-
Die Erfindung betrifft eine Schlichte umfassend Kieselsol und mindestens einen feuerfesten Bestandteil und deren Verwendung.
-
In der Gießerei werden häufig Oberflächenüberzüge, sogenannte Schlichten, auf Kerne oder Formen in flüssiger bis pastöser Form (Suspension), seltener in Pulverform aufgebracht, um eine verbesserte Oberflächenqualität der Gussteile, insbesondere die Erhöhung der thermischen Beständigkeit der Formstoffoberfläche und die Verringerung der Oberflächenrauheitzu erreichen, eine Verringerung der Benetzbarkeit und Reaktionsfähigkeit zur Vermeidung von Metallinfiltrationen und Sinterreaktionen, Auslösen einer Impfwirkung zur Beeinflussung des Kristallisationsablaufes oder eine Einflussnahme auf die Wärmeentzugsgeschwindigkeit zur Beeinflussung des Erstarrungsablaufes.
-
Schlichten sind Suspensionen, deren Feststoffkomponente die trennende bzw. glättende Wirkung des Formüberzugs gewährleistet. Verwendung finden hochdisperse, feuerfeste Stoffe, wie Oxide des Aluminiums, Siliziums, Magnesiums und Chroms sowie Silikate des Aluminiums, Zirkoniums und Magnesiums. Dazu gehören auch Graphit bzw. Koksmehl als Zusätze zur Verminderung der Reaktionsfähigkeit. Metallurgisch wirksame Bestandteile, wie Tellur, Bismut, Chrom oder Silizium, können als zusätzliche Komponenten enthalten sein. Wesentliche Anforderungen an die Grundstoffe sind eine hohe Sintertemperatur, geringe Reaktionsneigung gegenüber dem Gießgut und keine oder nur geringe Schadstoffbildung. Trägerflüssigkeiten können Wasser oder Alkohol (z.B. Iso-Propanol) sein, wobei das Lösemittel Wasser aufgrund seiner besseren Arbeitsplatz- und Umweltverträglichkeit das zukunftsträchtigere ist. Sie bilden mit dem Grundstoff eine Suspension, deren Konsistenz durch das Verhältnis Feststoffanteil zu Trägerflüssigkeit (Dispersionsmittel) bestimmt wird (Suspensionsgrad). Der Suspensionsgrad nimmt unmittelbar Einfluss auf die Verarbeitbarkeit bzw. auf die mit der angewendeten Auftragstechnologie erzielten Schichtstärke. Die Einstellung einer optimalen Konsistenz, charakterisiert durch die Viskosität oder Dichte der Suspension, ist notwendig, um eine ausreichende Schutzwirkung zu erzielen bzw. Rissgefahr und Ablöseerscheinungen zu vermeiden.
-
DE 10 2009 032 668 A1 beschreibt eine Schlichte zur Herstellung von Formüberzügen auf verlorenen Formen oder Kernen für den Eisen- oder Stahlguss, enthaltend einen gewichtsbezogenen Anteil im Bereich von 0,001 % bis 1 % anorganischer Hohlkörper, bevorzugt Hohlkugeln, bestehend zumindest teilweise aus kristallinen Material, bevorzugt Silikate, Oxide, Carbide, Nitride oder Mischungen daraus.
-
DE 10 2017 107 655 A1 offenbart die Verwendung einer Schlichtezusammensetzung umfassend mindestens einen Feuerfeststoff und eine wässrige Phase mit einem pH-Wert von höchstens 5 zur Herstellung eines Überzugs auf einer wasserglasgebundenen Form oder einem Kern, zur Verwendung in der Gießerei. Bevorzugt enthält die wasserglasgebundene Form oder der wasserglasgebundene Kern partikuläres, amorphes Siliziumdioxid. Weiterhin bevorzugt umfasst die wässrige Phase mindestens eine Säure.
-
Weiterhin beschreibt
DE 10 2017 107 657 A1 eine Schlichtezusammensetzung umfassend Wasser und organische Esterverbindungen, partikuläres Siliziumdioxid und mindestens einen Feuerfeststoff, zur Herstellung eines Überzugs auf einer Form bzw. einem Kern, bevorzugt einer wasserglasgebundenen Form bzw. einem wasserglasgebundenen Kern, zur Verwendung in der Gießerei, insbesondere zur Verwendung beim Eisen- oder Stahlguss.
