DE102008026535A1

DE102008026535A1 - Method for casting copper and copper-containing alloys

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Publication number: DE102008026535A1
Application number: DE102008026535A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Faber; Gerhard Dr. Schlick; Hans Bauch; Ralph Dr. Nonninger
Original assignee: Itn Nanovation AG
Current assignee: Ceranovis GmbH
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-17
Also published as: PT2133165E; EP2133165B1; EP2133165A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen sowie für dieses Verfahren geeignete semipermanente Kokillenbeschichtungen.The invention relates to a method for casting copper and copper-containing alloys as well as semi-permanent mold coatings suitable for this method.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen sowie für dieses Verfahren geeignete semipermanente Kokillenbeschichtungen.The The present invention relates to a method of potting of copper and copper-containing alloys as well as for this Process suitable semi-permanent mold coatings.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Bei so genannten Kokillengießverfahren werden üblicherweise metallische Dauergussformen verwendet, in die das flüssige Gießmetall unter der Wirkung der Schwerkraft (Gravitationsguss) bzw. im Niederdruckverfahren durch Anlegen eines Unterdrucks gegossen werden. Mit dem Kokillengießverfahren lassen sich maßgenaue Gussstücke mit guter Oberflächenbeschaffenheit und ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften herstellen. Qualitätsfehler sind beim Kokillenguss weitaus seltener als beispielsweise beim Sandguss oder Druckguss.at so-called chill casting are usually used metallic continuous casting molds, in which the liquid Casting metal under the effect of gravity (gravity casting) or in the low pressure process by applying a negative pressure become. With the Kokillengießverfahren can be customized Castings with good surface finish and excellent mechanical properties. quality error are much rarer in chill casting than, for example, the Sand casting or die casting.

Kokillengießverfahren werden auch im Messingguss eingesetzt. Mit Hilfe von Messinggussverfahren werden beispielsweise Armaturen für den Sanitärbereich, wie beispielsweise Wasserhähne gefertigt.chilling process are also used in brass casting. With the help of brass casting process will be For example, fittings for the sanitary sector, such as faucets made.

Allerdings ist das Kokillengießverfahren kostenaufwendiger als andere Gießverfahren. Dies ist hauptsächlich in den Kosten für die Kokillen begründet, die über die gesamte zu erwartende Standzeit amortisiert werden müssen. Darüber hinaus lässt sich aufgrund von bei herkömmlichen Verfahren notwendigen Zwischenschritten, wie etwa Reinigungsschritten, nur eine relative geringe Zahl an Gussstücken pro Zeiteinheit herstellen, was zu einer geringen Produktivität führt.Indeed Chill casting is more expensive than others Casting process. This is mainly in the cost established for the molds, the over the entire expected service life must be amortized. In addition, due to conventional Necessary intermediate steps, such as cleaning steps, only a relatively small number of castings per unit time produce, resulting in low productivity.

Einen wesentlichen Einfluss auf die Haltbarkeit einer Kokille sowie die Qualität der Gussstücke hat die Schlichte, die üblicherweise als Schutzschicht auf die Innenseite der Kokille aufgebracht wird. Die Schlichte soll die Kokille vor frühzeitigem Verschleiß schützen, ein Anhaften der Gussteile an der Formwand verhindern und die Entformung erleichtern. Darüber hinaus beeinflusst die Schlichte die Wärmeableitung und auch die Qualität des Gussteils. Beispielsweise können Graphit und Wasser verdampfen bzw. sich zersetzen und zu Fehlern beim Gießbild führen.a significant influence on the durability of a mold and the Quality of the castings has the sizing, usually is applied as a protective layer on the inside of the mold. The sizing is intended to protect the mold from premature wear, prevent adhesion of the castings to the mold wall and demolding facilitate. In addition, the sizing influences the Heat dissipation and also the quality of the casting. For example, graphite and water can evaporate or decompose and lead to errors in the casting pattern.

Üblicherweise werden die Kokillenwände zunächst durch Sandstrahlen mit Schmelzkammerschlacke, Glasbruch, Glaskugeln oder Korund gereinigt und dann die Schlichte auf die gegebenenfalls erwärmten Flächen gestrichen oder gesprüht. In die beschichteten Kokillen wird nachfolgend die Schmelze eingefüllt.Usually The mold walls are first sandblasted cleaned with melting chamber slag, broken glass, glass beads or corundum and then the sizing on the optionally heated Surfaces painted or sprayed. In the coated Molds is subsequently filled the melt.

Es gibt kommerziell erhältliche anorganische Schlichten, die auf den Verbindungen Graphit (C), Molybdändisulfid (MoS₂) und/oder Bornitrid (BN) basieren und diese in Anteilen von bis zu 70 Gew.-% Feststoff enthalten. Derartige Schlichten sind normalerweise Aufschlämmungen ohne weitere Zusätze, die zur einmaligen Anwendung vorgesehen sind, also nach jedem Gießvorgang erneuert werden müssen. Üblicherweise werden beim Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen Graphitsuspensionen als Schlichte eingesetzt. Diese Materialen weisen zwar gute entformende und wärmeleitende Eigenschaften auf, sind jedoch nicht sehr abrasionsbeständig und führen sehr häufig zu einer Schädigung der Kokille durch Verschweißen oder Legierungsbildung des Gießmetalls mit dem Kokillenmaterial. Infolgedessen verschleißen derartige Schlichten sehr schnell und sind in der Regel auch nicht zur mehrmaligen Verwendung geeignet. Das Erneuern der Schlichten nach jedem Gießvorgang bewirkt eine signifikante Verringerung der Produktivität. Darüber hinaus führt gerade der Einsatz graphithaltiger Schlichten trotz guter Trennwirkung zu beträchtlichen Ausschussquoten auf Grund von Oberflächendefekten am Gussteil (wie etwa Lunker, Verwirbelungen oder Risse) sowie zu erheblichen Instandsetzungskosten bei Maschinen und Geräten. Bei dem Vergießen von Messing besteht insbesondere das Problem, dass hohe Mengen an Zink aus dem Messing ausgetragen werden, was ebenfalls zu einer Erhöhung der Ausschussrate führt.There are commercially available inorganic sizes based on the compounds graphite (C), molybdenum disulfide (MoS ₂ ) and / or boron nitride (BN) and containing these in proportions of up to 70 wt .-% solids. Such sizes are usually slurries without further additives, which are intended for single use, so must be renewed after each casting. Usually, when casting copper and copper-containing alloys, graphite suspensions are used as size. Although these materials have good demolding and heat-conducting properties, but are not very resistant to abrasion and very often lead to damage to the mold by welding or alloying of the casting metal with the mold material. As a result, such sizings wear out very quickly and are generally not suitable for repeated use. Renewing the sizings after each casting operation results in a significant reduction in productivity. In addition, the use of graphite-containing sizings, despite good release effect, leads to considerable reject rates due to surface defects on the casting (such as blowholes, turbulences or cracks) as well as considerable repair costs for machines and equipment. When casting brass, there is the particular problem that high levels of zinc are discharged from the brass, which also leads to an increase in the reject rate.

Die Verwendung von graphithaltigen Schlichten erzeugt zudem eine extreme Feinstaubbelastung für Mensch und Maschine und verursacht einen hohen Verschmutzungsgrad des Arbeitsplatzes. Dies kann zu gesundheitlichen Problemen der Arbeitnehmer führen und birgt weitere Sicherheitsrisiken am Arbeitsplatz, wie beispielsweise eine hohe Rutschgefahr im Arbeitsbereich auf Grund der Schmiereigenschaften des Graphitstaubs. Des weiteren kann es auf Grund der elektrischen Leitfähigkeit des Graphits zu Störungen in der Elektrik, und so zu Beeinträchtigungen der Anlagentechnik der Gießerei, wie z. B. der Hydraulik, kommen. Zudem müssen für die Entsorgung bzw. das Recycling der verbrauchten Graphitschlichten hohe Kosten aufgewendet werden. Graphitfreie Schlichtezusammensetzungen wurden bereits auf dem Gebiet der Gusstechnik beschrieben. Eine abrasionsbeständige, graphitfreie Zusammensetzung zur Herstellung einer Schlichte ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 045 666 der Anmelderin beschrieben.The use of graphite-containing sizing also creates an extreme fine dust pollution for man and machine and causes a high degree of contamination of the workplace. This can lead to health problems of workers and poses further safety risks in the workplace, such as a high risk of slipping in the work area due to the lubricating properties of graphite dust. Furthermore, it may due to the electrical conductivity of the graphite to disturbances in the electrical system, and thus to affect the plant technology of the foundry, such. As the hydraulic come. In addition, high costs must be incurred for the disposal or recycling of the spent graphite sizing. Graphite-free sizing compositions have already been used in the field of casting described. An abrasion-resistant, graphite-free composition for the production of a size is described, for example, in the German patent application DE 10 2005 045 666 the applicant described.

Für das Kokillengießen spielt neben der Zusammensetzung der verwendeten Kokillenschlichte und der Art der Aufbringung des Schlichteüberzugs, auch die Temperaturführung der Kokille eine wesentliche Rolle. Während des Gießvorgangs ist entscheidend, dass ein Gleichgewicht zwischen der Wärmezufuhr durch die Schmelze und dem Wärmeverlust durch Kühlung der Kokille hergestellt wird. Da die Wärmeverluste und -zufuhr der Kokille auch von der Art und der Dicke der aufgebrachten Schlichte abhängt, muss das eingesetzte Schlichtematerial bei der Temperaturführung ebenfalls berücksichtigt werden. Starke Abweichungen im Wärmegleichgewicht von Gießzyklus zu Gießzyklus können einen erhöhten Ausschuss zur Folge haben. Außerdem führen zu hohe Gießtemperaturen zum Bruch des Gussstücks, während zu niedrige Temperaturen unvollständig ausgelaufene Gussteile, Kaltlauf oder Gaseinschlüsse zur Folge haben. Bei Verfahren zum Gießen von Messing wird zudem häufig ein unerwünschter Zinkaustrag beobachtet, der zur Folge hat, dass Gießteil und Kokille durch die Zinktröpfchen miteinander verschweißen. Dadurch kommt es zu Oberflächenfehlern und Rissen am Gießteil sowie zu einer schlechten Entformung und mangelhaftem Auswurf des Teils aus der Kokille. Diese Problem tritt insbesondere bei semipermanenten bzw. permanenten Kokillenbeschichtungen auf, da, anders als bei Einmalschlichten, das ausgetragene Zink zwischen den Gießvorgängen nicht entfernt wird.For The mold casting plays beside the composition of the used mold sizing and the method of application of the sizing coating, also the temperature control of the mold an essential Role. During the casting process is crucial that balance the heat input through the melt and the heat loss by cooling the mold will be produced. Since the heat loss and supply of Mold also on the type and thickness of the applied size depends, the used sizing material in the Temperature control are also taken into account. Strong deviations in heat balance of casting cycle to casting cycle can increased rejects have as a consequence. In addition, lead to high casting temperatures to break the casting, while too low Temperatures of incomplete spilled castings, cold running or entrap gas. In methods for Pouring brass is also often an undesirable Zinc discharge observed, which has the casting and Weld mold through the zinc droplets. This leads to surface defects and cracks on the cast part as well as poor demolding and defective ejection of the Part of the mold. This problem occurs especially with semi-permanent ones or permanent Kokillenbeschichtungen, because, unlike One-time sizing, the discharged zinc between the casting processes not removed.

