DE10011977C1 - Sizing agent for coating sand castings for the production of castings from magnesium and magnesium alloys - Google Patents
Sizing agent for coating sand castings for the production of castings from magnesium and magnesium alloysInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schlichte zum Beschichten von Sandgußformen, -kernen oder -Rapid Prototyping Formen für die Fertigung von Gußteilen aus Magnesium und Magnesiumlegierungen, umfassend eine Trägerflüssigkeit, Füllstoffe, Bindemittel, Suspensionsmittel und Schutzmittel, wobei mindestens zwei Schutzmittel aus der Gruppe von Borsäure, Aluminiumsulfat, Kaliumtetrafluorborat und Harnstoff eingesetzt sind.The invention relates to a size for coating sand casting molds, cores or rapid prototyping molds for the production of castings from magnesium and magnesium alloys, comprising a carrier liquid, fillers, binders, suspending agents and protective agents, at least two protective agents from the group of boric acid, aluminum sulfate , Potassium tetrafluoroborate and urea are used.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlichte zum Beschichten von Sandgußformen, -kernen und nach Rapid Prototyping-Verfahren hergestellten Formen für die Fertigung von Gußteilen aus Magnesium und Magnesiumlegierungen, umfassend eine Trägerflüssigkeit, Füllstoffe, Bindemittel, Suspensionsmittel und Schutzmittel.The invention relates to a size for coating Sand molds, cores and manufactured using rapid prototyping processes Molds for the production of castings from magnesium and Magnesium alloys, comprising a carrier liquid, fillers, Binders, suspending agents and protective agents.
Aus der EP 0 649 356 B1 ist bereits eine Schlichte zur Herstellung von Formüberzügen bekannt, deren zweckbestimmender Hauptbestandteil aus feinteiligen, feuerfesten bis hochfeuerfesten anorganischen Materialien besteht und die sich durch einen zusätzlichen Gehalt an anorganischen Hohlkugeln oder Fasern auszeichnet. Wasserschlichten enthalten hierbei Aluminiumsilikate, Graphit, Tonmineralien, Eisenoxid, anorganische Fasern und Hohlkugeln sowie geringe Mengen an Dextrinen, Netzmittel und Konservierungsmitteln. Alkoholschlichten enthalten Aluminiumsilikate, Wasser, Bentonit, Eisenoxid, anorganische Fasern und/oder Hohlkugeln und in geringen Mengen Kunstharz. Diese bekannten Schlichten haben die Aufgabe, daß bei kunstharzgebundenen Sandformen die Oberflächengüte verbessert werden soll und gleichzeitig eine hohe Gasdurchlässigkeit eine gute Formfüllung ermöglicht werden soll.EP 0 649 356 B1 already describes a size for producing Form coatings known, the intended main component from finely divided, refractory to highly refractory inorganic materials and which is characterized by an additional content of inorganic hollow spheres or distinguishes fibers. Water sizes contain here Aluminum silicates, graphite, clay minerals, iron oxide, inorganic fibers and Hollow balls and small amounts of dextrins, wetting agents and Preservatives. Alcohol sizes contain aluminum silicates, water, Bentonite, iron oxide, inorganic fibers and / or hollow spheres and in small Lots of resin. These known sizes have the task that at Resin-bonded sand molds should improve the surface quality and at the same time a high gas permeability enables good mold filling shall be.
Auch aus der DE 35 25 847 A1 ist eine Schlichte zur Herstellung von Überzügen auf Formen für die Gießereitechnik auf der Basis von feuerbeständigen, anorganischen Stoffen feiner Körnung und Anmachwasser bekannt, der zur Vermeidung von Rißbildungen auf der Formoberfläche ebenfalls mineralische Fasern zugegeben werden. Es hat sich nun gezeigt, daß die bekannten handelsüblichen Schlichten für die Fertigung von Gußteilen aus Magnesium und Magnesiumlegierungen mittels des Sandgießens, d. h. unter Einsatz von Sandgußformteilen, wie Sandgußformen, Sandgußkernen oder Rapid Prototyping Formen, nicht ausreichend geeignet sind.DE 35 25 847 A1 also describes a size for the production of Coatings on molds for foundry technology based on fire-resistant, inorganic substances with fine grain and mixing water known to prevent cracking on the mold surface mineral fibers are also added. It has now been shown that the known commercial sizes for the production of castings Magnesium and magnesium alloys by sand casting, d. H. under Use of sand casting mold parts, such as sand casting molds, sand casting cores or Rapid prototyping molds are not suitable.
Magnesium und Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch günstige Gewichte aus, gute Gießbarkeit, gute mechanische Verarbeitbarkeit sowie zusätzliche Schalldämpfungseigenschaften. Korrosionsprobleme werden durch Magnesiumlegierungen überwunden, insbesondere bei High Purtity Legierungen.Magnesium and magnesium alloys are characterized by cheap Weights out, good castability, good mechanical workability as well additional sound absorption properties. Corrosion problems are caused by Magnesium alloys overcome, especially in high purtity Alloys.
