EP2142322B1 - Beschichtungsmassen für giessformen und kerne zur vermeidung von reaktionsgasfehlern - Google Patents

Beschichtungsmassen für giessformen und kerne zur vermeidung von reaktionsgasfehlern Download PDF

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EP2142322B1
EP2142322B1 EP08758374.6A EP08758374A EP2142322B1 EP 2142322 B1 EP2142322 B1 EP 2142322B1 EP 08758374 A EP08758374 A EP 08758374A EP 2142322 B1 EP2142322 B1 EP 2142322B1
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EP
European Patent Office
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coating
casting
sizing
size
mold
Prior art date
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EP08758374.6A
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EP2142322A1 (de
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Reinhard Stötzel
Klemens Eising
Karl Smarzoch
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ASK Chemicals GmbH
Original Assignee
ASK Chemicals GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Not-in-force legal-status Critical Current
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/10—Accessories for centrifugal casting apparatus, e.g. moulds, linings therefor, means for feeding molten metal, cleansing moulds, removing castings
    • B22D13/101—Moulds
    • B22D13/102—Linings for moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals

Definitions

  • the invention relates to a size, a method for producing a casting mold, a casting mold, as can be obtained with the method, and the use of the casting mold for metal casting.
  • the lost molds usually consist of a mineral, refractory, granular molding material, which is often added with various other additives, e.g. to achieve good casting surfaces.
  • a refractory granular molding material usually washed, classified quartz sand is used.
  • quartz sand is used.
  • chromite, zirconium and olivine sand are also used.
  • moldings based on chamotte as well as magnesite, silimanite or corundum are used.
  • the binders with which the molding materials are solidified may be inorganic or organic in nature.
  • Smaller lost molds are predominantly made of molded materials, which are solidified by bentonite as a binder, while for larger molds usually organic polymers are used as binders.
  • the production of the molds usually proceeds in such a way that the molding material is first mixed with the binder, so that the grains of the molding material are coated with a thin film of the binder. This molding material mixture is then introduced into a corresponding mold and optionally compressed in order to achieve a sufficient stability of the casting mold. Subsequently, the mold is cured, for example by heating it or by adding a catalyst which effects a curing reaction. If the mold has reached at least a certain initial strength, it can also be removed from the mold and, for complete curing, for example, transferred to an oven to be heated there for a predetermined time to a certain temperature.
  • Permanent molds are used to make a variety of castings. You must therefore survive undamaged the casting process and the associated loads. Depending on the field of application, cast iron, unalloyed and alloyed steels, as well as copper, aluminum, graphite, sintered metals and ceramics, have been used as material for permanent molds Proven materials. Permanent molding processes include the mold, pressure, spin and continuous casting processes.
  • sizing usually consists of an inorganic refractory and a binder which are dissolved or slurried in a suitable carrier liquid, for example water or alcohol.
  • the surface of the mold can be modified and tailored to the properties of the metal to be processed.
  • the size can be used to improve the appearance of the casting by creating a smooth surface because the size compensates for irregularities caused by the size of the grains of the molding material.
  • the sizing may metallurgically affect the casting by, for example, selectively transferring additives to the casting at the surface of the casting via the sizing, which enhance the surface properties of the casting.
  • the sizings form a layer which chemically isolates the casting mold from the liquid metal during casting. This is to prevent sticking between the casting and the casting mold so that the casting can be easily removed from the casting mold.
  • the sizing should ensure a thermal separation of the casting mold and casting.
  • the sizing can also be used to selectively control the heat transfer between the liquid metal and the casting mold in order, for example, to effect the formation of a specific metal structure by the cooling rate.
  • the commonly used sizing agents contain as base materials e.g. Clays, quartz, kieselguhr, cristobalite, tridymite, aluminum silicate, zirconium silicate, mica, chamotte or graphite. These base materials cover the surface of the mold and close the pores against penetration of the liquid metal into the mold. Because of their high insulating power, sizing agents containing silica or diatomaceous earth as base materials are often used since these sizings can be produced at low cost and are available in large quantities.
  • base materials e.g. Clays, quartz, kieselguhr, cristobalite, tridymite, aluminum silicate, zirconium silicate, mica, chamotte or graphite.
  • the liquid metal is filled in a rotating about its axis tubular or annular mold in which the metal under the action of centrifugal force to eg bushings, Rings and pipes are formed. It is absolutely necessary that the casting is completely solidified before removal from the mold. There is therefore a fairly long contact time between casting mold and casting, during which the casting mold must not be adversely affected by the cooling casting.
  • the molds are designed here as permanent molds, ie the mold must not change their properties and shape even after the load by the casting process. In centrifugal casting, therefore, the casting mold is coated with an insulating size which is applied in a single layer or in the form of several layers.
  • the DE-B-1 433 973 describes a Kokillenschlichte in the form of an aqueous suspension, with which on the one hand during the casting damage to molds to be avoided and which on the other hand to facilitate the molding of the castings.
  • the sizing consists essentially of vitreous silica as a refractory and colloidal silica sol as a binder.
  • the DE-AS-1 303 358 describes a refractory sizing which is applied to the walls, bottom or bottom of a block mold.
  • the sizing comprises a chromium oxide-containing particulate refractory material and an inorganic binder dispersed in a liquid medium.
  • the particulate refractory material is chromite and zirconia, magnesia, titania or calcined magnesite.
  • the fibers are made of an organic material and the rest of refractory inorganic material.
  • the inorganic fibers have an average length of 50 to 400 microns and a diameter of 1 to 25 microns and the organic fibers an average length of 50 to 5,000 microns and a diameter of 2 to 70 microns.
  • Finishes containing a carrier liquid, a pulverulent refractory material and a lustrous carbon carrier are known per se.
  • the DD 213369 A1 . GB 1532864 A and the JP 57-047548 A propose graphite, carbon or carbon black as shiny carbon carriers. Such particulate carbon carriers are not polymers.
  • the US 4001468 A names polymers as additives in sizing. The sizing, however, provide solvents that are in the US 4001468 A disclosed polymers capable of dissolving or solubilizing on the cores water-resistant planar and continuous films.
  • mediators are the type mentioned above WO 2006/063696 A1 known.
  • silicate slags with a nearly constant SiO 2 content in the range of about 40% form on ladles.
  • the slags contain substantially amounts of MnO, which vary in the range of 15 to 40%, and Fe 3 O 4 in proportions in the range of 5 to 25 wt .-%.
  • MnO which vary in the range of 15 to 40%
  • Fe 3 O 4 in proportions in the range of 5 to 25 wt .-%.
  • These iron oxide-silicate slags are formed very rapidly and are often associated with sulfur in the form of a foamy slag.
  • the slags have an adhesive-like effect and bind, for example, loose grains of sand that have dissolved from the molding material of the mold.
  • the slags can form even at low temperatures, they can form not only in the extraction of the metal in the pan but also at a later date, for example when transferring the liquid metal or when filling the liquid metal into a casting mold.
  • the Fe 3 O 4 contained in the slag is responsible for gas bubble formation since it can be readily reduced by carbon, CO or H 2 to form gaseous reaction products which are then used to form the described Lead to casting errors.
  • various measures can be taken.
  • the formation of a Fe 3 O 4 -containing slag can be counteracted by the contact of the melt with oxygen or air is minimized. For this purpose, for example, the shortest possible casting time can be sought.
  • the molten iron or interruptions of the casting process or even repeated infusion of the liquid iron should be avoided.
  • oxygen-affine elements or compounds can be added to the melt which compete with the iron for the available oxygen and thus suppress the formation of an Fe 3 O 4 -containing slag.
  • the manganese content of the melt can be increased to more than 0.5% by weight so that no more iron oxide-silicate slags are formed.
  • the temperature of the melt can be increased so far that the slags are reduced to form carbon monoxide.
  • Nitrogen and hydrogen are more soluble in liquid iron than in solid iron. During the transition from the liquid to the solid state, therefore, dissolved gases separate from the melt, which already has a relatively high viscosity in this state. The gas bubbles therefore have a shape that is less pronounced of a ball but rather similar to a blowhole.
  • the amount of gas dissolved in the liquid metal can be reduced by lowering the temperature of the melt.
  • the proportion of the binder in the casting mold can be reduced so that its decomposition results in lower amounts of undesired gases.
  • the titanium content of the melt can be increased, for example, to bind nitrogen in the form of titanium nitride or to reduce the aluminum content, thereby suppressing the formation of hydrogen by reducing water.
  • the above-mentioned countermeasures partially contradict or may influence the properties of the casting, for example, when additives are added to the melt. Also, under certain circumstances, the casting process can not be such that contact of the liquid metal with air or oxygen is largely suppressed.
  • Molds include molds and cores.
  • the molds thereby form the outer contour of the casting, while cores are used for the formation of cavities in the casting.
  • the demands on the molds are significantly lower than on cores.
  • the molds during casting must withstand significantly lower mechanical loads.
  • Molds are usually made from wet cast sand. This consists essentially of a refractory material, such as quartz sand, bentonite as a binder and a lustrous carbon, such as coal dust. Further contains the wet casting sand water to the molding material a corresponding suppleness and formability to lend and to unlock the bentonite as a binder.
  • Cores are usually made from a resin-bound molding material mixture.
  • the binder here is an organic binder.
  • exemplary binders are cold box binders or hot box binders. By using these binders, the cores get a much higher stability. Furthermore, the cores must not show excessive gas evolution during casting. While in molds a very large surface is available to dissipate the gases released during casting to the outside, in cores only the core marks are available, which have a relatively small cross-section. The core marks correspond to the contact areas of the cores on the model. If the gas evolution is too strong, gas can therefore penetrate into the liquid metallic material and lead to casting defects, such as pinholes, due to the resulting gas bubbles.
  • the invention therefore an object of the invention to provide a means available with which gas error in castings can be largely or completely suppressed and which requires the least possible restrictions with respect to the composition of the melt or in relation to the metal casting.
  • This agent should be used in particular in the production of cores.
  • the size according to the invention contains at least one additive which has reducing properties.
  • the sizing forms the contact surface with the liquid metal in the casting mold. Due to the heat of the liquid metal receives the reducing agent a high reactivity, so that it can react with oxygen or oxygen-containing compounds and thus intercept them. As a result, the formation of Fe 3 O 4 is largely suppressed, which in turn acts to form gaseous products as an oxidizing agent for carbon or hydrocarbons.
  • the reduction agent provided in the size coat can therefore clearly suppress the formation of gases in the interface with the melt and thus also the formation of pinholes or other gas inclusions at or near the outer surface of the casting.
  • At least one pulverulent refractory substance is suspended in the carrier liquid.
  • refractory material conventional refractory materials can be used in metal casting.
  • suitable refractory materials are diatomite, kaolins, calcined kaolins, kaolinite, metakaolinite, iron oxide, quartz, alumina, aluminum silicates such as pyropyllite, kyanite, andalusite or chamotte, zirconium oxide, zirconium silicate, bauxite, olivine, talc, mica, feldspar.
