DE102014018162A1

DE102014018162A1 - Cleaning process to extend the life of release coatings in non-ferrous metal casting

Info

Publication number: DE102014018162A1
Application number: DE102014018162.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Hofmann; Stefan Faber; Michael Hanisch
Original assignee: Ceranovis GmbH
Current assignee: Ceranovis GmbH
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Verlängerung der Standzeit von Trennmittelbeschichtungen im NE-Metallguss. Bei diesem Verfahren wird während des Gießprozesses z. B. beim Messingguss in regelmäßigen Abständen eine wäßrige Lösung einer Carbonsäure und/oder eines Komplexierungsmittels auf die Kokillenoberfläche aufgesprüht. Diese Verbindung löst bzw. komplexiert das beim Gießprozes ausgeschiedende metallische Zink und entfernt es dadurch von der mit Trennmittel versehenen Kokillenoberfläche. Dadurch erfährt die Trennmittelbeschichtung eine deutlich längere Standzeit, da es nicht zur Verklebung des Zinks mit der eigentlichen Gießlegierung zB Messing während des Gießvorgangs kommen kann.A method for extending the life of release coatings in nonferrous metal casting is described. In this process, during the casting process z. B. in brass casting at regular intervals an aqueous solution of a carboxylic acid and / or a complexing agent sprayed onto the mold surface. This compound dissolves or complexes the metallic zinc which has precipitated during the casting process and thereby removes it from the mold surface provided with release agent. As a result, the release agent coating experiences a significantly longer service life, since it can not come to bond the zinc with the actual casting alloy, for example brass during the casting process.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren mit dem die Standzeit von Trennmittelbeschichtungen auf permanenten Gussformen im NE-Metallguss (NE = Nicht-Eisen) deutlich verlängert werden kann. Die Prozesstabilität wird erhöht und die Gesamtproduktivität wird verbessert.The present invention relates to a cleaning method with which the life of release coatings on permanent molds in non-ferrous metal casting (NE = non-ferrous) can be significantly extended. Process stability is increased and overall productivity is improved.

Problemstellung:Problem:

Beim Guss von Nicht-Eisen Metallen mit permanenten Formen (Kokillen), insbesondere im Messing- und Zinkguss, wird bei den beiden gängistgen Verfahren, Gravitationsguss und Niederdruckguss, in der Regel mit Graphit als entformendem Einmaltrennmittel gearbeitet. Der Graphit sorgt dabei für eine gute Formfüllung und dient gleichzeitig als schmierendes Entformungsmittel, das die problemlose Entnahme des Gießteils beim Öffnen der Kokille gewährleistet.In the casting of non-ferrous metals with permanent molds (molds), especially in brass and zinc casting, the two common methods, gravity casting and low pressure casting, usually work with graphite as demolding one-way release agent. The graphite ensures a good mold filling and also serves as a lubricious mold release agent, which ensures the trouble-free removal of the casting when opening the mold.

Der Graphit wird im Gießverfahren dabei entweder direkt auf die Kokille aufgesprüht oder als dauerhafter Zusatz im zweistelligen %-Bereich in das Kühlwasser beaufschlagt, in das die Kokille nach jedem Gießvorgang eingetaucht wird.In the casting process, the graphite is either sprayed directly onto the mold or, as a permanent additive in the double-digit% range, it is charged into the cooling water into which the mold is immersed after each casting operation.

Dieses Verfahren hat jedoch gravierende Nachteile:
Die Standzeit ist sehr gering und beträgt typischerweise nur einen Gießvorgang. Dies füht zu hohem Graphitverbrauch und auch zu hohen Entsorgungskosten für die entstehenden größeren Mengen an Graphit-Wasser Suspensionen.However, this method has serious disadvantages:
The service life is very low and is typically only one casting process. This leads to high graphite consumption and also to high disposal costs for the resulting larger amounts of graphite-water suspensions.

