem a formou je větší, než ve vlastni formě. To je z důvodu nerovnoměrnosti povrchu a zbytkového množství vzduchu mezi formou a sklem. Přenos tepla je velmi proměnlivý a to jako funkce času. Na začátku kontaktu je přenos tepla velmi účinný, ale rychle se zpomaluje v případě, kdy se snižuje teplotní gradient a kdy konvekce tepla uvnitř skla omezuje tepelný tok. Teplota vnějšího povrchu tvarovací formy se obvykle nemění, není to funkce času. Tloušťka stěny obvyklého obalového skla je asi 2-3 milimetry nehledě na velikost obalu. Poměr mezi hmotnosti obalového skla k ploše jeho vnějšího povrchu je shodný.

Na vnější, straně tvarovací formy je přenos; tepla uskutečňován hlavně konvekcl, tj. možnost vylepšeni chlazení „je spojena s nárůstem rychlosti prouděni chladicího vzduchu, nebo s nárůstem plochy přenášející teplo pomoci žebrových chladičů. Ještě účinnějším způsobem chlazeni tvarovací formy je použiti vody, nebo vodní, mlhy namísto vzduchu. Toto však nicméně vytváří další problém, a to možnost rezivění, strojového vybavení, a tvarovacích forem. Tyto problémy mohou být překonány výběrem vhodných materiálů pro výrobu tvarovací formy, nebo pokrytím povrchu formy vhodným materiálem, avšak tato řešeni vyžaduji nemalé další investice. Když narůstá chladicí, efekt na vnější straně formy, způsobuje zároveň nárůst teplotního gradientu mezi vnitřkem a vnějškem formy. Pokud je použito chlazení vzduchem, teplota na vně jšl straně formy se nesnižuje o žádnou významnou hodnotu, a tím tedy narůstá teplota uvnitř formy. Tomuto je možné se vyhnout záměnou materiálu, ze kterého je forma vyrobena za materiál s vyšší vodivostí. 3

Toto je však opět na úkor dalšího zvýšení Investičních nákladů.

Jak již bylo uvedeno dříve, mezi sklem a stěnou tvarovad formy zůstávají vzduchové póry. Množství vzduchových pórů mezi formou a sklem závis! na rovnosti povrchu, dotykové teplotě, materiálu formy a na vlastnostech skla. Když dojde ke kontaktu mezi sklem a formou, je teplo přenášeno konvekcl a uvnitř pórů je teplo přenášeno vyzářovánlm a konvekcl pomocí vzduchu. Všechny způsoby přenosu tepla jsou v přímé závislosti na ploše přenášejíc! teplo a proto má její změna velký účinek na přenos tepla. Když je použit materiál s nejvyšší možnou tepelnou vodivostí a s rovností povrchu odpovídající ...jeho relativní drsnosti o hodnotě asi 20 um, způsobí to relativně velké množství mlkrotrhlin na povrchu konečného produktu. Proto je žádoucí, aby bylo na finální tvarovací formě dosaženo tak rovného a rovnoměrného povrchu, jak je to jen možné. Tím je dosaženo jak dobrého tepelného přenosu, tak i minimalizace mlkrotrhlin. Zvýšením dotykové teploty se také dosáhne zlepšeni přenosu tepla (jemnější sklo vyplní jakoukoliv nerovnoměrnost na povrchu formy) a současně je množství mlkrotrhlin na povrchu sníženo. Faktory, které ovlivňují na teplotu, kdy se sklo začíná lepit, je materiál formy, viskozita roztaveného skla, rovnost povrchu formy a tlak skla na povrch formy. Různé materiály mají různou tendenci k přilepování na povrch formy, což závisí na povrchovém napětí každého mater1á1u. Povrchové napě tí k ovQ je mezi 1.7 ..... 1.0x10~aN/cm.

Nerovnost povrchu tvarovací formy má vliv na přilepování skla na formu z důvodu přenosu tepla, což znamená, že sklo 4 chladne nerovnoměrné na povrchu formy, a to navzdory vhodně zdrsnělému povrchu. Tyto "studené skvrny" pak zabraňuji sklu, aby se přilepovalo na formu. Nicméně i tak jsou současně na povrchu skla vytvářeny mi. kro trhliny, jak již bylo uvedeno výše:.

Uvedený vynález se týká minimalizace výše zmíněných nevýhod, částečně také i jejich úplné eliminace a zvýšeni schopnosti ovládání chladicího procesu tvářeného skla a dále pak pevnostních charakteristik finálního povrchu pomoci vylepšení jeho kvality .

Pod s t a t a v v n á 1. e z u

Tohoto úkolu je dosaženo pomocí nástroje (zařízení), jehož povrch se hlavně skládá z niklového aluminidu, jenž dále obsahuje mangan, a jehož charakterlzujícím rysem je to, že pevnostní vlastnosti a tvrdost této sloučeniny narůstají jako funkce teploty od pokojové teploty až k teplotě alespoň 450°C a uvedená povrchová vrstva má na sobě tenkou a husitou vrstvu oxidů. Tato oxidová vrstva se vytváří na povrchu nástroje při provozní teplotě tvarovací formy pro sklo a to při dotyku povrchu formy s roztaveným sklem. Kvalita povrchové vrstvy nástroje je vylepšena právě vlivem roztaveného skla a to alespoň ve srovnání, s kvalitou po pouhém obrobení povrchu tvarovací formy.