-
WO 2009/007 093 A2 offenbart ein Schlichtesystem zum Schutz von Gießwerkzeugen umfassend keramische Materialien und mindestens ein Bindemittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Bindemitteln auf Basis von Wasserglas und Feuerfestbindern in Kombination mit fluoridhaltigen Bestandteilen.
-
Bei der Anwendung von wasserbasierten Schlichten auf anorganisch gebundenen Formen und/oder Kernen ist es derzeit nicht möglich dies ohne Zusatzmaßnahmen wie z.B. ein externes Trocknungsaggregat zu realisieren. Das Wasser in der Schlichte greift den anorganischen Binder an, wobei erhebliche Festigkeitsverluste auftreten können, mit der Folge, dass die gefertigten Kerne und Formen nicht mehr für den Guss geeignet sind.
-
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schlichte bereitzustellen, welche umweltfreundlich ist und Binder in Gießereiformen und/oder-kernen nicht angreift.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Schlichte für Gießereikerne und/oder - formen umfassend
- i. ein Lösemittel bestehend aus Kieselsol, wobei Kieselsol Polykieselsäure mit einem Siliziumdioxidgehalt im Bereich von 30 Masse-% bis 60 Masse-% umfasst und
- ii. mindestens einen feuerfesten Bestandteil,
wobei das Masseverhältnis des Lösemittels zu dem mindestens einen feuerfesten Bestandteil im Bereich von 5:1 bis 20:1 liegt, bevorzugt im Bereich von 5:1 zu 10:1.
-
Vorteilhaft wird durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Lösemittels Kieselsol in Schlichten eine Verringerung des Wassergehalts erreicht, wodurch kein Trocknen (Wasserbasierte Schlichte) oder Abbrennen (Alkohol-basierte Schlichte) nach der Auftragung der Schlichte auf Gießereiformen und/oder -kerne nötig ist. Weiterhin vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Lösemittel Kieselsol für Schlichten umweltfreundlich, insbesondere im Vergleich zur Verwendung organischer Lösemittel. Weiter vorteilhaft greift Kieselsol Binder in Gießereiformen und/oder -kernen nicht an, bevorzugt schützt es anorganische Binder in Gießereiformen und/oder -kernen, da das Kieselsol mit den chemisch ähnlichen SiO2-basierten Bindemitteln reagieren kann und die Festigkeit erhöht.
-
Unter dem Begriff „Lösemittel“ wird eine anorganische oder organische Flüssigkeit verstanden, die andere feste oder flüssige Stoffe auf physikalischem Wege zur Lösung bringen können, Voraussetzung für die Eignung als Lösemittel ist, dass sich beim Lösevorgang weder der lösende noch der gelöste Stoff chemisch verändern.
-
Unter dem Begriff „kolloidal“ wird das Vorhandensein, insbesondere die homogene Verteilung, von Partikeln in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Dispersionsmedium, bevorzugt flüssigen Dispersionsmedium (kolloidale Suspension), verstanden, wobei die Partikel Abmessungen im Bereich von 1 nm bis 1 µm aufweisen.
-
Unter dem Begriff „Kieselsol“ wird eine wässrige, kolloidale Suspension von Polykieselsäure-Molekülen verstanden. Kieselsol weist einen Alkalioxidgehalt, insbesondere einen Natrium- und Kaliumoxidgehalt, bevorzugt einen Natriumoxidgehalt, von maximal 1 Masse-% auf, besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1 Masse-%, auf. In Ausführungsformen umfasst Kieselsol Partikel im Bereich von 5 nm bis 75 nm. Vorteilhaft erfolgt eine Stabilisierung des Kieselsols durch geringe Menge von Alkalioxid. Vorteilhaft ist Kieselsol langzeitstabil, insbesondere über mehrere Jahre. Mit dem geringen Natriumoxidgehalt wird vorteilhaft eine Verbesserung der Trocknung, insbesondere im Feingießverfahren erreicht.
-
Erfindungsgemäß umfasst das Kieselsol Polykieselsäure mit einem Siliziumdioxidgehalt im Bereich von 30 Masse-% bis 60 Masse-%, bevorzugt im Bereich von 45 Masse-% bis 60 Masse-%. Unter dem Begriff „Polykieselsäure“ werden polykondensierte Sauerstoffsäuren des Siliziums verstanden, welche an der Oberfläche polare (Si-OH)-Gruppen aufweisen.
-
Erfindungsgemäß enthält das Lösemittel Wasser.
