DE974520C

DE974520C - Precision casting process with lost wax

Info

Publication number: DE974520C
Application number: DER9539A
Authority: DE
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1951-09-01
Filing date: 1952-07-24
Publication date: 1961-01-26

Description

Präzisionsgießverfahren mit verlorenem Wachs Bei dem Verfahren des Gießens mit verlorenem Wachs versieht man das Wachsmodell mit einem Überzug aus einem feuerfesten, feinkörnigen Stoff, wie z. B. Quarzsand oder Schamotte, und einem hydraulischen Bindemittel in wäßriger Lösung, wie z. B. verdünntem Natriumsilikat (Natronwasserglas). Nach dem Trocknen wird das so überzogene Modell in einen Formkasten gesetzt, den man mit einem Gemisch aus einem ziemlich grobkörnigen feuerfesten Stoff (z. B. Flintsand), Wasser und einem hydraulischen Bindemittel (wie z. B. Aluminiumzement oder einem Gemisch aus Natriumsilikat und Aluminiumzement oder einem Gemisch aus Natriumsilikat und Ammoniumchlorid bzw. Salmiak) anfüllt. Hierbei können dreierlei Schwierigkeiten auftreten Der Überzug kann durch Aufsaugen von Wasser zum Quellen kommen und dann in Plättchen abblättern.Precision casting process with lost wax In the process of the When casting with lost wax, the wax model is provided with a coating a refractory, fine-grained material, such as B. quartz sand or chamotte, and one hydraulic binders in aqueous solution, such as. B. dilute sodium silicate (Soda water glass). After drying, the model coated in this way is placed in a molding box set with a mixture of a fairly coarse-grained refractory material (e.g. flint sand), water and a hydraulic binder (e.g. aluminum cement or a mixture of sodium silicate and aluminum cement or a mixture of Sodium silicate and ammonium chloride or salmia). There are three things you can do here Difficulties arise The coating can swell by soaking up water come and then peel off in flakes.

Das Silikat kann sich in Wasser wieder auflösen, und der feuerfeste Stoff kann dabei pulverförmig zerfallen.The silicate can redissolve in water, and the refractory Substance can disintegrate in powder form.

Der Überzug kann Natriumsalze aufnehmen, wobei die feuerfesten Eigenschaften des Überzuges der Form herabgesetzt werden, welch letztere sich in der Hitze verformt und nach dem Gießen an den Gußstücken haftenbleibt.The coating can absorb sodium salts, with the refractory properties the coating of the mold, which the latter deforms in the heat and adheres to the castings after casting.

Es ist kaum möglich, die Wiederauflösung des Natriumsilikats zu vermeiden, wenn dasselbe einfach getrocknet wird. Es ist daher notwendig, seine Gelierung oder Unlöslichmachung durch eine nicht umkehrbare Reaktion zu sichern. Es ist wenig zweckmäßig, dieses Ziel dadurch erreichen zu wollen, daß man dem wäßrigen Überzugsgemisch ein Produkt hinzusetzt, welches die Gelierung des Überzuges sichert, denn diese wäßrige Komposition würde noch vor dem Aufbrauchen in ihrer Masse abbinden, was dem Verfahren jeden gewerblichen oder wirtschaftlichen Wert nehmen würde.It is hardly possible to avoid the redissolution of the sodium silicate, if the same simple is dried. It is therefore necessary to his Secure gelation or insolubilization through an irreversible reaction. It is not very practical to want to achieve this goal by using the aqueous Adding a product to the coating mixture, which ensures the gelation of the coating, because this watery composition would set in its mass before it was used up, which would deprive the process of any commercial or economic value.