Neben seiner als unangenehm und schmutzig empfundenen schwarzen Farbe und Omnipräsenz in der Gießerei, ist die Leitfähigkeit des Graphit auch ein Problem, da immer wieder Kurzschlüsse auftreten können, wenn der Graphit auf entsprechenden Maschinenteilen landet.In addition to its perceived as unpleasant and dirty black color and omnipresence in the foundry, the conductivity of the graphite is also a problem because short circuits can occur again and again when the graphite lands on appropriate machine parts.

Ein weiteres Problem liegt darin, dass es Gießteile gibt, die sich mit dem wärme- und elektrischleitenden Graphit nur mit hohen Ausschussquoten gießen lassen, da sich viele Risse und Lunker beim Gießen bilden können und die Formfüllung nur suboptimal bewerkstelligt werden kann.Another problem is that there are castings that can be cast with the heat and electrically conductive graphite only with high reject rates, as many cracks and voids can form during casting and mold filling can be accomplished only suboptimal.

Aus vorgenannten Gründen gibt es daher einen zunehmend stärker werdenden Bedarf an langzeitstabilen Trennmitteln für den NE-Metallguss von Messing und Zink. Solche wäßrigen Trennmittelcoatings auf keramischer Basis und ihre Anwendungen sind in den Anmeldungen DE 10 2005 045 666 und DE 10 2008 026 535 beschrieben. Sie sind aus einem Binder aufgebaut (nanoskaliges Oxid, Wasserglas, Siloxan oder ein Glas), enthalten Füllstoffe (wie Aluminumoxid, Zirconoxid, Titanate, Sililkate etc) und entformende Aktivkomponenten wie hexagonales Bornitrid oder ein Schichtsilikat. Sie werden durch Sprühen appliziert und verfestigen während des Gießvorgangs. Sie verlängern die Standzeit, z. B. beim Kupfer- oder Messingkokillenguss deutlich und steigern diese auf ca. 15–20 Gießvorgänge.For the above reasons, there is therefore an increasingly strong demand for long-term stable release agents for non-ferrous metal casting of brass and zinc. Such aqueous ceramic release coatings and their applications are in the applications DE 10 2005 045 666 and DE 10 2008 026 535 described. They are made of a binder (nanoscale oxide, water glass, siloxane or a glass), contain fillers (such as aluminum oxide, zirconium oxide, titanates, silicate cates etc) and demolding active components such as hexagonal boron nitride or a layered silicate. They are applied by spraying and solidify during the casting process. They extend the service life, z. As the copper or Messingkokillenguss significantly and increase this to about 15-20 casting operations.

Der Vorteil der langzeitstabilen Trennmittelcoatings wird jedoch durch nachfolgend geschildertes Problem geschmälert:
Mit fortschreitender Anzahl der Gießvorgänge und Erreichen einer kritischen Sättigungsgrenze baut sich auf der Trennmittelbeschichtung ein grau/gelber metallischer Film auf, der aus aus der Schmelze abgeschiedenem und entsprechend kondensiertem Zink besteht. Dieses Zink verdampft nachfolgend, reagiert mit dem Messing bei den nächsten Gießvorgängen und beeinträchtigt massiv die Formfüllung und die Formentleerung nach dem Guss. Auch ist die generelle Lebensdauer der Trennmittelbeschichtung stark eingeschränkt. Ein „Nachnebeln” der Trennmittelbeschichtung zur Wiederherstellung der Eigenschaften wird durch das ausgeschiedene Zink ebenfalls beeinträchtigt, da keine ausreichende Haftung zum Untergrund erreicht werden kann.The advantage of the long-term stable release coatings, however, is diminished by the following problem:
As the number of castings increases and a critical saturation limit is reached, a gray / yellow metallic film consisting of melt deposited and correspondingly condensed zinc builds up on the release coating. This zinc subsequently evaporates, reacts with the brass in the next casting operations, and severely impairs mold filling and mold evacuation after casting. Also, the general life of the release coating is severely limited. A "fogging" of the release agent coating to restore the properties is also affected by the precipitated zinc, since sufficient adhesion to the substrate can not be achieved.