Vynalezená metoda výroby nástroje, používaného při výrobě skla, je při provozní teplotě tvarovací formy dosažena pomocí dotyku formy s roztaveným sklem, kdy je na povrchu nástroje vytvořena tenká a hustá vrstva oxidu a vlivem roztaveného skla dochází k vylepšení kvality 5 povrchové vrstvy, alespoň ve srovnáni s kvalitou, Jenž je dosažena při pouhém obrábění povrchu formy. Povrchová vrstva se skládá hlavně z niklového alumírridu obsahující mangan, Jehož charakterizujícím rysem Je to, že pevnostní vlastnosti a tvrdost této složky narůstají Jako funkce času od hodnoty pokojové teploty k hodnotě asi 450°C. Y tomto kontextu, Je termín "obráběni" použit k popsání všech procedur, které Je třeba udělat k dosažení finální úpravy povrchu tvarovací formy. Proto například všechny odlišné lešticí metody spadají právě pod tento termín "obrábění" v tomto uvedeném kontextu. V době, když začal výzkum a hledání jednotlivých řešení u tohoto výše zmíněného problému, zde vyvstala jedna přirozená alternativa a to, že materiál, z něhož je forma vyrobena bude pokryt vrstvou vhodného materiálu, nebo v6; zvláštním případě bude z tohoto krycího materiálu vyroben celý nástroj, nebo jenom jedna z jeho částí. Nežádoucím problémům s nalepováním skla a odtrháváním krycího materiálu je možné se vyhnout v případě, že celý nástroj, nebo pouze jedna jeho část budou u některých kritických aplikací vyrobeny ze stejného materiálu jako např. u jednodušších aplikací pro formování.

Když byly ohodnocovány různé krycí materiály, první alternativy byly přirozeně různé keramické povlakové materiály a některé komerčně široce využívané povlaky ze superslitin. Nevýhody keramických materiálů jsou například pérovítost a špatné vlastnosti při přenosu tepla. Tyto materiály také nejsou výhodné z hlediska jejich imunity vůči tepelným výkyvům, což je jedna z nejobvyklejších nevýhod těchto krycích povlaků. Rovněž další nevýhodou těchto 6 povlaků je jejich š pat n á obrob11e1nost a obzvláštní. nevýhodou Je pak to. že povrch formy není možné v těchto případech jednoduše leštit. Různé supersiltiny, založené na obsahu niklu ěi kobaltu dávaly slušné výsledky, nebo lépe řešeno alespoň během testů. Ovšem výsledné vlastnosti koncových produktů nebyly takové, jak se od nich očekávalo a nedošlo tedy k významnému vylepšení kvality nástroje používaného při výrobě skla. Stejně tak i krycí povlak z těchto materiálů nebyl dobrým řešením pro uvedené problémy. Při experimentech s některými krycími materiály, jmenovitě se sice známými intermetalickými sloučeninami, ale zároveň relativně novými v jejich použití jako konstrukčních materiálů, bylo zjištěno, že tyto materiály nabízejí n e o č e k á v a n á výho d y . 13 ř í v e n e b y 1 o v ý h o d n é p o u ž í v a t intermetalícké sloučeniny jako konstrukční materiály a to z důvodu jejich křehkosti,. Dokud nebyly zaznamenány účinky jistých aditiv, jako například béru. na zvýšení tažných vlastností, které zpřístupni1y intermetalícké s1oučeniny k použití buď jako krycí povlaky, nebo 1 jako základní konstrukční materiál. Během experimentování bylo uděláno překvapující zjištění, že některé intermetalícké sloučeniny měly docela vysokou teplotu, při které docházelo k přilepování skla na jejich povrch. Typickým rysem některých intermetalických sloučenin přitom bylo, že jejich pevnostní vlastnosti narůstají až do ..jisté limitní hodnoty v případě, když je pokojová teplota zvyšována na teplotu vyšší. Například tvrdost se může zvětšit asi dvakrát během přechodu od Pokojové teploty k teplotě 500°C. Jisté intermetalícké 7 slouCeniny ..jsou schopné projevit nárůst pevnostních vlastnosti rovněž až do teploty asi 800°C. Při pokojové teplotě tyto modifikované sloučeniny jsou jemné a tak i lehce obrobitelné a leštitelné, což .jsou důležité faktory, na jejichž základě je rozhodováno o materiálu použitém k výrobě tvarovacím formě pro výrobu skla. Vlastním rysem intermetallckých složek je .jejich dobrá teplotní vodivost. Když je základní materiál formy, obvykle odlévaná ocel, pokryta vrstvou intermetalické sloučeniny a pak opatrně vyleštěna, je možné významně snížit vytváření mikrotrhlín ve finálním skleněném výrobku. Nicméně je lepší být v některých kritických fázích výroby připraven na výrobu částí nástroje, jako například části formy, nebo formy celé a to ze stejného materiálu, jako je krycí povlak, ale v tomto případě použít uvedený materiál již ...jako základní konstrukční materiál. Tímto způsobem ...je možné se vyhnout odtrhávání povrchové vrstvy nebo problémům s přilepování skla na povrch formy. Pomocí vhodného krycího materiálu, buď pouze ...jako krycího povlaku nebo ..jako části povrchu základního materiálu, je možné snížit tloušťku stěn finálního skleněného výrobku a tak vyrobit skleněný výrobek s menší hmotností, jehož pevnost je stejně dobrá jako u skleněného výrobku, který měl tlustší stěny a který byl zafarmován předchozími metodami.

