CZ284147B6

CZ284147B6 - Šlichta pro vytváření nátěrů forem

Info

Publication number: CZ284147B6
Application number: CZ9551A
Authority: CZ
Inventors: Dietmar Bartsch; Klaus Seeger; Hans-Dieter Kaiser
Original assignee: Hüttenes-Albertus Chemische Werke GmbH
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1998-08-12
Also published as: PL307061A1; HU9500128D0; BR9405401A; AU6676494A; KR950702459A; US5573580A; PL178048B1; JPH07509409A; EP0649356B1; DE59401151D1; SK5495A3; AU677661B2; CN1109678A; WO1994026440A1; BG99338A; ZA943357B; JP2938570B2; CZ5195A3; CA2139871A1; DE9307468U1

Abstract

Šlichta pro vytváření nátěrů slévárenských forem má jako základní účelovou složku jemnozrnné žárovzdorné až vysoce žárovzdorné anorganické materiály a je charakteristická obsahem anorganických dutých kuliček v hmotnostním množství 1 až 40 %, vztaženo na celkové množství připravené šlichty. Šlichta obsahuje popřípadě přídavný podíl anorganických a/nebo organických vláken v hmotnostním množství od 0,1 do 10 %, vztaženo na celkové množství připravené šlichty. Duté kuličky jsou naplněny inertním plynem a jsou vytvořeny z oxidů, zejména z oxidu hlinitého, křemíku, magnesitu, mulitu, chromitu, oxidu zirkoničitého a/nebo oxidu titanatého, z boridů, karbidů a nitridů, zejména z karbidu křemičitého, karbidu titaničitého, boridu titanu, nitridu boritého a/nebo karbidu boru, z uhlíku, skla nebo kovů nebo jsou tvořeny směsí dutých kuliček z těchto materiálů. Anorganická vlákna mají průměr od 1 do 30 .mi.m, zejména od 3 do 10 .mi.m, a délku od 10 do 5000 .mi.m, zejména od 100 do 500 .mi.m a jsou vyŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká šlichty nebo obecně nátěrové hmoty, která je použitelná ve slévárenské technice pro nanášení na díly slévárenských forem, například na formy, jádra a modely.

Dosavadní stav techniky

Použitelnými šlichtami jsou suspenze jednozmných žárovzdomých až vysoce žárovzdomých anorganických materiálů v nosné kapalině, které se potom nanášejí podle konkrétního případu použití natírání, stříkáním, poléváním nebo ponořováním na příslušné díly formy, které se potom suší, aby se vytvořil na těchto formových dílech požadovaný povlak.

Jemnozmné žárovzdomé až vysoce žárovzdomé anorganické materiály jsou rozhodující složkou šlicht, jejichž složení musí být přizpůsobováno konkrétnímu použití šlichty a příslušným odlévacím podmínkám. Tyto materiály jsou nazývány „základní materiály“ a při přípravě šlicht se suspendují pomocí suspenzních činidel v nosné kapalině. V této nosné kapalině jsou dále rozpuštěna pojivá, která slouží k upevnění části základního materiálu na povrchové ploše formových částí po odstranění kapaliny. V případě potřeby mohou být přidávána také smáčedla, odpěňovadla a baktericidní přísady.

Typickými příklady takových základních látek jsou (ve formě samostatné složky nebo ve formě směsi takových složek minerální oxidy, například korund, magnézií, mullit, oxid křemičitý, chromid a také silikáty, například křemičitan zirkonu, olivín, šamot a kromě toho také koks a grafit. Jako suspendační činidla jsou použita povrstvovací křemičitany nebo deriváty celulózy, které jsou schopny pohlcovat vodu. Nosnou kapalinou může být voda nebo rozpouštědlo, například lehký benzin, metanol, etanol, izopropanol nebo izobutanol, přičemž jako pojivá přicházejí v úvahu škrobové deriváty, například dextrin, deriváty ligninu, zejména ligninsulfonáty, přírodní a syntetické pryskyřice nebo plasty, jako polyvinylalkohol PVA, přičemž pojivá se volí s přihlédnutím k jejich rozpustnosti v nosných kapalinách.

Šlichty mají ve slévárenské technice plnit následující úkoly:

1. zlepšovat kvalitu formovací plochy z hlediska její hladkosti;

2. umožnit čisté oddělení odlitého kovu od dílů formy;

3. zamezovat vzniku povrchových vad, například plynových bublin, listových žeber, zálupů, penetrací nebo zrudnění;

4. ovlivňovat okrajové oblasti odlitků metalurgicky účinnými látkami.

