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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verlängerung
der Standzeit von technischen Oberflächen, insbesondere
von Kokillen, indem eine langzeitstabile abrasions- und temperaturstabile,
flexible nanokeramische Formtrennschicht als dünner Top-Coat
auf eine wasserglasbasierte Grundschlichte in einer Kokille aufgebracht
wird und gemeinsam mit dieser verfestigt wird. Das Verfahren betrifft
das Vergießen von Metallen, insbesondere von Aluminium
und seinen Legierungen durch das Niederdruck- oder Gravitations(Schwerkraft)-gießverfahren
Die oberflächenveredelnde Deckbeschichtung verlängert
die Standzeit der darunter hegenden Oberfläche signifikant.
Sie erlaubt dadurch eine deutlich längere Betriebsdauer
eines damit ausgerüsteten Werkzeugs und steigert somit
die Produktivität und Effizienz des gesamten Gießprozesses.
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Die
Beherrschung der Gießprozesse ist in qualitäts-
und kostengetriebenen Fertigungsprozessen das bestimmende Kriterium.
Dies trifft besonders auf die Fertigung von Komponenten für
die Automobilindustrie mit dem Kokillengießverfahren (Niederdruck
und Gravitationsguss) zu. Prozessschwankungen und Ausfallzeiten
führen hier sowohl in der Qualität als auch in
der Kostenstruktur zu besonders hohen Einbußen.
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Ein
stark von Schwankungen betroffenes Feld sind die Kokillengussschlichten,
die neben der Entformung des Gussteils auch durch ihre Isolierwirkung
und Oberflächenstruktur das Formfüllverhalten
und die Erstarrung der Schmelze wesentlich beeinflussen. Als Schlichte
bezeichnet man dabei die als Schicht bzw. Formtrennschicht aus einer
Suspension applizierten Trennmittel im Metallguss. Schlichten steuern
die Entformung des Gussteils, sorgen für die notwendige
Rauhigkeit und Isolation und schützen das darunter liegende
Metallsubstrat (i. d. R. die aus Werkzeugstahl bestehende Kokille)
vor dem Kontakt mit aggressiver Schmelze.
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Konventionelle
Kokillenschlichten bestehen meist aus einem wässrigen Natrium-
und/oder Kaliwasserglasbinder sowie Füllstoffen wie Eisenoxid,
FeOOH, Quarz, SiO2 (insbesondere Kieselsol),
Aluminiumoxid, Böhmit, Schichtsilikaten (insbesondere Bentonite
oder Vermiculite), Gemischen aus Alkali- und Erdalkalisilikaten,
Zirkonsilikat, Talkum, Aluminatspinellen, und/oder Titandioxid.
Die entformende Wirkung wird durch den Zusatz von Bornitrid, Wolframdisulfid
und/oder Graphit sichergestellt.
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Beim
Kokillengießverfahren (insbesondere für Al und
Mg und deren Legierungen) wird von der Schlichte auch neben der
Trennwirkung sowohl Rauhigkeit als auch Isolierwirkung gefordert.
Die Rauhigkeit ist aus zwei Gründen sehr wichtig. Zum Einen
sorgt sie für gute Fließeigenschaften durch das
Aufreißen der Oxidhäute der Schmelze. Zum Anderen
erwirkt die Rauhigkeit durch das sich bildende Luftpolster zwischen Schlichte
und Schmelze eine extrem hohe Isolierwirkung.
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Bei
den gängigen Wasserglasschlichten wird der Wärmeübergang
zwischen Schmelze und Kokille zum größten Teil
durch dieses rauhigkeitsbedingte Luftpolster gesteuert. Es ist diese
Rauhigkeit, die zwischen 40% und 80% der Isolierwirkung einer Schlichte
hervorruft. Zudem unterstützt die Rauhigkeit die Formentlüftung.
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Während
bei offenen Formen ein Neu- oder Nachschlichten nach dem völligen
Abtragen der Trennschicht erforderlich wird, muss beim Kokillengießen
nachgeschlichtet werden, wenn sich die Rauhigkeit der Schlichte
durch Abrasion lokal oder flächig aufgezehrt hat. Die Schicht
selbst ist dann in großen Teilen noch vorhanden, aber das
ständige Nachschlichten führt zum Schichtdickenaufbau
und schließlich zu Abplatzungen. Spätestens dann
ergibt sich die Notwendigkeit zum Abstrahlen und Neuschlichten.
