DE2733874C3

DE2733874C3 - Selbsthärtende wasserzersetzliche Form und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2733874C3
Application number: DE2733874A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Matsudo Koike (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-07-28
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1980-01-31
Also published as: DE2733874B2; DE2733874A1; US4196011A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsthärtende wasserzersetzliche Form und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bekannte wasserzersetzliche Formen lassen sich vom Gußstück durch Auflösen oder Zersetzen mit Wasser entfernen, doch die Beseitigungsgeschwindigkeit war nicht notwendig groß. Die Aluminiumoxid als Hauptwerkstoff und. eine wasserlösliche Verbindung als Bindemittel enthaltende Form, die vorher von den Erfindern erfunden wurde, um die vorerwähnte Schwierigkeit zu beseitigen (JP-PS 8 16 642 und 8 16 643), läßt sich leicht mit Wasser zersetzen, und es ist leicht, die Form zu beseitigen. Jedoch hat diese Form Fehler insofern, als sie vor dem Gießen getrocknet werden muß. da sie Feuchtigkeit enthält, und die Trocknungsdauer besonders im Fall einer großen Form ziemlich lang ist. Auch ist. wenn als äußere Form verwendet, der Feuchtigkeitsgehalt hoch, und die Formfestigkeit ist nicht befriedigend wegen solchen hohen Feuchtigkeitsgehalts. Dabei wird noch eine Trocknung benötigt.

Auch wurde ein Verfahren bekannt, bei dem einem anorganischen wasserlöslichen Stoff, dessen Hydrat bei Raumtemperatur stabil ist. Wasser und Aluminiumoxid zugesetzt wurde, die Mischung auf eine Temperatur von 100 C oder weniger erhitzt wurde, um den wasserlöslichen Stoff in seinem Kristalhsationswasser aufzulösen und dadurch die ganze Mischung fließfähig zu machen, die fließfähige Mischung in eine Form gegossen wurde und die Mischung zur Verfestigung abgekühlt wurde, wonach der erhaltene Formgegenstand getrocknet und als Form /um Gießen von Metallen verwendet wird. Jedoch hat dieses Verfahren den Fehler, daß sich enge Räume der Form von der fluidisieren Mischung wegen einer Verringerung der Fließfähigkeit mit Absinken der Temperatur beim Gießen der fließfähigen Mischung mehl ausfüllen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wasser/erset/liche und selbsthäriende Form zu entwikkeln. die keinen Trocknungsschritt erfordert oder mit Hilfe einer geeigneten Auswahl und Kombination eines anorganischen wasserlöslichen Stoffes und eines Lösungsmittels in einem Bindemittel eine ausreichende Fließfähigkeit bei Raumtemperatur aufweist.

(iegensiand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren /um Herstellen einer selbsthärienden wasser/erselzlichen form mit Aluminiumoxid als Mätlptwcrkstoff Und einem Zusatz aus einer Wasserlöslichen organischen Verbindung, mit dem Kennzeichen, daß mäh eine aikohöllösliche: öder alkoholdispergierbare anorganische Wasserlösliche Verbindung iti einerti Alkohol oder einer Mischung eines Alkohols mit Wasser' löst oder dispergiert, der erhaltenen Lösung oder Dispersion Aluminiumoxid zusetzt und die Mischung knetet und formt.

So weist die selbsihärtende wasserzersetzliche Form gemäß der Erfindung Aluminiumoxid als Hauptmaterial und eine anorganische wasserlösliche Verbindung, wie z. B. ein Karbonat, Chlorid oder Phosphat oder ein Oxid oder Hydroxid eines Alkalimetalls oder eines Erdalkalimetalls als Bindemittel auf. Durch Steuern der Menge eines Alkohols oder einer Mischung eines Alkohols und Wassers, der bzw. die als Lösungsmittel für das Bindemittel verwendet wird, erübrigt sich bei der selbsthärtenden wasserzersetzlichen Form ein Tracknungsschritt, oder das Formmaterial zeigt Fließfähigkeit bei Raumtemperatur. Daher kann man eine selbsthärtende wasserzersetzliche Form erhalten, die kein Stampfen erfordert Das verwendete Formmateria! läßt sich wiederholt wiederverwenden, da sich nach der Verwendung kein Bindemittel ansammelt

Zunächst soll eine kein erzwungenes Trocknen erfordernde Form erläutert werden.

