MXPA05001489A - Proceso de colada con mejor revestimiento. - Google Patents

Abstract

La presente invencion proporciona un metodo para la produccion de un molde de cascara o de paredes finas. El metodo consiste en los pasos sucesivos de (i) sumergir un modelo que pueda extenderse, preformado, en una lechada de particulas refractarias y aglomerante liquido coloidal con lo cual se forma una capa de recubrimiento sobre el modelo, (ii) depositar las particulas del material refractario cobre el recubrimiento, y (iii) secar; los pasos (i) y (iii) se repiten con tanta frecuencia como sea necesario para producir un molde de cascara que tenga una capa de recubrimiento secundaria, el metodo se caracteriza porque, durante al menos una ejecucion del paso (ii) tambien se deposita un material formador de gel sobre la capa de recubrimiento que se formo en el paso (i). La invencion tambien se refiere a un molde de cascara que puede producirse por el metodo.

Description

PROCESO DE COLADA CON MEJOR REVESTIMIENTO La presente invención se refiere a un proceso mejorado para colar un revestimiento, y en particular a un proceso que es mucho más rápido que los procesos tradicionales .

El proceso de colada del revestimiento, común, incluye la producción de revestimientos metálicos industriales utilizando un modelo o plantilla consumible o de duración limitada. El modelo es una combinación compleja de resina, carga y cera que se inyecta en una matriz o molde metálico a presión. Algunos modelos como estos, una vez solidificados se instalan en una agrupación y se montan sobre un sistema de canales de colada de cera. El montaje de cera se sumerge en una lechada refractaria consistente en un aglutinante liquido y polvo refractario. Después de la inmerción, granos del estuco refractario se depositan sobre la superficie húmeda para producir el revestimiento refractario primario (la cubierta de la unidad con material refractario se conoce como "revestimiento" , de ahí el nombre para el proceso) . Cuando la capa primaria se ha fraguado (por lo regular secando con aire hasta que el aglutinante melifica) , la unidad se sumerge repetidas veces en una lechada y luego se estuca hasta que se acumula el espesor necesario de la cascara del molde . Cada capa se endurece perfectamente entre inmersiones, y de este modo la preparación de cada molde puede tardar entre 24 y 72 horas . El propósito del estuco es llevar al mínimo los esfuerzos del secado en los revestimientos al presentar un número de centros distribuidos de la concentración del esfuerzo que reducen la magnitud de cualquier esf erzo local . Cada superficie de estuco también proporciona una superficie áspera para agarrar el siguiente revestimiento. El tamaño de partícula del estuco se aumenta a medida que se adicionan más capas para mantener la permeabilidad máxima del molde y proporcionar volumen al molde .

En fechas recientes se han desarrollado componentes cerámicos avanzados (como el nitruro de silicio) los cuales ofrecen ventajas importantes sobre los componentes metálicos comparables . Se conocen múltiples procesos mediante los cuales pueden fabricarse estos componentes cerámicos, y estos incluyen el maquinado, moldeo por inyección, colada en barbotina, colada a presión y colada o moldeo gálico. Durante el moldeo gálico, una lechada concentrada de polvo cerámico en una solución de monómero orgánico se vierte en un molde y se polimeriza en el lugar para formar un cuerpo verde en la forma de la cavidad del molde. Después de desmoldar, el cuerpo cerámico verde se seca, se maquina si es necesario, se piroliza para eliminar el aglutinante y luego se sinteriza a la densidad completa. Se han desarrollado sistemas acuosos, como el sistema de la acrilamida, en los cuales se utilizan monómeros solubles en agua, utilizando el agua como el disolvente. ün objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso mejorado para colar el revestimiento que evita o reduce uno o más problemas asociados con los procesos de colada del revestimiento ya conocidos y que de preferencia reduce en forma importante el tiempo necesario para formar un molde de cascara.