Es besteht somit ein Bedarf an einem verbesserten Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen sowie entsprechender verbesserter Schlichten.It There is thus a need for an improved method of potting of copper and copper-containing alloys as well as corresponding improved ones Arbitrate, settle in peace, reconcile.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise zu vermeiden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Vergießen von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen bereitzustellen, das die Zahl der Gießvorgänge bis zur Erneuerung der Schlichte erhöht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kokille mit verlängerter Standzeit bereitzustellen.The Object of the present invention is the above At least partially to avoid disadvantages. In particular it is An object of the present invention is a method for casting copper or copper-containing alloys the number of casting operations until the renewal of the Simple increases. Another task of the present Invention is a mold with extended life provide.

Es ist zudem wünschenswert, ein Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen bereitzustellen, das eine möglichst geringe Ausschussrate aufweist, zu Gussstücken mit sehr guten Oberflächeneigenschaften führt und Produktionsausfälle und die Wartungskosten von Gießanlagen senkt. Es wäre ebenfalls wünschenswert die Produktivität des Gießvorgangs durch geringeren Ausschuss, bessere Prozesskontrolle und erhöhten Produktausstoß pro Zeit zu verbessern.It is also desirable, a method for casting of copper and copper-containing alloys, the one As low as possible reject rate, castings with very good surface properties and production losses and the maintenance costs of casting plants lowers. It would also be desirable to have productivity the casting process with less waste, better process control and to increase increased product output per time.

Des weiteren ist es wünschenswert, beim Vergießen von Messing den Zinkaustrag aus der Messingschmelze zu vermindern und Umweltbelastungen wie etwa die Feinstaubbelastung in der Gießanlage zu reduzieren.Of Further, it is desirable when casting of brass to reduce the zinc discharge from the molten brass and environmental pollution such as particulate matter in the casting plant to reduce.

Zudem ist es wünschenswert eine Kokillenbeschichtung bereitzustellen, die eine gute Temperaturwechselbeständigkeit, gute thermische Eigenschaften, gute Entformungseigenschaften und eine gute Haftung auf der Kokille aufweist.moreover it is desirable to provide a mold coating, the good thermal shock resistance, good thermal Properties, good release properties and good adhesion having the mold.

Die zuvor genannten Aufgaben werden durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie Beschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The The above-mentioned tasks are performed by the method with the characteristics of claim 1 and coating with the features of the claim 12 solved. Preferred embodiments are in described the dependent claims.

In einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Bereitstellen einer Kokille,
(b) Applikation einer Schlichte auf die Innenwand der Kokille zur Herstellung einer Beschichtung, wobei die Schlichte mindestens ein anorganisches Oxid und ein Bindemittel umfasst,
(c) Verfestigen der Schlichte zu einer Beschichtung,
(d) Einfüllen einer Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen in die Kokille, wobei die Kokille vor dem Einfüllen auf 60°C bis 200°C temperiert wird, und
(e) Herauslösen des entstandenen Gussteils aus der Kokille.

In a first aspect of the invention there is provided a method of potting copper and copper-containing alloys comprising the steps of:

(a) providing a mold,
(b) applying a size to the inner wall of the mold to produce a coating, the size comprising at least one inorganic oxide and a binder,
(c) solidifying the size into a coating,
(D) filling a melt of copper or copper-containing alloys in the mold, wherein the mold is heated to 60 ° C to 200 ° C before filling, and
(e) removing the resulting casting from the mold.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Applikation der Schlichte als Suspension oder Dispersion.According to one preferred embodiment of the present invention the application of the size is carried out as a suspension or dispersion.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Applikation der Schlichte bei einer Kokillentemperatur von 90 bis 200°C, vorzugsweise zwischen 100 und 150°C.According to one another preferred embodiment of the present invention the application of the size takes place at a mold temperature from 90 to 200 ° C, preferably between 100 and 150 ° C.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Verfestigen der Beschichtung bei einer Kokillentemperatur von 250 bis 400°C, vorzugsweise zwischen 280 und 350°C, vorzugsweise über einen Zeitraum von 1 bis 3 h.In a preferred embodiment of the present invention the solidification of the coating takes place at a mold temperature from 250 to 400 ° C, preferably between 280 and 350 ° C, preferably over a period of 1 to 3 hours.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt das Verfestigen der Beschichtung durch das Einfüllen der Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen in die Kokille.According to one Embodiment of the present invention takes place the Solidifying the coating by filling the melt of copper or copper-containing alloys in the mold.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kokille vor dem Einfüllen der Schmelze auf 80 bis 150°C, vorzugsweise auf 100 bis 130°C, mehr bevorzugt auf 110 bis 125°C und besonders bevorzugt auf etwa 120°C temperiert.According to one another embodiment of the present invention the mold before filling the melt at 80 to 150 ° C, preferably at 100 to 130 ° C, more preferably at 110 to 125 ° C, and more preferably to about 120 ° C tempered.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform bleibt die Temperatur der Kokille während des gesamten Gießvorgangs weitestgehend konstant und weicht von der Anfangstemperatur nur um maximal 10°C ab.According to one Another embodiment, the temperature of the mold remains during the entire casting process as far as possible constant and deviates from the initial temperature only by a maximum of 10 ° C from.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Temperierung der Kokille bevorzugt über ein aktiv steuerbares Peltiér-Element und/oder ein Wasserbad und/oder eine aktiv steuerbare Wasserstrahl-Kühlung und/oder Luft.According to the Present invention, the temperature of the mold is preferably about an actively controllable Peltier element and / or a water bath and / or an actively controllable water jet cooling and / or Air.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, enthält die Schlichte zusätzlich mindestens 1 Gew.-% Polysiloxan und/oder mindestens 1 Gew.-% von Bornitrid, MoS₂ und/oder WS₂, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte. Das Bornitrid, MoS₂ und/oder WS₂ fungiert vorzugsweise als entformendes Schmiermittel.According to a preferred embodiment of the process according to the invention, the size additionally contains at least 1% by weight of polysiloxane and / or at least 1% by weight of boron nitride, MoS ₂ and / or WS ₂ , in each case based on the total weight of the size. The boron nitride, MoS ₂ and / or WS ₂ preferably acts as a demolding lubricant.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine mehrfach verwendbare hydrophobe Kokillenbeschichtung bereitgestellt, die aus einer Schlichte umfassend mindestens ein anorganisches Oxid, mindestens 1 Gew.-% Polysiloxan, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte, und ein Bindemittel, herstellbar ist.According to one Another aspect of the present invention is a reusable hydrophobic mold coating provided from a sizing comprising at least one inorganic oxide, at least 1% by weight Polysiloxane, in each case based on the total weight of the size, and a binder can be produced.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, enthält die Schlichte aus welcher die Beschichtung hergestellt wird zusätzlich mindestens 1 Gew.-% Polysiloxan und/oder mindestens 1 Gew.-% von Bornitrid, MoS₂ und/oder WS₂, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte.According to a preferred embodiment, the size from which the coating is produced additionally contains at least 1% by weight of polysiloxane and / or at least 1% by weight of boron nitride, MoS ₂ and / or WS ₂ , in each case based on the total weight of the size.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, enthält das Bindemittel nanoskalige Teilchen.According to one another embodiment of the present invention the binder nanoscale particles.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die durch Applikation der Schlichte erhaltene Beschichtung ein Dicke von 1 μm bis 250 μm, vorzugsweise von 10 bis 150 μm, mehr bevorzugt von 10 bis 90 μm und besonders bevorzugt von 30–60 μm auf.In a preferred embodiment of the present invention indicates the coating obtained by application of the size a thickness of 1 micron to 250 microns, preferably from 10 to 150 μm, more preferably from 10 to 90 μm and more preferably from 30-60 μm.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Kokille umfassend eine hydrophobe Kokillenbeschichtung mit verlängerter Standzeit bereitgestellt, wobei die Kokille im Bereich von 60 bis 200°C gezielt temperatursteuerbar ist.According to one Another aspect of the present invention is a mold comprising a hydrophobic mold coating with extended service life provided, wherein the mold in the range of 60 to 200 ° C. specifically temperature controllable.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemäße Schlichte bzw. die daraus resultierenden Kokillenbeschichtung zur Verlängerung der Standzeit einer Kokille verwendet.In Another aspect of the present invention is the invention Simple or the resulting mold coating for Extension of the life of a mold used.

DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:

According to the present invention, there is provided a method of potting copper and copper-containing alloys comprising the steps of:

Die Schritte (d) und (e) können mehrmals hintereinander erfolgen, ehe erneut Schlichte appliziert und verfestigt wird (Schritte (b) und (c)). Vorzugsweise werden die Schritte (d) und (e) wenigstens zehnmal, mehr bevorzugt wenigstens 50 mal und besonders bevorzugt wenigstens 100 mal wiederholt ehe wieder die Schritte (b) bis (c) durchgeführt werden. Bei kleinflächigen Beschädigungen an der Kokillenbeschichtung kann ein vorzeitiger vollständiger Neuauftrag einer Kokillenbeschichtung vermieden werden, indem die schadhafte(n) Stelle(n) mit der erfindungsgemäßen Schlichte nachbehandelt bzw. nachgenebelt werden. Die Nachbehandlung kann während des laufenden Gießprozesses erfolgen.The Steps (d) and (e) can be repeated several times, before sizing is applied again and solidified (steps (b) and (c)). Preferably, steps (d) and (e) become at least ten times, more preferably at least 50 times and more preferably repeated at least 100 times before steps (b) to (c) be performed. For small-scale damage at the Kokillenbeschichtung can prematurely complete New order of a Kokillenbeschichtung be avoided by the defective site (s) with the inventive Simple post-treated or post-fogged. The aftertreatment can take place during the ongoing casting process.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine mehrfach verwendbare hydrophobe Kokillenbeschichtung, herstellbar aus einer Schlichte umfassend mindestens ein anorganisches Oxid und mindestens 1 Gew.-% Polysiloxan, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte, und ein Bindemittel sowie eine entsprechende Kokille mit verlängerter Standzeit.About that In addition, the present invention relates to a reusable hydrophobic mold coating, producible from a sizing comprising at least one inorganic oxide and at least 1% by weight Polysiloxane, based on the total weight of the size, and a Binder and a corresponding mold with extended Life.