Když jsou zkombinovány dobrá obrobitelnost a narůsta jící pevnost a tvrdost materiálu, t...j. celková trvanlivost se zvýšením teploty od pokojové teploty k normální teplotě provozní, tedy asi na 5G0--650°C, je jasné, že tento druh materiálu ...je využitelný právě jako krycí povlakový materiál u nástrojů, určených pro výrobu 8 skla.

Pevnost použitelných intermetalických sloučenin bude narůstat od pokojové teploty k teplotě alespoň 450°C. Vlastnosti, těchto sloučenin mohou být vylepšeny vhodným legováním čímž dojde k vylepšení ..jejich vlastnosti za pokojové teploty anebo může dojít k dalšímu vylepšení .jejich pevnostních vlastností při nárůstu teploty až na hodnotu kolem 800°C. Tyto uvedené legovací prvky zahrnují bór, Cten zvyšuje pevnostní, vlastností za pokojové teploty) a hafnium (vylepšuje pevnostní, vlastnosti na vyšších teplotách, než jsou pokojové). Železo, titan, mangan, zirkon, cer a niob ..... to vše jsou další, prvky, které mohou být k legování za účelem zlepšení vlastností lntermetalických sloučenin také použity.

Obvykle je kvalita povrchu nástroje pro výrobu skla nejlepší, když je tento nástroj nový, tedy ihned po jeho obrobení tak, jak bylo definováno výše. Tendence roztaveného skla přilepovat se na povrch nástroje je nejnižší v tu chvíli, když je povrch nástroje (tvarovací. formy) vhodně zoxidován. Nicméně i tak musí být pravidelně používány během pýrobý různé mazací prostředky pro namazání povrchu nástroje, nebo jeho dnes obvyklých krycích povlaků a to proto, aby bylo možné se vyhnout přilepovaní, roztaveného skla ne povrch formy. Optimální tloušťka vrstvy oxidů je dosažená asi po 24 hodinách normálního provozu výroby skla a to v dnes používaných konvenčních povlaků. Poté dochází l< nárůstu tloušťky oxidové vrstvy a tato vrstva se následně stává křehkou a má tendenci ke tvoření vloček na povrchu a k jejich odpadávání během dalšího průběhu výroby skla. K nárůstu tloušťky dochází, z důvodu vzájemné difúze kyslíku 9 skrze vrstvu oxidů směrem ke kovu a opačně ·-·· difúze kovu skrze vrstvu oxidů a dále směrem k volnému povrchu tvarovaní formy.

Jak Již bylo uvedeno, má vrstva oxidů na povrchu formy tendenci k vytváření, vloček (či šupinek) během výroby. Tyto odpadávajlel vločky se pak přichytávají na povrch roztaveného skla a tím způsobují, zhoršení kvality povrchu vyráběného skla a následovně i zhoršení Jeho pevnostních charakteristik. Tyto vločky Jsou vytvářeny Jak při uvolňování vrstvy oxidů, tak i vlivem mazadel používaných během výroby. Proto Je nutné tvarovaní formu v periodických intervalech čistit např. opískováním .jejího povrchu, čímž by mělo být dosaženo odstranění, nepravidelně přichyceného maziva a odloupané vrstvy oxidů. Po opí skování .je přirozeně nezbytné povrch formy vyleštit Ještě předtím, než dojde k Jejímu opětovnému použití. To vede znovu k počátečnímu stavu a cyklus se může opakovat po tak dlouhou dobu, jak bude jen možné než bude nutné formu nakonec vyměnit za novou. Při testováni, kdy bylo použito několik různých alumlnidú .jako intermetalických sloučenin, tvořících povrchovou vrstvu povlaku na formě pro výrobu skleněných láhví byl zaznamenán překvapující fakt, týkající se obzvláště výhodnosti niklových alumlnidú obsahujících mangan.

Když byla takováto forma použita při výrobě skleněných láhví, bylo zcela neočekávaně zjištěno, že kvalita povrchu plunžru na tvarovací. formě pro sklo se začala zlepšovat asi hodinu a půl po začátku výroby. Když byla pak tato výroba přerušena, byl prověřen povrch formy a bylo zjištěno, že je 10 lépe vyleštěna, než když byla zcela nová, tJ. ihned po Jejím obrobeni. To znamená, že kvalita povrchu skleněných láhvi a proto ::l.....jejich pevnostní vlastnosti, zvláště jejich odolnost vQčl nárazům, byly průběhem vlastni výroby radikálně vylepšené namísto toho, aby se: tyto vlastnosti zhoršovaly, jako to bývalo obvyklé dříve. Vrstva oxidů, jenž tvoří povrchový povlak, byla velmi hustá a tenká a nijak významně se její tloušťka nezvyšovala, jakmile se jednou tato vrstva již vytvořila. Tato samočisticí a oxidovaná povrchová vrstva v podstatě obsahuje smíchané oxidy manganu a hliníku.