Dies führt neben teuren Stillstandszeiten zu weiteren Schwankungen
im Prozess und zu einer verringerten Effizienz.
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Die
konventionell zur Verarbeitung von Schmelzen von Metallen und Gläsern
eingesetzte Formtrennschicht hat die Aufgabe, eine Reaktion der
Schmelze mit der Form zu verhindern, den Wärmeübergang
zwischen Schmelze und Oberfläche örtlich zu beeinflussen
sowie eine Trennung zwischen Gussstück und Form beim Abstreifen
von der Oberfläche zu ermöglichen. Darüber
hinaus dürfen Schlichten weder mit der Schmelze noch mit
der Form reagieren. Sie sollen sich einfach mit gleichmäßiger
Schichtdicke auf die konturgebenden Oberflächen auftragen
lassen, an der Oberfläche der Gussteile nicht anhaften
und, sofern sie als Verschleißschlichten aufgetragen werden,
auf den Flächen der Kokillen nicht lokal aufbauen. Weiterhin
darf eine Formtrennschicht nicht mit der Metallschmelze reagieren,
keine Korrosion durch das flüssige Metall zeigen, eine
Reparatur lokaler Beschädigungen zulassen und muss sich
mittels gängigen Beschichtungsverfahren wie Sprühen,
Pinseln, Tauchen, Rollen, Rakeln etc. auftragen lassen.
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Die
marktgängigen Wasserglas-Schlichten können genannte
Idealbedingungen in der Form abbilden. Jedoch verschlechtern sich
mit jedem Guss diese Bedingungen durch Abrieb (Zugstellen) oder
chemischen Angriff durch die Schmelze. So kann das Silizium aus
dem Wasserglas durch das Aluminium der Schmelze ausgetauscht werden,
was zur Zerstörung der Schlichte führt. Diese
Schlichten sind ansonsten auch sehr spröde, neigen zu Abplatzern,
und haben einen systembedingten sehr hohen Siliziumgehalt. Auch
können die entformenden Eigenschaften mit der Zeit nachlassen.
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Das
präzise Einstellen der Prozessparameter wird somit erschwert;
und der rapide Verschleiß führt schnell zur Beeinträchtigung
der Idealeinstellung, zu Verringerung der Rauhigkeit und Isolationswirkung
und in der Folge zu Gussfehlern oder mangelnder Entformung.
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Eine
Stabilisierung der Eigenschaften der wasserglasbasierten Schlichten
durch eine stark erhöhte Standzeit, eine Konservierung
der Entformung, der Rauhigkeit und der Isolationswirkung würde
die Schwankungen im Prozess und somit auch in der Produktqualität
merklich dämpfen.
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Aufgabe und Lösung:
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war es somit, ein Verfahren zur Erhöhung
der Standzeit der beschriebenen Oberflächen insbesondere
von Kokillen bereitzustellen, wobei als Konzept eine dauerhafte
anorganische nanokeramische Formtrennschicht als Top-Coat eingesetzt
wird. Diese Deckschicht wird von Metallschmelzen nicht benetzt,
weist eine hohe mechanische Stabilität auf und kann auf
eine existierende Basisschlichte aus Wasserglasschlichte appliziert
werden. Die Deckschicht muss dabei nur Leistung bzgl. Standzeit und
Entformung erbringen, d. h. Entformung und Schutz der darunter liegenden
Oberfläche muss länger gewährleistet
sein also ohne Deckschicht. Dahingegen sind keine Rauhigkeit und keine
Isolationswirkung notwendig, da dies durch die darunter befindliche
Wasserglasschlichte bereits zur Verfügung gestellt wird.
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Überraschenderweise
wurde nun gefunden, dass die Standzeit einer mit Wasserglasschlichte
ausgerüsteten Kokille signifikant verlängert werden
kann, wenn auf die konventionelle wasserglasbasierte Basisschlichte
eine sehr dünne keramische nanopartikelgebundene entformende
Schicht als Top-Coat appliziert wird und dieses Zweischichtsystem
simultan verfestigt wird. Die nanopartikelgebundene Top-Coat-Schicht zeichnet
sich dabei durch einen hohen Bornitrid- und Aluminiumtitanatgehalt
aus.
