DE2452232A1 - Giessereiformmassen - Google Patents

Description

Priorität: 14. November 1973, V.St.A., Nr. 415 852

Verschiedene in der Technik eingesetzte Bindersysteme, wie Binder für Gießereiformmassen, enthalten als Hauptbestandteile anorganische Substanzen. Typische Nachteile dieser Binder, beispielsweise der zur Herstellung von Formen und Kernen für den Metallguß vorgeschlagenen silikathaltigen Binder, sind die schlechte Zerfallseigenschaft der Form und die schlechte Entformbarkeit des Metallgießlings. Zahlreiche bekannte anorganisehe Binder zeigen auch eine ungenügende Bindefestigkeit und/ oder unerwünschte Härtungseigenschaften. Darüber hinaus ergeben verschiedene anorganische Binder, wie Silikate, Gießformen mit" geringerer Rißbeständigkeit bei der Entnahme, so daß sie über den eigentlichen EntnahmeZeitpunkt hinaus noch mindestens einige Stunden Lagerung benötigen, um eine genügend hohe Rißbeständigkeit zu erhalten. Zum Entnahmezeitpunkt lassen sich die Gießformen daher nur schwierig handhaben und können leicht beschädigt werden. Auch die Senkbeständigkeit der aus bekannten

509821 /0680 '

Bindern hergestellten Gießformen zum Entnahmezeitpunkt ist nicht zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen im wesentlichen aus anorganischen Stoffen bestehenden Binder für Gießereiformmassen mit zufriedenstellenden Festigkeitseigenschaften und innerhalb gewisser Grenzen einstellbaren Härtungseigenschaften zur Verfugung zu stellen, wobei die mit dem Binder hergestellten Gießereiformen relativ gute Zerfalls- und Entformbarkeitseigenschaften sowie gute Riß- und Senkbeständigkeiten bei der Entnahme aufweisen.

Die Erfindung betrifft somit neue Gießereiformmassen, die gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an einem Formstoff und einem Binder aus

(a) etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (b), eines Boraluminiumphosphats mit einem Borgehalt von etwa 3 bis 40 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, und einem Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von etwa 2 : 1 bis etwa 4:1,

(b) etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (b), ein Oxid enthaltende Erdalkalimetallverbindungen sowie

(c) etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (c), Wasser.

Die Gießereiformmassen der Erfindung eignen sich auch zur Her-? stellung von Formteilen, wie feuerfesten Baustoffen. Schleif-

509821 /0680

■ II "*■ «I.

materialien, wie Schleifscheiben, und sonstigen Formen, wobei die entsprechende erfindungsgemäße Masse durch

1. eine Hauptmenge an Formstoff und

2. eine bis zu 40 Gewichtsprozent betragende Menge des vorgenannten Binders

gekennzeichnet ist.

Die Gießereiformmassen der Erfindung werden zum Gießen von relativ niedrig schmelzenden Nichteisenmetallen verwendet. Dazu werden Gießformen aus Gießereiformmassen hergestellt, die als Hauptmenge einen Formstoff und bis zu 40 Gewichtsprozent des vorgenannten Binders enthalten. Anschließend wird das geschmolzene Nichteisenmetall in die Gießform gegossen und dort entsprechend abgekühlt. Die Gießform wird zur Verminderung der Festigkeit des Binders während eines ausreichenden Zeitraums mit einer entsprechenden Menge Wasser behandelt, und anschließend wird der Gießling entformt.

Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gießereiformmassen im entsprechenden Binder eingesetzte Boraluminiumphosphat enthält etwa 3 bis 40, vorzugsweise etwa 5 bis 30, insbesondere etwa 10 bis 25 Grammatomprozent Bor, bezogen auf die Grammatome Aluminium. Außerdem weist das Boraluminiumphosphat ein Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von etwa 2 : 1 bis 4:1, vorzugsweise 2,5 : 1 bis 3,5 : 1, insbesondere etwa 2,8 : 1 bis 3,2 : 1, auf.

Das Boraluminiumphosphat wird im allgemeinen durch Umsetzen einer Aluminiumoxid enthaltenden Komponente, einer Phosphor ent-

509821/0680

haltenden Komponente und einer Bor enthaltenden Komponente hergestellt. Vorzugsweise wird ein Verfahren angewandt, bei dem die das Aluminiumoxid enthaltende Komponente vollständig gelöst ist.

Als Phosphor enthaltende Komponente wird vorzugsweise Diphosphorpentoxid oder etwa 70- bis etwa 86gewichtsprozentige, insbesondere etwa 86gewichtsprozentige, Phosphorsäure eingesetzt. Es können auch andere Phosphor enthaltende Komponenten, wie Polyphosphorsäuren, eingesetzt werden.

Als borhaltige Komponente wird im allgemeinen Borsäure und/ oder Boroxid und/oder Metallborate, wie Alkalimetallborate, beispielsweise Natriumborat Na₂B^CU-IO H₂O, verwendet. Gegenüber Boroxid ist Borsäure bevorzugt, da die Säure im Vergleich zum Oxid im allgemeinen leichter erhältlich und im vorliegenden Reaktionssystem leichter löslich ist.

Das Boraluminiumphosphat wird vorzugsweise durch Umsetzen von Phosphorsäure oder Diphosphorpentoxid, Aluminiumoxid, beispielsweise in Form des Trihydrats Al₂O,.3H₂O, und Borsäure oder Boroxid hergestellt.

Da die Umsetzung exotherm verläuft, genügt ein bloßes Vermischen der Ausgangsverbindungen. Die Reaktion setzt ein. und die Temperatur des Reaktionsgemisches steigt allmählich auf einen ' Maximalwert von etwa 93 bis 11O⁰C an. Na.ch Erreichen dieses Werts wird vorzugsweise noch etwa eine halbe bis zwei Stunden zur Vervollständigung der Reaktion auf eine Temperatur von etwa

503821 /0680

105 bis 121⁰C erhitzt. Manchmal ist es auch zweckmäßig, die Reaktion durch kurzzeitiges äußeres Erhitzen in Gang zu bringen. Die Umsetzung erfolgt üblicherweise bei Atmosphärendruck, jedoch können auch höhere oder niedrigere Drucke angewandt werden. Die Umsetzung ist üblicherweise innerhalb etwa einer bis vier Stunden, meist innerhalb etwa zwei bis drei Stunden, beendet.

Die Menge des im Binder enthaltenen Boraluminiumphosphats beträgt etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 65 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Boraluminiumphosphat und Erdalkalimetallverbindungen. Die Menge der Erdalkaliverbindungen beträgt etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 10 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Boraluminiumphosphats und der Erdalkalimetallverbindungen.

Als Erdalkalimetallverbindung eignen sich erfindungsgemäß beliebige Stoffe, die ein Erdalkalimetall und ein Oxid enthalten, das zur Reaktion mit dem Boraluminiumphosphat befähigt ist. Vorzugsweise werden freie Erdalkalimetalloxide oder -hydroxide mit einer spezifischen Oberfläche von höchstens 3,5 m /g, insbesondere höchstens 3 m /g, gemessen nach der BET-Methode, eingesetzt. Freie Oxide bzw. Hydroxide mit einer spezifischen Oberfläche von höchstens 8,5 m /g sind bevorzugt, wenn die Binder für Formmassen, beispielsweise zur Herstellung von feuerfestem Baumaterial, Schleifmitteln sowie Kernen und Formen, verwendet werden. Diese Oxide bzw. Hydroxide mit einer Oberfläche von höchstens 8,5 m /g sind deshalb bevorzugt, weil sie ausreichend

509821/0680

lange Verarbeitungszeiten ermöglichen, um in üblichen Mischern vor dem Einfüllen in die Form bzw. das Modell genügend vermischt zu werden. Wenn auch diese Oxide bzw. Hydroxide im allgemeinen für übliche Mischer zu reaktiv sind, so sind sie doch für schnelle Mischverfahren geeignet, z.B. für kontinuierliche Mischvorgänge, die nur etwa 20 Sekunden für das Mischen erfordern, oder sie können in den Fällen eingesetzt v/erden, in denen eine rasche Härtung des Binders erwünscht ist und/oder geduldet v/erden kann.

