EP2576100A1 - Infiltrat-stabilisierte salzkerne - Google Patents

Infiltrat-stabilisierte salzkerne

Info

Publication number
EP2576100A1
EP2576100A1 EP11726376.4A EP11726376A EP2576100A1 EP 2576100 A1 EP2576100 A1 EP 2576100A1 EP 11726376 A EP11726376 A EP 11726376A EP 2576100 A1 EP2576100 A1 EP 2576100A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cores
salt
core
infiltrate
binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11726376.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Hudler
Dieter Käfer
Josef Baron
Peter Stingl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Emil Mueller GmbH
Original Assignee
Emil Mueller GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emil Mueller GmbH filed Critical Emil Mueller GmbH
Publication of EP2576100A1 publication Critical patent/EP2576100A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • 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
    • B22C9/105—Salt cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/52—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles soluble or fusible
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/40—Removing or ejecting moulded articles
    • B29C45/44—Removing or ejecting moulded articles for undercut articles
    • B29C45/4457—Removing or ejecting moulded articles for undercut articles using fusible, soluble or destructible cores

Definitions

  • the invention relates to salt-based cores, to processes for the preparation of salt-based cores, and to the use of such cores as cavity locators in the production of metallic castings, preferably in die casting technology, characterized by solvent, preferably water, complete and can be easily removed without leaving any residue from the workpieces.
  • the cores must be inexpensive to produce, dimensionally stable and accurate contour and the materials used for their preparation and the solvent dissolving them should not affect the casting quality, the environment or cause any health hazards. If special demands are placed on the surface and the contour accuracy of the cavities of the workpieces, the surface of the cores must be particularly smooth and contour-accurate and the cores must dissolve completely residue-free in a suitable solvent and easily without leaving solid residues from the cavities of the workpieces have it removed.
  • the object of the present invention is to provide cores based on salt with as low a porosity as possible, good surface quality and the highest possible To produce strength that can be easily and completely removed from the workpieces after the casting of the workpieces.
  • cores based on salt via the core shooting method, which withstand both the extreme mechanical stresses that occur during die casting, as the cores warp or break, or in their Change situation. That is, cores based on salt, which on the one hand must have a high mechanical strength and on the other hand can easily be dissolved out of the casting after casting, and leave as good as possible a smooth surface finish in the casting, are not in the prior art yet produced using the so-called core shooting method for die casting applications.
  • the cores according to the invention consist of salt and can be produced by molding and compacting a core material mixture, wherein the core material mixture contains at least one salt, at least one binder and optionally adjuvants such as additives, fillers, wetting agents and catalysts and stabilizes the cores by an infiltrate are.
  • These cores are preferably intended for workpieces, which are cast in the die-casting of non-ferrous metals, preferably aluminum.
  • the cores according to the invention are composed of substances which can be removed without residue and easily from the cavities of the workpieces with water, as a preferred solvent for reasons of environmental protection.
  • the cores are formed by the core shooting method or by press molding. With this method, geometrically very complicated shapes can be realized, which can not be realized by means of the conventional dry-press sintering route.
  • the binder system extreme demands are made in terms of the stability of the cores.
  • the mechanical and thermal loading of the cores during casting is extreme during die casting.
  • the inflow velocity of the melt can be up to 6 m / sec.
  • the hydrostatic pressure can rise up to 1200 bar.
  • the cores according to the invention can also be used in other casting methods such as, for example, low-pressure chill casting
  • Suitable materials for the cores according to the invention are the salts of alkali and alkaline earth elements such as in particular sodium chloride, potassium chloride and magnesium chloride, the sulfates and nitrates of alkali and alkaline earth elements such as in particular potassium sulfate, magnesium sulfate, and ammonium salts such as ammonium sulfate in particular.
  • the water-soluble representatives of these materials are preferred. These substances can be used individually or as a mixture, as far as they do not react with each other and thus negatively affect the desired properties, because the core material is to undergo no material conversion in the core production, which negatively affects its residue-free removal.
  • all easily soluble salts are suitable whose decomposition or melting point is above the temperature of the liquid molten metal.
  • the selected grain size distribution and the selected degree of compaction have a positive influence on the surface quality and the mechanical strength of the cores. The smaller the grain size, the smoother the surface.
  • the highest possible degree of compaction is sought, which can be achieved by mixing different salts and optionally by admixing additional substances with different distribution curves, for example by a bi- or trimodal grain distribution in the mixture, or by suitable fillers.
  • grain sizes in the range of 0.01 mm to 2 mm are preferred, depending on the material, the desired surface quality and contour accuracy of the workpiece to be cast. Depending on the desired degree of compaction different particle size fractions are mixed in different proportions.
  • Fillers which can also be removed completely by water as a solvent and residue-free, can optionally replace part of the salt as far as density and strength are not adversely affected. According to the invention, it has been found that up to 30% by weight of the salt can be replaced by corresponding fillers.
  • the grain size of the filler is suitably adjusted to the grain size or the particle size distribution of the salt.
  • At least one suitable salt is added to the salt prior to compaction Binder, preferably inorganic binder or a suitable binder system added. All binders are possible which can be removed without residue after the curing process with water as the solvent and which wet well the salt and optionally the additives, the mixture of these substances having to be flowable and formable by means of firing to lost cores. In general, silicate binders or mixtures of these binders are suitable if they can be removed without residue with water as solvent. Preference is given to using binders of soluble waterglass with a waterglass modulus of 1 to 5, waterglasses having different waterglass moduli also being able to be present as a mixture.
  • the amount added depends on the water glass module used and, depending on the wetting behavior, is between 0.5% by weight and 20% by weight, preferably between 5% by weight and 10% by weight. In order to achieve the properties necessary for the subsequent casting process, such as strength and dimensional stability, it is also possible to use special mixtures of binders.
  • the properties of the mixture of salt and binder or binder system according to the invention can be influenced by the targeted addition of additives. It is also a prerequisite here that these additives or the reaction products of these additives with water as the solvent are completely removable from the cavity of a workpiece completely and residue-free and no casting-negative gases are released during casting, which can lead to casting defects.
  • these additives may be selected from: wetting agents, for example surfactants, additives affecting the consistency of the mixture, lubricants, deagglomerating additives, gelling agents, additives which modify the thermophysical properties of the core, for example the thermal conductivity, additives which adhere the composition Metal at the cores prevent additives that become one improved homogeneity and miscibility, additions that increase shelf life, additives that prevent premature curing, and additives that accelerate curing.
  • wetting agents for example surfactants
  • additives affecting the consistency of the mixture lubricants
  • deagglomerating additives for example the thermal conductivity
  • additives which adhere the composition Metal at the cores prevent additives that become one improved homogeneity and miscibility, additions that increase shelf life, additives that prevent premature curing, and additives that accelerate curing.
  • additives are known to those skilled in the art of making conventional cores. Their added quantity depends on the type and composition of the core material.
  • the cores in order for the cores to have the required strength, it may be necessary to use tailored catalysts to initiate and accelerate the cure.
  • the gas influencing the core material preferably CO 2 or air, in particular for hardening and drying of the cores after casting, can be inserted into the still closed mold.
  • the pressure can be up to 5 bar.
  • the core material is composed of the salt, the binder and, if necessary, the additives such as fillers, additives and catalysts, wherein the fillers and the binder are inorganic. All substances can be homogeneously mixed with known mixing units.
  • the amount of binder and additives to be added depends on the purpose of the cores and determines the surface quality and the density and strength of the cores. For the further processing of the core material to the usable core, it is of fundamental importance in which form the core material is present. If, as in the present invention, solid core materials are preferred, then it depends crucially on whether the core materials are agglomerated or deagglomerated and whether they are in flowable form. This flowability of the mixture is useful to fill the mold evenly and with the best possible compression during firing. Particularly preferred as the core material according to the invention are therefore flowable mixtures of the salt, the water glass used as binder and the other admixtures.