Man kann die Form erhalten, indem man eine anorganische wasserlösliche Verbindung in einem Alkohol (einem Poiyalkoho! und/oder einem Monoaikohol) auflöst oder dispergiert, die erhaltene Lösung oder Dispersion allein oder unter Zumischung einer geringen Menge Wasser Aluminiumoxid zusetzt und dann die Mischung durch Stampfen oder Pressen formt. Diese Form hat einen niedrigen Feuchtigkpitsgehalt und ein Selbsterhärtungsverhalten. Dadurch kann sie als Form zum Gießen von Metallen ohne erzwungenes Trocknen oder nach leichter Oberflächentrocknung zur Steigerung der Formfestigkeit verwendet werden. jo

Bei Temperaturf τ von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt des zugesetzten Alkohol* wird die Festigkeit der Form durch die Bindekraft der Lösung der wasserlöslichen Verbindung im A'kohr-J aufrechterhalten. Bei Temperaturen über dem siedepunkt des zugesetzten Alkohols verdmapft der Alkohol, doch bleibt die Festigkeit der Form durch die Bindekraft der restlichen anorganischen wasserlöslichen Verbindung erhallen.

Da der Alkohol und die anorganische wasserlösliche Verbindung sämtlich wasserlöslich sind, läßt sich die Form mit Wasser leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen.

Im Fall dieser wasserlöslichen Form aus Aluminiumoxid und einer wasserlöslichen Verbindung, die nach 4^ dem Stand der Technik eine große Feuchtigkeitsmenge enthielt und eine Trocknung erforderte, erreicht man erfindungsgemäß, daß keine Feuchtigkeit oder nur eine geringe Feuchtigkeitsmenge von etwa I bis 2 Gew.-% enthalten ist und man die Form ohne Trocknen ίο verwenden kann. Auch ist die in der Form entha'tene Feuchtigkeit nicht als Kristallisationswasser der anorganischen wasserlöslichen Verbindung festgelegt, da Alkohol zugegen ist. Er ist wirksam zur Steigerung der Fließfähigkeit des Formmaterials bei Raumtemperatur und /um Verhindern der Verformung der Form bei hohen Temperaturen.

Als wasserlösliche, dem Formmaterial für diese Form als Bindemittel /ugeset/te Verbindung kann man irgendeine anorganische wasserlösliche Verbindung Verwenden, soweit sie alkohollöslich oder alkoholdispergierbar ist. Beispiele hiervon sind in der folgenden Tabelle züsarflmett mit dem Haüptrtiäterial und dem Alkohol angegeben.

Der' hier Verwendete Begriff »dispergierbar« bedeil· (et, daß die wasserlösliche Verbindung eine Komplex* verbindung mit dem Alkohol bildet Und die' Komplex* verbindung im Alkdfi! dispergiert wird.

Beispiele des Formmaterials

Haupt- Anorganische
material wasserlösliche
Verbindung

I₂U₃

NaCl

KCl

CaCI₂

Na₂CO₃

K₂CO₃

!,!J₃

Na₃PO₄
K₃PO₄

Alkohol	Verwen
	dung
Monoalkohol	Alu
(Äthylalkohol)	minium
Polyalkohol	legierung
(Sorbit)
Glycerin,	Kupfer
Äthylen-	legierung,
glycol, etc.	Gußeisen,
	Alu
	minium
	legierung
	Gußstahl,
	Kupfer
	legierung,
	Gußeisen,
	Alu
	minium
	legierung

Al₂O₃ NaAlO₃
KAIO₂
Li₂O
BaO
SrO
LiOH
Ba(OH)₂
Sr(OH)₂
BaAl₂O₄

Bemerkung:

100 Gewichtsteilen einer anorganischen wasserlöslichen Verbindung werden 60 bis 200 Gewichtsteile einer Mischung zugesetzt, die aus 2 bis 50 Gew.-% eines PoIyalkohols (Athylenglycol usw.), 0 bis 60 Gew.-% eines Mor.oalkohols (Äthylalkohol usw.) und Q bis 88 Gew.-% Wasser besteht, und 2 bis 40 GewichLiteile £*s so erhaltenen Bindemittels werden dann 100 Gewichtsteilen Aluminiumoxid zugesetzt.