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Unter
Top-Coat versteht man dabei die oberste Beschichtungslage in diesem
mehrschichtigen Beschichtungssystem, wobei diese oberste Beschichtungslage
in direktem Kontakt mit der Metallschmelze steht.
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Unter
einer nanopartikelgebunden Schicht bzw. einem nanokeramischen Top-Coat
versteht man eine Zusammensetzung, die mindestens 1% Nanopartikel
enthält, wobei die mittlere Partikelgröße
(D90) der Nanopartikel zwischen 2 nm und
100 nm beträgt. Die Partikelgröße wird
dabei durch Lichtstreuung, elektronenmikroskopische Aufnahmen oder
Röntgendiffraktometrie bestimmt. Als Nanopartikel, die
bei Versinterung als keramischer Binder, funktionieren, kommen insbesondere
Al2O3, AlOOH, ZrO2, oder TiO2 in Frage.
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Die
nanokeramische Deckschicht (Top-Coat) besitzt eine stark erhöhte
Resistenz gegenüber mechanischen, thermischen und chemischen
Belastungen beim Kokillenguss und wirkt somit prozessstabilisierend. Nanopartikelgebundene
keramische Schlichten sind z. B. aus der
DE 10 2005 045 666 A1 oder
der
EP 1486473 B1 der
Anmelderin bekannt.
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Die
Verschleißbeständigkeit bei extrem dünner
Schichtdicke wird dadurch erreicht, dass im Kokillenguss die Rauhigkeit
der unten liegenden konventionellen Wasserglasschlichte mit einem
dünnen Keramikfilm geschützt wird. Dieses Prin zip
stabilisiert weiterhin Isolierwirkung und Oberflächenbeschaffenheit.
In 1 ist das Wirkprinzip der nanokeramischen Beschichtung
für den Kokillenguss als dünne umhüllende
Schutzschicht dargestellt, die die Oberflächenstruktur
der isolierenden Kokillengussschlichte konserviert und die Isolierwirkung
erhält.
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Mit
dem Einsatz von nanokeramischen Beschichtungen als Top-Coat wird
weiterhin die Abrasionsresistenz merklich erhöht. Im Mittel
kann eine verbesserte Standzeit von 300% gegenüber der üblichen
Standzeit angenommen werden. Das ergeben die Resultate aus der Praxis,
wobei auch Werte von 150% und 700% festgestellt wurden.
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Der
Grund für die Verbesserung der Standzeit liegt wahrscheinlich
darin, das: die äußersten Mikrometer der Deckschicht
dem flüssigen Aluminium zugewandt sind und daher bei den
zur Verfügung stehenden ca. 700°C sehr gut versintern
können. Dadurch entsteht eine mechanisch sehr stabile Schicht,
die als Umhüllende die darunter liegende wasserglasbasierte
Schicht schützt und somit die Rauhigkeit und die Isolationswirkung konserviert.
Die Temperatur der Schmelze bewirkt weiterhin eine so feste keramische
Beschichtung, dass das darin eingebettete weiche und entformende
Bornitrid nur sehr langsam abgetragen werden kann und somit seine
entformende Wirkung in sehr vielen Gießzyklen zur Verfügung
stehen kann. Das Bornitrid sorgt weiterhin für eine verbesserte
Elastizität, die die spröden harten Wasserglasschichten
vor Abrasion und Abplatzern schützt.
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Der
Decklack zeichnet sich weiterhin durch einen sehr geringen Silizium-Gehalt
aus und minimiert dadurch einen möglichen chemischen Angriff
durch die Schmelze, da Si4+ durch Al3+ ausgetauscht werden kann, was im Endeffekt
die Zerstörung der Schicht zur Folge hat. Der Decklack
kann weiterhin zum punktuellen Reparieren von Fehlstellen (Nachnebeln)
verwendet werden. Er verbindet sich problemlos mit der noch vorhandenen
Schicht.
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Eine
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren applizierbare
nanokeramische Top-Coat-Schlichte besteht im Wesentlichen aus:
- a) Aluminiumtitanat oder Siliziumnitrid oder
eine Kombination beider Materialien.