  • the refractory material is provided in powder form.
  • the grain size is chosen so that in the coating a stable structure is created and that the sizing can be easily distributed for example with a spray device on the wall of the mold.
  • the refractory material has an average particle size in the range from 0.1 to 500 ⁇ m, particularly preferably in the range from 1 to 200 ⁇ m.
  • refractory materials are particularly suitable which have a melting point of at least 200 ° C above the temperature of the liquid Metal is lying and which do not react with the metal.
  • the proportion of powdered refractory to the ready-to-use size is preferably selected in the range of 10 to 99.9 wt .-%, preferably in the range of 30 to 70 wt .-%.
  • a lustrous carbon former is used as the carbonaceous compound.
  • Glossy carbon formers are organic compounds or mixtures of organic compounds from which CH compounds are volatilized under the action of the heat of the liquid metal.
  • the resulting gas phase is supersaturated with carbon and therefore has reducing properties.
  • the supersaturation of the gas phase with carbon eventually becomes so great that pyrolytic carbon in the form of lustrous carbon deposits on the surface of the casting mold.
  • the degree of supersaturation of the gas phase with carbon depends on the chemical composition of the lustrous carbon former, ie the ratio C: H: O, the carbon concentration and on the temperature.
  • the deposition of lustrous carbon on the wall of the mold cavity of the mold causes inferior wettability of the wall by the melt.
  • the resulting gases also affect the impact of the liquid metal on the wall of the mold. A so-called "padding" of the melt is observed.
  • the lustrous carbon becomes plastic under the influence of the heat of the liquid metal, thus buffering, for example, the expansion of the quartz under the action of heat of the liquid metal.
  • Copolymers of polystyrene are used as lustrous carbon formers and as carbon-containing polymers.
  • Exemplary copolymers are styrene-butadiene, styrene (meth) acrylate and butadiene (meth) acrylate copolymers.
  • Particularly preferred are copolymers of styrene, wherein the proportion of styrene to the carbon-containing.
  • Polymer is preferably at least 25 mol%, more preferably at least 50 mol%.
  • the carbonaceous polymers preferably have an average molecular weight in the range of 2,000 to 20,000 g / mol.
  • the molecular weight can be determined, for example, by size exclusion chromatography using standards such as polystyrene standards (e.g., POLYMER STANDARDS SERVICE GmbH, Dalheimer Wiese 5, D-55120 Mainz).
  • the proportion of the reducing agent, preferably of the lustrous carbon forming agent, relative to the solids content of the size according to the invention is preferably at least 1% by weight, preferably at least 5% by weight, more preferably at least 6% by weight, most preferably in the range of 8 chosen to 30 wt .-%.
  • the proportion of the lustrous carbon former is less than 20% by weight, and according to a further embodiment less than 15% by weight.
  • the amount of glossy carbon forming agent contained in the sizing is dependent on the amount of lustrous carbon which can be formed by the lustrous carbon forming agent. Based on the formed glossy carbon amount, the amount of the lustrous carbon-forming agent is preferably selected to be at least 1% by weight, more preferably at least 2% by weight and most preferably in the range from 2.5 to 10% by weight.
  • the lustrous carbon formers may be present, for example, in a proportion of from 1 to 8% by weight.
  • the size according to the invention contains a relatively small proportion of reducing agent or lustrous carbon formers. As a result, it can also be used as a core size, since it shows only a slight evolution of gas. Surprisingly, nevertheless, the formation of pinholes can be effectively suppressed due to the low proportion of the lustrous carbon former.
  • the size according to the invention may comprise further customary components.
  • the size may contain a binder.
  • the purpose of the binder is to bind the ingredients of the size after drying of the size applied to a casting mold and thus to ensure reliable adhesion of the size to the substrate.
  • a binder is added, which cures irreversibly. This gives a coating with a high abrasion resistance. This is advantageous if the mold is to be transported, for example, after its completion and is exposed to mechanical influences. Due to the pronounced mechanical robustness of the coating damage can be largely avoided.
  • preference is given to using those binders which do not soften again under the action of atmospheric moisture.
  • the size according to the invention comprises an alkyd resin as a binder, which is soluble in both water and in alcohols, such as ethanol, propanol or isopropanol.
  • the binder in the ready-to-use size is preferably in one Contain 0.1 to 5 wt .-%, particularly preferably 0.5 to 2 wt .-%.
  • the sizing may also contain an adjusting agent.
  • the adjusting agent increases the viscosity of the size.
  • a decrease in the heavier components is prevented in the sizing, so that when applied, the sizing layer always receives a uniform composition.
  • the actuating means causes the size after application to the surfaces of the mold no longer flows and therefore a uniform layer thickness is achieved even on, for example, vertical surfaces of the mold.
  • two-layer silicates and three-layer silicates customary in sizes such as attapulgite, serpentine, smectites, such as saponite, montmorillonite, beidellite and nontronite, vermiculite.
  • Their proportion of the ready-to-use size is preferably 0.5 to 4.0 wt .-%, particularly preferably 1.0 to 2.0 wt .-%.
  • the size according to the invention may contain a wetting agent which facilitates the application of the size to a substrate.
  • wetting agents it is possible to use all anionic and non-anionic surfactants of medium and higher polarity known to the person skilled in the art.
  • the surfactants preferably have an HLB value of more than 7.
  • the wetting agents are preferably added in an amount of 0.01 to 1 wt .-%, particularly preferably 0.05 to 0.3 wt .-%, wherein the percentages refer to the ready-to-use size.
  • An example of a suitable wetting agent is disodium dioctyl sulfosuccinate.
  • the size may contain a defoamer. Foaming when applying the sizing can lead to uneven Layer thickness and holes in the layer lead.
  • defoamers for example, silicone or mineral oil can be used.
  • the defoamer is contained in the ready-to-use size preferably in a proportion of 0.01 to 1 wt .-%, particularly preferably 0.05 to 0.3 wt .-%.
  • the sizing may contain conventional pigments or dyes. These are optionally added, for example, to achieve a contrast between different sizing layers or between the mold as a substrate and the sizing layer disposed thereon, so that a complete application of the sizing layer can be checked visually.
  • suitable pigments are red and yellow iron oxide and graphite.
  • the dyes and pigments are contained in the ready-to-use size preferably in an amount of 0.01 to 10 wt .-%, particularly preferably 0.1 to 5 wt .-%.
  • the sizing agent may be buried in a biocide in order to avoid a bacterial infestation and thus a negative influence on the rheology and the binding force of the binder.
  • suitable biocides are formaldehyde, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one (MIT), 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one (CIT) and 1,2-benzisothiazolin-3-one (BIT).
  • MIT, BIT or a mixture thereof are used.
  • the biocides are preferably used in an amount of from 10 to 1000 ppm, more preferably from 50 to 500 ppm, based on the ready-to-use size.
  • the size according to the invention preferably has a solids content in the range from 20 to 80% by weight, particularly preferably 30 to 70% by weight, in a usable state. In one embodiment, the sizing has a solids content in the range of 35 to 55% by weight.
  • the size according to the invention can be prepared by conventional methods.
  • a sizing agent according to the invention can be prepared by initially introducing water or another suitable carrier liquid into a stirrer.
  • the adjusting agent is given, for example, a layered silicate, and this digested under high shear conditions.
  • the pulverulent refractory material and optionally pigments and dyes and the lustrous carbon formers are stirred until a homogeneous mixture is formed.
  • wetting agents, antifoams, biocides and binders are added.
  • the size according to the invention can be provided and sold as a ready-to-use formulation. But it is also possible to prepare the inventive size in concentrated form and distribute. In order to obtain a ready-to-use size from the concentrated size, it is necessary to add an appropriate amount of a solvent component necessary to adjust the required viscosity and density characteristics of the size.
  • the size according to the invention can also be provided in the form of a kit, wherein, for example, the solid component and the solvent component are provided side by side in separate containers.
  • the solid component can be provided as a powdery solid mixture in a separate container.
  • liquid components to be used such as binders, wetting agents, wetting agents / defoamers, pigments, dyes and biocides, may in turn be provided in a separate container in this kit.
  • the carrier liquid can either be added to the above-mentioned further liquid components or it can be provided separately from these in a separate container.
  • the appropriate amounts of the solid component, the further liquid components and the carrier liquid are mixed together. It is also possible to provide a sizing according to the invention whose solvent component initially consists only of water.
  • a ready-to-use alcohol sizing agent can be prepared from this water sizing.
  • the solids content of an alcohol sizing agent according to the invention is preferably from 20 to 60% by weight, particularly preferably from 30 to 40% by weight.
  • a size according to the invention which is to be used for coating molds and cores in foundry technology, preferably has a viscosity of 11 to 25 s, more preferably 12 to 15 s, determined according to DIN 53211; Outflow cup 4 mm, DIN cup.
  • a ready-to-use size has a density in the range of 1 to 2.2 g / ml (0 to 120 ° Be), more preferably in the range of 1.1 to 1.4 g / ml (30 to 50 ° Be), especially 1.2 to 1.3 g / ml, determined according to the Baume buoyancy method; DIN 12791.
  • the size according to the invention can be used for coating casting molds.
  • the invention therefore also provides a process for producing a coated casting mold, wherein a casting mold is provided and the casting mold is coated at least in sections with a size coat which at least partially comprises a coat of a size, as described above.
  • the molds can be made of any materials per se.
  • the molds may be made of a refractory molding material, such as quartz sand, which has been solidified with a suitable binder.
  • quartz sand which has been solidified with a suitable binder.
  • inorganic and organic binders can be used.
  • An example of an inorganic binder is water glass, which has been solidified by, for example, dehydration by heating or by passing carbon dioxide.
  • organic binders are cold box or no-bake binders in which a polyisocyanate component and a polyol component are cured under the action of a basic catalyst.
  • the size is used to coat cores.
  • the size according to the invention shows a comparatively low evolution of gas. As a result, the danger of a transfer of gases from the core into the liquid metallic material is largely suppressed during casting.
  • cold-box binders are preferably used. It is a two-component system.
  • the first component consists of the solution of a polyol, usually a phenolic resin.
  • the second component is the solution of a polyisocyanate.
  • a binder system very similar to these cold box binders are the polyurethane no-bake binders.
  • a polyisocyanate component with a polyol component implemented, but the catalyst is added in liquid form already in the preparation of the molding material mixture.
  • Amines for example tertiary amines, are likewise used as catalyst.
  • the curing reaction of polyurethane binders is a polyaddition, i. a reaction without cleavage of by-products, e.g. Water.
  • Advantages of the cold-box process and the no-bake process include good productivity, dimensional accuracy of the molds and good engineering properties such as the strength of the molds, the processing time of the mixture of mold base and binder, etc.
  • binders are, for example, no-bake binders based on furan resins or phenolic resins. They are offered as two-component systems, one component comprising a reactive furan resin and the other component an acid which acts as a catalyst for the curing of the reactive resin component. As acids mostly aromatic sulfonic acids and in some special cases also phosphoric acid or sulfuric acid are used.