Diese anorganischen wasserlöslichen Verbindungen können auch in Form einer Mischung von zwei oder mehr davon verwendet werden.

Es soll nun eine selbsthärtende wasscrzersct/liche Form erläutert werden, die eine geringfügige Trocknung, jedoch dank der Fließfähigkeit des Formmaterials kein Stampfen erfordert.

Die fluide wasserlösliche Form gemäß der Erfindung nutzt die Hydrationsreaktion eines anorganischen wasserlöslichen Stoffes. So wird Aluminiumoxid einer Lösung einer anorganischen wasserlöslichen Verbindung in einem Alkohol zugesetzt, und man setzt dann Wasser zur Bildung einer Trübe zu. Die Hydratationsreaktion schreitet nach und nach in diesem Zustand fort, und die Trübe verfestigt sich mehr und mehr. Dabei läßt sich die Verfestigungs- oder Aushärlungszeit je nach der Zeit des Gießens der Trübe in erne Form vor Verfestigung m der Form und der Zeit der Entfernung aus der Form ändern oder steuern, indem man die Alkohol- Und Wassefzusätzrrterigen steuert- Weiter weist dieses Verfahren Vorteile auf, indem sich Formen einer komplizierten¹ und feinen Gestalt korrekf herstellen lassen, und der Feuchtigkeitsgehalt der Form kann verringert werden, wodurch der Trocknungsvorgang erleichtert wird und sich die Trocknungszeit verkürzen läßt.

Die bei dieser Form verwendete anorganische wasserlösliche Verbindung, von der ein Hydrat bei Raumtemperatur stabil ist, wird durch die Beispiele Na₃CO₁-10 H₃O. NajPO_v12 H₂O, Ba(OH)₃-8 H₃O und AI₃(SO^₃-18 H₃O verdeutlicht. Diese Verbindungen haben einen hohen Schmelzpunkt, sind beim Schmelzpunkt der Metalle nach Dehydration stabil und weisen eine verhältnismäßig große als Krislallwasser gebundene Wassermenge auf.

Wenn Aluminiumoxid einer Lösung dieser Verbindungen in einem Alkohol zugesetzt wird und man dann eine als Kristallisationswasser festzulegende Wassermenge oder weniger Wasser der Mischung zur Bildung einer Trübe zusetzt, treten die unten erwähnten Reaktionen in der Mischung auf. Wasser wird als Kristallisationswasser dieser Verbindungen festgelegt, und die Trübe erhärtet.

Unter den in der erwähnten Tabelle angegebenen anorganischen wasserlöslichen Stoffen sind Natriumkarbonat. Natriumnhnsnhat. Bariumhydroxid und Bariumoxid geeignet, und die Hydrations' ?aktion läuft folgendermaßen ab:

Na₂CO₁-HO H₂O- Na₂CO₁-10 H₂O
Na,PO₄ + 12 H₂O- Na )PO< · 12 H₂O
Ba(OH).+ 8 H₂O- Ba(OH)₂-S H₂O
oder

BaO + 10 H₂O- Ba(OH), 8 H₂O + H₂

Diese Reaktion läuft in Wasser rasch ab. jedoch in einer Mischung von Alkohol und Wasser nur nach und nach. Daher läßt sich die Aushärtungszeit durch Variieren des Wasser-Alkohol-Verhältnisses steuern. Der Alkohol, der freigesetzt wird, hat keinen Einfluß auf die Verfestigung, wenn seine Menge klein ist. Wenn seine Menge groß ist, setzt man jedoch ein Alkalimetall oder sein Chlorid vorab zur Festlegung des Alkohols als Alkoholat des Metalls /u:

Al +3 R-OH-(R -O)₁AI+!/: H₂.

worin R eine Alkylgruppe ist.

