NO821665L

NO821665L - FORM (SPECIAL CAST FORM FOR ALL) WITH PROTECTIVE COATING.

Info

Publication number: NO821665L
Application number: NO821665A
Authority: NO
Inventors: Marcus Textor; Tibor Kugler; Jean-Pierre Gabathuler
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1982-05-19
Publication date: 1982-11-22
Also published as: IT8221195A0; IT1151160B

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en form, spesieltThe present invention relates to a form, in particular

for støping av aluminium og aluminiumlegeringer, hvor arbeidsflaten omfatter et termisk isolerende beskyttende belegg, og det særegne ved formen i henhold til oppfinnelsen er at det beskyttende belegg hovedsakelig utgjøres av metalloksydpartikler med sub-mikron-størrelse . for casting aluminum and aluminum alloys, where the working surface comprises a thermally insulating protective coating, and the peculiarity of the shape according to the invention is that the protective coating mainly consists of metal oxide particles of sub-micron size.

Oppfinnelsen vedrører ogsåAen fremgangsmåte for fremstilling av den nevnte form, og det særegne med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at formens arbeidsflate fuktes med en vandig metalloksydsol, og vannfasen avdampes deretter. The invention also relates to a method for producing the aforementioned mold, and the peculiarity of the method according to the invention is that the working surface of the mold is moistened with an aqueous metal oxide sol, and the water phase is then evaporated.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene. These and other features of the invention appear in the patent claims.

Ved støping av metaller i former bringes smeiten iWhen casting metals into molds, the melt is brought in

direkte kontakt med formen for å størkne metallet. Av kvalitetshensyn er detlnødvendig med en meget nøyaktig regulering av varmegjennomgangen i den tid smeiten først kommer i kontakt med formoverflaten. Hvis varmeut-trekkingen er for sterk, iakttas ofte uønskede kulde-skjøtesteder i det støtte produkt. Sterk varmeut-trekking gjennom formen ved begynnelsen frembringer også betraktelige termiske påkjenninger som kan føre til termisk sprekking av formens arbeidsflate. direct contact with the mold to solidify the metal. For quality reasons, it is necessary to have a very precise regulation of the heat flow during the time when the forge first comes into contact with the mold surface. If the heat extraction is too strong, unwanted cold joints are often observed in the supporting product. Strong heat extraction through the mold at the beginning also produces considerable thermal stresses that can lead to thermal cracking of the mold's working surface.

En kjent fremgangsmåte for å regulere varmeoverføringen mellom .smeiten og formen er å påføre et termisk isolerende, beskyttende belegg på arbeidsflaten av formen. Slike belegg består f.eks. av keramiske materialer som påføres formflaten ved hjelp av høytemperatur-sprøytemetoder. Permanente keramiske belegg gir imidlertid bare forholdsvis korte brukstider i forhold til deres høye pris. A known method for regulating the heat transfer between the forge and the mold is to apply a thermally insulating, protective coating to the working surface of the mold. Such coatings consist, for example, of of ceramic materials that are applied to the mold surface using high-temperature spraying methods. However, permanent ceramic coatings only provide relatively short service times in relation to their high price.

Det er også kjent med termisk isolerende belegg som avsettes på formflaten i form av en vandig suspensjon av fint, kornformet ildfast material. I praksis er det funnet uheldig hvis laget ikke er jevntykt over hele formflaten idet størkningshastigheten i begynnelsen også er ujevn, og dette kan føre til feil i støpestykket som f.eks. overflateporøsitet og over-flatesprekking. Kommersielt tilgjengelige belegg vil også på arbeidsflaten av formen danne et meget fastsittende beskyttende belegg, som må fjernes full-stendig med en meget arbeidsintensiv prosess før et nytt lag avsettes. Thermal insulating coatings are also known which are deposited on the mold surface in the form of an aqueous suspension of fine, granular refractory material. In practice, it is found to be unfortunate if the layer is not of uniform thickness over the entire mold surface, as the solidification rate at the beginning is also uneven, and this can lead to errors in the casting such as e.g. surface porosity and surface cracking. Commercially available coatings will also form a very tight protective coating on the working surface of the mold, which must be completely removed with a very labor-intensive process before a new layer is deposited.

Det er et formål for oppfinnelsen å tilveiebringe enIt is an object of the invention to provide a

form av den nevnte type med et beskyttende belegg som gir en meget god termisk isolasjon og som lett kan avsettes jevnt over arbeidsflaten på formen, og fjernes fra denne flate igjen. form of the aforementioned type with a protective coating which provides very good thermal insulation and which can easily be deposited evenly over the working surface of the form, and removed from this surface again.

