DE2818364A1

DE2818364A1 - Verfahren zur erzeugung einer graphitform

Info

Publication number: DE2818364A1
Application number: DE19782818364
Authority: DE
Inventors: John Malcolm Fletcher
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1977-04-28
Filing date: 1978-04-26
Publication date: 1978-11-02
Also published as: ES469211A1; IT1111466B; NO781461L; NO151273B; SE7804840L; FR2388618A1; DK187178A; CA1130979A; IT7867977A0; US4175611A; GB1570348A; NO151273C; SE431069B

Description

Pa-feTtanwäite Dipl.-ing. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

If Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

_Datum: 26. April 1978

Unser Zeichen: 16 248 -

Anmelder: British Steel Corporation (Chemicals)Ltd.

Staveley Works, Chesterfield,
Derbyshire, England

Bezeichnung: Verfahren zur Erzeugung einer Graphitform

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Die Erfindung bezieht sich auf Graphitformen, die für den kontinuierlichen Guß (Strangguß) von Nichteisenmetallen benutzt werden, beispielsweise von Kupfer-Nickellegierungen, Messing, Bronze, Nickel, Silber und so weiter. Bei der Benutzung derartiger Formen wird das zu gießende Metall gewöhnlich in einem Elektroofen geschmolzen und das geschmolzene Metall wird veranlaßt, durch eine wassergekühlte Form in einem kontinuierlichen Strom hindurchzufließen und in dieser Form erfolgt eine Erstarrung und das Metall tritt als Stranggußstange aus.

Bei manchen Anwendungen ist es wichtig, eine hohe Oberflächengüte der durch Stranggießen erzeugten Stange oder des Stabes zu erzielen.

Um dies zu gewährleisten werden die Formen oft aus hochverdichtetem Graphit hergestellt und derartige Formen sind teuer.

Im Gebrauch nutzen sich die Formen sehr schnell ab und es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verfahren zur Herstellung derartiger Formen zu schaffen, mit dem eine harte der Abnutzung ausgesetzte Oberfläche für die Form geschaffen wird, welche eine beträchtliche verlängerte Lebensdauer besitzt.

Die Erfindung geht aus von einer Graphitform mit einer Abnutzungsoberfläche, die in Verbindung mit einem Stranggießverfahren für Nichteisenmetalle benutzbar ist und gemäß der Erfindung ist diese Oberfläche mit einer ersten Schicht versehen, die aus einem Metall oder einem Metallflußkeramikmaterial besteht und außerdem eine zweite Schicht aufweist,die aus einem Keramikmaterial zusammengesetzt ist. Die Materialien können als Suspension in flüssiger Form durch Aufstreichen oder Aufsprühen aufgebracht werden, jedoch ist ein Plasma- oder Verbrennungsflammenaufspritzen zu bevorzugen, da die physikalische oder

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chemische Verbindung des Metalles mit der Graphitoberfläche hierdurch direkt hergestellt werden kann.

Vorzugsweise besteht die erste Schicht entweder aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einer Aluminiummetallzusammensetzung, z.B. aus "METCO 450 Ni-Al',' welches von der METCO Incorporation verfügbar ist, oder aus einer Mischung der Metalle und Aluminiumoxid und die zweite Schicht besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid .

Andere Metalle, die für die erste Schicht benutzt werden können, sind Silicium, Eisen, Nickel, Chrom, Molybdän, Wolfram und ihre Legierungen oder irgendein anderes Metall, welches danach durch Erwärmung mit Graphit in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre karbonisiert werden kann.

Andere Keramikmaterialien, die für die zweite Schicht benutzt werden können, sind Titanoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid oder gemischte Oxide, z.B. Zirkonium-Silicat, Magnesium-Zirkonat, Mullite, Silliminite, feuerfeste Karbide z.B. Borkarbid, Siliciumkarbid, Chromkarbid, feuerfeste Boride, z.B. Zirkonium- oder Titandiborid oder feuerfeste Nitride, z.B. Siliciumnitrid.