Aufgrund der besonderen Eigenschaften des Magnesiums sind an jedes Fertigungsverfahren - Druckgießen, Kokillengießen, Sandgießen, Feingießen, Vakuumformverfahren - besondere Anforderungen hinsichtlich der Handhabung des Werkstoffes und auch an das Design des jeweiligen Bauteiles gestellt. Magnesiumlegierungen besitzen ein größeres Erstarrungsintervall und bedürfen deshalb wegen der verstärkt auftretenden Mikrolunkerung sorgfältig ausgedachter Speisesysteme während des Gießens. Es müssen weiterhin Form- und Kernsandsysteme so ausgewählt werden, daß eine möglichst geringe Schwindungsbehinderung beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand des schmelzflüssigen Metalls in der Form eintritt, weil bei Magnesium besonders leicht Warmrisse auftreten.Due to the special properties of magnesium, each is Manufacturing processes - die casting, permanent mold casting, sand casting, precision casting, Vacuum molding process - special requirements with regard to Handling of the material and also on the design of the respective component posed. Magnesium alloys have a larger solidification interval and therefore need to be carefully because of the increased micro-voicing sophisticated feeding systems during casting. It must continue Mold and core sand systems are selected so that one as possible low shrinkage hindrance during the transition from liquid to solid Condition of the molten metal in the mold occurs because of magnesium Warm cracks occur particularly easily.
Flüssiges Magnesium reagiert mit den meisten feuerfesten Ofenbaumaterialien, so daß Herd- und Wannenöfen ungeeignet sind. Magnesium wird daher in Tiegelschmelzöfen geschmolzen, die mit geschweißten Stahlblechtiegeln oder Stahlgußtiegeln ausgerüstet sind. Liquid magnesium reacts with most refractory furnace materials, so that stoves and bath ovens are unsuitable. Magnesium is therefore in Crucible melting furnaces melted with welded sheet steel crucibles or Cast steel crucibles are equipped.
Magnesiumlegierungen besitzen eine hohe Affinität zu Sauerstoff und sind empfindlich gegen Wasserdampf. Dies ist für den praktischen Einsatz solcher Legierungen maßgebend und bestimmt ihre Verarbeitungstechnik, namentlich im flüssigem Zustand.Magnesium alloys have a high affinity for oxygen and are sensitive to water vapor. This is for the practical use of such Alloys are decisive and determine their processing technology, especially in the liquid state.
Magnesium und dessen Legierungen sind nach jedem Gießverfahren verarbeitbar. Man unterscheidet für Magnesium Druckguß, Kokillen- und Niederdruckkokillenguß, Sandguß, Feinguß, Gipsformguß, Formmaskenguß und sogar Vollformguß. Gegenwärtig werden Magnesiumgußteile vorwiegend im Druck- und Kokillenguß gefertigt, aber auch Genaugießverfahren wie Gipsformverfahren und Feinguß kommen zum Einsatz. Dagegen ist die Fertigung im Sandguß zur Zeit ohne Bedeutung. Die Entwicklung kostengünstiger, leistungsfähiger Sandgußtechnologien zur Fertigung von Magnesiumgußteilen ist ebenfalls ein Anliegen der vorliegenden Erfindung. Dies gilt sowohl für die Formverfahren als auch für die Kernfertigung. Bei der Herstellung von Gußteilen in Sandformen sind einige Besonderheiten zu berücksichtigen, die durch die physikalisch - chemischen Eigenschaften des Magnesiums bedingt sind. Bei den Formstoffen für die Sandformen wird die vorherrschende Bedeutung der tongebundenen Formstoffe deutlich. Kalthärtende, organische Formstoffbindemittel verdrängen andere Bindemittel. Die neuen Bindemittel erleichtern die Verarbeitbarkeit und das Trennen von Formstoff und Gußteil nach dem Abgießen und Abkühlen der Form. Moderne kalthärtende organische Formstoffbindemittel sind Furanharze und Phenolharze Die kaltharzgebundenen Sandmischungen haben eine Reihe von Vorteilen, die hohe Festigkeit bei kleinem Bedarf an Binder, hohe Fließbarkeit und gute Verdichtbarkeit, erhöhte Kern- und entsprechende Gußteilgenauigkeit, gute Zerfallseigenschaften und Regenerierbarkeit ermöglichen.Magnesium and its alloys are after every casting process processable. A distinction is made for magnesium die casting, mold and Low pressure permanent mold casting, sand casting, investment casting, plaster casting, molding mask casting and even full cast. Magnesium castings are currently predominant manufactured in pressure and permanent mold casting, but also precision casting processes such as Gypsum molding processes and investment casting are used. Against that is Manufacturing in sand casting is currently irrelevant. The development cost effective, efficient sand casting technologies for the production of Magnesium castings are also a concern of the present invention. This applies to both the molding process and the core production. In the Manufacturing castings in sand molds are some peculiarities too take into account the physical and chemical properties of the Magnesium are caused. For the molding materials for the sand molds, the predominant importance of clay-bound molding materials clearly. Cold-curing, organic molding material binders replace other binders. The new binders make it easier to process and separate Molding material and casting after pouring and cooling the mold. Modern Cold-curing organic molding binders are furan resins and phenolic resins The cold resin bonded sand mixes have a number of advantages that high strength with low need for binder, high flowability and good compactibility, increased core and corresponding casting accuracy, enable good disintegration properties and regenerability.
