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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Einschließen eines
Einsatzes für
Umströmungs-Druckgießen (nachstehend
manchmal einfach als "Einsatz" bezeichnet) mit
einer Aluminiumlegierung, und insbesondere einen Einsatz für Umströmungs-Druckgießen aus
einer Aluminiumlegierung, ein Korrosions- bzw. ein Rostschutzöl, das ein
Rosten des Einsatzes verhindert, und ein Verfahren zum Einschließen des
Einsatzes mit einem Aluminiumlegierung-Druckgussteil.
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In
letzter Zeit wurden vermehrt Zylinderblöcke für Verbrennungskraftmaschinen
hergestellt, die ein Zylindereinsatzstück aus Gusseisen mit exzellenter
Abriebfestigkeit aufweisen, das in ein Druckgussteil aus einer Aluminium-Leichtlegierung eingeschlossen
ist. Für
eine solche Art von eingeschlossenen Druckgussteilen ist es wesentlich,
dass der Einsatz des zu umströmenden
Druckgussteils fest in der Aluminiumlegierung eingeschlossen ist,
wobei es nicht zulässig
ist, dass durch die Verwendung des Einsatzes die Druckgieß-Produktivität gehemmt
und die Anzahl von Gießdefekten
vergrößert wird.
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Da
die Herstellung des Einsatzes eines zu umströmenden Druckgussteils und die
Herstellung des Aluminiumlegierung-Druckgussteils getrennt durchgeführt werden,
ist es üblich,
dass der Einsatz zuerst hergestellt wird und anschließend nach
einer beträchtlichen
Zeitspanne dem Druckgießen
unterzogen wird. Falls die Oberfläche des Einsatzes rostig ist,
verschlechtert sich nicht nur die Haftung mit der Aluminiumlegierung,
sondern das Erscheinungsbild des Druckgussteiles ist ebenfalls schlecht.
Entsprechend ist es wünschenswert,
ein Rosten des Einsatzes zumindest während der voranstehend genannten
Zeitspanne zu verhindern.
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Das
Einschließen
des Einsatzes eines zu umströmenden
Druckgussteiles (durch Gießen
eines geschmolzenen Metalls um einen Einsatz in einer Form bzw.
in einem Werkzeug) ist durch die folgenden Verfahren realisiert
worden.
- (1) Der Einsatz wird einer indirekten
Rostschutzbehandlung unter Verwendung eines verdampfenden Rostschutzmittels,
eines evaporierenden Rostschutzpapiers, einer evaporierenden Rostschutzfolie
oder dergleichen unterzogen.
- (2) Ein auf dem Einsatz beschichtetes Rostschutzöl wird unmittelbar
vor dem Druckgießen
entfernt.
- (3) Ein Druckgießen
wird durchgeführt,
ohne das Rostschutzöl
zu entfernen.
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Jedoch
führt das
voranstehend genannte Verfahren (1) zu Problemen wie z.B. eine Verringerung
der Produktivität
und ein Anstieg der Verpackungskosten, wobei darüber hinaus geeignete Schutzwirkungen
nicht erzielt werden können.
Des weiteren führt
das voranstehend genannte Verfahren (2) zu Problemen wie z.B. der
Notwendigkeit von Geräten
zum Entfernen des Rostschutzöls
und Räumen/Platz
davon bzw. dafür,
und des weiteren zu einer herabgesetzten Verarbeitbarkeit und Produktivität. Des weiteren
führt das
voranstehend genannte Verfahren (3) zu dem Nachteil, dass Gießdefekte
und eine Verringerung der Haftung verursacht werden, da große Mengen
an Gas- und Brennrückständen erzeugt
werden, wenn das Rostschutzöl
in Kontakt mit der geschmolzenen Aluminiumlegierung kommt.
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Des
weiteren liegen keine geeigneten Untersuchungen über den Einfluss der Zusammensetzung
des Rostschutzöls
und der Foliendicke auf die Gas- und Brennrückstände vor, die erzeugt werden,
wenn das Rostschutzöl
in Kontakt mit der Aluminiumlegierungsschmelze kommt. Ebenfalls
liegen keine Untersuchungen über die
Einflüsse
der Gas- und Brennrückstände auf
die Eigenschaften des Druckgießens
vor. Deshalb ist es bislang nicht praktiziert worden, ein Verfahren
zum Einschließen
eines mit einem Rostschutzöl
beschichteten Einsatzes eines Druckgussteiles direkt mit einem Aluminiumlegierung-Druckgussteil
anzuwenden.
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Da
in den letzen Jahren jedoch die Produktion von eingeschlossenen
Zylinderblöcken
für Automobile der
Massenproduktion zugenommen hat, besteht ein hoher Bedarf an einer
Herstellung der eingeschlossenen Druckgussteile von hoher Qualität bei hoher
Produktivität.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Entsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rosten eines
Einsatzes für
ein Druckgießen
während
der Zeitspanne von seiner Herstellung bis zum Druckgießen ausreichend
zu verhindern, und den Einsatz bereitzustellen, durch den ein eingeschlossenes
Druckgussteil von hoher Qualität
selbst dann hergestellt werden kann, wenn der Einsatz direkt einem
Druckgießen
unterzogen wird. Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein
für den
Einsatz verwendetes Rostschutzöl
und ein Verfahren zu dessen Einschluss bereitzustellen.
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Zur
Lösung
der voranstehend genannten Aufgabe sieht die Erfindung gemäß der Definition
von Anspruch 1 einen Einsatz für
Umströmungs-Druckgießen vor,
das in einem Aluminiumlegierung-Druckgussteil eingeschlossen ist
und einen organischen Film aufweist, der auch auf einer Fläche des
Einsatzes ausgebildet ist.
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Die
Erfindung sieht ebenfalls ein Rostschutzöl auf Basis einer Lösungsmittelverdünnung für ein Umströmungs-Druckgießen wie
in Anspruch 4 definiert vor.
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Die
Erfindung sieht des weiteren ein Verfahren zum Einschließen eines
Einsatzes für
Umströmungs-Druckgießen in ein
Aluminiumlegierung-Druckgussteil wie in Anspruch 6 definiert vor.
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Bei
der vorliegenden Erfindung führt
das höhere
Fettsäureester
in dem organischen Film zu einer Rostschutzeigenschaft und zu geringen
Rückständen, das
Petroleumsulfonat verbessert die Rostschutzeigenschaft des höheren Fettsäureesters,
und das Mineralöl
dient als ergänzendes
Rostschutzmittel. Durch Anpassen der Dicke des organischen Films
auf einen Wert von 0,5 bis 2 μm
wird des weiteren die gewünschte
Rostschutzeigenschaft zuverlässig
erzielt, wobei gleichzeitig die Gasmenge, die zum Zeitpunkt des
Druckgießens erzeugt
wird, und die Menge an Brennrückständen gegen
einen niedrigen Wert streben. Entsprechend nehmen selbst bei Durchführung eines
direkten Druckgießens
ohne ein Entfernen des organischen Films die Gießdefekte der eingeschlossenen
Druckgussteile in Form von Fehlstellen und Lunkern nicht zu, und
der Einsatz und die Aluminiumlegierung, die somit eingeschlossen
oder integriert sind, können
fest miteinander verbunden werden, wodurch das eingeschlossene Druckgussteil
von hoher Qualität
mit hoher Produktivität
hergestellt werden kann.
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Des
weiteren ist es möglich,
durch ein Einstellen der Viskosität des erfindungsgemäßen Rostschutzöls auf einen
Wert von 1 bis 5 cSt bei 40°C
die Dicke der Beschichtung auf einen Wert von 0,5 bis 2 μm anzupassen.
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Ausführungsform
der Erfindung
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Nachstehend
wird die Erfindung ausführlicher
unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Korrosions-
bzw. Rostschutzöl
ist ein Rostschutzöl
auf Basis eines Verdünnungslösemittels,
das ein höheres
Fettsäureester,
ein Petroliumsulfonat, ein Mineralöl und ein Solvenz- bzw. ein
Lösungsmittel
enthält
und eine Viskosität
aufweist, die auf einen Wert von 1 bis 5 cSt bei 40°C eingestellt ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
weist das höhere
Fettsäureester
vorzugsweise ein massegemitteltes Molekulargewicht von 300 bis 600
auf. Falls das massegemittelte Molekulargewicht weniger als 300
beträgt,
tendiert die Gasmenge, die erzeugt wird, wenn dieses Öl mit der
Aluminiumlegierung in Kontakt kommt, gegen einen großen Wert,
und wenn es 600 überschreitet,
tendiert die Menge des Brennrückstands
gegen einen großen
Wert.
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Des
weiteren kann das erfindungsgemäße Rostschutzöl vorzugsweise
zusätzlich
zu den voranstehend genannten Komponenten ein höheres Fetthydrogensalz mit
einem massegemittelten Molekulargewicht von 300 bis 600 enthalten,
wodurch es möglich
ist, dem erzeugten organischen Film wasserabweisende Eigenschaften
zu verleihen.
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Falls
die Viskosität
weniger als 1 cSt beträgt,
ist es schwierig, die Dicke des erzeugten organischen Films auf
nicht weniger als 0,5 μm
einzustellen, und falls die Viskosität 5 cSt überschreitet, tendiert der
erzeugte organische Film dazu, 2 μm
zu übersteigen.
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Bezüglich der
Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Rostschutzöls ist das
höhere
Fettsäureester
vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 8 Vol%, mehr bevorzugt in
einer Menge von 3 bis 6 Vol%, und am meisten bevorzugt in einer
Menge von 3 bis 5 Vol% enthalten. Das Petroliumsulfonat ist in einer
Menge von 2 bis 5 Vol%, mehr bevorzugt in einer Menge von 2 bis
4 Vol%, und am meisten bevorzugt in einer Menge von 2 bis 3 Vol%
enthalten. Des weiteren ist das Mineralöl in einer Menge von 5 bis
15 Vol%, mehr bevorzugt in einer Menge von 5 bis 10 Vol%, und am
meisten bevorzugt in einer Menge von 5 bis 8 Vol% enthalten.
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Das
erfindungsgemäße Rostschutzöl ist in
seiner Zusammensetzung ähnlich
zu den Rostschutzölen NP-2
und NP-3 auf Basis eines Verdünnungslösemittels,
die in der JIS K2246 geschrieben sind. Jedoch enthalten die Rostschutzöle NP-2
und NP-3 auf Basis eines Verdünnungslösemittels
zahlreiche Arten von Rostschutzölen,
deren Eigenschaften in einem weiten Bereich variieren. Beispielsweise
nimmt die Viskosität
Werte in einem Bereich von 1,2 bis 50 cSt an, und die Filmdicke
nimmt Werte in einem Bereich von 0,5 bis 50 μm an. Des weiteren können einige
Arten ein Petrolat- bzw. ein sog. "Petrolactum"-Oxidsalz, ein Wachs, ein Parafinoxidsalz,
ein Parafinoxid usw. enthalten, ohne dabei das höhere Fettsäureester als den wesentlichen
Bestandteil der Erfindung zu enthalten.
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Der
erfindungsgemäße Einsatz
für ein
Umströmungs-Druckgießen ist
für verschiedene
Verwendungen einsetzbar, und insbesondere für ein aus Gusseisen hergestelltes
Zylindereinsatzstück
geeignet. Ein Zylinderblock für
eine Verbrennungskraftmaschine kann erhalten werden, indem der Außenbereich
des Zylindereinsatzstücks
mit einer Druckgieß-Aluminiumlegierung
umströmt
bzw. umgossen wird.
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Bezüglich des
Verfahrens zum Einschließen
des erfindungsgemäßen Einsatzes
können
als ein Verfahren zum Beschichten des Rostschutzöls auf der Oberfläche des
Einsatzes wie z.B. ein Zylindereinsatzstück ein Duschverfahren, ein
Tauchverfahren und andere Verfahren zum Einsatz kommen. Durch Trocknen
des Lösungsmittels
durch eine Verdampfung nach dem Beschichten wird auf der Oberfläche des
Einsatzes ein organischer Film mit einer Dicke von 0,5 bis 2 μm gebildet.
Falls hierbei die Dicke des organischen Films weniger als 0,5 μm beträgt, wird
die Rostschutzeigenschaft unzureichend, und wenn die Dicke den Wert
von 2 μm überschreitet,
nehmen die Gießeigenschaften
ab.
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Da
der erfindungsgemäße Einsatz
mit dem auf seiner Oberfläche
ausgebildeten organischen Film aufgrund des organischen Films frei
von einer Rostbildung bzw. einer Korrosion ist, ist der Einsatz
für Zylindereinsatzstücke für den Export
geeignet, die für
eine lange Zeitspanne von ihrer Herstellung bis zum Druckgussverfahren
verbleiben.
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Der
erfindungsgemäße Einsatz
kann in einem Werkzeug angeordnet werden, ohne den organischen Film
von seiner Oberfläche
zu entfernen, und kann direkt einem Druckgießen mit einer Aluminiumlegierung
unterzogen werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der organische Film
durch den Kontakt mit der Aluminiumlegierungsschmelze zersetzt und
dadurch zerstäubt,
wobei die Menge an Brennrückständen und
die erzeugte Gasmenge extrem geringe Werte annehmen, wodurch die
Bildung von Gießdefekten
des eingeschlossenen Druckgussteils, wie z.B. Fehlstellen und Nadellöcher nicht
zunimmt, wobei der Einsatz und die Aluminiumlegierung fest verbunden
werden können.
Entsprechend kann ein eingeschlossenes Druckgussteil von hoher Qualität mit einer
hohen Produktivität
hergestellt werden.
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Nach
einem Brenntest des organischen Films für die Zeitdauer von 1 Minute
bei 600°C
nimmt die Rückstandsmenge
vorzugsweise einen Wert von 0,1 bis 0,3 g/m2 und
mehr bevorzugt einen Wert von 0,1 bis 0,25 g/m2 an,
und die erzeugte Gasmenge nimmt vorzugsweise einen Wert von 2,0
bis 5 l/m2, und mehr bevorzugt einen Wert
von 2 bis 4 l/m2 an. Falls die Rückstandsmenge
und die erzeugte Gasmenge Werte geringer als die voranstehend genannten
Bereiche annehmen, ist es erforderlich, die Filmdicke auf weniger
als 0,5 μm
einzustellen, wodurch das Rostschutzvermögen abnimmt. Falls die Rückstandsmenge
und die erzeugte Gasmenge die voranstehend genannten Bereiche überschreiten,
kommt es zu einer Bildung von Gießdefekten und zu einer Verringerung
der Anhaftung des Einsatzes.
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Beispiele
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Zunächst wurden
Rostschutzeigenschaften, erzeugte Gasmengen und Rückstandsmengen
untersucht, wenn verschiedene Arten von Rostschutzölen für ein Zylindereinsatzstück verwendet
wurden. Die Zusammensetzung des in Beispiel 1 verwendeten Rostschutzöls ist in
der Tabelle 1 gezeigt, und die wesentlichen physikalischen Eigenschaften
dieses Rostschutzöls
sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle
1
| Höheres Fettsäureester | 5,5
Vol% |
| Höheres Hydrogensalz | 0,5
Vol% |
| Petroleumsulfonat | 3,0
Vol% |
| Mineralöl | 7
Vol% |
| Lösungsmittel | 84,5
Vol% |
Tabelle
2
| Viskosität (cSt)
bei 40°C | 2,0 |
| Spezifische
Dichte (15/4°C) | 0,81 |
| Flammpunkt
(°C) | 72 |
| Fließpunkt (C°) | zumindest –15°C |
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Wesentliche
Bestandteile, Eigenschaften und das Rostschutzvermögen beim
Benetzungstest von Rostschutzölen,
die bei dem Test zum Feststellen des Rostschutzvermögens verwendet
werden, sind in Tabelle 3 gezeigt. Diese Rostschutzöle wurden
durch ein Duschverfahren beschichtet. Jedoch können diese Öle durch ein Tauchverfahren
oder durch andere Verfahren beschichtet werden. Nach dem Beschichten
wurden die Zylindereinsatzstücke
bei Raumtemperatur getrocknet. Das Trocknen wurde für die Zeitdauer
von 0,25 bis 1 Std. durchgeführt.
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In
Tabelle 3 wurde die Filmdicke nach dem Trocknen durch eine Berechnung
aus dem von dem gemessenen Oberflächenbereich und dem Gewicht
des Zylindereinsatzstückes
und der spezifischen Dichte der Rückstandskomponente bestimmt.
Des weiteren wurde der Benetzungstest wie folgt durchgeführt.
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Das
Zylindereinsatzstück
wurde in einem Testkessel angeordnet und jeweils für 1 Std.
in einer Umgebung bei 20°C
und eine Luftfeuchtigkeit von 60% und in einer Umgebung bei 40°C und einer
Luftfeuchtigkeit von 90% gehalten. Dieser Vorgang wurde als ein
Zyklus vorgenommen. Dieser Zyklus wurde 168 mal wiederholt, wobei
anschließend
die Rostbildung bzw. die Korrosion bestimmt wurde.
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Des
weiteren wurden die Gasmenge und die Rückstandsmenge, die durch den
Brenntest erzeugt werden, wie folgt bestimmt. Das Zylindereinsatzstück wurde
in einem Wärmeofen
für die
Dauer von 1 Minute bei 600°C
erhitzt. Das Gewicht vor dem Erhitzen und das Gewicht nach dem Erhitzen
wurde gemessen, um eine Verdampfungsmenge zu bestimmen. Die erzeugte
Gasmenge und die Rückstandsmenge
wurden aus der chemischen Zusammensetzung und der Mol-Anzahl der Ölzusammensetzung
berechnet, unter der Annahme, dass die verdampfte Menge durch die
Zersetzung des Öls
in die Bestandteile H2O und CO3 durch
vollständige Verbrennung
erzeugt wurde.
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Hinweis:
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- – *1:
ein höheres
Fettsäureester
mit einem massegemittelten Molekulargewicht von 300 bis 600, ein
höheres Fetthydrogensalz,
ein Petroleumsulfonat, ein Mineralöl und ein Lösungsmittel.
- – *2:
ein "Petrolactum"-Oxidsalz, ein Petroleumsulfonat,
ein Mineralöl
und ein Lösungsmittel.
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In
der Spalte des Rostschutzvermögens
bezeichnet der Eintrag "o", dass kein Rost
gebildet wurde. Der Eintrag "Δ" zeigt an, dass wenig
Rost gebildet wurde, und der Eintrag "X" zeigt
an, dass viel Rost gebildet wurde.
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Anhand
der Ergebnisse von Tabelle 3 ist festzustellen, dass das in Beispiel
1 verwendete Rostschutzöl einen
dünnen
Film mit geringer Viskosität
vorsieht, beim Brenntest eine geringe Gasmenge und eine geringe Rückstandsmenge
erzeugt, und sowohl der unbehandelten Gusseisenoberfläche des
Zylindereinsatzstücks als
auch der maschinenbehandelten Oberfläche des Zylindereinsatzstücks eine
geeignete Rostschutzeigenschaft verleiht.
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Anschließend wurde
zur Überprüfung der
erfindungsgemäßen Wirkungen
ein Druckgießtest
eines Zylinderblocks ausgeführt.
Der bei diesem Test hergestellte Zylinderblock ist für einen
4-Zylinder-Reihenmotor bestimmt, wurde aus einem ADC12 (beschrieben
in der JIS-H 5302, was ähnlich
zu ASTM B85-84 383.0 ist) hergestellt und weist eine offene Oberseite
auf. Das Zylindereinsatzstück
wurde aus Gusseisen hergestellt. Der Innendurchmesser des Zylindereinsatzstücks betrug
80 mm, und die Dicke betrug 3 mm. Der Typ der Druckgießvorichtung
war eine Kaltkammer-Druckgießmaschine.
Des weiteren betrug die Druckgießtemperatur der Aluminiumlegierung
ungefähr
600°C. Bei
diesem Test wurde kein Vorheizen ausgeführt, obwohl das Zylindereinsatzstück vorab
bei einer Temperatur von 100 bis 250°C erhitzt werden kann, bevor
es in einer Druckgießform
platziert wird.
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Bei
dem Druckgießtest
wurden als ein Zylindereinsatzstück,
bei dem standardmäßig kein
Rostschutzöl zum
Einsatz kommt, das mit dem Rostschutzöl von Beispiel 1 beschichtete
Einsatzstück,
das mit dem Rostschutzöl
des Vergleichsbeispiels 1 beschichtete Einsatzstück, das mit dem Rostschutzöl des Vergleichsbeispiels
3 beschichtete Einsatzstück
und ein Zylindereinsatzstück,
dessen Oberfläche
rostig ist, verwendet. Nach dem Druckgießen der Aluminiumlegierung wurden
die Fehlstellen und die Ausbaute des Druckgießens festgestellt. Hierbei
wurden die Fehlstellen wie folgt ermittelt. An einer Schnittfläche senkrecht
zur Achse des Zylindereinsatzstücks
wurde die Grenzfläche
zwischen dem Zylindereinsatzstück
und der Aluminiumlegierung durch eine Fehlereindringuntersuchung
ermittelt, wobei die Länge
des fehlerhaften Abschnitts durch die Umfangslänge dividiert wurde, um die
Fehlstelle zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 angezeigt.
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Hinweis:
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- Der Eintrag "o" deutet eine Übereinstimmung
mit dem Standard an. Der Eintrag "Δ" deutet einen geringfügig kleineren
Wert als der Standard an. Der Eintrag "x" deutet
einen kleineren Wert als der Standard an.
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Anhand
der Ergebnisse von Tabelle 4 wurde ermittelt, dass das Zylindereinsatzstück, das
mit dem Rostschutzöl
von Beispiel 1 überzogen
bzw. beschichtet ist, im Vergleich zu den Zylindereinsatzstücken, die mit
dem Rostschutzöl
des Vergleichsbeispiels 1 oder des Vergleichsbeispiels 3 beschichtet
sind, und dem rostigen Zylindereinsatzstück wenige Fehlstellen und eine
hohe Ausbeute zeigt.
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Bei
einer Gesamtwürdigung
der Tabelle 3 und 4 ist das Zylindereinsatzstück, das mit dem Korrosionsschutzöl von Beispiel
1 beschichtet ist, hinsichtlich des Rostschutzvermögens und
der eingeschlossenen Druckgießeigenschaft
ausgezeichnet.
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Wie
voranstehend erläutert,
ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, durch Ausbilden eines
organischen Films auf der Oberfläche
eines Einsatzes eines zu umströmenden
Druckgussteils bzw. für
ein Umströmungs-Druckgießen, welcher
Film ein höheres
Fettsäureester,
ein Petroleumsulfonat und ein Mineralöl enthält und eine Dicke von 0, 5
bis 2 μm
aufweist, ein Rostschutzvermögen
selbst dann sicherzustellen, wenn die Zeitspanne vor dem Druckgießen lang
ist, wobei im übrigen
die erzeugte Gasmenge und die Menge des Brennrückstands klein sind, wenn das Öl mit der
Aluminiumlegierungsschmelze für
das Druckgießen
in Kontakt kommt. Entsprechend erhöht sich selbst bei einer direkten
Ausführung
des Druckgießens
ohne eine Entfernung des organischen Films die Bildung von Gießdefekten
wie z.B. Fehlstellen und Nadellöcher
nicht, und es kann eine feste Verbindung zwischen dem Einsatz und
der Aluminiumlegierung erzielt werden, wodurch es möglich wird,
ein eingeschlossenes Druckgussteil von hoher Qualität mit einer
hohen Produktivität
herzustellen.