Tyto uvedené niklové aluminidy jsou sloučeninou typu Ni-.3C ΑΓ·ΗνΙη) ·+·Β a mají svůj specifický rys - samolešticí schopnost a všechny z toho plynoucí, výhody, Byly u nich zjištěny jednoznačně lepší vlastnosti, než jaké má zbytek známých materiálů používaných jako krycí povrchové povlaky. Charakteristickým rysem všech výše zmíněných známých krycích materiálů je to, že kvalita povrchu jimi vytvořeného se snižuje ihned od začátku výroby a.ž do doby, kdy forma musí. být vyměněna. Dalším negativním faktorem těchto uvedených krycích materiálů je 1 neustálá potřeba mazání povrchu formy a odlupování vloček z oxidové vrstvy.

Povrchový krycí materiál podle uvedeného vynálezu umožňuje nárůst teploty, při které se začíná sklo na formu nalepovat a to z typické hodnoty u oceli asi 500-540°C až do rozsahu teplot kolem 550~630°C a zároveň umožňuji dosažení dobré kvality povrchu tvarovací formy pro sklo, což všechno vede ke zlepšení vlastností povrchu sklěněného výrobku. Použitím způsobu podle uvedeného vynálezu je možné se také vyhnout škodlivého odlupování vloček oxidové vrstvy, což je 11 jindy běžný projev krycích povlakových materiálů. Použitím vynálezu může být také podstatně snížena spotřeba neustálého mazáni tvarovací formy a to opět při srovnáni se standardními známými krycími povlakovými materiály při s t e.. j n ý c h p r o v o z η 1. c h t e p 1 o i: á c h . Přesnou příčinou tohoto vylepšeni vlastností (tenká a hustá vrstva oxidů, která má samolešticl schopnosti) povrchu nástroje se dosud nepodařilo nalézt, čile pravděpodobně je to způsobeno chemickými a fyzikálními vlastnostmi povrchových krycích materiálů, jenž zde byly prezentovány ve formě vynálezu a dále se tato příčina vztahuje jak na provozní teplotu použiti formy pro výrobu skla, tak i na chemické a mechanické vlastností roztaveného skla.

Krycí povlaky mohou být vyrobeny různými způsoby, jako například plazmovým nástřikem, detonačnlm nástřikem, nebo nástřikem plamenem s hypersonickou rychlosti, nebo rozprašováním, či jinou vhodnou metodou. Různé známé způsoby mohou být rovněž použity na výrobu tvarovací. formy z pevného základního materiálu.

Provedení nástroje podle uvedeného vynálezu může být aplikováno v rozsahu pole působností vynálezu, definovaného v připojených patentových nárocích. 12

01--1207.-Se-Ce A tool for the manufacture of glass and a method of making this tool

as a glass mold,

The Ί · -ρ- »η (" ::π :: i..kv

The present invention relates to the manufacture of glass, for example a plunger or the like, in which its surface is at least partially covered by a layer formed by one of suitable methods, for example by plasma spraying, detonation spraying, flame spraying, hypersonic spraying, and where the tool, either in its entirety or only one part, is made of the same material as the surface layer by a suitable method. The surface layer comprises at least one Intermetallic Compound. The present invention also relates to a method of making the tool.

BACKGROUND OF THE INVENTION. mass production of glass containers, such as a bottle, the molten glass is molded into its desired form by a suitable mold into which the molten material is formed either by a plunger or by a combination of gas pressure and vacuum action that acts immediately thereafter while the molten glass solidifies in the mold . The molten glass forming procedure may consist of several phases. During the first phases, the molten glass must be able to move freely over the mold surface and thus the frictional forces between the molten glass and the mold. 1

C form They are decisive for assessing product quality. High frictional forces mean that the molten glass does not clog at the same time in all places, but stiffens gradually and therefore the glass product produced is ultimately corrugated and contains micro-cracks in its elite. In principle, this problem can be avoided by increasing the temperature of the molten glass and thus reducing its viscosity and increasing its liquidity.