De conformidad con la presente invención, proporciona un proceso para la producción de un molde de cascara, que comprende los pasos sucesivos de: (i) sumergir un modelo preformado de duración limitada en una lechada de partículas refractarias y aglutinante líquido coloidal, para formar con ello una capa de revestimiento sobre el modelo, (ii) depositar las partículas del material refractario sobre el revestimiento, y, (iii) secar, los pasos (i) a (iii) se repiten con tanta frecuencia como sea necesario para producir un molde de cáscara que tenga el número necesario de capas de revestimiento, caracterizado porque durante al menos una ejecución del paso (ii) las partículas de un material formador de gel también se depositan sobre la capa de revestimiento que se forma en el paso (i) , de modo que después del contacto con la capa de revestimiento, el material formador de gel absorbe la humedad, provocando con ello la gelificación del aglutinante coloidal para reducir el tiempo necesario para el secado en el paso (iii) .

Preferentemente, el método también incluye el paso adicional (iv) , que se lleva a cabo después del paso final (iii) de aplicar una capa sellante compuesta de una lechada de partículas refractarias y aglutinante líquido coloidal, seguido por el secado.

Durante la formación del molde de cáscara, la capa de revestimiento que se aplica al modelo de duración limitada por lo regular se conoce como el revestimiento primario y los revestimientos ulteriores con la lechada se conocen como revestimientos secundarios . Por lo regular, se aplica de 3 a 12 revestimientos secundarios.

De preferencia, el material formador de gel se aplica sobre cada refrigerante secundario (es decir, durante cada repetición del paso (ii) después del primero) . Más preferentemente, el material formador del gel se aplica sobre el revestimiento primario.

Se entenderá que la depositación de las partículas refractarias y el material formador del gel en el paso (ii) se puede llevar a cabo por cualquier método habitual, como puede ser mediante el uso de un chorreador de arena o un lecho fluidificado. Las partículas refractarias y el material formador de gel pueden aplicarse en forma independiente y/o en sucesión o de preferencia pueden estar premezclados . En una modalidad particularmente preferida, las partículas refractarias se pre-revisten con el material formador de gel.

Preferentemente, la cantidad de material formador de gel que se utiliza en el paso (ii) es no más de 10% en peso, con mayor preferencia no más de 5%, incluso con mayor preferencia no más · de 3%, y con mayor preferencia no más de 12% en peso de las partículas del material refractario que se utilizan en el paso (ii) .

Preferentemente, el material formador de gel es un polímero, más preferentemente un polímero superabsorbente, por ejemplo poliacrilamida y poliacrilato .

En general, al menos 50% en peso (e incluso con mayor preferencia al menos 80% en peso) de las partículas del material formador de gel (en aquellas modalidades en las cuales el material formador de gel no recubre las partículas de material refractario) preferentemente son no más grandes que 1 mm, con mayor preferencia no más grandes que 300 µp? y con mayor preferencia no más grandes que 200 µt?. En una modalidad particularmente preferida, prácticamente todo (es decir, al menos 95% en peso) de las partículas poliméricas tienen un tamaño no mayor de 300 um. Aunque no existe un tamaño mínimo de partícula teórico para el material formador de gel, los polvos finos pueden ser un problema, en particular cuando se aplican mediante un chorreador de arena. Así pues, un tamaño de partícula mínimo preferido es de 50 µt?, y con mayor preferencia 75 µt?. Las partículas pueden tener todas prácticamente el mismo tamaño, o pueden tener una distribución del tamaño de partícula por debajo del tamaño máximo .

Ventajosamente, el proceso (además del uso del material absorbente de humedad y tiempos de secado reducidos) pueden ser prácticamente el mismo que un proceso de colada del revestimiento normalizado utilizando la maquinaria y los materiales acostumbrados. Así pues, se entenderá que la naturaleza del modelo consumible, las composiciones de la lechada que se utilizan en el paso (i) (y el paso (iv) si se lleva a cabo) y las partículas refractarias que se utilizan en el paso (ii) pueden ser cualquiera de las conocidas para el artesano experto en la técnica de colada de revestimientos .

Más aún, el método preferentemente incluye un paso de eliminar el modelo consumible del molde de cascara después del último paso (iii) (o el paso (iv) si está presente) y con mayor preferencia, el método incluye un paso final de quemar el molde de cascaras resultante.

La combustión puede efectuarse calentando a 950 °C o más. Con mayor preferencia, no obstante, se adopta un procedimiento de combustión en múltiples etapas. Por ejemplo, una primera etapa puede incluir calentar a una temperatura desde 400 a 700 °C a una velocidad de calentamiento desde 1 hasta 5°C/min (de preferencia de 1 a 3°C/min), seguido por un segundo paso de calentamiento a al menos 950 °C (de preferencia alrededor de 1000°C) a una velocidad desde 5 hasta 10°C/min. Es posible mantener la temperatura entre el primero y segundo pasos durante un breve tiempo (por ejemplo menos de 10 minutos) . El calentamiento a al menos 950°C puede efectuarse en tres o más etapas .