Stoffe, die ein Oxid oder Hydroxid und ein Erdalkalimetall in chemischer oder physikalischer Kombination zusammen mit anderen Bestandteilen enthalten, sind weniger reaktiv als die freien Oxide und Hydroxide. Derartige Stoffe sind daher auch bei einer Oberfläche von oberhalb 8,5 m /g für Mischverfahren geeignet, die etwa 2 bis 4 Minuten oder mehr erfordern.

Mit dem Oxid und dem Erdalkalimetall chemisch und/oder physikalisch kombinierte andere Bestandteile liegen z.B. an der Oberfläche der Oxidteilchen sorbiert oder in Form eines Überzugs vor. Durch bloßes Vermischen dieser Stoffe mit einem freien Oxid bzw. Hydroxid gelingt es dagegen nicht, deren Reaktivität merklich zu erniedrigen.

Vorzugsweise weisen die eingesetzten Erdalkalimetallverbindun- gen eine spezifische Oberfläche von höchstens 8,5 m /g, insbesondere höchstens 3 m /g, auf. Üblicherweise beträgt die spezifische Oberfläche mindestens 0,01 m²/g· Die spezifische Oberfläche wird, falls nicht anders angegeben, nach der BET-Metho-

509821/0680

de (ASTM-D-3037-7IT) unter Verwendung von 0,1 bis 0,5 g der Erdalkalimetallverbindungen bestimmt. Beispiele für Erdalkalimetallverbindungen sind Calciumoxid, Magnesiumoxid, Calciumsilifcate, Calciumaluminate, Calciumaluminiumsilikate, Magnesiumsilikate und Magnesiumaluminate. Ferner eignen sich Zirconate, Borate und Titanate der Erdalkalimetalle. Vorzugsweise verwendet man ein freies Erdalkalimetalloxid oder ein Gemisch aus einem freien Erdalkalimetalloxid und einem Stoff,der das Erdalkalimetall und das Oxid in Kombination mit einem anderen Bestandteil, wie einem Calciumaluminat, enthält. Ein bevorzugtes Erdalkalimetalloxid ist Magnesiumoxid.

Stoffe, die neben dem Oxid bzw. Hydroxid und dem Erdalkalimetall weitere Komponenten enthalten, können unter Umständen als Erdalkalimetälloxid liefernde Verbindungen betrachtet werden, die das Erdalkalimetalloxid in das Bindersystem einbringen.

Als Magnesiumoxid eignen sich z.B. technische Magnesia- und calcinierte Magnesiumoxidsorten.

Ein besonders bevorzugtes Calciumsilikat ist Wollastonit, ein hochreines Mineral, das Calciumoxid und Siliciumdioxid in äquimolekularem Verhältnis enthält. Technische Calciumaluminate enthalten im allgemeinen etwa 15 bis 40 Gewichtsprozent Calciumoxid und etwa 35 bis 80 Gewichtsprozent Aluminiumoxid, wobei die Gesamtmenge von Calciumoxid und Aluminiumoxid mindestens ' 70 Gewichtsprozent beträgt. Es können auch Calciumaluminate mit höherem Calciumoxidgehalt eingesetzt werden.

509821/0680

Gemische aus einem freien Erdalkalimetalloxid und einem Stoff, der neben dem freien Oxid bzw. Hydroxid und dem Erdalkalimetall andere Bestandteile aufweist, enthalten vorzugsweise etwa 1 bis 10 Gewichtsteile, insbesondere etwa 2 bis 8 Gewichtsteile, freies Erdalkalimetalloxid pro 1 Gewichtsteil des andere Bestandteile enthaltenden Stoffes. Vorzugsweise bestehen derartige Gemische aus Magnesiumoxid und Calciumaluminaten. Das freie Erdalkalimetalloxid, wie Magnesiumoxid, ist in derartigen Ge- ■ mischen in erster Linie für die schnelle Härtungsgeschwindigkeit verantwortlich, während die andere Komponente, wie das CaI-ciumaluminat, hauptsächlich die Festigkeitseigenschaften der hergestellten Form verbessert. Da das freie Metalloxid reaktiver ist als die das Metalloxid liefernden Stoffe, beeinflussen diese Stoffe im Gemisch mit dem Erdalkalimetalloxid die Härtungsgeschwindigkeit nur wenig.

Um die Handhabung zu erleichtern, werden die Erdalkalimetallverbindungen gegebenenfalls in Form einer Aufschlämmung oder Suspension in einem flüssigen Verdünnungsmittel eingesetzt. Beispiele für Verdünnungsmittel sind Alkohole, wie Äthylenglykol und Furfurylalkohol, Ester, wie Äthy;Lenglykolalkylätheracetate, Kohlenwasserstoffe, wie Kerosin und geruchloses Ligroin, und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie Gemische der genannten Verdünnungsmittel. Gegebenenfalls werden die Aufschlämmungen mit bis zu etwa 10 Prozent, vorzugsweise bis zu etwa 5 Prozent, eines Suspendiermittels, wie eines Montmorillonit-Derivats, einer hochdispersen Kieselsäure oder einem hochmolekularen, eine kolloidale Lösung bildenden Carboxyvinylpolymerisat, versetzt, um die Aufschlämmung bzw. Suspension zu

509821/0680

stabilisieren.

Die Erdalkalimetallverbindungen und das Verdünnungsmittel werden im allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1 : 3 bis 3:1, vorzugsweise etwa 1 : 2 bis 2:1, vermischt. Unpolare Kohlenwasserstoffe ergeben im Vergleich zu anderen Verdünnungsmitteln die besten Festigkeitseigenschaften des Binders. Auch Alkohole, wie Äthylenglykol und Furfurylalkohol, sind vorteilhafte Verdünnungsmittel, da sie die Verarbeitungszeit der Gießereiformmasse erhöhen, ohne daß gleichzeitig die Entnahmezeit entsprechend zunimmt. Bei Verwendung von Alkoholen, wie Äthylenglykol und Furfurylalkohol, werden die Festigkeitseigenschaften der Gießform jedoch etwas beeinträchtigt.

Als weitere Komponente enthalten die erfindungsgemäßen Gießereiformmassen Wasser. Das Wasser kann entweder vollständig oder teilweise dem Bindersystem als Träger für das Boraluminiumphosphat zugeführt werden. Es kann jedoch auch als getrennter Bestandteil zugesetzt werden. Die gewünschte Wassermenge kann auch teilweise zusammen mit dem Boraluminiumphosphat und teilweise in anderer Kombination zugeführt werden. Die Wassermenge beträgt etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Boraluminiumphosphat und Wasser.

Das Gemisch von Boraluminiumphosphat und Wasser weist im allgemeinen eine Viskosität von etwa 100 bis 2 000 cP, vorzugsweise etwa 200 bis 1 000 cP, auf.

509821/0680

Die für die Gießereiformraassen der Erfindung eingesetzten Binder ermöglichen die Herstellung von Formkörpern, beispielsweise Schleifmitteln, wie Schleifscheiben, Formen und feuerfesten Werkstoffen, wie keramischen Werkstoffen, wobei die erhaltenen Formkörper im Vergleich zu Formkörpern, die mit Bindern gleicher Zusammensetzung, jedoch borfreiem Aluminiumphosphat, hergestellt wurden, verbesserte physikalische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, aufweisen. Eine Erhöhung der Zugfestigkeit wird bei einem Borgehalt von 3 Grammatomprozent festgestellt. Zusätzlich verbessert das Bor die Stabilität des gehärteten Formkörpers. Die prozentuale Abnahme der Zugfestigkeit ist bei einem Formkörper, der unter Verwendung des Bor enthaltenden Aluminiumphosphats gemäß der Erfindung hergestellt wurde, nach einer Lagerzeit von 48 Stunden im Vergleich zur Zugfestigkeit nach einer Lagerzeit von 24 Stunden im allgemeinen geringer als bei entsprechenden Formkörpern, zu deren Herstellung ein b.orfreies Aluminiumphosphat eingesetzt wurde. Diese stabilisierende Wirkung wird besonders dann festgestellt, wenn größere Mengen Bor, beispielsweise etwa 10 bis 30 Prozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, eingesetzt werden.