  • Furan resins contain as essential component Furfurylalköhol.
  • Furfuryl alcohol can react with itself under acid catalysis and form a polymer. Since furfuryl alcohol is made from vegetable material, such as wheat chaff or rice hulls, it is relatively expensive.
  • furfuryl alcohol is made from vegetable material, such as wheat chaff or rice hulls, it is relatively expensive.
  • furfuryl alcohol is made from vegetable material, such as wheat chaff or rice hulls, it is relatively expensive.
  • furfuryl alcohol is made from vegetable material, such as wheat chaff or rice hulls, it is relatively expensive.
  • furfuryl alcohol further compounds which are polymerized into the resin. Examples of such compounds are aldehydes, such as formaldehyde or furfural, ketones, such as acetone, phenols, urea or polyols, such as sugar alcohols or ethylene glycol.
  • the resins may be added other components which affect the properties of the resin, for example its
  • No-bake binders based on phenolic resins contain resoles as reactive resin components, ie phenolic resins which have been prepared with an excess of formaldehyde. Phenol resins show a significantly lower reactivity compared to furan resins and require strong sulfonic acids as catalysts.
  • Hot-curing organic processes include the hot-box process based on phenolic or furan resins, the warm box process based on furan resins, and the croning process based on phenolic novolac resins.
  • liquid resins are processed with a latent curing agent which is only effective at elevated temperatures to form a molding material mixture.
  • mold base materials such as quartz, chrome ore, zirconium, etc., are coated at a temperature of about 100 to 160 ° C with a liquid at this temperature phenol novolac resin. Hexamethylenetetramine is added as a reaction partner for the subsequent curing.
  • the shaping and curing take place in heatable tools, which are heated to a temperature of up to 300 ° C.
  • a casting mold or a core is provided.
  • the sizing described above is applied. All conventional methods can be used per se.
  • the sizing can be applied by means of a brush. But it is also possible to spray the size by means of a suitable nozzle.
  • a suitable nozzle For spraying commercial pressure sprayers can be used.
  • the sizing is in preferably diluted state filled in a pressure vessel. Due to the pressure prevailing in the boiler, the sizing is forced into a spray gun, where it is sprayed with the aid of separately controllable atomizing air.
  • the spraying is preferably carried out so that the layer still wet on the surface of the mold, so that a uniform application can be achieved.
  • the sizing may also be applied by dipping the mold into the sizing.
  • the duration during which the mold remains submerged in the sizing is preferably chosen between 2 seconds and 2 minutes.
  • the time taken for the expiration of the excess sizing after dipping depends on the flow behavior of the sizing used.
  • the size remaining on the surface of the casting mold then has a specific layer thickness, it being possible for the layer thickness to be influenced by the properties of the size, for example its viscosity, or by the addition of setting agents.
  • the mold cavity of the mold can also be flooded with the sizing.
  • the layer thickness of the layer can be influenced, for example by the viscosity of the sizing.
  • the sizing can be applied in a single layer. But it is also possible to apply several layers of the size on top of each other, for example, to achieve a greater layer thickness. In this case, the deeper layer of the size may optionally be partially or completely dried before the next layer is applied.
  • At least the surfaces of the casting mold are coated with the size, which come into contact with the liquid metal during casting.
  • Particularly preferred are the or the cores of the mold are coated with the size described above.
  • the sizing layer is dried and if the sizing contains a curable binder, the binder is cured.
  • the sizing can be dried in air, wherein the drying can be promoted, for example, by dehumidifying the air.
  • the casting mold with the sizing layer applied thereon can also be heated.
  • the mold can be irradiated, for example, with microwaves or infrared light.
  • the coated casting mold can also be placed in a convection oven for drying.
  • the casting mold coated with the size is dried in a convection oven at 100 to 250 ° C., preferably 120 to 180 ° C.
  • the size is preferably dried by burning off the alcohol or the alcohol mixture. Due to the resulting heat of combustion, the coated casting mold is additionally heated.
  • the dry layer thickness of the sizing layer is preferably at least 0.1 mm, preferably at least 0.2 mm, particularly preferably at least 0.3 mm. For special applications thicker sizing layers can be used.
  • the dry layer thickness is preferably at least 0.4 mm and particularly preferably at least 0.5 mm in such an application. Such layer thicknesses are preferably used when the thermal load of the mold is very high. Most preferably, the thickness of the sizing layer is in the range of 0.3 to 1.5 mm.
  • the dry layer thickness denotes the layer thickness of the dried sizing layer, which is achieved by essentially completely removing the carrier liquid and optionally subsequent hardening of the sizing layer is obtained.
  • the dry layer thickness is preferably determined by measurement with the wet layer thickness comb.
  • the mold Before the sizing is applied, the mold can also be provided with a primer coat first.
  • the basecoat may be applied to the mold by any method known in the art, e.g. Dive, flood, spray or paint.
  • the base coat covers the surface of the casting mold and seals the sand pores from penetration of the liquid metal.
  • the base coat also has the task to thermally isolate the mold from the liquid metal.
  • the basecoat may contain as base material, for example, clays, talc, quartz, mica, zirconium silicate, magnesite, aluminum silicate or chamotte in a suitable carrier liquid, for example water or alcohol.
  • the dry layer thickness of the basecoat is preferably at least 0.1 mm, more preferably at least 0.2 mm, most preferably at least 0.45 mm.
  • the dry film thickness of the basecoat is selected in the range of 0.3 to 1.5 mm.
  • the size of the basecoat is preferably formed as a water-based size or as an alcohol size.
  • the basecoat may differ in composition from the size of the invention. But it is also possible to produce the base coat also from the size according to the invention. Preferably, the base coat is also made from the size of the invention.
  • the subject of the invention is therefore also a casting mold, which comprises at least portions of a sizing layer made from a sizing as described above.
  • the casting molds according to the invention are suitable both for centrifugal casting processes and for large-scale casting processes or generally casting processes based on lost shapes.
  • the invention is therefore also the use of the above-described mold for metal casting.
  • Molds comprising a layer made from the size of the invention are useful, for example, in the manufacture of pipes, cylinder liners, engines and engine components, machine beds and turbines, and general machine components.
  • the casting molds are suitable for iron and cast steel. In iron or steel casting relatively high temperatures in the range of about 1400 ° C are reached, so that can use efficient Glanzkohlenstoff Struktur.
  • the core size used in the examples below contains the following components (% by weight): component Proportion (% by weight) Manufacturer Pyrrophyllite ⁇ 110 ⁇ m 40,00 RT Vanderbilt Graphite ⁇ 150 ⁇ m 10.00 luh clay mineral 03,00 Engelhard Corporation Butadiene-styrene copolymer dispersion 05,00 Lipatone ®, polymer latex wetting agent 00,05 Henkel KGaA, DE defoamers 00.20 Henkel KgaA, DE binder solution 02,00 Wacker AG, DE biocide 00.20 Thor water 39.55
  • the water is initially introduced into a container which is equipped with a high-shear agitator.
  • the stirrer is put into operation, the clay added and digested for 15 minutes under high shear conditions.
  • pyrrophyllite and graphite are added and the mixture is stirred for an additional 15 minutes until a homogeneous mixture is obtained.
  • the remaining components are then added and the mixture is stirred for a further 5 minutes.
  • the resulting size is diluted with 30 wt .-% deionized water and then has a viscosity of 13 s, determined according to DIN 53211, flow cup 4 mm, and a density of 40 ° Be, determined according to the Baume buoyancy method, DIN 12791, on ,
  • the sizing a core is coated by spraying.
  • the thickness of the size coat is 300 ⁇ m.
  • the sizing shows good flowability and good coverage.
  • the mold is dried in a continuous furnace with circulating air at 160 to 180 ° C.
  • a comparative size was prepared analogously to Example 1, but no butadiene-styrene copolymer dispersion was added.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schlichte, ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform, eine Gießform, wie sie mit dem Verfahren erhalten werden kann, sowie die Verwendung der Gießform für den Metallguss.
  • Die meisten Erzeugnisse der Eisen- und Stahlindustrie sowie der Nichteisenmetallindustrie durchlaufen zur ersten Formgebung Gießprozesse. Dabei werden die Schmelzflüssigwerkstoffe, Eisenmetalle bzw. Nichteisenmetalle, in geometrisch bestimmte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt. Für die Formgebung der Gussstücke müssen zunächst zum Teil sehr komplizierte Gießformen zur Aufnahme der Schmelze hergestellt werden. Die Gießformen werden unterteilt in verlorene Formen, die nach jedem Guss zerstört werden, sowie Dauerformen, mit denen jeweils eine große Anzahl von Gussstücken hergestellt werden kann.
  • Die verlorenen Formen bestehen meist aus einem mineralischen, feuerfesten, körnigen Formstoff, der oft noch mit verschiedenen weiteren Zusätzen versetzt wird, z.B. zur Erzielung guter Gussoberflächen. Als feuerfester, körniger Formstoff wird meist gewaschener, klassierter Quarzsand verwendet. Für bestimmte Anwendungen, bei denen besondere Anforderungen erfüllt werden müssen, wird auch Chromit-, Zirkon- und Olivinsand eingesetzt. Daneben werden noch Formstoffe auf Schamotte- sowie Magnesit-, Silimanit- oder Korundbasis benutzt. Die Bindemittel, mit welchen die Formstoffe verfestigt werden, können anorganischer oder organischer Natur sein. Kleinere verlorene Formen werden überwiegend aus Formstoffen hergestellt, welche durch Bentonit als Bindemittel verfestigt werden, während für größere Formen meist organische Polymere als Bindemittel verwendet werden. Die Herstellung der Gießformen verläuft meist in der Weise, dass der Formstoff zunächst mit dem Bindemittel vermengt wird, sodass die Körner des Formstoffs mit einem dünnen Film des Bindemittels überzogen sind. Diese Formstoffmischung wird dann in eine entsprechende Form eingebracht und ggf. verdichtet, um eine ausreichende Standfestigkeit der Gießform zu erreichen. Anschließend wird die Gießform ausgehärtet, beispielsweise indem sie erwärmt wird oder indem ein Katalysator zugegeben wird, der eine Aushärtungsreaktion bewirkt. Hat die Gießform zumindest eine gewisse Anfangsfestigkeit erreicht, kann sie auch aus der Form entnommen werden und zur vollständigen Aushärtung beispielsweise in einen Ofen überführt werden, um dort für eine vorbestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt zu werden.
  • Dauerformen werden für die Herstellung einer Vielzahl von Gussstücken verwendet. Sie müssen daher den Gießvorgang und die damit verbundenen Belastungen unbeschädigt überstehen. Als Werkstoff für Dauerformen haben sich je nach Anwendungsbereich besonders Gusseisen sowie unlegierte und legierte Stähle, aber auch Kupfer, Aluminium, Graphit, Sintermetalle und keramische Materialien bewährt. Zu den Dauerformverfahren zählen das Kokillen-, Druck-, Schleuder- und Stranggießverfahren.