La presente invención además proporciona un molde de cascara que puede producirse por el método de la presente invención.

La presente invención además será descrita haciendo referencia a los siguientes ejemplos.

Ejemplo comparativo 1 El ejemplo comparativo fue destinado para representar una cascara normal utilizada para colar aleaciones de aluminio y se construyó como sigue: Una pieza de prueba con relleno de cera se sumergió en una primera lechada (primaria) durante 30 segundos y se drenó durante 60 segundos. Luego se depositó material de estuco de grano grueso sobre la superficie de la lechada húmeda por el método del chorreador de arena (altura aproximadamente de la depositación 2 m) . La pieza de prueba revestida se colocó sobre un carrusel secador y se secó durante el tiempo necesario en condiciones reguladas del movimiento de aire bajo. El secado prolongado elimina la humedad del aglutinante coloidal, provocando la gelificación de las partículas para formar un gel rígido .

Capas ulteriores se aplicaron sumergiendo (30 segundos) en una segunda lechada (secundaria) seguido por drenado (60 segundos) , con aplicación ulterior del estuco (método del chorreador de arena, altura de la depositación aproximadamente 2 m) y el secado durante el tiempo necesario después de cada aplicación de estuco. En total se aplicaron cuatro revestimientos secundarios . Por último se aplicó una capa sellante (inmersión en la lechada secundaria, pero sin aplicación del estuco) , seguido por secado.

En la Tabla 1 se encuentran las especificaciones de la lechada primaria y secundaria, en la Tabla 2 se dan otros diferentes parámetros del proceso. La adición de látex en la Tabla 1 se refiere al uso de un sistema de látex acuoso que se adiciona al aglutinante base para mejorar la resistencia en crudo o sin exposición al fuego.

Tabla 1 : Especificaciones de la lechada para la preparación de la cascara de aluminio (Todas las cifras son % en peso) Tabla 2 : Especificaciones de los revestimientos para la cascara en el Ej emplo comparativo Revestimiento Estuco Velocidad del aire Tiempo de de secado (ms_1) secado (min) Primario Alumino-silicato 0.4 1440 malla 50/80 Secundario 1 Alumino- silicato 3 90 malla 30/80 Secundario 2 Alumino-silicato 3 90 malla 30/80 Secundario 3 Alumino- silicato 3 90 malla 30/80 Secundario 4 Alumino- silicato 3 90 malla 30/80 Capa sellante Ninguno 3 1440 Total 3240 Ej emplo 1 El molde de cascara de conformidad con el Ejemplo 1 se preparó en la misma forma que para el Ejemplo comparativo 1 utilizando la lechadas de la Tabla 1, excepto que el estuco que se aplicó sobre los revestimientos secundarios tenia partículas de poliacrilamida (a una carga de una parte de poliacrilamida a 10 partes de estuco) . Los parámetros del proceso se proporcionan en la Tabla 3. Cuando la poliacrilamida se deposita sobre la superficie de la lechada húmeda, esta absorbe rápidamente la humedad de la porción coloidal contigua de la lechada provocando la gelificación hasta un gel rígido sin necesidad de tiempos de secado prolongados .

Se puede anticipar que es posible reducir los tiempos de secado aún más si se incluye un polímero poliacrilamida en el estuco que se aplica al revestimiento de la lechada primaria.

Tabla 3 : Especificaciones de los revestimientos para la cáscara en el Ej emplo 1 *tamaño de partícula 86% en peso > 1 mm, 500 µt? · 14% en peso · 1 mm El molde de cáscara del Ej emplo 1 es menos denso y uniforme en comparación con el Ej emplo comparativo 1 . La cáscara del Ej emplo 1 es más abierta y se delamina en ciertos lugares por el -linchamiento de las partículas individuales del polímero durante la absorción de humedad del aglutinante coloidal . En este sentido es desventaj oso el tamaño de partícula grande , y se puede anticipar que estos defectos pueden reducirse mucho si se adiciona poliacrilamida con tamaño de partícula más pequeño y mucho más controlado a los tamaños de estuco normales .

