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Technisches
Gebiet
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Diese Erfindung bezieht sich auf
den Prozess mit verlorener Form bzw. Schaumausschmelzprozess zum
Herstellen von Aluminiumgussstücken
und konkreter auf eine Beschichtung des Schaumausschmelzmodells
mit einer feuerbeständigen
Beschichtung, die vom Aluminiumgussstück mit Säure leicht abgewaschen wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der "Vollform"- bzw. "Schaumausschmelz"-Prozess (engl. lost foam process) ist
in der Technik gut bekannt und umfasst hauptsächlich die Schritte, bei denen:
(1) ein Modell aus einem flüchtigen
Material wie z. B. einem geschäumten
bzw. expandiertem Polystyrolschaum (EPS) vorbereitet (z. B. geformt)
wird; (2) das Modell mit einer feuerfesten Beschichtung (d. h. etwa
0,25 mm bis etwa 1,5 mm dick) beschichtet wird, um das Modell zu
versteifen, eine Barriere zwischen der Oberfläche des Modells und dem Sand
zu schaffen und die Metallfüllrate
zu steuern; (3) die Beschichtung getrocknet wird; (4) das Modell
in ein Bett aus ungebundenem Sand eingebettet bzw. gelegt wird,
um eine Form um das Modell zu bilden; (5) geschmolzenes Aluminium
in die Form gegossen wird, um das Modell zu verdampfen und zu verdrängen und
ein Gussstück
zu schaffen, das die Gestalt des Modells nachbildet; und (6) der
Sand von und aus dem Gussstück
entfernt wird. Das Gussstück
kann je nach der bestimmten verwen deten Aluminiumlegierung und der
gewünschten
endgültigen
Mikrostruktur im Verlauf einer Wärmebehandlung
nach einem Guss mit Wasser abgeschreckt werden oder nicht. Zum Beispiel
werden A319-Aluminiumlegierungen im Verlauf einer T-5-Wärmebehandlung
häufig
in Wasser abgeschreckt, um ihre maschinelle Bearbeitbarkeit und
Abmessungsstabilität
zu verbessern.
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Beschichtungen von EPS-Modellen umfassen
typischerweise Schlämme
bzw. breiige Massen auf Wasserbasis (d. h. etwa 45 Gew.-%–70 Gew.-%
Feststoffe) einschließlich
verschiedener Kombinationen von (1) hitzebeständigen bzw. feuerfesten Stoffen
wie z. B. Silica, Aluminiumoxid, Chromat, Mica, Zirkon, Olivin, Aluminosilicate
oder hohle Mikroglaskugeln, (2) Bindemitteln wie z. B. Lehm und
verschiedene Polymere, (3) grenzflächenaktiven Stoffen, (4) thixotropen
Mitteln und (5) Dispergiermitteln. Auf einer trockenen Basis weisen
die Beschichtungen etwa 80 Gew.-% bis etwa 98 Gew.-% feuerfeste
Stoffe, etwa 0,5–18
Gew.-% Bindemittel und etwa 2 Gew.-% grenzflächenaktive Stoffe/Dispergiermittel/und
thixotrope Mittel auf. Die Permeabilität der Beschichtung wird durch
die Größe und Form
der feuerfesten Partikel gesteuert und dient dazu, die Rate zu steuern,
mit der flüssige
und gasförmige
Pyrolyseprodukte in den Sand entweichen, was wiederum die Rate steuert,
mit der das Aluminium in die Form eindringt. Die Beschichtungen
werden am üblichsten
aufgetragen, indem das Modell in diese getaucht wird, können aber
auch auf das Modell gesprüht,
gebürstet
oder gepumpt werden. Obgleich Wasser der üblichste Träger für die feuerfesten Stoffe ist,
können
auch andere Träger,
die mit dem Modell kompatibel (z. B. nicht löslich) sind, verwendet werden.