Beim Graphit scheidet sich zwar auch Zink aus, durch die regelmäßige Erneuerung des Graphitfilms und das Eintauchen im Wasserbad, befindet sich jedoch das Zink nicht auf der Kokillenoberfläche und stört den Prozess somit nicht.Although zinc precipitates in the graphite, the regular renewal of the graphite film and immersion in a water bath, the zinc is not on the mold surface and thus does not interfere with the process.

Gesucht wurde somit eine Lösung, mit der die Standzeit der in DE 10 2005 045 666 und DE 10 2008 026 535 beschriebenen Trennmittelbeschichtungen, signifikant verlängert werden kann.Thus, a solution was sought, with which the service life of the in DE 10 2005 045 666 and DE 10 2008 026 535 described release coatings, can be significantly extended.

Lösung:Solution:

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass durch das Aufsprühen einer wäßrigen Lösung einer verdünnten Carbonsäure oder eines Komplexierungsagens (im nachfolgenden bezeichnet als Reinigungsmittel) direkt auf die warme Kokille, das Entfernen des Zinkbelags erreicht wird und somit eine siginifikante Verlängerung der Standzeit des Gesamtsystems erzielt werden kann.Surprisingly, it has now been found that the removal of the zinc coating is achieved by spraying an aqueous solution of a dilute carboxylic acid or a complexing agent (hereinafter referred to as detergent) directly on the hot mold, and thus a siginifikante prolonging the life of the entire system can be achieved.

Prozesstechnisch geht man dabei so vor, dass nach der Applikation eines Trennmittelsystems gemäß DE 10 2005 045 666 oder DE 10 2008 026 535 und entsprechendem Anguss, in regelmäßigen Abständen alle 5–10 Gießvorgänge die wäßrige Lösung der Carbonsäure bzw. des Komplexierungsagens auf die warme Kokille aufgesprüht und anschließend die besprühte Kokille in das Wasserbad der Gießmaschine eingetaucht wird. Das Aufsprühen führt zum instantanen Auflösen bzw. Komplexieren des Zinks und das Waschen im Wasserbad wäscht die Kokillenoberfläche wieder entsprechend sauber.In terms of process technology, the procedure is such that after the application of a release agent system according to DE 10 2005 045 666 or DE 10 2008 026 535 and appropriate sprue, sprayed at regular intervals every 5-10 casting operations, the aqueous solution of the carboxylic acid or the complexing agent on the hot mold and then the sprayed mold is immersed in the water bath of the casting machine. The spraying leads to the instantaneous dissolution or complexing of the zinc and the washing in a water bath The mold surface washes accordingly clean again.

Alternativ kann die Carbonsäure bzw. das Komplexierungsagens direkt in das Wasserbad gegeben wird, so dass jedes Eintauchen im Wasserbad die mit Zink beaufschlagte Kokillenoberfläche reinigt.Alternatively, the carboxylic acid or complexing agent may be added directly to the water bath so that each immersion in the water bath cleans the mold surface exposed to zinc.

Bevorzugt kommen wasserlösliche Carbonsäuren zum Einsatz, insbesondere mehrwertige Carbonsäuren mit mehreren Carboxylgruppen und/oder Carbonsäuren mit mindestens einer Hydroxylgruppe.Preference is given to using water-soluble carboxylic acids, in particular polybasic carboxylic acids having a plurality of carboxyl groups and / or carboxylic acids having at least one hydroxyl group.

Besonders bevorzugt sind folgende Carbonsäuren: Essigsäure, Oxalsäure, Zitronensäure, Isozitronensäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Äpfelsäure, Glycolsäure, Mandelsäure, Weinsäure, Milchsäure und Bernsteinsäure.Particular preference is given to the following carboxylic acids: acetic acid, oxalic acid, citric acid, isocitric acid, fumaric acid, maleic acid, malic acid, glycolic acid, mandelic acid, tartaric acid, lactic acid and succinic acid.