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Kokillenbeschichtung bzw. Kokille sehr gute Gussergebnisse erzielt werden können. Insbesondere durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Schlichte bzw. Beschichtung in Kombination mit der Temperaturführung der Kokille kann ein gegenüber herkömmlichen Verfahren deutlich verbessertes Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen und insbesondere Messing bereitgestellt werden. Signifikante Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aufgrund der verlängerten Standzeit der Kokille und deutlich geringeren Produktionsausfällen und Wartungskosten. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die mittels Verfestigung der Schlichte erhaltene Beschichtung für mehrere Gussvorgänge verwendet werden ehe sie erneuert werden muss. Die erfindungsgemäße Kokillenbeschichtung ist demnach semipermanent. Darüber hinaus können mit Hilfe des erfindungemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Kokillenbeschichtung Gussstücke mit hervorragenden Oberflächeneigenschaften und insbesondere mit einer gleichmäßigen Oberflächenstruktur und niedriger Oberflächenrauhigkeit erhalten werden. Weiterhin wird durch die Vermeidung von beispielsweise Graphit-basierten Schlichten die Umweltbelastung wie etwa die Feinstaubbelastung in der Gießanlage reduziert. Des weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Stahl- oder Graugusskokillen statt mit wesentlich teureren Kokillen aus Kupfer oder Kupferlegierung durchgeführt werden.It was surprisingly found that with the help of inventive method and the invention Kokillenbeschichtung or mold achieved very good casting results can be. In particular through the use of the invention Sizing or coating in combination with the temperature control The mold can be compared to conventional methods significantly improved method for casting copper and copper-containing alloys, and especially brass become. Significant advantages of the invention Procedure arise due to the extended life the mold and significantly lower production losses and maintenance costs. By the invention Process can be obtained by solidification of the size Coating used for multiple casting operations before they have to be renewed. The inventive Kokillenbeschichtung is therefore semipermanent. About that In addition, with the aid of the erfindungemäßen Method and the mold coating according to the invention Castings with excellent surface properties and in particular with a uniform surface structure and low surface roughness. Farther is avoided by avoiding, for example, graphite-based sizes the environmental impact such as particulate matter pollution in the casting plant reduced. Furthermore, the inventive Process with steel or gray cast iron molds instead of with essential more expensive molds made of copper or copper alloy become.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Messingguss kann zudem der unerwünschte Zinkaustrag signifikant verringert werden.at Application of the method according to the invention in Brass casting can also significantly reduce the unwanted release of zinc be reduced.

Im nachfolgenden Abschnitt werden in der vorliegenden Anmeldung verwendete Begriffe näher erläutert:
„Nanopartikel” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser (auch als mittlere Partikelgröße bezeichnet) von nicht mehr als 100 nm oder aber re-dispergierbare Agglomerate solcher Partikel.In the following section, terms used in the present application are explained in more detail:
"Nanoparticles" in the sense of the present invention are particles having an average particle diameter (also referred to as average particle size) of not more than 100 nm or else re-dispersible agglomerates of such particles.

Unter dem „mittleren Partikeldurchmesser” bzw. der „mittleren Teilchengröße” wird vorliegend, sofern nicht anders angegeben, der Partikeldurchmesser bezogen auf das Volumenmittel verstanden (D₉₀-Wert). Der D₉₀-Wert wird mittels dynamischer Lichtstreuung, beispielsweise mit einem UPA (Ultrafine Particle Analyser) bestimmt. Das Prinzip der dynamischen Lichtstreuung ist auch unter den Bezeichnungen „Photonenkorrelationsspektroskopie” (PCS) oder „quasielastische Lichtstreuung” (QELS) bekannt. Bei besonders kleinen Partikeln können auch quantitative elektronenmikroskopische Methoden (insbesondere TEM) verwendet werden. Darüber hinaus kann zu Bestimmung der Primärpartikelgröße auch Röntgenbeugung (XRD) verwendet werden.The term "average particle diameter" or "mean particle size" is understood here to mean, unless stated otherwise, the particle diameter based on the volume average (D ₉₀ value). The D ₉₀ value is determined by dynamic light scattering, for example with a UPA (Ultrafine Particle Analyzer). The principle of dynamic light scattering is also known by the terms "photon correlation spectroscopy" (PCS) or "quasi-elastic light scattering" (QELS). For particularly small particles, quantitative electron microscopic methods (in particular TEM) can also be used. In addition, X-ray diffraction (XRD) can also be used to determine primary particle size.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung umschreibt der Begriff „Schlichte” eine Zusammensetzung mit entformenden Eigenschaften, die auf die Innenseite der Kokille appliziert wird, z. B. in Form einer Suspension oder Dispersion. Die Mengenangaben in Gew.-% wie sie in der vorliegenden Anmeldung im Zusammenhang mit den Komponenten der Schlichte verwendet werden, beziehen sich (sofern nicht anders angegeben) auf die fertige Schlichte umfassend Komponenten und Suspensions- und/oder Lösungsmittel. Die jeweiligen Komponenten der Schlichte können beispielsweise in Form eines Feststoff, einer Suspension, einer Dispersion oder einer Lösung verwendet bzw. zur Schlichte gegeben werden. Nach dem Verfestigen der applizierten Schlichte, z. B. durch Trocknen oder Einbrennen, wird eine Beschichtung auf der Innenseite der Kokille ausbildet, die weitestgehend frei von eventuell verwendeten Suspensions- oder Lösungsmitteln ist.in the For purposes of the present invention, the term "sizing" describes one Composition with demolding properties on the inside the mold is applied, for. B. in the form of a suspension or Dispersion. The amounts in wt .-% as in the present Registration used in connection with the components of the sizing (unless stated otherwise) refer to the finished product Sizing comprising components and suspension and / or solvent. The respective components of the size may be, for example in the form of a solid, a suspension, a dispersion or a Solution used or added to the size. To the solidification of the applied size, z. B. by drying or baking, a coating will be applied on the inside of the mold which is largely free from any suspension or solvents.

Eine „kupferhaltige Legierung” im Sinne der vorliegenden Erfindung ist jegliche Legierung, die Kupfer enthält. Beispiele für kupferhaltige Legierungen sind Bronze, Rotguss oder Messing. Der Begriff „Messing” umschreibt im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Kupfer-Zink-Legierungen. Zusätzlich können die kupferhaltige Legierungen weitere Bestandteile wie z. B. Ni, Zn, Sn, Pb, Al oder Sb enthalten.A "copper-containing alloy" in the sense of the present invention is any alloy containing copper. Examples of copper-containing alloys are bronze, gunmetal or brass. The term "brass" in the context of the present invention describes any copper-zinc alloys. In addition, the copper can containing alloys other ingredients such. B. Ni, Zn, Sn, Pb, Al or Sb included.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Kokille kann aus jedem Material gefertigt sein, das den Temperaturen des Gussvorgangs standhält. Beispiele für geeignete Materialien sind Aluminium, Titan, Eisen, Stahl, Kupfer, Chrom, Gusseisen, Stahlguss, Kesselstahl oder Grauguss sowie Legierungen aus vorgenannten Materialien. Für den Messingguss sind insbesondere Kokillen aus Kupfer oder Kupferlegierungen geeignet.The used in the process according to the invention Mold can be made of any material that meets the temperatures the casting process withstands. Examples of suitable Materials are aluminum, titanium, iron, steel, copper, chrome, Cast iron, cast steel, boiler steel or gray cast iron and alloys from the aforementioned materials. For the brass casting are in particular molds made of copper or copper alloys suitable.

Die erfindungsgemäße Schlichte enthält mindestens ein anorganisches Oxid und vorzugsweise mindestens 1 Gew.-% hexagonales Bornitrid, WS₂ und/oder MoS₂, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte, und ein Bindemittel.The size according to the invention contains at least one inorganic oxide and preferably at least 1% by weight of hexagonal boron nitride, WS ₂ and / or MoS ₂ , based on the total weight of the size, and a binder.

Das anorganische Oxid kann ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumtitanat, Eisenoxid, Wollastonit, Xonotlite, Zirkonsilikat, Calciumsilikat, Knochenasche, sowie sog. „Red Mud” und Titandioxid. Vorzugsweise ist das anorganische Oxid Aluminiumoxid oder Aluminiumtitanat oder eine Mischung davon. Die anorganischen Oxidteilchen können eine mittlere Teilchengröße zwischen 200 nm und 1 μm aufweisen, vorzugsweise zwischen 100 nm und 1 μm. Es können jedoch auch größere mittlere Teilchengrößen, beispielsweise um die 10 μm geeignet sein. Das anorganische Oxid kann in der erfindungsgemäßen Schlichte vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 80 Gew.-%, insbesondere 10 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte, enthalten sein.The inorganic oxide may be selected from the group comprising Alumina, zirconia, aluminum titanate, iron oxide, wollastonite, Xonotlite, zirconium silicate, calcium silicate, bone ash, and so-called "Red Mud "and titanium dioxide. Preferably, the inorganic Oxide, alumina or aluminum titanate or a mixture thereof. The inorganic oxide particles may have an average particle size between 200 nm and 1 μm, preferably between 100 nm and 1 μm. But it can also be larger average particle sizes, for example around the 10 microns be suitable. The inorganic oxide can be found in the Sizing according to the invention preferably in one Amount of 1 to 80 wt .-%, in particular 10 to 70 wt .-%, preferably 20 to 60 wt .-% and particularly preferably 30 to 50 wt .-%, based on the total weight of the sizing, be included.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Schlichte mindestens 1 Gew.-% Bornitrid, WS₂ und/oder MoS₂, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Anteil von Bornitrid positiv auf die Flexibilität, insbesondere die Rissanfälligkeit und die Elastizität der mittels der Schlichte hergestellten Beschichtung auswirken kann. Der Anteil des Bornitrids kann vorzugsweise, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte 1–50 Gew.-% betragen oder 5–40 Gew.-% oder 10–30 Gew.-% oder etwa 20 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Bornitrids etwa 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte.In a preferred embodiment, the size according to the invention contains at least 1% by weight of boron nitride, WS ₂ and / or MoS ₂ , based on the total weight of the size. The inventors have found that in the method according to the invention, a proportion of boron nitride can have a positive effect on the flexibility, in particular the susceptibility to cracking, and the elasticity of the coating produced by means of the size. The proportion of boron nitride may preferably be 1-50 wt.% Or 5-40 wt.% Or 10-30 wt.% Or about 20 wt.%, Based on the total weight of the size. Preferably, the proportion of boron nitride about 5 wt .-%, based on the total weight of the size.

Das erfindungsgemäß verwendete Bindemittel kann ein organisches oder anorganisches Bindemittel sein. Es kann gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform nanoskalige Partikel enthalten.The Binders used according to the invention can be be organic or inorganic binder. It can according to a particularly preferred embodiment nanoscale particles contain.

Beispiele für organische Bindemittel sind organische Naturstoffe, wie z. B. Naturharze, organische abgewandelte Naturstoffe, wie z. B. Cellulosederivate oder modifizierte Naturharze, oder organische synthetische Verbindungen wie z. B. Polyacryl- und Polymethacrylverbindungen, Vinylpolymere, Polyester, Epoxidharze, Phenolharze, Polyamine und Polyamide. Geeignete anorganische Bindemittel können Polykieselsäuren, Glasfritten, Tonmineralien, Bentonite, Phosphate oder anorganische Oxide umfassen. Besonders bevorzugt werden anorganische Nanopartikel, Glasfritten und Phosphate als Bindemittel verwendet. Das Bindemittel kann in der Schlichte in einer Menge von 1 bis 40 Gew.-%, 3 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte enthalten sein.Examples for organic binders are organic natural products, such as As natural resins, organic modified natural products such. As cellulose derivatives or modified natural resins, or organic synthetic compounds such as. B. polyacrylic and polymethacrylic compounds, Vinyl polymers, polyesters, epoxy resins, phenolic resins, polyamines and Polyamides. Suitable inorganic binders may be polysilicic acids, glass frits, Clay minerals, bentonites, phosphates or inorganic oxides. Particular preference is given to inorganic nanoparticles, glass frits and phosphates used as binders. The binder can be in the size in an amount of 1 to 40% by weight, 3 to 20% by weight, preferably from 5 to 15% by weight, based on the total weight to be contained in the sizing.