Darüber hinaus ist die Einführung von Bor in das Aluminiumphosphat von besonderem Vorteil, weil sich dadurch die Reaktivität des Aluminiumphosphats gegenüber den Erdalkalimetallverbindungen in Gegenwart großer Mengen des Formstoffs ändert. Mit zunehmendem Borgehalt im Boraluminiumphosphat nimmt dessen Reaktionsgeschwindigkeit mit den Erdalkalimetallverbindungen in Gegenwart des Formstoffs ab. Dies ist besonders deutlich bei einem Borgehalt von wenigstens 10 Grammatomprozent, bezogen

509821/0680

- ΛΑ -

auf die Grammatome Aluminium. Auf diese Weise ermöglicht die Anwesenheit von Bor in Aluminiumphosphat die Härtereigenschaften des Binders innerhalb gewisser Grenzen auf besondere Erfordernisse bei bestimmten Anwendungen des Binders einzustellen.

Die Änderung der Härtereigenschaften, insbesondere bei Verwendung eines freien Erdalkalimetalloxids, wurden jedoch bei Abwesenheit großer Mengen Formstoff, wie Sand, nicht beobachtet. Bei Abwesenheit des Formstoffs verläuft die Umsetzung zwischen dem Boraluminiumphosphat und den freien Erdalkalimetallverbindungen so rasch, daß eine mögliche Wirkung des Bors auf den Härtungsvorgang nicht feststellbar ist bzw. deren Feststellung keinen praktischen Wert besitzt.

Zusätzlich ermöglicht die Anwesenheit von Bor die Herstellung von Aluminiumphosphatlösungen in Wasser, die im Vergleich zu Bor-freien Aluminiumphosphatlösungen eine stark erhöhte Lagerstabilität aufweisen. Diese erhöhte Lagerstabilität wird bei einem Borgehalt von mindestens 5 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, deutlich festgestellt.

Der Binder kann noch andere Zusätze enthalten, die das Zusammenwirken zwischen dem Boraluminiumphosphat, den Erdalkalimetallverbindungen und dem Wasser nicht beeinträchtigen.

Wenn der Binder in Formmassen zur Herstellung von Schleifmitteln, wie Schleifscheiben, feuerfesten Werkstoffen, wie keramischen Werkstoffen, normalen Sand enthaltenden Gießformen oder Präzisionsgießformen verwendet wird, wird gleichzeitig ein ent-

509821/0680

sprechender Formstoff zugeschlagen.

Bei der Herstellung von normalen Sand enthaltenden Gießformen weist der verwendete Formstoff eine so große Korngröße auf, daß eine ausreichende Porosität der Gießform sichergestellt ist, damit "beim Gießvorgang flüchtige Stoffe aus der Gießform entweichen können. Im allgemeinen weisen etwa 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 90 Gewichtsprozent, des für derartige Gießformen verwendeten Formstoffs eine durchschnittliche Korngröße von mindestens 0,100 mm, vorzugsweise 0,100 bis 0,290 mm, auf. Als Formstoff für diese Gießformen wird vorzugsweise Sand eingesetzt, der zu wenigstens 70 Gewichtsprozent, vorzugsweise wenigstens 85 Gewichtsprozent, aus Siliciumdioxid besteht. Andere geeignete Formstoffe sind beispielsweise das Mineral Zircon, Olivin, Aluminiumsilicatsand und Chromitsand.

Zur Herstellung von Präzisionsgießformen wird ein Formstoff eingesetzt, dessen Hauptmenge, im allgemeinen mindestens 80 Prozent, vorzugsweise mindestens 90 Prozent, eine durchschnittliche Korngröße von höchstens 0,100 mm, vorzugsweise 0,044 bis 0,074 mm, aufweist. Bevorzugte Formstoffe zur Herstellung von Präzisionsgießformen sind geschmolzener Quarz, Zirconsande, Magnesiumsilicatsande, wie Olivin, und Aluminiumsilicatsande.

Präzisionsgießformen unterscheiden sich von normalen Sand enthaltenden Gießformen durch die Möglichkeit der dichteren Pakkung des Formstoffs. Deshalb müssen Präzisionsgießformen vor ihrer Verwendung erhitzt werden, um flüchtige Stoffe aus der

509821/0680

Gießform auszutreiben. Falls dies nicht geschieht, diffundieren die während des Gießvorgangs gebildeten flüchtigen Stoffe in das geschmolzene Metall, da die Gießform eine relativ niedrige Porosität aufweist. Diese Diffusion flüchtiger Stoffe beeinträchtigt die Oberflächenglätte des Gießlings.

Bei der Herstellung von feuerfesten Werkstoffen, wie keramischen Werkstoffen, weist die Hauptmenge wenigstens 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise wenigstens 90 Gewichtsprozent, des Formstoffs eine durchschnittliche Korngröße unter 0,0?4 mm, vorzugsweise von höchstens 0,044 mm, auf. Der zur Herstellung von feuerfesten Werkstoffen eingesetzte Formstoff muß Härtungstemperaturen über 815⁰C widerstehen, da die feuerfesten Werkstoffe für ihren Einsatzzweck gesintert vjerden. Für diese Anwen dung geeignete Formstoffe sind beispielsweise schwer schmelzbare Oxide, Carbide, Nitride und Silicide, wie Aluminium-, Blei-, Chrom-, Zircon- und Siliciumoxid sowie Siliciumcarbid, Titannitrid, Bornitrid, Molybdändisilicid und Kohlenstoff enthaltendes Material, wie Graphit. Es können auch Gemische von Formstoffen sowie Gemische von Metallen und keramischen Stoffen eingesetzt werden.

Beispiele für Schleifkorn zur Herstellung von Schleifmitteln sind beispielsweise Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Borcarbid, Korund, Granat und Schmirgel sowie deren Gemische. Die Größe des Schleifkorns entspricht den üblichen Größen. Die unter Verwendung des Binders der Erfindung hergestellten Schleifmaterialien werden für die gleichen Zwecke eingesetzt wie übliche Schleifmaterialien. Zusammen mit dem Schleifkorn können auch

509821/0680

andere anorganische Füllstoffe bei der Herstellung der Schleifmaterialien verwendet werden. Vorzugsweise haben mindestens _w85 Prozent, insbesondere mindestens 95 Prozent, der eingesetzten organischen Füllstoffe eine durchschnittliche Korngröße von höchstens 0,074 mm. Anorganische Füllstoffe sind beispielsweise Kryolit, Flußspat und Siliciumdioxid. Der anorganische Füllstoff wird im allgemeinen in Mengen von etwa. 1 bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht von Schleifkorn und anorganischem Füllstoff, eingesetzt.

Der Formstoff wird vorzugsweise in trockener Form zugesetzt, kann jedoch auch kleine Mengen Feuchtigkeit bis zu etwa 0,3 Gewichtsprozent oder mehr enthalten, bezogen auf das Gewicht des Formstoffs. Dieser Feuchtigkeitsgehalt des Formstoffs kann durch entsprechende Verringerung der Wassermenge ausgeglichen werden, die im Laufe des Herstellungsverfahrens mit den anderen Komponenten, wie dem Boraluminiumphosphat und den Erdalkalimetallverbindungen, zugegeben wird.

Erfindungsgemäße Formmassen enthalten vorwiegend Formstoff und nur zum geringeren Teil Binder. In aus den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen hergestellten normalen Sand enthaltenden Gießformen beträgt die Menge des Binders im allgemeinen höchstens 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,5 bis 7 Gewichtsprozent, insbesondere etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht des Formstoffs.

In Formen und Kernen für Präzisionsgießverfahren sowie in feuerfesten Werkstoffen beträgt die Menge des Binders im allgo-

509821/0680

meinen höchstens 40 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf die Menge des Formstoffs.

In Schleifmaterialien beträgt die Menge des Binders im allgemeinen höchstens 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Schleifmaterial oder das Schleifkorn.