  • the cores are exposed to extreme thermal and mechanical stresses, which in the case of conventional cores lead either to breakage or to a more or less pronounced offset of the cores in the casting.
  • an infiltration of the shot core with an infiltrate is therefore provided according to the invention. Only by the stiffening and solidification of the cores according to the invention by a suitable infiltration of the cores, it has surprisingly been possible to realize dimensionally accurate die-cast parts with salt cores. In addition, the surface quality of the cores can be significantly improved by infiltration.
  • An infiltrate suitable for the present invention contains at least one finely ground material selected from at least one of the following finely ground substances: diatomite, calcined kaolins, zirconium oxide, zirconium silicate (zircon, zircon, zircon, zircon, alumina, andalusite, chamotte, iron oxides, kyanite, bauxite, olivine, quartzes , Graphites and carbon blacks.
  • finely ground material which has no platelet structure is preferred, zirconium silicate (zirconium flour) is particularly preferred. or zirconium oxide, most preferably zirconium silicate (zirconium flour) or zirconium oxide with D 50 ⁇ 1 ⁇ .
  • the at least one selected finely ground material is dispersed in a suitable infiltrant medium (hereinafter also referred to as liquid component or solvent component).
  • the infiltrant medium of the infiltrate according to the invention is selected from water or at least one volatile, preferably aliphatic alcohol or from a mixture of alcohols with optionally further components, for example at least one organic solvent, which differs from or is different from the alcohols Mixtures of this solu tion solvent com ponent.
  • the preferred infiltrate medium is water.
  • a preferred embodiment of the invention comprises the water-based infiltrate suspension (also called infiltrate dispersion in the context of this invention), based on all constituents of the infiltrate suspension, 10-50% by weight of solvent, 90 wt .-% finely ground material, optionally dispersants, binders and other additives such as other particulate materials, wetting agents, defoamers, dyes and / or pigments and / or biocides.
  • infiltrate dispersion also called infiltrate dispersion in the context of this invention
  • the binder is water-soluble.
  • the binders are used in an amount of 0-20% by weight, preferably in an amount of 5-10% by weight, based on the entirety of the water-based infiltrant.
  • Suitable wetting agents are preferably anionic and non-anionic surfactants of medium and high polarity (HSB value of 7 and higher) known to the person skilled in the art.
  • the wetting agents are used in an amount of 0-5% by weight, preferably in an amount of 0.01-1% by weight, more preferably in an amount of 0.05-0.3% by weight, based on the entirety of the infiltrate components.
  • Defoamers are in the present invention in an amount of 0-1 wt .-%, preferably in an amount of 0.01-1 wt .-%, particularly preferably in an amount of 0.05-0.3 wt .-% , used.
  • any commonly used pigments and dyes may be used. These can be added to track the depth of penetration of the infiltrate into the nucleus or to visualize contrast, eg, between different layers.
  • the dyes and pigments are usually used in an amount of 0-10% by weight, preferably in an amount of 0.01-10% by weight, more preferably in an amount of 0.1-5% by weight .
  • Optionally commonly used dispersants may optionally be added to the infiltrate dispersion of the invention.
  • the dispersants are used in an amount of 0-3% by weight, preferably in an amount of 0.01-1.5% by weight, more preferably in an amount of 0.02-0.5% by weight ,
  • an infiltrate dispersion according to the invention contains, in addition to the finely ground material, the following further components:
  • binder 0.5-3.0% by weight of binder
  • the infiltrant medium preferably water is used.
  • the infiltrate dispersions according to the invention are prepared by customary processes, for example by initially introducing a large part of the total amount of the liquid component (solvent component), preferably the entire infiltrant medium, and breaking up the finely ground material by using a high shear stirrer (eg 400-2000 rpm). Subsequently, if appropriate, the other components are stirred in individually or as a mixture until a homogeneous mixture is formed. The order of addition plays no role or only a minor role.
  • the infiltrate dispersion of the invention is prepared at a temperature of preferably 5-50 ° C.
  • the infiltrate dispersions according to the invention can be used for stabilizing casting cores, preferably for stabilizing shot-up salt cores as described herein.
  • the infiltration method according to the invention can also be applied to sand cores.
  • salt core includes all types of bodies useful in making a casting, such as cores, molds, and molds.
  • salt cores may be only partially contacted
  • the infiltrate dispersions according to the invention are suitable for all conceivable applications in which stabilization of salt cores is desired.
  • the shot salt core is subjected to the infiltrate after shaping, for example by immersing the core in an infiltrate dispersion according to the invention.
  • the infiltration can also be done by means of a vacuum. If only parts of the core are to be stabilized by the infiltrate, only the parts of the core to be stabilized are brought into contact with the infiltrate dispersion.
  • the contact time of the core with the infiltrate dispersion depends on the desired penetration depth of the infiltrate into the core, wherein a penetration depth of 2 mm has been found to be particularly suitable for complete infiltration.
  • Salt cores preferably salt cores as described above, were infiltrated by dipping with the infiltrate dispersion according to the invention.
  • the salt core to be stabilized if appropriate only the region to be stabilized, is immersed in a container with a ready-to-use infiltrate dispersion according to the invention as long as it has been determined for the degree of stabilization to be achieved, which was determined in preliminary experiments. is required. It has been found that immersion times of 0.1 second to minutes, preferably 10 seconds to 20 seconds, usually give the desired degree of stabilization.
  • the infiltrated core is dried appropriately. In particular, when using the cores in the die casting process, it has been found that completely infiltrated cores achieve the best results with respect to the exact core layer in the casting.
  • the infiltrated cores can additionally be provided with a size (salt sizing, graphite size or other commercially available sizes).
  • composition and properties of a core have a significant impact on the quality of the casting.
  • the infiltrated salt cores based on sodium chloride prepared according to the invention usually have a density of 1.2 g / cm 3 to 2.5 g / cm 3 , preferably from 1.6 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 .
  • the flexural strength, measured according to VDG leaflet P73, is between 400 N / cm 2 and 2000 N / cm 2 . With reference to an embodiment, the most important properties are listed below. The properties given refer to cores that are not coated with a size.
  • the core according to the invention was formed at a pressure of up to 15 bar on a commercial core shooter.
  • This core according to the invention is particularly suitable for use in aluminum die-casting, but can also be used in other casting processes (eg low-pressure chill casting). In order to withstand the temperatures and forces that occur during casting, the core must be dimensionally stable.
  • the core according to the invention has a corresponding surface strength. After the casting is completely solidified, the core of the invention is removed. It is important that the core completely and easily dissolves immediately and without residues.
  • the present invention accordingly relates to cores based on salt which can be produced by molding and compacting a core material mixture, this core material mixture comprising at least one salt, at least one binder and optionally adjuvants such as additives, fillers, wetting agents and catalysts, and the cores are stabilized by an infiltrate.
  • the salt, the binder and any auxiliary agents used are inorganic, these core materials can be dissolved with water as solvent and the cores are shaped by means of core shooting; that the salt, the binder and any auxiliary agents used are inorganic, these core materials are soluble with water as a solvent and the cores are brought into shape by means of pressing; that the core material mixture is flowable; the core material mixture is free-flowing; salts are used whose decomposition or melting point is above the temperature of the liquid metal surrounding the cores; in that the salts used are chlorides of the alkali and alkaline earth elements, in particular sodium chloride, potassium chloride and / or magnesium chloride, sulfates and nitrates of the alkali and alkaline earth elements, in particular potassium sulfate and / or magnesium sulfate, ammonium salts, in particular ammonium sulfate or mixtures of these salts; that the salt is
  • the teaching of the invention further relates to a process for the preparation of cores based on salt, in which: - at least one salt, at least one binder and optionally additional auxiliaries such as additives, fillers, wetting agents and catalysts homogeneously mixed in non-liquid form and formed into a core and compressing and infiltrating the compressed core with an infiltrate suspended / dispersed in a suitable infiltrant medium, followed by drying.