Wegen der hohen Affinität von Magnesiumlegierungen zu Sauerstoff sind spezielle Verarbeitungstechniken entwickelt worden. Because of the high affinity of magnesium alloys for oxygen special processing techniques have been developed.
Man unterscheidet:
One differentiates:
- 1. Gase, die das flüssige Metall aus der über der Schmelze befindlichen Atmosphäre aufnehmen kann1. Gases that remove the liquid metal from above the melt Atmosphere
- 2. Gase, die durch thermische Einwirkung der Schmelze auf die Offen-Zustellung bzw. den Tiegel und die Gießform entstehen.2. Gases caused by the thermal action of the melt on the Open delivery or the crucible and the mold are created.
- 3. Wasserdampf aus der Korrosionsschicht von eingesetztem Schrott.3. Water vapor from the corrosion layer of scrap used.
Die Wasserstoffaufnahme und Abgabe findet bei Magnesium und Magnesiumlegierungen sprunghaft statt. Magnesium vermag einen hohen Wasserstoffgehalt sowohl im festen als auch im geschmolzenen Zustand aufzunehmen. Infolge der höheren Löslichkeit dieses Elementes für Wasserstoff gibt es keine Gasporen im Gußstück; erst bei hohem Wasserstoffgehalt tritt dieser sehr plötzlich in großer Menge während der Erstarrung des Gußstückes in der Gießform hervor, so daß ein "gletscherspaltenartiges Aufreißen" ganzer Gefüge eintritt.The hydrogen absorption and release takes place at magnesium and Magnesium alloys take place by leaps and bounds. Magnesium has a high ability Hydrogen content both in the solid and in the molten state to record. Due to the higher solubility of this element for Hydrogen there are no gas pores in the casting; only at high Hydrogen content occurs very suddenly in large quantities during the Solidification of the casting in the mold, so that a "tearing open like a crevasse" of the whole structure occurs.
Magnesiumlegierungen reagieren mit Sauerstoff, sie oxidieren. Als Maß für die Affinität zu Sauerstoff gilt die Bildungswärme ihrer Oxide, je höher diese Bildungswärme ist, um so größer ist auch ihr Bestreben, aus dem metallischen Zustand wieder in das Oxid überzugehen.Magnesium alloys react with oxygen, they oxidize. As a measure of that Affinity for oxygen applies to the formation heat of their oxides, the higher these The warmth of formation is, the greater their desire is from the metallic State to transition back into the oxide.
Auch diese spezifische Eigenschaft des Magnesiums bestimmt dessen Verhalten beim Schmelzen und Vergießen, so daß Schmelzvorschriften und Gießtemperaturen darauf abgestimmt sein müssen.This specific property of magnesium also determines it Behavior during melting and casting, so that melting instructions and Casting temperatures must be matched to it.
Bei den Temperaturen oberhalb von 430-450°C können die Magnesiumlegierungen anfangen zu brennen, deshalb sind besondere Schutzmaßnahmen erforderlich. At temperatures above 430-450 ° C Magnesium alloys start to burn, so they are special Protective measures required.
Mögliche Reaktionen, die gefährlich sein können, sind:
Possible reactions that can be dangerous are:
Mg + H2O → MgO + H2 + Q
Mg + H 2 O → MgO + H 2 + Q
2Mg + O → 2MgO + Q
2Mg + O → 2MgO + Q
3Mg + N2 → Mg3N2 + Q
3Mg + N 2 → Mg 3 N 2 + Q
2Mg + CO2 → 2MgO + C + Q
2Mg + CO 2 → 2MgO + C + Q
Mg + CO → MgO + C + Q
Mg + CO → MgO + C + Q
wobei Q die Wärmeentwicklung darstellt.where Q represents the heat development.
Die dabei entstehende Wärme und die entstehenden Gase können zum Anbrennen und sogar zum Herausschleudern des flüssigen Metalls führen.The resulting heat and the gases can Burning and even causing the liquid metal to be thrown out.
Magnesiumschmelze reagiert mit der Kieselerde (SiO2) der Form- und
Kernmischung der Sandgußformteile gemäß:
Magnesium melt reacts with the silica (SiO 2 ) of the mold and core mixture of the sand castings in accordance with:
SiO2 + 2Mg → 2MgO + Si
SiO 2 + 2Mg → 2MgO + Si
SiO2 + 4Mg → 2MgO + Mg2SiSiO 2 + 4Mg → 2MgO + Mg 2 Si
Die Produkte dieser Reaktionen verunreinigen die Legierung mit Oxiden und spröden intermetallischen Verbindungen, die die plastischen Eigenschaften wesentlich verschlechtern.The products of these reactions contaminate the alloy with oxides and brittle intermetallic compounds that have plastic properties deteriorate significantly.
Als Schutzgase vor Oxidation von flüssigem Magnesium und Magnesiumlegierungen sind Schwefeldioxid (SO2) (bis 700°C), Schwefelhexafluorid (SF6), Argon (Ar) im Einsatz, Nachteil des SF6 ist seine Zersetzung oberhalb 650°C zu giftigen Spaltungsprodukten.Sulfur dioxide (SO 2 ) (up to 700 ° C), sulfur hexafluoride (SF 6 ), argon (Ar) are used as protective gases against oxidation of liquid magnesium and magnesium alloys. The disadvantage of SF 6 is that it decomposes above 650 ° C into toxic fission products.