Bruken av metalloksydpartikler ved sub-mikronstørrelse for belegging av arbeidsflaten av formen gjør det mulig å bygge opp tynne lag med meget lav densitet og følgelig lav termisk ledningsevne. For å oppnå en.'.spesifikk termisk isolasjon er det derfor bare nødvendig med en liten mengde metalloksydpartikler pr. arealenhet av arbeidsflaten. The use of metal oxide particles at sub-micron size for coating the working surface of the mold makes it possible to build up thin layers with very low density and consequently low thermal conductivity. In order to achieve a specific thermal insulation, only a small amount of metal oxide particles per area unit of the work surface.

Mengden av det beskyttende lag av metalloksyd-partikkel-formet material er foretrukket 0,002 til 2 mg/cm 2 a-v formflaten og den foretrukne partikkelstørrelse er 5 til 50 nm. The amount of the protective layer of metal oxide particulate material is preferably 0.002 to 2 mg/cm 2 a-v mold surface and the preferred particle size is 5 to 50 nm.

Spesielt gode resultater med hensyn til termisk isolasjon oppnås under anvendelse av et beskyttende lag av Si02-partikler i sub-mikronstørrelse. Andre foretrukne metalloksyder er A^O^, MgO, TiC^ og Zr02, og oksydene kan anvendes som enkle oksyder eller i form av en blanding. Particularly good results with regard to thermal insulation are achieved using a protective layer of SiO 2 particles of sub-micron size. Other preferred metal oxides are Al 2 O 2 , MgO, TiC 2 and ZrO 2 , and the oxides can be used as single oxides or in the form of a mixture.

Beleggingsprosessen kan gjennomføres på enkel måteThe coating process can be carried out in a simple way

ved å fukte.arbeidsflaten av formen med en vandig sol inneholdende et metalloksyd og deretter avdampe vannfasen, foretrukket ved tilførsel av varme. by wetting the working surface of the mold with an aqueous sol containing a metal oxide and then evaporating the water phase, preferably by applying heat.

Ved en spesielt fordelaktig utførelsesform av fremgangsmåten oppvarmes arbeidsflaten av formen til en temperatur på minst 60°C og sprøytes så med eller neddykkes i den vandige sol idet disse trinn kan varieres innen vide grenser via konsentrasjonen av den vandige sol, sprøytetiden og antallet av sykluser med neddykning og tørking. In a particularly advantageous embodiment of the method, the working surface of the mold is heated to a temperature of at least 60°C and then sprayed with or immersed in the aqueous sol, these steps can be varied within wide limits via the concentration of the aqueous sol, the spraying time and the number of cycles with immersion and drying.

De beskyttende lag som avsettes ved denne metode på arbeidsflaten av formen har en densitet på omtrent 0,2 g/cm 3 og som i en mengde på 0,002 til 2 mg/cm<2>arbeidsflate gir et lag med tykkelse 0,1 til 100 mikro-meter . The protective layers which are deposited by this method on the working surface of the mold have a density of approximately 0.2 g/cm 3 and which in an amount of 0.002 to 2 mg/cm<2>working surface gives a layer with a thickness of 0.1 to 100 micro-meter.

Det beskyttende lag av metalloksydpartikler i sub-mikronstørrelsen fremviser tilfredsstillende adhesjon fitl formflaten under støpningen..Partikler på over-flaten av det støpte produkt eller på formoverflaten kan lett fjernes etter støping ved hjelp av komprimert luft eller vannstråling. The protective layer of sub-micron metal oxide particles exhibits satisfactory adhesion to the mold surface during casting. Particles on the surface of the molded product or on the mold surface can be easily removed after casting by means of compressed air or water jetting.

Beleggingen med metalloksydpartikler i sub-mikronn størrelse er egnet for alle typer av former enten disse er glatte eller opprullet. The coating with metal oxide particles in sub-micron size is suitable for all types of shapes whether these are smooth or rolled up.

I tilfellet med stasjonære former som f.eks. ved kokille-støpning og former for støpning av råmetall, blir etter hver støpning den fremdeles varme arbeidsflate av formen, om ønsket etter fjernelse av det slitte lag, fordelaktig sprøytet med den vandige sol ved påkasting med komprimert luft eller vann. In the case of stationary forms such as in mold casting and molds for casting raw metal, after each casting the still hot working surface of the mold, if desired after removal of the worn layer, is advantageously sprayed with the aqueous sol by blasting with compressed air or water.

I IN

Beleggingen av arbeidsflaten av kontinuerlige støpe-former med kontinuerlig bevegede formvegger og som har sine arbeidsflater avkjølt ved direkte påkasting av vann kan gjennomføres meget enkelt ved å tilsette en vandig sol av metalloksyd til kjølevannet.. The coating of the working surface of continuous casting molds with continuously moving mold walls and which have their working surfaces cooled by direct application of water can be carried out very simply by adding an aqueous sol of metal oxide to the cooling water.

Foretrukket kan kommersielt tilgjengelige silikasoler som generelt har et SiC>2-innhold på omtrent 10 til 30 vekt* og om ønskelig opp til 1,5 vekt* Al O fortynnes fritt med vann i samsvar med den tykkelse av belegget som ønskes. Preferably, commercially available silica sols which generally have a SiC>2 content of approximately 10 to 30 weight* and if desired up to 1.5 weight* Al O can be freely diluted with water in accordance with the thickness of the coating desired.

Ytterligere fordeler, trekk og detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av gjennom-førte forsøk. Further advantages, features and details of the invention will be apparent from the subsequent description of the experiments carried out.

Sprøyteforsøk, hvori en 0,1* silika-sol ble sprøytet på en kobberplate oppvarmet til omtrent 100°C viste at et belegg av0,005 mg SiC^/cm oppnås etter sprøyting i b2are.. 3 sekunder. For å oppnå et belegg på 0,2 mg Si09/cm under anvendelse av en 1* silika-sol var det nød-vendig å sprøyte i 15 sekunder. Spray experiments, in which a 0.1* silica sol was sprayed onto a copper plate heated to about 100°C, showed that a coating of 0.005 mg SiC 2 /cm is obtained after spraying for 3 seconds. To achieve a coating of 0.2 mg SiO 9 /cm using a 1* silica sol, it was necessary to spray for 15 seconds.

o o

Etter oppvarming av kobberplater til omtrent 100 C ble de sprøytet i forskjellige tidsrom med en 1* silika-sol og på denne måte var det mulig å fremstille belegg med 0,002 til 2 mg SiC^/cm 2 på o kobberplatene. After heating the copper plates to approximately 100 C, they were sprayed for different periods of time with a 1* silica sol and in this way it was possible to produce coatings with 0.002 to 2 mg SiC^/cm 2 on the o copper plates.

Aluminiumssmelter, ved en temperatur på 680°C, ble helt ut på de belagte kobberplater. Etter avkjøling av det størknede metall ble dendritarm-avstanden i metall-strukturen målt. Fra denne kunne det sees at allerede et.belegg med 0,002 mg SiO^/cm på kobberplateoverflaten førte til en betraktelig økning i dendrit-arm avstanden sammenlignet med en ubelagt plate, og dette fenomen kan tilskrives den utmerkede termiske isolasjon som til-veiebringes av det beskyttende lag av SiC^-partikler. Aluminum melt, at a temperature of 680°C, was poured onto the coated copper plates. After cooling the solidified metal, the dendrite arm distance in the metal structure was measured. From this it could be seen that already a coating with 0.002 mg SiO^/cm on the copper plate surface led to a considerable increase in the dendrite-arm distance compared to an uncoated plate, and this phenomenon can be attributed to the excellent thermal insulation provided by the protective layer of SiC^ particles.

1 1

Etter å ha helt ut aluminium gjentatte ganger på den belagte overflate, ble det iakttatt en gradvis fjernelse av belegget og som var bevirket av at SiC^-partikler klebet til det størknede metall. After repeatedly pouring aluminum onto the coated surface, a gradual removal of the coating was observed which was caused by SiC₂ particles adhering to the solidified metal.

Claims

1. Mold, especially for casting aluminum and aluminum alloys, and with a working surface comprising a thermally insulating protective coating, characterized in that the protective coating mainly consists of metal oxide particles in sub-micron size.

2. Form as stated in claim 1, k: a. characterized by the size of the metal oxide particles being 5 to 50 nm.

3. Mold as stated in claim 1 or 2, characterized in that the protective coating of metal oxide particles is applied in an amount of 0.002 to 2 mg/cm of mold working surface.

4. Form as stated in claims 1-3, characterized in that the protective coating mainly consists of SiC^ particles in sub-micron size.

5. Procedure for producing the shape specified *in claim 1, _„.k-.aa kterized by moistening the mold surface with an aqueous metal oxide sol and that the water phase is then evaporated.

6. Method as stated in claim 5, characterized in that the mold working surface is heated to a temperature of at least 60°C and sprayed with the aqueous sol.

7. Method as stated in claim 5, characterized in that the mold work surface is heated to a temperature of at least 60°C and immersed in the watery sun.

8. Method as stated in claims 5-7, characterized in that a silica sol is used as the aqueous sol.