- b) einem keramisches Oxydteilchen mit einer Mohsschen Härte > 6, insbesondere Aluminiumoxid
oder Titandioxid oder eine Kombination beider Materialien.
- c) einem anorganischen Binder, der nanoskalige Oxide enthält,
insbesondere nanoskaliges Zirkonoxyd, nanoskaliges Titandioxid,
nanoskaliges Aluminiumoxid, nanoskaliger Böhmit oder nanoskaliges
Aluminiumtitanat, einschließlich aller bekannten Vorstufen.
Besonders bevorzugt werden Mischungen zwischen nanoskaligem Titandioxid
und nanoskaligem Aluminiumoxid oder nanoskaligem Böhmit,
da hier die Neigung von einer Leichtmetallschmelze benetzt zu werden,
sehr gering ist.
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In
einer besonders bevorzugten Form wird optional ein siliziumorganischer
Binder, wie z. B. eine wässrige Emulsionen von Alkylpolysiloxanen
und/oder Alkylsiliconharze und/oder Phenylsiliconharze zugegeben, um
die Verdichtung der erfindungsgemäßen Schicht
bereits frühzeitig zu gewährleisten.
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In
einer weiteren bevorzugten Form wird die Kombination Aluminiumtitanat/Aluminiumoxid
bzw. die Kombination Siliziumnitrid/Aluminiumoxid durch die Zugabe
von BN oder Graphit ergänzt, da neben der Abrasionsstabilität
und der ausgezeichneten Entformungseigenschaften so auch eine Flexibilisierung
der Schicht gewährleistet wird. Die Pulver können
vor ihrem Einsatz in entsprechenden Aggregaten wie Perlmühlen,
Attritoren oder Draismühlen aufgemahlen bzw. dispergiert
werden.
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Die
Beschichtung wird in wässriger Suspension appliziert, dann
verfestigt und besteht im versinterten Zustand besonders bevorzugt
aus:
- a: Al2O3 mit einem Gehalt zwischen 30–70%
und einer Partikelgröße zwischen 0.1 μm
und 10 μm
- b. ZrO2: mit einem Gehalt zwischen 5–30%
und einer Partikelgröße zwischen 5 nm und 500
nm
- c: Polysiloxan mit einem Gehalt zwischen 0.1–10%, bevorzugt
werden Alkylsiloxane oder Alkoxysiloxane sowie Alkylphenylsiloxane
oder Alkoxaphenylsiloxane verwendet.
- d: BN: mit einem Gehalt zwischen 2–25% und einer Partikelgröße
zwischen 0.1 μm und 10 μm
- e: Al2TiO5:
mit einem Gehalt zwischen 2–25% und einer Partikelgröße
zwischen 0.1 μm und 10 μm
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Der
Feststoffgehalt der wässrigen Suspension beträgt
zwischen 10 und 50%, bevorzugt zwischen 20 und 30%. Die oben aufgeführten
Partikel werden dabei entweder als Pulver oder als wässrige
Suspension verwendet. Die optimale Schichtdicke der erfindungsgemäßen
Top-Coat Formtrennschicht liegt zwischen 0.1 μm und 100 μm,
bevorzugt zwischen 1 μm und 30 μm und besonders
bevorzugt zwischen 2 und 20 μm. Die wässrigen
Suspensionen können zur Dispergierung und Homogenisierung über
eine Mühle, insbesondere eine Kugelspaltmühle,
Drais-Mühle Perlmühle oder einen Attritor gelaufen
sein. Der Gehalt an Nanopartikeln in der Schicht beträgt
zwischen 1 und 50%, bevorzugt zwischen 5–25%.
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Die
Beschichtungssuspension kann verdünnt werden, indem mittels
demineralisierten Wassers der ursprüngliche Feststoffanteil
von 40–50% auf z. B. 20 Gew% eingestellt wird. Das zur
Verdünnung verwendete Wasser enthält zweckmäßigerweise
Additive die Sedimentation und Foulingprozesse verhindern können.
Dabei kann es sich um Hydroxypropylzellulose-Derivate mit entsprechenden
Biozid-Additiven (z. B. Acticide MBS Thor Chemie) handeln.