Der in den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen eingesetzte Binder wird in einem Zweipackungssystem angewandt, wobei eine Packung das Boraluminiumphosphat und das V/asser und die andere Packung die Erdalkalikomponente enthält. Man vermengt üblicherweise zunächst den Formstoff mit der Erdalkalikomponente und mischt dann den Inhalt der Boraluminiumphosphatpackung zu. Nach gleichförmiger Verteilung des Binders im Formsand wird die Gießereiformmasse in die gewünschte Form gebracht. Die Formmasse kann gegebenenfalls weitere Bestandteile, wie Eisenoxid, gemahlene Flachsfasern, Holzmehl, Ton und feuerfeste Stoffe, enthalten.

Die Gießereiformmassen der Erfindung härten bei Raumtemperatur in einer chemischen Reaktion ohne äußeres Erhitzen aus. Die Aushärtung erfolgt beispielsweise nach dem sogenannten "air cure"-oder "no bake"-Mechanismus. Die Härtungstemperatur liegt dabei gewöhnlich im Bereich von etwa 10 bis 50⁰C.

Die mit den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen hergestellten Gießformen weisen eine gute Riß- und Senkbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt auf und lassen sich daher leicht handhaben

508821 /0680

und können unmittelbar nach der Entnahme eingesetzt werden. Außerdem weisen diese Gießformen im Vergleich zu Gießformen, die andere anorganische Bindersysteme, wie Silikate, enthalten, verbesserte Zerfalls- und Entformungseigenschaften beim Gießen von relativ hoch schmelzenden Eisenmetallen, wie Eisen und Stahl, die bei 1 370⁰C gegossen werden,auf.Zusätzlich ermöglicht der in den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen eingesetzte Binder die Herstellung von Gießformen für relativ niedrig schmelzende Nichteisenmetalle, wie Aluminium, Kupfer und Kupferlegierungen, beispielsweise Messing. Die Temperaturen, bei denen diese Metalle gegebenenfalls gegossen werden, reichen in manchen Fällen nicht aus, um die Festigkeit des in den erfindungsgemäßen Gießereiformmassen eingesetzten Binders so weit herabzusetzen, daß der Gießling nur durch Anwendung einfacher mechanischer Kräfte entformt werden kann, was bei üblichen Anwendungen solcher Gießformen im allgemeinen erwünscht ist. Jedoch ermöglichen die erfindungsgemäßen Gießereiformmassen die Herstellung von Gießformen zum Gießen dieser Metalle, vorzugsweise Aluminium, dadurch, daß zum Entformen des Gießlings die Festigkeit der Gießform durch Auslaugen mit Wasser vermindert werden kann. Die Behandlung der Gießformen mit Wasser erfolgt beispielsweise durch Tränken oder Besprühen. Es wurde festgestellt, daß das Aussehen der Oberfläche von AIuminiumgießlingen, die unter Verwendung von erfindungsgemäßen Gießereiformmassen hergestellt wurden, sehr gut ist.

509821/0680

Die Gießereiformmassen der Erfindung werden im allgemeinen in folgenden Schritten zu Gießformen verarbeitet:

(1) Einfüllen der Formmasse in eine Form oder ein Modell;

(2) Belassen der erhaltenen Grünform bzw. des Grünkerns in der Form bzw. dem Modell bis zum Erlangen der Mindestentnahmefestigkeit (selbsttragend) und

(3) Entnahme aus der Form bzw. dem Modell und Aushärten bei Raumtemperatur zu einer Gießform.

Die Beispiele erläutern die Erfindung. Alle Teile beziehen sich auf das Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist. In allen Beispielen werden die Gießproben nach dem "No bake-Verfahren bei Raumtemperatur ausgehärtet, falls nichts anderes angegeben ist.

509821/0680

Beispiel 1

Ein mit Rührer, Thermometer und Überdruckventil ausgerüstetes Reaktionsgefäß wird unter Rühren mit etwa 38 000 Teilen einer 80prozentigen wäßrigen Phosphorsäurelösung, etwa 307 Teilen Borsäure und etwa 7 720 Teilen hydratisiertem Aluminiumoxid

beschickt. Das Reaktionsgemisch wird etwa 30 l-üirmten auf etwa 49°C erhitzt und hierauf v/eitere 20 Minuten ohne äußeres Erhitzen umgesetzt, wobei die Temperatur auf einen Maximalwert von etwa 82°C steigt. Anschließend wird noch'70 Minuten auf etwa 113⁰C erhitzt. Der Druck im Reaktionsgefäß steigt auf einen Maximalwert von etwa 1,055 atu. Das Reaktionsgemisch wird dann innerhalb etwa 45 Minuten auf etwa 68⁰C abgekühlt, wobei gleichzeitig etwa 5 900 Teile Wasser unter Rühren zugegeben werden. Hierauf kühlt man das Reaktionsgemisch unter einem Druck von etwa 76 Torr auf 28⁰C ab, bringt das System auf Normaldruck

und gewinnt so etwa 52 000 Teile eines borierten Aluminium-Phosphats mit einem Feststoffgehalt von 66,6 Prozent, einer Viskosität von 250 bis 300 cP, einem Grammatomverhältnis von Phosphor zur Gesamt-Grammatomzahl von Aluminium und Bor von 3 :1 und einem Borgehalt von etv/a 5 Grammatomprozent, bezogen auf Grammatome Aluminium.

100 Teile Formsand und etwa 0,85 Toile einer Aufschlämmung von 0,4 Teilen Kerosin und 0,^5 Teilen Magnesiumoxid mit einer Oberfläche von etwa 2,3 m /g werden etwa 2 Minuten vermischt. Der Sand enthält 99»88 Prozent Siliciumdioxid, 0,02 Prozent Eisenoxid, 0,10 Prozent Aluminiumoxid, 0,15 Prozent Titandioxid, U,01 Prozent Calciumoxid und 0,005 Prozent Magnesiumoxid und besitzt folgende Korn-

509821 /0680

2^52232

größenverteilung: O, A Prozent > 420 μ, 11,2 Prozent >2.97 μ _f 35,2 Prozent>210μ, 37,4 Prozent >149 u, 10,8 Prozent > 105 μ, 4,0 Prozent > 74 )i, 0,8 Prozent >63 μ, 0,8 Prozent > 53 μ, 0,2 Prozent;» 44 u und 66,92 Feingut (AFS). Das Gemisch wird mit 3,2 Teilen dos borhaltigen Aluminiuraphosphats versetzt und 2 Minuten gerührt.

Die erhaltene Gießereiformmasse wird mit der Hand zu Standard-

AFS-Zugfestigkeitsproben gestampft. Die Zugfestigkeit dor Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 5,27 kg/cm*", nach 4 Stunden 7,38 kg/cm², nach 6 Stunden 9,84 kg/cm² und nach 24 Stunden 11,95 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 10 Minuten und die Entnahmezeit etwa 35 bis 40 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut, nach 2 Stunden ausgezeichnet.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wird mit etwa 3,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den Formsand, derselben Binderzusammensetzung wiederholt. Die erhaltene Gießereiformmasse wird zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben geformt, deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 5,27 kg/cm , nach 4 Stunden 8,44 kg/cm , nach 6 Stunden 10,2 kg/cm und nach 24 Stunden 11,6 kg/cm beträgt. Die Proben besitzen ausgezeichnete Rißbeständigkeit nach 2 Stunden. Die Verarbeitungszeit der Hasse beträgt 10 Minuten, die Entnahmezeit etwa 40 bis 45 Minuten.

509821/0680

Beispiel 3

5000 Teile Formsand und 35 Teile eines 2,5 ί 1-Gemisches aus Magesiumoxid und eines Calciumaluminats mit einem Gehalt an 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid werden etwa 2 Minuten miteinander vermischt, dann mit I65 Teilen einer 66prozcntigen wäßrigen Aluminiumplio sphat lösung versetzt, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist, und schließlich 2 Minuten gerührt.

Die erhaltene Gießereiformmasse wird zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben geformt, deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 2A Stunden 11,95 kg/cm beträgt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 10 Minuten, die Entnahmezeit 30 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut, nach 2 Stunden ausgezeichnet.