  • Gießformen sind während des Gießvorgangs sehr hohen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. An der Kontaktfläche zwischen flüssigem Metall und Gießform können daher Fehler entstehen, beispielsweise indem die Gießform reißt oder indem flüssiges Metall in das Gefüge der Gießform eindringt. Meist werden daher diejenigen Flächen der Gießform, die mit dem flüssigen Metall in Berührung gelangen, mit einer schützenden Beschichtung versehen, die auch als Schlichte bezeichnet wird. Eine solche Schlichte besteht meist aus einem anorganischen feuerfesten Stoff und einem Bindemittel, die in einer geeigneten Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Alkohol, gelöst oder aufgeschlämmt sind.
  • Durch diese Beschichtungen kann die Oberfläche der Gießform modifiziert und auf die Eigenschaften des zu verarbeitenden Metalls abgestimmt werden. So kann durch die Schlichte das Aussehen des Gussstücks verbessert werden, indem eine glatte Oberfläche erzeugt wird, da durch die Schlichte Unregelmäßigkeiten ausgeglichen werden, die durch die Größe der Körner des Formstoffs verursacht werden. Weiter kann die Schlichte das Gussstück metallurgisch beeinflussen, indem beispielsweise über die Schlichte selektiv an der Oberfläche des Gussstücks Zusätze in das Gussstück übertragen werden, welche die Oberflächeneigenschaften des Gussstücks verbessern. Ferner bilden die Schlichten eine Schicht, welche die Gießform beim Gießen vom flüssigen Metall chemisch isoliert. Dadurch soll ein Anhaften zwischen Gussstück und Gießform verhindert werden, sodass sich das Gussstück ohne Schwierigkeiten aus der Gießform entfernen lässt. Darüber hinaus soll die Schlichte eine thermische Trennung von Gießform und Gussstück gewährleisten. Dies ist insbesondere bei Dauerformen von Bedeutung. Wird diese Funktion nicht erfüllt, erfährt z.B. eine Metallform im Laufe der aufeinander folgenden Gießvorgänge solch hohe thermische Belastungen, dass sie vorzeitig zerstört wird. Die Schlichte kann aber auch dazu genutzt werden, die Wärmeübertragung zwischen flüssigem Metall und Gießform gezielt zu steuern, um beispielsweise durch die Abkühlungsrate die Ausbildung eines bestimmten Metallgefüges zu bewirken.
  • Die üblicherweise verwendeten Schlichten enthalten als Grundstoffe z.B. Tone, Quarz, Kieselgur, Cristobalit, Tridymit, Aluminiumsilicat, Zirkonsilicat, Glimmer, Schamotte oder auch Graphit. Diese Grundstoffe bedecken die Oberfläche der Gießform und verschließen die Poren gegen ein Eindringen des flüssigen Metalls in die Gießform. Wegen ihres großen Isoliervermögens werden häufig Schlichten verwendet, welche Siliziumdioxid oder Kieselgur als Grundstoffe enthalten, da diese Schlichten mit geringem Kostenaufwand hergestellt werden können und in großen Mengen verfügbar sind.
  • Wichtige Verfahren zur Herstellung von Metallteilen, beispielsweise aus Gusseisen, sind das Großgussverfahren und das Schleudergussverfahren.
  • Beim Großgussverfahren, mit dem größere Gussstücke hergestellt werden, werden meist verlorene Formen verwendet. Durch die Größe der herzustellenden Gussstücke wirken sehr hohe metallostatische Drucke auf die Gießform ein. Durch die langen Abkühlzeiten wird die Gießform auch über sehr lange Zeiträume einer hohen Temperaturbelastung ausgesetzt. Bei diesem Verfahren übernimmt die Schlichte eine ausgeprägte Schutzfunktion, um ein Eindringen des Metalls in das Material der Gießform (Penetration), ein Reißen der Gießform (Ausbildung von Blattrippen) oder eine Reaktion zwischen Metall und dem Material der Gießform (Vererzung) zu vermeiden.
  • Beim Schleuderguss wird das flüssige Metall in eine um ihre Achse rotierende rohr- oder ringförmige Kokille gefüllt, in der das Metall unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu z.B. Buchsen, Ringen und Rohren geformt wird. Dabei ist es unbedingt notwendig, dass das Gussstück vor der Entnahme aus der Gießform vollständig verfestigt ist. Es bestehen deshalb ziemlich lange Kontaktzeit zwischen Gießform und Gussstück, während denen die Gießform durch das abkühlende Gussstück nicht nachteilig beeinflusst werden darf. Die Gießformen sind hier als Dauerformen ausgeführt, d.h. die Gießform darf auch nach der Belastung durch den Gießvorgang ihre Eigenschaften und ihre Form nicht verändern. Beim Schleuderguss wird die Gießform daher mit einer isolierenden Schlichte beschichtet, welche in einer einzelnen Schicht oder in Form mehrerer Schichten aufgebracht wird.
  • In der DE-B-1 433 973 wird eine Kokillenschlichte in Form einer wässrigen Suspension beschrieben, mit welcher zum einen während des Gießens Schäden an Kokillen vermieden werden sollen und welche zum anderen das Ausformen der Gussstücke erleichtern soll. Die Schlichte besteht im Wesentlichen aus glasartiger Kieselsäure als feuerfestem Stoff sowie kolloidalem Kieselsäuresol als Bindemittel.
  • In der DE-AS-1 303 358 wird eine feuerfeste Schlichte beschrieben, welche auf die Wände, das Unterteil oder die Bodenplatte einer Blockform aufgetragen wird. Die Schlichte umfasst ein Chromoxid enthaltendes teilchenförmiges feuerfestes Material sowie ein anorganisches Bindemittel, die in einem flüssigen Medium dispergiert sind. Das teilchenförmige feuerfeste Material besteht aus Chromit und Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid oder calciniertem Magnesit.
  • In der DE 42 03 904 C1 wird eine Schlichte für gießereitechnische Zwecke beschrieben, die 5 bis 40 Gew.-% Fasern enthält. 10 bis 90 % der Fasern bestehen aus einem organischen Material und der Rest aus feuerfestem anorganischem Material. Die anorganischen Fasern weisen eine mittlere Länge von 50 bis 400 µm sowie einen Durchmesser von 1 bis 25 µm und die organischen Fasern eine mittlere Länge von 50 bis 5.000 µm und einen Durchmesser von 2 bis 70 µm auf.
  • Schlichten enthaltend eine Trägerflüssigkeit, einen pulverförmigen Feuerfeststoff und einen Glanzkohlenstoffträger sind an sich bekannt. Die DD 213369 A1 , GB 1532864 A und die JP 57-047548 A schlagen als Glanzkohlenstoffträger Graphit, Kohle oder Ruß vor. Derartige partikuläre Kohlenstoffträger sind keine Polymere. Die US 4001468 A nennt Polymere als Zusätze in Schlichten. Die Schlichten sehen aber Lösungsmittel vor, die die in der US 4001468 A offenbarten Polymere zu lösen bzw. anzulösen vermögen, um auf den Kernen wasserbeständige flächige und zusammenhängende Filme auszubilden. Aufgabe der US 4001468 A ist es, eine Schlichte bereitzustellen, die feuchtigkeitsempfindliche ausgehärtete Formmassen mit einem wasserundurchlässigen Schutzfilm überzieht und kompatibel mit den feuchtigkeitsempfindlichen Bindern der Formmassen ist. Es ist daher davon auszugehen, dass die Schlichten der US 4001468 A kein Wasser oder "wasserziehende" Lösungsmittel wie Alkohole als Trägerflüssigkeiten aufweisen dürfen.
  • Schließlich sind Schlichter der das ober genannter Typs aus WO 2006/063696 A1 bekannt.
  • Beim Guss können sich auf der Außenseite des Gussstücks bzw. dicht unter seiner Oberfläche kleine trichterförmige Vertiefungen bzw. Gasblasen ausbilden, welche die Qualität der Oberfläche des Gussstücks verschlechtern und eine Nachbearbeitung der Gussstückoberfläche erforderlich machen. Insbesondere bei Abschnitten im Inneren des Gussstücks, beispielsweise ölzuführungskanäle in einem Motorblock, ist eine derartige Nachbearbeitung schwierig oder sogar ausgeschlossen. Solche Abschnitte im Inneren des Gussstücks werden mit so genannten Kernen dargestellt.
  • Diese Gussfehler können auf verschiedene Ursachen zurückgeführt werden.
  • In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Schmelze bilden sich auf Gießpfannen silikatische Schlacken mit einem nahezu konstanten SiO2-Gehalt im Bereich von etwa 40 %. Daneben enthalten die Schlacken im wesentlichen Anteile an MnO, welche im Bereich von 15 bis 40 % schwanken, sowie Fe3O4 in Anteilen im Bereich von 5 bis 25 Gew.-%. Diese Eisenoxid-Silicat-Schlacken bilden sich sehr schnell und liegen vergesellschaftet mit Schwefel sehr häufig in Form einer schaumigen Schlacke vor. Die Schlacken haben eine klebstoffartige Wirkung und binden beispielsweise lose Sandkörner, die sich aus dem Formstoff der Gießform gelöst haben. Da sich die Schlacken bereits bei niedrigen Temperaturen bilden können, können sie sich nicht nur bei der Gewinnung des Metalls in der Pfanne bilden sondern auch erst zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise beim Umfüllen des flüssigen Metalls oder beim Einfüllen des flüssigen Metalls in eine Gießform. Im Wesentlichen ist das in der Schlacke enthaltene Fe3O4 für die Gasblasenbildung verantwortlich, da es leicht durch Kohlenstoff, CO oder H2 reduziert werden kann, wobei gasförmige Reaktionsprodukte entstehen, welche dann zur Ausbildung der beschriebenen Gussfehler führen. Um die Ausbildung von Gasblasen zu unterdrücken, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. So kann der Ausbildung einer Fe3O4-haltigen Schlacke entgegengewirkt werden, indem der Kontakt der Schmelze mit Sauerstoff bzw. Luft möglichst gering gehalten wird. Dazu kann beispielsweise eine möglichst kurze Gießzeit angestrebt werden. Weiter sollten längere Standzeiten des flüssigen Eisens bzw. Unterbrechungen des Gießvorgangs oder auch mehrfaches Umgießen des flüssigen Eisens vermieden werden. Ferner können der Schmelze sauerstoffaffine Elemente oder Verbindungen zugesetzt werden, die mit dem Eisen um den zur Verfügung stehenden Sauerstoff konkurrieren und so die Ausbildung einer Fe3O4-haltigen Schlacke unterdrücken. Als weitere Maßnahme kann der Mangangehalt der Schmelze auf mehr als 0,5 Gew.-% erhöht werden, sodass sich keine Eisenoxid-Silikat-Schlacken mehr ausbilden. Schließlich kann die Temperatur der Schmelze soweit erhöht werden, dass die Schlacken unter Entstehung von Kohlenmonoxid reduziert werden.