Der hier verwendete Alkohol wird je nach der Löslichkeit der anorganischen wasserlöslichen Verbindung gewählt. Die oben genannten Monoalkohole und Polyalkohole können verwende! werden. Auch Stoffe, die mit Wasser zur Bildung eines Alkohols reagieien können, wie z. B. Mono- oder Polyälhylenoxid [CH₃CH₂O]_n usw.. können verwendet werden.

Außerdem läßt sich auch, wenn als Hauptinaterial anstelle von Aluminiumoxid Silikasand verwendet wird und man diesem eine wisserlösliche Verbindung, die mit Silikasand nicht reagiert, wie z. B. Bariumoxid, Bariumhydroxid. Strontiumoxid oder Strontiumhydroxid, zusetzt, eine wanerlösliche Form erhalten. Wenn hierzu Aluminiumpulver oder Aluminiumchlorid zugesetzt wird, läßt sich eine selbsthärlende wasserzersetzliche Form, die keinen erzwungenen Trocknungsschritt erfordert, erhalten.

Die folgenden Beispiele, worin alle Teile und Prozentsätze nach dem Gewicht angegeben sind, falls nichts anderes angegeben ist, dienen zur Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Ein Bindemittel wifd hergestellt, indem man 80 Teile einer aus 10% Älhylenglycol, 60% Äthylalkohol und 30% Wasser bestehenden Mischung 100 Teilen Kaliumkarböhat zusetzt. 8 Teile des so hergestellten

Bindemittels werden dann 100 Teilen von Aluminiumoxidtejlchen (0,15 mm) zugesetzt, und es wird eine Form zum Gießen von Metallen (eine Kolbenform) durch Formen der Mischung hergestellt Diese Form ist selbsthärtend und wird einfach durch Stehenlassen gehärtet, und die Restfeuchtigkeitsmenge in der Form ist sehr gering (unter 1,2%) ohne Trocknen. Eine Aluminiumlegierung (»AC 8A«), die bei 720 C geschmolzen wurde, wird unter Verwendung dieser Form gegossen. Die Form läßt sich nach dem Gießen mit Wasser leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen, und man kann ein gutes Gußstück erhalten.

Beispiel 2

Ein Bindemittel wird hergestellt, indem man 80 Teile einer aus 10% Glycerin. 70% Äthylalkohol und 20% Wasser bestehenden Mischung 100 Teilen Kaliumphosphat zusetzt. 10 Teile des so hergestellten Bindemittel werden 100 Teilen von /·' jminiuTioxidteilchen (0 124 mm) zugeset/t Fine Forr*-, /um Gießen von Metallen (eine Kolbenform) wird durch Formen der Mischung hergestellt. Gußeisen bei 1350 C wird in diese ( orm ohne Trocknung derselben gegossen. Die Form Idßt sich nach dem Gießen mit Wasser leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen, und man erhält ein gutes Gußstück.

Beispiel 3

F.in Bindemittel wird hergestellt, indem man 80 Teile einer aus 10% Sorbit. 60% Propylalkohol und 30⁰A. Wasser bestehenden Mischung 100 Teilen Natriumaluminat zusetzt. 8 Teile des so hergestellten Bindemittels werden iOO Teilen von Aluminiumoxidteilchen (0.15 mm) zugesetzt. Man stellt eine selbsthartende j-, Form zum Gießen von Metallen (eine Zylinderform) durch Formen dieser Mischung her. Gußstahl bei IbOO C wird in diese Form ohne deren T^rocknung gegossen. Die Form läßt sich nach dem Gießen mit Wasser leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen, ind man erhält ein gutes Gußstück.