Um einen auf einem Wachsmodell hergestellten Überzug wasserfest bzw. wasserabstoßend zu machen, hat man in der Patentliteratur bereits eine Behandlung mit organischen Siliziumverbindungen vorgeschlagen. Dabei handelte es sich um Verbindungen, die Alkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder Alkarylgruppen einerseits und Halogen andererseits enthielten. Anorganische Siliziumhalogenide sind dabei nur als Beimengung erwähnt worden. Obwohl dieser Vorschlag schon lange bekannt war und wegen der umständlichen und kostspieligen Herstellungsweise der genannten Verbindungen für die praktische Anwendung kaum in Betracht kam, wurde ein Hinweis auf die Verwendung von Siliziumhalogeniden in Lösung im Sinne der vorliegenden Erfindung daraus nicht abgeleitet. Dies gilt auch für eine andere Literaturstelle, in welcher Dimethylsilicondichlorid als wasserfestmachendes Mittel in ähnlichem Zusammenhang genannt wird. Daraus ergibt sich, daß die neue Lehre im Sinne der Erfindung nicht als naheliegend gelten kann, sondern offensichtlich mit einem bestehenden Vorurteil gebrochen hat.To make a coating made on a wax model waterproof or To make it water-repellent, one already has a treatment in the patent literature proposed with organic silicon compounds. These were connections the alkyl, aryl, aralkyl or alkaryl groups on the one hand and halogen on the other hand contained. Inorganic silicon halides are only mentioned as admixtures been. Although this proposal has been known for a long time and because of the cumbersome and costly preparation of said compounds for practical purposes The use of silicon halides was hardly considered in solution within the meaning of the present invention not derived therefrom. this applies also for another reference in which dimethylsilicon dichloride as a waterproofing agent Means is mentioned in a similar context. It follows that the new Teaching within the meaning of the invention cannot be considered obvious, but rather obvious has broken with an existing prejudice.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man den Überzug nach seinem Auftragen in der Weise unlöslich machen, daß man an zweiter Stelle ein flüssiges homogenes Gemisch aufträgt, welches aus einer halogenierten Verbindung des Siliziums oder des Titans oder des Zirkons oder des Aluminiums oder des Chroms und aus einem gegenüber dem Natriumsilikat inaktiven Lösungsmittel besteht, d. h. einem Lösungsmittel, welches das Natriumsilikat nicht auflöst, aber auf die Chloride einwirkt, um Derivate zu ergeben, und zwar Äthersalze wie im Falle des Siliziums oder Metallalkoholate wie im Falle des Aluminiums, denn die einen wie die anderen dieser Reaktionsprodukte besitzen die gleichen günstigen Eigenschaften. Schließlich muß dieses Lösungsmittel auch wasserfrei sein. Die Konzentration an Halogenid beläuft sich im allgemeinen auf 1 bis zu 30%.According to the method of the invention, the coating can be after his Apply insolubility in such a way that one is secondly a liquid applies a homogeneous mixture, which consists of a halogenated compound of silicon or of titanium or zirconium or aluminum or chromium and of one there is a solvent inactive with respect to the sodium silicate, d. H. a solvent, which does not dissolve the sodium silicate, but acts on the chlorides to form derivatives to give, namely ether salts as in the case of silicon or metal alcoholates as in the case of aluminum, because one or the other of these reaction products have the same favorable properties. After all, this must be solvent also be anhydrous. The concentration of halide generally amounts to on 1 up to 30%.

Als inaktives organisches Lösungsmittel wäre insbesondere der Tetrachlorkohlenstoff - CC14 - und das Trichloräthylen - C2 H C13 - zu erwähnen, ganz allgemein fast alle chlorierten gewerblichen Lösungsmittel. Unter den alkoholischen Lösungsmitteln sind insbesondere das Methanol - C H3 O H - und das Äthanol - C2 H,, O H - die gebräuchlichsten.Carbon tetrachloride in particular would be an inactive organic solvent - CC14 - and the trichlorethylene - C2 H C13 - should be mentioned, in general almost all of them chlorinated commercial solvents. Among the alcoholic solvents are in particular the methanol - C H3 O H - and the ethanol - C2 H ,, O H - the most common.