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Unter
der Top-Coat-Formtrennschicht befindet sich bevorzugt mindestens
eine Grundschicht oder ein Primer, bevorzugt ist eine Grundschicht
auf Wasserglasbasis. Prinzipiell ist jede kommerzielle Schlichte
von Herstellern wie Foseco, Acheson, Hüttenes-Albertus,
Schäfer, Aschem, Hohnen, Zypcoatings oder Pyrotek geeignet.
Es sind auch mehrere Grundschichten übereinander möglich,
auf die der Top-Coat appliziert wird. Auch kann in besonderen Fällen
auf jegliche Basisschlichte verzichtet werden.
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Die
Basisschlichte kann auch frei von Wasserglas sein und kann stattdessen
oder ergänzend beispielsweise einen keramischen Binder
und/oder einen Sol-Gel-Binder und/oder einen Glasfrittenbinder beinhalten.
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Die
i. d. R. wässrigen Basisschlichten enthalten in verschiedenen
Partikelgrößen typischerweise Natrium- und/oder
Kaliwasserglasbinder sowie Füllstoffe wie Eisenoxid, FeOOH,
Quarz, SiO2 (insbesondere Kieselsol), Aluminiumoxid,
Böhmit, Schichtsilikaten (insbesondere Bentonite oder Vermiculite),
Gemische aus Alkali und Erdalkalisilikaten, Zirkonsilikat, Talkum,
Aluminatspinellen, und/oder Titandioxid, sowie Bornitrid, Wolframdisulfid
und/oder Graphit. Die Partikelgröße reicht dabei
von wenigen nm bis zu einigen hundert μm.
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Bevorzugt
wird auf eine sandgestrahlte Kokillenoberfläche zuerst
eine Wasserglasschlichte appliziert, auf die nach einer kurzen Trockenzeit
eine dünne Top-Coat Schicht aus Nanokeramik gesprüht
wird. Die Applikationstemperatur bei der Beschichtung beträgt
zwischen 50 und 250°C, bevorzugt zwischen 80 und 190°C. Die
Schichtdicke der Basisschlichte aus Wasserglas beträgt
zwischen 10 μm und 150 μm, bevorzugt zwischen 25 μm
und 100 μm. Die Schichtdicke des nanokeramischen Top-Coats
beträgt zwischen 0.1 μm und 100 μm, bevorzugt
zwischen 2 μm und 20 μm. Wird punktuell auf eine
fehlerhafte Wasserglasschlichte nachträglich im Gießprozess
am Gießplatz beschichtet, ist dies zwischen 90°C
und 550°C Kokillentemperatur möglich.
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Dieses
Zweischichtsystem aus Wasserglasbasisschicht und Nanokeramik-Decklack
wird nach Trocknen und vor dem Einsatz simultan bei Temperaturen
bis 550°C verfestigt. Bevorzugt wird bei 400°C
für zwei Stunden in einem Kammerofen verfestigt, es ist
jedoch auch Verfestigung durch eine direkte oder indi rekte Beflammung
sowie jede andere Heizmethode (elektrisch, IR, Induktion, etc) möglich.
Durch diese Temperaturbehandlung wird durch Sinter- und Kondensationsvorgänge
eine feste Schichtstruktur sichergestellt. Organische Reste der
Ausgangsstoffe sowie organische Prozessadditive (Stellmittel, Entschäumer,
Verlaufsmittel, Anti-Krater Additive) werden pyrolisiert.
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Ein
irreversibler Farbumschlag durch einen temperaturempfindlichen organischen
Farbstoff in der Beschichtungssuspension weist darauf hin, dass
die zur Versinterung notwendige Temperatur erreicht wurde. Hierzu
wird der Beschichtung ein z. B. blauer, organischer Farbstoff zugesetzt,
der bei 370°C irreversibel zerstört wird. Dies äußert
sich in einer Entfärbung des Coatings. Eine blaue Einfärbung
des Coatings hat beim Auftrag darüber hinaus den Vorteil,
dass die Schichtdicke kontrolliert werden kann und durch die Farbe
eine Unterscheidung vom Untergrund sehr gut möglich ist.
Auch das Nachnebeln bei geöffneter Kokille wird dadurch
erleichtert.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die nanokeramische
Deckschicht direkt auf eine metallische sandgestrahlte Oberfläche
im Grundauftrag appliziert. Dabei beträgt die bevorzugte
Temperatur zwischen 60°C und 110°C, besonders
bevorzugt zwischen 70°C und 90°C.