Beispiel 4

Ein Bindemittel wird hergestellt, indem man 80 Teile einer aus 10% Äthylenglycol. 60% Äthylalkohol und 30% Wasser bestehenden Mischung 100 Teilen wasserfreien Bariumhydroxids zusetzt. 15 Teile des so hergestellten Bindemittels werden 100 Teilen von Aluminiumoxidteilchcn (0.124 mm) zugesetzt. Eine selbsthartende Form zum Gießen von Metallen (eine Zylinderform) wird durch Formen dieser Mischung hergestellt. Gußstahl bei 1600'C wird in diese Form ohne deren Trocknung gegossen. Die Form läßt sich Tuch dem Gießen mit Wasser leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen, und man erhält ein <*utes Gußstück.

Beispiel 5

Einer Miscivng, die aus 80 Teilen Aluminiumoxid. 18 Teilen wasserfreien Bariumhydroxids und 2 Teilen Aluminiumpulver besteht, werden 1,5 Teile Sorbit, 20 Teile Äthylalkohol und 15 Teile Wasser zu/ Fiießbarmachüng der Mischung zugesetzt. Das so hergestellte Formmaterial wird in ein Muster bei 20°C gegossen. Das Material erhärtet in etwa 10 Minuten. Das erhärtete Material wird dann vom Muster entfernt und getrocknet, um eine Aluminiumoxid und Bariumoxid enthallende Form zu erhalten. Gußstahl bei 1600⁰C wird in die Form gegossen. Wenn das Gußstück in Wasser getaucht

wird, zersetzt sich die Form leicht und wird vom Gußstück entfernt, und man kann ein gutes Gußstück erhalten.

Beispiel 6

Eine Form wird in gleicher Weise wie im Beispiel 5 mit der Ausnahme hergestellt* daß Bariumhydroxid durch Bariumoxid ersetzt wird Und iiUf Äthylalkohol verwendet wird. So erhält man ein gleichartiges Ergebnis wie im Beispiel 5.

D c i s ρ i c I 7

Einer aus 85 Teilen Aluminiumoxid, 13 Teilen wasserfreien Natfiümphosphats Und 2 Teilen Alüitiinl· ümpuiver bestehenden Mischung werden 3 Teile Glycerin, 25 Teile Äthylalkohol und 8 Teile Wasser zur Fließbarmachung der Mischung zugesetzt. Das so hergestellte Formmaterial wird in ein Muster bei 20°C gegossen. Das Material erhärtet in etwa 10 Minuten. Das erhärtete Material wird dann aus dem Muster entfernt und zum Erhalten einer Form getrocknet. Gußeisen bei 1350°C wird in die Form gegossen. Als das Gußstück mit Wasser gespült wurde, ließ sich die Form leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen. Und rriari erhielt ein gutes Gußstück.

Beispiel 8

Einer aus 90 Teilen Aluminiumoxid, 8 Teilen Natriumkarbonat und 2 Teilen Aluminiumpulver bestehenden Mischung werden 1 Teil Äthylenglycol, 27 Teile Äthylalkohol und 5 Teile Wasser zur Fließbarmaehung der Mischung zugesetzt. Wenn das so hergestellte Formmaterial in ein Muster bei 20⁰C gegossen wird, erhärtet das Material in etwa 10 Minuten; Das erhärtete Material wird dann aus dem Muster entfernt und zum Erhalten einer Form getrocknet. Eine Aluminiumlegierung (»AC4A«) bei 720⁰C wird in die Form gegössen. Beim Fluten des Gußstücks mit Wasser wird die Form leicht zersetzt Und vom Gußstück entfernt, Und es läßt sich ein gutes Gußstück erhalten*

Beispiel 9

Eine Form wird in der gleichen Weise wie im Beispiel

8 mit der Ausnahme hergestellt, daß das Aluminiumpulvcr durch 2 Teile wasserfreien Älurhihiumchlorids ersetzt wird. So erhält man ein dem des Beispiels 8 gleichwertiges Ergebnis.

