DE1433993A1

DE1433993A1 - Bindemittel fuer Giessereiformstoffe

Info

Publication number: DE1433993A1
Application number: DE19631433993
Authority: DE
Inventors: Schneider Dipl-Chem Hans
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1963-11-15
Filing date: 1963-11-20
Publication date: 1968-12-05
Also published as: US3326269A; CH412206A; NL302366A; BE655669A; SE316871B

Description

P.3875

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz Bindemittel für Giessereiformstoffe

Die Erfindung betrifft ein Bindemittel für Giessereiformstoffe, wobei die hiermit erzeugten grünen Giessformen im Bereich zwischen 800-120O⁰C gebrannt werden.

Beim Präzisionsgiessen mit Hilfe verlorener Modelle wird ein Modell des herzustellenden Gussstückes mit einer aus Bindemittel und feuerfestem fsinkörmigem Material bestehenden Formmasse umkleidet und aus der so erhaltenen Giessform das Modell durch Herausschmelzen und/oder Brennen oder Herauslösen entfernt. Ss werden dabei vorwiegend gebrannte Giessformen verwendet, wobei in der Formmasse zur Herstellung der öiessform meist ein kieselsäurehaltiges Bindemittel benützt wird. Beispielsweise ist es bekannt, durch Hydrolyse eines Kieselesters - zum Beispiel Aethylsilikat eine kolloidale Kieselsäurelösung herzustellen und diese als Bindemittel mit dem feinkörnigen feuerfesten Formstoff zu mischen.

Bei Verwendung solcher kieselsäurehaltigen Bindemittel hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die in der fertigen Giessform enthaltene Kieselsäure beim Vergiessen bestimmter Metalle oder Legierungen unerwünschte Reaktionen eingehen kann, ganz besonders fcei höheren Giesstemperaturen. Beim Giessen von 13-prozentigem Chromstahl zeigen die erhaltenen Gussstücke zum Beispiel vielfach eine unerwünschte pockennarbige Oberfläche; ähnliche Giessfehler treten bei der Herstellung von Gussstücken aus Stählen oder Legierungen mit höheren Gehalten an Titan und/oder Aluminium auf.

_{2 7 7 BAD} ORIGINAL

Es- wurde erkannt, dass solche verwünschten Erscheinungen auf einer Reaktion der Kieselsäure mit dem betreffenden Legierungsbestandteil in Anwesenheit von Luftsauerstoff beruhen^ diese Reaktion führt zu einer Verschlackung von Legierungsbestandteilen, was sich beim erkalteten Gussstück durch die erwähnten, meist pockennarbigen Oberflächenfehler unliebsam bemerkbar macht.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass in der Formmasse bzw. im Bindemittel enthaltene Kieselsäure stabil gebunden sein muss. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einer Mischung der kolloidalen Lösung des Hydroxydes mindestens eines der Elemente Aluminium, Magnesium oder Zirkon, mit kolloidaler Lösung von Kieselsäure besteht, wobei - bezogen auf den Oxydgehalt die Kieselsäure in 3-6-facher Menge des Hydroxydes vorliegen soll.

Durch die Erfindung wird erreicht, dass die in der grünen Giessform als kolloidale Lösung vorhandene Misschung aus dem Hydroxyd und Kieselsäure beim anschliessenden Brennen der Giessform in eine stabile Verbindung in Form von an und für sich bekannten Silikaten übergeführt wird, in welchen die Kieselsäure stabil gebunden ist und insbesondere nun nicht mehr mit reaktionsfreudigen Legierungsbestandteilen reagiert. Auf diese V/eise werden Gussstücke erhalten, die sich unabhängig von der Zusammensetzung der Schmelze durch eine einwandfreie Oberfläche auszeichnen.

Für die bein Brennen zwischen dem Hydroxyd und der Kieselsäure stattfindende Reaktion kann zweckmässig der Formmasse ein Katalysator beigegeben werden, zum Beispiel Wolframcxyd oder ein Kobaltoxyd wie Co₉O,. Ein solcher Katalysator ermöglicht eine Herabsetzung der für das Brennen nötigen Temperatur. Zweckmässig enthält weiter die Bindemittelmischung einen Alkohol als Verdünnungsmittel; die kolloi dale Lösung der Bindemittelmischung wird dann vorteilhaft durch

BAD ORIGINAL 809811/0277

Hydrolyse eines Kieselesters in einem wässerigen Gel des Hydroxydes unter Zusatz des alkoholischen Verdünnungsmittels und gegebenenfalls eines die Hydrolyse beschleunigenden Katalysators erhalten.

Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale und Vorteile sind nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

750 g gefälltes Aluminiumhydroxyd werden in 2250 ml H₂O gelöst. Die erhaltene Lösung wird geliert. Anschliessend wird sie mit 12 Liter Isopropanol (konzentriert) gemischt und unter sehr guter Durchmischung zu einer sirupartigen Lösung verrührt. Zu dieser Lösung werden 12 Liter Ortho-Aethylsilikat und 50 ml Salzsäure (konzentriert) zugegeben und intensiv während 15.Stunden verrührt. Während dieser Zeit hydrolysiert das Aethylsilikat und es bildet sich kolloidale Kieselsäure in feinster Verteilung in dem bereits vorhandenen Aluniniumhydroxyd-Gel.

Zur Bildung der Formmasse wird die erhaltene Bindemittellösung mit 70 kg feinkörnigem Korund und 500 g Kobaltoxyd (Co₉O-) gemischt. Das Kobaltoxyd dient als Katalysator für die beim Brennen der Form stattfindende Reaktion zwischen dem Aluminiumhydroxyd und der Kieselsäure im Bindemittel.

Zum Herstellen der Giessform wird ein dem gewünschten Gussstück entsprechendes Modell aus einem zerstörbaren Werkstoff - zum Beispiel aus Harnstoff - in die erhaltene Formmasse getaucht, der an der Modelfoberfläche hängenbleibende dünne Ueberzug mit rieselfähigem gröberem feuerfestem Material bestreut und während etva^ zwei Stunden trocknen gelassen. Dieses Tauchen und Bestreuen mit änschliessendem Trocknen "wird etwa sieben- bis zehanal- wiederholt.

, ... _: ·, , BAD ORIGINAL

80981 1/Ü277

U33993

Der erhaltene schalenartige Formkörper wird dann zum Herauslösen des Harnst off mod el Is in ein Wasserbad gelegt und anschliessend auf übliche Weise getrocknet. Das Modell kann gänzlich mit Hilfe des durch Poren des Formkörpers hineintretenden Lösungsmittels herausgelöst werden oder auch nur teilweise, so dass der zurückbleibende Modellrest bei dem nun nachfolgenden Brennen der Giessform zerstört wird. Das Brennen erfolgt bei einer Maximaltemperatur von etwa 1000⁰C und benötigt etwa zwei Stunden. Die fertige Giessform zeichnet sich durch ausgezeichnete Oberflächengüte des Giesshohlraumes und durch sehr gute Festigkeitseigenschaften aus. Beim Brennen ist die kolloidale Mischung aus Aluminiumhydroxyd und Kieselsäure in Sillimanit (Al₂O^SiO₂) übergeführt worden, in welchem die Kieselsäure stabil" gebunden ist.

In die Giessfcrm wird unmittelbar nach dem Herausnehmen aus dem Brennofen ein Stahl mit 13$ Chrom, 0,5$ Silizium, 0,8$ Mangan, 0,15$ Kohlenstoff und Rest Eisen gegossen; die Giesstemperatur beträgt etwa 163O⁰C. Das erhaltene Gussstück zeichnet sich durch eine makellose Oberfläche aus; insbesondere sind keine Oberflächenfehler vorhanden, die durch ein Verschlacken von Legierungsbestandteilen in Anwesenheit von Kieselsäure und Luftsauerstoff bei der bisher üblichen Verwendung von kieselsäurehaltigen Bindemitteln aufgetreten sind·

In auf gleiche Weise erhaltenen Giessformen wurden ferner zum Herstellen von Gussstücken aus einer Legierung enthaltend 0,12# C, 20^ Cr, 0,34$ Ti, 0,16# Al, Rest Ni .benützt. Es wurden Gussstücke mit einwandfreier Oberfläche erhalten. Der letztgenannte Werkstoff wird vorzugsweise im Vakuumofen gegossen. .

Unter Umständen kann das Modell auch nur zwei- bis dreimal in die auf vorstehend beschriebene Weise erhaltene Formmasse ge-

8098 1 1/0277. , .

taucht und dann auf übliche Weise in einem Formkasten mit einer geeigneten zweiten Formmasse hinterfüllt werden, zum Beispiel mit einer zementgebundenen Formmasse.

