HU213910B - Blackwash for producing mould coatings - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya fekecs öntőfőrma-bevőnatőkelőállításáhőz, aminek a célmeghatárőzó fő összetevői finőmszemcsés,tűzálló vagy nagy mértékben tűzálló, szervetlen anyagők. A fekecsszervetlen anyagú, üreges gőlyókat tartalmaz, amelyeknek a mennyiségea használatra kész fekecs 1–40 tömeg%-a. A fekecs járűlékősantartalmazhat még a használatra kész fekecshez viszőnyítva 0,1–10 töeg% szervetlen és/vagy szerves szálat. Az üreges gőlyók előnyöseninert gázzal vannak töltve. Az üreges gőlyók őxidőkból, így alűmíniűm-őxidból, kvarcból, magnezitből, műllitból, krőmitból, cirkó iűm-és/vagy titán-őxidból, bőridőkból, karbidőkból és nitridekből, ígyszilíciűm-karbidból, titán-karbidból, titán-bőridból, bórnitridbőlés/vagy bórkarbidból, szénből, üvegből vagy fémekből vag ezekkeverékeiből állnak. A szálak átmérője 1–30 mm, előnyösen 3–10 mm éshősszúságűk 10–5000 mm, előnyösen 100–500 mm. A szervetl n szálakanyaga alűmíniűm-szilikát, alűmíniűm-őxid, cirkóniűm-őxid, titán-őxid,szén, szilíciűm-karbid, titán-karbid, titán-bőrid, bórnitrid,bórkarbid, üveg, bazalt vagy ásványgyapőt vagy ezek kever ke. ŕ

Description

A találmány tárgya fekecs öntőforma-bevonatok előállításához. A találmány tárgya továbbá általános öntőforma-bevonó anyag, amit az öntészetben öntödei formaelemek, így öntőformák, magok és öntőminták bevonására alkalmaznak.

A használatra kész fekecsek finomszemcsés, tűzálló vagy nagy mértékben tűzálló szervetlen anyagok szuszpenziói egy hordozófolyadékban. Ezt a szuszpenziót az adott alkalmazási esethez adaptált felhordási eljárással, például kenés, szórás, öntés vagy bemerítés útján hordják fel az öntőformaelemekre, ahol a szuszpenzió megszárad és így létrehozza a kívánt bevonatot.

A fekecs öntészetileg célmeghatározó összetevői a finomszemcsés, tűzálló vagy nagy mértékben tűzálló, szervetlen anyagok, amiket „alapanyagoknak” is neveznek. Ezeket az alapanyagokat szuszpendálószerekkel szuszpendálj ák a hordozófolyadékban. A hordozófolyadékban oldva vannak továbbá még kötőanyagok, amik arra szolgálnak, hogy a folyadék eltávolítása után rögzítsék az alapanyag-részecskéket az öntőformaelem felületén. Szükség esetén még nedvesítőszereket, habosodásgátlókat és baktericideket lehet hozzáadni.

Tipikus alapanyagok (külön-külön vagy egymással elkeverve) az ásványi oxidok, például korund, magnezit, mullit, kvarc és kromit, továbbá szilikátok, például cirkónium-szilikát, olivin és samott, valamint koksz és grafit. Szuszpendálószerekként duzzadóképes réteges szilikátokat vagy cellulózszármazékokat alkalmaznak, amik képesek víz beágyazására. A hordozófolyadék lehet víz vagy valamilyen oldószer, például könnyűbenzin, metanol, etanol, izopropanol vagy izobutanol. Kötőanyagként keményítőszármazékok, például dextrinek, ligninszármazékok, például lignin-szulfonátok, természetes gyanták, műgyanták vagy műanyagok, például poli(vinil-alkohol) jönnek tekintetbe. A kötőanyagokat a hordozófolyadékban való oldhatóságuk alapján kell kiválasztani.

A fekecsek feladatai az öntészetben a következők:

a) Az öntvény felületének javítása, vagyis a simaság növelése.

b) A folyékony fém és az öntőformáéiemjó elválasztása.

c) A felületi hibák, mint például gázbuborékok, bordázottság, penetráció vagy ércesedések és más hibák elkerülése.

d) Az öntvény külső rétegének befolyásolása metallurgiailag hatékony anyagokkal.