  • Bei den beim Metallguss herrschenden Temperaturen zersetzen sich die organischen Bindemittel in der Gießform unter Bildung von CO, CO2, N2, H2, NOx, NH3, H2O und CxHy. Durch die Reaktion dieser Verbindungen mit flüssigem Eisen entstehen weitere gasförmige Produkte, die sich im flüssigen Eisen bzw. in der Schlacke anreichern können. Beispielhafte Reaktionen sind im Folgenden aufgeführt:

            Fe + CxHy → [C] + H2

            Fe3O4 + CH4 → CO2 + 2 CH2O + 3 Fe

            2 NH3 → N2 + 3 H2

            2 [Al] + 3 H2O → Al2O3 + 3 H2

  • Stickstoff und Wasserstoff sind in flüssigem Eisen besser löslich als in festem Eisen. Beim Übergang vom flüssigen in den festen Zustand scheiden sich daher gelöste Gase aus der Schmelze ab, die in diesem Zustand bereits eine relativ hohe Viskosität aufweist. Die Gasblasen haben daher eine Form, die weniger an eine Kugel erinnert sondern eher eine Ähnlichkeit zu einem Lunker aufweist. Als Gegenmaßnahme kann die Menge des im flüssigen Metall gelösten Gases verringert werden, indem die Temperatur der Schmelze verringert wird. Ferner kann der Anteil des Bindemittels an der Gießform verringert werden, sodass bei dessen Zersetzung geringere Mengen an unerwünschten Gasen entstehen. Schließlich kann der Titananteil der Schmelze erhöht werden, um beispielsweise Stickstoff in Form von Titannitrid zu binden bzw. der Aluminiumanteil verringert werden, um dadurch die Entstehung von Wasserstoff durch Reduktion von Wasser zurückzudrängen.
  • Die oben geschilderten Gegenmaßnahmen widersprechen sich teilweise bzw. können sie die Eigenschaften des Gussstücks beeinflussen, wenn der Schmelze beispielsweise Zusätze zugegeben werden. Auch lässt sich der Gießprozess unter Umständen nicht so führen, dass ein Kontakt des flüssigen Metalls mit Luft oder Sauerstoff weitgehend unterdrückt wird.
  • Gießformen umfassen Formen und Kerne. Die Formen bilden dabei die äußere Kontur des Gussstücks ab, während Kerne für die Ausbildung von Hohlräumen im Gussstück verwendet werden. An die Formen werden dabei in Bezug auf die Stabilität und die Zusammensetzung der Formstoffmischung deutlich geringere Anforderungen gestellt als an Kerne. So müssen die Formen beim Guss deutlich geringere mechanische Belastungen aushalten. Formen werden dabei meist aus Nassgusssand hergestellt. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem Feuerfeststoff, wie Quarzsand, Bentonit als Bindemittel und einem Glanzkohlenstoffbildner, beispielsweise Kohlenstaub. Weitere enthält der Nassgusssand Wasser, um der Formstoffmischung eine entsprechende Geschmeidigkeit und Formbarkeit zu verleihen und um den Bentonit als Bindemittel aufzuschließen. Kerne werden meist aus einer harzgebundenen Formstoffmischung hergestellt. Als Bindemittel ist dabei ein organisches Bindemittel enthalten. Beispielhafte Bindemittel sind Cold-Box-Bindemittel oder Hot-Box-Bindemittel. Durch die Verwendung dieser Bindemittel erhalten die Kerne eine deutlich höhere Stabilität. Ferner dürfen die Kerne beim Abguss keine zu hohe Gasentwicklung zeigen. Während bei Formen eine sehr große Oberfläche zur Verfügung steht, um die beim Abguss freigesetzten Gase nach außen abzuführen, stehen bei Kernen lediglich die Kernmarken zur Verfügung, welche einen relativ geringen Querschnitt aufweisen. Die Kernmarken entsprechen den Aufstandsflächen der Kerne auf dem Modell. Bei einer zu starken Gasentwicklung kann daher Gas in den flüssigen metallischen Werkstoff übertreten und durch die dadurch verursachten Gasblasen zu Gussfehleren, wie Pinholes, führen.
  • Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zur Verfügung zu stellen, mit welchem Gasfehler in Gussstücken weitgehend bzw. vollständig unterdrückt werden können und welches möglichst geringe Beschränkungen in Bezug auf die Zusammensetzung der Schmelze bzw. in Bezug auf den Metallguss erfordert. Dieses Mittel soll insbesondere bei der Herstellung von Kernen einsetzbar sein.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Schlichte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlichte sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Schlichte enthält neben einer Trägerflüssigkeit und einem pulverförmigen Feuerfeststoff zumindest ein Additiv, welches reduzierende Eigenschaften aufweist. Die Schlichte bildet in der Gießform die Kontaktfläche zum flüssigen Metall. Durch die Hitze des flüssigen Metalls erhält das Reduktionsmittel eine hohe Reaktivität, sodass es mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Verbindungen reagieren und diese somit abfangen kann. Dadurch wird die Ausbildung von Fe3O4 weitgehend zurückgedrängt, welches wiederum unter Entstehung gasförmiger Produkte als Oxidationsmittel für Kohlenstoff bzw. Kohlenwasserstoffe wirkt. Durch das in der Schlichteschicht bereitgestellte Reduktionsmittel kann also die Entstehung von Gasen in der Grenzfläche zur Schmelze deutlich zurückgedrängt werden und damit auch die Entstehung von pinholes oder sonstiger Gaseinschlüsse an oder nahe der Außenfläche des Gussstücks.
  • Erfindungsgemäß wird also eine Schlichte zur Verfügung gestellt, welche als Beschichtung für Gießformen für den Metallguss verwendet werden kann, wobei die Schlichte zumindest umfasst:
    • eine Trägerflüssigkeit;
    • zumindest einen pulverförmigen Feuerfeststoff; und
    • zumindest ein Reduktionsmittel und ist in Anspruch 1 definiert. Das Reduktionsmittel ist ein Glanzkohlenstoffbildner. Die Schlichte umfasst zunächst eine Trägerflüssigkeit, in welcher die weiteren Bestandteile der Schlichte suspendiert bzw. gelöst werden können. Diese Trägerflüssigkeit wird geeignet so ausgewählt, dass sie bei den im Metallguss üblichen Bedingungen vollständig verdampft werden kann. Die Trägerflüssigkeit sollte daher bevorzugt bei Normaldruck einen Siedepunkt von weniger als etwa 130 °C, vorzugsweise weniger als 110 °C aufweisen. Als Trägerflüssigkeit wird Wasser oder ein Gemisch aus Wasser und zumindest einer flüchtigen organischen Komponente, verwendet, wobei als ein flüchtige organische Komponente oder mehrere Alkohole verwendet werden. Unter einer flüchtigen organischen Komponente werden dabei ein oder mehrere Alkohole verstanden, die einen Siedepunkt von weniger als 130 °C, insbesondere weniger als 110 °C aufweisen. Besonders bevorzugt wird ein Alkohol mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen verwendet, insbesondere Ethanol und/oder Isopropanol. Der Anteil des Wassers an der Trägerflüssigkeit wird bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichte bevorzugt im Bereich von 10 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-% gewählt und der Anteil der flüchtigen organischen Komponente bevorzugt im Bereich von 0 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 60 Gew.-%. Der Anteil der Trägerflüssigkeit an der gebrauchsfertigen Schlichte beträgt üblicherweise 10 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 70 Gew.-%.
  • In der Trägerflüssigkeit ist zumindest ein pulverförmiger Feuerfeststoff suspendiert. Als Feuerfeststoff können im Metallguss übliche Feuerfeststoffe verwendet werden. Beispiele für geeignete Feuerfeststoffe sind Diatomit, Kaoline, calcinierte Kaoline, Kaolinit, Metakaolinit, Eisenoxid, Quarz, Aluminiumoxid, Aluminiumsilicate, wie Pyropyllit, Kyanit, Andalusit oder Schamotte, Zirkonoxid, Zirkonsilicat, Bauxit, Olivin, Talk, Glimmer, Feldspat.
  • Der Feuerfeststoff wird in Pulverform bereitgestellt. Die Korngröße wird dabei so gewählt, dass in der Beschichtung ein stabiles Gefüge entsteht und dass sich die Schlichte beispielsweise mit einer Sprühvorrichtung problemlos auf der Wand der Gießform verteilen lässt. Geeignet weist der Feuerfeststoff eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,1 bis 500 µm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 bis 200 µm auf. Als Feuerfeststoff sind insbesondere Materialien geeignet, welche einen Schmelzpunkt aufweisen, der zumindest 200°C oberhalb der Temperatur des flüssigen Metalls liegt und die keine Reaktion mit dem Metall eingehen. Der Anteil des pulverfesten Feuerfeststoffs an der gebrauchsfertigen Schlichte wird vorzugsweise im Bereich von 10 bis 99,9 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 70 Gew.-% gewählt.
  • Als kohlenstoffhaltige Verbindung wird ein Glanzkohlenstoffbildner verwendet. Glanzkohlenstoffbildner sind organische Verbindungen oder Gemische organischer Verbindungen, aus welchen sich unter Einwirkung der Hitze des flüssigen Metalls C-H-haltige Verbindungen verflüchtigen. Die dabei entstehende Gasphase ist mit Kohlenstoff übersättigt und besitzt daher reduzierende Eigenschaften. Die Übersättigung der Gasphase mit Kohlenstoff wird letztlich so groß, dass sich pyrolitischer Kohlenstoff in Form von Glanzkohlenstoff auf der Oberfläche der Gießform abscheidet. Der Grad der Übersättigung der Gasphase mit Kohlenstoff ist von der chemischen Zusammensetzung des Glanzkohlenstoffbildners, d.h. dem Verhältnis C :H : O, der Kohlenstoffkonzentration sowie von der Temperatur abhängig. Die Abscheidung von Glanzkohlenstoff auf der Wand des Formhohlraums der Gießform bewirkt eine schlechtere Benetzbarkeit der Wand durch die Schmelze. Die entstandenen Gase beeinflussen auch den Aufprall des flüssigen Metalls auf der Wand der Gießform. Es wird eine sogenannte "Polsterung" der Schmelze beobachtet. Durch die Abscheidung von Glanzkohlenstoff lässt sich ferner das Gussstück leichter aus der Gießform entfernen und der Zerfall der Gießform wird vorteilhaft beeinflusst. Ferner wird der Glanzkohlenstoffbildner unter dem Einfluss der Hitze des flüssigen Metalls plastisch und puffert damit beispielsweise die Ausdehnung des Quarzes unter der Hitzeeinwirkung des flüssigen Metalls ab.
  • Als Glanzkohlenstoffbildner und als kohlenstoffhaltiges Polymer werden eingesetzt Copolymere des Polystyrols. Beispielhafte Copolymere sind Styrol-Butadien-, Styrol(Meth)acrylat- und Butadien-(Meth)acrylat-Copolymere. Besonders bevorzugt sind Copolymere des Styrols, wobei der Anteil des Styrols am kohlenstoffhaltigen. Polymer vorzugsweise zumindest 25 Mol-%, besonders bevorzugt zumindest 50 Mol-% beträgt.