Als Zusatzelement in Magnesiumlegierungen zum Schutz vor Oxidation ist Beryllium geeignet. Dessen Verbindungen sind aber giftig und führen in einer Menge von mehr als 0,001% zu Grobkorn und damit zu einer entscheidenden Verschlechterung der Festigkeitseigenschaften.As an additional element in magnesium alloys to protect against oxidation Suitable for beryllium. However, its compounds are toxic and result in one Quantity of more than 0.001% to coarse grain and thus to a decisive one Deterioration in strength properties.
Da beim Gießen von Magnesium in Formen ohne Schutzzugabe bzw. Schlichte das Magnesium mit der Feuchtigkeit des Formstoffes, mit dem Sauerstoff und Stickstoff der Formluft und im thermischen Zentrum mit Siliciumdioxid reagiert ist es erforderlich, um diese Reaktionen zu verhindern, daß beim Gießen von Magnesium und Magnesiumlegierungen geeignete Schutzmittel vorhanden sind, die im Formüberzug enthalten sind.Because when casting magnesium in molds without protective allowance or size the magnesium with the moisture of the molding material, with the oxygen and Nitrogen in the forming air and in the thermal center reacts with silicon dioxide It is necessary to prevent these reactions from occurring when pouring Suitable protective agents are available for magnesium and magnesium alloys are contained in the mold coating.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlichte zum Beschichten von Sandgußformen, -kernen und Rapid Prototyping Formen für die Fertigung von, Gußteilen aus Magnesium und Magnesiumlegierungen vorzuschlagen, die den notwendigen Schutzprozeß gegen die Oxidierung und Oberflächenoxidation der Magnesiumlegierungen bewirken.The invention has for its object a size for coating Sand casting molds, cores and rapid prototyping molds for the production of, To propose castings made of magnesium and magnesium alloys that the necessary protective process against oxidation and surface oxidation of magnesium alloys.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schlichte gelöst, die mindestens zwei Schutzmittel aus der von Borsäure, Aluminiumsulfat, Harnstoff und Kaliumtetrafluorborat gebildeten Gruppe enthält.According to the invention, this object is achieved by a size which at least two protective agents from that of boric acid, aluminum sulfate, Contains group formed urea and potassium tetrafluoroborate.
Der notwendige Schutzprozeß gegen die Oxidierung und Oberflächenoxidation
der Magnesiumlegierungen besteht aus folgenden Punkten:
The necessary protective process against the oxidation and surface oxidation of the magnesium alloys consists of the following points:
- 1. Oxidationsverhinderung durch die chemischen Reaktionen zwischen den Komponenten der Schutzzugabe und der Metallschmelze (beim Abgießen),1. Prevention of oxidation through the chemical reactions between the Components of the protective allowance and the molten metal (at Pouring),
- 2. Bildung von Gasprodukten (durch Zersetzung der Schutzzugabe), die eine Schutzschicht zwischen Form und Schmelzoberfläche gewährleisten,2. Formation of gas products (by decomposing the protective allowance) that a protective layer between the mold and the enamel surface guarantee,
- 3. Bildung eines dünnen Schutzmantels auf der Schmelzoberfläche, der die verschiedenen Gasprodukte nicht ins Gußteil eindringen läßt. Die Schutzeigenschaften dieser Mäntel (des Schutzfilmes) hängen von der Filmzusammensetzung und von der Filmdichte ab.3. Formation of a thin protective coating on the enamel surface, which the various gas products can not penetrate into the casting. The The protective properties of these coats (of the protective film) depend on the Film composition and on the film density.
Die Schutzeigenschaften der Filme, die sich auf der Oberfläche des Gußteils
bilden, werden durch das folgende Verhältnis charakterisiert:
The protective properties of the films that form on the surface of the casting are characterized by the following relationship:
VMeO/VMe = MeDMe/(DMeO . A)
V MeO / V Me = M e D Me / (D MeO . A)
VMe - Relative Dichte des Metalls
VMeO - Relative Dichte des Filmes
DMe - Dichte des Metalls
DMeO - Dichte des Filmes
M - Molekularmasse des Filmes
A - Atommasse des MetallsV Me - Relative density of the metal
V MeO - Relative density of the film
D Me - density of the metal
D MeO - density of the film
M - molecular mass of the film
A - atomic mass of the metal
Wenn dieses Verhältnis größer/gleich 1 ist, dann hat der Film die Fähigkeit, die Magnesiumlegierungen gegen die Oxidation zu schützen. Die Daten über die mögliche Reaktionen und die Dichte der gebildeten Filme sind in der Tabelle 1 vorgestellt:If this ratio is greater than or equal to 1, then the film has the ability to Protect magnesium alloys against oxidation. The data on the possible reactions and the density of the films formed are in Table 1 presented:
Die erfindungsgemäß eingesetzten Schutzmittel zeichnen sich durch die folgenden Eigenschaften bzw. Reaktionen bei höheren Temperaturen aus: The protective agents used according to the invention are characterized by following properties or reactions at higher temperatures:
H3BO1 (farblose, in heißem Wasser leicht lösliche, schuppenartige, trikline Kristalle). Dichte: 1,435 kg/dm3.H 3 BO 1 (colorless, scale-like, triclinic crystals, easily soluble in hot water). Density: 1.435 kg / dm 3 .