Beispiel 4

Das Verfahren von Beispiel 3 wird unter Verwendung von 30 Teilen des Magnesiumoxid-Calciumaluminat-Gemisches wiederholt. Die erhaltene Gießereiformmasse wird zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben geformt, deren Zugfestigkeit bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 5,63 kg/cm , nach 4 Stunden 11,25 kg/cm , nach 6 Stunden 12,55 kg/cm und nach 24 Stunden 13,8 kg/cm² betregt. Die Verarbeitungszeit beträgt 15 Minuten, die Entnahmezeit 45 Minuten.

Die folgenden Beispiele 5 bis 9 erläutern den Einfluß der Oberfläche bei Verwendung von freien Oxiden als Erdalkalimaterialion.

509321 /0680

Beispiel 5

5000 Teile Quarzsand, und 25 Teile Magnesiumoxid mit einer Obcrfläche von etwa 2,3 πι /c worden etwa 2 Minuten vermischt. Hierauf gibt man I65 Teile einer 66prozontigen Aluminiumphosphatlösung zu, die gemäß Beispiel 1 hergestellt worden ist, und rührt das Gemisch 2 Minuten. Die erhaltene Gießereiformmasse besitzt eine Verarbeitungszoit von 10 bis 20 Minuten.

Beispiel 6

Das Verfahren von Beispiel 5 wird unter Verwendung eines Magnesiumoxids mit einer Oberfläche von etwa 1,4 m /g sowie einem Aluminiumphosphat mit einem Borgehalt von 10 Grammatomprozent, bezogen auf Grammatome Aluminium, wiederholt. Die Verarbeitungszeit der Gießereiformmasse beträgt etwa 15 Minuten.

Beispiel7

Das Verfahren von Beispiel 6 wird unter Verwendung eines Magnesiumoxids mit einer Oberfläche von etwa 35,2 m²/g wiederholt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt weniger als 2 Minuten, so daß sehr schnell- vermischt werden muß.

Beispiel 8 Das Verfahren von Beispiel 6 wird unter Verwendung eines Magne-

siumoxids mit einer Oberfläche vpn etwa 61,3 m /g wiederholt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt weniger als 2 Minuten,

509821/0680'

- 22 so daß ein relativ schnelles Mischverfahren erforderlich ist,

Beispiel 9

Das Verfahren von Beispiel 5 wird unter Verwendung eines Magncsiumoxids mit einer Oberfläche von etwa 8,2 m /g wiederholt, dac durch 2'fstündiges Calcinieren von Michigan 1782 bei 100O⁰C hergestellt worden ist. Ferner wird ein Aluminiumphosphat mit einem Borgehalt von 30 Grammatomprozent, bezogen auf Grammatome Aluminium, eingesetzt. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträft 2 bis h Minuten_s so daß ein übliches Mischverfahren angewandt werden kann. Für manche Anwendungsbereiche könnte jedoch die Verarbeitungszeit etwas knapp bemessen sein.

Be i s ρ i e 1 10 In Tabelle I ist der Einfluß des Borgehalts auf die Verarbei-

tungs- und Entnahrnezeit von Gießereiformmassen erläutert. Die Formmassen v/erden durch.etwa 2minütiges Vermischen von 5000 Teilen Quarzsand und der in Tabelle I genannten Menge eines 2,5 : 1 -Gemisches von Magnesiumoxid und eines Calciumaluminats mit einem Gehalt an 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid hergestellt. Das Gemisch wird dann mit 165 Teilen der in Tabelle I genannten Aluminiumphosphatlösungen versetzt, die in einem Grammatomverhältnis von Phosphor zur Gesamt-Grammatomanzahl von Aluminium und Bor von 3 : 1 hergestellt worden sind.

509S21/0680

- 23 -

Tabelle I

Einfluß .des Borgehalts auf die Verarbeitung^- und Entnahmezeit (min/min)

gehalt,	25 Teile
%	MgO-Ca-
	alumiriat
	Gemj sch
30	30/>100
20	25/100
10	20/90
5	15/75
3	15/75
1	10/70
0	10/65

68/4 wäßrige Aluminiurn-10 spha ti ö SUn^₁₁

30 Teile MgO-Ca- · aluminat" Gemisch

20/80 15/60 15/60 10/60 10/55 10/50 10/50

ββ% wäßrige Aluminiumphosphatic) .'U)H/.^

25 Teile
MgO-Caaluminat-Gomisch

25/150

30/>90

20/80

15/75

10/65

10/70

10/65

30 Teile MgO-Caaluminat· Oomi.^e'.ch

15/75 15/70

10/55 10/50 10/50 10/50 10/50

Bei der Prüfung der Lagerbeständigkeit der verschiedenen Aluminiumphosphatlösungen zeigt sich, daß sich bei Borgehalten von 0,-1 bzw. 3 Grammatomprozent erst nach Vntägiger Lagerung ein geringer Niederschlag bildet. Die übrigen Aluminiumphosphatesungen bleiben klar.

Die verschiedenen hergestellten Gießereiformmassen werden zu Standard-AFS~Zugfestigkeitsproben geformt. Die nach 24 bzw. 48 Stunden bei Raumtemperatur erzielten Zugfestigkeitswerte sind in den Tabellen II und III wiedergegeben. Es zeigt sich, daß borhaltige Aluminiumphosphate im allgemeinen bessere Zugfestigkeitswerte ergeben. Ferner wird deutlich, daß die Zugfestigkeit im allgemeinen mit steigendem Borgehalt zunimmt, wenn auch einige Werte durch experimentelle Fehler etwas aus der Reihe fallen.

509821/0680

Tabelle II

Einfluß des Borgehalts auf die Zugfestigkeit 24 h nach

Entnahme

% wäßrige Aluminium-

66 % wäßrige Aluminium-

Borgehalt,
%

Teile

MgO-Ca-

aluminat-

13,36
12,73
11,95
11,39

11,39
11,04

Teile MgO-Caaluminat Gemisch

11,53 12,09 10,26

9,35

10,33

9,84

10,55

Teile
MgO-Caaluminat
Gemisch

12,33
12,8
11,74

12,23

11₉6

10,55

11₅O4

30 Teile MgO-Caaluminat-Geraii.-.ch

11,17

11,39

9,28

9,49 9,84 8,72 7,24

Tabelle.Ill

Einfluß des Borgehalts auf die Zugfestigkeit 48h nach

Entnahme

	68 % wäßrige Aluminium phosphatlösung	30 Teile MgO-Ca- aluminat- Gemisch	66 % wäßrige Aluminium phosphatlösung	30 Teile MgO-Ca- aluminat- Gemisch
Borge- - halt, Ji	25 Teile MgO-Ca- aluminat- Gemisch	10,97	25 Teile MgO-Ca- aluminat- Geraisch	11,25
30	12,8	11,53	12,0	9,7
20	12,0	9,63	10,69	8,86
10	10,97	10,55	11,6	8,15
5	11,1	8,86	11,95	8,86
3	11,53	9,14	10,33	7,94
1	10,69	8,44	. 9,14	6,33
0	9,84	9,98

509821/0680

Beispiel 11

Aus Tabelle IV geht die durch Zusatz von Bor verbesserte Lagerstabilität hervor.