  • auxiliaries such as additives, fillers, wetting agents and catalysts homogeneously mixed in non-liquid form and formed into a core and compressing and infiltrating the compressed core with an infiltrate suspended / dispersed in a suitable infiltrant medium, followed by drying.
  • the core is compacted in the core shooting method; the core is made by dry pressing; Salt is used and mixed with grain sizes of different distribution curves, preferably in a bi-, tri- or multimodal grain distribution; as S alze C chlorides of alkali and alkaline earth elements, in particular sodium chloride, potassium chloride and / or magnesium chloride, sulfates and nitrates d he Al ka l i- and alkaline earth elements, especially potassium sulfate and / or magnesium sulfate, and ammonium salts, in particular ammonium sulfate or mixtures of these salts which, optionally mixed with the additional excipients, are mixed homogeneously, shaped and compacted to the core by means of the core shooting or press molding; the core materials, depending on the material, desired surface quality and contour accuracy of the workpiece to be cast from metal, are used with grain sizes in the range of 0.01 mm to 2 mm, formed into a
  • the infiltration of the nuclei is effected by sucking in the filtrate suspension by means of a vacuum; the infiltration is carried out to a depth of 1 mm until preferably complete infiltration; the shot or pressed salt cores are additionally subjected to a sintering treatment before being infiltrated; the shot or pressed cores are infiltrated and then subjected to an additional sintering treatment; the cores are additionally provided with a sizing.
  • the teaching according to the invention furthermore relates to the use of the cores according to the invention as cavity placeholders in the production of metal castings by metal casting, preferably in die-casting technology; as cavity placeholder in the production of castings in mold or gravity casting; as cavity placeholder in the production of plastic parts by the injection molding technology.

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Abstract

An Kerne, die beim Druckgießen von Werkstücken aus Metall in die Form eingesetzt werden, um die in den Werkstücken vorgesehenen Hohlräume beim Füllen der Formen mit der Schmelze freizuhalten, werden hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Formstabilität, mechanischen und thermischen Stabilität sowie ihre Entfernbarkeit aus den Hohlräumen gestellt. Erfindungsgemäß werden daher Kerne auf der Basis von Salz, die durch Formen und Verdichten einer Kernwerkstoff-Mischung bestehend aus mindestens einem Salz, mindestens einem Bindemittel und gegebenenfalls Hilfsstoffen wie Additiven, Benetzungsmitteln und Katalysatoren herstellbar sind, vorgesehen, wobei das Salz, das Bindemittel und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kernwerkstoffe mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind, die Teile durch Kernschießen oder Pressen geformt und verdichtet werden und die verdichteten Kerne durch ein Infiltrat stabilisiert werden.

Description

Infiltrat-stabilisierte Salzkerne
Die Erfindung betrifft Kerne auf der Basis von Salz, Verfahren zur Herstellung von Kernen auf der Basis von Salz, sowie die Verwendung solcher Kerne als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von metallischen Gussteilen, vorzugsweise in der Druckgusstechnologie, die sich durch Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, vollständig und problemlos ohne Verbleib fester Rückstände aus den Werkstücken entfernen lassen.
An Kerne, d ie beim Gießen von Werkstücken aus Metall in d ie Formen eingesetzt werden, um die in den Werkstücken vorgesehenen Hohlräume beim Füllen der Formen mit der Schmelze freizuhalten, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Kerne müssen sich kostengünstig herstellen lassen, formstabil und konturgenau sein und die für ihre Herstellung verwendeten Werkstoffe sowie die sie auflösenden Lösungsmittel sollen weder die Gussqualität, noch die Umwelt belasten und keine gesundheitlichen Gefährdungen verursachen. Werden an die Oberfläche und die Konturgenauigkeit der Hohlräume der Werkstücke besondere Anforderungen gestellt, muss die Oberfläche der Kerne besonders glatt und konturgenau sein und die Kerne müssen sich völl ig rückstandsfrei in einem geeigneten Lösungsmittel auflösen und sich ohne Verbleib fester Rückstände aus den Hohlräumen der Werkstücke leicht entfernen lassen. Rückstände von Kernen können zu einem Schaden an zu veredelnden Oberflächen führen oder den Ausfall eines Aggregats bewirken, beispielsweise wenn Kernrückstände zur Verstopfung einer Einspritzdüse im Commonrailsystem eines Dieselaggregates führen. Weiterhin wird durch raue Kernanhaftungen die Oberflächengüte des Gussteils nachteilig beeinflusst Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kerne auf der Basis von Salz mit mögl ichst geringer Porosität, guter Oberflächengüte und möglichst hoher Festigkeit herzustellen, die sich nach dem Abguss der Werkstücke leicht und vollständig aus den Werkstücken entfernen lassen.
Bisher ist es nach dem Stand der Technik noch nicht gelungen, Kerne auf der Basis von Salz über das Kernschießverfahren herzustellen, die sowohl den extremen mechanischen Beanspruchungen, die beim Druckgießen auftreten, standhalten, da die Kerne sich verziehen bzw. zerbrechen, oder sich in ihrer Lage verändern. Das heißt, Kerne auf der Basis von Salz, die einerseits eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen müssen und sich andererseits nach dem Abguss leicht aus dem Gussteil herauslösen lassen, sowie eine möglichst gute, glatte Oberflächenbeschaffenheit im Gussteil hinterlassen, sind im Stand der Technik bisher noch nicht mit Hilfe des so genannten Kernschießverfahrens für Druckgussanwendungen hergestellt worden.