Im Verfahren der vorliegenden Erfindung einsetzbare Bindemittel mit nanoskaligen Teilchen sind beispielsweise in der WO 03/093195 ausführlich beschrieben. „Nanoskalige Teilchen” im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser (auch als mittlere Partikelgröße bezeichnet) von nicht mehr als 100 nm im nicht-agglomerierten Zustand. Vorzugsweise weisen die nanoskaligen Teilchen eine mittlere Teilchengröße von weniger als etwa 50 nm auf.Binders with nanoscale particles which can be used in the process of the present invention are described, for example, in US Pat WO 03/093195 described in detail. "Nanoscale particles" in the sense of the present invention are particles having an average particle diameter (also referred to as average particle size) of not more than 100 nm in the non-agglomerated state. Preferably, the nanoscale particles have an average particle size of less than about 50 nm.

Beispiele für geeignete nanoskaligen Teilchen sind Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Böhmit oder Titandioxid oder auch Mischungen oder Vorstufen dieser Verbindungen. Die in dem Bindemittel eingesetzten Nanoteilchen können über sehr große spezifische Oberflächen verfügen, die vorzugsweise mit reaktiven Hydroxylgruppen belegt sind, die in der Lage sind, sich bereits bei Raumtemperatur mit den Oberflächengruppen der zu bindenden (üblicherweise gröberen) Teilchen zu vernetzen. Besonders bevorzugt werden Al₂O₃, TiO₂, Böhmit oder ZrO₂ in Form von nanoskaligen Teilchen verwendet.Examples of suitable nanoscale particles are aluminum oxide, zirconium oxide, boehmite or titanium dioxide or else mixtures or precursors of these compounds. The nanoparticles used in the binder may have very large specific surfaces, which are preferably coated with reactive hydroxyl groups which are able to crosslink at room temperature with the surface groups of the (usually coarser) particles to be bound. Particular preference is given to using Al ₂ O ₃ , TiO ₂ , boehmite or ZrO ₂ in the form of nanoscale particles.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte zusätzlich mindestens 1 Gew.-% Polysiloxan bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte. Das Polysiloxan kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polyalkylsiloxan, Polyalkylphenylsiloxan, Alkylsiliconharz und Phenylsiliconharz. Besonders bevorzugt ist Polymethylphenylsiloxan. Der Anteil des Polysiloxans kann bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte 1–50 Gew.-% betragen oder 5–40 Gew.-% oder 10–30 Gew.-% oder etwa 20 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt der Anteil des Polysiloxans 20 bis 25 Gew.-% und vorzugsweise etwa 23 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte.According to another particularly preferred embodiment of the present invention, the size additionally comprises at least 1% by weight of polysiloxane, based on the total weight of the size. The polysiloxane may be selected from the group consisting of polyalkylsiloxane, polyalkylphenylsiloxane, alkylsilicone resin and phenylsilicone resin. Particularly preferred is polymethylphenylsiloxane. The proportion of the polysiloxane can be 1-50 wt .-% or 5-40 wt .-% or based on the total weight of the size 10-30% by weight or about 20% by weight. Preferably, the proportion of the polysiloxane is 20 to 25 wt .-%, and preferably about 23 wt .-%, based on the total weight of the size.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte zusätzlich einen glasartigen Bestandteil, der üblicherweise als Bindemittel bzw. Bestandteil des Bindemittels fungiert. Der glasartige Bestandteil kann eine niedrigschmelzende Glasfritte sein, d. h. ein glasartiges System, in dem wasserlösliche Salze wie z. B. Soda oder Borax sowie weitere Stoffe silikatisch gebunden und damit weitgehend in eine wasserunlösliche Form überführt sind. Die Glasfritten sollten darüber hinaus weitestgehend kein Blei oder sonstige Schwermetalle enthalten. Vorzugsweise beträgt der Erweichungspunkt der Glasfritte weniger als 500°C. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Glasfritte mindestens 50 Gew.-% SiO₂, mindestens 5 Gew.-% Boroxid (B₂O₃) und/oder Al₂O₃ und weist vorzugsweise einen hohen Alkaligehalt auf.According to another embodiment of the present invention, the sizing additionally comprises a vitreous constituent which usually functions as a binder or constituent of the binder. The glassy constituent may be a low melting glass frit, ie a glassy system in which water-soluble salts such as e.g. B. soda or borax and other substances silicate bound and thus largely converted into a water-insoluble form. In addition, the glass frits should largely contain no lead or other heavy metals. Preferably, the softening point of the glass frit is less than 500 ° C. In a further preferred embodiment, the glass frit comprises at least 50 wt .-% SiO ₂ , at least 5 wt .-% boron oxide (B ₂ O ₃ ) and / or Al ₂ O ₃ and preferably has a high alkali content.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäß verwendete Bindemittel wenigstens einen der vorhergehend beschriebenen glasartigen Bestandteile oder ein Bindemittel mit nanoskaligen Teilchen (Nanobinder) oder eine Kombination von glasartigen Bestandteilen und nanoskaligen Teilchen.According to one preferred embodiment comprises the invention used Binder at least one of the previously described glassy Constituents or a binder with nanoscale particles (nanobinder) or a combination of vitreous and nanoscale components Particles.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte zusätzlich Füllstoffe. Beispiele für geeignete Füllstoffe sind Oxide oder Nitride von Al, Si, Zr, Ti, Fe, B, Wo oder Mo sowie Silikate von Al, Zr, Ti, B, Wo oder Mo.According to one another preferred embodiment of the present invention the sizing additionally comprises fillers. Examples suitable fillers are oxides or nitrides of Al, Si, Zr, Ti, Fe, B, Wo or Mo and silicates of Al, Zr, Ti, B, Wo or Mo.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte zusätzlich ein Suspensionsmittel. Es können z. B. polare Suspensionsmittel verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise Wasser oder Alkohole wie z. B. Isopropanol. In vielen Fällen ist es jedoch wünschenswert, auf organische Bestandteile im Suspensionsmittel zu verzichten. So besteht bei Anwesenheit organischer Lösungsmittel aufgrund ihres niedrigen Dampfdruckes grundsätzlich immer die Gefahr eines Brandes (auch Verpuffung und Explosion). Entsprechend weist die Schlichte in einer bevorzugten Ausführungsform ein Suspensionsmittel auf, das im Wesentlichen frei von nichtwässrigen flüssigen Bestandteilen ist. Zusätzlich kann die Schlichte mindestens einen grenzflächenaktiven Stoff enthalten, z. B. ein Polyacrylat. Der Zusatz eines grenzflächenaktiven Stoffes kann insbesondere in den Fällen vorteilhaft sein, in denen das Suspensionsmittel frei von nichtwässrigen flüssigen Bestandteilen ist. Vorzugsweise wird Wasser als Suspensionsmittel verwendet.According to one another embodiment of the present invention the sizing additionally a suspending agent. It can z. B. polar suspending agents can be used. Suitable, for example Water or alcohols such. B. isopropanol. In many cases however, it is desirable to have organic ingredients to dispense in the suspension medium. Thus, in the presence of organic Solvent due to their low vapor pressure in principle always the danger of a fire (also deflagration and explosion). Accordingly, the size in a preferred embodiment a suspending agent that is substantially free of non-aqueous liquid ingredients. In addition, the Containing at least one surfactant, z. As a polyacrylate. The addition of a surfactant may be particularly advantageous in those cases where the suspending agent free of nonaqueous liquid Ingredients is. Preferably, water is used as the suspending agent used.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte zusätzlich ein Verdickungsmittel. Geeignete Verdickungsmittel sind beispielsweise anorganische Verdicker, wie z. B. Polykieselsäuren, Tonmineralien oder Zeolithe, organische Naturstoffe, wie z. B. Gummi arabicum, Pektine, Stärke oder Dextrine, organische abgewandelte Naturstoffe, wie z. B. Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose oder Celluloseether, oder organische vollsynthetische Verdicker, wie z. B. Poly(meth)acrylverbindungen, Vinylpolymere, Polycarbonsäuren, Polyether, Polyamine oder Polyamide. Vorzugsweise wird ein anionisches Heteropolysaccharid verwendet.According to one another embodiment of the present invention the sizing additionally a thickener. suitable Thickeners are, for example, inorganic thickeners, such as z. As polysilicic acids, clay minerals or zeolites, organic Natural substances, such as. Gum arabic, pectins, starch or dextrins, organic modified natural products, such as. Carboxymethylcellulose, Hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose or cellulose ethers, or organic fully synthetic thickeners, such as. For example, poly (meth) acrylic compounds, Vinyl polymers, polycarboxylic acids, polyethers, polyamines or Polyamides. Preferably, an anionic heteropolysaccharide used.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte zusätzlich einen Korrosionsinhibitor. Beispiele für geeignete Korrosionsinhibitoren sind Korantin MAT^® (BASF, Ludwigshafen), 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP), Mischungen anorganischer Phosphate wie Zinkphoshate oder Alkali/Erdalkaliphosphate sowie Phosphorsäure.According to another embodiment of the present invention, the size additionally comprises a corrosion inhibitor. Examples of suitable corrosion inhibitors are Korantin MAT ^® (BASF, Ludwigshafen), 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), mixtures of inorganic phosphates such as Zinkphoshate or alkali / alkaline earth metal phosphates and phosphoric acid.

Die Schlichte kann einen Feststoffgehalt zwischen 10 und 80 Gew.-%, zwischen 20 und 60 Gew.-% und vorzugsweise etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte, enthalten.The Sizing may have a solids content of between 10 and 80% by weight, between 20 and 60% by weight and preferably about 40% by weight on the total weight of the sizing.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schlichte:
30 bis 40 Gew.-% einer 50 Gew-%igen wässrigen Aluminiumoxid-Suspension;
3 bis 6 Gew.-% Bornitrid;
15 bis 20 Gew.-% eines 34 Gew-%igen wässrigen nanoskalige Teilchen enthaltenden Bindemittels;
20 bis 25 Gew.-% Phenylmethylpolysiloxan; ggf. zusammen mit einer oder mehreren der folgenden Komponenten:
2 bis 4 Gew.-% einer 50 Gew-%igen wässrigen Glasfrittensuspension;
3 bis 8 Gew.-% zusätzliches Wasser;
1 bis 3 Gew.-% AMP;
0,1 bis 1,5 Gew.-% Korantin MAT^®;
1 bis 5 Gew.-% Aluminiumtitanat;
1 bis 5 Gew.-% Wollastonit;
1 bis 5 Gew.-% Xonotlite; und/oder
0,5 bis 3 Gew.-% einer 2 Gew.-%igen wässrigen Deuteron XG Lösung,
wobei sich die Bereichsangaben in Gew.-% jeweils auf das Gesamtgewicht der Schlichte beziehen.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the size comprises:
From 30% to 40% by weight of a 50% by weight aqueous aluminum oxide suspension;
3 to 6 wt .-% boron nitride;
15 to 20 wt .-% of a 34 wt% aqueous nanoscale particle-containing binder;
20 to 25% by weight of phenylmethylpolysiloxane; possibly together with one or more of the following components:
2 to 4% by weight of a 50% by weight aqueous glass frit suspension;
3 to 8% by weight of additional water;
1 to 3% by weight AMP;
0.1 to 1.5 wt .-% Korantin MAT ^®;
1 to 5% by weight of aluminum titanate;
1 to 5% by weight of wollastonite;
1 to 5% by weight of xonotlite; and or
0.5 to 3% by weight of a 2% strength by weight aqueous deuteron XG solution,
wherein the ranges in wt .-% each relate to the total weight of the size.

