DE3337011T1

DE3337011T1 - Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und Verfahren zur Beschichtung der wirksamen Oberfläche dieser Gießform

Info

Publication number: DE3337011T1
Application number: DE19833337011
Authority: DE
Inventors: Jack 1212 Grand-Lancy Ambert; Reimar 1126 Thonex Schmitt
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Deta Akkumulatorenwerk GmbH
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-03-11
Publication date: 1984-04-05
Also published as: IT1160804B; DE3337011C2; IT8320048A1; FR2523003A1; IT8320048A0; BE896148A; WO1983003212A1

Description

"Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und Verfahren zum Beschichten der wirksamen Oberfläche der Gießform"

Die Erfindung betrifft eine Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt sowie ein Verfahren zum Beschichten der wirksamen Oberfläche der Gießform, wie auch die Verwendung einer derartigen Gießform.

Gegenstände mit einer geringen Dicke, aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wie beispielsweise die Elektrodengitter von elektro-chemischen Akkumulatoren, werden im allgemeinen in metallischen Gießformen gegossen, deren Oberfläche, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall kommen soll, wohl definierte Eigenschaften aufweisen muß. Diese Oberfläche muß nämlich thermisch isolierend ausgebildet sein, um zu vermeiden, daß durch ein sehr schnelles Abkühlen das mit etwa 480 ⁰C in die Form eingegossene geschmolzene Metall die Kanäle der Gießform zusetzt und dadurch die vollständige Befüllung der Gießform verhindert. Weiterhin muß die innere Oberfläche der Gießform ein gutes thermisches Verhalten in Anbetracht des schnellen Produktionsrhythmus (12 bis 15 Gießvorgänge pro Minute)

:aufweisen, wobei sich die Temperatur der Gießform auf ungefähr !150 bis 180 ⁰C einstellt.

Aus offensichtlichen Gründen muß darüber hinaus verhindert wer-I den, daß die Gitter an der inneren Oberfläche der Gießform haften bleiben. Dieses Haften kann vermieden werden durch eine ge-

! eignete Anpassung der Rauhigkeit der Oberfläche der Gießform I und durch eine Verminderung der Benetzungsfähigkeit der Ober-I fläche durch das geschmolzene Metall. Die Beschichtung muß weiiterhin bei den Gittern einen Zustand der Oberfläche bewirken, j der einen guten elektrischen Kontakt zwischen dem Gitter und ;dem aktiven Material der fertiggestellten Elektroden erlaubt. :Es ist bekannt, die innere Oberfläche der Gießform mit einer Schicht aus Korkpartikeln mit einem Bindemittel zu beschichten,

^!um die oben erwähnten Eigenschaften zu erhalten. Eine derartige Beschichtung weist ausreichende Isolationseigenschaften auf; sie hat jedoch den Nachteil, daß sie sehr schnell abnutzt. Kork :ist nämlich sehr empfindlich gegen hohe Temperaturen und die

^:isolierende Schicht wird mehr und mehr oxidiert, wodurch sie ihre isolierenden Eigenschaften verliert. Weiterhin verursacht bei der Gießform das geschmolzene Metall eine Erosion der Korkschicht, die in einer zunehmenden Verminderung der Stärke der Schicht zum Ausdruck kommt. Das führt bei den Gittern dazu, daß das Volumen mit der Anzahl der Gießvorgänge zunimmt. Die Beschichtung muß nach etwa 2000 Gießvorgängen erneuert werden,

; was dazu führt, daß während eines Arbeitstages mit acht Stunden die Produktion wenigstens zweimal unterbrochen werden muß, um die Erneuerung der Schicht durchzuführen.

Die deutsche Offenlegungsschrift 30 40 960 schlägt zur Vermei- ; dung dieser Nachteile vor, auf die innere Oberfläche der Gieß-■ form eine keramische Schicht mit einer variablen Dicke aufzubringen. Der wesentliche Nachteil einer derartigen Lösung besteht darin, daß sie schwierig zu benutzen ist und daß darüber hinaus diese keramische Schicht keine ausreichende isolierende Qualität aufweist.