Erfindungsgemäß gelöst wurde diese Aufgabe gemäß dem Hauptanspruch sowie gemäß dem Verfahren nach Anspruch 28. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
Die erfindungsgemäßen Kerne bestehen aus Salz und sind durch Formen und Verdichten einer Kernwerkstoff-Mischung herstellbar sind, wobei die Kernwerkstoff-Mischung mindestens ein Salz, mindestens ein Bindemittel und gegebenenfalls Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und Katalysatoren enthält und die Kerne durch ein Infiltrat stabilisiert sind. Diese Kerne sind vorzugsweise für Werkstücke vorgesehen, die im Druckgussverfahren aus Nichteisenmetallen gegossen werden, vorzugsweise Aluminium. Die erfindungsgemäßen Kerne sind aus Stoffen zusammengesetzt, die sich mit Wasser, als aus Gründen des Umweltschutzes bevorzugtes Lösungsmittel, rückstandsfrei und leicht aus den Hohlräumen der Werkstücke entfernen lassen. Die erfindungsgemäßen Kerne haben den Vorteil, dass sie aus Stoffen (= Kern Werkstoffen) zusammengesetzt sind, die keinerlei oder nur sehr geringe gasabspaltende Reaktionen zeigen, welche die Umwelt belasten, weder bei ihrer Herstellung, noch beim Gießprozess. Dadurch, dass beim Gießen auch keine Crackprodukte eines organischen Bindermittels entstehen, wird die Qualität der Gussteile verbessert, indem Gießfehler wie Lunker, Gasporen o. ä. durch entstehende Kerngase vermieden werden können. Nach der Entfernung der Kerne aus den Werkstücken verbleiben keine Rückstände, die einer besonderen Entsorgung bedürfen. Die Formgebung der Kerne erfolgt durch das Kernschießverfahren oder durch Pressformgebung. Mit diesem Verfahren lassen sich geometrisch sehr komplizierte Formen realisieren, die mittels der herkömmlichen Trockenpress- Sinterroute nicht realisiert werden können. Da bei den geschossenen Kernen der festigkeitssteigernde Schritt des Sinterns entfällt, werden an das Bindersystem extreme Anforderungen hinsichtlich der Stabilität der Kerne gestellt. Im Vergleich zum Niederdruck-Kokillenguss ist beim Druckguss die mechanische und thermische Belastung der Kerne beim Guss extrem. Die Einströmgeschwindigkeit der Schmelze kann bis zu 6 m/sek sein. Der hydrostatische Druck kann bis auf 1200 bar ansteigen. Generell können die erfindungsgemäßen Kerne auch bei anderen Gießverfahren wie beispielsweise dem Niederdruck-Kokillenguss eingesetzt werden
Als Werkstoffe für die erfindungsgemäßen Kerne eignen sich die Salze der Alkali- und Erdalkalielemente wie insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid, die Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente wie insbesondere Kaliumsulfat, Magnesiumsulfat, sowie Ammoniumsalze wie insbesondere Ammoniumsulfat. Die wasserlöslichen Vertreter dieser Werkstoffe sind bevorzugt. Diese Stoffe können einzeln oder auch als Mischung eingesetzt werden, so weit sie nicht miteinander reagieren und so die gewünschten Eigenschaften negativ beeinflussen, denn der Kern Werkstoff soll bei der Kernherstellung keine Stoffumwandlung erfahren, die seine rückstandsfreie Entfernung negativ beeinflusst. Generell sind alle leicht löslichen Salze geeignet, deren Zersetzungs- oder Schmelzpunkt oberhalb der Temperatur der flüssigen Metallschmelze liegt. Durch die gewählte Korngrößenverteilung und den gewählten Verdichtungsgrad werden die Oberflächenbeschaffenheit und die mechanische Festigkeit der Kerne positiv beeinflusst. Je geringer die Korngröße, desto glatter die Oberfläche. Generell wird ein möglichst hoher Verdichtungsgrad angestrebt, was durch Mischung verschiedener Salze und gegebenenfalls durch Zumischung zusätzlicher Stoffe mit unterschiedlichen Verteilungskurven erreicht werden kann, beispielsweise durch eine bi- oder trimodale Kornverteilung in der Mischung, oder durch geeignete Füllstoffe.
Erfindungsgemäß werden Korngrößen im Bereich von 0,01 mm bis zu 2 mm bevorzugt, je nach Werkstoff, gewünschter Oberflächengüte und Konturgenauigkeit des zu gießenden Werkstücks. Je nach gewünschtem Verdichtungsgrad werden verschiedene Korngrößenfraktionen in unterschiedlichen Anteilen vermischt.
Füllstoffe, die sich ebenfalls durch Wasser als Lösungsmittel vollständig und rückstandsfrei entfernen lassen, können gegebenenfalls einen Teil des Salzes so weit ersetzen, wie dadurch Dichte und Festigkeit nicht negativ beeinflusst werden. Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass bis zu 30 Gew.-% des Salzes durch entsprechende Füllstoffe ersetzt werden können. Die Korngröße des Füllstoffs wird zweckmäßigerweise auf die Korngröße bzw. die Korngrößenverteilung des Salzes abgestimmt.
Um die erforderliche Stabilität der Kerne nach der Formgebung zu gewährleisten, wird vor dem Verdichten dem Salz mindestens ein geeigneter Binder, vorzugsweise anorganische Binder bzw. ein geeignetes Bindersystem zugegeben. Es sind alle Binder möglich, die nach dem Aushärtevorgang mit Wasser als Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt werden können und die das Salz und gegebenenfalls die Zusatzstoffe gut benetzen, wobei die Mischung dieser Stoffe mittels Schießen zu verlorenen Kernen fließfähig und formbar sein muss. Generell sind silikatische Binder oder Mischungen dieser Binder geeignet, wenn sie mit Wasser als Lösungsmittel rückstandsfrei entfernt werden können. Bevorzugt werden Binder aus löslichem Wasserglas mit einem Wasserglasmodul von 1 bis 5 verwendet, wobei Wassergläser mit unterschiedlichem Wasserglasmodul auch als Mischung vorliegen können. Die Zugabemenge ist abhängig vom eingesetzten Wasserglasmodul und liegt, abhängig vom Benetzungsverhalten, zwischen 0,5 Gew.-% und 20 Gew.-% vorzugsweise zwischen 5 Gew.-% und 10 Gew.-%. Um die für das anschließende Gießverfahren notwendigen Eigenschaften wie Festigkeit und Formstabilität zu erreichen, können auch spezielle Mischungen von Bindern eingesetzt werden.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Mischung aus Salz und Binder bzw. Bindersystem kann durch die gezielte Zugabe von Additiven beeinflusst werden. Voraussetzung ist auch hier, dass diese Additive oder die Reaktionsprodukte dieser Additive mit Wasser als Lösungsmittel vollständig und rückstandsfrei aus dem Hohlraum eines Werkstücks leicht entfernbar sind und beim Gießen keine den Gießvorgang negativ beeinträchtigenden Gase freigesetzt werden, welche zu Gießfehlern führen können. Je nach Zusammensetzung der Kernwerkstoffe können diese Additive ausgewählt werden aus: Benetzungsmitteln, beispielsweise Tensiden, die Konsistenz der Mischung beeinflussende Zusätze, Gleitmittel, Deagglomerisierungszusätze, Gelierungsmittel, Zusätze, die die thermophysikalischen Eigenschaften des Kerns verändern, beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, Zusätze, die ein Ankleben des Metalls an den Kernen verhindern, Zusätze, die zu einer besseren Homogen isieru ng u nd M ischbarkeit fü h ren, Zusätze, die die Lagerfähigkeit erhöhen, Zusätze, die eine vorzeitige Aushärtung verhindern sowie Zusätze, die zur Beschleunigung der Aushärtung führen . Diese Additive sind dem Fachmann von der Herstellung herkömml icher Kerne bekannt. Ihre Zugabemenge richtet sich nach der Art und Zusammensetzung des Kern Werkstoffs.
Damit die Kerne nach der Formgebung die erforderliche Festigkeit aufweisen, kann es, je nach Zusammensetzung des Kernwerkstoffs, erforderl ich sein , darauf abgestimmte Katalysatoren einzusetzen, die die Aushärtung einleiten und beschleunigen.
Werden erfindungsgemäß gasförmige Katalysatoren eingesetzt, kann das den Kernwerkstoff beeinflussende Gas, vorzugsweise CO2 oder Luft, insbesondere zur Aushärtung und Trocknung der Kerne nach dem Sch ießen in d ie noch geschlossen e Form e i ngebl asen werd en . Der Druck kan n b is zu 5 ba r betragen.
Möglich ist auch eine thermische Nachbehandlung der Kerne bei Temperaturen bis zu 700°C.
Der Kern Werkstoff wird aus dem Salz, dem Binder sowie, sofern erforderlich, den Zusatzstoffen wie Füllstoffe, Additive und Katalysatoren zusammengesetzt, wobei die Füllstoffe und der Binder anorganisch sind . Alle Stoffe können mit bekannten Mischaggregaten homogen gemischt werden . Die Zugabemenge von Binder und Zusatzstoffen ist in Abhängigkeit des Verwendungszwecks der Kerne zu wählen und bestimmt d ie Oberflächengüte sowie d ie Dichte und Festigkeit der Kerne. Für die weitere Verarbeitung des Kernwerkstoffs zum verwendbaren Kern ist es von grundsätzlicher Bedeutung, in welcher Form der Kernwerkstoff vorliegt. Werden, wie bei der vorliegenden Erfindung, feste Kernwerkstoffe bevorzugt, so kommt es in entscheidendem Maße darauf an, ob die Kernwerkstoffe agglomeriert oder desagglomeriert und ob sie in fließfähiger Form vorliegen. Diese Fließfähigkeit der Mischung ist sinnvoll, um beim Schießvorgang die Form gleichmäßig und mit bestmöglicher Verdichtung zu füllen. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt als Kernwerkstoff sind daher fließfähige Mischungen aus dem Salz, dem als Binder eingesetzten Wasserglas und den sonstigen Beimischungen.