But the problem with rising temperature is in it. that, at high temperatures, the glass begins to stick to the mold surface. Nowadays, the temperature of the mold during glass production is about 5 ° C. which allows the use of cast steel molds. In order to reduce friction and improve the quality of the final product, the mold is coated with a graphite-based paint and lubricated with graphite lubricant. The shelf life of the paint is about 2-8 hours and the mold must be lubricated about every 15 minutes. Lubrication is associated with the formation of large amounts of smoke and unpleasant odors. If the production is planned in large quantities, another important goal is to facilitate the transfer of heat from the molten glass to the mold and further to the cooling medium. The requirement for large-scale production is to have a " transition resistance " between the molten glass and the mold was as small as possible. The " narrowest gate " transferring heat from the mold to air. The glass itself has a relatively high thermal convection, but in the molding procedure the glass must be kept in a molding viscosity until the final injection into the mold. From the point of view of glass cooling, the replacement of the material used to make the mold is not very effective. The heat transfer resistance in the region 2 of the actual transfer between the glass and the mold is greater than in the actual form. This is due to the unevenness of the surface and the residual amount of air between the mold and the glass. Heat transfer is very variable as a function of time. At the beginning of the contact, the heat transfer is very effective, but decelerates rapidly when the temperature gradient decreases and the heat convection inside the glass reduces heat flow. The temperature of the outer surface of the mold is usually unchanged, not a function of time. The wall thickness of a conventional container glass is about 2-3 millimeters regardless of the package size. The ratio between the weight of the container glass to that of its outer surface is the same.

On the outside, the mold is a transfer mold; heat is mainly made by convection, ie the possibility of cooling improvement is associated with an increase in the cooling air flow rate, or with an increase in the heat transfer area by the fin coolers. An even more effective way of cooling the mold is to use water or water mist instead of air. However, this creates another problem, namely the possibility of rusting, machinery, and molds. These problems can be overcome by selecting suitable materials for making the mold, or by covering the mold surface with a suitable material, but these solutions require considerable additional investment. When the cooling effect increases on the outside of the mold, it also causes an increase in the temperature gradient between the inside and the outside of the mold. When air cooling is used, the temperature at the outside of the mold side is not reduced by any significant value, thereby increasing the temperature inside the mold. This can be avoided by replacing the material from which the mold is made with a higher conductivity material. 3

However, this is again at the expense of a further increase in investment costs.

As mentioned earlier, there are air pores between the glass and the mold-forming wall. The amount of air pores between the mold and the glass depends! surface, touch temperature, mold material and glass properties. When there is contact between the glass and the mold, the heat is transferred by the convector and inside the pores the heat is transmitted by radiated and convection by air. All heat transfer modes are directly dependent on the transfer area! heat and therefore has a great heat transfer effect. When a material with the highest possible thermal conductivity and surface equality corresponding to its relative roughness of about 20 µm is used, this causes a relatively large amount of cracks on the surface of the final product. Therefore, it is desirable to have as flat and even a surface as possible on the final mold. This provides both good heat transfer and minimization of cracks. Increasing the contact temperature also results in improved heat transfer (finer glass fills any unevenness on the mold surface) and at the same time the surface of the cracks on the surface is reduced. Factors affecting the temperature at which the glass begins to bond is the mold material, the viscosity of the molten glass, the flatness of the mold surface, and the glass pressure on the mold surface. Different materials tend to stick to the surface of the mold, depending on the surface tension of each material. The surface tension to ovQ is between 1.7 ... 1.0x10 ~ aN / cm.

The unevenness of the mold surface affects the bonding of the glass to the mold due to heat transfer, which means that the glass 4 cools unevenly over the mold surface, despite a suitably roughened surface. These " cold spots " then I prevent the glass from sticking to the mold. However, they are still being created on the glass surface at the same time. cracks as mentioned above:.

The present invention relates to the minimization of the aforementioned disadvantages, partly also to their complete elimination and to the ability to control the cooling process of the molded glass and to the strength characteristics of the final surface by improving its quality.

Under a steady cut

This object is achieved by a tool (device) whose surface is mainly composed of nickel aluminide, which further contains manganese, and whose distinguishing feature is that the strength properties and hardness of the compound increase as a function of temperature from room temperature to at least 450 ° C and said coating has a thin and husky oxide layer thereon. This oxide layer is formed on the tool surface at the operating temperature of the glass mold when contacting the mold surface with molten glass. The quality of the tool surface layer is improved by the effect of molten glass, at least in comparison with the quality after mere machining of the mold surface.

The inventive method for producing a tool used in the manufacture of glass is at the operating temperature of the mold being achieved by contacting the mold with molten glass, where a thin and dense oxide layer is formed on the tool surface and the surface layer 5 is improved by the molten glass at least in comparison with with quality that is achieved by mere machining of the mold surface. The surface layer consists mainly of manganese-containing nickel alumiride, whose characteristic feature is that the strength properties and hardness of this component increase as a function of time from room temperature to about 450 ° C. Y in this context, Is the term " machining " used to describe all procedures that need to be done to achieve the final surface finish of the mold. Therefore, for example, all different polishing methods fall just under this term " machining " in this context. At a time when research and search for individual solutions began with this above-mentioned problem, one natural alternative arose and that the material from which the mold is made will be covered with a layer of suitable material or v6; in a particular case, the entire material will be made of this covering material, or only one of its parts. Adverse glass sticking problems and tearing off the cover material can be avoided if the entire tool, or only one portion thereof, is made from the same material in some critical applications as, for example, simpler molding applications.