Az a) és b) alatti feladatok különböző, alkalmas alapanyagok kombinálása útján rendszerint jól teljesíthetők. A d) alatti feladat csak marginális, mivel metallurgiailag hatékony fekecseket, például kéntartalmú fekecseket csak részlegesen alkalmaznak. A c) alatti feladattal azonban még foglalkozni kell.

A c) alatti feladatnak, vagyis a felületi hibák elkerülésének a jelentősége jelenleg és a jövőben növekszik, mivel magas hőmérsékleten minden műgyantával kötött homokforma és mag a homok tágulása miatt felszakad és ekkor az olvadék behatol az öntőformában vagy a magba. Az öntvény emiatt keletkező felületi hibahelyeinek megszüntetése nehéz és időigényes feladat.

Már kifejlesztettek és alkalmaznak olyan öntőformabevonó anyagokat, amik ezeknek a hibáknak a keletkezését gátolják és amiket a szakirodalomban - például J. Levelink, Giesserei, 66. évfi; 1979, p. 456-A58, valamint D. Bartsch, Report of Technical Fórum, 5 8th World Foundry Congress, Krakkó 1991 - leírtak.

Ezeknek a bevonatoknak a hatásmechanizmusa azon alapszik, hogy alapanyagként lapocska alakú réteges szilikátokat, például kaolinitet, pirofillitet vagy csillámot alkalmaznak, amik húzófeszültség fellépésekor jobban deformálhatok. Ezenkívül az ásványi anyagokat úgy kombinálják, hogy időleges lágyulási fázisok képződnek. Ez ugyancsak javítja a bevonat alakíthatóságát.

Hátrányosnak bizonyult viszont az, hogy ezeknek a bevonatoknak a szövete nagyon sűrű és emiatt nincs kellő áteresztő képességük azokra a gázokra, amik a homokformák kötőanyagainak termikus bomlásakor keletkeznek. Ennek következtében az öntőformában és/vagy a magban nagy gáznyomás alakul ki, ami mihelyt meghaladja a metallosztatikus ellennyomást - a fém túlhevülését idézi elő és gázbuborékok képződéséhez vezet. Ezenkívül a nyomásnövekedés következtében a bevonat egyes részei leválhatnak és az öntvénybe kerülve zárványt képezhetnek.

Találmányunk célj a olyan tökéletesített fekecs kialakítása, aminél az előbb leírt hiányosságok nem jelentkeznek és ami a jó öntészeti tulajdonságokat érintetlenül hagyva lehetővé teszi nagy gázáteresztő képességű bevonatok előállítását.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a fekecs a finomszemcsés, illetőleg lapocska alakú alapanyagon kívül szervetlen anyagú, üreges golyókat is tartalmaz, aminek a mennyisége a használatra kész fekecs 1—40 tömeg%-a.

„Szervetlen anyagú, üreges golyón” gázzal töltött kis golyókat értünk, amiknek az átmérője 5-500 pm, előnyösen 60-250 pm, és amiknek a héja szilikátokból, elsősorban alumínium-szilikátból, kalcium-szilikátból, magnézium- és/vagy cirkónium-szilikátból, például alumínium-oxidból, kvarcból, magnezitből, mullitból, kromitból, cirkónium- és/vagy titán-oxidból, boridokból, karbidokból és nitridekből, például szilícium-karbidból, titán-karbidból, titán-boridból, bómitridből és/vagy bórkarbidból, szénből, üvegből, sőt fémből, például rézből áll és amiknek a gáztöltése inért gázok keveréke, ami például 70 térfogat% CO2-ből és 30 térfogat% N2-böl áll. Ezeket az üreges golyókat az utóbbi időben fejlesztették ki elsősorban műanyagok könnyű töltőanyagaként alkalmazzák.

Ha a fekecs nagyon sok üreges golyót tartalmaz, akkor bizonyos körülmények fennállása esetén a képzett bevonatok szilárdsága kisebb lesz. Ennek meggátlása végett a találmány értelmében a fekecs az üreges golyókon kívül előnyös módon tartalmaz kis mennyiségű vékony, rövid szálat. A szálak átmérője 1-30 pm, előnyösen 3-10 pm és hosszúságuk 10-5000 pm, előnyösen 100-500 pm. Alkalmazni lehet mind szervetlen szálakat, például alumínium-szilikát, cirkónium-oxid, alumínium-oxid, titán-oxid, szén, szilícium-karbid, titán-karbid, titán-borid, bómitrid, bórkarbid, üveg, bazalt és ásványgyapot szálakat, mind szerves anyagú szálakat. A szerves

HU213 910B szálak mindenféle jellegű műanyag szálak vagy természetes szálak, például cellulózszálak.