Speziell beim Druckguss sind die Kerne extremen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt, die bei herkömmlichen Kernen entweder zum Bruch oder zu einem mehr oder weniger ausgeprägten Versatz der Kerne im Gussteil führen.
Zur Verbesserung der Stabilität der Kerne wird daher erfindungsgemäß eine Infiltration des geschossenen Kerns mit einem Infiltrat vorgesehen. Erst durch die erfindungsgemäße Versteifung und Verfestigung der Kerne durch ein geeignetes Infiltrieren der Kerne ist es überraschenderweise gelungen, maßgenaue Druckgussteile mit Salzkernen zu realisieren. Zusätzlich kann durch die Infiltration die Oberflächengüte der Kerne deutlich verbessert werden. Ein erfindungsgemäß geeignetes Infiltrat enthält mindestens ein feingemahlenes Material, das ausgewählt ist aus mindestens einem der nachfolgenden feingemahlenen Stoffe: Diatomit, calcinierte Kaoline, Zirkonoxid, Zirkonsilicat (Zirkonmehl, Zirkonsand), Aluminiumoxid, Andalusit, Schamotte, Eisenoxide, Kyanit, Bauxit, Olivin, Quarze, Graphite und Ruße. Erfindungsgemäß bevorzugt ist feingemahlenes Material, das keine Plättchenstruktur aufweist, besonders bevorzugt ist Zirkonsilikat (Zirkonmehl) oder Zirkonoxid, ganz besonders bevorzugt Zirkonsilikat (Zirkonmehl) oder Zirkonoxid mit D50 < 1 μιτι.
Um den Kern mit dem Infiltrat infiltrieren zu können, wird das mindestens eine ausgewählte feingemahlene Material in einem geeigneten Infiltratmedium (im Folgenden auch Fl üssig keitskomponente oder Lösungsm ittel komponente genannt) dispergiert.
Dabei wurde überraschenderweise festgestellt, dass die auf diese Weise zu stabil isierenden Kerne, obwohl diese Kerne aus leichtlöslichen Komponenten bestehen, dass selbst Kerne, die aus wasserlöslichen Komponenten bestehen, durch das erfindungsgemäße Infiltrat nach dem erfindungsgemäßen Verfahren infiltriert und stabilisiert werden konnten, ohne ihre Form zu verlieren.
Das Infiltratmedium des erfindungsgemäßen Infiltrats ist dabei ausgewählt aus Wasser oder aus mindestens einem flüchtigen, vorzugsweise aliphatischen Al kohol oder aus einem Gemisch aus Al koholen mit gegebenenfalls weiteren Komponenten , beispielsweise m indestens einem organ ischen , flüchtigen Lösungsmittel, das sich von den Alkoholen unterscheidet oder aus Mischungen d ieser Lösu ng sm ittel kom pon enten . Das erfi nd u ng sg emä ß bevorzugte Infiltratmedium ist Wasser.
I n ei ner bevorzugten Ausfü h ru ngsform u mfasst d ie erfind u ngsgemä ße Infiltratsuspension (im Zusammenhang mit dieser Erfindung auch Infiltratdispersion genannt) auf Wasserbasis - bezogen auf alle Bestandteile der Infiltratsuspension - 10-50 G ew .-% Lösungsmittel, 50-90 Gew.-% feingemahlenes Material, gegebenenfalls Dispergiermittel, Bindemittel und weitere Additive wie beispielsweise weitere teilchenförmige Materialien, Netzmittel, Entschäumer, Farbstoffe und/oder Pigmente und/oder Biozide. Als erfindungsgemäß einsetzbare Bindemittel für die Filtratsuspension können beispielsweise Stärke, Dextrin, Ligninsulfate, Peptide, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetatcopolymere, Polyacrylsäure, Polystyrol-, Polyvinylacetat- Polyacrylatdispersionen und Gemische davon eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bindemittel wasserlöslich. Die Bindemittel werden in einer Menge von 0-20 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 5-10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtheit des Infiltrats auf Wasserbasis, verwendet.
Als Netzmittel können vorzugsweise dem Fachmann bekannte anionische und nicht-anionische Tenside mittlerer und hoher Polarität (HSB-Wert von 7 und höher) eingesetzt werden. Die Netzmittel werden in einer Menge von 0-5 Gew.- %, vorzugsweise in einer Menge von 0,01— 1 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,05— 0,3 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtheit der Infiltratkomponenten, verwendet. Entschäumer werden in der vorliegenden Erfindung in einer Menge von 0-1 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,01— 1 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,05— 0,3 Gew.-%, verwendet.
In der erfindungsgemäßen Infiltratdispersion können gegebenenfalls üblicherweise verwendete Pigmente und Farbstoffe verwendet werden. Diese können zugesetzt werden, um die Eindringtiefe des Infiltrats in den Kern verfolgen zu können oder um einen Kontrast, z.B. zwischen verschiedenen Schichten, sichtbar zu machen. Die Farbstoffe und Pigmente werden üblicherweise in einer Menge von 0-10 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,01-10 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,1— 5 Gew.-%, verwendet. Der erfindungsgemäßen Infiltratdispersion können gegebenenfalls üblicherweise verwendete Dispergiermittel zugegeben werden. Die Dispergiermittel werden in einer Menge von 0-3 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 0,01-1 ,5 Gew.-%, besonders bevorzugt in einer Menge von 0,02-0,5 Gew.-% verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält eine erfindungsgemäße Infiltratdispersion zusätzlich zum feingemahlenen Material folgende weitere Komponenten:
• 0,02—0,5 Gew.-% Dispergiermittel,
· 0,5—3,0 Gew.-% Bindemittel
• 0,01—0,5 Gew.-% Netzmittel,
• 0,01— 0,5 Gew.-% Entschäumer,
• 0—5,0 Gew.-% Pigmente,
• 0—5,0 Gew.-% Farbstoffe, Als Infiltratmedium wird vorzugsweise Wasser verwendet.
Die erfindungsgemäßen Infiltratdispersionen werden nach üblichen Verfahren hergestellt, beispielsweise indem ein Großteil der Gesamtmenge der Flüssigkeitskomponente (Lösungsmittelkomponente), vorzugsweise das gesamte Infiltratmedium, vorgelegt und hierin das feingemahlene Material durch Verwendung eines hochscherenden Rührers (z.B.400-2000 U/min) aufgeschlossen werden. Anschließend werden gegebenenfalls die weiteren Komponenten einzeln oder als Gemisch eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Die Reihenfolge der Zugabe spielt hierbei keine oder nur eine untergeordnete Rolle. Die erfindungsgemäße Infiltratdispersion wird bei einer Temperatur von vorzugsweise 5-50°C hergestellt. Die erfindungsgemäßen Infiltratdispersionen können zur Stabilisierung von Gießkernen verwendet werden, vorzugsweise zur Stabilisierung von geschossenen Salzkernen gemäß vorliegender Beschreibung. Generell kann die erfindungsgemäße Infiltrationsmethode auch bei Sandkernen angewendet werden. Der hier verwendete Ausdruck„Salzkern" umfasst dabei alle Arten von Körpern, die zur Herstellung eines Gussstücks verwendbar sind, wie etwa Kerne, Formen und Kokillen. Mit den erfindungsgemäßen Infiltratdispersionen können Salzkerne auch nur teilweise in Kontakt gebracht werden. Vorzugsweise werden die Teile des Salzkerns stabilisiert, die mit dem Gießmetall in Kontakt kommen. Die erfindungsgemäßen Infiltratdispersionen eignen sich für alle denkbaren Anwendungen, bei denen eine Stabilisierung von Salzkernen erwünscht ist.
