DE1936337B2

DE1936337B2 - Verfahren zur entfernung eines aus siliziummaterialien be stehenden kerns aus einem metallgusstueck

Info

Publication number: DE1936337B2
Application number: DE19691936337
Authority: DE
Inventors: Markle Ronald D; Mccracken Robert E; Hammond Charles M
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1968-07-18
Filing date: 1969-07-17
Publication date: 1971-06-03
Also published as: DE1936337A1; GB1211824A; US3563711A; CH499352A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ent- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Ver-

fernung eines aus Siliziummaterialien bestehenden fahrens wird der Inhalt des Gefäßes auf eine Tem-

Kerns aus einem Metallgußstück, bei welchem die peratur nicht wesentlich über 240° C erhitzt. Es kann

Gußstücke in ein abschließbares Druckgefäß einge- besonders vorteilhaft sein, daß der Inhalt des Gefäßes

geben werden und eine wäßrige Ätzalkalilösung in 5 auf eine Temperatur von etwa 149° C erhitzt wird,

das Gefäß derart eingegeben wird, daß die Gußteile Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des

bedeckt werden, wonach der Inhalt des Gefäßes auf Verfahrens wird der überatmosphärische Druck auf

eine Temperatur oberhalb des Siedepunktes der einen Druckwert von etwa 4,2 bis 6,3 kg/cm² einge-

Lösung ausreichend lange erhitzt wird, um einen stellt. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungs-

überatmosphärischen Druck innerhalb des Gefäßes zu io form wird der Druck beim Unterdrucksetzen mittels

erzeugen. , einer Gasatmosphäre auf einen Wert in der Größen-

Bei der Herstellung von Hohlräumen oder Kanälen Ordnung von 2,8 bis 4,2 kg/cm² eingestellt. Mit bein Präzisionsformgußstücken wird von Kernen Ge- sonderem Vorteil kann als Gasatmosphäre ein inertes brauch gemacht, die aus keramischen Zusammen- Gas verwendet werden. Bei einer weiteren bevorsetzungen bestehen und die entweder vorgeformt sind 15 zugten Ausführungsform des Verfahrens wird als oder zusammen mit der Gußform selbst hergestellt Ätzalkalilösung eine Lösung mit 20 bis 40 Gewichtswerden. Derartige Kerne aus keramischen Zusam- prozent Natriumhydroxyd verwendet. Mit besonmensetzungen, die verhältnismäßig große Quer- derem Vorteil kann als Gasatmosphäre Argon verschnitte haben, sind nicht schwierig mittels ätzender wendet werden.

Lösungen od. dgl. zu entfernen. Es ist hierbei bereits 20 Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung ein Verfahren bekannt, bei dem die in einem ab- unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erschließbaren Druckgefäß angeordneten Metallguß- läutert werden. Es zeigt

stücke zusammen mit der Ätzalkalilösung auf eine Fig. 1 eine schematische Ansicht eines AutoTemperatur oberhalb des Siedepunktes der Lösung claven, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen erhitzt wurden, wobei sich innerhalb des Gefäßes ein 25 Verfahrens verwendet werden kann,
überatmosphärischer Druck ausbildete. F i g. 2 eine stark vergrößerte Teilansicht eines

Wenn jedoch sehr kleine Kanäle in Gußstücken Teils eines Turbinenblattes, wobei die hohlen Kanäle hergestellt werden sollen, wie beispielsweise Kühl- dargestellt sind, die in diesem Turbinenblatt durch kanäle in Schaufehl einer Turbinenbeschaufelung, geschmolzene Siliziumkerne ausgebildet sind,
so werden überwiegend feste keramische Kerne, wie 30 - F i g. 3 eine stark vergrößerte Schnittansicht der beispielsweise Glas, geschmolzenes Silizium und sehr Umgebung eines Kanals während des Auslaufverdünne keramische Zusammensetzungen verwendet. fahrens,

Die Entfernung derartiger Kerne aus dem Gußstück F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Ansicht, die wurde jedoch zu einem Hauptproblem. Während die Art und Weise veranschaulicht, in der Dampf-Kerne aus keramischen Zusammensetzungen mit 35 blasen während des erfindungsgemäßen Auslaufvergroßen Querschnitten ausgelaugt werden können, wo- fahrens erzeugt werden und

bei die restlichen Teilchen als schlammige Masse F i g. 5 eine den F i g. 3 und 4 entsprechende Anentfernt werden können, kann ein geschmolzener sieht, in der die Art und Weise veranschaulicht ist, in Siliziumkern oder ein Kern aus keramischem Material der zusätzliche Mengen der Auslauglösung in den mit kleinem Querschnitt nicht vollständig durch diese 40 hohlen Kanal eingesaugt werden und zwar nach dem Arbeitsweise entfernt werden. Dies ist darauf zurück- in F i g. 4 dargestellten Ausstoßvorgang,
zuführen, daß die Lösungsgeschwindigkeiten, die Gemäß der ersten Stufe des verbesserten Verdurch die Verwendung von üblichen Auslaugver- fahrens werden die Gußstücke mit Kanälen, die mit fahren erzielt werden, derart gering sind, daß sie ein Kernen aus Siliziummaterial gefüllt sind und zwar derartiges Verfahren gar nicht zulassen. 45 entweder aus geschmolzenem SiUziummaterial oder