Als Komplexierungsagentien sind folgende Verbindungen bevorzugt: EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) und EDTA-Salze vor allem Na und Ca, Nitrilotriessigsäure (NTA), Ethylenglycol-bis(aminoethylether)-N,N'-tetraessigsäure (EGTA) Ethylendiamindibernsteinsäure (EDDS), Polycarboxylate, sowie eine Lösung von Phosphonaten insbesondere 1-Hydroxyethan-(1,1-diphosphonsäure (HEDP), Aminotrimethylenphosphonsäure, Amino-tris(methylenphosphonsäure), Nitrilotris(methylenphosphonsäure), Diethylentriaminpenta(methylenphosphonsäure, auch als Na-Salz, Ethylendiamintetra(methylenphosphonsäure) auch als Na-Salz.As complexing agents, the following compounds are preferred: EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) and EDTA salts especially Na and Ca, nitrilotriacetic acid (NTA), ethylene glycol bis (aminoethyl ether) -N, N'-tetraacetic acid (EGTA) ethylenediamine disuccinic acid (EDDS), polycarboxylates, and a solution of phosphonates, in particular 1-hydroxyethane- (1,1-diphosphonic acid (HEDP), aminotrimethylenephosphonic acid, amino-tris (methylenephosphonic acid), nitrilotris (methylenephosphonic acid), diethylenetriaminepenta (methylenephosphonic acid, also as sodium salt, ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid) also as Na -Salt.

Auch Mischungen verschiedener Säuren und Komplexierungsmittel sind möglich.Also mixtures of different acids and complexing agents are possible.

Als Lösungsmittel wird Wasser bevorzugt.As the solvent, water is preferred.

Die Konzentration an Säure bzw. Komplexierungsmittel im Wasser beträgt zwischen 0.1 und 50 Gew%, bevorzugt zwischen 1 und 25%, besonders bevorzugt zwischen 2 und 15 Gew%.The concentration of acid or complexing agent in the water is between 0.1 and 50% by weight, preferably between 1 and 25%, particularly preferably between 2 and 15% by weight.

Die Temperatur der Kokille, auf die das Reinigungsmittel appliziert wird, beträgt zwischen 40° und 300°C, insbsondere zwischen 140° und 230°C.The temperature of the mold to which the cleaning agent is applied is between 40 ° and 300 ° C, in particular between 140 ° and 230 ° C.

Das Reinigungsmittel kann zusätzlich Hilfsstoffe enthalten, wie ein Korrosionsschutzmittel (0.01–10 Gew%), ein Stellmittel/Verdicker zur besseren Sprühapplikation (0.01–5%), einen Filmbildner (0.01–5%), ein Antkratermittel (0.01–2%), einen Entschäumer (0.01–2%), einen Farbstoff (0.1–5 Gew%) sowie einen Duftstoff. (0.01–1 Gew%).The cleaning agent may additionally contain auxiliaries, such as a corrosion inhibitor (0.01-10% by weight), an adjusting agent / thickener for better spray application (0.01-5%), a film former (0.01-5%), a Antkratermittel (0.01-2%), a defoamer (0.01-2%), a dye (0.1-5% by weight) and a fragrance. (0.01-1 wt%).

Das Verfahren kann beim Niederdruck- oder beim Gravitationsguss verwandt werden. Es betrifft besonders Messing und Zink, aber auch alle NE-Legierungen, in denen Zink als Legierungsbestandteil beigemengt ist. Auch Zinn und Blei und ihre Legierungen können mit dem Verfahren gegossen werden.The method can be used in low-pressure or gravity casting. It particularly affects brass and zinc, but also all non-ferrous alloys in which zinc is added as an alloying constituent. Tin and lead and their alloys can also be cast by the process.

Beispiel 1:Example 1:

In einer Messinggießerei, in der Sanitärbauteile gefertigt werden, wird mit einer einarmigen Gießmaschine im Gravitationsguss gegossen. Auf die an der Gießmaschine befestigte Kokillengießform aus einer Kupferlegierung, wird eine wäßrige Trennmittelbeschichtung aufgebracht, die aus hexagonalem Bornitrid, Füllstoffen sowie einem Bindersystem (gemäß DE 10 2005 045 666 und DE 10 2008 026 535 ) besteht. Die Kokille wird zwischen 130°C und 250°C betrieben und zwischen den Gießvorgängen immer wieder in einem Wasserbad aus demineralisiertem Wasser abgekühlt. Die Beschichtung auf der Kokille hat per se eine Lebensdauer von ca. 15 Guss, bis sie abgestrahlt und erneuert werden muss. Grund für die verringerte Standzeit ist, dass ab dem ca. 10. Guss das Auftreten eines grauen/gelben Films auf der Beschichtung beobachtet wird, was auf die Abscheidung von Zink aus dem Messing zurückzuführen ist. Ab dem ca. 15. Guss hat sich soviel Zink aufgebaut, dass es beim Gießvorgang zum Verschmelzen mit dem flüssigen Messing kommt, so dass keine Entformung mehr statffindet. Die Beschichtung muss dann normalerweise entfernt werden.In a brass foundry, in which sanitary components are manufactured, is poured with a one-armed casting machine in the gravity casting. On the attached to the casting mold die casting from a copper alloy, an aqueous release coating is applied, which consists of hexagonal boron nitride, fillers and a binder system (according to DE 10 2005 045 666 and DE 10 2008 026 535 ) consists. The mold is operated between 130 ° C and 250 ° C and repeatedly cooled between the casting in a water bath of demineralized water. The coating on the mold has per se a life of about 15 casting until it has to be blasted and renewed. The reason for the reduced service life is that from the approx. 10th casting the appearance of a gray / yellow film on the coating is observed, which is due to the deposition of zinc from the brass. From the approx. 15th casting, so much zinc has built up that during the casting process it melts with the molten brass so that no demoulding takes place. The coating must then normally be removed.

Sprüht man nun ab dem ca. 10. Gießvorgang (beim ersten Sichtbarwerden einer Verfärbung) und danach alle ca. 10 Gießvorgange eine wäßrige Lösung von 10% Zitronensäure (Reinigungsmittel) auf die warme Kokille, wird das Zink direkt und deutlich sichtbar aufgelöst. Nach Eintauchen in das Wasserbad ist keine grau/gelbe Färbung mehr zu erkennen und es kommt nachfolgend nicht mehr zum Verkleben mit flüssigem Messing und somit zu einer deutlichen Standzeitverlängerung. Wird alle ca. 10 Guss so gereinigt, steigt die gesamte Standzeit des Systems von ca. 15 Schuss auf ca. 100 Guss bis zur Neubeschichtung.If you spray now on the approx. 10 casting process (the first appearance of a discoloration) and then every 10 casting an aqueous solution of 10% citric acid (detergent) on the hot mold, the zinc is dissolved directly and clearly visible. After immersion in the water bath no gray / yellow color is more visible and it comes in the following no longer sticking with liquid brass and thus to a significant service life extension. If all 10 castings are cleaned in this way, the total service life of the system increases from approx. 15 rounds to approx. 100 castings until the new coating.

Beispiel 2:Example 2:

Es handelt sich um die gleichen Annahmen wie bei Beispiel 1, mit dem Unterschied, dass das Wasserbad selbst aus einer 5%igen EDTA-Lösung besteht und das Reinigungsmittel somit nicht separat aufgesprüht werden muss.These are the same assumptions as in Example 1, with the difference that the water bath itself consists of a 5% EDTA solution and therefore the cleaning agent does not have to be sprayed on separately.

Auch hier beobachtet man eine Standzeitverlängerung auf 95 Abgüsse bei regelmäßiger Reinigung alle 10 Schuss.Here, too, a service life extension to 95 casts is observed with regular cleaning every 10 shots.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005045666 [0007, 0010, 0012, 0023]
DE 102008026535 [0007, 0010, 0012, 0023]

Claims

Method for extending the life of release coatings in non-ferrous metal casting, in which a cleaning agent is applied to the release coating of the mold.

Process according to Claim 1, in which the cleaning agent consists of an aqueous solution of a carboxylic acid and / or a complexing agent

Process according to Claim 1, in which the concentration of the carboxylic acid and / or of the complexing agent is between 0.1 and 50%,

A method according to claim 1, wherein the cleaning agent is applied to the mold by spraying or dipping.