Die zweite Schicht kann in zwei Stufen aufgebracht werden, wobei ein grobkörniges Keramikmaterial aus Aluminium entweder allein oder als Mischung mit Aluminium für den ersten Überzug Verwendung findet, während ein feinkörnigeres Aluminiumoxid für den obersten Überzug benutzt wird. Das grobkörnige Aluminiumoxid besitzt Partikel, die durch ein Sieb Nr. 100 der britischen Normen hindurchgeht und das feinkörnigere Aluminiumoxid kann Partikel besitzen, die durch ein Sieb Nr. 300 der britischen Normen hindurchgehen.

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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Graphitform zum kontinuierlichen Gießen von Nichteisenmetallen;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Innenseite einer Formhälftej Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III gemäß Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Form besteht aus zwei Teilen 10 und 11, die aus Graphit hoher Dichte spanabhebend hergestellt sind. Die Gestalt dieser beiden Teile ist derart, daß zwischen ihnen ein Kanal 12 ausgebildet ist, in den geschmolzenes Metall einfließt. Das geschmolzene Metall erhärtet wenn es durch die Form fließt und ist bereits relativ hart wenn es etwa den halben Weg längs der Form durchströmt hat. Bei einem kontinuierlichen Gießverfahren wird das Metall aus dem stromabwärtigen Ende der Form in Gestalt einer kontinuierlichen Stange abgezogen, die beispielsweise einen Querschnitt von 20 cm χ 1,3 cm aufweisen kann. Danach kann die so hergestellte Stange in Bleche ausgewalzt werden, aus denen beispielsweise Münzen hergestellt werden, die danach aus den Blechen ausgestanzt werden.

Bei der Benutzung wird die erste Hälfte der Formoberflache, die in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 13 bzw. 14 bezeichnet ist, schnell erodiert und abgenutzt, weil dies die Stellen sind, wo das Metall geschmolzen und sehr heiß ist.

Gemäß der Erfindung sind die erste Hälfte von Boden und Deckeloberfläche und die Oberfläche der Frontränder 14 mit einer abnutzungsfesten Schicht bezogen, die durch thermische und/oder Flüssigkeitsauftragsverfahren hergestellt ist.

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Im folgenden werden Beispiele für das Aufbringen der Schicht beschrieben:

BEISPIEL 1

Die Graphitformhälfte gemäß Fig. 2 wurde maskiert, derart daß nur die Flächen 13 und 14 freiliegen. Dann wurde eine Mischung von Aluminium und Aluminiumoxid (50$ Aluminium und 50$ Aluminiumoxid) auf die Fläche 13 aufgesprüht, wobei eine Plasma-Sprühpistole der Bauart "METCO Type 7M" der Firma METCO Inc. Anwendung fand. Durch Benutzung dieser Plasma-Sprühpistole wurde eine Schicht, bestehend aus Aluminium/Aluminiumoxid mit einer Dicke zwischen 0,008 und 0,013 mm (3 bis 5 tausendstel Zoll) aufgebracht. Dann wurde eine zweite Schicht groben Aluminiumoxids aufgebracht, welches in der Lage war, durch ein Sieb Nr. 100 gemäß britischen Normen hindurchzutreten und diese Schicht wurde in einer zweiten Schichtstärke von maximal 0,025 Zoll aufgebracht. Dann wurde eine dritte Endüberzugsschicht aufgetragen, die aus feinkörnigem Aluminiumoxid bestand, das in der Lage ist, ein Sieb Nr. 300 gemäß den britischen Normen zu durchlaufen und diese Schichtdicke betrug nicht mehr als 0,013".

BEISPIEL 2

Hier wurde das gleiche System benutzt, mit dem Unterschied, daß die erste Lage aus Aluminium bestand, während die zweite Lage aus einer 50:50 Mischung aus Aluminium und Aluminiumoxid bestand, und die dritte Schicht aus Aluminiumoxid.

Bei Jedem dieser Beispiele kann die Endschicht aus Aluminiumoxid durch eine Schicht ersetzt werden, die aus Aluminium bestaht, welches 2.% Titan enthält und so eine härtere Oberfläche liefert.

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In jedem Pall werden die aufgebrachten Überzüge nach Aufbringen des Schlußauftrags gesintert oder in einer inerten Atmosphäre in einem elektrischen Ofen ausgebaeken. Das Ausbacken wird bei einer Temperatur bis zu 1500⁰C 60 Minuten lang· durchgeführt. Insbesondere wurde der Überzug eine Stunde lang bei oOO C ausgebaeken, oder z.B. 20 Minuten bei lj500°C. Abschließend kann geschliffen oder poliert werden, um Oberflächenfehler zu entfernen.

Durch Anwendung dieses Verfahrens wird nicht nur die Lebensdauer der Form verbessert, sondern als Graphit zur Herstellung der Form kann ein billigeres Graphitmaterial benutzt werden, welches weniger dicht ist. Es hat sieh gezeigt, daß bei Benutzung einer primären Aluminiumschieht mit einer zweiten Aluminiumoxidschicht eine bessere Adhäsion und ein verbesserter thermischer Schockwiderstand erlangt werden kann als er beim Aufsprühen von Aluminiumoxid direkt auf Graphit erhalten wird. In gewissen Fällen, insbesondere wenn die thermische Sprühtechnik angewandt wird, hat es sich gezeigt daß es nicht wesentlich ist, die Verbindung durch Sintern zu verbessern, wie oben beschrieben.

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Leerseite

Claims

Pcvtentenwäl+e Dipl.-lng. Curt Wh\racn Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 - Telefon (0 89) 2402 75 - Telex 5 29 513 wakai d

²⁶ · Ap^¹ !978

Unser Zeichen: 16 248 - Κ/Αρ

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung einer Graphitform zur Benutzung im StrangguQverfahren von Nichteisenmetallen, wobei die Form eine der Abnutzung unterworfene Oberfläche aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen unter Benutzung einer Plasmaverbrennungsflamme oder unter Anwendung der Flüssigkeitssprühtechnik mit einer ersten Schicht überzogen werden, die aus einem Metall oder einem Metall plus einem Keramikmaterial bestehen und daß dann eine zweite Schicht aus einem Keramikmaterial darübergefügt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus einer oder mehreren der folgenden Substanzen besteht: Silicium, Eisen, Nickel Chrom, Molybdän, Wolfram oder ihre Legierungen oder andere Metalle, die anschließend durch Erhitzung mit Graphit in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre karbonisiert werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht entweder aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einer Aluminiummetall· enthaltenden Zusammensetzung oder aus einer Mischung der Metalle mit Aluminiumoxid besteht, und daß die zweite Schicht vorzugsweise aus Aluminiumoxid besteht.

²I-. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzei chnet, daß das Keramikmaterial für die zweite Schicht aus den folgenden Stoffen ausgewählt ist: Titanoxid, Chromoxid, Zirkoniumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, oder aus gemischten Oxiden besteht, beispielsweise Zirkonium-Silicat, Magnesium-Zirkonat, Mullite, Sillirainite, feuerfesten Karbiden z.B. Borkarbid, Sillciumkarbid, Chromkarbid und feuerfesten Boriden, z.B. Zirkonium- oder Titan-Diborid oder feuerfesten Nitriden, z.B. Siliciumnitrid.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht in zwei Stufen aufgebracht wird, wobei ein grobkörniges Keramikmaterial allein oder mit Aluminium vermischt für die erste Schicht benutzt wird, und dann ein feinkörniges Keramikmaterial für die zweite Schicht.

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6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufbringen des Endüberzuges die Schichten gesintert oder in einer inerten Atmosphäre bei einer Temperatur bis zu 1500⁰C während 60 Minuten eingebacken werden.

7. Graphitform,

dadurch gekennzeichnet, daß sie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.

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