Tabelle IV

Stabilität der	Feststoff gehalt 00	Aluminiumphos	phatlöBung
	77
Grammatomvor- hältnis Alu minium + Dor/ Phosphor	77	- Borgehalt (Graramatom- prozent, be zogen auf Aluminium)	Aussehen
1:3,0	77	20	klar nach 11 Monaten
1:3,8	77	10	klar nach 11 Monaten
1:3,8	76	5	klar nach 11 Monaten
1:3,8	76	0	klar nach 11 Monaten
1:3,6	76	40	klar- nach 11 Monaten
1:3,6	76	20	klar nach 11 Monaten
1:3,6	75	10'	klar nach 11 Monaten
1:3,6.	75	5	klar nach 11 Monaten
1:3,6	75	0	Niederschlag nach 10 Monaten
1:3,4	75	20	klar nach 11 Monaten
1:3,4	75	20	klar nach 10 Monaten
1:3,4	75	10	klar nach 11 Monaten
1:3,4	75	10	klar nach 10 Monaten
1:3,4	75	5	11/2 Monate klar, dann Niederschlag
. 1:3,4	75 75 •	5	2 Monate klar, dann Niederschlag
1:3,4	0	1 Monat klar, dann Niederschlag
1:3,2 1:3,1	5 10	■ 1 Monat klar, dann Niederschlag Niederschlag· nach 10 Monaten

509821/0680

Tabelle IY - Fortsetzung

Grammatoinver- Feststoff- Borgehalt hältnis Aluminium + Bor/ Phosphor

(Grammatomprozent, bezogen auf Aluminium) Aussehen

1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0
1:3,0

75 68 67 65 75 68

67 65 75 68 67 65 75 68 67 65 75 68

67 65 75 68 67 65 75 68

67 65

30 30 30 30 20 20 20 20 10 klar mich etwa 12 Ilonaten

klar
klar
klar
klar
klar
klar
klar

wonigstGiiH 2 V2 Monate kl a 4

] N i ed. ο r sch Ί a .-y ν < > r 6 Ho η a t ο η _

wenigsten;.; 10 Monate klar, dann Niederschlag

Il

II

wenigstens 2 1/2 Monate klar, Niederschlag vor 6 Monator

Niederschlag

wenigstens 2 1/2 Monate klar, Niederschlag vor 6 Monatdl

Niederschlag η.etwa 2 1/2

Monaten Niederschlag «

Niederschlag "

iionigstens 2 1/2 Monate klar, Niederschlag vor 6 Monaten

Niederschlag η.etwa 2 1/2 Monaten

Niederschlag "

geringer Niedorschlgr;

nnnl) (;tifa,^_r.„T/.2 Monaj.bn

509821 /0680

Die folgenden Beispiele 12 und 13 erläutern die gegenüber bekannten anorganischen Bindern verbesserte Riß- und Senkbeständigkeit bei der Entnahme der Gießformen.

Beispiel 12

20 000 Teile Formsand und 200 Teile eines Gemisches aus 60 Teilen Kerosin, 85,6 Teilen Magnesiumoxid und 34,4 Teilen Calciumaluminat mit einem Gehalt an 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid v/erden etwa 2 Minuten vermischt. Hierauf versetzt man das Gemisch mit 660 Teilen einer gemäß Beispiel 1 hergestellten 66prozentigen wäßrigen Aluminiumphosphatlösung mit einer Viskosität von 250 bis 300 cP, einem Grainmatoraverhältnis von Phosphor zur Gesamt-Grammatomanzahl von Aluminium und Bor von 3 : 1 und einem Borgehalt von etwa 10 Grammatomprozent, bezogen auf Grammatome Aluminium. Das Gemisch wird dann noch 2 Minuten gerührt.

Die erhaltene Gießereiforramasse wird dann zu 10,16 χ 10,16 χ 45,72 cm -Sandkernen mit einem Gewicht von etwa 8,62 kg'geformt. Die Verarbeitungszeit beträgt 10 Minuten, die Entnahmezeit 45 Minuten. Die Rißbeständigkeit der Kerne zum Ent~ nahmezeitpunkt beträgt 85 bis 90, nach 1 Stunde 90 bis 95.

Drei Kerne werden nach dem Ausheben horizontal auf die Kante eines Labortisches gelegt, so daß 15|24 cm über den Tisch hinausragen. Nach 1 stündigem Belassen der Kerne in dieser Stellung ist lediglich ein Absenken von der Horizontalenvon nicht mehr als 1,59 mm meßbar. Weitere Senktests werden so durchgeführt, daß

509821 /0680

~ 28 - ■

jeweils drei Kerne entweder an den Kernenden gestützt und in der Mitte nicht gestützt bzw. in der Mitte gestützt und an den Enden nicht gestützt sind. Ferner werden senkrecht aufgerichtete Kerne geprüft, die auf ihrer 10,16 χ 10,16 cm großen Grundfläche stehen. An keinem der Kerne ist eine bemerkenswerte Senkung festzustellen; auch nach 24stündigem Stehen tritt keine Absakkung auf. Daneben v/erden 6 Kerne hergestellt, und sofort bei der Entnahme in Plastiktüten eingeschlagen. Drei Kerne v/erden an den Enden horizontal gelagert, während die anderen Kerne horizontal im Zentrum gelagert werden. Einige Kerne zeigen innerhalb der ersten Stunde eine geringe Senkung.

Ferner v/erden zwei 10,16 χ 10,16 χ 45,72 cm-Kerne hergestellt, in die 7,62 cm von jedem Ende entfernt in etwa 5,08 cm Tiefe Haken eingebracht werden. Einer der Kerne wird nach 30 Minuten ausgehoben und an einem Ende in horizontaler Lage aufgehängt. Der Kern sackt ab und bricht nach 3 Minuten. Der andere Kern wird nach 45 Minuten ausgehoben und sofort an beiden Enden in horizontaler Stellung aufgehängt. Er bleibt ohne sichtbares Absenken 24 Stunden in dieser Stellung.

Ein 18,9 Liter fassendes Gefäß wird mit der ^Formmasse gefüllt. Hierauf führt man in das Kernzentrum in 10,16 cm Tiefe einen Haken ein und hängt das Ganze bei einer Entnahmezeit von 45 Minuten auf. Das Gesamtgewicht beträgt 33,1 kg. Nach 24 Stunden ist der Haken nicht aus dem Kern ausgebrochen. Auch bei 5minüti~ gem Anhängen von weiteren 77,1 kg ist kein Schaden feststellbar.

509821/0680

Schließlich v/erden Standard-Zugfestigkeitsprüfkörper dadurch hergestellt, daß man die Formmassen vermischt und die Prüfkörper 5, 10 bzw. 17 Minuten nach dem Vermischen entnimmt. Sofort nach dem Vermischen hergestellte Prüfkörper besitzen nach 16 bis 18 Stunden eine Zugfestigkeit von 14,45 kg/cm ', während die nach 10 Minuten entnommenen Prüfkörper eine Zugfestigkeit von 11,25 kg/cm' und die nach 17 Minuten hergestellten Prüfkörper eine Zugfestigkeit von 4,22 kg/cm besitzen. Der Zugfestigkeitsabfall nach 5Jiiinütigern Mischen zeigt an, daß der Binder etwas zu schnell reagiert. Außerdem werden die Kerneigenschaften bei der Lagerung etwas beeinträchtigt. Nach 4 Tagen liegt z.B. die mittlere Ritzhärte der Kerne bei 70.

Beispiel 13

10 000 Teile Formsand und 42 Teile einesorganischen Esterhärters werden etwa 2-Minuten vermischt, dann mit 350 Teilen eines Natriumsilikatbinders mit einem Verhältnis von Siliciumdioxid zu Natriumoxid von 2,4 : 1 versetzt und schließlich 2 Minuten gerührt. Die Formmasse besitzt eine Verarbeitungszeit von 20 Minuten und eine Entnahmezeit von 45 Hinuten. Die.Rißbeständigkeit der Kerne beträgt zum Entnahmezeitpunkt nur 9 bis 10 und nach 3stündiger Lagerung etwa 80 bis 90» Die Formmasse wird zu 10,16 χ 10, 16 χ 45» 72 cin-SandkerriGn mit einem Gewicht von etwa 8,62 k<; geformt. Drei Kerne werden nach, der Entnahme horizontal auf die Kante eines Labortisches gelegt, so daß sie 15»24 cm über den Tisch hinausragen. Die Kerne sacken 1,27 bis 1,9 cm von der Horizontalen ab, Ueitoro Senkungstests worden mit jeweils drei Kernen durchgeführt, wobei man entweder die Enden oder das Mittelteil auflagert

5098217 0680'

bzw. die Kerno senkrecht auf ihre 10,16 χ 10,16 cm große Grundfläche stellt. Hierbei zeigt sich, daß die Kerne nach 1 Stunde mindestens 1,27 cm von. dpr Horizontalan absacken und in einem Fall der Kern vollständig zerbaricht. Dor senkrecht aufgerj chtote Keim, setzt sich etwas, wobei sich in der Mitte eine leichte Aiis~ beulung bildet. Die IHßbeständigkeit der Kerne beträgt nach 1 Stunde 30 bis kO, Ferner werden dz*ei Kerne hergestellt, sofort nach der Entnahme in Plastiktüten eingeschlagen und horizontal sowohl an den Enden als auch im Zentrum aufgelagert« Die Senkung beträgt et v/a 0,635 bis 1,9 cm, el, h. weit mohr als bei d<?? Formmasse aus Beispiel 12,

Ein Vergleich der Beispiele 12 und 13 zeigt, daß die erifinctungsgemäßen Binder gegenüber bekannten anorganischen Bindern verbesserte Riß- und Senkbeständigkeit bei der Entnahme ermöglichen. Außerdem ist die relative Härte der erfindimgsgemäß hergestellten Kerne höher, so daß sie sich leichter handhaben lassen als z.B. aus Natriumsilikatbindern hergestellte Kerne.