Úkoly 1 a 2 mohou být zpravidla dobře splněny kombinací různých vhodných základních materiálů a úkol 4 představuje jen okrajovou oblast, protože metalurgicky účinné šlichty například se sírou se používají jen částečně. Úkol 3 však zůstává až do současné doby nedořešený a je významný zejména z ekonomického hlediska.

Úkol 3 má v současnosti a bude mít zejména v budoucnosti stále větší význam, protože všechny pískové formy a jádra, pojené pojivém na bázi pryskyřic, se v důsledku roztavování písku trhají a tavenina potom může pronikat do formy nebo jádra. Odstraňování takto vzniklých povrchových vad odlitků je velmi obtížné a náročné na pracovní čas.

- 1 CZ 284147 B6

Byli již vyvinuty a použity nátěrové materiály pro vytváření povlakových vrstev na dílech forem, které mají tyto nevýhody odstranit a které jsou popsány například v článku J. Levelinka v časopise GieBerei, ročník 66, 1979, str. 456-458, a také v práci D. Bartsche, Report of Technical Fórum, přednesené na 58. světovém slévárenském kongresu v Krakově v roce 1991.

Účinnost takových povlakových materiálů spočívá v tom, že se jako základních materiálů použije destičkovitých forem kaolinitu, pyrofilitu, talku a slídy, který se při působení tahového napětí mohou lépe deformovat. Kromě toho jsou v těchto případech minimální látky vzájemně kombinovány tak, že jsou schopny vytvářet dočasně změkčené fáze, což rovněž napomáhá ke ίο zvýšení deformovatelnosti naneseného povlaku.

Za nevýhodné se u tohoto řešení pokládá skutečnost, že povlak, vytvořený z tohoto materiálu, má velmi hustou strukturu a v důsledku toho velmi nízkou propustnost pro plyny, vznikající při tepelném rozkladu pojivá ve formovací směsi. Z toho vyplývá, že forma a/nebo její jádro jsou 15 vystaveny vysokému tlaku plynů, který při překročení hodnot metalostatického protitlaku vede k varu odlévaného kovu a k tvorbě bublin. Zvýšením tlaku se mohou také odloupnout části povlaku, které se potom nacházejí v odlitku ve formě vmětků.

Vynálezem má být nalezeno složení šlichty, které by odstraňovalo uvedené nedostatky a 20 umožňovalo při stejně výhodných odlévacích podmínkách vytváření nátěrů a povlaků, majících vysokou prodyšnost.

Podstata vynálezu

Tento úkol je splněn u šlichty podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že šlichta obsahuje případně k jemnozmnému nebo destičkovitému základním materiálu ještě podíl anorganických dutých kuliček v hmotnostním množství 1 až 40 %, vztaženo na množství šlichty připravené k použití.

Pod pojmem „anorganické duté kuličky“ se rozumí malé duté kuličky naplněné plynem, mající průměr řádově od 5 do 500 pm, jejichž skořepina je vytvořena z křemičitanů, zejména z hliníkových, vápníkových, hořčíkových a/nebo zirkonových křemičitanů, z oxidů, například z oxidu hlinitého, oxidu křemičitého, magnezitu, mulitu, chromitu, oxidů zirkonu a/nebo titanu; z boridů, 35 karbidů a nitridů, například karbidu křemičitého, karbidu titaničitého, diboridu titanu, nitridu boritého a/nebo tetraboridu uhlíku; z uhlíku, skla, nebo také například z kovů, jako je měď, přičemž plynová náplň je tvořena zpravidla směsí inertních plynů, obsahujících například 70 % oxidu uhličitého a 30 % dusíku N₂. Tyto duté kuličky byly vyvinuty zejména v poslední době a nacházejí své uplatnění zejména jako vylehčovací plniva plastů.

Při velmi vysokém obsahu dutých kuliček ve šlichtě může za určitých okolností docházet ke snížení pevnosti vynořené povlakové vrstvy. Aby se předešlo těmto důsledkům, je podle dalšího řešení vynálezu navrženo, aby se do šlichty přidalo malé množství tenkých a krátkých vláken. V tomto výhodném provedení se jedná zejména o vlákna s průměrem od 1 do 30 pm, zejména od 45 3 do 10 pm, a o délce od 10 do 5000 pm, zejména od 100 do 500 pm, přičemž anorganická vlákna mohou být vytvořena z aluminosilikátu, oxidu zirkoničitého, oxidu hlinitého, oxidu titanitého, uhlíku, karbidu křemičitého, karbidu titaničitého, boridu titanu, nitridu boritého, tetraboridu uhlíku, skla, čediče a minerální vlny, popřípadě je možno použít i vláken z organických materiálů. Z těchto organických materiálů přicházejí v úvahu syntetická vlákna 50 všeho druhu, nebo také přírodní vlákna, například celulózová vlákna.