Die Schlichte kann mittels üblicher Applikationsverfahren wie Rakeln, Tauchen, Schleudern, Fluten, Pinseln, Bürsten, Streichen oder Sprühen appliziert werden. Die Applikation der Schlichte auf die Kokilleninnenseite kann erfolgen, wenn die Kokille in die Gießvorrichtung eingebaut ist. Alternativ kann die Schlichte auch auf die Innenseite einer ausgebauten Kokille appliziert werden.The Sizing can be done using standard application methods such as Doctoring, dipping, spinning, flooding, brushing, brushing, Brushing or spraying are applied. The application The sizing on the mold inside can be done when the Mold is installed in the casting device. alternative The sizing can also on the inside of a dismantled mold be applied.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schlichte durch Sprühen appliziert. Die Schichteigenschaften, die Rauhigkeit und die Oberflächenmorphologie der Beschichtung, die durch die Applikation der Schlichte erzeugt wird, ist hierbei von den Sprühparametern, wie z. B. dem Sprühdruck, der Art der verwendeten Sprühpistole und Sprühdüse, dem Sprühabstand zwischen Kokille und Düse, der Temperatur der Kokille und/oder Schlichte beim Auftrag sowie der Konzentration der Schlichte abhängig, und kann durch Variation dieser Parameter gezielt gesteuert werden. Geeignete Sprühdruckbereiche liegen beispielsweise bei 1 bis 6 bar, vorzugsweise bei 1.5 bis 3 bar. Der Sprühabstand zwischen Düse und Kokillenoberfläche kann beispielsweise 15 bis 40 cm und vorzugsweise 20 bis 30 cm betragen. Ein geeigneter Düsendurchmesser liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1.0 und 2.0 mm.In a preferred embodiment of the invention Procedure, the sizing is applied by spraying. The layer properties, the roughness and the surface morphology the coating produced by the application of the size is, is in this case of the spray parameters, such. B. the spray pressure, the type of spray gun and spray nozzle used, the spray distance between mold and nozzle, the Temperature of the mold and / or sizing of the order and the Concentration of the sizing depends, and may be due to variation this parameter can be controlled selectively. Suitable spray pressure ranges are for example at 1 to 6 bar, preferably at 1.5 to 3 bar. The spray distance between nozzle and mold surface may for example be 15 to 40 cm and preferably 20 to 30 cm. A suitable nozzle diameter is preferably in the range between 1.0 and 2.0 mm.

Die Applikation der Schlichte kann bei Raumtemperatur oder bei höherer Kokillentemperatur erfolgen. Vorzugsweise kann die Schlichte bei einer Temperatur von etwa 60°C bis etwa 200°C appliziert werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Applikation der Schlichte bei einer Kokillentemperatur von etwa 90°C bis etwa 150°C. Die Applikation der Schlichte kann als Suspension, Dispersion oder Paste erfolgen. Gegebenenfalls kann der Feststoffanteil der Schlichte als gefriergetrocknetes Material unmittelbar vor der Applikation in einem Lösemittel direkt dispergiert werden. Vorzugsweise wird die Schlichte als Suspension oder Dispersion appliziert.The Application of the sizing may be at room temperature or at higher Tempering temperature. Preferably, the size at a temperature of about 60 ° C to about 200 ° C be applied. Particularly preferably, the application of the Sizing at a mold temperature of about 90 ° C to about 150 ° C. The application of the size can be used as a suspension, Dispersion or paste done. Optionally, the solids content the sizing as freeze-dried material immediately before Application are dispersed directly in a solvent. Preferably, the size is applied as a suspension or dispersion.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Innenseite der Kokille vor Applikation der Schlichte vorbehandelt. Eine übliche Vorbehandlung ist die Reinigung durch Strahlen, beispielsweise mit CO₂, Sand, Glasperlen, Glasbruch, Schmelzkammerschlacke, Korund, Stahlschrot oder Metallkugeln, Bürsten oder Schleifen. Andere Vorbehandlungen umfassen z. B. eine Strukturvorgabe durch Strahlen oder Fräsen sowie den Einsatz von Lasertechnik falls die Beschichtung mittels PVD oder CVD erfolgen soll oder bei Verwendung dünner Sol-Gel-Schichten.In a further preferred embodiment of the present invention, the inside of the mold is pretreated prior to application of the size. A common pretreatment is the cleaning by blasting, for example with CO ₂ , sand, glass beads, glass breakage, melt-chamber slag, corundum, steel shot or metal balls, brushing or grinding. Other pretreatments include e.g. As a structural specification by blasting or milling and the use of laser technology if the coating is to be done by PVD or CVD or when using thin sol-gel layers.

Die Beschichtung, die erfindungsgemäß durch Applikation der Schlichte auf die Innenseite der Kokille und anschließendem Verfestigen erhalten wird, weist eine Dicke von 0,5 μm bis 200 μm, von 1 μm bis 150 μm, 20 μm bis 120 μm oder etwa 80 μm auf. Vorzugsweise beträgt die Dicke der erhaltenen Beschichtung 20 bis 60 μm. Die Isolierwirkung der hergestellten Beschichtung kann durch die Zusammensetzung der Schlichte und die Schichtdicke gezielt gesteuert werden.The Coating according to the invention by application the sizing on the inside of the mold and then Solidification is obtained, has a thickness of 0.5 microns up to 200 μm, from 1 μm to 150 μm, 20 μm to 120 microns or about 80 microns. Preferably the thickness of the resulting coating 20 to 60 microns. The Insulating effect of the produced coating can be achieved by the composition the sizing and the layer thickness are controlled in a targeted manner.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf die erste Kokillenbeschichtung mindestens eine weitere Beschichtung aufgetragen, wobei die Zusammensetzung der mindestens einen weiteren Beschichtung bezüglich der Zusammensetzung der ersten Beschichtung unterschiedlich oder identisch sein kann.According to one another preferred embodiment of the present invention will be at least one more on the first mold coating Coating applied, the composition of at least another coating with respect to the composition the first coating may be different or identical.

Die Verfestigung der durch Applikation der Schlichte erhaltenen Kokillenbeschichtung kann durch Trocknung und gegebenenfalls weiteres thermisches Verdichten erfolgen. Die Trocknung der Beschichtung kann bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur erfolgen, z. B. bei Temperaturen von 80 bis 100°C. Durch eine weitere Temperaturbehandlung kann die Beschichtung weiter verdichtet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform erfolgt die Verfestigung der Beschichtung bei einer Kokillentemperatur von 250 bis 350°C über einen Zeitraum von 1 bis 3 h. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Schlichte bei einer Kokillentemperatur von 90 bis 140°C und dann bei 280 bis 320°C, vorzugsweise etwa 300°C für 1,5 h verfestigt. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform erfolgt die Verfestigung der Beschichtung durch das Einfüllen der Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen in die Kokille. Eine weitere Möglichkeit der Verfestigung besteht in dem Einbrennen und Verfestigen mittels direkter oder indirekter Gasflamme.The Solidification of the mold coating obtained by application of the size can by drying and optionally further thermal compression respectively. The drying of the coating can be at room temperature or at elevated temperature, z. At temperatures from 80 to 100 ° C. By another temperature treatment the coating can be further compressed. In an exemplary Embodiment, the solidification of the coating takes place at a mold temperature of 250 to 350 ° C over a period of 1 to 3 h. In a preferred embodiment the process of the invention is the size at a mold temperature of 90 to 140 ° C and then at 280 to 320 ° C, preferably about 300 ° C for Solidified for 1.5 h. In another exemplary embodiment the solidification of the coating takes place by filling the melt of copper or copper-containing alloys in the mold. A Another possibility of solidification consists in the burn-in and solidifying by means of direct or indirect gas flame.

Ist die Kokille in die Gießvorrichtung eingebaut, kann das Verfestigen der Schlichte zu einer Beschichtung vorzugsweise mittels Durchführung eines Messinggussvorgangs (Eingießen von Messing in die Kokille) oder mittels direkter Wärmeeinwirkung (z. B. Gasbrennen) erfolgen. Ist die Kokille aus der Gießanlage ausgebaut, kann die Verfestigung auch durch Einbringen der Kokillenhälften in einen Ofen verfestigt werden.When the mold is installed in the casting apparatus, the solidification of the size to a coating can preferably be carried out by means of a brass casting process (pouring brass into the mold) or by means of direct heat (eg gas burning). Is the mold out of the caster the solidification can also be solidified by introducing the mold halves in an oven.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Beschichtung, die erfindungsgemäß durch Applikation der Schlichte auf die Innenseite der Kokille hergestellt wird, eine keramische Beschichtung. Die keramische Beschichtung kann z. B. eine Poren- oder Schaumstruktur, eine dichte Struktur, eine glatt-kompakte Struktur oder eine scharfkantige Oberflächenstruktur aufweisen. Die Rauhigkeit R_z der keramischen Beschichtung kann vorzugsweise zwischen 20 μm und 250 μm liegen. Besonders bevorzugt beträgt die Rauhigkeit 50–150 μm. Die Rauhigkeit der Beschichtung kann auch über die Teilchengröße der in der Schlichte enthaltenen anorganischen Oxidteilchen gesteuert werden. Die Rauhigkeit R_z kann mittels des Oberflächenrauhigkeitsprüfgeräts Mitutoyo SJ 201 (Mitutoyo Messgeräte GmbH, Neuss) unter Verwendung des Differential-Induktive-Verfahrens bestimmt werden.According to one embodiment, the coating which is produced according to the invention by application of the size to the inside of the mold, is a ceramic coating. The ceramic coating may, for. B. have a pore or foam structure, a dense structure, a smooth-compact structure or a sharp-edged surface structure. The roughness R _z of the ceramic coating can preferably between 20 .mu.m and 250 .mu.m. The roughness is particularly preferably 50-150 μm. The roughness of the coating can also be controlled by the particle size of the inorganic oxide particles contained in the size. The roughness R _z can be determined by means of the surface roughness tester Mitutoyo SJ 201 (Mitutoyo Messgeräte GmbH, Neuss) using the differential inductive method.