Beispiel 2

9 Liter kondensiertes Aethylsilikat werden mit 1 3/4 Liter Wasser, 50 ml Salzsäure (konzentriert) und 10 Liter Aethylalkohol gemischt und durch Stehenlassen der Mischung während etwa 15 Stunden wird das Aethylsilikat vollständig zu Kieselsäure hydrolisiert. Letztere liegt in kolloidaler Lösung vor, zu welcher ansehliessend 750 g gefälltes¹/ in 2250 ml H₃O gelöstes Aluminiumhydroxyd gegeben wird. Die erhaltene Mischung wird gut durchgerührt und es bildet sich eine kolloidale Lösung aus einer Mischung von Aluminiuruhydroxyd und Kieselsäure. Diese kolloidale Lösung wird als Bindemittel gemäss Beispiel 1 zur Herstellung von Giessformen verwendet. Mit Hilfe solcher Giessformen erhaltene Gussstücke aus Stählen oder Legierungen mit Bestandteilen, die leicht mit freier Kieselsäure reagieren, zeigen eine glatte, von Pockennarben und Verschlackungen gänzlich freie Oberfläche.

Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere weisen mit Hilfe der Erfindung hergestellte Giessformen gegenüber solchen, die nicht gebundene Kieselsäure als Bindemittel enthalten, eine wesentlich erhöhte Festigkeit auf, womit bei der Erfindung auch dann Vorteile erhalten werden, wenn keine schädlichen Reaktionen zwischen Bestandteilen der Giessform und dem zu giessenden Metall auftreten..

809811/0277

Weiter kann anstelle des Aluininiumhydr oxyde s ohne weiteres auch das Hydroxyd von Zirkon oder Magnesium treten; diese Hydroxyde sind ebenfalls dazu fähig, beim Brennen die Kieselsäure zu binden unter Bildung von Zirkonsilikat bzw. Magnesiumsilikat. Es können gleiche Mengen an Zirkon- bzw. Magnesiumhydroxyd verwendet werden, wie für Aluminiumhydroxyd angegeben wurde.

Weiter könnten an die Stelle von Aethylsilikat auch Propylsilikat oder Methylsilikat treten und umgekehrt. Weiter kann eine erfindungsgemässe Giessform als feuerfester Bestandteil auch andere Stoffe als Korund oder Mullit enthalten, zum Beispiel Zirkonsilikat, Magnesia oder Mischungen von zweien oder mehreren der genannten feuerfesten Stoffe. Weiter kann das erfindungsgemässe Verfahren auch in Verbindung mit anderen Modellwerkstoffen als Harnstoff oder Mischungen von Harnstoff mit Plastifizierungsmitteln wie Polyvinylalkohol angewendet werden, zum Beispiel in Verbindung mit Modellen aus Wachs, Thermoplasten oder selbst von nicht in der Form zerstörbaren Dauermodellen aus Holz, Metall oder dergleichen.

809811/0 277

Claims

Patentansprüche

1. Bindemittel für Giessereiformstoffe, wobei die hiermit erzeugten grünen Giessformen im Bereich zwischen 800-1200⁰C gebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einer Mischung der kolloidalen Lösung des Hydroxydes mindestens eines der Elemente Aluminium, Magnesium oder Zirkon, mit kolloidaler Lösung von Kieselsäure besteht, wobei - bezogen auf den Oxydgehalt - die Kieselsäure in 3-6-facher Menge des Hydroxydes vorliegen soll.

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung einen Alkohol als Verdünnungsmittel enthält.

3. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel bzw. die Formmasse einen Katalysator für die beim Brennen zwischen dem Hydroxyd und der Kieselsäure stattfindende Reaktion enthält.

4. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Wolframoxyd dient.

5. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Kobaldoxyd dient.

6. Bindemittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kolloidale Bindemittellösung durch Hydrolyse eines Kieselesters in einem wässerigen Gel des Hydroxydes unter Zusatz des alkoholischen Verdünnungsmittels und gegebenenfalls eines Hydrolysekatalysators erhalten wird.

Unterlagen !Art 7 $ 1 Abs. 2 Nr. ^ Sate 3 des ÄnderunflsO·*.

80 98 1 1/0 27.7