Beispiel 10

Einem durch Mischen von 92,5 Teilen Silikasand, 5 Teilen Bariumhydroxid, 2,5 Teilen Söfbil und 5 Teilen Wasser erhaltenen Formmaterial werden 2 Teile Aluminiumpulver zugesetzt. Die Mischung wird verknetet und in ein Muster zur Erzeugung eines Kerns mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 50 mm gefüllt. Der geformte Gegenstand härtet in 30 Minuten aus. Gußeisen bei 1350⁰C wird unter Verwendung des so hergestellten Kerns gegossen. Die Form läßl sich nach dem Gießen mit Wasser leicht zersetzen und vom Gußstück entfernen.

Claims

O7 έ- ι Ο7/Ι ο / τ Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer selbsthärtenden, wasserzersetzlichen Form mit Aluminiumoxid als Hauptwerkstoff und einem Zusatz aus einer wasserlöslichen anorganischen Verbindung, d a durch gekennzeichnet, daß man eine alkohollösliche oder alkoholdispergierbare anorganische wasserlösliche Verbindung in einem Alkohol oder einer Mischung eines Alkohols mit Wasser löst oder dispergiert, der erhaltenen Lösung oder Dispersion Aluminiumoxid zusetzt und die Mischung knetet und formL

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische Verbindung ein Karbonat, insbesondere Natrium- und/oder Kaliumkarbonat verwendet.

3. Verfah-en nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische Verbindung ein Chlorid, insbesondere Natrium , Kaüum . Magncii um- oder Lithiumchlorid verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische Verbindung ein Phosphat, insbesondere Natrium·. Kalium-, Dinatriumhydrogen- oder Dikaliumhydrogenphosphat verwendet.

5. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische Verbindung ein Oxid oder Hydroxid eines Alkali- oder Erdalkalime- jo tails, insbesondere Bariumoxid, Bariumhydroxid, Strontiumoxid. Strontiumhydroxid. Bariumaluminat. Natriumalummat. Kalrumaluminat oder Lithiumhydroxid verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekenn j-> zeichnet, daß man als anorganische Verbindung zwei oder mehrere Stoffe der Gruppe Natriumchlorid. Kaliumchlorid. Magnesiumchlorid, Lilhiumchlorid, Natriumphosphat. Kaliumphosphat. Dinatnumhydrogenphosphal. Dikaliumhydrogenphosphat. Banumoxid. Bariumhydroxid. Strontiumoxid. Strontiumhydroxid. Banumaluminat. Natriumaluminat. Kaliumaluminat und Lithiumhydroxid verwendet.

7 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß man der Mischung 4-, außerdem Muminiumpulver und/oder Alumimium hlorid /uset/i.

8 Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohol einen Monoalkohol. einen Polyalkohol oder cmc Mischung -,o eines Monoalkohols und eines Polyalkohols verwendet

9 Verfahren nach einen) der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Alkohol durch eine Verbindung ersetzt wird, die durch Zusatz von y, Wasser einen Alkohol bildet

10 Verfahren naih Anspruch 9. dadurch gekenn zeichnet, daß man ,ils /nr Bildung des Alkohols geeignele Verbindung Monoäthylenoxid oder Poly ethylenoxid verwendet &n

11. Verfahren zütti Herstellen einer selbsthärtenilcrti vvässcfzefseiziichen Form mit einem Siiikatgehält und einem Zusatz aus einem wasserlöslichen anorganischen Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß matt eine Mischung aus Silikasand, wenigstens einem ₆j der Stoffe Bariumoxid, Bariumhydroxid, Strontiuitioxid und Strontiumhydroxid als anorganische wasserlösliche Verbindung, Aluiiliniummciall csder Aluminiumchlorid und einem Monoalkohol und/oder einem Polyalkohol herstellt, die Mischung verknetet und formt.

12. Verfahren nach Anspruch Π, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganische wasserlösliche Verbindung zwei oder mehr Stoffe der Gruppe Bariumoxid, Bariumhydroxid, Strontiumoxid und Strontiumhydroxid verwendet.