A DE-C 35 25 847 sz. és a DE-C 42 03 904 sz. német szabadalmi iratból ismeretes, hogy a fekecsek szálakat tartalmaznak, hogy a bevonatok száradási ideje repedések keletkezése nélkül rövid és hajlítószilárdságuk nagy legyen. A DE-C 42 03 904 sz. német szabadalmi irat szerint különösen szerves szálakkal nagyobb gázáteresztő képességet is biztosítani lehet.

Az üreges golyókkal összehasonlítva a szálaknak mindenesetre nagy hátrányuk az, hogy bevitelük a fekecsekbe nehézségeket okoz és az ilyen fekecsek feldolgozhatósága is rosszabb. így a szálak bevitele során a kellőképpen egyenletes elosztás biztosítása végett nagy nyíróerők szükségesek, mivel a szálak hajlamosak a gombolyagképződésre. Ezenkívül a száltartalmú fekecsek feldolgozásakor alig lehetséges a sima felhordás, mivel például kenés esetén az ecsetsörték magukkal viszik a szálakat. Ezért a találmány értelmében csak kis mennyiségű szálat alkalmazunk és ezt is csak akkor, ha a bevonat kellő szilárdságát más módon nem lehet biztosítani.

Megállapítottuk, hogy a fekecsbevonatok gázáteresztő képessége a kívánt öntészeti tulajdonságok hátrányos befolyásolása nélkül jelentősen javítható, ha a fekecs bizonyos mennyiségű ilyen üreges golyót tartalmaz és ha adott esetben kis mennyiségű szálanyag is hozzá van adva. Ezzel megszüntethetők a bevezetőleg leírt hiányosságok anélkül, hogy emiatt más hátrányok jelentkeznének. Az üreges golyók alakja olyan, hogy nehézségek nélkül bevihetők a fekecsekbe és az ilyen fekecsek feldolgozhatósága megegyezik a szokványos fekecsek feldolgozhatóságával. Emellett még azt is megállapítottuk, hogy a bevonatok száradási ideje előnyös módon rövidebb lett.

Az üreges golyók eddigi alkalmazási területe alapján nem lehetett erre az eredményre számítani, már csak azért sem, mert fekecsben az üreges golyók elsődlegesen nem könnyű töltőanyagként vannak jelen. A kis golyócskák inkább másképpen hatnak. így az alapanyag-részecskék sűrű egymásmellettiségét - ami a rossz gázáteresztő képesség fő okának tekinthető - az üreges golyók fellazítják és már ezáltal gázáteresztőbbé teszik. Amint ezt lentebb példák alapján bemutatjuk, a találmány szerint felépített fekecsnek száraz, még nem leöntött állapotban jóval nagyobb a gázáteresztő képessége, mint az üreges golyókat nem tartalmazó egyébként azonban azonos összetételű fekecsnek.

Az öntési folyamat elején az üreges golyók, valamint a gázáteresztő bevonatok szigetelő tulajdonságai késleltetik a fekecsen átmenő hőátvitelt az öntőforma anyagába. Az üreges golyók később az öntési hő hatására megolvadnak és/vagy az öntési nyomás hatására széttörnek és ezáltal a fekecsbevonatban számos mikro-hibahely keletkezik, amiken át a bevonatnak rendkívül nagy lesz a gázáteresztő képessége anélkül, hogy az öntött fém számára áteresztővé válna.

Az üreges golyók megolvadásának és/vagy széttörésének előnyös mellékhatása egyébként még az, hogy az üreges golyó inért gáztöltése szabaddá válik és védőgáz funkcióját látja el, ami védi a fém felületét az oxidálódás ellen.

A találmány egyetemesen alkalmazható mindenféle fekecsben. A találmánynak különös jelentősége van a lapocska alakú alapanyag-részecskéket tartalmazó fekecsekben és az ilyen fekecsek gyakorlati alkalmazhatóságához szinte nélkülözhetetlen. A találmány előnyei más fekecseknél is jelentkeznek, mivel a szokványos fekecsek finomszemcsés alapanyag-részecskéi is képezhetnek viszonylag sűrű csomókat; a szemcsék alakja ugyanis többnyire a szögletes alak és szilánkos alak között van.