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ein- aus keramischen Zusammensetzungen in ein Druckfaches Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, gefäß, wie beispielsweise einen Autoclaven, eingeauch bei kleinstem Hohlraum- oder Kanaldurch- geben und es wird ein Vakuum oder ein Unterdruck messer noch sicher die Siliziummaterialien aus dem in dem Gefäß erzeugt, wobei der Absiededruck bis Metallgußstück herauszulösen. 50 auf einen Wert von 10 mm Quecksilbersäule oder

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß weniger herabgesetzt wird. Dieser Verfahrensschritt der Druck aus dem Gefäß abgelassen wird, um ein dient dazu, die gesamte Luft aus den gefüllten oder Sieden der Lösung hervorzurufen, die sich in den teilweise gefüllten Kernkanälen zu entfernen. Dann Kanälen oder Hohlräumen des Gußstückes befindet, wird eine Auslauglösung, die beispielsweise eine in denen der Kern teilweise durch die Lösung gelöst 55 Lösung eines Alkalimetallhydroxyds mit einer Konist, daß dann das Gefäß durch eine Gasatmosphäre zentration von etwa 20 bis 50 Gewichtsprozent sein wieder unter Druck gesetzt wird, um das Sieden zu kann, beispielsweise eine 2O°/oige Lösung von Natribeenden und daß danach diese Verfahrensstufen in umhydroxyd oder Ätznatron in das evakuierte Gefäß dieser Reihenfolge wiederholt werden, bis der Kern eingepumpt und zwar so weit, daß diese Lösung vollvollständig aus dem Gußstück herausgelöst ist. 60 ständig die Gußstücke bedeckt. Die bevorzugte

In vorteilhafter Weise wird durch das Sieden und Natriumhydroxydkonzentration liegt in der Größen-

Wiederkondensieren und zwar insbesondere durch Ordnung von 20 bis 40 Gewichtsprozent, wahrend für

die Dampfblasenbildung verbrauchtes Lösungsmittel Kaliumhydroxyd eine Konzentration von 30 bis

mit gelöstem Material aus den engen Kanälen heraus- 50 Gewichtsprozent vorgesehen ist. Dann wird der

gestoßen und neues unverbrauchtes Lösungsmittel 65 Inhalt des Druckgefäßes auf eine Temperatur in der

kann in Kontakt mit dem noch nicht gelösten SiIi- Größenordnung von 135° C bis 163° C erhitzt,

ziummaterial gelangen, so daß ein neuer Lösungsvor- Vorzugsweise erfolgt eine Erhitzung auf etwa

gang stattfinden kann. 149° C und zwar bis der Innendruck des Gefäßes

3 ■'■■■' 4

durch die Verdampfung des Wassers im Gefäß einen bildet, würde der Vorgang normalerweise verlang-Wert von etwa 4,2 bis 6,3 kg/cm² erreicht und vor- samt oder abgestoppt, da frisches Auslaugmediüm zugsweise einen Wert von etwa 5,25 kg/cm². Es sei das Siliziummaterial nicht erreichen kann. Dieses bemerkt, daß die Temperatur beim Auslaugen sich Problem ist besonders schwerwiegend wegen der bis zu etwa 232° C erhöhen kann, wobei ein entspre- 5 Geometrie der Kanäle oder Hohlräume. Diese kleinen chend höherer Druck entsteht, falls die Gußteile aus Kanäle oder Hohlräume wirken wie Kapillaren und einem JVtetall bestehen, welches den Ätzangriffen machen es außerordentlich schwierig, die Reaktionsunter diesen Bedingungen widerstehen kann. In jedem produkte von der Grenzfläche zu entfernen und Fall sind die Temperaturen, die bei dem neuen Ver- frische Lösung zur Grenzfläche hin zu fördern,
fahren angewendet werden, geringer als die, die bei io Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf den bisher bekannten Auslaugverfahren verwendet die Reaktionsprodukte eingewirkt, und diese werden wurden. durch ein Sieden entfernt, wobei das Sieden durch die