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Unglücklicherweise haftet ein gewisser
Rest der feuerfesten Beschichtung, die auf das Schaummodell aufgetragen
ist, an der Oberfläche
des Aluminiumgussstücks
und ist schwierig, mit Zeitaufwand und unter hohen Kosten zu entfernen.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Beschichtungsrest aus den
internen Kanälen
komplizierter Gussstücke
wie z. B. Verbrennungsmotorblöcke
oder -köpfe
entfernt werden muss. Einige bekannte Techniken, um zumindest einen
Teil des Beschichtungsrestes zu entfernen, umfassen (1) eine thermische
Schockbehandlung der Beschichtung, indem das heiße Gussstück unmittelbar nach einem Guss
in Wasser getaucht wird, (2) das Gussstück (z. B. mit einem Kunststoff-,
Stahl- oder Keramikschuß (engl.
shot)) abgestrahlt wird, (3) das Gussstück in einem umgerührten wässrigen
Brei mit abrasiven Partikeln abgeschliffen bzw. gescheuert wird,
(4) das Gussstück
mit einem Hammer (oder mehreren Hämmern) abgeklopft (engl. rapping)
wird, (5) das Gussstück
in einem Bad von mittels Ultraschall umgerührtem Wasser eingetaucht wird,
(6) das Gussstück
mit einem Wasser- oder Dampfstrom abgestrahlt wird und (7) das Gussstück in ein
Bad aus geschmolzenem Salz oder Ätznatron
getaucht wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung ist ein
einfacher Prozess, um eine beliebige feuerfeste Beschichtung eines Modells
leicht und wirtschaftlich zu entfernen, die nach Entfernung des
Sandes an einem Schaumausschmelzgussstück aus Aluminium haftet. Die
Erfindung ist insbesondere dadurch vorteilhaft, dass sie die Entfernung der
Beschichtung in Bereichen des Gussstücks (z. B. internen Kanälen) gestattet,
die für
herkömmliche
mechanische Mittel zum Entfernen der Beschichtung unzugänglich sind.
Die Erfindung umfasst (1) ein Beschichten des Schaummodells mit
einer feuerfesten Beschichtung, die eine in Wasser unlösliche,
mit Säure
vergasbare Verbindung enthält,
die bei der Gusstemperatur thermisch stabil ist (d. h. sich nicht
zersetzen wird), und (2) nach einem Guss ein Inkontaktbringen (z.
B. Eintauchen, Besprühen
etc.) des beschichteten Gussstücks mit
einer anorganischen oder organischen Lösung zum Spülen mit Säure, um die Verbindung in eine
Unmenge von Gasblasen zu dissoziieren, die sprudeln und die Beschichtung
aufbrechen, um ihre Entfernung zu erleichtern. Die thermisch stabile,
in Wasser unlösliche,
mit Säure
vergasbare Verbindung umfasst vorzugsweise ein anorganisches Carbonat,
eher vorzugsweise ein Erdalkalicarbonat (d. h. Calcium, Magnesium,
Strontium oder Bariumcarbonat) und am meisten bevorzugt Calciumcarbonat.
Derartige Carbonate sind günstig
und bilden lösliche
Lehmprodukte mit dem Anion der Säure,
was eine Entfernung vom Gussstück
weiter erleichtert. Calciumcarbonat wird vorzugsweise in höheren Konzentrationen
als etwa 10 Gew.-% der Beschichtung auf Trockenbasis verwendet.
Die Partikelgröße des Calciumcarbonats
kann gesteuert und als Mittel genutzt werden, um die Geschwindigkeit/Aggressivität der Reaktion
zu steuern. Calciumcarbonat wird vorzugsweise eine Partikelgröße aufweisen,
die geringer als etwa 5 Mikrometer ist, um eine große Reaktionsoberfläche für eine sehr aggressive
Reaktion zu schaffen.
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Das Gussstück wird vorzugsweise in ein
Bad der Säure
eingetaucht. In einer Ausführungsform
dient die Säurebehandlung
dem alleinigen Zweck, die Beschichtung zu entfernen, und die Behandlung
kann durchgeführt
werden, während
das Gussstück
entweder heiß oder
kalt ist. In einer anderen Ausführungsform,
d. h. wenn das Gussstück
ohnehin als Teil eines Wärmebehandlungsvorgangs
abgeschreckt werden muss, wird das Abschreckmittel (z. B. Wasser)
gesäuert,
so dass eine Entfernung der Beschichtung zu der gleichen Zeit erreicht
wird, in der das heiße
Gussstück
gerade abgeschreckt wird.
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Praktisch jede beliebige Säure kann
verwendet werden, solange sie die Oberfläche des Gussstücks nicht
angreift, und kann schwache Säure
wie z. B. Essigsäure
oder verdünnte
starke Säuren
wie z. B. inter alia Phosphor- oder
Salzsäure
einschließen.
Verdünnte
Phosphorsäure
wird bevorzugt, da sie für
eine umgebende Anlage weniger korrosiv als viele andere Säuren und
noch genauso effektiv beim Entfernen der Beschichtung ist. Eine
Dissoziation der vergasbaren Verbindung findet mit den stärkeren Säuren schneller
als mit den schwächeren
Säuren
statt. Die Säure
wird für
eine schnelle Dissoziation der Verbindung und ein aggressiveres
Aufbrechen der Beschichtung vorzugsweise einen pH-Wert von weniger
als etwa 2,5 aufweisen.
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Der obige Prozess ist aus EP-A-0
899 038 bekannt.
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Während
eines Gusses baut sich das EPS-Modell thermisch ab und scheidet
eine teilweise oxidierte, hydrophobe organische Verunreinigung ab,
die eine durchgehende Benetzung der Beschichtung durch die Säure behindert.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden Einwirkungen der hydrophoben Verunreinigung
wie in Anspruch 1 definiert neutralisiert. Diese Einwirkungen können durch
den Zusatz eines grenzflächenaktiven
Stoffes zu der Säure
neutralisiert werden, was eine bessere Benutzung des Beschichtungsrests fördert und
eine Entfernung des Beschichtungsrests beschleunigt. In einer anderen
Ausführungsform
der Erfindung wird das Gussstück
vor Eintauchen im Säurebad
wärmebehandelt,
um die hydro phobe Verunreinigung vor einem Eintauchen des Gussstücks in der
Säure zu
entfernen, wie in Anspruch 9 angegeben ist.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung wird besser verstanden,
wenn sie im Lichte der folgenden ausführlichen Beschreibung bestimmter
Aspekte davon betrachtet wird, die im folgenden in Verbindung mit
dem bevorzugten vergasbaren Zusatz CaCO3 und
den folgenden Figuren geliefert wird.
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1 ist
eine Darstellung der Beziehung zwischen Zeit und Temperatur einer
Wärmebehandlung,
die benötigt
wird, um den Salzsäurerest
von der Beschichtung zu entfernen; und
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2 zeigt
Darstellungen der Wärmebehandlungstemperaturen,
die erforderlich sind, um CaCO3-haltige
Beschichtungen mit und ohne vorhandene Abbauprodukte aus Polystyrol
(d. h. durch Eintauchen in Säure) zu
entfernen.
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Die feuerfesten Beschichtungen der
vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise etwa 10% oder mehr Trockengewicht
Calciumcarbonat aufweisen. Unterhalb von 10% gibt es für eine schnelle
effektive Entfernung der Beschichtung zu wenig Carbonat. Die genaue
Konzentration der vergasbaren Verbindung in der Beschichtung für jede beliebige
gegebene Situation hängt
davon ab, welche Verbindung, welche Säure und welche Säurekonzentration
verwendet werden, und kann durch eine routinemäßige experimentelle Untersuchung
bestimmt werden. Das gleiche gilt für die Konzentration der Säure, die,
wie Tests gezeigt haben, von konzentriert bis sehr verdünnt (bis
zu 100 Teile Wasser auf ein Teil Säure) variieren kann. Dementsprechend sind
solche Konzentrationen nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
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Untersuchung
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Es wurden mehrere Tests durchgeführt, um
verschiedene Gesichtspunkte der Erfindung zu demonstrieren. Drahtsiebe
mit Maschenweite 100 bzw. 100-Maschen-Drahtsiebe (engt. 100 mesh
wire screens) wurden in Testwafer mit einem Durchmesser von 6,5
cm (2 und 9/16 Inch) geschnitten. Die Wafer wurden (1) in mehrere
verschiedene Beschichtungsbreie getaucht, (2) 90 Minuten lang bei
95°C getrocknet
und (3) gewogen. Die Breie wiesen handelsübliche Beschichtungen auf Mica-Basis
von dem Unternehmen Borden und Ashland (1) ohne einen Zusatz von
Calciumcarbonat und (2) mit dem Zusatz von gemahlenem Kalkstein
(z. B. Calciumcarbonat) auf, der eine geringe Menge (d. h. etwa
1,5 ± %)
Magnesiumcarbonat enthielt. In einer Reihe von Tests enthielten
die getrockneten Beschichtungen 20 Gew.-% Kalkstein. In anderen
Tests wurden verschiedene Kalksteinkonzentrationen verwendet. Einige
der getrockneten Proben wurden ebenfalls 30 Minuten lang bei 500°C gebrannt,
um die thermischen Bedingungen zu simulieren, die während eines
Aluminiumgusses erfahren werden, und wieder gewogen. Die Permeabilität der gebrannten
und nicht gebrannten, mit einer Beschichtung mit 20% CaCO3 beschichteten Siebe wurde dann unter Verwendung
eines elektrischen oder Schwimmertrommelperimeters einer herkömmlichen
Gießerei
gemessen, wie z. B. in "Innovations
in Controlling the Lost Foam",
Modern Casting, Januar 1996, beschrieben ist. Tabelle I zeigt die
Ergebnisse jener Tests, nämlich
dass bei 20 Gew.-% Calciumcarbonat enthaltenden Beschichtun gen die
Permeabilitäten
zwischen den gebrannten und nicht gebrannten Proben unverändert sind.
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TABELLE
I
Permeabilität
von Sieben (in AFS-Permeabilitätseinheiten)
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Proben der gleichen, 20% CaCO3-haltigen beschichteten Siebe wurden dann
0,5 bis 1 Minute lang in verschiedene Spüllösungen getaucht, getrocknet
und gewogen. In den Proben mit den CaCO3-haltigen
Beschichtungen trat eine heftige Blasenbildung in der sauren Spüllösung auf,
die die Unversehrtheit der Beschichtung aufbrach. Tabelle II zeigt
die Ergebnisse eines solchen Tests und konkret, dass auf der Basis
des prozentualen Anteils der entfernten ursprünglichen Beschichtung eine
20 Gew.-% Calciumcarbonat enthaltende Beschichtung 18-mal effektiver
entfernt wurde, wenn sie in eine verdünnte Spüllösung mit Phosphorsäure (d.
h. 1 Teil H3PO4 auf
25 Teile H2O) getaucht wurde, als eine Beschichtung,
die kein Carbonat enthielt und in die gleiche Spüllösung getaucht wurde, und nahezu
900-mal effektiver als eine in eine nichtsaure Waschlösung getauchte
carbonatfreie Beschichtung.
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TABELLE
II
Prozent (gemäß Trockengewicht)
des Beschichtungsrests, der durch einen Spülschritt entfernt wurde
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Tabelle III zeigt die Prozent der
20% CaCO3-haltigen Beschichtung, die von
den Sieben in Spüllösungen mit
Phosphorsäure
mit verschiedenen HP3O4-Konzentrationen
entfernt wurden. Die Daten zeigen, dass 89% oder mehr der CaCO3-haltigen Beschichtungen mit sehr verdünnten und
konzentrierten Spüllösungen entfernt
wurden, während
mit nur den am stärksten
konzentrierten sauren Spüllösungen nur
etwa 20% der carbonatfreien Beschichtungen entfernt wurden.
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TABELLE
III
Prozent (gemäß Trockengewicht)
einer Entfernung von Beschichtungsresten unter Verwendung verschiedener Säurestärken
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In einer weiteren Reihe von Tests
wurde die Konzentration des CaCO3 und der
Säure in
der Spülung variiert.
Tabelle IV zeigt die Effekte verschiedener Konzentrationen des Carbonats
in einer säurefreien
Spülung,
einer 1 Teil HP3O4 auf
25 Teile H2O enthaltenden Spülung und
einer Spülung,
die 1 Teil HP3O4 auf
50 Teile H2O enthielt. Die Daten zeigen,
dass eine säure freie
Spülung
keinen Effekt auf die Beschichtungen hat, während in der sauren Spülung bei
Konzentrationen des Calciumcarbonats nahe 20% deutlich mehr von
der Beschichtung entfernt wird als bei Konzentration nahe 10% oder
weniger.
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TABELLE
IV
Prozent (gemäß Trockengewicht)
der Entfernung von Beschichtungsresten unter Verwendung verschiedener Carbonatkonzentrationen
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Tests haben demonstriert, dass die
Polystyrolprodukte, die während
eines Gusses die feuerfeste Beschichtung penetrieren, bei Anwesenheit
von Luft ein hydrophobes Abbauprodukt bilden, das ein teilweise
oxidiertes Polystyrolpolymer ist, wobei der Sauerstoff weitgehend
in der Kohlenwasserstoffkette statt dem aromatischen Ring eingebaut
wird (d. h. eine mit Sauerstoff sehr angereicherte bzw. oxygenierte
Alkylkette mit angefügten
Phenylgruppen, die weitgehend unverändert bleiben). Das Abbauprodukt
behindert ein Benetzen des Beschichtungsrests durch die Säure und
verzögert
die Reaktion zwischen der Säure
und der mit Säure
vergasbaren Verbindung (z. B. CaCO3), indem
der Zugang der Säure
zum CaCO3 im Beschichtungsrest beschränkt wird.
Gemäß einem
anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung werden daher die Effekte
(d. h. eine reduzierte Benetzung des Beschichtungrests) der Abbauprodukte
neutralisiert, um eine bessere Benetzung der Beschichtung durch
die Säure
zu fördern.
In einer Ausfüh rungsform
wird das Abbauprodukt neutralisiert, indem ein benetzendes Mittel
oder ein grenzflächenaktiver
Stoff der Säure
zugesetzt wird, um eine Benetzung zu fördern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
wird jedoch das Gussstück
für eine
Zeit und bei einer Temperatur, die ausreicht, um das hydrophobe
Abbauprodukt zu zerstören,
erhitzt. Die Wärmebehandlung kann
bei hohen Temperaturen schnell (z. B. 20 Minuten bei 500°C) oder langsamer
bei niedrigeren Temperaturen (z. B. 17 Stunden bei 320°C) ausgeführt werden.
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Verschiedene CaCO3-haltige
Beschichtungsmischungen wurden in sowohl Labor- (d. h. Sieb-) als auch
Gusstests unter Einbeziehung der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die Materialien und Verarbeitungsparameter dieser Tests sind in
Tabelle V aufgelistet. Für
Mischungen auf der Basis handelsüblicher
Beschichtungen wurden nur CaCO3 und Wasser
(zur Einstellung der Viskosität)
zugesetzt. Für
experimentelle Mischungen, die mit Mica und CaCO3 als
feuerfeste Feststoffe präpariert
wurden, wurden ein Bindemittel mit modifizierter Cellulose und Wasser
zugesetzt. Alle Beschichtungsmischungen wurden durch mechanisches
Umrühren
gemischt und zur Beseitigung von mitgeführter Luft vor einer Messung
der Beschichtungseigenschaften unter Vakuum gesetzt.
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TABELLE
V
Materialien für
Schaumausschmelz-Gussversuche mit mit CaCO
3 modifzierten
Gussstücken
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Die Eigenschaften der CaCO3-haltigen Beschichtungen wurden mit denjenigen
nicht modifizierter Beschichtungen verglichen, indem die zum Testen
von Vollform- bzw. Schaumausschmelzbeschichtungen üblicherweise
verwendeten Parameter gemessen wurden. Nach Messen der Viskosität des Beschichtungsbreis (Brookfield-Viskometer
Modell DVII unter Verwendung einer #3 Scheibenspindel) wurden Testsiebe
mit kreisförmigen Drähten (Durchmesser
2½'', rostfreier Stahl, 100 Mesh) durch
Eintauchen beschichtet. Die Siebe wurden dann vor einer Messung
des Beschichtungsgewichts und der Permeabilität der Beschichtung (30 Minuten
lang bei 95°C)
getrocknet. Ein Sandpermmeter (engl. permmeter) (Dietert Modell
Nr. 338), das zur Verwendung mit den beschichteten Testsieben modifiziert
wurde, wurde verwendet, um die Permeabilität der Beschichtung gegen Luft
zu bestimmen.
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Laborauswertungen der Effektivität der mit
CaCO3 modifizierten Beschichtungen beim
Entfernen der Beschichtungsreste wurden ebenfalls unter Verwendung
der beschichteten Drahtsiebe durchgeführt. Die Siebe wurden zuerst
mit einer Schicht der flüssigen
Beschichtung bedeckt, indem sie in die Beschichtungssuspension getaucht
und getrocknet wurden, bevor das Beschichtungsgewicht und die Permeabilität gemessen wurden.
Die beschichteten Siebe wurden bei einer Temperatur von 500°C 20 Minuten
lang erhitzt, um das organische Bindemittel für den feuerfesten Stoff zu
entfernen und nur die feuerfesten Feststoffe zurückzulassen. Die Siebe wurden
dann in eine verdünnte
Phosphorsäure
eingetaucht, und der Anteil der entfernten Beschichtung wurde als
ein Maß des
Vermögens
von CaCO3 in verschiedenen Beschichtungsformulierungen,
eine Entfernung des Beschichtungsrestes zu beschleunigen, verwendet.
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Eine thermogravimetrische Analyse
(d. h. bei einer Heizrate von 10°C/Minute)
von Beschichtungen, die von Polystyrol durchdrungen waren, zeigten,
dass bei Anwesenheit von Sauerstoff sowohl Polystyrol als auch die
organischen Bindemittel für
feuerfesten Stoff beginnen, sich bei Temperaturen zwischen etwa
250°C und
350°C schnell
abzubauen und zu verflüchtigen.
Alle organischen Bindemittel verflüchtigen sich bei diesen Temperaturen;
die Abbauprodukte aus Polystyrol (d. h. etwa 13% des ursprünglichen
Polystyrol) überlebten und
blieben bestehen, bis die Temperatur 450°C überstieg. Niedrige Temperaturen
bis zu 320°C
waren effektiv, um die Abbauprodukte zu entfernen, falls man eine
ausreichende Zeit (d. h. mehrere Stunden) dem Prozess einräumte, um
zum Abschluß zu
kommen. Für
diese Tests waren die feuerfesten Feststoffe von Beschichtungsmischungen
(die durch Trocknen in Tiegel oder auf den Drahtsieben präpariert
wurden) von einer Lösung aus
in Toluol (25% w/w) aufgelöstem
Polystyrol durchdrungen. Das Toluol wurde durch Verflüchtigung
in einem Vakuumofen bei etwa 80°C
entfernt. Die anteilige Menge Polystyrol, die auf den Feststoffen
der Beschichtung adsorbiert wurde (≈40% des Beschichtungsgewichts),
war derjenigen ähnlich,
die während
eines Gusses realisiert werden kann. 1 zeigt
die Beziehungen zwischen Zeit und Temperatur einer Wärmebehandlung,
die benötigt
werden, um den Beschichtungsrest von den Gussstücken zu entfernen. Oberhalb
der gestrichelten Linie von 1 werden
die Beschichtungen leicht entfernt, wenn sie in Säure getaucht
werden. Unterhalb der gestrichelten Linie bleibt ein Beschichtungsrest übrig.
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Die Ausbildung eines hitzebeständigen Abbauprodukts
aus Polystyrol wurde auch unter Verwendung von Drahtsieben demonstriert,
die mit CaCO3-haltigen Beschichtungen bedeckt
wurden, welche ähnlich
von Polystyrol durchdrungen waren. Wenn sie 60 Minuten lang in Luft
bei 350°C
erhitzt wurden, verfärbten
sich die beschichteten Siebe, die von Polystyrol durchdrungen waren,
in eine mittlere dunkelbraune Farbe wie die der Reste, die man auf
Gussstücken
sieht. Die Reaktivität
in Säure
und der sich ergebende Umfang einer Entfernung der Beschichtung,
der mit diesen Sieben erzielt wurde, verglichen mit den Sieben ohne
Polysty rolprodukte, sind in Tabelle VI beschrieben. 2 zeigt, dass CaCO3-haltige feuerfeste
Beschichtungen ohne vorhandene Abbauprodukte aus Polystyrol (die
Diamanten ♢) leicht entfernt werden können, wenn sie bei viel niedrigeren
Temperaturen als die Beschichtungen wärmebehandelt werden, die solche
Abbauprodukte enthielten (die Quadrate ☐).
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TABELLE
VI
Effekt von Polystyrol auf die Entfernung durch Säure einer
Beschichtung auf Testsieben
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Die in Tabelle VII aufgelisteten
Ergebnisse vergleichen die Wirksamkeit von zwei Arten von handelsüblich erhältlichem
CaCO3, gemischt mit zwei handelsüblichen
Beschichtungen, und einer im Labor präparierten experimentellen Beschichtung.
Ein prinzipieller Unterschied zwischen den beiden Formen von CaCO3 war ihre jeweilige mittlere Partikelgröße, die
für den
Typ CX0110 ungefähr
30 Mikrometer und für
den Typ CX01230 3 Mikrometer betrug. Die Ergebnisse unter Verwendung
der beiden Arten von CaCO3 waren deutlich
verschieden. Die kleineren Partikel des Typs CX0120 CaCO3 waren in jeder Formulierung sehr effektiv,
wobei nicht mehr als 0,2% der Beschichtung auf den Sieben zurückgelassen
wurden. Auf der anderen Seite ließen die größeren Partikel des Typs CX0110
CaCO3 nach dem Säurebad signifikant mehr von
den Beschichtungen auf den Sieben zurück. Die größere Partikelgröße des Typs
CX0110 war auch offensichtlich für
eine Zunahme der Permeabilität
der Beschichtung verantwortlich, die eine unerwünschte Eigenschaft für die Qualität des Gusses sein
kann. Die Verwendung von CaCO3 mit einer
kleinen Partikelgröße ist vorteilhaft,
um sowohl eine niedrige Permeabilität der Beschichtung aufrechtzuerhalten
als auch eine Entfernung des Beschichtungsrests im Säurebad zu
erleichtern.
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TABELLE
VII
Labortests an Sieben mit mit CaCO
3 modifizierten
Beschichtungen
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Gussstücke wurden unter Verwendung
einer CaCO3 enthaltenden, experimentellen,
lehmfreien Beschichtung hergestellt, um die Effekte verschiedener
Behandlungen auf die sich ergebende folgende Reaktivität mit dem
Säurebad
zu erforschen. Die Ergebnisse dieser Experimente sind in Tabel le
VIII zusammengefasst und demonstrieren, dass ein Erhitzen des Gussstücks auf
etwa 500°C
die Reaktivität
der Säure
mit der Beschichtung schnell wiederherstellt. Spülungen mit Lösungsmitteln
schienen keinen Effekt zu haben. Eine Wärmebehandlung bei den niedrigeren
Temperaturen von 350° wäre wirksam,
aber nur nach einer verlängerten Behandlungszeit
(siehe 1). Dementsprechend
wurde die Schlussfolgerung gezogen, dass eine oxidative Wärmebehandlung
nach dem Guss mit zumindest etwa 450°C wünschenswert ist, um den hydrophoben
Rest in einem wirtschaftlich vernünftigen Zeitrahmen von der
Beschichtung zu entfernen, um die Beschichtung in der Säuretauchstation
reaktionsfreudiger zu machen. Die Behandlungszeit muss nur ausreichen,
um den hydrophoben Rest zu entfernen, und wird mit der Behandlungstemperatur
und der Größe des Gussstücks variieren.
Nur als Beispiel erfordert daher der Kopf eines Verbrennungsmotors
eine etwa 20-minütige
Behandlungszeit bei 500°C,
um das hydrophobe Material zu entfernen.
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TABELLE
VIII
Behandlungen nach dem Guss von Gußstücken mit einem CaCO
3 modifizierten Beschichtungsrest
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Die Wirksamkeit der Entfernung von
Beschichtungsresten in einem Säurebad
zeigt auch eine beträchtliche
Schwankung bei verschiedenen handelsüblichen Beschichtungen. Eine
CaCO3-Konzentration von 10% in Ceramcote
545 war dabei ziemlich wirksam, eine Entfernung von Resten nach
der thermischen Behandlung bei 500°C nach dem Guss zu fördern. Auf
der anderen Seite waren für
einen äquivalenten
Effekt mit den anderen beiden Beschichtungen erheblich höhere Konzentrationen
erforderlich. Eine Vielzahl von CaCO3-haltigen
Beschichtungen wurden in Gießversuchen
unter Verwendung von drei verschiedenen handelsüblichen Beschichtungen und
eines Bereichs von CaCO3-Konzentrationen
ausgewertet. Tabelle IX fasst die Ergebnisse dieser Auswertungen
zusammen.
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TABELLE
IX
Giessversuche unter Verwendung von mit CaCO
3 modifizierten
Beschichtungen
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Durchgeführt wurden auch Tests über die
Wirksamkeit eines Zusatzes von grenzflächenaktiven Stoffen zum Säurebad,
um die Einflüsse
der Styrolabbauprodukte zu neutralisieren und eine Entfernung des CaCO3-haltigen
Beschichtungsrests zu beschleunigen. Ein nicht ionischer grenzflächenaktiver
Stoff (d. h. Triton X-100) und ein grenzflächenaktiver Stoff mit quaternärem Ammonium
wurden in einer Konzentration von 1 Vol.-% des Säurebades separat getestet und
zeigten einen beträchtlichen
Erfolg bei den experimentellen "lehmfreien" Beschichtungen,
die in erster Linie Mica, CaCO3 und ein
Bindemittel mit modifizierter Cellulose enthielten, und weniger
Erfolg bei CaCO3-haltigem Ceramcote 545.
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Obgleich die Erfindung hinsichtlich
ihrer bestimmten spezifischen Ausführungsformen offenbart wurde,
soll sie nicht darauf, sondern vielmehr nur auf den Umfang beschränkt sein,
der im Anschluss in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.