Összefoglalva: a találmány szerinti fekecs minden alkalmazási célra megfelelő és lehetővé teszi, hogy a bevonatok gázáteresztő képességét és mechanikai szilárdságát a szálak és üreges golyók alkalmazása útján vagy csak üreges golyók alkalmazása útján az öntési folyamat követelményeihez hozzáigazítsuk. A találmány szerinti fekecs alkalmazása révén növekszik a száradási sebesség és továbbra is fennmarad a jó alakíthatóság és továbbra is simák lesznek a felületek.

Találmányunkat példák kapcsán ismertetjük részletesebben.

A-D. példa az 1. táblázat szerint

Az alábbi négy vizes fekecset állítottuk össze, amik eltérő mennyiségű üreges folyót és adott esetben szálat tartalmaztak, de összetételük egyébként azonos volt:

	üregesgolyó	szál
A. fekecs	nem tartalmaz	nem tartalmaz (összehasonlító példa)
B. fekecs	10 tömeg%	nem tartalmaz
C. fekecs	5 tömeg%	1 tömeg%
D. fekecs	10 tömeg%	1 tömeg%

E-G. példa a 2. táblázat szerint

Az A-D. példával megegyező módon három alkoholos fekecset állítottunk össze:

	üregesgolyó	szál
E. fekecs	nem tartalmaz	nem tartalmaz (összehasonlító példa)
F. fekecs	10 tömeg%	nem tartalmaz
G. fekecs	4 tömeg%	1 tömeg%

HU213 910B

Üreges golyóként mindegyik esetben alumínium-szilikát anyagú üreges golyókat használtunk, amiknek a részecskemérete 80%-ban 250 és 90 μιη között volt. A szálak 3 μιη átlagos átmérőjű és 3 mm-nél rövidebb alumínium-szilikát szálak voltak.

A gázáteresztőképesség vizsgálata végett az A-F. jelű fekecseket szitahordozóra vittük fel, majd gázáteresztő képességüket +Georg Fischer+ vizsgálómüszerrel meghatároztuk úgy, hogy előre adott nyomású levegőt nyomtunk át a próbadarabokon, és mértük az időegység alatt 10 átment levegőt.

A mérési eredményeket - mégpedig mint relatív értékeket, alapként az A. jelű fekecshez viszonyítva - az 1. és 2. táblázat tartalmazza. Látható, hogy a találmány szerinti mindegyik fekecs relatív gázáteresztő képessége jóval 1 15 felett van, vagyis jelentősen javult az A. jelű fekecshez képest. így például 10% alumínium-szilikát üreges golyó hozzáadásakor (B. jelű fekecs) a fekecsbevonat gázáteresztő képessége 280%-kal növekedett. Ezeknek a fekecseknek jók a feldolgozhatósági tulajdonságai. 1% kerámiaszál 20 járulékos hozzáadása esetén (D. jelű fekecs) jó a fekecsréteg szilárdsága műgyantakötésü magokon. A gázáteresztőképesség ezzel összehasonlítható növekedését figyeltük meg az F. jelű és a G. jelű alkoholos fekecsnél. Az öntési viselkedésben is megfigyeltük, hogy üreges golyók 25 vagy üreges golyók és szálanyagok találmány szerinti alkalmazása révén jelentős mértékben nőtt a fekecsrétegek gázáteresztőképessége.

A mellékelt grafikonon szokványos felépítésű bevonatanyaggal (A. jelű fekecs) bevont cold-box mag (hideg magszekrényes eljárásnál alkalmazott mag) gáznyomásgörbéjét ábrázoltuk egy fekeccsel nem bevont 5 maggal (0) összehasonlítva. A nyomásokat kb. 1430 °C-os vasolvadékba bemerített, hengeres cold-box magokkal állapítottuk meg. A magban keletkező gáznyomást mértük a bemerítési idő függvényében és ezt vízoszlop-centiméterben adtuk meg. A fekeccsel bevont magnál egy kezdeti maximum után egy későbbi időpontban fellép egy második gáznyomásmaximum, míg a fekeccsel nem bevont magnál csak egy kezdeti maximumot és további két, kisebb maximumot figyeltünk meg.

A grafikonon ábrázoltuk továbbá egy találmány szerinti bevonatanyag (C. jelű fekecs) gáznyomásgörbéjét. Itt már csak egy magas kezdeti maximum figyelhető meg. Az öntés és a dermedés kritikus időpontjaiban itt már nem lép fel nagy gáznyomás. A korábban leírt hibák, így az öntvényben lévő gázbuborékok és zárványok, már nem jelentkeznek.