Die Atmosphäre in dem Gefäß ist zu diesem Zeit- Verminderung des Umgebungsdrucks, wie es vorher punkt hauptsächlich mit Wasserdampf gesättigt, der beschrieben wurde, hervorgerufen wird. Dies führt in Gleichgewicht mit dem nichtverdampften Wasser 15 zur Ausbildung einer Dampfblase 24 im Kanal und steht, welches in der Ätzlösung verblieben ist. Dann durch diese Dampfblase werden die Reaktionsprowird der Dampf aus dem Gefäß abgelassen und zwar dukte 23 in der verbrauchten Auslauglösung aus dem so lange, bis der Innendruck auf einen Wert von etwa Kanal herausgedrückt. Wenn die Dampfblase 24 2,8 bis 4,2 kg/cm² abfällt oder bis sich ein Dampf- durch eine neue Druckerhöhung zusammengefallen druck einstellt, der der entsprechenden Betriebs- 20 ist, dann wird frische Lösung 25 in den Kanal eingetemperatur entspricht. Das Ablassen des Dampfes führt, wie es in F i g. 5 gezeigt ist. Dieses Ausspülen und die damit verbundene Erniedrigung des Innen- der verbrauchten Auslauglösung und der Reaktionsdrucks erzeugt ein Sieden der Flüssigkeit, die sich in produkte wird wiederholt, und zwar so lange, bis der die Kernkanäle hineingearbeitet hat. Dann wird der gesamte Kern 22 aus dem Gußkörper entfernt ist, wo-Druck in dem Gefäß wieder auf einen Wert von etwa 25 bei dann die Kanäle 17 in diesem Gußkörper ver-4,2 bis 6,3 kg/cm² erhöht, und zwar insbesondere auf bleiben.

einen Wert von 5,25 kg/cm², wobei ein unter hohem Das erfindungsgemäße Verfahren wurde bei Guß-Druck stehendes inertes Gas verwendet wird, bei- stücken angewendet, die Turbinenblätter sind, wobei spielsweise Argon, Helium od. dgl., wobei dieses Gas diese Turbinenblätter und diese Turbinenschaufeln 25 die Oberfläche der Gußkorper nicht angreift. Das Er- 30 Kanäle aufweisen, die durch Kerne aus geschmolhöhen des Innendrucks beendet das Sieden. Die zenem Siliziummaterial hergestellt sind. Zwanzig Schrittfolge des Druckäblassens und des Wieder- dieser Kanäle hatten einen Durchmesser von etwa unterdrucksetzens werden dann periodisch wieder- 0,075 cm und waren etwa 5,7 cm lang. Fünf dieser holt, und zwar so lange, bis das gesamte aus Silizium- Kanäle hatten einen rechteckigen Querschnitt mit material bestehende Kernmaterial aus den Kanälen 35 Abmessungen von etwa 0,075 cm χ 0,15 cm und oder Hohlräumen entfernt ist. Dann kann das Gefäß waren wiederum etwa 5,7 cm lang,
geleert werden und die Teile können gewaschen Die Gußteile wurden in einem Autoclaven in einen werden, um die letzten Spuren der Reaktionsprodukte Korb eingebracht, und es wurde ein Unterdruck in der Ätzlösung oder Auslauglösung zu entfernen. dem Gefäß erzeugt, wobei eine mechanische Pumpe

Es sei nunmehr auf die Figuren der Zeichnung 40 verwendet wurde, die zwanzig Minuten lang pumpte. Bezug genommen. Mit 10 ist ein Autoclav bezeichnet, Die Auslauglösung bestand aus einer 20%igen der einen Behälter 11 aufweist, der mittels eines Natriumhydroxydlösung in Wasser und diese Lösung Verschlußdeckels 12 verschließbar ist. Es ist eine wurde in das evakuierte Gefäß eingepumpt, bis diese Dichtung 13 zwischen dem Verschlußdeckel 12 und Lösung vollständig alle Gußteile bedeckte. Dann dem Behälter 11 vorgesehen. Die Gegenstände, die 45 wurde das Gefäß auf etwa 149° C erhitzt, um einen beim dargestellten Ausführungsbeispiel behandelt Innendruck von etwa 5,25 kg/cm² zu erzeugen. Der werden sollen, sind Turbinenschaufeln 14, die Silizi- Dampf wurde aus dem Gefäß etwa zwei Minuten lang umkerne haben, wobei diese Schaufeln in einem abgelassen, und dadurch fiel der Druck auf 3,5 kg/cm². Drahtkorb 16 angeordnet sind. Wie F i g. 2 zeigt, Auf diese Weise wurde in den Hohlräumen der Gußwerden die Siliziumkerne verwendet, um hohle 50 teile ein Sieden erzeugt. Der Druck im Gefäß wurde Kanäle 17 in den fertigen Schaufehl auszubilden. dann wieder auf 5,25 kg/cm² erhöht und dabei wurde