When various covering materials were evaluated, the first alternatives were naturally different ceramic coating materials and some commercially widely used superalloy coatings. The disadvantages of ceramic materials are, for example, springiness and poor heat transfer properties. These materials are also not advantageous in terms of their immunity to thermal fluctuations, which is one of the most common disadvantages of these overlays. Another disadvantage of these 6 coatings is their ability to be machined and especially. disadvantage is then it. that the mold surface cannot be simply polished in these cases. Various supersiltins, based on nickel cobalt content, yielded good results, or better solved at least during the tests. However, the resulting properties of the end products were not as expected and there was no significant improvement in the quality of the glassware tool. Likewise, the coating of these materials was not a good solution to the problems. In experiments with some covering materials, namely known intermetallic compounds but also relatively new in their use as construction materials, it has been found that these materials offer unexpected advantages. The use of intermetallic compounds as constructional materials is particularly useful because of their brittleness. Until the effects of certain additives, such as bera, have been observed. to increase the tensile properties that make intermetallic compounds available for use as either cover coatings or as basic structural material. While experimenting, it was surprising to find that some intermetallic compounds had a fairly high temperature at which glass was adhered to their surface. A typical feature of some intermetallic compounds was that their strength properties increase up to a certain limit value when the room temperature is raised to a higher temperature. For example, hardness may increase about twice during the transition from room temperature to 500 ° C. Certain intermetallic compounds are also capable of exhibiting an increase in strength properties up to about 800 ° C. At room temperature, these modified compounds are fine and thus easily machinable and polishable, which are important factors on the basis of which the material used to make the mold for glass production is decided. The intrinsic properties of the intermetallics are their good thermal conductivity. When the mold base material, usually cast steel, is coated with an intermetallic compound layer and then carefully polished, it is possible to significantly reduce the formation of microcracks in the final glass article. However, it is better to be ready at some critical stages of manufacture to manufacture tool parts, such as mold parts, or molds all from the same material as the cover coat, but in this case to use the material as a basic structural material. In this way, it is possible to avoid tearing off the surface layer or problems of sticking the glass to the surface of the mold. By using a suitable cover material, either only as a cover coat or as part of the base material surface, it is possible to reduce the wall thickness of the final glass article and thus produce a glass product of lesser weight, the strength of which is as good as that of the glass article he had thicker walls, and had been smeared with previous methods.

When good machinability is combined and the strength and hardness of the material increases, the material is hardened. overall durability, with temperature rises from room temperature to normal operating temperature, that is to say about 5G0-650 ° C, it is clear that this kind of material ... can be used as a coating material for 8 glassware tools.

The strength of the usable intermetallic compounds will increase from room temperature to at least 450 ° C. The properties of these compounds can be improved by suitable alloying, thereby improving their room temperature properties, or further improving their strength properties when the temperature rises to about 800 ° C. These alloying elements include boron, Cten increases strength, properties at room temperature) and hafnium (improves strength properties at higher temperatures than room temperature). Iron, titanium, manganese, zirconium, cerium, and niobium are all other elements that can also be used to alloy for the purpose of improving the properties of intracellular compounds.

Usually, the surface quality of the glass making tool is best when the tool is new, that is, immediately after it has been machined as defined above. The tendency of molten glass to adhere to the tool surface is the lowest when the tool surface (mold) is suitably oxidized. Nonetheless, various lubricating agents for lubricating the tool surface, or today's conventional topcoats, must be used regularly during production to avoid sticking, molten glass, to the mold surface. The optimum thickness of the oxide layer is achieved after about 24 hours of normal glass production operation in conventional coatings used today. Then, l < an increase in the thickness of the oxide layer, and the layer subsequently becomes brittle and tends to form flakes on the surface and fall off during the subsequent production of glass. The increase in thickness is due to the diffusion of oxygen 9 through the oxide layer towards the metal and the diffusion of metal through the oxide layer and further towards the free surface of the mold.

As already mentioned, the oxide layer on the mold surface tends to form flakes (or flakes) during manufacture. These fallen flakes are then adhered to the surface of the molten glass and thereby cause a deterioration in the surface quality of the glass being produced and consequently a deterioration of its strength characteristics. These flakes are produced both by the release of the oxide layer and by the lubricants used during manufacture. Therefore, it is necessary to clean the mold at periodic intervals, for example by sandblasting its mold, thereby removing, irregularly adhering, the lubricant and the peeled oxide layer. It is naturally necessary to polish the mold after polishing before it is used again. This again leads to the initial state and the cycle can be repeated for as long as possible before the new one needs to be replaced. When testing several different alumina compounds as intermetallic compounds forming a coating layer on a glass bottle mold, a surprising fact was noted regarding the particular advantage of manganese-containing nickel aluminides.

When such a mold was used in the manufacture of glass bottles, it was unexpectedly found that the surface quality of the plunger on the mold. the glass mold began to improve about an hour and a half after production began. When this production was then discontinued, the mold surface was inspected and found to be better polished than when it was completely new, J. immediately after its machining. That is, the surface quality of the glass bottles and their strength properties, particularly their impact resistance, have been radically improved over the course of their own manufacturing process, instead of: these properties have deteriorated, as was the case before. The oxide layer that forms the surface coating was very dense and thin, and its thickness was not significantly increased once the layer had already formed. This self-cleaning and oxidized coating essentially comprises mixed manganese and aluminum oxides.