-2CZ 284147 B6

Ze spisu DE-C 35 25 847 a DE-C 42 03 904 je známo přidávat do šlichty vlákna, aby se dosáhlo zkrácení časového intervalu, potřebného pro sušení, a současně se zamezilo tvorbě trhlinek při dosažení zvýšení ohybové pevnosti povlaku, naneseného na jednotlivé díly formy, přičemž u řešení podle DE-C 42 03 904 je možno dosáhnout při použití organických vláken také zvýšené prodyšnosti.

Vlákna však mají ve srovnání sdutými kuličkami podstatnou nevýhodu, spočívají vtom, že jejich vpravování do šlichty je spojeno s problémy a že také zpracovatelnost takových šlicht je zhoršená. Při vpravování vláken do šlichty jsou nutné poměrně velké síly, které by zajistily rovnoměrné rozptýlení vláken, protože vlákna mají sklon k vytváření shluků a klubek. Kromě toho není možno při přidání vláken do směsi dosáhnout hladkého nanášení šlichty, protože například při natírání jsou vlákna strhávána štětinami štětce. Z tohoto důvodu se do směsi podle vynálezu přidává jen malé množství vláken, a to ještě jen v těch případech, kdy není možno žádnými jinými opatřeními dosáhnout potřebné pevnosti nanášeného povlaku.

Bylo zjištěno, že je možno dosáhnout podstatného zlepšení propustnosti nanesené povlakové vrstvy bez nepříznivého ovlivnění potřebných vlastností pro slévárenské technologie, jestliže šlichta obsahuje určitý podíl dutých kuličkových tělísek, ke kterým je přidán menší podíl vláken. Tím je možno odstranit nedostatky povlaků, uvedené v předchozí části popisu, aniž by se současně objevily jiné nevýhody. Duté kuličky je možno díky jejich tělesnému vytvoření snadno vpravovat do šlichty, přičemž zpracovatelnost takových šlicht odpovídá současným nátěrovým materiálům pro formy, přičemž u nanesených povlaků ze šlichty podle vynálezu bylo zjištěno zkrácení doby sušení.

Tyto účinky přidání dutých kuliček do směsi jsou zcela neočekávané a ze zkušeností s dosavadními použitími těchto dutých kuliček nebylo možno tento výsledek předpokládat, přičemž u šlicht podle vynálezu se neuplatňuje jako primární vlastnost dutých kuliček jejich vylehčovací schopnost jako vylehčovacího plniva. Duté malé kuličky jsou také účinné z mnoha dalších různých hledisek. Pomocí těchto malých dutých kuliček se odstranilo těsné uspořádání částic základního materiálu v povlakové vrstvě, které bylo základní příčinou nízké propustnosti povlaku pro plyny, a tím se dosahuje zlepšení prodyšnosti pro plyny. Jak bude v další části popisu patrno z uvedených příkladů, má šlichta podle vynálezu ve vysušeném, ale ještě nezalitém stavu podstatně zvýšenou prodyšnost v porovnání se šlichtou bez dutých kuliček, ale s jiným stejným složením.

Na počátku licího procesu působení duté kuličky, obsažené v povlaku propouštějícím plyny, tepelně izolačním účinkem, kterým je zpomalováno pronikání tepla povlakovou vrstvou do materiálu formy. V dalším průběhu odlévacího procesu se duté kuličky taví teplem odlévaného kovu a/nebo se drtí tlakem odlévacího materiálu, takže v povlakové vrstvě se vytváří velký počet mikroskopických porušených míst, které dodávají povlakové vrstvě velmi dobrou propustnost pro vlny, aniž by těmito porušenými místy mohla pronikat odlévaná tavenina.

Výhodný vedlejší účinek tavení a/nebo drcení dutých kuliček spočívá navíc v tom, že se uvolňuje inertní obsah kuliček tvořených inertními plyny, který přebírá ochrannou funkci, kterou se chrání povrchová plocha kovu proti oxidací.

Vynález má univerzální použití u všech druhů šlicht a zejména velký význam má u takových šlicht, které obsahují základní materiály v destičkové formě a v současné době je při praktickém použití takových šlicht prakticky nepostradatelný. Výhody šlichty podle vynálezu se však uplatňují také v jiných konkrétních případech, protože také nátěrové materiály, jejichž základními složkami jsou jemně zrnité látky, mohou vytvářet hutnou strikturu povlakové vrstvy, protože zrna tohoto základního materiálu mají většinou tvar s vystupujícími rohy nebo střepinový, popřípadě úlomkový tvar.