Dazu wird der geschossene Salzkern nach der Formgebung mit dem Infiltrat beaufschlagt, beispielsweise durch Tauchen des Kerns in eine erfindungsgemäße Infiltratdispersion. Alternativ kann die Infiltration auch mit Hilfe eines Vakuums erfolgen. Sollen nur Teile des Kerns durch das Infiltrat stabilisiert werden, werden nur die zu stabilisierenden Teile des Kerns mit der Infiltratdispersion in Kontakt gebracht. Die Kontaktzeit des Kerns mit der Infiltratdispersion richtet sich nach der gewünschten Eindringtiefe des Infiltrats in den Kern, wobei sich eine Eindringtiefe von 2 mm bis zur vorzugsweise vollständigen Infiltrierung als besonders geeignet herausgestellt hat.
Salzkerne, vorzugsweise Salzkerne gemäß vorstehender Beschreibung, wurden mit der erfindungsgemäßen Infiltratdispersion durch Tauchen infiltriert.
Beim Tauchen wird der zu stabilisierende Salzkern, gegebenenfalls nur der zu stabilisierende Bereich, in ein Behältnis mit einer gebrauchsfertigen erfindungsgemäßen Infiltratdispersion so lange eingetaucht, wie es für den zu erzielenden Stabilisierungsgrad, der in Vorversuchen ermittelt wurde, erforderlich ist. Es wurde festgestellt, dass in der Regel Eintauchzeiten von 0,1 Sekunde bis Minuten, vorzugsweise von 10 Sekunde bis 20 Sekunden, den gewünschten Stabilisierungsgrad ergeben. Nach der Infiltration wird der infiltrierte Kern in geeigneter Weise getrocknet. Insbesondere bei der Anwendung der Kerne im Druckgussverfahren hat sich gezeigt, dass vollständig infiltrierte Kerne bezüglich der exakten Kernlage im Gussteil die besten Ergebnisse erzielen. Ursächlich dafür ist die durch die Infiltration erzielte deutlich reduzierte Kompressibilität der Kerne bei Druckbeaufschlagung durch die Metallschmelze. Zur Verbesserung der Oberflächenqualität der durch die Salzkerne erzeugten Hohlräume des Gussteiles können die infiltrierten Kerne zusätzlich mit einer Schlichte versehen werden (Salzschlichte, Grafitschlichte oder andere handelsüblichen Schlichten).
Die Zusammensetzung und die Eigenschaften eines Kerns haben wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Gussteils.
Die erfindungsgemäß hergestellten infiltrierten Salzkerne auf der Basis von Natriumchlorid haben üblicherweise eine Dichte von 1,2g/cm3 bis 2,5 g/cm3, vorzugsweise von 1,6 g/cm3 bis 2,0 g/cm3. Die Biegefestigkeit, gemessen nach VDG-Merkblatt P73, liegt zwischen 400 N/cm2 und 2000 N/cm2. An Hand eines Ausführungsbeispiels werden die wichtigsten Eigenschaften nachfolgend aufgeführt. Die angegebenen Eigenschaften beziehen sich auf Kerne, die nicht mit einer Schlichte überzogen sind.
Zum Einsatz kommt ein Kern aus NaCI gemäß vorliegender Erfindung mit folgenden zusätzlichen Stoffen wie Wasserglas-Binder und weiteren Zusätzen wie Trennmittel, Abbinderverzögerer, Benetzungsmittel u. a. Der erfindungsgemäße Kern wurde mit einem Druck von bis zu 15 bar auf einer handelsüblichen Kernschießmaschine geformt. Dieser erfindungsgemäße Kern ist besonders geeignet für den Einsatz im Aluminium-Druckguss, kann aber auch bei anderen Gießverfahren eingesetzt werden (z. B. Niederdruck- Kokillenguss). Um den beim Gießen auftretenden Temperaturen und Kräften widerstehen zu können, muss der Kern formstabil sein.
Beim Einströmen der Metallschmelze darf die Oberfläche des Kerns nicht ausgespült oder beschädigt werden. Aus diesem Grund weist der erfindungsgemäße Kern eine entsprechende Oberflächenfestigkeit auf. Nachdem das Gussteil vollständig erstarrt ist, wird der erfindungsgemäße Kern entfernt. Dabei ist es wichtig, dass sich der Kern sofort und ohne Rückstände komplett und leicht auflöst. (Anmerkung: wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung von„wasserlöslich",„lösen" oder„auflösen" gesprochen, so ist damit nicht notwendigerweise der chemische Begriff des Lösens gemeint. Entscheidend ist, dass sich die Bestandteile der erfindungsgemäßen Kerne durch Wasser als Lösungsmittel leicht, vollständig und rückstandsfrei aus dem Hohlraum des Gussteiles entfernen lassen.) Die Auflösegeschwindigkeit des Kernwerkstoffs ist naturgemäß von dem Kernwerkstoff und seiner Vorbehandlung sowie der Kerngröße und der Geometrie (Form) abhängig. Versuche mit einem Versuchsteil haben gezeigt, dass sich ein erfindungsgemäßer Kern mit den Abmessungen 22 mm x 22 mm x 180 mm innerhalb von 0,5 min bis 1 min mit heißem Wasser komplett aus dem Gussteil rückstandsfrei auswaschen lässt.
Die vorliegende Erfindung betrifft folglich Kerne auf der Basis von Salz, die durch Formen und Verdichten einer Kernwerkstoff-Mischung herstellbar sind, wobei diese Kernwerkstoff-Mischung mindestens ein Salz, mindestens ein Bindemittel und gegebenenfalls H ilfsstoffe wie Add itive, Füllstoffe, Benetzungsm ittel und Katalysatoren enthält und die Kerne durch ein Infiltrat stabilisiert sind.