Gemäß einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Kokillenbeschichtung eine Oberflächenstruktur auf, die ein „schaumartiges” Erscheinungsbild zeigt. Diese „Schaumstruktur” hat sich als besonders vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren zum Vergießen von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen erwiesen. Insbesondere werden sehr gute entformende, isolierende und zinkaustragsreduzierende Eigenschaften erhalten.According to one In particular preferred embodiment, the inventive Mold coating has a surface structure that shows a "foamy" appearance. This "foam structure" has especially advantageous for the invention Method for casting copper and copper-containing alloys proved. In particular, very good demoulding, insulating and Zinkaustragreduzierende properties.

Die Temperaturwechselbeständigkeit der erfindungsgemäß vorgesehenen keramischen Beschichtung kann durch Verwendung von plättchenförmigen Partikeln und/oder einem erfindungsgemäßen Bindemittel mit elastischen Eigenschaften erhöht werden. Geeignete plättchenförmigen Partikel bestehen z. B. aus BN, WS₂, MoS₂ oder Schichtsilikaten. Ein Beispiel für ein Bindemittel zur Verbesserung der elastischen Eigenschaften ist Bornitrid.The thermal shock resistance of the ceramic coating provided according to the invention can be increased by using platelet-shaped particles and / or a binder according to the invention having elastic properties. Suitable platelet-shaped particles consist for. B. from BN, WS ₂ , MoS ₂ or phyllosilicates. An example of a binder for improving elastic properties is boron nitride.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Beschichtung, die erfindungsgemäß durch Applikation der Schlichte auf die Innenseite der Kokille hergestellt wird, eine hydrophobe Oberfläche auf. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird vermutet, dass durch den Zusatz von mindestens 1 Gew.-% Polysiloxan die Hydrophobizität der Oberfläche der aus der Schlichte hergestellten Beschichtung erhöht wird. Die Hydrophobizität der erhaltenen Beschichtung kann durch sogenanntes Einbrennen, d. h. Verfestigen der Beschichtung bei erhöhter bzw. geeigneter Temperatur erhöht bzw. verbessert werden. Eine höhere Hydrophobizität der Kokillenbeschichtung führt zu einer schlechteren Benetzbarkeit durch die Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen, und damit zu einer verbesserten Entformung des Gussteils. Zudem wird aufgrund der erhöhten Hydrophobizität der Beschichtung verhindert, dass Wasser in die Beschichtung eindringen kann. Zum Eindringen von Wasser kann es beispielsweise während des Kühlvorgangs der Kokille durch Eintauchen in ein Wasserbad oder Besprühen mit Wasser kommen. Dies führt beim Gussvorgang zu einem schlagartigen Verdampfen des Wassers in den Poren in der Beschichtung (so genannte Mikroexplosionen), was Fehler in der Gussoberfläche und somit einen hohen Ausschuss verursacht. Mikroexplosionen werden z. B. häufig bei graphitbasierten Einmalschlichten beobachtet, da sich die Wassermoleküle zwischen die Graphitagglomerate anlagern können.According to one preferred embodiment, the coating, the according to the invention by application of the size produced on the inside of the mold, a hydrophobic Surface on. Without being tied to any particular theory it is believed that by the addition of at least 1 wt .-% polysiloxane the hydrophobicity of the surface of the Simple manufactured coating is increased. The hydrophobicity the resulting coating can be cured by so-called baking, i. H. Solidifying the coating at elevated or appropriate Temperature can be increased or improved. A higher one Hydrophobicity of Kokillenbeschichtung leads to a worse wettability by the melt of copper or copper-containing alloys, and thus to an improved Removal of the casting. In addition, due to the increased Hydrophobicity of the coating prevents water can penetrate into the coating. For the penetration of water can For example, during the cooling process of Mold by immersion in a water bath or spraying come with water. This leads to a casting process sudden evaporation of water in the pores in the coating (called micro-explosions), causing defects in the casting surface and thus causes a high level of waste. Become micro explosions z. B. often observed in graphite-based disposable sizes, because the water molecules attach between the graphite agglomerates can.

Erfindungsgemäß wird die Kokille vor dem Einfüllen der Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen in die Kokille auf etwa 60°C bis etwa 200°C temperiert. Vorzugsweise erfolgt eine Temperierung der Kokille auf 80 bis 150°C, vorzugsweise auf 90 bis 130°C, mehr bevorzugt auf 110 bis 125°C und besonders bevorzugt auf etwa 120°C vor dem Einfüllen der Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen in die Kokille. Die Temperaturführung hat sich als besonders wichtig für das erfindungsgemäße Verfahren und insbesondere im Hinblick auf die Wiederverwendbarkeit der Kokillenbeschichtung sowie die Kontrolle des Zinkaustrags erwiesen.According to the invention the mold before filling the melt of copper or Copper-containing alloys in the mold at about 60 ° C. tempered to about 200 ° C. Preferably, a temperature control the mold at 80 to 150 ° C, preferably at 90 to 130 ° C, more preferably 110 to 125 ° C, and more preferably to about 120 ° C before filling the melt of copper or copper-containing alloys in the mold. The temperature control has proven to be particularly important for the invention Process and in particular with regard to reusability the Kokillenbeschichtung and the control of Zinkaustrags proven.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Temperierung der Kokille vor dem Einfüllen der Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen in die Kokille an die Eigenschaften der durch Applikation der Schlichte erhaltenen Kokillenbeschichtung angepasst.According to one Another preferred embodiment is the temperature the mold before filling the melt of copper or Copper-containing alloys in the mold to the properties of by application of the size obtained Kokillenbeschichtung customized.

Die Erfinder haben weiterhin festgestellt, dass beim Vergießen von Messing der Zinkaustrag aus der Schmelze vermindert oder vermieden werden kann, wenn die Kokillentemperatur vor dem Einfüllen der Schmelze in einem Bereich von 60°C bis 200°C und bevorzugt 90°C bis 130°C gehalten wird. Durch das genau abgestimmte Kühlen der Kokille kann sowohl deren Standzeit deutlich verlängert als auch der Ausschuss beim Gießen deutlich verringert werden. Zusätzlich kann der Zinkaustrag durch Zusätze im Kühlwasserbad, z. B. Säuren oder Komplexbildner, die Zink auflösen bzw. in Lösung halten, weiter vermindert werden. Eine weitere, zusätzliche Maßnahme zur Verringerung des Zinkaustrags beim Messingguss kann darin bestehen, den Messeranschnitt der Kokille mit einem Steigkanal zu versehen. Die Zinkablagerungen entstehen dann bevorzugt im Steigkanal und beeinflussen die Güte der Oberflächenstruktur des Messinggussteils, wie beispielsweise einer Armatur nicht.The inventors have further found that when casting brass, the zinc discharge from the melt can be reduced or avoided if the mold temperature before filling the melt is in a range of 60 ° C to 200 ° C, and preferably 90 ° C to 130 ° C is held. Precisely coordinated cooling of the mold allows both its service life to be significantly extended and rejects during casting to be significantly reduced. In addition, the zinc discharge by additives in the cooling water bath, z. As acids or complexing agents that dissolve zinc or keep in solution, are further reduced. Another additional measure to reduce the zinc discharge in brass casting may be to provide the knife edge of the mold with a riser. The zinc deposits are then formed preferentially in the riser and do not affect the quality of the surface structure of the brass casting, such as a fitting.

Des Weiteren wurde gefunden, dass durch die niedrige Kokillentemperatur das Gefüge des Messings dichter eingestellt werden kann. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, vermuten die Erfinder, dass die größere Gefügedichte durch das schnellere Abkühlen der eingefüllten Schmelze bewirkt wird, da durch die kürzere Abkühlzeit kleinere Kristallite gebildet werden. Somit kann mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung die Gefügedichte von Gussstücken gezielt gesteuert bzw. optimiert werden.Of Further it was found that by the low mold temperature the structure of the brass can be set closer. Without being bound to a particular theory, the inventors suspect that the larger structure density due to the faster Cooling the filled melt is effected, because of the shorter cooling time smaller crystallites be formed. Thus, by means of the method of the present invention Invention targeted the structure density of castings be controlled or optimized.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass durch die niedrige Kokillentemperatur komplexere und/oder gießtechnisch schwer oder bislang gar nicht realisierbare Geometrien gegossen werden können.One further advantage of the method according to the invention It is that due to the low mold temperature more complex and / or casting technology difficult or previously not feasible Geometries can be poured.

Die Temperierung der Kokille kann mit den im Stand der Technik bekannten Mitteln erfolgen, z. B. durch ein wärmeableitendes Medium wie z. B. Luft, Wasser oder Thermalöl. Beispielsweise ermöglicht die Verwendung eines Peltiér-Elements zur Kühlung die gezielte Einstellung von Temperaturgradienten und Temperaturverteilungen, und so eine Lenkung der Erstarrung der Schmelze sowie das Abfangen von Temperaturspitzen. Eine Temperierung der Kokille kann auch durch Wärmerohre oder eine aktiv gesteuerte Wasserbad- oder Wasserstrahl-Kühlung erzielt werden. Luftkühlung der Kokille kann mittels Anblasen mit Luft oder Trockeneis erfolgen. Es besteht auch die Option, die Kokille entsprechend zu dimensionieren, also das Kokillenmasse-Gusskörperverhältnis so zu wählen, dass die Wärmeabfuhr optimal ist. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Temperierung der Kokille über ein aktiv steuerbares Peltiér-Element und/oder Wasserbad und/oder eine aktiv steuerbare Wasserstrahl-Kühlung. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kokille nach dem eigentlichen Gießvorgang zum Abkühlen in ein Wasserbad überführt und für eine bestimmte Zeit darin belassen. Die Abkühlzeit ist erfindungsgemäß so zu wählen, dass die Kokille vor dem nächsten Gussvorgang auf den erfindungsgemäßen Temperaturbereich gekühlt wird. Alternativ können geeignete Kokillen zwischen Innenseite und Außenseite der Kokille Kühlkanäle zur Kühlung aufweisen, durch die während des Gussvorgangs ein Kühlmittel geleitet wird. Entsprechende Ausführungsformen von kühlbaren bzw. temperierbaren Kokillen sind beispielsweise aus US 4,875,518 oder DE 103 59 066 bekannt und werden insbesondere für Aluminiumgießverfahren eingesetzt.The tempering of the mold can be done by the means known in the art, for. B. by a heat dissipating medium such. As air, water or thermal oil. For example, the use of a Peltier element for cooling allows the targeted adjustment of temperature gradients and temperature distributions, and thus a control of the solidification of the melt and the interception of temperature peaks. A tempering of the mold can also be achieved by heat pipes or an actively controlled Wasserbad- or water jet cooling. Air cooling of the mold can be done by blowing air or dry ice. There is also the option to dimension the mold accordingly, so to choose the Kokillenmasse-cast body ratio so that the heat dissipation is optimal. According to one embodiment, the tempering of the mold takes place via an actively controllable Peltier element and / or water bath and / or an actively controllable water jet cooling. According to another exemplary embodiment of the present invention, after the actual casting process, the mold is transferred to a water bath for cooling and left therein for a certain time. The cooling time is to be selected according to the invention such that the mold is cooled to the temperature range according to the invention before the next casting operation. Alternatively, suitable molds between the inside and outside of the mold may have cooling channels for cooling, through which a coolant is passed during the casting process. Corresponding embodiments of coolable or heatable molds are for example made US 4,875,518 or DE 103 59 066 are known and used in particular for aluminum casting.