Bei raschem Erhitzen liegt der Schmelzpunkt bei 169°C, jedoch dehydrtisiert
H3BO3 bereits bei 70°C zu Metaborsäure (HBO2)n, die bei etwa 300°C in
Boroxid B2O3 übergeht.
With rapid heating, the melting point is 169 ° C, but H 3 BO 3 already dehydrates at 70 ° C to metaboric acid (HBO 2 ) n , which converts to boron oxide B 2 O 3 at around 300 ° C.
2H3BO3 → B2O3 + 3H2O2H 3 BO 3 → B 2 O 3 + 3H 2 O
KBF4 (farblose, in Wasser schwer lösliche, rhombische oder kubische Kristalle) Dichte 2,498 kg/dm3.KBF 4 (colorless, water-insoluble, rhombic or cubic crystals) density 2.498 kg / dm 3 .
Oberhalb 350°C Zerfall in Kalium- und Borfluorid nach der Reaktion:
Above 350 ° C decay in potassium and boron fluoride after the reaction:
KBF4 → KF + BF3
KBF 4 → KF + BF 3
und für die Schutzeigenschaften ist schon BF3 verantwortlich.and BF 3 is responsible for the protective properties.
H2N-CO-NH2 (in Wasser und Ethanol löslich, wässrige Harnstofflösungen reagieren neutral) Schmelzpunkt 132,7°C.H 2 N-CO-NH 2 (soluble in water and ethanol, aqueous urea solutions react neutrally) melting point 132.7 ° C.
Beim Erhitzen wässriger Harnstofflösungen entsteht Ammoniumcarbonat, in
Gegenwart von Säuren oder Laugen wird Harnstoff in Ammoniak und CO2
gespaltet.
When aqueous urea solutions are heated, ammonium carbonate is formed; in the presence of acids or alkalis, urea is split into ammonia and CO 2 .
CO(NH2)2 + H2O → 2NH3 + CO2 CO (NH 2 ) 2 + H 2 O → 2NH 3 + CO 2
Der Wasserdampf wird infolge der Zersetzung von Harnstoffen gebunden und der zum Magnesium neutraler Stoff NH3 wirkt gegen die Oxidation.The water vapor is bound as a result of the decomposition of urea and the substance NH 3, which is neutral to magnesium, acts against oxidation.
Alumiuniumsulfat Al2(SO4)3 (ein farbloses oder weißes Pulver). Dichte 2,71 kg/dm3 Aluminum sulfate Al 2 (SO 4 ) 3 (a colorless or white powder). Density 2.71 kg / dm 3
Beim Gießen reagiert diese Zugabe mit Wasser nach:
When pouring, this addition reacts with water:
Al2(SO4)3 + 2H2O → 2Al(OH)SO4 + H2SO4
Al 2 (SO 4 ) 3 + 2H 2 O → 2Al (OH) SO 4 + H 2 SO 4
Die gebildete Schwefelsäure zersetzt sich bei höheren Temperaturen unter
Bildung von Schwefeldioxid (Anhydrid). Borsäure geht in Boranhydrid (Boroxid
B2O3) über, das mit dem Magnesium gemäß der Beziehung
The sulfuric acid formed decomposes at higher temperatures with the formation of sulfur dioxide (anhydride). Boric acid turns into boric anhydride (boron oxide B 2 O 3 ), which corresponds to the magnesium according to the relationship
3Mg + B2O3 → 3MgO + 2B
3Mg + B 2 O 3 → 3MgO + 2B
reagiert.responds.
Das Magnesiumoxid reagiert weiter mit der gebildeten Schwefelsäure und/oder mit dem Schwefeldioxid. Dabei bilden sich auf der Gußteiloberfläche Filme von MgS, MgSO4 aus, die mit Bor verdichtet sind. Bor kann bis zu 10 mm tief in das entsprechende Gußteil eindringen.The magnesium oxide continues to react with the sulfuric acid formed and / or with the sulfur dioxide. In the process, films of MgS, MgSO 4 are formed on the surface of the casting and are compressed with boron. Boron can penetrate up to 10 mm deep into the corresponding casting.
Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schlichte mit einer Kombination mehrerer Schutzmittel für Gußteile aus Magnesium und Magnesiumlegierungen sowohl in niedrigem als auch in höherem Temperaturbereich als auch für große Gußstücke mit Erfolg einsetzbar ist. Die mit der erfindungsgemäßen Schlichte erzeugbaren feuerfesten Überzüge der Sandgußformteile führen zu einer sauberen Trennung zwischen dem Formstoff und dem Gießmetall - Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen - und zu einer Verringerung der Oberflächenrauhtiefe der Gußstücke. Sie verhindern die Penetration des Gießmetalls in den Formstoff und besitzen eine ausreichende Erosionsbeständigkeit. Hierbei ist die Dichte der Schlichte, ihre Viskosität, Sedimentation und Deckfähigkeit von entscheidender Bedeutung.It has been shown that the size proposed according to the invention with a combination of several protective agents for castings made of magnesium and Magnesium alloys in both low and high Temperature range as well as for large castings can be used successfully. The with the size of the refractory coatings that can be produced according to the invention Sand casting mold parts lead to a clean separation between the molding material and the cast metal - magnesium or magnesium alloys - and one Reduction of the surface roughness of the castings. You prevent that Penetration of the casting metal in the molding material and have sufficient Resistance to erosion. Here the density of the size, its viscosity, Sedimentation and opacity are critical.