Die US-Patentschrift 3,684,004 schlägt vor, die innere Ober- ; fläche einer Graphit-Gießform mit feuerfesten Partikeln, die
durch eine Pulverisation aufgebracht sind, zu beschichten und ; mit einem Bindemittel zu halten. Während dieses Verfahren das ; Gießen von Werkstücken gestattet, deren Dicke relativ groß ist, \ reicht die erzielbare thermische Isolation nicht aus, um Elek- i trodengitter von elektro-chemischen Akkumulatoren zu gießen.

Die französische Patentschrift 1 495 568 beschreibt eine Gieß- j form mit einer schwachen thermischen Leitfähigkeit, die aus ge- '< sinterten metallischen Partikeln gebildet ist. Die Qualität der I thermischen Isolation, die mit der Porosität dieser Gießform zu-; sammenhängt, hängt von dem Sinterdruck und in zweiter Linie von ; der Imprägnierung mit Natriumsilicat (Wasserglas) oder mit , Äthylsilicat ab. ;

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ge- : nannten Nachteile zu vermeiden. Sie betrifft daher eine Gieß- \ ! form zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus
Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt,
deren wirksame Oberfläche, die in Kontakt mit dem geschmolzenen , Metall oder der geschmolzenen Legierung kommen soll, mit einer i thermisch isolierenden Schicht überzogen ist, wobei die Gießform dadurch charakterisiert ist, daß die Isolation aus einer
Mehrzahl von hohlen Partikeln aus keramischem Material gebil- ; det ist, die mit einem Bindemittel auf der genannten Oberfläche ; gehalten werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Beschichten i j der wirksamen Oberfläche der Gießform, bei dem die wirksame \ Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 120 ⁰C erhitzt wird und auf diese Oberfläche eine Suspension mit ungefähr 10 VoI.-% | Natriumsilicat, ungefähr 10 Vol.-% hohle Glaskugeln mit einem \ Durchmesser zwischen 10 und 150 μ und ungefähr 80 Vol.-% Wasser gespritzt wird.

Ein dritter Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der obigen Gießform zum Gießen von Gittern aus Blei oder einer Bleilegierung, die dazu bestimmt sind, als Teil von Elektroden für elektro-chemische Akkumulatoren verwendet zu werden.

Die beigefügte Zeichnung zeigt anhand eines Beispiels und sehr schematisch eine Ausführungsform des Gegenstands der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:

Figur 1 - einen vergrößerten Schnitt durch einen Abschnitt der wirksamen Oberfläche der Gießform

Figur 2 - einen Schnitt durch einen gemäß der Erfindung beschichteten Probeforro.

Figur 3 - ein erklärendes Diagramm.

Figur 1 zeigt einen Abschnitt einer Gießform 4, wobei 1 Glaskugeln, deren Hohlräume 2 ungefähr 9 0 % des Volumens jeder Kugel einnimmt, und 3 ein Bindemittel, beispielsweise Natriumsilicat, bezeichnet, durch das diese Kugeln an der wirksamen Oberfläche der Gießform gehalten werden. Die Kugeln haben einen Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 μ und können aus einem keramischen Material wie auch aus Glas bestehen. Die Beschichtung wird durch Aufspritzen einer Suspension erhalten, die bei Umgebungstemperatur (22 ⁰C) aus 10 Vol.-% Natriumsilicat, 10VoL-I Glaskugeln und 80 Vol.-% Wasser besteht. Die Beschichtung wird in sukzes- I siven Schichten, deren Dicke ungefähr 30 μ beträgt, auf der Oberfläche der Gießform aufgebracht, die vorher erhitzt worden ist : (120 ⁰C), um eine praktisch sofortige Verdampfung des Wassers zu erreichen, bis eine Gesamtdicke von 300 μ erzielt ist.