  • Die kohlenstoffhaltigen Polymere weisen bevorzugt ein mittleres Molekülgewicht im Bereich von 2.000 bis 20.000 g/mol auf. Das Molekülgewicht lässt sich beispielsweise durch Ausschlusschromatographie unter Verwendung von Standards, wie Polystyrolstandards (z.B. POLYMER STANDARDS SERVICE GmbH, In der Dalheimer Wiese 5,D-55120 Mainz) bestimmen.
  • Der Anteil des Reduktionsmittels, bevorzugt des Glanzkohlenstoffbildners wird bezogen auf den Feststoffgehalt der erfindungsgemäßen Schlichte zu bevorzugt zumindest 1 Gew.-%, vorzugsweise zu zumindest 5 Gew.-%, besonders bevorzugt zu zumindest 6 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 8 bis 30 Gew.-% gewählt. Gemäß einer Ausführungsform wird der Anteil des Glanzkohlenstoffbildners geringer als 20 Gew.-%, gemäß einer weiteren Ausführungsform geringer als 15 Gew.-% gewählt. Die Menge des in der Schlichte enthaltenen Glanzkohlenstoffbildners ist abhängig von der Menge an Glanzkohlenstoff, der vom Glanzkohlenstoffbildner gebildet werden kann. Bezogen auf die gebildete Glanzkohlenstoffmenge wird die Menge des Glanzkohlenstoffbildners bevorzugt zu zumindest 1 Gew.-%, besonders bevorzugt zu zumindest 2 Gew.-% und insbesondere bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 10 Gew.-% gewählt.
  • In der gebrauchsfertigen Schlichte kann der Glanzkohlenstoffbildner beispielsweise in einem Anteil von 1 bis 8 Gew.-% enthalten sein.
  • Die erfindungsgemäße Schlichte enthält einen relativ geringen Anteil an Reduktionsmittel bzw. Glanzkohlenstoffbildner. Dadurch kann sie auch als Kernschlichte eingesetzt werden, da sie nur eine geringe Gasentwicklung zeigt. Durch den geringen Anteil des Glanzkohlenstoffbildners kann aber überraschenderweise dennoch eine Ausbildung von Pinholes wirksam unterdrückt werden.
  • Neben den genannten Komponenten kann die erfindungsgemäße Schlichte noch weitere übliche Komponenten umfassen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schlichte ein Bindemittel enthalten. Die Aufgabe des Bindemittels liegt vor allem darin, nach dem Trocknen der auf eine Gießform aufgebrachten Schlichte die Inhaltsstoffe der Schlichte zu binden und so eine zuverlässige Haftung der Schlichte auf dem Untergrund sicherzustellen. Vorzugsweise wird ein Bindemittel zugesetzt, welches irreversibel aushärtet. Man erhält auf diese Weise eine Beschichtung mit einer hohen Abriebfestigkeit. Dies ist vorteilhaft, wenn die Gießform beispielsweise nach ihrer Fertigstellung transportiert werden soll und dabei mechanischen Einflüssen ausgesetzt ist. Durch die ausgeprägte mechanische Robustheit der Beschichtung können Beschädigungen weitgehend vermieden werden. Weiter werden bevorzugt solche Bindemittel verwendet, die unter der Einwirkung von Luftfeuchtigkeit nicht erneut erweichen.
  • An sich können alle Bindemittel verwendet werden, die bereits in Schlichten Anwendung gefunden haben. Als Bindemittel können beispielsweise Stärke, Dextrin, Peptide, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetatcopolymere, Poly(meth)acrylsäure, Polystyrol, Polyvinylacetat-Polyacrylat-Dispersionen, sowie Gemische dieser Verbindungen eingesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Schlichte ein Alkydharz als Bindemittel, welches sowohl in Wasser als auch in Alkoholen, wie Ethanol, Propanol oder Isopropanol löslich ist. Das Bindemittel ist in der gebrauchsfertigen Schlichte bevorzugt in einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 2 Gew.-% enthalten.
  • Neben den bereits genannten Feuerfeststoffen kann die Schlichte auch noch ein Stellmittel enthalten. Das Stellmittel erhöht die Viskosität der Schlichte. Damit wird zum einen ein Absinken der schwereren Bestandteile in der Schlichte verhindert, sodass beim Auftragen die Schlichteschicht immer eine gleichmäßige Zusammensetzung erhält. Zum anderen bewirkt das Stellmittel, dass die Schlichte nach dem Auftrag auf die Flächen der Gießform nicht mehr fließt und deshalb auch auf beispielsweise senkrechten Flächen der Gießform eine gleichmäßige Schichtdicke erreicht wird. Als Stellmittel können beispielsweise in Schlichten übliche Zwei-Schicht-Silikate und Drei-Schicht-Silikate verwendet werden, wie Attapulgit, Serpentine, Smektite, wie Saponit, Montmorillonit, Beidellit und Nontronit, Vermiculit. Deren Anteil an der gebrauchsfertigen Schlichte beträgt bevorzugt 0,5 bis 4,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis 2,0 Gew.-%.
  • Weiter kann die erfindungsgemäße Schlichte ein Netzmittel enthalten, welches das Auftragen der Schlichte auf einen Untergrund erleichtert. Als Netzmittel können an sich alle dem Fachmann bekannten anionische und nicht-anionischen Tenside mittlerer und höherer Polarität eingesetzt werden. Die Tenside weisen vorzugsweise einen HLB-Wert von mehr als 7 auf. Die Netzmittel werden vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew.-% zugesetzt, wobei sich die Prozentangaben auf die gebrauchsfertige Schlichte beziehen. Ein Beispiel für ein geeignetes Netzmittel ist Dinatrium-dioctylsulfosuccinat.
  • Um bei der Herstellung der Schlichte bzw. beim Auftragen der Schlichte auf die Oberfläche der Gießform eine Schaumbildung zu vermeiden, kann die Schlichte einen Entschäumer enthalten. Schaumbildung beim Auftragen der Schlichte kann zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke und Löchern in der Schicht führen. Als Entschäumer können beispielsweise Silikon- oder Mineralöl verwendet werden. Der Entschäumer ist in der gebrauchsfertigen Schlichte vorzugsweise in einem Anteil von 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew.-% enthalten.
  • Weiter kann die Schlichte übliche Pigmente oder Farbstoffe enthalten. Diese werden gegebenenfalls zugesetzt, um beispielsweise einen Kontrast zwischen verschiedenen Schlichteschichten oder zwischen der Gießform als Untergrund und der darauf angeordneten Schlichteschicht zu erreichen, sodass ein vollständiger Auftrag der Schlichteschicht visuell überprüft werden kann. Beispiele für geeignete Pigmente sind rotes und gelbes Eisenoxid sowie Grafit. Die Farbstoffe und Pigmente sind in der gebrauchsfertigen Schlichte bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% enthalten.
  • Insbesondere wenn die Schlichte als Wasserschlichte ausgebildet ist, als Trägerflüssigkeit also im Wesentlichen nur Wasser verwendet wird, kann der Schlichte ein Biozid beigesetzt sein, um einen bakteriellen Befall und damit einen negativen Einfluss auf die Rheologie und die Bindekraft des Bindemittels zu vermeiden. Beispiele für geeignete Biozide sind Formaldehyd, 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on (CIT) und 1,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT). Vorzugsweise werden MIT, BIT oder ein Gemisch davon eingesetzt. Die Biozide werden vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 1000 ppm, besonders bevorzugt von 50 bis 500 ppm verwendet, bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichte.
  • Die erfindungsgemäße Schlichte weist im gebrauchsfähigen Zustand bevorzugt einen Feststoffgehalt im Bereich von 20 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 70 Gew.-% auf. Gemäß einer Ausführungsform weist die Schlichte einen Feststoffgehalt im Bereich von 35 bis 55 Gew.-% auf.
  • Die erfindungsgemäßen Schlichte kann nach üblichen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße Schlichte hergestellt werden, indem zunächst Wasser oder eine andere geeignete Trägerflüssigkeit in einem Rührer vorgelegt wird. In das Wasser wird dann beispielsweise das Stellmittel gegeben, zum Beispiel ein Schichtsilikat, und dieses unter hoch scherenden Bedingungen aufgeschlossen. Anschließend werden der pulverförmige Feuerfeststoff sowie ggf. Pigmente und Farbstoffe und der Glanzkohlenstoffbildner eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Zum Schluss werden Netz-, Antischaummittel, Biozide und Bindemittel eingerührt.
  • Für die technische Anwendung kann die erfindungsgemäße Schlichte als gebrauchsfertige Formulierung bereitgestellt und vertrieben werden. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße Schlichte in konzentrierter Form herzustellen und zu vertreiben. Um aus der konzentrierten Schlichte eine gebrauchsfertige Schlichte zu erhalten, muss eine geeignete Menge einer Lösungsmittelkomponente zugegeben werden, die nötig ist, um die erforderlichen Viskositäts- und Dichteeigenschaften der Schlichte einzustellen. Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Schlichte auch in Form eines Kits bereitgestellt werden, wobei z.B. die Feststoffkomponente und die Lösungsmittelkomponente nebeneinander in getrennten Behältnissen vorgesehen werden. Die Feststoffkomponente kann dabei als pulverförmiges Feststoffgemisch in einem separaten Behältnis bereitgestellt werden. Gegebenenfalls zu verwendende weitere flüssige Komponenten, wie z.B. Bindemittel, Netzmittel, Netzer/Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozide, können in diesem Kit wiederum in einem getrennten Behältnis bereitgestellt werden. Die Trägerflüssigkeit kann entweder den oben erwähnten weiteren flüssigen Komponenten beigegeben sein oder sie kann getrennt von diesen in einem separaten Behältnis bereitgestellt werden. Zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Schlichte werden die geeigneten Mengen der Feststoffkomponente, der weiteren flüssigen Komponenten und der Trägerflüssigkeit miteinander vermengt. Es ist ferner auch möglich, eine erfindungsgemäße Schlichte bereitzustellen, deren Lösungsmittelkomponente zunächst nur aus Wasser besteht. Durch Zugabe eines flüchtigen Alkohols oder Alkoholgemisches, vorzugsweise Ethanol, Propanol, Isopropanol und Gemische davon, in vorzugsweise Mengen von 40 bis 200 Gew. -% bezogen auf die Wasserschlichte, kann aus dieser Wasserschlichte eine gebrauchsfertige Alkoholschlichte bereitgestellt werden. Der Feststoffgehalt einer erfindungsgemäßen Alkoholschlichte beträgt dabei vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%.