Comparaciones del espesor de la cascara En la Tabla 4 es posible observar las comparaciones del espesor de la cascara cerámica logradas por los sistemas para la preparación de la cascara modificados con acrilamida (Ejemplo 1) y normales (Ejemplo comparativo 1) . La poliacrilamida aumenta el espesor de la cáscara porque el tamaño de partícula es mucho más grande que el propio estuco . El tamaño grande también está representado por la desviación estándar relativamente grande en los datos .

Tabla 4 : Comparación del espesor de la cáscara Medición a temperatura ambiente de la resistencia de la barra plana Las mediciones de resistencia se llevaron a cabo de acuerdo con BS 1902. Se utilizaron barras inyectadas de cera como los formadores para las cáscaras cerámicas formadas por los procedimientos antes mencionados . Después de la formación, las cáscaras fueron desprovistas de la cera con un aparato de vapor Boilerclave™ a presión de 8 bar durante 4 minutos, seguido por un ciclo de despresurización controlada a 1 bar/minuto. Las piezas de prueba, de aproximadamente 20 mm x 80 mm se cortaron utilizando una rueda de amolar y se probaron en un modo de flexión en 3 puntos a temperatura ambiente (capa primaria en comparación) .

En la Tabla 5 se muestra una comparación de las resistencias máximas logradas a temperatura ambiente en el modo de flexión en 3 puntos para las muestras de la cáscara. La elevada resistencia en el estado seco, crudo de la cáscara del Ejemplo comparativo 1 es un resultado directo del contenido del polímero látex, que se manifiesta por la reducción en la resistencia cuando la muestra se somete al fuego a 1000°C y el látex se quema (no se muestran los datos) . La resistencia de la cáscara del Ejemplo 1 es relativamente baja, un resultado directo de la delaminación y defectos introducidos mediante el uso de una poliacrilamida con tamaño de partícula muy grande . Se puede anticipar que mediante el uso de un tamaño de partícula más pequeña del polímero el hinc amiento del polímero acrilamida debe reducirse a un nivel que sea más aceptable para colar el revestimiento.

Tabla 5 : Resistencia a la fractura de la barra plana ' Ej emplo 2 Para solucionar los problemas antes mencionados se preparó otro ejemplo, siendo las diferencias importantes con el Ejemplo 1: (i) se empleó un tamaño de partícula más pequeño del polímero más absorbente, (ii) se utilizó una cantidad más pequeña de polímero, y (iii) se incorporó polímero en el revestimiento primario del estuco.

En la Tabla 6 siguiente se proporcionan las especificaciones de los revestimientos para la cascara. Las lechadas fueron como se muestra en la Tabla 1.

Tabla 6: Especificaciones de los revestimientos para la cascara para el Ejemplo 2 *la poliacrilamida tiene un tamaño de partícula < 300 µp? La resistencia en el estado crudo y seco para el Ejemplo 2 se midió como 2.83 +/-0.63 MPa. Esto se obtuvo utilizando un sistema de chorreado de arena diferente al del Ejemplo 1, depositando la arena desde una menor altura (aproximadamente 10 cm) en vista de que se sabe que reduce los valores de resistencia. Para comparación se repitió el Ejemplo comparativo 1 (mencionado en adelante como Ejemplo comparativo 2) y se encontró con una resistencia en el estado crudo y seco de 4.86 +/-0.54 MPa. Así pues, se ha encontrado que en menos de 2% del tiempo necesario para producir un molde de cáscara normal, el método de la presente invención facilita la producción de un molde que tiene casi 60% de resistencia y que es, como se mostrará más adelante, suficiente para la pieza colada.

Además de las mediciones de la resistencia en el estado crudo y seco, el Ejemplo 2 y el Ejemplo comparativo 2 fueron sometidos a la prueba para su resistencia en el estado crudo y húmedo (para simular la resistencia durante el desparafinado) y su resistencia a la combustión en diferentes esquemas de calentamiento. Los resultados se muestran en la Tabla 7 siguiente.