Als halogenierte Verbindungen kommen in erster Linie das Siliziumtetrachlorid, das Titantetrachlorid, das Zirkontetrachlorid, das Aluminiumtrichlorid und das Chromtrichlorid in Frage. Aber die vorliegende Erfindung ist keineswegs auf die Chloride oder auf die tetra- oder trihalogenierten Derivate beschränkt. Man kann nämlich -zu den gleichen Ergebnissen auch mit den Bromiden und Jodiden gelangen oder weiterhin auch noch mit den Oxyhalogeniden, wie z. B. dem Siliziumoxychlorid-Si20Clo-,ohne daß man sich damit aus dem Bereich der vorliegenden Erfindung entfernt.The main halogenated compounds are silicon tetrachloride, titanium tetrachloride, zirconium tetrachloride, aluminum trichloride and chromium trichloride in question. But the present invention is by no means based on the chlorides or on the tetra- or trihalogenated derivatives are limited. One can namely - to the same Results also get with the bromides and iodides or continue to do so with the oxyhalides, such as. B. the silicon oxychloride-Si20Clo-, without you thus removed from the scope of the present invention.

Um die Wasserfestigkeit zu kennzeichnen, wurden die Muster durch Eintauchen mit dem folgenden Gemisch überzogen: Wasser ........................... 685 cm3 Natriumsilikat von 38 bis 4.o° Be, S102 = 280/0, Na, 0 = 8,50/0 ..... 225 cm3 Sulfoniertes Netzmittel . . . . . . . . . . . . . 2 cm3 Bornylacetat . .. . . .. . .. . . . . . . .. . . .. 2 cm3 Siliziumdioxyd (Quarzsand) mit einer Feinheit von Sieb Zoo . . . . . . . . . . . . 2100 g Nach 2i/2stündigem Trocknen bei der Temperatur der umgebenden Luft wurden die Proben unlöslich gemacht, indem man sie 1o Sekunden lang in die io%ige Chloridlösung tauchte und sie dann wiederum bei der Temperatur der umgebenden Luft langsam trocknete. Anschließend wurden diese Proben unter der Einwirkung des folgenden Gemisches geprüft: Wasser ........................... 80o cm3 Natriumsilikat (wie zuvor) . . . . . . . . . . Zoo cm3 und zwar unter Gegenüberstellung mit Vergleichsproben, die auf die gleiche Weise überzogen worden waren, aber keine Unlöslichkeitsbehandlung erfahren hatten. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle dargestellt: Man ersieht aus dieser Tabelle, daß die Ergebnisse in absteigender Reihenfolge der Qualitäten die folgende Klassierung ergeben: Bei den Metallen und Metalloiden: Titan - Aluminium - Silizium; bei den Lösungsmitteln: Alkohol - Trichloräthylen.To indicate water resistance, the samples were coated with the following mixture by dipping: Water ........................... 685 cm3 Sodium silicate from 38 to 4.o ° Be, S102 = 280/0, Na, 0 = 8.50 / 0 ..... 225 cm3 Sulphonated wetting agent. . . . . . . . . . . . . 2 cm3 Bornyl acetate. ... . ... ... . . . . . ... . .. 2 cm3 Silicon dioxide (quartz sand) with a Delicacy of Sieve Zoo. . . . . . . . . . . . 2100 g After drying for two and a half hours at ambient air temperature, the samples were insolubilized by immersing them in the 10% chloride solution for 10 seconds and then slowly drying them again at ambient air temperature. These samples were then tested under the action of the following mixture: Water ........................... 80o cm3 Sodium silicate (as before). . . . . . . . . . Zoo cm3 namely in comparison with comparison samples which had been coated in the same way but had not undergone any treatment to be insoluble. The results are shown in the table below: It can be seen from this table that the results, in descending order of quality, give the following classification: For metals and metalloids: titanium - aluminum - silicon; in the case of solvents: alcohol - trichlorethylene.

Nun sind aber das Verhalten gegenüber Wasser oder die Härte nicht die einzigen Kriterien, die bei der Wahl des Produktes für die Unlöslichmachung eine Rolle spielen; es ist zweckmäßig, auch an die Feuerfestigkeit zu denken, und in dieser Hinsicht ist das Zirkon dem Silizium, das Chrom dem Aluminium und das Silizium dem Titan vorzuziehen. In der Praxis aber sind alle diese Stoffe verwendbar, und in jedem Falle ist ihre Wahl ein Kompromiß zwischen Qualität und Gestehungspreis, ein Kompromiß, welcher von der Temperatur abhängt, bei der die Metallegierung vergossen wird, ferner von der Einwirkung des Metalls oder seiner Oxyde auf den Überzug und ebenso auch von der Form des Gußstücks.But the behavior towards water or the hardness are not the only criteria that apply when choosing the product for insolubilization play a role; it is advisable to also think about fire resistance, and in this respect the zircon is to the silicon, the chromium to the aluminum and the Silicon is preferable to titanium. In practice, however, all of these substances can be used, and in any case your choice is a compromise between quality and cost price, a compromise which depends on the temperature at which the metal alloy is cast also of the action of the metal or its oxides on the coating and also of the shape of the casting.