- j CZ 284147 B6

Vcelku lze říci, že vynález je vytvořena šlichta, která je vhodná pro všechny případy použití a zajišťuje svým obsahem vláken a dutých kuliček nebo jen samotných dutých kuličem prodyšnost pro plyny a mechanickou pevnost vytvořeného povlaku, které jsou dokonale přizpůsobeny potřebám slévárenských procesů a kromě toho zajišťuje dobrou zpracovatelnost a umožňuje vytváření hladkých povrchů.

Příklady provedení vynálezu

Příklad A, B, C, D podle tabulky 1

Byla přivedeny čtyři šlichty s vodou jako záměsovou kapalinou, které měly při jinak stejném materiálovém složení různý obsah dutých kuliček, popřípadě vláken:

šlichta A (porovnávací) šlichta B šlichta C šlichta D

Duté kuličky žádné % hmot.

% hmot.

Vlákna žádná žádná 1 % hmot.

% hmot.

Příklady E, F, G, podle tabulky 2

Analogicky byly připraveny další tři šlichty s alkoholem jako záměsovou kapalinou:

šlichta E (porovnávací) šlichta F šlichta G

Duté kuličky žádné 10 % hmot.

% hmot.

Vlákna žádná žádná % hmot.

Ve všech případech jsou použity duté kuličky zkřemičitanu hlinitého, jejichž velikost částic z 80 % leží mezi 250 až 90 μπι. Vlákna jsou také vytvořena z křemičitanu hlinitého a nebo střední průměr kolem 3 pm a délkou menší než 3 mm.

Pro zkoušení prodyšnosti byly šlichty A a G naneseny na síta, uložená na nosné konstrukci, a potom se pomocí zkušebního přístroje +Georg Fischer zjišťovala prodyšnost tak, že se protlačoval vzduch o předem stanoveném tlaku jednotlivými vzorky a měřilo se množství vzduchu, které prošlo takto vytvořenými vrstvami za jednotku času.

Naměřené výsledky jsou uvedeny v tabulkách 1 a 2 ve formě relativních hodnot, vztažených ke šlichtě A jako základní, porovnávací směsi. Z těchto tabulek je zřejmé, že relativní prodyšnost všech šlicht, připravených podle vynálezu, je jasně vyšší než 1, což znamená, že je oproti základní, porovnávací šlichtě podstatně zlepšena. Například při přidání 10% dutých kuliček zkřemičitanu hlinitého (šlichta B) se zvýší prodyšnost povlaku vytvořeného z této šlichty o 280 %. Také vlastnosti ovlivňující zpracovatelnost této šlichty jsou příznivé. Při dalším přidání 1 % keramických vláken (šlichta D) se dosahuje značné pevnosti vrstvy vytvořené z této šlichty a nanesené na jádro s pojivém, tvořeným syntetickou pryskyřicí. Srovnatelné zvýšení prodyšnosti je možno pozorovat také u alkoholových šlicht F a G. Zvýšení prodyšnosti povlakových vrstev ze šlicht podle vynálezu, obsahujících duté kuličky, popřípadě duté kuličky a vláknitý materiál, bylo také pozorováno v průběhu odlévání.

-4CZ 284147 Bé

Na připojeném grafu je znázorněna křivka průběhu tlaků plynu u konvenčně vytvořené nánosové vrstvy (šlichta A) na jádru v porovnání s jádrem Q, které není opatřeno povlakovou vrstvou. Porovnávání probíhalo na válcových jádrech pro chlazené formovací rámy, ponořených do roztaveného kovu na bázi železa, majícího teplotu kolem 1430 °C. Tlak plynu vznikající v jádru se měřil v závislosti na době ponoření do taveniny a vynášel se v hodnotách, odpovídajících centimetrům sloupce tekutého kovu na bázi železa. U jádra opatřeného povlakem ze šlichty se vyskytuje po počátečním maximu ještě druhé maximum tlaku plynu v dalším průběhu času, zatímco u jádra bez povlakové vrstvy se vyskytuje jen počáteční maximum a dvě další menší tlaková maxima. Jádro bez povlakové vrstvy má maximální možnou prodyšnost.