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Als
Substrate kommen Metalle, insbesondere Werkzeug- und Edelstähle,
Chrom-Nickel-Stähle oder Chrom-Molybdän-Stähle,
sowie Aluminium, Titan, Eisen Kupfer, Chrom, Gusseisen, Stahlguss,
Kesselstähle, aber auch Keramiken, Silikate, oder Feuerfestmaterialien
in Frage.
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Das
beschriebene Top-Coat System erfordert, wie bereits erwähnt,
i. d. R. den Einsatz einer Basisschlichte, um Isolierwirkung und
Rauhigkeit zu erzeugen, aber auch um einen Haftvermittlereffekt
sicherzustellen. Auf blankem Metall ist die Haftung des Top Coat
Systems bei hoher Kokillentemperatur gut; die Haftung auf einer
anderen Schlichte ist jedoch deutlich besser und bevorzugt. Auf
eine bestehende Schlichte kann bis 550°C aufgenebelt werden.
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Die
zu beschichtende Kokille muss vor ihrem Einsatz sorgfältig
gesäubert und gestrahlt werden. Als Strahlgut können
gängige Materialien wie Schmelzkammerschlacke, Sand, Korund,
Glasbruch oder auch Glasperlen verwendet werden. Die durch das Strahlen
erzielte Rauhtiefe bestimmt das Luftpolster zwischen Schlichte und
Schmelze und dadurch das Isolationsverhalten; je rauer gestrahlt
wird, umso besser ist die Isolierwirkung. Typische Rz werte
für die Rauhigkeit liegen zwischen 5 μm und 100 μm.
Alternativ oder ergänzend zum Sandstrahlen kann durch Einfräsen
eine permanente Strukturierung der Kokillenoberfläche erreicht
werden. Diese Strukturierung wirkt sich ebenfalls positiv auf die
Isolationswirkung aus.
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Nahezu
alle metallischen und mineralischen Substrate, die vor aggressiven
Schmelzen geschützt werden müssen und zudem hervorragende
Trennwirkung leisten müssen, können mit einem
nanokeramischen Produkt beschichtet werden. Hierzu gehören
metallische Oberflächen wie Kokillen oder andere Werkzeuge, aber
auch Feuerfestsubstrate wie Rinnen, Schöpflöffel, Öfen
etc.
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Die
Standzeit üblicher Schlichten kann mit der beschriebenen
Deckschicht um einen Faktor 1,5 bis 7 erhöht werden. Die
spezifische Standzeitverlängerung hängt von einigen
Faktoren, wie Geometrie der Kokille, Konstruktion und Wandstärke
des gegossenen Teils, Temperatur und Zusammensetzung der verwendeten
Legierungen, Zugstellen beim Öffnen der Kokillen, sowie
der Temperatur der Kokille ab. Auch der Binder und die Inhaltsstoffe
von Sandkernen, die zur Ausbildung von Hohlräumen im Gussteil
benötigt werden, können durch mögliche
Kondensatbildung die Standzeit des Beschichtungssystems beeinflusse.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt im Niederdruck-
oder Gravitationsguss eingesetzt, besonders bevorzugt bei der Verwendung
von Kokillen als Gießform. Die Form kann dabei Sandkerne
beinhalten, die z. B. mittels Aminen und Phenolharzen gebunden sind.
Die Metalle, die mit erfindungsgemäßem Verfahren
gegossen werden können, umfassen alle Nichteisenmetalle;
bevorzugt sind Aluminium, Zink, Zinn, Magnesium, Blei, Kupfer und
entsprechenden Legierungen. Als Legierungsbestandteile sind Eisen,
Silizium, Magnesium, Titan, Aluminium bevorzugt.