-
Erfindungsgemäß erfolgt die Verwendung eines Lösemittels bestehend aus Kieselsol zur Herstellung von Schlichten für Gießereikerne und/oder-formen.
-
Die Herstellung einer erfindungsgemäßen Schlichte erfolgt umfassend die folgenden Schritte
- - Bereitstellung eines Lösemittels bestehend aus Kieselsol, wobei Kieselsol Polykieselsäure mit einem Siliziumdioxidgehalt im Bereich von 30 Masse-% bis 60 Masse-% umfasst, und
- - Mischen des Lösemittels mit mindestens einem feuerfesten Bestandteil, bevorzugt ausgewählt aus Aluminiumoxid, Bentonit, Eisenoxid, Zirkonsilikat, Mullit, Olivin und Magnesit, wobei das Lösemittel mit dem mindestens einen feuerfesten Bestandteil in einem Massenverhältnis im Bereich von 5:1 bis 20:1 gemischt wird.
-
In Ausführungsformen ist das Eisenoxid Fe2O3, FeO und/oder Fe3O4.
-
In bevorzugten Ausführungsformen erfolgt das Mischen des Lösemittels mit mindestens einem feuerfesten Bestandteil in einem Massenverhältnis im Bereich von 5:1 bis 10:1.
-
In Ausführungsformen erfolgt die Bereitstellung des Lösemittels durch Kontaktieren eines Kieselsols mit Metalloxid- und/oder Metallsilikatnanopartikeln in einem Massenverhältnis im Bereich von 1,2:1 bis 35:1.
-
Unter dem Begriff „Nanopartikel“ werden Partikel in einer beliebigen Form verstanden, welche Abmessungen im Bereich von 1 bis 150 nm aufweisen. Vorteilhaft tragen Nanopartikel in der Schlichte zu einer verringerten Oberflächenrauheit bzw. einer Verfeinerung der Gießereikerne und/oder -formen bei.
-
In Ausführungsformen sind die Nanopartikel rund.
-
In Ausführungsformen umfasst die Schlichte weiterhin Metalloxid- und/oder Metallsilikatnanopartikel mit einem Gehalt im Bereich von 10 Masse-% bis 35 Masse-%; bevorzugt im Bereich von 15 Masse-% bis 31 Masse-%; bezogen auf die Masse des Kieselsols.
-
In Ausführungsformen der Schlichte weisen die Metalloxid- und/oder Metallsilikatnanopartikel Abmessungen im Bereich von 4 nm bis 150 nm auf.
-
In Ausführungsformen der Schlichte sind die Metalloxid- und/oder Metallsilikatnanopartikel aus Aluminiumsilikat, Calciumsilikat, Eisenoxid, Kaliumaluminiumsilikat, Kaliummagnesiumsilikat, Eisenaluminiumsilikat, Eisengermanaten, Titanaten und deren Mischungen ausgewählt.
-
In Ausführungsformen umfasst die Schlichte weiterhin Aluminiumphosphat.
-
In Ausführungsformen der Schlichte weist der mindestens eine feuerfeste Bestandteil eine mittlere Korngröße im Bereich von 1 µm bis 0,15 mm, bevorzugt 1 µm bis 50 µm, auf. Unter dem Begriff „mittlere Korngröße“ wird die Größe bzw. der Durchmesser einzelner Partikel, auch Körner genannt, des feuerfesten Formgrundstoffs verstanden.
-
In Ausführungsformen der Schlichte ist der Feststoffgehalt der Schlichte im Bereich von 50 Masse-% bis 80 Masse-%, bevorzugt 60 Masse-% bis 70 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmasse.
-
In Ausführungsformen weist die Schlichte eine Viskosität bei 20 °C im Bereich von 1 bis 20 Pa s, bevorzugt im Bereich von 1 Pa s bis 12 Pa s, und/oder eine Oberflächenspannung bei 20 °C im Bereich von 1 mN/m bis 70 mN/m, bevorzugt im Bereich von 10 mN/m bis 35 mN/m, auf.
-
Vorteilhaft weist die Schlichte eine Viskosität auf, welche gute Fließeigenschaften und eine vollständige Benetzung bei der Verwendung zur Oberflächenbeschichtung von ausgehärteten Formen, Formteilen oder Kernen bedingt.
-
Unter dem Begriff „Viskosität“ wird die dynamische Viskosität verstanden. Die Bestimmung der Viskosität erfolgt mittels handelsüblicher Messgeräte wie beispielsweise Fallkörper- oder Rotationsviskosimetern.