Der Autoclav 10 weist einen ventilgesteuerten Aus- unter hohem Druck stehendes Argon verwendet, laß 18 auf, um Dämpfe aus dem Autoclaven abzu- Durch diese Druckerhöhung wurde das Sieden abgelassen, um dadurch das Sieden der Lösung einzu- stoppt. Die Arbeitsschritte des Druckäblassens und leiten. Weiterhin weist der Autoclav einen ventilge- 55 Wiederunterdrucksetzens wurden zwölf Stunden lang steuerten Einlaß 19 auf, um Druckgas in den Auto- alle 30 Minuten lang wiederholt. Nach zwölf Stunden claven während der Wiederunterdrucksetzungsstufe wurde bei der vorherrschenden Temperatur das Geeinzuleiten. Eine Flüssigkeitsauslaßleitung 20 ist eben- faß entleert und die Gußteile wurden mit Wasser gefalls vorgesehen, um die verbrauchte Auslauglösung waschen. Diese Betriebsfolge kann beliebig oft aus dem Autoclaven 10 nach der Beendigung der 60 wiederholt werden, um sicherzustellen, daß alle Behandlung abzulassen. Siliziumkerne aus den Gußteilen entfernt sind.

Nachdem der Auslaugvorgang einige Zeit durchge- Nachdem das Entfernen der Kernteile beendet ist,

führt wurde, hat die Auslauglösung21 (Fig. 3) eine wird die Ätzlösung aus dem Gefäß entfernt, und es

gewisse Menge des Siliziummaterialkerns 22 gelöst, wird reines Wasser zugesetzt. Die Wassertemperatur

und es sind dabei Reaktionsprodukte 23 entstanden, 65 wird auf etwa 149° C erhöht und das Sieden wurde die hauptsächlich als Silikaten der Grenzfläche alle 50 bis 30 Minuten wiederholt, um Spuren von

zwischen der Lösung 21 und dem Kern 22 bestehen. Ätzmaterialresten zu entfernen.

Wenn sich diese Reaktionsproduktenschicht 23 aus- Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu er-

keimen, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von etwa 149° C durchgeführt werden kann, wobei andere Autoclaven-Verfahren in Betracht gezogen werden sollen, die bei Temperaturen von 204° C oder höher arbeiten. Durch diese niedrigen Temperaturen wird der Angriff auf die Gußteiloberfläche verringert. Die Gußteile, die in dem Beispiel beschrieben wurden, zeigen keinen Angriff auf die Oberfläche, wobei bemerkt werden soll, daß die üblichen Verfahren ganz erhebliche Oberflächenschäden hervorrufen können. Durch die niedrigen Temperaturen und die entsprechenden geringen Drücke werden die Anforderungen an die Einrichtung wesentlich herabgesetzt, und zwar verglichen mit den bisher bekannten Verfahren.

Claims

P atentansprüche:

1. Verfahren zum Entfernen eines aus Siliziummaterialien bestehenden Kerns aus einem Metallgußstück, bei welchem die Gußstücke in ein abschließbares Druckgefäß eingegeben werden und eine wäßrige Ätzalkalilösung in das Gefäß derart eingegeben wird, daß die Gußteile bedeckt werden, und der Inhalt des Gefäßes auf eine Temperatur oberhalb des Siedepunkts der Lösung ausreichend lange erhitzt wird, um einen überatmosphärischen Druck innerhalb des Gefäßes zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck aus dem Gefäß abgelassen wird, um ein Sieden der Lösung hervorzurufen, die sich in den Kanälen oder Hohlräumen des Gußstückes befindet, in denen der Kern teilweise durch die Lösung gelöst ist, daß dann das Gefäß durch eine Gasatmosphäre wieder unter Druck gesetzt wird, um das Sieden zu beenden und daß daran anschließend diese Verfahrensstufen in dieser Reihenfolge wiederholt werden, bis der Kern vollständig aus dem Gußstück herausgelöst ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgefäß vor dem Einfüllen der Ätzalkalilösung evakuiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Gefäßes auf eine Temperatur nicht wesentlich über 204° C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt des Gefäßes auf eine Temperatur von etwa 149° C erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der überatmosphärische Druck auf einen Druckwert von etwa 4,2 bis 6,3 kg/cm² eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck beim Unterdrucksetzen mittels einer Gasatmosphäre auf einen Wert in der Größenordnung von 2,8 bis 4,2 kg/cm² eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasatmosphäre ein inertes Gas verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ätzalkalilösung eine Lösung mit 20 bis 40 Gewichtsprozent Natriumhydroxyd verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Gasatmosphäre Argon verwendet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen