NO784311L - Form og fremgangsmaate til fremstilling av samme - Google Patents

Abstract

Wolframimpregnert keramikkstøpeform_og fremgangsmåte til fremstilling av samme.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av støpeformer for presisjonsstøping av titan og liknende metaller og legeringer.

Innen metallbearbeidelsesteknikken er det kjent å utstyre støpe- og pressformer med belegg for å minske r.eaktiviteten mellom det metall som behandles og det materiale som støpe-eller pressformen består av. Dette er f.eks. kjent fra US-patentskrift 2.806.271 hvor det på formflaten anbringes et tynt belegg av det metall som skal støpes, fra US-patentskrift

3.177.084 som viser anbringelsen av et karbidsjikt på smisinker av grafitt, fra US-patentskrift 3.537.949 hvorfra det er kjent en lagdelt skallform hvor det første lag består av et pulver-formet, ikke-reaktivt metall og de etterfølgende lag består av keramikk, samt fra US-patentskrift 3.680.626 hvorfra det er kjent anvendelse av et overflatelag av et borholdig jernmateriale for støping av aluminiumgjenstander. Fra US-patentskrift 3.180.632 er det kjent en grafittform for støping av titan samt anbringelse av et lag av oksyd av sjeldne jordmetaller på formflaten.

Fra US-patentskrift 3.494.997 er det kjent en keramikkform som er fremstilt med et bindemiddel som er sammensatt av heterogene metallalkoholater. Disse alkoholater nedbrytes sann-synligvis ved brenning av formen. Teknikkens stand når det gjelder skallstøping av titan er beskrevet i brosjyren "Invest-ment Casting ofRefractoryMetals" av Mueller og Koon, utgitt 1972 av RemMetals Corporation,Albany, Oregon, USA. I denne brosjyre er det angitt at det er kjent å anvende wolframformer for støping av titan og at slike former gir meget god støpegods-kvalitet. Den beskrevne fremstillingsmetode omfatter anbringelse j av et første lag wolframpulver og et bindemiddel samt et antall derpå følgende lag av keramisk materiale og bindemiddel. Lavreaktive former for støping av titan og liknende reaktive metaller fremstilles ved impregnering av vanlige keramikkskall-former med en oppløsning som inneholder en wolframforbindelse som spaltes ved oppvarming, hvorved det dannes metallisk wolfram og eventuelt wolframsuboksyder. Uttrykket wolfram omfatter her suboksydene av wolfram og blanding av metallisk wolfram og suboksyder av wolfram. Den wolframforbindelse som fortrinnsvis inngår i oppløsningen er wolframsyre, som kan oppløses i en vandig oppløsning av ammoniumhydroksyd. Impregneringstrinnet gjentas med mellomliggende tørke- og brennetrinn ved høyere temperatur for fjerning av de flyktige bestanddeler og omdannelse av wolframoksydet til wolfram. De ferdige former er ikke-reak-

tive med titan, har betydelig mindre tilbøyelighet til å for-årsake drastiske havarier enn keramikkformer samt er tilstrekke-lig gode elektriske ledere for å muliggjøre oppvarming av for-

men i høyfrekvensfelter.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en fremgangsmåte til impregnering av porøse keramiske materialer med et stoff som kan spaltes og derved danne wolfram. De så-

ledes fremstilte former kan anvendes for støping av titan og titanlegeringer. Det tas også sikte på at formen skal kunne anvendes for støping av andre liknende metaller, såsom niob og molybden samt legeringer av disse metaller. Fremgangsmåten er generelt sett anvendbar på et stort antall forskjellige keram-

iske materialer, blant annet slike som er basert på aluminium-oksyd, zirkonoksyd og magnesiumoksyd. Selv om alle slike porøse keramiske stoffer kan behandles ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen for derved å bli stort sett ikke-reaktive med smeltet titan, er fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen særlig anvendbar i forbindelse med skallstøpeformer som fremstilles under anvendelse av den såkalte voksutsmeltingsmetoden. Slike støpeformer er velkjente på området og er f.eks. beskrevet i US-patentskrifter 2.912.729, 2.945.273 samt 3.754.945. Den spesielle formfrem-stillingsteknikk som anvendes inngår i og for seg ikke i den foreliggende oppfinnelse.

Ifølge oppfinnelsen impregneres keramikkformen med en wolframholdig oppløsning som ved høyere temperatur spaltes, slik at det dannes en wolframforbindelse på keramikkmaterialets overflate samt i de indre porer og kanaler. En slik forbindelse er wolframoksyd som kan oppløses i en vandig ammoniumhydroksyd-oppløsning og anvendes for impregnering av keramiske gjenstander. Ved oppvarming til høyere temperatur spaltes wolframforbindelsen i det keramiske materialets porer. I dette spesielle tilfelle antas det at wolframforbindelsen er ammoniumwolframat, slik at spaltningsproduktet ved brenning blir gassformet ammoniakk og vanndamp som avdamper av formen uten å etterlate noen rest bort-sett fra det ønskete wolfram. At det ikke blir tilbake noen rest er viktig på grunn av titanets velkjente reaktivitet. Alter-nativt skulle ammoniumwolframat kunne oppløses i vann og anvendes som impregneringsbad, hvorved samme resultat ville oppnås.

Formålet med prosessen er å avsette metallisk wolfram

i det keramiske materialets porer så hurtig som mulig. Selv om gjentatt påføring av fortynnete oppløsninger og mellomliggende brenning kan foregå, foretrekkes det imidlertid å anvende en mettet oppløsning av wolframoksyd i en sterk vandig ammonium-hydroksydoppløsning. Det er påvist eksperimentelt at man ved å anvende en 5 0 prosentig ammoniumhydroksydoppløsning og ved å oppløse en metningsmengde wolframoksyd i oppløsning kan oppnå

en form med sterkt nedsatt reaktivitet ved hjelp av bare to impregneringstrinn. Selv om det ikke er eksperimentelt veri-fisert kan man forutsette at man ved å anvende en oppvarmet oppløsning skulle kunne bevirke oppløsning av enda større del av wolframforbindelsen, noe som ville kunne lede til fullsten-digere impregnering ved hjelp av et bestemt antall impregneringstrinn. Det foreslåes videre at impregneringstrinnene kan på-skyndes ved å utøve et ytre trykk eller vakuum i et kammer som inneholder impregneringsoppløsningen, for derved å påskynde impregneringsoppløsningens infiltrering i dé: porøse keramiske materiale. En autoklav skulle kunne anvendes for å påskynde impregneringen under samtidig innvirkning av varme og trykk.

Etter impregneringen vil formen være elektrisk ledende

på grunn av det tynne, sammenhengende wolframsjikt som er dannet på den porøse keramikkforms samtlige ytre og indre flater. Denne elektriske ledningsevne antas å medføre den fordel at den kan muliggjøre forvarming av formen ved høyfrekvent induksjonsopp-varming. Det kontinuerlige wolframsjikt bidrar også til å for-sterke formen og øke dens duktilitet, særlig ved lave og middels høye temperaturer. Denne økning av duktiliteten medfører den fordel at den minsker risikoen for totalhavarier under støpings-operasjonen. Det vil uten videre innses at nærværet av en betydelig mengde wolfram i formgodset øker formens varmelednings-evne og derved minsker temperaturgradientene og varmespenningene

i formen under metallstøpingen.

Oppfinnelsen vil i det etterfølgende bli belyst ytterligere ved hjelp av et utførelseseksempel.

Eksempel

Det ble fremstilt en skallform av en masse av ildfaste zirkonoksydpartikler som ble holdt sammen ved hjelp av et uorganisk bindemiddel av et kolloidalt silisiumdioksyd. For-

men var porøs og hadde en veggtykkelse på ca. 1,01 cm.

Det ble fremstilt en 50 prosentig vannoppløsning av NH^OH som ble mettet med wolframsyre i pulverform ved romtemperatur. Blandingen ble omrørt kraftig og fikk deretter stå slik at over-skuddet av wolframsyre sank til bunnen. Den klare, mettede opp-løsning ble dekantert og anvendt for behandling av keramikkformen. Formen ble neddykket i oppløsningen i \ time for å sikre fullstendig inntrengning av oppløsningen (etter mindre enn 10 minutter kom oppløsning som var blitt helt i formen til syne på formens ytterside). Formen ble deretter tatt opp av opp-løsningen, tørket i luft (i en liten tørkeovn) og deretter brent ved 950°C i 1 time. Etter denne behandling hadde formen antatt en metallisk, svart farge. To slike behandlinger var tilstrek-kelige til å senke den elektriske motstand hos formens ytterside til ca. 50-60 ohm. Etter tre slike behandlinger var formen svakt ledende (3 00 ohm) gjennom veggen i tykkelsesretningen. Under disse forhold vil formen oppta strømvarme dersom den anbringes i en egnet induksjonsspole.

Formen ble fremstilt på den ovenfor beskrevne måte under anvendelse av bare to impregneringstrinn, og et støpegods ble oppnådd ved dryppsmelting av lysbuesmeltet titan i formen under vakuum. Et kontrollstøpegods ble samtidig fremstilt i en ubehandlet zirkonoksydform. Støpegodset i den ubehandlete form kunne fjernes av denne, men en tydelig iakttagbar "mattering" kunne iakttas på støpegodsets overflate, mens støpegodset fra den behandlete form var rent og blankt. Den ubehandlete forms innerflater viste også tydelige tegn på reaksjon med støpe-metallet mens den behandlete form viste få tegn på reaksjon med støpemetallet.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en wolframimpregnert keramikkform med lav reaktivitet, karakterisert ved a) at det fremstilles en porøs keramikkform, b) at det fremstilles en wolframsyreinneholdende vann-opplø sning, c) at formen mettes med wolframsyreoppløsningen, d) at formen tørkes, samt e) at formen brennes for omdannelse av wolframsyren til wolfram eller wolframoksyd.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at trinnene c), d) og e) gjentas. a

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakteri sert ved at den vannholdige oppløsning inneholder ammoniumhydroksyd og wolframsyre.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at vannoppløsningen fremstilles ved oppløsning av ammoniumwolframat i vann.

5. Wolframimpregnert keramikkform, anvendbar for støping av reaktive metaller og fremstilt ved fremgangsmåten ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved en porøs keramikkform hvis indre hulromsvegger er belagt med! et tynt sjikt av et materiale i form av wolframmetall, wolframoksyd, wolframsuboksyd samt blandinger av disse, idet formen er elektrisk ledende.