Das Einfüllen der Schmelze von Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen kann im Niederdruckguss-Verfahren oder im Gravitationsguss-Verfahren erfolgen.The Filling the melt of copper or copper-containing alloys can be low pressure casting or gravity casting respectively.

Das eigentliche Gießen kann gemäß der vorliegenden Erfindung im so genannten Handguss oder durch übliche Gießautomaten (zum Beispiel Zweier-, Vierer- und Sechser Karussell) erfolgen. Ein typischer Gießvorgang im Automatenguss kann die folgenden Schritte aufweisen:

i) Formfüllung (Dauer: 2–10 Sek.)
ii) Abkühlen und Erstarren (Dauer: 15–60 Sek.)
iii) Kokille öffnen (5–10 Sek.)
iv) Kokille kühlen, beispielsweise durch Wasserbad (Dauer: 5–10 Sek.)
v) ggf. Kokille sprühen bzw. Nachnebeln (Dauer: 10–20 Sek.)
vi) Kern einlegen, Ausblasen und Kokille schließen (Dauer: 15–30 Sek.)

The actual casting can be done according to the present invention in the so-called hand casting or by conventional casting machines (for example, two-, four- and six-carousel). A typical casting process in machine casting may include the following steps:

i) mold filling (duration: 2-10 sec.)
ii) cooling and solidification (duration: 15-60 sec.)
iii) Open mold (5-10 sec.)
iv) cool mold, for example by water bath (duration: 5-10 sec.)
v) If necessary, spray mold or misting (duration: 10-20 sec.)
vi) insert core, blow out and close mold (duration: 15-30 sec.)

Ein typischer Zeitraum für einen Gesamtgießvorgang beträgt je nach Gussteil ca. 50 und 120 Sekunden und typischerweise etwa 70 Sekunden.One typical period for a Gesamtgießvorgang is about 50 and 120 seconds and typically depending on the casting about 70 seconds.

Das Herauslösen des entstandenen Gussteils kann in jeder im Stand der Technik bekannten Weise erfolgen.The Removal of the resulting casting can be done in any Prior art known manner.

BEISPIELEEXAMPLES

Beispiel 1 – Herstellung der Schlichte AExample 1 - Preparation of Simple A

Zur Herstellung der Schlichte A werden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Komponenten in den angegebenen Gew.-%, die sich auf die Gesamtmasse der Schlichte beziehen, eingesetzt. Substanz Gew.-% Aluminiumoxid-Suspension (50 Gew.-% in Wasser) 45,9 bleifreie Frittenmischung (50 Gew.-% in Wasser) (Die Frittenmischung enthält mind. 50 Gew.-% Al₂O₃, bezogen auf den Feststoffgehalt der Fritte, mind. 5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Fritte, B₂O₃, Al₂O₃, hoher Alkaligehalt, Erweichungspunkt: < 500°C) 5,2 Basischer Zirkonoxid-Nanobinder (34 Gew.-% in Wasser); Hersteller ItN Nanovation AG 22,5 Korantin MAT 0,85 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP) 2,06 Deuteron XG (2 Gew.-% in Wasser) 6,95 Phenylmethylsiliconharz-Emulsion (Silres MP42 E) 3,62 Aluminiumtitanat, 0–10 μm mittlere Partikelgröße 2,36 For the preparation of size A, the components listed in the table below are used in the stated% by weight, which relate to the total weight of the size. substance Wt .-% Alumina suspension (50% by weight in water) 45.9 lead free frit mixture (50 wt .-% in water) (The frit mixture containing min. 50 wt .-% Al ₂ O _3, based on the solids content of the frit, at least 5 wt. .-%, based on the solids content of the frit, B ₂ O ₃ , Al ₂ O ₃ , high alkali content, softening point: <500 ° C) 5.2 Basic zirconia nanobinder (34 wt% in water); Manufacturer ItN Nanovation AG 22.5 Korantin MAT 0.85 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) 2.06 Deuterone XG (2 wt% in water) 6.95 Phenylmethylsilicone resin emulsion (Silres MP42 E) 3.62 Aluminum titanate, 0-10 μm mean particle size 2.36

Zur Herstellung der Schlichte werden die Aluminiumoxidsuspension und die Frittenmischung in einem Rührgefäß vorgelegt und 10 Minuten bei 100 U/min gerührt. Anschließend werden Korantin MAT und AMP untergerührt. Der Nanobinder wird bei erhöhter Drehzahl von 130 U/min zugegeben. Bei 170 U/min wird das Aluminiumtitanat binnen 10 Minuten untergerührt, anschließend folgen Silres MP42E sowie das Deuteron XG (2%ige Lösung). Anschließend wird noch einmal 30 Minuten gerührt.to Preparation of the sizing are the alumina suspension and presented the frit mixture in a stirred vessel and stirred for 10 minutes at 100 rpm. Subsequently Korantin MAT and AMP are intervened. The nanobinder is added at an increased speed of 130 rpm. at 170 rpm, the aluminum titanate is stirred in within 10 minutes, followed by Silres MP42E and the deuteron XG (2% Solution). Then it will be another 30 minutes touched.

Beispiel 2 – Herstellung der Schlichte BExample 2 - Preparation of Simple B

Zur Herstellung der Schlichte B werden die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Komponenten in den angegebenen Gew.-%, die sich auf die Gesamtmasse der Schlichte beziehen, eingesetzt. Substanz Gew.-% Aluminiumoxid-Suspension (50 Gew.-% in Wasser) 35,03 i bleifreie Frittenmischung (50 Gew.-% in Wasser) (Die Frittenmischung enthält mind. 50 Gew.-% Al₂O₃, bezogen auf den Feststoffgehalt der Fritte, mind. 5 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Fritte, Al₂O₃, hoher Alkaligehalt, Erweichungspunkt: < 500°C) 2,88 Wasser 5,53 2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP) 1,67 Korantin MAT 0,72 Basischer Nanobinder auf Basis n ZrO₂-(34 Gew.-% in Wasser); Hersteller ItN Nanovation AG 17,59 Aluminiumtitanat, ≤ 10 μm mittlere Partikelgröße 2,36 Bornitrid 4,56 Phenylmethylsiliconharz-Emulsion (Silres MP42 E) 22,53 Wollastonit 2,60 Xonotlite 2,60 Deuteron XG (2 Gew.-% in Wasser) 1,92 For the preparation of size B, the components listed in the table below are used in the stated% by weight, which relate to the total weight of the size. substance Wt .-% Alumina suspension (50% by weight in water) 35.03 i lead-free frit mixture (50% by weight in water) (the frit mixture contains at least 50% by weight Al ₂ O ₃ , based on the solids content of the frit, at least 5% by weight, based on the solids content of the frit, Al ₂ O ₃ , high alkali content, softening point: <500 ° C) 2.88 water 5.53 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) 1.67 Korantin MAT 0.72 Basic nanobinder based on n ZrO ₂ - (34 wt% in water); Manufacturer ItN Nanovation AG 17.59 Aluminum titanate, ≤ 10 μm mean particle size 2.36 boron nitride 4.56 Phenylmethylsilicone resin emulsion (Silres MP42 E) 22.53 wollastonite 2.60 xonotlite 2.60 Deuterone XG (2 wt% in water) 1.92

Zur Herstellung der Schlichte werden die Aluminiumoxid-Suspension, die Frittenmischung und das Wasser in einem Rührgefäß vorgelegt und 10 min bei 85 U/min gerührt. Nach 10 min wird das AMP unter Rühren zugegeben und danach das Korantin MAT untergerührt. Anschließend wird die Drehzahl auf 130 U/min erhöht und der Nanobinder unter Rühren zugegeben. Bei 170 U/min werden zuerst das Aluminiumtitanat und das Bornitrid Hebofill 110 untergerührt, und dann nacheinander jeweils innerhalb von 5 min die Phenylmethylsiliconharz-Emulsion, das Wollastonit MM80 und das Xonotlite Promaxon D. Anschließend wird Deuteron XG mit 170 U/min untergerührt und weitere 30 min nachgerührt. Der Feststoffgehalt der erhaltenen Schlichte betrug 41,8%.to Preparation of the sizing are the alumina suspension, the Fry mixture and the water presented in a stirred vessel and stirred at 85 rpm for 10 minutes. After 10 min, the AMP added with stirring and then the Korantin MAT stirred. Subsequently, the speed is increased to 130 rpm and the nanobinder added with stirring. At 170 rpm first the aluminum titanate and the boron nitride Hebofill 110 intermixed, and then successively within each 5 minutes the phenylmethylsilicone resin emulsion, the wollastonite MM80 and the Xonotlite Promaxon D. Subsequently, Deuterone XG stirred at 170 rev / min and stirred for a further 30 min. The solids content of the resulting size was 41.8%.

Beispiel 3 – Beschichtung einer Kokille mit Schlichte A zur Erzeugung einer SchaumstrukturExample 3 - Coating of a Mold with size A to produce a foam structure

Die Kupferkokille wird zunächst durch Strahlen mit Glasgranulat (150–300 μm) vorbehandelt. Vor der Applikation wurde die Schlichte A für etwa 15 min aufgerührt und dann bei einer Kokillentemperatur von 130°C mit der Spritzpistole SATA-jet HVLP (SATA GmbH & Co. KG) mit einer WSB 1.2–1.4 mm Düse mit einem Sprühdruck von 2 bar auf die Innenseite der Kokille mit einem mäßigen Flachstrahl aufgesprüht. Der Abstand zur Kokillenoberfläche betrug etwa 30 cm und das Aufsprühen erfolgte im doppelten Kreuzgang, um eine Schichtdicke von etwa 30 μm zu erzeugen. Wie die 1 zeigt, weist die so hergestellte Kokillenbeschichtung eine ausgeprägte Schaumstrukur auf.The copper mold is first pretreated by blasting with glass granules (150-300 microns). Before application, the size A was stirred for about 15 minutes and then at a mold temperature of 130 ° C with the spray gun SATA-jet HVLP (SATA GmbH & Co. KG) with a WSB 1.2-1.4 mm nozzle with a spray pressure of 2 bar sprayed onto the inside of the mold with a moderate flat jet. The distance to the mold surface was about 30 cm and the spraying was done in the double cloister to produce a layer thickness of about 30 microns. As the 1 shows, the mold coating thus prepared on a pronounced Schaumstrukur.