Obwohl die Verdünnung in weiten Grenzen schwanken darf, kann man in gewissen Fällen anstatt einer io°/oigen verdünnten Lösung eine 5°/oige Lösung verwenden, deren Wirkung milder ist und weniger Gefahr für das Abheben des Überzuges oder das Aufblähen desselben bei der Behandlung zwecks Undurchlässigmachung mit sich bringt. Man kann auch eine verdünntere Lösung verwenden und zwei Behandlungen aufeinanderfolgen lassen. Wenn der Überzug in zwei oder mehreren Schichten aufgebracht wird, kann man nach jedem Auftrag einer feuerfesten Überzugsschicht und Trocknung der erhaltenen Schicht eine Behandlung zwecks Undurchlässigmachung vornehmen. Ebenso kann man der Überzugsmasse ein wenig Glyzerin oder Glykol hinzusetzen, um das Trocknen der auf das Wachsmodell aufgebrachten Schicht auf ein gewisses Maß einzuschränken und die Behandlung zwecks Undurchdringlichmachung auf einer noch feuchten Schicht vorzunehmen.Although the dilution can fluctuate within wide limits, one can use In certain cases, use a 5% solution instead of a 10% dilute solution, whose effect is milder and less risk of lifting off the coating or that Inflation of the same in the treatment for the purpose of making it impermeable with it. You can also use a more dilute solution and two treatments in succession permit. If the coating is applied in two or more layers, then one after each application of a refractory coating and drying of the obtained Apply a treatment to make it impermeable. Likewise one can Add a little glycerine or glycol to the coating compound to dry the on to limit the wax model applied layer to a certain extent and the To apply the waterproofing treatment on a still damp layer.

Das Verfahren kann in der folgenden Weise durchgeführt werden: Das Wachsmodell wird wie üblich überzogen, z. B. durch Eintauchen in eine leichtflüssige Paste aus Wasser, Natriumsilikat und feinem Siliziumdioxyd, und dann getrocknet. Nach dem Trocknen wird das so überzogene Wachsmodell einige Sekunden lang in eine verdünnte Lösung der obenerwähnten Art getaucht, z. B. in eine 5 °/oige Lösung von Titantetrachlorid in absolutem Äthylalkohol, und dann dem Trocknen überlassen. Man stellt dann eine sehr merkliche Erhärtung und eine völlige Unlöslichkeit des Überzuges fest, welcher in Wasser nicht mehr zerfällt und einen zunehmenden Widerstand gegenüber Auswaschung und Abrieb aufweist. Das überzogene Wachsmodell, dessen feuerfeste Schicht durch diese Behandlung gehärtet und undurchdringlich gemacht wurde, wird in einen Formkasten gesetzt, der mit einem üblichen Gemisch angefüllt wird, z. B. aus Flintsand, Wasser und einem hydraulischen Bindemittel, welch letzteres beispielsweise ein Aluminiumzement oder ein Gemisch aus Aluminiumzement und N atriumsilikat oder ein Gemisch aus N atriumsilikat und Ammoniumchlorid oder sonst ein geeignetes Gemisch sein kann. Nach dem Abbinden oder der Gelierung wird die Form getrocknet, das Wachs des Modells wird herausgeschmolzen und die Form auf hohe Temperatur gebracht, worauf das geschmolzene Metall in die Form gegossen wird. Nach dem Erstarren des Metalls wird die Form zerbrochen, um die Gußstücke herauszunehmen.The procedure can be carried out in the following manner: The The wax model is coated as usual, e.g. B. by immersion in a liquid Paste made from water, sodium silicate and fine silicon dioxide, and then dried. After drying, the wax model coated in this way is placed in a for a few seconds dipped dilute solution of the type mentioned above, e.g. B. in a 5% solution of Titanium tetrachloride in absolute ethyl alcohol, and then left to dry. Man then represents a very noticeable hardening and complete insolubility of the coating which no longer disintegrates in water and an increasing resistance to it Has leaching and abrasion. The coated wax model, its refractory layer hardened and made impenetrable by this treatment becomes one Set molding box, which is filled with a conventional mixture, z. B. from flint sand, Water and a hydraulic binder, the latter e.g. an aluminum cement or a mixture of aluminum cement and sodium silicate or a mixture of N atrium silicate and ammonium chloride or some other suitable mixture. To After setting or gelling, the form is dried, the wax of the model is melted out and the mold is brought to a high temperature, whereupon the melted Metal is poured into the mold. After the metal solidifies, the shape is broken, to take out the castings.