These nickel aluminides are a Ni-.3C ΓΓ · ΗνΙη · + · Β compound and have their own specific feature - self-polishing and all the resulting benefits. Clearly better properties than the rest of the known materials used were found. as topcoat coatings. A feature of all of the aforementioned known cover materials is that the quality of the surface formed by them is reduced immediately from the start of production and until the mold has to. be replaced. Another negative factor of these cover materials is the constant need for lubrication of the mold surface and peeling of the flakes from the oxide layer.

The surface coating of the present invention allows the temperature to rise at which the glass begins to stick to the mold, typically at about 500-540 ° C, up to a temperature range of about 550-630 ° C, while at the same time providing good mold surface quality. for glass, all of which leads to improved surface properties of the glass article. By using the method of the present invention, it is also possible to avoid the harmful exfoliation of the oxide layer flakes, which is a common manifestation of coating coatings at other times. The use of the invention can also significantly reduce the need for continuous lubrication of the mold, again when compared to standard known cover coatings in the first mold. The precise cause of this property improvement (thin and dense oxide layer having self-polishing properties) of the tool surface has not been found yet, probably due to the chemical and physical properties of the topcoat materials presented herein, and this cause goes beyond both the operating temperature of the glass mold and the chemical and mechanical properties of the molten glass.

Cover coatings can be made in a variety of ways, such as by plasma spraying, detonation spraying, or by hypersonic velocity flame spraying, or by spraying or other suitable method. Various known methods can also be used to make the molding. molds of solid base material.

Embodiments of the tool of the present invention may be applied within the scope of the scope of the invention defined in the appended claims. 12

Claims (3)

/( to ΊΑ -JI? lldd * Λ f i i JA10INISYIA | PAT E N T O VE NÁROKY ; oHiAmsAwgyd avy a ! I ' 9 6 ΙΛ 9 0 1.) Nástroj, používaný k výrobě skla, například . Ol^Oa tvarovacl formy pro výrobu skla, plunžr nebo jiné podobné zařízeni, u kterého je alespoň Část jeho povrchu pokHýtfa^· ^ ^ ! povrchovou vrstvou, která byla nanesena pomoci jakékoliv 'í'2 vhodná metody, jako například plazmovým nástřikem, detonaCnlm nástřikem, nebo nástřikem plamenem s hypersonickou rychlosti nebo rozpracováním, nebo u kterého je nástroj či jeho Část vyrobena ze stejného materiálu jako povrchová vrstva a to pomoci jakékoliv vhodné metody. a kde povrchová vrstva nástroje obsahuje alespoň jednu intermetalíekou sloučeninu, vyznač u j 1 c í s e t 1 m, ž e povrchová vrstva - se skládá hlavně z niklového aluminidu obsahujícího mangan, jehož charakteristickým rysem je to, že pevnostní vlastnosti a tvrdost této sloučeniny narůstá jako funkce teploty od pokojové teploty až k teplotě okolo hodnoty alespoň 450°C, a - má tenkou a hustou vrstvu oxidů, která je vytvořena na povrchu nástroje při provozní teplotě tvarovacl formy pro výrobu skla, a to za pomoci dotyku roztaveného skla s uvedeným povrchem formy, a kde kvalita povrchové vrstvy na nástroji se zlepšuje pod vlivem roztaveného skla a to ve srovnání s kvalitou povrchu ihned po jeho obrobení./ (to -Α -JI? lldd * Λ f i i JA10INISYIA | PAT E N T O REQUIREMENTS; oHiAmsAwgyd avy a! I '9 6 ΙΛ 9 0 1.) A tool used to make glass, for example. The glass molding mold, the plunger or the like, in which at least a portion of the surface thereof is provided. a surface layer which has been applied by any suitable method, such as by plasma spraying, detonation spraying, or by hypersonic velocity flame spraying or elaboration, or in which the tool or part thereof is made of the same material as the surface layer to assist any suitable methods. and wherein the surface layer of the tool comprises at least one intermetallic compound, characterized in that the surface layer consists mainly of manganese-containing nickel aluminide, the characteristic of which is that the strength properties and hardness of the compound increase as a function of temperature from room temperature to a temperature of at least 450 ° C; and - has a thin and dense oxide layer which is formed on the surface of the tool at the operating temperature of the glass mold, by contacting the molten glass with said mold surface; and wherein the quality of the surface layer on the tool is improved under the influence of molten glass compared to the surface quality immediately after machining. 2. ) Nástroj podle nároku 1, vyznač u jící s e t 1 m, ž e povrchová vrstva se skládá hlavně z niklového aluminidu typu NÍ3< Al+Mn)+B.2. A tool according to claim 1, wherein the surface layer consists mainly of nickel aluminide type Ni3 < 1 >; Al + Mn) + B. 3. ) Způsob výroby nástroje, použitelného pro výrobu 13 skla. Jako například tvarovaci formy pro výrobu skla, plunžru, nebo podobného nástroje, u kterého je alespoň část. jeho povrchu tvořena krycím povlakem, jenž byl na tomto povrchu vytvořen pomoci libovolné vhodné metody jako například plazmovým nástřikem, detonačnlm nástřikem, nebo nástřikem plamenem s hypersonickou rychlosti nebo rozprašováním, a nebo u kterého je tento celý nástroj, nebo pouze jedna jeho část vyrobena ze stejného materiálu, jako uvedená povrchová vrstva a to pomoci vhodného způsobu, tato povrchová krycí vrstva se skládá z alespoň jedné intermetalické sloučeniny, vyznačujíc! se t 1 m, že uvedená povrchová vrstva se skládá hlavně z niklového aluminldu s obsahem manganu, jehož charakteristickým rysem je to, že pevnostní vlastnosti a tvrdost této sloučeniny se zvyšuje jako funkce teploty od hodnoty pokojové teploty na hodnotu alespoň 450°C a tato vrstva je ovlivňována při provozní teplotě formy pro výrobu skla dotykem s roztaveným sklem, čímž dochází k vytvářeni tenké a husté vrstvy oxidů na povrchu nástroje a čímž se vylepšuje kvalita povrchové krycí vrstvy právě vlivem roztaveného skla, a to ve srovnání s kvalitou tohoto povrchu právě po jeho obrobení. 143. A method of manufacturing a tool usable for the manufacture of glass. Such as a mold for producing glass, a plunger, or the like, at least a portion thereof. its surface is formed by a topcoat which has been formed on this surface by any suitable method such as plasma spraying, detonation spraying, or hypersonic velocity spraying or flame spraying, or in which the entire instrument, or only one part thereof, is made of the same a material such as said surface layer by a suitable method, the surface covering layer comprises at least one intermetallic compound, characterized by: In particular, said surface layer consists mainly of manganese-containing nickel aluminide, the characteristic of which is that the strength and hardness of the compound increases as a function of temperature from room temperature to at least 450 ° C and that layer is influenced at the operating temperature of the glass-forming mold by contact with the molten glass, thereby forming a thin and dense oxide layer on the surface of the tool, thereby improving the quality of the topcoat due to the molten glass, as compared to that of the surface. Machining. 14
CZ961645A 1993-12-08 1994-12-05 Tool for producing glass and process for producing such tool CZ164596A3 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI935502A FI94334C (en) 1993-12-08 1993-12-08 A tool used in the manufacture of glass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ164596A3 true CZ164596A3 (en) 1997-04-16