Beispiel 4 – Vergießen von Messing unter Verwendung von Schlichte A ohne Temperaturführung bzw. Kühlung der Kokillen (Vergleichsbeispiel)Example 4 - Pouring of brass using size A without temperature control or cooling of the molds (comparative example)

Mehrere Kokillen aus Kupfer wurden aus der Gießmaschine ausgebaut und mit Glasperlen (100 μm bis 350 μm) gestrahlt. Dann wurden die Kokillen mittels eines auf die Außenseite gerichteten Gasbrenners auf Temperaturen zwischen 100 bis 125°C aufgeheizt und anschließend mittels SATA-jet HVLP 3000 WSB (Sprühdruck: 1,5 bar) mit der Schlichte A beschichtet. Nach dem Schlichten wurden die Kokillen in die Gießanlage eingebaut und kühlten bis zu dem ersten Guss auf 50°C ab. Die Schichtdicken betrugen wegen des händigen Auftrags zwischen 20 bis 70 μm. Anschließend wurde die Messingschmelze eingefüllt.Several Molds of copper were removed from the casting machine and blasted with glass beads (100 μm to 350 μm). Then the molds were made by means of one on the outside directed gas burner to temperatures between 100 to 125 ° C. heated up and then using SATA-jet HVLP 3000 WSB (spray pressure: 1.5 bar) coated with size A. After sizing, the molds were installed in the caster and cooled to 50 ° C until the first pour. The layer thicknesses amounted to because of the order between 20 to 70 μm. Subsequently, the Filled with molten brass.

Nach dem ersten Gießzyklus lagen die Kokillentemperaturen zwischen 60 und 110°C. Die Gussteile ließen sich leicht entformen und die Sichtprüfung zeigte eine fehlerfreie Oberfläche. Die Kokillenbeschichtungen wiesen eine gleichmäßig braunschwarze Färbung auf. Stark graue Zinkablagerungen konnten nicht beobachtet werden.To In the first casting cycle, the mold temperatures were in between 60 and 110 ° C. The castings were easy demould and the visual inspection showed a flawless Surface. The mold coatings had a uniform brown-black coloration on. Strongly gray zinc deposits could not be observed.

Nach dem dritten Gießzyklus stiegen die Kokillentemperaturen stark an. Die Gussteile ließen sich schlecht entformen und die Sichtprüfung zeigte zahlreiche Oberflächendefekte. Die Kokillenbeschichtungen hatten sich von braun-schwarz zu grau hin verfärbt, was auf einen starken Zinkaustrag hinweist.To the third casting cycle increased the mold temperatures strong. The castings were difficult to demold and visual inspection showed numerous surface defects. The mold coatings had turned from brown-black to gray discolored, indicating a strong zinc discharge.

Beispiel 5 – Vergießen von Messing unter Verwendung von Schlichte A und Kühlung der KokillenExample 5 - Pouring of brass using size A and cooling the molds

Das Vorbehandeln der Kokillen, die Applikation der Schlichte und das Einfüllen der Messingschmelze erfolgte wie in Beispiel 4 beschrieben.The Pretreating the molds, the application of the sizing and the The molten brass was filled in as in the example 4 described.

Der erste Gießzyklus wurde ohne Kühlung der Kokillen durchgeführt, während in den nachfolgenden Gießzyklen die Kokillen mittels einer Wasserstrahlkühlung gekühlt wurden. Nach dem ersten Gießzyklus lagen die Kokillentemperaturen zwischen 60 und 110°C. Die Kokillentemperatur vor dem Einfüllen der Schmelze wurde bei den nachfolgenden Gießzyklen zwischen 110 und 150°C gehalten. Insgesamt wurden 22 Gießzyklen durchgeführt.Of the first casting cycle was done without cooling the molds performed during subsequent casting cycles cooled the molds by means of a water jet cooling were. After the first casting cycle, the mold temperatures were low between 60 and 110 ° C. The mold temperature before filling the melt was interposed in subsequent casting cycles Kept at 110 and 150 ° C. In total, 22 casting cycles were carried out.

Die Gussteile ließen sich nach jedem Gießzyklus leicht entformen und die Sichtprüfung zeigte eine fehlerfreie Oberfläche. Die Kokillenbeschichtungen wiesen eine gleichmäßig braun-schwarze Färbung auf. Graue Zinkablagerungen konnten nicht beobachtet werden.The Castings became light after each casting cycle demould and the visual inspection showed a flawless Surface. The mold coatings had a uniform brown-black coloration on. Gray zinc deposits could not be observed.

Beispiel 6 – Vergießen von Messing unter Verwendung von Schlichte BExample 6 - Pouring of brass using sizing B

Mehrere in die Gießanlage eingebaute Kokillen aus Kupfer wurden mit einer druckluftbetriebenen Edelstahlbürste gereinigt. Dann wurden die Kokillen mittels eines auf die Außenseite gerichteten Gasbrenners auf Temperaturen zwischen 90 bis 95°C aufgeheizt und anschließend mittels SATA-jet HVLP (Sprühdruck: 2 bar) mit der Schlichte B beschichtet. Die Schichtdicken betrugen zwischen 30 und 55 um. Anschließend wurde die Messingschmelze eingefüllt.Several Copper molds incorporated into the caster were used cleaned with a compressed air powered stainless steel brush. Then the molds were made by means of one on the outside directed gas burner to temperatures between 90 to 95 ° C. heated and then by means of SATA-jet HVLP (spray pressure: 2 bar) coated with the size B. The layer thicknesses amounted between 30 and 55 um. Then the brass melt became filled.

Der erste und zweite Gießzyklus wurde ohne Kühlung der Kokillen durchgeführt, während in den nachfolgenden Gießzyklen die Kokillen mittels einer Wasserstrahlanlage gekühlt wurden. Die Kokillentemperatur vor dem Einfüllen der Schmelze wurde bei den nachfolgenden Gießzyklen zwischen 130 und 150°C gehalten. Insgesamt wurden 8 Gießzyklen durchgeführt.Of the first and second casting cycle was without cooling of the molds performed while in the subsequent Casting cycles the molds by means of a water jet system were cooled. The mold temperature before filling the melt was interposed in subsequent casting cycles Kept at 130 and 150 ° C. In total, 8 casting cycles carried out.

Beispiel 7 – Vergießen von Messing unter Verwendung von Schlichte BExample 7 - Pouring of brass using sizing B

Mehrere Kokillen aus Kupfer wurden ausgebaut und mit Glasperlenstrahlmittel (300–600 μm) gereinigt. Dann wurden die Kokillen mittels eines auf die Außenseite gerichteten Gasbrenners auf 130°C aufgeheizt und anschließend die Schlichte B mittels SATA-jet HVLP (Sprühdruck: 2 bar) in einem Abstand von 20 cm auf die Innenseiten der Kokillen appliziert. Zur Verfestigung der Beschichtung wurde die Kokille im Ofen für 1,5 h hochgeheizt, für 30 min bei 300°C gehalten und danach im Ofen ausgekühlt. Die Schichtdicke betrug zwischen 60 und 70 μm. Anschließend wurde die Messingschmelze eingefüllt, wobei die Messingschmelze eine Temperatur von 1024°C aufwies.Several Molds of copper were removed and glass bead blasting (300-600 μm) cleaned. Then the molds were by means of a directed to the outside gas burner heated to 130 ° C and then the sizing B by means of SATA-jet HVLP (spray pressure: 2 bar) at a distance of 20 cm applied to the insides of the molds. For consolidation of the coating, the mold was heated in the oven for 1.5 h, held for 30 min at 300 ° C and then in the oven cooled. The layer thickness was between 60 and 70 microns. Then the brass melt was filled, wherein the molten brass had a temperature of 1024 ° C.

Der erste Gießzyklus wurde ohne Kühlung der Kokillen durchgeführt, während in den nachfolgenden Gießzyklen die Kokillen durch Wasser mittels eines Eintauchbades gekühlt wurden. Die Kokillentemperatur vor dem Einfüllen der Schmelze wurde bei den nachfolgenden Gießzyklen zwischen 130 und 150°C gehalten. Insgesamt wurden 11 Gießzyklen durchgeführt.Of the first casting cycle was done without cooling the molds performed during subsequent casting cycles the molds cooled by water by means of a dip bath were. The mold temperature before filling the melt was at the subsequent casting cycles between 130 and 150 ° C held. In total, 11 casting cycles carried out.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102005045666 [0008]
WO 03/093195 [0046]
US 4875518 [0074]
- DE 10359066 [0074]

Claims

Method for casting copper and copper-containing alloys, comprising the following steps: a. Providing a mold, b. Application of a size on the inner wall of the mold for producing a coating, wherein the size is at least one inorganic oxide, and a binder includes, c. Solidifying the size to a coating, d. Filling a melt of copper or copper-containing Alloys in the mold, with the mold before filling is heated to 60 ° C to 200 ° C, and e. Removal of the resulting casting from the mold.

The method of claim 1, wherein the size additionally contains at least 1% by weight of polysiloxane, based on the total weight of the size.

A method according to claim 1 or 2, wherein the sizing additionally contains at least 1% by weight, based on the total weight of the sizing, of boron nitride, MoS ₂ and / or WS ₂ .

Method according to the previous Claims, wherein the binder contains nanoscale particles.

Method according to the previous ones Claims, wherein the application of the size as a suspension or dispersion takes place.

Method according to the previous ones Claims, wherein the application of the size in a Mold temperature of 90 to 200 ° C is carried out.

Method according to the previous ones Claims, wherein the solidification of the coating at a mold temperature of 250 to 400 ° C over a period of 1 to 3 hours.

Method according to the previous ones Claims, wherein the solidification of the coating by the filling of the melt of copper or copper-containing Alloys are made in the mold.

Method according to the previous ones Claims, wherein the mold before filling the melt at 80 to 150 ° C, preferably at about 120 ° C. is tempered.

Method according to the previous ones Claims, wherein the obtained coating has a thickness from 1 μm to 150 μm, preferably from 20 to 90 μm.

Method according to the previous ones Claims, wherein the resulting coating has a hydrophobic surface having.

Method according to the previous ones Claims, wherein the temperature of the mold over an actively controllable Peltier element and / or air cooling and / or water bath and / or an actively controllable water jet cooling he follows.

Reusable hydrophobic mold coating, producible from a sizing comprising at least one inorganic Oxide, at least 1 wt .-% polysiloxane, based on the total weight the simple, and a binder.

Coating according to claim 13, wherein the sizing additionally contains at least 1% by weight, based on the total weight of the sizing, boron nitride, MoS ₂ and / or WS ₂ .

Coating according to claim 13 or 14, wherein the polysiloxane is selected from the group comprising polyalkylsiloxane, polyalkylphenylsiloxane, alkylsilicone resin and phenyl silicone resin.

Coating according to claim 13, 14 or 15, wherein the at least one inorganic oxide is selected is from the group comprising alumina, zirconia, aluminum titanate, Wollastonite, xonotlite, zirconium silicate, iron oxide and titanium dioxide.

Coating according to claim 13, 14, 15 or 16, with the coating on the surface has a foam structure.

Comprising mold with extended life a hydrophobic mold coating according to the Claims 13 to 16, wherein the mold in the range of 60 to 200 ° C specifically temperature controlled.

Use of a hydrophobic coating according to Claims 13 to 17 for extending the service life a mold.

Use of the method according to one of claims 1 to 12 for the reduction of Zinkaustrags in Pouring brass.