Neben dem Schutzmittel sind die weiteren Hauptbestandteile jeder Schlichte die Trägerflüssigkeit, Füllstoffe, Suspensionsmittel und Bindemittel. Ihre Auswahl und Zusammenwirken bestimmen die technologischen Eigenschaften der Schlichte, nämlich die Dichte, Viskosität, Sedimentation und Deckfähigkeit. In addition to the protective agent, the other main components of every size are the carrier liquid, fillers, suspending agents and binders. Your Selection and interaction determine the technological properties the size, namely the density, viscosity, sedimentation and Opacity.
Die Trägerflüssigkeit kann dem jeweiligen Anwendungsfall nach angepaßtem Auftragsverfahren entweder Wasser sein oder ein Lösungsmittel wie Alkohol, (Methanol, Ethanol, oder Isopropanol).The carrier liquid can be adapted to the respective application Application method either be water or a solvent such as alcohol, (Methanol, ethanol, or isopropanol).
Als Füllstoff kommen mineralische Füllstoffe in Frage, aufgrund der niedrigen Gießtemperatur des Magnesiums und demzufolge geringerer thermischer Belastungen eignet sich Talkum hervorragend, dessen Wärmebeständigkeit beträgt ca. 1.200°C. Es ist aber auch möglich Silikate einzusetzen, beispielsweise zur örtlichen Beeinflussung einer Gefügeausbildung. Hierfür eignet sich beispielsweise Zirkonsilikatmehl, aber auch andere Schichtsilikate.Mineral fillers can be used as fillers because of their low content Casting temperature of the magnesium and consequently lower thermal Talc is particularly suitable for stresses, its heat resistance is approximately 1,200 ° C. But it is also possible to use silicates for example, for influencing a microstructure locally. Therefor For example, zirconium silicate flour is suitable, but also other layered silicates.
Gebräuchliche Bindemittel für Schlichten sind Natur- und Kunstharze, Lignin, Ligninderivate, Tone, komplexe Phosphate usw. Die Wahl des Bindemittels ist abhängig von der Trägerflüssigkeit, den Füllstoffen und der thermischen Beanspruchung der Schlichte. Schlichten enthalten erfindungsgemäß bevorzugt ein Bindemittel, das bei Raumtemperatur Binderkräfte entwickelt und ein Hochtemperaturbindemittel, das auch bei Gießtemperaturen eine feste Bindung gewährleistet.Common binders for sizes are natural and synthetic resins, lignin, Lignin derivatives, clays, complex phosphates etc. The choice of binder is depending on the carrier liquid, the fillers and the thermal Stress on the size. Sizes contain according to the invention preferably a binder that develops binding forces at room temperature and a high-temperature binder that is solid even at casting temperatures Binding guaranteed.
Als Bindemittel für die Schlichte auf Wasserbasis werden bevorzugt organische Biopolymere und anorganische Materialien, wie Bentonite eingesetzt. Bentonit weist gute Quelleigenschaften auf, und dient damit nicht nur als Hochtemperaturbindemittel sondern entfaltet auch Wirkungen als Suspensionsmittel. Biopolymere reduzieren die Viskosität, inneren Spannungen und Rißbildung beim Trocknen und verbessern das Auftragsverhalten durch die bessere Benetzbarkeit des Füllstoffes.Preferred binders for the water-based wash are organic biopolymers and inorganic materials such as bentonites used. Bentonite has good swelling properties and therefore does not serve only as a high temperature binder but also has effects as Suspending agent. Biopolymers reduce viscosity, internal stress and cracking during drying and improve the application behavior through the better wettability of the filler.
Bei Wasserschlichten wird daher als Bindemittel auch Lignin in Verbindung mit Bentonit bevorzugt eingesetzt.In water sizes, lignin is therefore also used in conjunction with Bentonite is preferred.
Bei den Schlichten auf Alkoholbasis werden bevorzugt als Bindemittel Phenol- oder Furanharze eingesetzt. In Verbindung mit Polyvinylbutyral als Suspensionsmittel gewährleisten diese gute Festigkeitseigenschaften der Schlichten bei 600-650°C.In the case of the alcohol-based sizes, the preferred binders are phenolic or furan resins used. In conjunction with polyvinyl butyral as Suspension agents ensure these good strength properties Finishing at 600-650 ° C.
Suspensions- oder Schwebemittel sind Stoffe, die die Viskosität der Trägerflüssigkeit erhöhen und stabilisieren, damit die suspendierten feuerfesten Teilchen in der Schwebe gehalten werden. Überdies bestimmen die Suspensionsmittel auch die reologischen Eigenschaften der Schlichte. Für die wasserlöslichen Schichten werden bevorzugt Natriumalginate und Polyvinylalkohol eingesetzt, für die Schlichten auf Alkoholbasis Polyvinylbutyral.Suspensions or suspended solids are substances that change the viscosity of the Increase and stabilize the carrier liquid so that the suspended refractory particles are suspended. Also determine the suspension medium also the reological properties of the size. For the water-soluble layers are preferably sodium alginates and Polyvinyl alcohol is used for the alcohol-based coatings Polyvinyl butyral.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schlichten sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.Advantageous embodiments of the sizes according to the invention are the characteristic features of the subclaims.