Als Beispiel sind zur Illustration der Vorteile der Erfindung Vergleichsversuche mit zwei Beschichtungstypen ausgeführt worden, die auf zwei identische Probeform aus Grauguß aufgebracht

worden sind.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eine dieser Probeformen 10, der in Form eines parallelipipeden Rechtecks (Länge 70 mm, Breite 50 mm, Höhe 14 mm) ausgebildet ist. Jede Probeform weist einen zylindrischen Hohlraum 11 auf, dessen longitudinale Achse 12 parallel zu einer der größeren Oberflächen 13 der Probeform verläuft und in einem Abstand von 1,7 5 mm zu dieser Oberfläche angeordnet ist. Der Hohlraum 11 hat einen Durchmesser von ungefähr 1,5 mm und erstreckt sich bis in das Zentrum der Probeform. Ein Thermoelement 14, das zum Anschluß an ein (nicht dargestelltes) Voltmeter mit Hilfe von Leitungen 15a und 15b bestimmt ist, ist in den Hohlraum derart eingesetzt, daß es die Temperatur- ■ messung in dem zentralen Teil der Probeform ermöglicht. Die \ eine der beiden Probefomen ist auf einer Oberfläche 13 mit einer ' Schicht R beschichtet, wie sie anhand der Figur 1 vorstehend erläutert worden ist.

Im Gegensatz dazu trägt die Oberfläche 13 der zweiten Probeform eine herkömmliche Beschichtung, d. h. gebildet aus einer Schicht von 250 bis 300 μ Stärke aus Korkpartikeln, die an der Probeform durch Natriumsilicat gehalten werden. ;

Die Verteile der Erfindung zeigen sich deutlich anhand der Figur 3, die die Entwicklung der thermischen Isolationseigenschaf-: ten der beiden o. g. Beschichtungstypen zeigt, nachdem diese , beiden einer wiederholten zyklischen thermischen Belastung aus- ! gesetzt worden sind. Die Versuche wurden so durchgeführt, daß ! zunächst die Probeform auf eine Temperatur von 200 ⁰C erhitzt \ wurde, anschließend die herkömmliche Beschichtung 16mal, bzw. die erfindungsgemäße Beschichtung 40mal einer zyklischen ther- : mischen Belastung unterworfen worden sind, die dadurch gebil- i

det ist, daß die Beschichtung über eine Dauer von fünf Minuten '■ ; mit der freien Oberfläche eines Bleibades, das auf 500 ⁰C ge-I halten ist, gebracht wird und danach die Probeform frei an Luft j abkühlen kann, und zwar während einer Zeit, die ausreicht, daß

die Probeform die Temperatur von 200 ⁰C von neuem erreicht. In jedem Fall wurde die Zeit gemessen, die nötig war, bis die von jedem in der entsprechenden Probeform angebrachten Thermoelement 16 gemessene Temperatur die Werte 230, 240 und 265 ⁰C angenommen' hat. Die erhaltenen numerischen Werte, die in der unten angegebenen Tabelle zusammengestellt sind, sind in das Diagramm der Figur 3 übertragen worden. Die Kurven A sind charakteristisch für das Verhalten der erfindungsgemäßen Beschichtung (erste. \ Probeform),und die Kurven B gehören zu einer Beschichtung der herkömmlichen Art (zweite Probeform).

Anzahl der Zyklen

0 2 8

10 12 14

tn

•s

ο ο

i-i

Tabelle

230 ⁰C t(s)

17

18

18,2

17

17,5

240 ⁰C
t(s)

31

32,8

33

31

32

265 ⁰C t(s)

0	ich)	6	,8	12	17	,5
4		4		11,3	16	,4
oo		5	,7	10,8	15	,7
12	1	4	,4	10,5	14
16	Kork	4	10,1	14

42 44 45 45 42 43

In jedem Fall ist die von der zweiten Probeform, die in der herkömmlichen Weise beschichtet worden ist (Korkschicht), benötigte Zeit zum Erreichen der verschiedenen Temperaturen (230, 240
und 265 ⁰C) eindeutig kürzer als die mit der ersten Probeform ^; die erfindungsgemäß beschichtet ist (Mineralschicht), erreichte : Zeit, um dieselben Temperaturen zu erreichen. Das Verhältnis ist dabei ungefähr 1 : 3. Dies verdeutlicht, daß die erfindungsge- | mäße Beschichtung eine bessere thermische Isolation als die her-|

kömmliche Beschichtung gewährleistet. I

Bei der herkömmlichen Beschichtung läßt sich weiterhin feststel-; len, daß mit der Anzahl der Zyklen eine noch stärkere Verringe- i rung der Zeit gemessen wird, während die Zeit bei einer erfin- : dungsgemäßen Beschichtung praktisch konstant ist.