Tabla 7 : Resistencias a la fractura de la barra plana para el Ejemplo 2 Ejemplo Estado Resistencia a la fractura (MPa) Crudo, seco 4.86+/-0.54 Crudo, húmedo 4.55+/-0.47 Expuesto al fuego 4.24+/-0.61 Ejemplo comparativo 2 (Método A) Expuesto al fuego 3.80+/-0.38 (Método B) Crudo, seco 2.83+/-0.63 Crudo, húmedo 2.47+/-0.43 Expuesto al fuego 2.17+/-0.13 Ejemplo 2 (Método B) Expuesto al fuego 2.03+/-0.45 (Método C) El método de combustión A: a 1000 °C @20°C/min, permanencia 60 min, horno frío Método de combustión B: a 700°C @l°C/min/ permanencia 6 min, a 1000 °C @5°C/min, permanencia 30 min, horno frío Método de combustión C: a 700 °C @2°C/min, permanencia 6 min, a 1000 °C @10°C/min, permanencia 60 min, horno frío.

Los moldes del Ejemplo 2 no se agrietaron durante la desparafinación. Así pues, se ha demostrado que el método de la presente invención facilita la producción de moldes de cáscara, los cuales son suficientemente fuertes para colada del revestimiento, en una fracción del tiempo necesario si se utilizan los métodos normales.

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un método para la producción de un molde de cascara, que consiste en los pasos sucesivos de: (i) sumergir un modelo preformado, de duración limitada, en una lechada de partículas refractarias y aglutinante líquido coloidal, para formar con ello una capa de revestimiento sobre el modelo, (ii) depositar las partículas de material refractario sobre el revestimiento, y (iii) secar, los pasos (i) a (iii) se repiten con tanta frecuencia como sea necesario para producir un molde de cáscara que tenga una capa de revestimiento primario y al menos una capa de revestimiento secundario, caracterizado porque durante al menos una ejecución del paso (ii) también se deposita un material formador de gel sobre la capa de revestimiento formada en el paso (i) .

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el método también incluye el paso adicional (iv) , que se lleva a cabo después del paso final (iii) de aplicar una capa sellante consistente en una lechada de partículas refractarias y aglutinante líquido, seguido por secado.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el material formador de gel se aplica sobre cada revestimiento secundario.

4. El método de conformidad con cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el material formador de gel se aplica sobre la capa de revestimiento primario .

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material formador de gel es un polímero superabsorbente.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5 , caracterizado porgue el polímero es poliacrilamida o poliacrilato .

7. El método de conformidad con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porgue el polímero es un material particulado y al menos 50% en peso de las partículas del polímero son de 300 µp? o menores.

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porgue al menos 95% en peso de las partículas del polímero son de 300 µp? o más pequeñas.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las partículas refractarias se recubre con el material formador de gel .

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores el cual incluye un paso de eliminar el modelo consumible del molde de cascara después del último paso (iii) o el paso (iv) si está presente, y de preferencia un paso final de exposición al fuego del molde de cáscara resultante .

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque la exposición al fuego se efectúa calentando a una temperatura desde 400 a 700°C a una velocidad de calentamiento desde 1 hasta 5°C/min, seguido por calentamiento a al menos 950 °C a una velocidad de calentamiento de 5°C/min o más.

12. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material formador de gel adicionado durante el paso (ii) constituye menos de 10% en peso de las partículas refractarias que se adicionan durante el paso (ii) .

13. El método de conformidad con la reivindicación 12 , caracterizado porque el material formador de gel constituye menos de 3% en peso de las partículas refractarias .

1 . ün molde de cascara que puede producirse por alguna de las reivindicaciones 1 a 13.

15. ün molde de cáscara para producir una pieza fundida o colada, el molde consiste en una cáscara que tiene una cavidad en ésta en forma de la pieza colada, la cáscara consiste en una pluralidad de capas, caracterizado porque al menos una de las capas comprende un material formador de gel, partículas refractarias y aglutinante líquido coloidal gelificado .

16. El molde de cáscara de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el material formador de gel es un polímero superabsorbente .

17. El molde de cáscara de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el polímero es poliacrilamida .

18. El molde de cáscara de conformidad con la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque al menos 95% de las partículas del polímero son de 300 µt? o más pequeñas .

19. El molde de cáscara de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque la cantidad de material formador de gel en cualquier capa es no más de 10% en peso de las partículas refractarias en esa capa.