Diese Behandlung der Unlöslichmachung, eingeschoben in die übliche Kette der Arbeitsgänge zwischen dem Überziehen des Wachsmodells mit einem feinen, feuerfesten Überzug, mit einem Alkalisilikat als Bindemittel, und dem Anfüllen des Formkastens durch ein Gemisch aus Sand, einem hydraulischen Bindemittel und einer großen Menge Wasser, ergibt Metallabgüsse von bester Qualität, und zwar durch das Fehlen gewisser Mängel, wie z. B. Oberflächenverformung, Adern, rauhe und runzlige Stellen, Einschlüsse von feuerfestem Material, anhaftendem Sand usw., alles Fehler, welche auf die Veränderung des Überzuges infolge der Einwirkung des Wassers der Formfüllmasse auf diesen Überzug zurückzuführen sind.This treatment of insolubilization, inserted into the usual one Chain of work steps between coating the wax model with a fine, refractory coating, with an alkali silicate as a binder, and the filling of the Mold box by a mixture of sand, a hydraulic binder and a large amount of water, makes metal casts of the best quality by that Absence of certain defects, such as B. Surface deformation, veins, rough and wrinkled Places, inclusions of refractory material, adhering sand, etc., all defects, which on the change in the coating as a result of the action of the water Mold filling compound can be traced back to this coating.

Claims

PATENT CLAIMS i. Casting method using lost wax a model made of wax or an equivalent plastic material, which is covered with a coating that is more refractory from a solution or suspension Granules in the solution of an alkali silicate, as well as inserting the so coated Wax model in a molding box, which you can mix with a suitable Sand, a hydraulic binder and water, characterized in that that the coating is made insoluble, gelatinized or hardened and made waterproof by treatment with a solution of a halide or Oxyhalide of silicon, titanium, zirconium, aluminum or chromium in a solvent, z. B. Alcohol, which does not dissolve the sodium silicate and which is opposite the abovementioned halides either passively or reacts with them enters into and results in products that have the same beneficial effect.

2. Process according to claim i, characterized in that the silicon tetrachloride is used - SiC14 - or the zirconium tetrachloride - Zr C14 - or aluminum trichloride - A1 C13 - or chromium trichloride - Cr C13 - used, these salts in a suitable Solvent to be dissolved.

3. The method according to claim i or 2, characterized in that the solvent carbon tetrachloride - C C14 - or trichlorethylene - C, HC13 - or more generally an organic chlorinated solvent or benzene or better still an alcohol such. B. ethyl alcohol or methyl alcohol and the concentration of chloride from 1 to 300 / ", preferably from 3 to 10%.

4. The method according to claim i or 3, characterized in that the coated and dried Wax model soaked in the solution and then is left to a natural drying process.

5. The method according to claim 1 or 4, characterized in that the treatment for the purpose of impermeability is repeated.

6. The method according to claim 5, characterized in that the treatment is repeated after each application of a refractory coating to the wax model, if the latter receives several successive coatings. References considered: U.S. Patent Nos. 2,388,299, 2,412,470; EL Cady: Precision Investment Castings, New York, 1948, p. 303; R ö mp p: Chemical encyclopedia, keyword »silicon chloride«.