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Beispiele:
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Beispiel 1:
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Herstellung des Beschichtungsschlickers
| Komponente | Anteil
[%] |
| Al2O3 [50%ige Suspension] | 49,30% |
| Al2TiO5 | 5,66% |
| BN-Suspension
[40%ige Suspension] | 14,35% |
| nano-ZrO2 [35,5%ige Suspension] | 19,04% |
| Korantin
MAT | 0,84% |
| AMP
(2-Amino-2-methyl-1-propanol) | 2,00% |
| Deuteron
XG [2%ige Suspension] | 5,11% |
| Polysiloxan | 3,30% |
| Dye
Blue (blauer Farbstoff] | 0,40% |
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49.3
g einer Al2O3-Suspension
[50 Gew% in Wasser] werden in einem Rührgefäß vorgelegt
und 10 Minuten gerührt. Nach ca. 5 Minuten gibt man 5.66
g pulverförmiges Al2TiO5 dazu und rührt dieses ein, bis
das Pulver homogen verteilt ist.
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14.35
g einer BN-Suspension [40 Gew% in Wasser] werden anschließend
dazugeben und für ca. 10 min untergerührt. Anschließend
werden 19.04 g einer basischen nano-ZrO2 Suspension
[35.5 Gew% in Wasser] hinzugegeben und 5 min nachgerührt.
Danach wird Korantin MAT und AMP untergerührt.
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Anschließend
wird Deuteron XG [2 Gew% in Wasser] als Stellmittel zugesetzt und
weitere 30 min nachgerührt. Das in Form einer Emulsion
eingesetzte Polysiloxan wird danach innerhalb von 5 min untergerührt.
Zum Schluss gibt man als blauen Farbstoff Dye Blue (Hersteller:
ASK) zu der Suspension hinzu und rührt solange nach bis
eine homogene Farbe erzielt wird.
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Nach
Versinterung hat die Beschichtung typischerweise folgende Zusammensetzung:
| Verbindung | Al2O3 | ZrO2 | Polysiloxan: | BN: | Al2TiO5 |
| Gehalt | 55% | 15% | 1% | 15% | 14% |
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Beispiel 2:
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In
einer Leichtmetallgießerei für Aluminiumräder
wird eine Kokille vorbereitet, indem diese sandgestrahlt und auf
150°C in einem Ofen vorgewärmt wird. Auf die geöffnete
Kokille wird im Kokillenvorbereitungsstand eine kommerzielle Wasserglasschlichte
(Hersteller Foseco) mit einer mittleren Schichtdicke von 50 μm aufgesprüht.
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Auf
die Wasserglasschlichte wird die Zusammensetzung, hergestellt nach
Beispiel 1, aufgesprüht. Die Kokillentemperatur beträgt
weiterhin 150°C. Bevorzugt wird mit einer Niederducksprühpistole
z. B. einer Satajet Fließbechersprühpistole bei
einem Sprühdruck von 3 bis 6 bar gearbeitet. Der Sprühabstand
zum Substrat sollte dabei ca. 30 cm betragen. Es wird im Kreuzgang
gesprüht und eine Schichtdicke von 10 μm zusätzlich auf
die Basisschlichte aufgebracht. Nach 15 Minuten wird die mit diesem
Zweischichtsystem ausgerüstete Kokille bei 400°C
für zwei Stunden in einem Ofen verfestigt, wobei der blaue
Farbstoff des Decklacks zerstört wird und eine weißlich-gelbe
Oberfläche erhalten wird.
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Die
Kokille wird nach Aufheizen in eine Niederdruckgießmaschine
eingebaut und es werden anschließend Leichtmetallfelgen
im Schichtbetrieb gegossen. Im Vergleich zu einer reinen Wasserglasschlichte
konnte in dieser Gießerei die Standzeit der Kokille von
3 auf 6 Tage verdoppelt werden.
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Beispiel 3:
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Von
einem Aluminium-Zylinderkopf werden in einer Automobilgießerei
im Schwerkraftguss je Woche im Schnitt 750 Zylinderköpfe
pro Kokille hergestellt. Bei Verwendung einer reinen Wasserglasschlichte
muss die Kokille in der Regel nach 300 Teilen abgestrahlt werden,
so dass eine kontinuierliche Produktion des Zylinderkopfes nicht
möglich ist.
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Bei
Verwendung einer Deckschlichte und eines Verfahrens wie in Beispiel
1 und 2 beschrieben, konnte mehr als eine Woche kontinuierliche
Produktion mit einem Ausstoß von 750 Teilen erzielt werden.
Die Beschichtung war anschließend immer noch in gutem und
funktionsfähigem Zustand.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005045666
A1 [0016]
- - EP 1486473 B1 [0016]