Die Anwesenheit von organischen Zusätzen in den Schlichten bedeutet eine kürzere Lagerzeit der Schlichten. Hier wurde festgestellt, daß der Bestandteil Borsäure als Schutzmittel eine gute Konservierung der Schlichten garantiert.The presence of organic additives in the sizes means one shorter storage time of the sizes. Here it was found that the component Boric acid as a protective agent guarantees good preservation of the sizes.
Da die Schichtstärke der Schlichten bei der Anwendung einen maßgeblichen Einfluß auf die Gußteilqualität hat, ist der Anteil der Trägerflüssigkeit in der Schlichte maßgebend für die Viskosität, die wiederum das Auftragen einer angemessenen und gewünschten Schichtstärke auf die Sandgußformteile ermöglicht.Since the layer thickness of the sizes is a decisive factor in the application Has influence on the quality of the casting, is the proportion of the carrier liquid in the Size is decisive for the viscosity, which in turn is the application of a appropriate and desired layer thickness on the sand casting enables.
Auftragsverfahren für Schlichte auf die Sandgußformteile sind Tauchen, Streichen, Fluten und Sprühen. Die Wahl des Auftragsverfahrens richtet sich im Wesentlichen nach Größe und Gestalt der zu behandelnden Formen und Kerne sowie den rheologischen Eigenschaften der Schlichte.Application methods for size on the sand castings are dipping, Brush, flood and spray. The choice of the order procedure depends essentially according to the size and shape of the shapes to be treated and Cores and the rheological properties of the size.
Schlichten zum Tauchen und Streichen verlangen zur Vermeidung des Ablaufens eine höhere Tixotropie als Schlichten, die durch Fluten aufgetragen werden. Die Schlichtdicke auf Formen und Kernen liegt bei 0,1 bis 1 mm, diese Schichtdicke wird eingestellt in Abhängigkeit vom Formstoff, von der thermischen Beanspruchung und vom ferrostatischen Druck. Nach dem Auftragen der Schlichte ist die Trägerflüssigkeit durch Trocknen bzw. durch Selbsttrocknen zu entfernen. Die zu wählende Trocknungsmethode wird im wesentlichen bestimmt vom Ablauf der Form- und Kernherstellung, von Größe und Gestalt der Formen und Kerne, von der Beschaffenheit der Form- und Kernoberfläche, vom Bindemittel sowie von der Trägerflüssigkeit der Schlichte.Finishing for diving and painting require to avoid the Run off a higher tixotropy than sizing applied by flooding become. The finishing thickness on molds and cores is 0.1 to 1 mm, this Layer thickness is set depending on the molding material, the thermal stress and ferrostatic pressure. After this Application of the size is the carrier liquid by drying or by Remove self-drying. The drying method to be selected is in essentially determined by the process of mold and core production, by size and shape of the forms and cores, of the nature of the shape and Core surface, the binder and the carrier liquid of the size.
Die den erfindungsgemäßen Schlichten zugesetzten Schutzmittel dienen gezielt der Unterdrückung von Gußfehlern bei der Herstellung von Gußteilen aus Magnesium und Magnesiumlegierungen mittels Sandgießen.The protective agents added to the sizes according to the invention serve targeted the suppression of casting defects in the production of castings made of magnesium and magnesium alloys by sand casting.
Die besten Ergebnisse wurden erzielt durch Zusatz einer Kombination der Schutzmittel Borsäure, Aluminiumsulfat, Kalium, Tetrafluorborat und Harnstoff.The best results were obtained by adding a combination of the Protective agents boric acid, aluminum sulfate, potassium, tetrafluoroborate and Urea.
Die Trockenmasse für eine Schlichte auf Wasserbasis enthält hierbei bevorzugt
0,5 bis 10 Gew.-% Schutzmittel,
0,3 bis 7 Gew.-% Suspensionsmittel,
0,5 bis 20 Gew.-% Bindemittel und
bis 96 Gew.-% Füllstoffe.The dry matter for a water-based wash preferably contains
0.5 to 10% by weight of protective agent,
0.3 to 7% by weight of suspension medium,
0.5 to 20 wt .-% binder and
up to 96% by weight of fillers.
Bevorzugt ist hierbei eine Zusammensetzung aus
0,25 bis 2 Gew.-% Borsäure,
0,25 bis 2 Gew.-% Aluminiumsulfat,
0,1 bis 0,5 Gew.-% Kaliumtetrafluorborat,
1 bis 4 Gew.-% Harnstoff,
1 bis 6 Gew.-% Lignin,
0,5 bis 10 Gew.-% Bentonit,
1 bis 5 Gew.-% Polyvinylalkohol,
0,3 bis 2 Gew.-% Natriumalginate und
75 bis 95,6 Gew.-% Talkum.A composition of is preferred
0.25 to 2% by weight boric acid,
0.25 to 2% by weight aluminum sulfate,
0.1 to 0.5% by weight of potassium tetrafluoroborate,
1 to 4% by weight of urea,
1 to 6% by weight of lignin,
0.5 to 10% by weight bentonite,
1 to 5% by weight of polyvinyl alcohol,
0.3 to 2 wt .-% sodium alginates and
75 to 95.6% by weight talc.