Family

ID=8539104

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ961645A CZ164596A3 (en) 1993-12-08 1994-12-05 Tool for producing glass and process for producing such tool

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP0733026A1 (en)
JP (1) JPH09509131A (en)
AU (1) AU1243695A (en)
CZ (1) CZ164596A3 (en)
FI (1) FI94334C (en)
WO (1) WO1995015926A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0120263D0 (en) * 2001-08-21 2001-10-10 Alphatex Hyperformance Coating Coating composition

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL7805366A (en) * 1978-05-18 1979-11-20 Philips Nv TOOLS FOR HANDLING AND SHAPING GLASS.
FI91060C (en) * 1992-06-09 1994-05-10 Ahlstroem Riihimaeen Lasi Oy A tool for making glass

Also Published As

Publication number Publication date
FI935502A0 (en) 1993-12-08
AU1243695A (en) 1995-06-27
EP0733026A1 (en) 1996-09-25
WO1995015926A1 (en) 1995-06-15
FI94334C (en) 1995-08-25
JPH09509131A (en) 1997-09-16
FI94334B (en) 1995-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1626104B1 (en) Member with coating layers used for casting
JPS6092038A (en) Improved type casting tool and method
US8418744B2 (en) Molten metal casting die
US5656104A (en) Metal mold for glass forming
Navinšek et al. Novel applications of CrN (PVD) coatings deposited at 200 C
US5799717A (en) Copper alloy mold for casting aluminum or aluminum alloy
EP0136162B1 (en) Improved moulding tool and method
KR20180102651A (en) A mold having a coating for high temperature use in glass-based material shaping
Vasudev et al. A review on tribo-corrosion of coatings in glass manufacturing industry and performance of coating techniques against high temperature corrosion and wear
Ouyang et al. Microstructure and tribological properties of low-pressure plasma-sprayed ZrO2–CaF2–Ag2O composite coating at elevated temperature
US5143541A (en) Process for producing powdered metal spray coating material
CZ164596A3 (en) Tool for producing glass and process for producing such tool
JP4883400B2 (en) Casting parts
EP1010674A2 (en) Release coating for glass molds
JP2003154418A (en) Device for cold pressing magnesium alloy material
FI91060C (en) A tool for making glass
JPS63100027A (en) Metal mold for forming glass
JPH0776763A (en) Member for galvanization bath excellent in resistance to blocking to alloy layer, its preparation and hot dip galvanization therewith
JPS63297223A (en) Molten glass molding tool
US5194339A (en) Discontinuous casting mold
Ouyang et al. The friction and wear characteristics of plasma-sprayed ZrO2-Cr2O3-CaF2 from room temperature to 800° C
JPS62132734A (en) Mold for forming optical element
JPH106438A (en) Durable shaped material and surface modification thereof
JPH05106095A (en) Chromium plating solution
JPH10323746A (en) Surface coating cast omission pin