  • Je nach gewünschter Verwendung der erfindungsgemäßen Schlichte, z.B. als Grundbeschichtung oder als Deckbeschichtung, und gewünschter Schichtdicke der aufzutragenden Schlichteschicht können weitere charakteristische Parameter der Schlichte eingestellt werden. So weist eine erfindungsgemäße Schlichte, welche zur Beschichtung von Formen und Kernen in der Gießereitechnik verwendet werden soll, vorzugsweise eine Viskosität von 11 bis 25 s, besonders bevorzugt 12 bis 15 s auf, bestimmt nach DIN 53211; Auslaufbecher 4 mm, DIN-Cup. Vorzugsweise weist eine gebrauchsfertige Schlichte eine Dichte im Bereich von 1 bis 2,2 g/ml (0 bis 120 °Bé), besonders bevorzugt im Bereich von 1,1 bis 1,4 g/ml (30 bis 50 °Bé), insbesondere 1,2 bis 1,3 g/ml auf, bestimmt nach der Baumé-Auftriebsmethode; DIN 12791.
  • Die erfindungsgemäße Schlichte kann zum Beschichten von Gießformen verwendet werden. Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Gießform, wobei eine Gießform bereitgestellt wird und die Gießform zumindest abschnittsweise mit einer Schlichteschicht beschichtet wird, welche zumindest anteilig eine Schicht aus einer Schlichte umfasst, wie sie oben beschrieben wurde.
  • Unter einer Gießform werden alle Arten von Körpern verstanden, die zur Herstellung eines Gussstücks notwendig sind, also etwa Kerne, Formen und Kokillen. Die Gießformen können an sich aus beliebigen Materialien hergestellt sein. So können die Gießformen beispielsweise aus einem feuerfesten Formstoff, wie Quarzsand, hergestellt sein, der mit einem geeigneten Bindemittel verfestigt worden ist. Dabei können sowohl anorganische als auch organische Bindemittel verwendet werden. Ein Beispiel für ein anorganisches Bindemittel ist Wasserglas, das beispielsweise durch Wasserentzug durch Erhitzen oder durch Durchleiten von Kohlendioxid verfestigt worden ist. Beispiele für organische Bindemittel sind Cold-Box- oder No-Bake-Bindemittel, bei welchen eine Polyisocyanatkomponente und eine Polyolkomponente unter Einwirkung eines basischen Katalysators ausgehärtet werden.
  • Besonders bevorzugt wird die Schlichte zum Beschichten von Kernen verwendet. Wie bereits ausgeführt, zeigt die erfindungsgemäße Schlichte eine vergleichsweise geringe Gasentwicklung. Dadurch ist beim Abguss die Gefahr eines Übertritts von Gasen aus dem Kern in den flüssigen metallischen Werkstoff weitgehend zurückgedrängt.
  • Besonders bevorzugt werden dabei als Kerne kunstharzgebundene Kerne verwendet.
  • Bei der Herstellung derartiger kunstharzgebundener Kerne werden bevorzugt Cold-Box-Bindemittel verwendet. Es handelt sich dabei um ein Zweikomponenten-System. Die erste Komponente besteht aus der Lösung eines Polyols, meistens eines Phenolharzes. Die zweite Komponente ist die Lösung eines Polyisocyanates. So werden gemäß der US 3,409,579 A die beiden Komponenten des Polyurethanbinders zur Reaktion gebracht, indem nach der Formgebung ein gasförmiges tertiäres Amin durch das Gemisch aus Formgrundstoff und Bindemittel geleitet wird.
  • Ein diesen Cold-Box-Bindemitteln sehr ähnliches Bindemittelsystem sind die Polyurethan-No-Bake-Bindemittel. Dabei wird ebenfalls eine Polyisocyanatkomponente mit einer Polyolkomponente umgesetzt, wobei der Katalysator jedoch in flüssiger Form bereits bei der Herstellung der Formstoffmischung zugegeben wird. Als Katalysator werden ebenfalls Amine, beispielsweise tertiäre Amine verwendet.
  • Bei der Aushärtereaktion von Polyurethanbindern handelt es sich um eine Polyaddition, d.h. eine Reaktion ohne Abspaltung von Nebenprodukten, wie z.B. Wasser. Zu den Vorteilen des Cold-Box-Verfahrens und des No-Bake-Verfahrens gehören gute Produktivität, Maßgenauigkeit der Gießformen sowie gute technische Eigenschaften, wie die Festigkeit der Gießformen, die Verarbeitungszeit des Gemisches aus Formgrundstoff und Bindemittel, usw.
  • Weitere geeignete Bindemittel sind beispielsweise No-Bake-Bindemittel auf der Basis von Furanharzen oder Phenolharzen. Sie werden als Zwei-Komponenten-Systeme angeboten, wobei eine Komponente ein reaktionsfähiges Furanharz bzw. Phenolharz und die andere Komponente eine Säure umfasst, die als Katalysator für die Aushärtung der reaktiven Harzkomponente wirkt. Als Säuren werden meist aromatische Sulfonsäuren und in einigen speziellen Fällen auch Phosphorsäure oder Schwefelsäure verwendet.
  • Furanharze enthalten als wesentliche Komponente Furfurylalköhol. Furfurylalkohol kann unter saurer Katalyse mit sich selbst reagieren und ein Polymer ausbilden. Da Furfurylalkohol aus pflanzlichem Material hergestellt wird, beispielsweise Weizenspreu oder Reishülsen, ist er relativ teuer. Für die Herstellung von Furan-No-Bake-Bindemitteln wird daher im Allgemeinen nicht reiner Furfurylalkohol verwendet sondern dem Furfurylalkohol weitere Verbindungen zugesetzt, die in das Harz einpolymerisiert werden. Beispiele für derartige Verbindungen sind Aldehyde, wie Formaldehyd oder Furfural, Ketone, wie Aceton, Phenole, Harnstoff oder auch Polyole, wie Zuckeralkohole oder Ethylenglykol. Den Harzen können noch weitere Komponenten zugegeben werden, welche die Eigenschaften des Harzes beeinflussen, beispielsweise dessen Elastizität. Melamin kann beispielsweise zugesetzt werden, um freies Formaldehyd zu binden.
  • No-Bake-Bindemittel auf der Basis von Phenolharzen enthalten als reaktive Harzkomponente Resole, also Phenolharze, die mit einem Überschuss an Formaldehyd hergestellt wurden. Phenolharze zeigen im Vergleich zu Furanharzen eine deutlich geringere Reaktivität und erfordern als Katalysatoren starke Sulfonsäuren.
  • Zu den heißhärtenden organischen Verfahren gehört das Hot-Box-Verfahren auf Basis von Phenol- oder Furanharzen, das Warm-Box-Verfahren auf Basis von Furanharzen und das Croning-Verfahren auf Basis von Phenol-Novolak-Harzen. Beim Hot-Box- sowie beim Warm-Box-Verfahren werden flüssige Harze mit einem latenten, erst bei erhöhter Temperatur wirksamen Härter zu einer Formstoffmischung verarbeitet. Beim Croning-Verfahren werden Formgrundstoffe, wie Quarz, Chromerz-, Zirkonsande, etc. bei einer Temperatur von ca. 100 bis 160°C mit einem bei dieser Temperatur flüssigen Phenol-Novolak-Harz umhüllt. Als Reaktionspartner für die spätere Aushärtung wird Hexamethylentetramin zugegeben. Bei den oben genannten heißhärtenden Technologien findet die Formgebung und Aushärtung in beheizbaren Werkzeugen statt, die auf eine Temperatur von bis zu 300°C aufgeheizt werden.
  • Solche organischen Bindemittel für die Verwendung bei der Herstellung von Formen und Kernen sind dem Fachmann an sich bekannt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst eine Gießform bzw. ein Kern bereitgestellt. Auf diese wird dann die oben beschriebene Schlichte aufgetragen. Dabei können an sich alle üblichen Verfahren verwendet werden. Die Schlichte kann mittels eines Pinsels aufgetragen werden. Es ist aber auch möglich, die Schlichte mittels einer geeigneten Düse aufzusprühen. Zum Sprühen können handelsübliche Druckkesselsprühgeräte verwendet werden. Hierbei wird die Schlichte in bevorzugt verdünntem Zustand in einen Druckkessel gefüllt. Durch den im Kessel herrschenden Überdruck wird die Schlichte in eine Sprühpistole gedrückt, wo sie mit Hilfe von separat regulierbarer Zerstäuberluft versprüht wird. Das Aufsprühen wird vorzugsweise so durchgeführt, dass die Schichte noch nass auf der Oberfläche der Gießform auftrifft, sodass ein gleichmäßiger Auftrag erreicht werden kann.
  • Ferner kann die Schlichte auch aufgetragen werden, indem die Gießform in die Schlichte eingetaucht wird. Die Dauer, während der die Gießform in der Schlichte eingetaucht bleibt, wird vorzugsweise zwischen 2 Sekunden und 2 Minuten gewählt. Beim Herausnehmen der Gießform läuft überschüssige Schlichte ab, wobei sich die Zeit, die das Ablaufen der überschüssigen Schlichte nach dem Tauchen in Anspruch nimmt, nach dem Ablaufverhalten der verwendeten Schlichte richtet. Die auf der Oberfläche der Gießform verbleibende Schlichte weist dann eine bestimmte Schichtdicke auf, wobei die Schichtdicke durch die Eigenschaften der Schlichte, beispielsweise ihre Viskosität oder durch die Zugabe von Stellmitteln beeinflusst werden kann.
  • Weiter kann der Formhohlraum der Gießform auch mit der Schlichte geflutet werden. Beim Ausgießen der Schlichte verbleibt dann ebenfalls eine Schicht der Schlichte an den Wänden des Formhohlraums, wobei die Schichtdicke der Schicht beispielsweise durch die Viskosität der Schlichte beeinflusst werden kann.
  • Die Schlichte kann in einer einzelnen Schicht aufgetragen werden. Es ist aber auch möglich, mehrere Schichten der Schlichte übereinander aufzutragen, um beispielsweise eine größere Schichtdicke zu erreichen. Dabei kann die tiefer angeordnete Schicht der Schlichte ggf. zunächst teilweise oder vollständig getrocknet werden, ehe die nächste Schicht aufgetragen wird.
  • Vorzugsweise werden zumindest die Flächen der Gießform mit der Schlichte beschichtet, welche beim Guss in Kontakt mit dem flüssigen Metall gelangen. Insbesondere bevorzugt werden der oder die Kerne der Gießform mit der oben beschriebenen Schlichte beschichtet.
  • Nach dem Auftrag wird die Schlichteschicht getrocknet und sofern die Schlichte ein härtbares Bindemittel enthält, wird das Bindemittel ausgehärtet.