Beispiel 1 Ί

5000 Teile Formsand und 50 Teile eines Sumpfes aus 20 Teilen eines geruchlosen Schwerbenzins (Flammpunkt 53j3 C, Siedebereich 180 bis 204°c) und 30 Teilen eines Gemisches von Magnesiumoxid und Calciumaluminat, das 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid enthält, wobei Magnesiumoxid und Calciumaluminat im Verhältnis 5 ι 1 vorliegen, werden etwa 2 Minuten gemischt. Das Gemisch wird mit 165 Teilen einer 67pr"ozentigen wäßrigen Iinraluininiumphosphat lösung mit einem Verhältnis der Grammatome von

509821/0680

Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 3 : 1 und einem Borgehalt von etwa 20 Grammatomen, bezogen auf die Grammatome Aluminium, versetzt und 2 Minuten gerührt.

Aus der erhaltenen Gießereiformmasse werden auf übliche Weise AFS-Zugfestigkeitsproben hergestellt. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt nach 2 Stunden etwa 5»27» nach 2h Stunden etwa 13»7» nach k8 Stunden etwa 13»2 und nach 120 Stunden etwa

13»0 kg/cra , Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 17 Minuten und die Entnahmezeit 66 Minuten, Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut,

Beispiel 15

Beispiel lh wird wiederholt, jedoch unter Verwendung von 20 Teilen Schwerbenzin mit einem Flammpunkt von kO_f6 C und einem Siedebereich von 157 - 192°C.

Aus der erhaltenen Gießereiformmasse werden in üblicher Weise ASF-Zugfestigkeitsproben hergestellt. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden etwa 4,92, nach 2k Stunden etwa 13»2, nach k8 Stunden etwa 13,9 und nach

120 Stunden etwa 11,2 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 16 Minuten und die Entnahmezeit 62 Minuten, Die Rißbeständigkeit zum EntnahmeZeitpunkt ist sehr gut,

Beispiel 16

Beispiel lh wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines handelsüblichen Lösungsmittels mit einem Flammpunkt von ~\k9°C

509821/0680

und einem Siedebereich von 288 bis 36O C. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden etwa 5»27» nach 12 Stunden etwa 14,3» nach 48 Stunden etwa 14,6 und nach 120 Stunden etwa 10,2 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 18 Minuten und die Entnahmezeit 64 Minuten, Die Rißbeständigkeit zum Entnahmeζeitpunkt ist sehr gut.

Beispiel 17

Beispiel 14 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines handelsüblichen Lösungsmittels mit einem Flammpunkt von 60,0 C und einem Siedebereich von 182 bis 199°C. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt nach 2 Stunden etwa 6,12, nach 12 Stunden etwa 12,9, nach 48 Stunden etwa 13,9 und nach 120 Stunden etwa 11,5

'2
kg/an. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 18 Minuten und die Entnahmezeit 61 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut.

Beispiel 18

Beispiel 14 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung von Kerosin mit einem Flammpunkt von 48,9 C und einem Siedebereich von I7I bis 277 C. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt nach 2 Stunden etwa 6,54, nach 4 Stunden etwa 11,9» nach 6 Stunden etwa 14,1, nach 12 Stunden etwa 14,7 und nach 96 Stunden etwa 9,5 kg/cm . Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 16 Minuten und die Entnahmozeit 60 Minuten. Die Rißbeständigkeit zum Entnahmezeitpunkt ist sehr gut.

5 0 3 8 2 1 ,' '■"? :^;"

Beispiel 19

Ein mit einem Rührer, einem Thermometer und einem Rückflußkühler ausgerüstetes Roaktionsgefaß wird mit 2hh5 Teilen 85prozentiger Phosphorsäure beschickt. Dann werden unter Rühren 67 Teile Natriumborat zugegeben und das Rühren bis zur Bildung einer klaren Lösung fortgesetzt. Diese Lösung wird unter Rühren mit 5hQ Teilen hydratisiertem Aluminiumoxid versetzt. Die Umsetzung verläuft während eines Zeitraums von etwa 40 Minuten, wobei durch die exotherme Reaktion die Temperatur auf maximal etwa λθΗ C

steigt. Durch zusätzlicheis Erwärmen wird, die Temperatur auf· 117⁰C erhöht und 2 Stunden auf diesem Wert gehalten, um einen vollständigen Ablauf

der(Umsetzung sicherzustellen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur werden 3052 Teile eines Boraluminiumphosphats mit einem Festkörpergehalt von 75 Prozent, einer Visk'osität von etwa 40 000 cP, einem Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 3 ϊ und einem Borgehalt von etwa 10 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, erhalten.

5000 Teile Formsand und 30 Teile eines Gemisches von Magnesiumoxid und einem Calciumaluminat mit 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid, wobei Magnesiumoxid und Calciumaluminat im Verhältnis von 2,5 ί 1 vorliegen, werden etwa 2 Minuten gemischt. Das Gemisch wird mit I65 Teilen einer Lösung (66 Prozent Festkörper; Viskosität hOO bis 5OO cP) von 146,5 Teilen des vorstehend erhaltenen Boraluminiumphosphats in 18,5 Teilen Wasser' versetzt und dann 2 Minuten gerührt.

50982170680

Die erhaltene Gießereiformmasse wird mit der Hand zu Standard-AFS-Zugfostigkeitsproben gestampft. Die Zugfestigkeit der Prüf- -körper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 8,8, nach 4 Stunden 11,6, nach 6 Stunden 11,2 und nach 2h Stunden 8,4 kg/cm Die Kernhärte der Prüfkörper wird auf einem Kernhärte-Prüfgerät Nv, 674 (Lieferant: H. V. Dietert Co., Detroit, Michigan) gemessen und beträgt nach 2 Stunden 75» nach 4 Stunden 7², nach 6 Stunden 74 und nach 24 Stunden 6^, Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 13 Minuten und die Entnahmezeit 42 Minuten,

Beispiel 20

Beispiel 19 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines nichtborierten Aluminiumphosphats, das die gleiche Menge Natrium (1O Grammatomprozent, bezogen auf Aluminium) enthält wie- das in Beispiel 19 eingesetzte Boraluminiumphosphat. Das Natrium wird dem Binder der Gießereiformmasse durch Zusatz einer entsprechenden Menge Trinatriumphosphat bei der Herstellung des Aluinlniuniphosphats einverleibt.

Die erhaltene Gießereiformmasse wird mit der Hand zu Standard-AFS-Zugfestigkeitsproben gestampft. Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden 9»14, nach 4 Stunden 11,2 und nach 24 Stunden 3,5 kg/cm . Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 80, nach 4 Stunden 78 und nach 24 Stunden 52. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 9 Minuten und die Entnahmezeit 28 Minuten,

509821/0680

- 35 -

Beispiel 21

Beispiel 19 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines Boraluminiumphosphats mit einem Gehalt von je 20 Grammatomprozent Bor und Natrium, bezogen auf das Aluminium,

Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach

2 Stunden etwa 7>°» nach 4 Stunden etwa 10,91 nach 6 Stunden βίο wa 7»7 und nach 24 Stunden etwa 4,6 kg/cm , Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 58, nach 4 Stunden 77> nach 6 Stunden 50 und nach 24 Stunden 32. Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 15 Minuten und die Entnahmezeit 38 Minuten.