Dále je na grafu zobrazena křivka prodyšnosti povlakového materiálu podle vynálezu (šlichta C). Na této křivce je možno pozorovat vysoké počáteční tlakové maximum, zatímco v kritických okamžicích odlévání a tuhnutí odlitého materiálu již nevzniká žádný vysoký tlak vzduchu, takže vady, vyskytující se u známých povlaků, popsané v předchozí části a tvořené zejména bublinkami plynu nebo vmětky v odlitku, se již neobjevují.

Při zhodnocení povrchových ploch odlitků z hlediska požadavků na šlichty, uvedených v bodech 2 a 3, vykazují šlichty podle vynálezu vynikající výsledky. Výhody, plynoucí z použití dutých kuliček, popřípadě dutých kuliček a vláken ve šlichtách, odpovídají příšlušným vlastnostem dutých kuliček pro licí proces.

Tabulka 1: Vodové šlichty s různými podíly dutých kuliček/vláken

Šlichta	A	B	C	D
Složky (podíl v hmotnostních %)
voda	50,3	40,3	44,3	38,3
Al-křemičitan	39,0	39,0	39,0	39,0
grafit	4,0	4,0	4,0	4,0
jílové minerály	4,0	4,0	4,0	4,0
oxid železitý	1,0	1,0	1,0	1,0
dextrin	0,65	0,65	0,65	0,65
smáčedlo konzervační	0,8	0,8	0,8	0,0
činidlo	0,25	0,25	0,25	0,25
vlákna	0	0	1	1
duté kuličky	0	10	5	10
	100%	100 %	100%	100%
relativní
prodyšnost (vztaženo na šlichtu A)	1	3,8	3,4	5,7

-5CZ 284147 B6

Tabulka 2: Alkoholové šlichty s různými podíly dutých kuliček/vláken

Šlichta	E	F	G
Složky (podíly v hmotnostních %)
alkohol	49,5	49,5	49,5
Al-křemičitan	38,4	28,4	33,4
voda	6,2	6,2	6,2
bentonit	3,1	3,1	3,1
oxid železitý syntetická	2	2	2
pryskyřice	0,8	0,8	0,8
vlákna	0	0	1
duté kuličky	0	10	4
relativní	100%	100%	100%
prodyšnost (vztaženo na šlichtu A)	1,2	13,8	6,8

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Šlichta pro vytváření nátěrů forem, jejíž základní účelovou složkou jsou jemnozmné žárovzdomé až vysoce žárovzdomé anorganické materiály, vyznačující se tím, že obsahuje anorganické duté kuličky v hmotnostním množství 1 až 40 %, vztaženo na celkové množství připravené šlichty.

Claims

2. Šlichta pro vytváření nátěrů forem podle nároku 1, vyznačující se tím, že duté kuličky jsou vytvořeny z křemičitanů, zejména křemičitanů hliníku, vápníku, hořčíku a/nebo zirkonu; z oxidů, zejména z oxidu hlinitého, oxidu křemičitého, magnezitu, mullitu, chromitu, oxidu zirkoničitého a/nebo oxidu titanatého; z boridů, karbidů a nitridů, zejména z karbidu křemičitého, karbidu titaničitého, boridu titanu, nitridu boritého a/nebo karbidu boru; z uhlíku, skla nebo kovů, nebojsou tvořeny směsí dutých kuliček z těchto materiálů.

3. Šlichta pro vytváření nátěrů forem podle nároku 1, vyznačující se tím, že duté kuličky jsou naplněny plynem a mají průměr od 1 do 500 pm, zejména od 60 do 250 pm.

4. Šlichta pro vytváření nátěrů forem podle nejméně jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že obsahuje přídavný podíl anorganických a/nebo organických vláken v hmotnostním množství od 0,1 do 10 %, vztaženo na celkové množství připravené šlichty.

5. Šlichta pro vytváření nátěrů forem podle nároku 4, vyznačující se tím, že anorganická vlákna jsou vytvořena z křemičitanů hlinitého, oxidu hlinitého, oxidu zirkoničitého, oxidu titanatého, uhlíku, karbidu křemičitého, karbidu titaničitého, boridu titanu, nitridu boritého, karbidu boru, skla, čediče nebo minerální vlny, popřípadě ze směsi vláken z těchto materiálů.

-6CZ 284147 B6

6. Šlichta pro vytváření nátěrů forem podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím, že organickými vlákny jsou celulózová, nylonová, polyetylénová, vinylacetátová nebo polyesterová vlákna nebo směsi těchto vláken.

5 7. Šlichta pro vytváření nátěrů forem podle nejméně jednoho z nároků 4až6, vyzna- čující se tím, že vlákna mají průměr od 1 do 30 gm, zejména od 3 do 10 gm, a délku od 10 do 5000 gm, zejména od 100 do 500 gm.