Bei den jeweiligen Kernen ist dabei erfindungsgemäß bevorzugt: dass das Salz, das Bindemittel und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kernwerkstoffe mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind und die Kerne mittels Kernschießverfahren in Form gebracht werden; dass das Salz, das Bindemittel und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kernwerkstoffe mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind und die Kerne mittels Pressen in Form gebracht werden; dass die Kernwerkstoff-Mischung fließfähig ist; die Kernwerkstoff-Mischung rieselfähig ist; dass Salze eingesetzt werden , deren Zersetzu ng s- oder Schmelzpunkt oberhalb der Temperatur des flüssigen Metalls liegt, mit dem die Kerne umgössen werden; dass als Salze Ch loride d er Al kal i- und Erdalkalielemente, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Magnesiumchlorid, Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Kaliumsulfat und/oder Magnesiumsulfat, Ammoniumsalze, insbesondere Ammoniumsulfat oder Mischungen dieser Salze eingesetzt werden; dass das Salz Natriumchlorid ist; dass die Korngrößen des eingesetzten Salzes im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm liegen; dass das eingesetzte Salz in bi-, tri-oder multimodaler Korngrößenverteilung vorliegt; das eingesetzte Salz in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt; dass als Bindemittel wasserlösliche Silikatverbindungen, vorzugsweise Wassergläser eingesetzt werden; dass das Bindemittel ein Wasserglas mit einem Wasserglasmodul von 1 bis 5 und / oder eine Mischung von Wassergläsern mit verschiedenen Wasserglasmodulen ist; dass der Anteil an Bindemitteln zwischen 0,5 Gew.-%, und 15 Gew.-% liegt; dass der Anteil des Bindemittels in Abhängigkeit vom Benetzungsverhalten und Wasserglasmodul zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-% liegt; d ass a l s B i ndem ittel Wasserg l as m it ei n em Ante i l von 0 , 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, in Abhängigkeit von der Korngrößenverteilung und abgestimmt auf den Wasserglasmodul, enthalten ist; dass als Hilfsstoff ein Katalysator zugegeben wird; dass das Salz Natriu mch lorid ist, das vorzugsweise in bi- oder trimodaler Korngrößenverteilung besonders bevorzugt in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt, das Bindemittel Wasserglas, der Katalysator besonders feinkörniges Salz, vorzugsweise puderförmiges Salz ist, dass gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und /oder weitere Katalysatoren enthalten sind und dass die Mischung der Kernwerkstoffe rieselfähig ist; dass die Kerne nach der Formgebung wärmebehandelt werden; dass die Kerne nach der Formgebung bei einer Temperatur von 700 °C wärmebehandelt werden; dass die geformten Kerne eine Dichte von 1 ,5 g/cm3 bis 1 ,9 g/cm3, vorzugsweise von 1 ,2 g/cm3 bis 1 ,8 g/cm3 aufweisen; dass sie eine Porosität von 10 % bis 40 %, vorzugsweise von 5 % bis 25 % aufweisen; dass sie eine Biegefestigkeit zwischen 400 N/cm2 und 3000 N/cm2 aufweisen; dass die Kerne zur Verstärkung/Versteifung mit einer Suspension (Infiltrat) infiltriert werden; dass das Infiltrat mindestens ein feingemahlenes Material, das ausgewählt ist aus mindestens einem der nachfolgenden feingemahlenen Grundstoffe: Diatomit, calcinierte Kaoline, Metakaolinit, Zirkonoxid, Zirkonsilicat (Zirkonmehl, Zirkonsand), Aluminiumoxid, Andalusit, Schamotte, Eisenoxide, Kyanit, Bauxit, Olivin, Quarze, Talk, Graphite und Ruße sowie diese enthaltende Tone und Mineralstoffe enthält; dass das I nfi ltrat m i ndesten s ei n fei ngema h l en es Material, das keine Plättchenstruktur aufweist, enthält; dass das I nfiltrat Zirkonsil i kat (Zirkon meh l ) oder Zirkonoxid , besonders bevorzugt Zirkonsilikat (Zirkonmehl) oder Zirkonoxid mit D50 < 1 μιτι enthält; dass das Infiltrat zusätzlich gegebenenfalls Dispergiermittel, Bindemittel und weitere Additive wie beispielsweise weitere teilchenförmige Materialien, Netzmittel, Entschäumer, Farbstoffe und/oder Pigmente und/oder Biozide enthält.
Die erfindungsgemäße Lehre betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Kernen auf der Basis von Salz, bei dem: - mindestens ein Salz, mindestens ein Bindemittel und gegebenenfalls zusätzliche Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und Katalysatoren in nicht flüssiger Form homogen gemischt und zum Kern geformt und verdichtet wird und der verdichtete Kern mit einem Infiltrat, das in einem geeigneten Infiltratmedium suspendiert/dispergiert ist, infiltriert und anschließend getrocknet wird.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem der Kern im Kernschießverfahren verdichtet wird; der Kern durch Trockenpressen hergestellt wird; Salz mit Korngrößen unterschiedlicher Verteilungskurven, vorzugsweise in einer bi-, tri- oder multimodalen Kornverteilung eingesetzt und vermischt wird; a l s S a l z e C hloride der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Magnesiumchlorid, Sulfate und Nitrate d er Al ka l i- und Erdalkalielemente, insbesondere Kaliumsulfat und/oder Magnesiumsulfat, sowie Ammoniumsalze, insbesondere Ammoniumsulfat oder Mischungen dieser Salze gewählt werden, die, gegebenenfalls mit den zusätzlichen Hilfsstoffen, homogen gemischt, zum Kern mit Hilfe des Kernschießverfahrens oder der Pressformgebung geformt und verdichtet werden; die Kernwerkstoffe, je nach Werkstoff, gewünschter Oberflächengüte und Konturgenauigkeit des aus Metall zu gießenden Werkstücks, mit Korngrößen im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm verwendet werden, zum Kern geformt und im Kernschießverfahren oder im Pressverfahren geformt und verdichtet werden; das Infiltrat mindestens ein feingemahlenes Material, das ausgewählt ist aus mindestens einem der nachfolgenden feingemahlenen Grundstoffe: Diatomit, calcinierte Kaoline, Metakaolinit, Zirkonoxid, Zirkonsilicat (Zirkonmehl, Zirkonsand), Aluminiumoxid, Andalusit, Schamotte, Eisenoxide, Kyanit, Bauxit, Olivin, Quarze, Talk, Graphite und Ruße sowie diese enthaltende Tone und Mineralstoffe enthält; das Infiltratmedium aus Wasser, aus einem oder mehreren flüchtigen, vorzugsweise aliphatischen Alkoholen oder aus einem Gemisch aus Alkoholen mit gegebenenfalls weiteren Komponenten, beispielsweise ein oder mehrere organische, flüchtige Lösungsmittel, die sich von den Alkoholen unterscheiden oder aus Mischungen dieser Lösungsmittelkomponenten besteht. das Infiltrieren der Kerne durch Tauchen der Kerne in die Infiltratsuspension erfolgt; das I nfiltrieren der Kerne du rch Einsaugen der I nfiltratsuspension m ittels Vakuum erfolgt; die Infiltration bis zu einer Tiefe von 1 mm bis zur vorzugsweisen vollständigen Infiltration durchgeführt wird; die geschossenen oder gepressten Salzkerne vor dem Infiltrieren zusätzlich einer Sinterbehandlung unterzogen werden; die geschossenen oder gepressten Kerne infiltriert werden und anschließend einer zusätzlichen Sinterbehandlung unterzogen werden; die Kerne zusätzlich mit einer Schlichte versehen werden.
Die erfindungsgemäße Lehre betrifft weiterhin die Verwendung der erfindungsgemäßen Kerne als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von metallischen Gussteilen durch Metallguss, vorzugsweise in der Druckgusstechnologie; als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von Gussteilen im Kokillen- oder Schwerkraftguss; als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von Kunststoffteilen durch die Spritzgusstechnologie.

Claims

Patentansprüche
1 . Kerne auf der Basis von Salz, d ie d u rch Formen u nd Verd ichten einer Kernwerkstoff-Mischung herstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernwerkstoff-Mischung mindestens ein Salz, mindestens ein Bindemittel und gegebenenfalls H ilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und Katalysatoren enthält und dass die Kerne durch ein Infiltrat stabilisiert sind.
2. Kerne auf der Basis von Salz gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Salz, das Bindemittel und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kernwerkstoffe mit Wasser als
Lösungsmittel lösbar sind und die Kerne mittels Kernschießverfahren in Form gebracht werden.
3. Kerne auf der Basis von Salz gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz, das Bindemittel und die gegebenenfalls eingesetzten Hilfsstoffe anorganisch sind, diese Kernwerkstoffe mit Wasser als Lösungsmittel lösbar sind und die Kerne mittels Pressen in Form gebracht werden.
4. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernwerkstoff-Mischung fließfähig ist.
5. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernwerkstoff-Mischung rieselfähig ist.
6. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Salze eingesetzt werden, deren Zersetzungs- oder Schmelzpunkt oberhalb der Temperatur des flüssigen Metalls liegt, mit dem die Kerne umgössen werden.
Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Salze Chloride der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Magnesiumchlorid, Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Kaliumsulfat und/oder Magnesiumsulfat, Ammoniumsalze, insbesondere Ammoniumsulfat oder Mischungen dieser Salze eingesetzt werden.
Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz Natriumchlorid ist.
Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrößen des eingesetzten Salzes im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm liegen.
10. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Salz in bi-, tri- oder multimodaler Korngrößenverteilung vorliegt.
1 1 . Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte
Salz in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt.
12. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel wasserlösliche Silikatverbindungen, vorzugsweise Wassergläser eingesetzt werden.
13. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Wasserglas mit einem Wasserglasmodul von 1 bis 5 und / oder eine Mischung von Wassergläsern mit verschiedenen Wasserglasmodulen ist.
14. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Bindemittels in Abhängigkeit vom Benetzungsverhalten und Wasserglasmodul zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-% liegt.
15. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Wasserglas mit einem Anteil von 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, in Abhängigkeit von der Korngrößenverteilung und abgestimmt auf den Wasserglasmodul, enthalten ist.
16. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsstoff ein Katalysator zugegeben wird.
17. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz Natriumchlorid ist, das vorzugsweise in bi-, tri- oder multimodaler Korngrößenverteilung besonders bevorzugt in einer Korngrößenverteilung von 0,01 bis 0,29 mm, 0,3 bis 1 ,3 mm und / oder 1 ,31 bis 2,0 mm vorliegt, das Bindemittel Wasserglas, der Katalysator besonders feinkörniges Salz, vorzugsweise puderförmiges Salz ist, dass gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und /oder weitere Katalysatoren enthalten sind und dass die Mischung der Kernwerkstoffe rieselfähig ist.
18. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne nach der Formgebung wärmebehandelt werden.
19. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne nach der Formgebung bei einer Temperatur von 700 °C wärmebehandelt werden.
20. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten Kerne eine Dichte von 1 ,5 g/cm3 bis 1 ,9 g/cm3, vorzugsweise von 1 ,2 g/cm3 bis 1 ,8 g/cm3 aufweisen.
21 . Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Porosität von 1 % bis 40 %, vorzugsweise von 5 % bis 25 % aufweisen.
22. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Biegefestigkeit zwischen 400 N/cm2 und 3000 N/cm2 aufweisen.
23. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne zur Verstärkung/Versteifung mit einer Suspension (Infiltrat) infiltriert werden.
24. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrat mindestens ein feingemahlenes Material, das ausgewählt ist aus mindestens einem der nachfolgenden feingemahlenen Grundstoffe: Diatomit, calcinierte Kaoline, Metakaolinit, Zirkonoxid, Zirkonsilicat (Zirkonmehl, Zirkonsand), Aluminiumoxid, Andalusit, Schamotte, Eisenoxide, Kyanit, Bauxit, Olivin, Quarze, Talk, Graphite und Ruße sowie diese enthaltende Tone und Mineralstoffe enthält.
25. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrat, mindestens ein feingemahlenes Material, das keine Plättchenstruktur aufweist, enthält.
26. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrat. Zirkonsilikat (Zirkonmehl) oder Zirkonoxid, besonders bevorzugt Zirkonsilikat (Zirkonmehl) oder Zirkonoxid mit D50 < 1 μιτι enthält.
27. Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrat zusätzlich gegebenenfalls Dispergiermittel, Bindemittel und weitere Additive wie beispielsweise weitere teilchenförmige Materialien, Netzmittel, Entschäumer, Farbstoffe und/oder Pigmente und/oder Biozide enthält.
28. Verfah ren zur Herstel lu ng von Kernen auf der Basis von Salz, dad urch gekennzeichnet, dass mindestens ein Salz, mindestens ein Bindemittel und gegebenenfalls zusätzliche Hilfsstoffe wie Additive, Füllstoffe, Benetzungsmittel und Katalysatoren in nicht flüssiger Form homogen gemischt und zum Kern geformt und verdichtet wird und der verdichtete Kern mit einem Infiltrat, das in einem geeigneten Infiltratmedium suspendiert/dispergiert ist, infiltriert und anschließend getrocknet wird.
29. Verfahren gemäß Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern im Kernschießverfahren verdichtet wird.
30. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern durch Trockenpressen hergestellt wird.
31 . Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d ad u rch ge ken nzeich n et, dass Sa lz m it Korngrößen unterschiedlicher Verteilungskurven, vorzugsweise in einer bi-, tri- oder multimodalen Kornverteilung eingesetzt und vermischt wird.
32. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Salze Chloride der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Natriumchlorid, Kaliumchlorid und/oder Magnesiumchlorid, Sulfate und Nitrate der Alkali- und Erdalkalielemente, insbesondere Kaliumsulfat und/oder Magnesiumsulfat, sowie Ammoniumsalze, insbesondere Ammoniumsulfat oder Mischungen dieser
Salze gewählt werden, die, gegebenenfalls mit den zusätzlichen Hilfsstoffen, homogen gemischt, zum Kern mit Hilfe des Kernschießverfahrens oder der Pressformgebung geformt und verdichtet werden.
33. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernwerkstoffe, je nach Werkstoff, gewünschter Oberflächengüte und Konturgenauigkeit des aus Metall zu gießenden Werkstücks, mit Korngrößen im Bereich von 0,01 mm bis 2 mm verwendet werden, zum Kern geformt und im Kernschießverfahren oder im Pressverfahren geformt und verdichtet werden.
34. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrat mindestens ein feingemahlenes Material , das ausgewählt ist aus mindestens einem der nachfolgenden feingemahlenen Grundstoffe: Diatomit, calcinierte Kaoline, Metakaolinit, Zirkonoxid, Zirkonsilicat (Zirkonmehl, Zirkonsand), Aluminiumoxid, Andalusit, Schamotte, Eisenoxide, Kyanit, Bauxit, Olivin, Quarze, Talk, Graphite und Ruße sowie diese enthaltende Tone und Mineralstoffe enthält.
35. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltratmedium aus Wasser, aus einem oder mehreren flüchtigen, vorzugsweise aliphatischen Alkoholen oder aus einem Gemisch aus Alkoholen mit gegebenenfalls weiteren Komponenten, beispielsweise ein oder mehrere organische, flüchtige Lösungsmittel, die sich von den Alkoholen unterscheiden oder aus Mischungen dieser Lösungsmittel komponenten besteht.
36. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrieren der Kerne durch Tauchen der Kerne in die Infiltratsuspension erfolgt.
37. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrieren der Kerne durch Einsaugen der Infiltratsuspension mittels Vakuum erfolgt.
38. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Infiltration bis zu einer Tiefe von 1 mm bis zur vorzugsweisen vollständigen Infiltration durchgeführt wird.
39. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die geschossenen oder gepressten Salzkerne vor dem Infiltrieren zusätzlich einer Sinterbehandlung unterzogen werden.
40. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die geschossenen oder gepressten Kerne infiltriert werden und anschließend einer zusätzlichen Sinterbehandlung unterzogen werden.
41 . Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne zusätzlich mit einer Schlichte versehen werden.
42. Verwendung der Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27 als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von metallischen Gussteilen durch Metallguss, vorzugsweise in der
Druckgusstechnologie.
43. Verwendung der Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28 als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von Gussteilen im Kokillen- oder Schwerkraftguss.
44. Verwendung der Kerne auf der Basis von Salz gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28 als Hohlraumplatzhalter bei der Herstellung von Kunststoffteilen durch die Spritzgusstechnologie.
EP11726376.4A 2010-06-02 2011-06-01 Infiltrat-stabilisierte salzkerne Withdrawn EP2576100A1 (de)

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