  • Zum Trocknen können alle bekannten Verfahren eingesetzt werden. Die Schlichte kann an Luft getrocknet werden, wobei die Trocknung gefördert werden kann, indem beispielsweise die Luft entfeuchtet wird. Ferner kann die Gießform mit der darauf aufgetragenen Schlichteschicht auch erwärmt werden. Zum Erwärmen kann die Gießform beispielsweise mit Mikrowellen oder Infrarotlicht bestrahlt werden. Die beschichtete Gießform kann zum Trocknen aber auch in einen Konvektionsofen gestellt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die mit der Schlichte beschichtete Gießform in einem Konvektionsofen bei 100 bis 250 °C, bevorzugt 120 bis 180 °C getrocknet. Bei Verwendung von Alkoholschlichten wird die Schlichte bevorzugt durch Abbrennen des Alkohols oder des Alkoholgemisches getrocknet. Durch die dabei entstehende Verbrennungswärme wird die beschichtete Gießform zusätzlich erwärmt.
  • Die Trockenschichtdicke der Schlichteschicht beträgt vorzugsweise zumindest 0,1 mm, bevorzugt zumindest 0,2 mm, besonders bevorzugt zumindest 0,3 mm. Für spezielle Anwendung können auch dickere Schlichteschichten eingesetzt werden. Die Trockenschichtdicke beträgt bei derartigen Anwendung bevorzugt zumindest 0,4 mm und insbesondere bevorzugt zumindest 0,5 mm. Derartige Schichtdicken werden bevorzugt eingesetzt, wenn die thermische Belastung der Gießform sehr hoch ist. Insbesondere bevorzugt liegt die Dicke der Schlichteschicht im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm. Die Trockenschichtdicke bezeichnet hierbei die Schichtdicke der getrockneten Schlichteschicht, welche durch im Wesentlichen vollständiges Entfernen der Trägerflüssigkeit und ggf. anschließendem Härten der Schlichteschicht erhalten wird. Die Trockenschichtdicke wird vorzugsweise durch Messung mit dem Nassschichtdickenkamm ermittelt.
  • Ehe die Schlichte aufgetragen wird, kann die Gießform auch zunächst mit einer Grundbeschichtung versehen werden. Die Grundbeschichtung kann mit allen im Stand der Technik bekannten Verfahren auf die Gießform aufgebracht werden, z.B. Tauchen, Fluten, Sprühen oder Streichen. Die Grundbeschichtung überdeckt die Oberfläche der Gießform und verschließt die Sandporen gegenüber einem Eindringen des flüssigen Metalls. Daneben hat die Grundbeschichtung auch die Aufgabe, die Gießform gegenüber dem flüssigen Metall thermisch zu isolieren. Die Grundbeschichtung kann als Grundstoff beispielsweise Tone, Talkum, Quarz, Glimmer, Zirkonsilikat, Magnesit, Aluminiumsilikat oder Schamotte in einer geeigneten Trägerflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Alkohol enthalten. Die Trockenschichtstärke der Grundbeschichtung beträgt vorzugsweise zumindest 0,1 mm, besonders bevorzugt zumindest 0,2 mm, insbesondere bevorzugt zumindest 0,45 mm. Bevorzugt wird die Trockenschichtstärke der Grundbeschichtung im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm gewählt. Die Schlichte für die Grundbeschichtung wird bevorzugt als Wasserschlichte oder als Alkoholschlichte ausgebildet.
  • Die Grundbeschichtung kann sich in ihrer Zusammensetzung von der erfindungsgemäßen Schlichte unterscheiden. Es ist aber auch möglich, die Grundbeschichtung ebenfalls aus der erfindungsgemäßen Schlichte herzustellen. Bevorzugt wird die Grundbeschichtung ebenfalls aus der erfindungsgemäßen Schlichte hergestellt.
  • Bei Verwendung einer beschichteten Gießform, wie sie mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, werden Gussstücke erhalten, die an ihrer Oberfläche bzw. nahe ihrer Oberfläche weniger Fehler aufweisen, die auf Gaseinschlüsse zurückzuführen sind. Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Gießform, welche zumindest Abschnitte einer Schlichteschicht umfasst, welche aus einer Schlichte hergestellt ist, wie sie oben beschrieben wurde.
  • Die erfindungsgemäßen Gießformen eignen sich sowohl für Schleudergussverfahren als auch für Großgussverfahren bzw. allgemein Gussverfahren auf der Basis verlorener Formen. Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der oben beschriebenen Gießform für den Metallguss. Gießformen, welche eine Schicht umfassen, die aus der erfindungsgemäßen Schlichte hergestellt wurde, eignen sich beispielsweise für die Herstellung von Rohren, Zylinderlaufbuchsen, Motoren und Motorenkomponenten, Maschinenbetten und Turbinen sowie für allgemeine Maschinenkomponenten. Insbesondere eignen sich die Gießformen für den Eisensowie Stahlguss. Beim Eisen- bzw. Stahlguss werden relativ hohe Temperaturen im Bereich von etwa 1400 °C erreicht, sodass eine effiziente Glanzkohlenstoffbildung einsetzen kann.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
    • Beispiel 1
  • Die in den nachstehenden Beispielen verwendete Kernschlichte enthält folgende Bestandteile (Gew.-%):
    Komponente Anteil (Gew.-%) Hersteller
    Pyrrophyllit < 110 µm 40,00 R.T.Vanderbilt
    Graphit < 150 µm 10,00 Luh
    Tonmineral 03,00 Engelhard Corporation
    Butadien-Styrol-Copolymerdispersion 05,00 Lipatone®, Polymer Latex
    Netzmittel 00,05 Henkel KGaA, DE
    Entschäumer 00,20 Henkel KgaA, DE
    Bindemittellösung 02,00 Wacker AG, DE
    Biozid 00,20 Thor
    Wasser 39,55
  • Zur Herstellung der Schlichten wird zunächst das Wasser in einem Behälter vorgelegt, der mit einem hoch scherenden Rührwerk ausgerüstet ist. Der Rührer wird in Betrieb genommen, der Ton zugegeben und während 15 Minuten unter hoch scherenden Bedingungen aufgeschlossen. Anschließend werden Pyrrophyllit und Graphit zugegeben und die Mischung für weitere 15 Minuten gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wird. Es werden dann die restlichen Komponenten zugegeben und die Mischung für weitere 5 Minuten gerührt.
  • Die erhaltene Schlichte wird mit 30 Gew.-% entionisiertem Wasser verdünnt und weist dann eine Viskosität von 13 s, bestimmt nach DIN 53211, Auslaufbecher 4 mm, und eine Dichte von 40 °Be, bestimmt nach der Baume-Auftriebsmethode, DIN 12791, auf.
  • Mit der Schlichte wird ein Kern durch Aufsprühen beschichtet. Die Dicke der Schlichteschicht beträgt 300 µm. Die Schlichte zeigt ein gutes Fließverhalten und eine gute Deckung. Anschließend wird die Gießform im Durchlaufofen mit Umluft bei 160 bis 180°C getrocknet.
    • Vergleichsbeispiel:
  • Analog Beispiel 1 wurde eine Vergleichsschlichte hergestellt, wobei jedoch keine Butadien-Styrol-Copolymerdispersion zugesetzt wurde.
    • Beispiel 2:
  • Es wurden je 10 Coldboxkerne (Sand H32, Polyurethan-Cold-Box-Binder (PUCB) Teil I 0,8%, PUCB Teil II 0,8%) für Turbolader hergestellt und mit den in Beispiel 1 bzw. dem Vergleichsbeispiel hergestellten Schlichten geschlichtet. Die Abreibfestigkeit der Schlichteschicht wurde subjektiv durch Abreiben beurteilt. Der Abguss erfolgte anschließend mit der Legierung SiMo für Turbolader bei 1450°C. Nach Entfernung der Gießform wurde die Oberfläche der Gussstücke auf Gussfehler untersucht.
  • Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst: Tabelle: Gießversuche
    Schlichte Vergleichsbeispiel Beispiel 1
    Schlichteauftrag 200 µm 200 µm
    Abriebfestigkeit gut sehr gut
    Gussteile mit Pinholes 5 von 10 0 von 10

Claims (17)

  1. Schlichte, zumindest umfassend:
    eine Trägerflüssigkeit;
    zumindest einen pulverförmigen Feuerfeststoff; und
    zumindest ein kohlenstoffhaltiges Polymer als Reduktionsmittel, wobei das kohlenstoffhaltige Polymer ausgewählt ist aus Copolymeren des Polystyrols, und
    als Trägerflüssigkeit:
    a) Wasser verwendet wird, oder
    b) ein Gemisch aus einem oder mehreren Alkoholen mit einem Siedepunkt von weniger als 130°C und Wasser verwendet wird.
  2. Schlichte nach Anspruch 1, wobei das kohlenstoffhaltige Polymer einen Sauerstoffgehalt von weniger als 10 Gew.-% aufweist.
  3. Schlichte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reduktionsmittel bezogen auf das Gewicht der gebrauchsfertigen Schlichte in einem Anteil von mehr als 5 Gew.-% enthalten ist.
  4. Schlichte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlichte ein Bindemittel enthält.
  5. Schlichte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schlichte bezogen auf den gebrauchsfähigen Zustand einen Feststoffgehalt von 20 bis 80 Gew.-% aufweist.
  6. Schlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Trägerflüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und Ethanol und/oder Isopropanol ist.
  7. Schlichte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Trägerflüssigkeit ein Gemisch aus Wasser und einem Alkohol mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen ist.
  8. Schlichte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pulverförmige Feuerfeststoff ein Aluminiumsilicat ist, insbesondere Pyropyllit, Kyanit, Andalusit oder Schamott.
  9. Schlichte nach einem Ansprüche 1 bis 8, wobei das kohlenstoffhaltige Polymer ein Styrol-Butadien-Copolymer, ein Styrol-(Meth)acrylat-Copolymer oder ein Styrol-Butadien-(Meth)acrylat-Copolymer ist.
  10. Schlichte nach einem Ansprüche 1 bis 9, wobei der Anteil des Styrols am kohlenstoffhaltigen Polymer zumindest 25 Mol-%, besonders bevorzugt zumindest 50 Mol-% beträgt.
  11. Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Gießform, wobei eine Gießform bereitgestellt wird und die Gießform zumindest abschnittsweise mit einer Schlichteschicht beschichtet wird, welche zumindest anteilig eine Schicht aus einer Schlichte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Gießform zunächst mit zumindest einer Schicht einer Grundbeschichtung beschichtet wird, und auf der Schicht der Grundbeschichtung zumindest eine Schicht der Schlichte gemäß einer der Ansprüche 1 bis 10 aufgetragen wird, wobei die Grundbeschichtung vorzugsweise unterschiedlich zur Schlichte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 gewählt ist.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Dicke der Schlichteschicht zwischen 0,3 und 1,5 mm eingestellt wird.
  14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Gießform zumindest einen Kern umfasst und der zumindest eine Kern mit der Schlichte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 beschichtet ist.
  15. Gießform, welche zumindest Abschnitte einer Schlichteschicht umfasst, welche aus einer Schlichte gemäß einer der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
  16. Gießform gemäß Anspruch 15, wobei die Gießform zumindest einen Kern umfasst und der Kern mit der Schlichte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 beschichtet ist.
  17. Verwendung einer Gießform gemäß Anspruch 15 oder 16 für den Metallguss, insbesondere für den Eisen- oder Stahlguss.
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