-
Die Bestimmung der Oberflächenspannung erfolgt beispielsweise mittels Messverfahren unter Nutzung des Kapillareffektes oder der Kontaktwinkelmessung.
-
In Ausführungsformen umfasst die Schlichte mindestens einen weiteren Bestandteil, wobei der Bestandteil ausgewählt ist aus einem Entschäumer, einem Schwebemittel, einem Netzmittel, einem Pigment und/oder einem Farbstoff.
-
Dem Fachmann ist bekannt, dass mittels des mindestens eines weiteren Bestandteils, ausgewählt aus einem Entschäumer, einem Schwebemittel, einem Netzmittel, einem Pigment und/oder einem Farbstoff die Verarbeitungseigenschaften der Schlichte, wie bspw. Viskosität und Fließverhalten eingestellt werden.
-
Unter dem Begriff „Entschäumer“ wird ein Stoff verstanden, welcher grenzflächenaktiv ist und eine Schaumbildung verringert. In Ausführungsformen sind Entschäumer Silikon- oder Mineralöle.
-
Unter dem Begriff „Schwebemittel“ wird ein Absetzverzögerungsmittel verstanden.
-
Unter dem Begriff „Netzmittel“ wird ein Stoff verstanden, welcher die Benetzung von Gießereikernen und/oder -formen erhöht. In Ausführungsformen sind Netzmittel Dioctylsulfosuccinate, Alkindiole oder ethoxylierte Alkindiole.
-
Üblicherweise sind in der erfindungsgemäßen Schlichte Farbstoffe mit einem Gehalt im Bereich von 0 bis 5 Masse-%, Entschäumer mit einem Gehalt im Bereich von 0 bis 1 Masse-%, Schwebemittel mit einem Gehalt im Bereich von 0 bis 1 Masse-% und/oder Netzmittel mit einem Gehalt im Bereich von 0 bis 1 Masse-%, bezogen auf die Gesamtmasse der Schlichte enthalten.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen Schlichte zur Oberflächenbeschichtung von ausgehärteten organisch oder anorganisch gebundenen Formen, Formteilen oder Kernen, bevorzugt von anorganisch gebundenen Formen, Formteilen oder Kernen.
-
Zweckmäßig erfolgt die Auftragung bei der Verwendung zur Oberflächenbeschichtung durch Tauchen, Fluten, Sprühen oder Streichen auf die ausgehärteten organisch oder anorganisch gebundenen Formen, Formteile oder Kerne. Dem Fachmann ist bekannt, dass je nach Verfahren zur Herstellung der Oberflächenbeschichtung die Schlichte geeignete Verarbeitungseigenschaften, insbesondere hinsichtlich Viskosität, aufweisen muss.
-
In Ausführungsformen erfolgt die Verwendung zur Oberflächenbeschichtung von Gießereikernen und/oder -formen, bevorzugt für den Metallguss, besonders bevorzugt für den Eisen-, Stahl-, Kupfer- oder Aluminiumguss.
-
Vorteilhaft weist das erfindungsgemäße Lösemittel Kieselsol eine ähnliche Zusammensetzung wie anorganische Binder für Gießereiformen und/oder -kerne auf, wodurch die Oberfläche der beschichteten Gießereiformen und/oder -kerne eine verringerte Oberflächenrauheit bzw. eine Verfeinerung sowie eine erhöhte Festigkeit aufweist.
-
Für die Realisierung der Erfindung ist es auch zweckmäßig, die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Merkmale der Ansprüche zu kombinieren.
-
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.
-
1 zeigt ein Schema der Verwendung einer Schlichte zur Oberflächenbeschichtung von Gießereikernen und/oder -formen, insbesondere die Körner des Formgrundstoffes sowie die Schlichteschichtdicke im Bereich von 0,1 bis 2,0 mm.
-
In einem Ausführungsbeispiel enthält die Schlichte 88 % Kieselsol mit einem SiO2-Gehalt von etwa 60%, 8% Bentonit mit einer mittleren Korngröße unter 50 µm und 4% Eisenglimmer (Eisenoxid, Fe2O3), mit einer mittleren Korngröße von unter 5 µm.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009032668 A1 [0004]
- DE 102017107655 A1 [0005]
- DE 102017107657 A1 [0006]
- WO 2009/007093 A2 [0007]