Daraus läßt sich entnehmen, daß die herkömmliche Beschichtung
sich viel schneller verschlechtert als die erfindungsgemäße Beschichtung, wenn beide den selben thermischen Belastungen ausgesetzt werden. !

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Beschichtung können :

noch dadurch verbessert werden, daß die Benetzungsfähigkeit : durch das geschmolzene Metall auf wenigstens zwei verschiedene

Arten verringert wird. ',

Nach einer ersten Möglichkeit kann die Schicht mit den Glaskugeln durch eine Zusatzschicht aus Graphit überzogen werden. Diese Zusatzschicht, deren Dicke unter 5 μ liegt, kann beispielsweise durch Aufspritzen aufgebracht werden.

Nach einer zweiten Möglichkeit kann eine Schicht aufgebracht
werden, die aus Natriumsilicat, hohlen Glaskugeln und Korkpartikeln, wie sie herkömmlich für die Gießformbeschichtung verwen- ^; det worden sind, gebildet ist. Die erfindungsgemäße Beschichtung kann durch Aufspritzen einer Suspension aus 80 Vol.-% Wasser, ;

10 Vol.-% Natriumsilicat und 10 Vol.-% Glaskugeln mit Zusatz von

ί Korkteilchen, die einen Anteil von weniger als 2% der Gesamt-' masse der Suspension haben, hergestellt werden. Das Aufspritzen Ί kann wie oben beschrieben durchgeführt werden.

i :

ί Es ist noch daraufhinzuweisen, daß bei einer Wahl der Kugeln ■ mit einem Durchmesser zwischen 10 und 150 μ eine Beschichtung j mit einer Rauhigkeit erhalten wird, die unter dem Gesichtspunkt ! des Zustands der Oberfläche der gegossenen Gegenstände in Be-

: zug auf die Haftfähigkeit des gegossenen Metalls an der Beschichtung optimal ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Gießform zum Gießen von Gegenständen mit einer geringen Dicke aus Metall oder einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt, deren wirksame Oberfläche, die in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall oder der geschmolzenen Legierung kommt, mit einer thermisch isolierenden Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht aus einer Vielzahl von hohlen Partikeln aus keramischem Material gebildet ist, die durch ein Bindemittel auf der Oberfläche gehalten werden.

2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Partikel im wesentlichen eine sphärische Form aufweisen, deren Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 μ liegt und deren Hohlraum jeweils ungefähr 90 % des Volumens des Teilchens ausmacht.

3. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Glas sind.

4. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Natriumsilicat ist.

— 2 —

5. Gießform nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierende Schicht als Zusatz Korkpartikel enthält. '

6. Gießform nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die thermisch isolierende Schicht ihrerseits mit einer Graphitschicht von weniger als 5 μ Stärke überzogen ist.

7. Gießform nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die \ thermisch isolierende Schicht eine Dicke von zwischen 100

und 300 μ aufweist. ,

8. Verfahren zur Beschichtung der wirksamen Oberfläche einer Gießform nach den Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 120 ⁰C aufgeheizt wird und daß auf diese Oberfläche eine Suspension von etwa 10 Vol.-% Natriumsilicat, ungefähr 10 Vol.-% hohlen Glaskugeln, deren Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 μ liegt, und ungefähr 80 Vol.-% Wasser gespritzt wird.

9. Verfahren zur Beschichtung der wirksamen Oberfläche einer Gießform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche auf eine Temperatur von ungefähr 120 ⁰C aufgeheizt wird und daß auf die Oberfläche eine Suspension von ungefähr 80 Vol.-% Wasser, ungefähr 10 Vol.-% Natriumsilicat und ungefähr 10 Vol.-% einer aus hohlen Glaskugeln mit einem Durchmesser über alles zwischen 10 und 150 μ und Korkmehl gebildeten Mischung, bei der das Korkmehl weniger als 2 % ; der Gesamtmasse ausmacht, gespritzt wird.

10. Verwendung einer Gießform nach Anspruch 1 zum Gießen von Gittern aus Blei oder einer Bleilegierung, die zum Aufbau von Elektroden für elektro-chemische Akkumulatoren gebraucht werden. '■■

^: Patentanwälte

Gramm + Lins
Li/bk