Eine Trockenmasse für eine Schlichte auf Alkoholbasis weist bevorzugt eine Zusammensetzung auf aus 0,4 bis 3,2 Gew.-% Borsäure, 0,4 bis 3,2 Gew.-% Aluminiumsulfat, 0,16 bis 0,8 Gew.-% Kaliumtetrafluorborat, 1,6 bis 6,4 Gew.-% Harnstoff, 1,6 bis 8 Gew.-% Polyvinylbutyral, 1,6 bis 6,4 Gew.-% Phenolharz, und 71,2 bis 94,24 Gew.-% Talkum.A dry matter for an alcohol-based size preferably has one Composition made up of 0.4 to 3.2% by weight boric acid, 0.4 to 3.2% by weight Aluminum sulfate, 0.16 to 0.8% by weight potassium tetrafluoroborate, 1.6 to 6.4% by weight Urea, 1.6 to 8% by weight polyvinyl butyral, 1.6 to 6.4% by weight Phenolic resin, and 71.2 to 94.24 wt% talc.
Die erfindungsgemäßen Schlichten sowohl auf Wasserbasis als auch auf Alkoholbasis bewirken sehr gute Oberflächenqualitäten der hergestellten Gußteile aus Magnesium und Magnesiumlegierungen mittels Sandgußformen, die nach dem Kaltharzverfahren hergestellt wurden und bei denen die erfindungsgemäße Schlichte auf die Formoberfläche aufgetragen wurde. Je nach gewünschter Viskosität setzen sich die erfindungsgemäßen Schlichten auf Wasserbasis aus einem Teil Trockenmasse auf 0,8 bis 2,5 Teilen Wasser und Schlichten auf Alkoholbasis aus einem Teil Trockenmasse auf 0,8 bis 1,3 Gewichtsteile Alkohol zusammen.The sizes according to the invention are both water-based and Alcohol-based cause very good surface qualities of the manufactured Castings made of magnesium and magnesium alloys using sand molds, which were produced by the cold resin process and in which the size according to the invention was applied to the mold surface. Each the sizes according to the invention settle according to the desired viscosity water-based from one part dry matter to 0.8 to 2.5 parts water and alcohol-based finishing from one part of dry matter to 0.8 to 1.3 Parts by weight of alcohol together.
Claims (17)
0,5 bis 10 Gew.-% Schutzmittel
0,3 bis 7 Gew.-% Suspensionsmittel
0,5 bis 20 Gew.-% Bindemittel
bis 96 Gew.-% Füllstoff.6. Sizing according to one of claims 1 to 5, characterized by a dry matter
0.5 to 10% by weight of protective agent
0.3 to 7% by weight of suspension medium
0.5 to 20 wt .-% binder
up to 96% by weight of filler.
0,25 bis 2 Gew.-% Borsäure,
0,5 bis 2 Gew.-% Aluminiumsulfat
0,1 bis 0,5 Gew.-% Kaliumtetrafluorborat und
1 bis 4 Gew.-% Harnstoff
enthält.7. size according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dry mass of a protective agent mixture
0.25 to 2% by weight boric acid,
0.5 to 2% by weight aluminum sulfate
0.1 to 0.5 wt .-% potassium tetrafluoroborate and
1 to 4 wt% urea
contains.
1 bis 5 Gew.-% Polyvinylalkohol und
0,3 bis 2 Gew.-% Natriumalginate
enthält.8. size according to one of claims 1 to 7, characterized in that the dry mass as a suspending agent
1 to 5 wt .-% polyvinyl alcohol and
0.3 to 2% by weight sodium alginates
contains.
1 bis 6 Gew.-% Lignin und
0,5 bis 10 Gew.-% Bentonit
enthalten ist.10. size according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the dry mass of a binder mixture
1 to 6% by weight of lignin and
0.5 to 10 wt% bentonite
is included.
2,56 bis 13,6 Gew.-% Schutzmittel
1,6 bis 8 Gew.-% Suspensionsmittel
1,6 bis 6,4 Gew.-% Bindemittel
71,2 bis 94,24 Gew.-% Füllstoff13. Sizing according to one of claims 11 or 12 characterized by a dry matter
2.56 to 13.6% by weight of protective agent
1.6 to 8 wt .-% suspending agent
1.6 to 6.4 wt .-% binder
71.2 to 94.24 wt% filler
0,4 bis 3,2 Gew.-% Borsäure
0,4 bis 3,2 Gew.-% Aluminiumsulfat
0,16 bis 0,8 Gew.-% Kaliumtetrafluorborat
1,6 bis 6,4 Gew.-% Harnstoff
enthält.15. A size according to claim 14, characterized in that the dry mass consists of a mixture of protective agents
0.4 to 3.2% by weight boric acid
0.4 to 3.2% by weight aluminum sulfate
0.16 to 0.8% by weight potassium tetrafluoroborate
1.6 to 6.4 wt% urea
contains.
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|---|---|---|---|
| DE2000111977 DE10011977C1 (en) | 2000-03-11 | 2000-03-11 | Sizing agent for coating sand castings for the production of castings from magnesium and magnesium alloys |
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