Beispiel 22

Beispiel 21 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines nichtborierten Aluminiumphosphats mit dem gleichen Gehalt an Natrium wie das in Beispiel 21 eingesetzte Boraluminiumphosphat, Das Natrium -wird dem Binder der Formmasse durch Zusatz von Trinatriumphosphat bei der Herstellung des Aluminiumphosphats einverleibt.

Die Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden etwa 7»0, nach 4 Stunden etwa 10,5 und nach 24 Stunden etwa 2,8 kg/cm , Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 8 Minuten und die Entnahmezeit 22 Minuten, Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 74, nach 4 Stunden 70 und nach 24 Stunden 42,

Beispiel23

Beispiel 19 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung eines nicht—boriorton Aluminiumphosphate, das 3 Grammatome Phosphor

509821/0680

pro Grammatom Aluminium enthält und natriumfrei ist,

I)±e Zugfestigkeit der Prüfkörper beträgt bei Raumtemperatur nach 2 Stunden etwa 6,7» nach h und 6 Stunden jeweils 10,5 und nach 2h Stunden 6,7 kg/cm , Die Verarbeitungszeit der Formmasse beträgt 12 Minuten und die Entnahmezeit 35 Minuten. Die Kernhärte beträgt nach 2 Stunden 73» nach h Stunden 69, nach 6 Stunden 70 und nach 2h Stunden 66,

Ein Vergleich der Beispiele 19 und 20 bzw. 21 und 22 zeigt, daß

der Gießformen aus

die Kernhärte / erfindungsgemäßen Gießereiformmassen im Vergleich zu den unter Verwendung von nicht—boriertem Aluminiumphosphat hergestellten Gießformen verbessert ist,' was

Zugfestigkeit

durch die Werte für die / nach 2h Stunden Lagerzeit verdeutlicht wird. Wie ein Vergleich der Beispiele 20, 22 und 23 zeigt, ist die durch die Anwesenheit von Bor im Aluminiumphosphat erreichte Verbesserung der Kernhärte nicht so stark ausgeprägt, wenn der Binder auch Natrium enthält, da das Natrium die entsprechenden Eigenschaften verschlechtert. Trotzdem ist auch in natriumhaltigen Formmassen die Anwesenheit von Bor vorteilhaft. Es kann auch zu einem anderen Zweck, beispielsweise zur Verbesserung des Verhältnisses von Entnahmezeit und Verarbeitungszeit der Formmasse, die Anwesenheit von Natrium erwünscht sein.

Beispiel 2 h

10 GOO Teile Formsand und 70 Teile eines Gemisches aus Magnesiumoxid und einem Calciumaluminat mit 58 Prozent Aluminiumoxid und 33 Prozent Calciumoxid, wobei Magnesiumoxid und Calciuraaluminat

509821/0680

in einem Verhältnis von 2,5 J 1 vorliegen, werden etwa 2 Minuten gemischt. Das Gemisch wird mit 330 Teilen einer gemäß Beispiel 1 hergestellten Aluminiumphosphatlösung (66 Prozent Festkörper; Viskosität 250 bis 3OO cP) mit einem Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 3 : 1 und etwa 20 Grammatomprozont Bor, bezogen auf die Grammatome Aluminium, versetzt und dann 2 Minuten gerührt.

Die erhaltene Gioßoreifortnmasse wird zu einem scheibenförmigen Sandkern mit 17*8 cm Durchmesser und 6,35 cm Dicke geformt. Der scheibenförmige Sandkern weist beiderseits an seiner Achse Kernmarken mit je einem Durchmesser von 3»17 cm und einer Dicke von 1,27 cm auf. Der Sandkern-wird in eine Sandform mit einem scheibenförmigen Hohlraum von 20,3 cm Durchmesser, 8,9 cm Höhe, einer Öffnung von 3>17 cm an den Achsen und einer entsprechenden Öffnung zum Eingießen des Metalls gebracht. Der Sandkern wird innerhalb der Form durch die Kernmarken in seiner Lage gehalten. Nach

mit dem Eingießen von geschmolzenem Aluminium / einer Temperatur von 816 C läßt man während 24 Stunden das Metall auf Raumtemperatur abkühlen. Anschließend wird die Form durch etwa h Hammerschläge mechanisch gebrochen, wobei etwa die Hälfte des Sandkerns entfernt wird. Nachdem die Form etwa eine halbe Stunde bei Raumtemperatur in Wasser gelegt wurde, wird der Rest des Sandkerns beseitigt. Man erhält einen hohlen Aluminiumgießling.

509821/0680

Claims (1)

1. - 38 Pat entansprüche

   -I. Gießoreiformmasseii, · enthaltend einen Formstoff und einen Binder aus

   (a) etwa 50 bis 95 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamt"· menge von (a) und (b), eines Boraluminiumphosphats mit einem Borgehalb von etwa 3 bis 4o Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, und mit einem Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von etwa 2 ; 1 bis etwa k : 1,

   (b) etwa 5 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (b), ein Oxid enthaltende Erdalkalimetallverbindungen sowie

   (c) etwa 15 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von (a) und (c), Wasser,

   2. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Boraluminiumphosphat mit einem Borgehalt von 5 bis 30 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, enthalten.

   3, Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Boraluniiniumphosphat mit einem Borgehalt von 10 bis 23 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, enthalten,

   h, Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boraluminiumphosphat ein Verhältnis der Grammatome von .

   509821/0680

   Phosphor zur Summe der Grammatome von Aluminium und Bor von 2,5 ϊ 1 bis 3,5 ί 1 aufweist.

   5. Gießereiformmasson nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis 2,8 : 1 bis 3,2 : 1 beträgt.

   6. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boraluminiumphosphat 10 bis 25 Grammatomprozent, bezogen auf die Grammatome Aluminium, Bor enthält und das Verhältnis der Grammatome von Phosphor zur¹ Summe der Grammatome von Aluminium
   und Bor 2,8 : 1 bis 3,2 : 1 beträgt.

   7. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Boraluminiumphosphats 65 bis 90 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Boraluminiumphosphat und Erdalkali· metallverbindungen und die Menge der Erdalkalimetallverbindungen 10 bis 35 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des Boraluminiumphosphats und der Erdalkalimetallverbindungen, betragen.

   8. Gießeroiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindungon ein freies Erdalkalimetalloxid oder ein freies Erdalkalimetallhydroxid enthalten und das

   Erdalkalimetalloxid oder Erdalkalimetallhydroxid eine spezifische Oberfläche von höchsten
   BET-Methode) aufweist.

   2
   Oberfläche von höchstens 8,5 m /g (gemessen nach der

   9· Gießeroiformmassen nach Anspruch 8, dadurch gekonnzeichnet, daß die spezifische Oberfläche höchstens 3 m /g beträgt.

   509821/0680

   10» . Gießereiforinraassen nach Anspruch 1, dadurch gekeimzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindtingen eine spezifische Oberfläche

   von höchstens 8,5 m /g (gemessen nach der BET-Mothode) aufweisen.

   11. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdalkalimetallverbindungen ein Gemisch von einem freien Erdalkalimetall oxid und einem weiteren Mo.terial darstellen, das das Erdalkalimetall und das Oxid in Kombination mit einem weiteren Bestandteil enthält, wobei die Erdalkalimetallverbindungen eine spezifische Oberfläche von höchstens 8,5 m /s aufweisen,

   12. Gießereiformmassen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalimetalloxid Magnesiumoxid ist,

   13* Gießereiformmasseii nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch 2 bis 8 Gewichtsteile des freien Erdalkalimetalloxids pro Gewichtsteil des Materials enthält, in dem weitere Bestandteile in Kombination mit dom freien Metalloxid und/ oder -hydroxid und das Erdalkallmetall enthalten sind«

   14. Gießereiformmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die l/assermenge 20 bis 4θ Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge von Boraluminiumphosphat und Wasser, beträgt.

   15c Verwendung der Gießereiformmassen nach Anspruch 1 bis 14 zum Gießen von relativ niedrig schmelzenden Nichteisenmetallen.

   509821 /0680