Ha az öntvények felületét a fekecsek iránt támasztott követelmények (b) és c) pont) szempontjából értékeljük, akkor a találmány szerinti fekecsek kiváló eredményeket nyújtanak. Az üreges golyók, illetőleg üreges golyók és szálak fekecsekben való alkalmazásának előnyei az üreges golyóknak az öntési folyamat szempontjából releváns tulajdonságaiból fakadnak.

1. táblázat: Különböző mennyiségű üreges golyót és/vagy szálat tartalmazó vizes fekecsek

Fekecs Anyag (tömeg%)	A	B	C	D
VÍZ	50,3	40,3	44,3	39,3
alumínium-szilikátok	39,0	39,0	39,0	39,0
grafit	4,0	4,0	4,0	4,0
agyagásvány	4,0	4,0	4,0	4,0
vasoxid	1,0	1,0	1,0	1,0
dextrinek	0,65	0,65	0,65	0,65
nedvesítőszerek	0,8	0,8	0,8	0,8
konzerválószerek	0,25	0,25	0,25	0,25
szálak	0	0	1	1
üreges golyók	0	10	5	10
	100%	100%	100%	100%
Relatív gázáteresztőképesség (az A. jelű fekecshez viszonyítva)	1	3,8	3,4	5,7

2. táblázat: Különböző mennyiségű üreges golyót és/vagy szálat tartalmazó alkoholosfekecsek

Fekecs Anyag (tömeg%)	E	F	G
alkohol	49,5	49,5	49,5
alumínium-szilikátok	38,4	28,4	33,4
VÍZ	6,2	6,2	6,2
bentonit	3,1	3,1	3,1

HU 213 910 Β

2. táblázat folytatása

Fekecs Anyag (tömeg%)	E	F	G
vasoxid	2	2	2
műgyanta	0,8	0,8	0,8
szálak	0	0	1
üreges golyók	0	10	4
	100%	100%	100%
Relatív gázáteresztőképesség (az A. jelű fekecshez viszonyítva)	1,2	13,8	6,8

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

Claims (7)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Fekecs öntőforma-bevonatok előállításához, aminek a célmeghatározó fő összetevői finomszemcsés, tűzálló vagy nagy mértékben tűzálló, szervetlen anyagok azzal jellemezve, hogy szervetlen anyagú, üreges golyókat tartalmaz, amiknek a mennyisége a használatra kész 20 fekecs 1—40 tömeg%-a.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti fekecs, azzal jellemezve, hogy az üreges golyók szilikátokból, elsősorban alumínium-szilikátból, kalcium-szilikátokból, magnézium és/vagy cirkónium-szilikátból, oxidokból, így alumíni- 25 um-oxidból, kvarcból, magnezitből, mullitból, kromitból, cirkónium- és/vagy titán-oxidból, boridokból, karbidokból és nitridekből, így szilícium-karbidból, titán -karbidból, titán-boridból, bómitridből és/vagy bórkarbidból, szénből, üvegből vagy fémekből vagy ezek ke- ^0 vérekéiből állnak.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti fekecs, azzal jellemezve, hogy az üreges golyók gázzal vannak töltve és átmérőjük 1-500 pm, előnyösen 60-250 pm.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti fekecs, azzal jellemezve, hogy járulékosan a használatra kész fekecshez viszonyítva 0,1-10 tömeg% szervetlen és/vagy szerves szálat tartalmaz.
5. 5. A 4. igénypont szerinti fekecs, azzaljellemezve, hogy a szervetlen szálak anyaga alumínium-szilikát, alumínium-oxid, cirkónium-oxid, titán-oxid, szén, szilícium-karbid, titán-karbid, titán-borid, bómitrid, bórkarbid, üveg, bazalt vagy ásványgyapot vagy ilyen szálak keveréke.
6. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti fekecs, azzal jellemezve, hogy a szerves szálak anyaga cellulóz, nejlon, polietilén, poli(vinil-acetát) vagy poliészter vagy ilyen szálak keveréke.
7. 7. A 4-6. igénypontok bármelyike szerinti fekecs, azzal jellemezve, hogy a szálak átmérője 1-30 pm, előnyösen 3-10 pm és hosszúságuk 10-5000 pm, előnyösen 100-500 pm.