WO2006024540A2 - Formstoffmischung zur herstellung von giessformen für die metallverarbeitung - Google Patents

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WO2006024540A2 PCT/EP2005/009470 EP2005009470W WO2006024540A2 WO 2006024540 A2 WO2006024540 A2 WO 2006024540A2 EP 2005009470 W EP2005009470 W EP 2005009470W WO 2006024540 A2 WO2006024540 A2 WO 2006024540A2
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Henning Rehse
Anton Gienic
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Definitions

  • the invention relates to a molding material mixture for the production of casting molds for metal processing, which comprises at least one free-flowing refractory molding base material and a water glass-based binder. Furthermore, the invention relates to a method for the production of molds for metal processing using the molding material mixture as well as a mold obtained by the method.
  • Molds for the production of metal bodies are essentially manufactured in two versions.
  • a first group form the so-called cores or forms. From these, the casting mold is assembled, which essentially represents the negative mold of the casting to be produced.
  • a second group form hollow bodies, so-called feeders, which act as a compensation reservoir. These take up liquid metal, whereby by appropriate measures it is ensured that the metal lasts longer in the liquid phase remains as the metal which is in the mold forming the negative mold. If the metal solidifies in the negative mold, liquid metal can flow out of the compensating reservoir in order to compensate for the volume contraction which occurs when the metal solidifies.
  • Molds consist of a refractory material, beispiels ⁇ quartz sand, the grains are connected after molding of the mold by a suitable binder to ensure aus ⁇ reaching mechanical strength of the mold.
  • a suitable binder for the production of casting molds, therefore, use is made of a fire-resistant mold base material which has been treated with a suitable binder.
  • the refractory molding base material is preferably in a free-flowing form, so that it can be filled into a suitable hollow mold and compacted there.
  • the binder produces a firm cohesion between the particles of the molding base material, so that the casting mold obtains the requisite mechanical stability.
  • Molds must meet different requirements. During the casting process itself, they must first have sufficient stability and temperature resistance in order to receive the liquid metal in the mold formed from one or more casting molds. After the start of the solidification process, the mechanical stability of the mold is ensured by a solidified metal layer, which forms along the walls of the mold. The material of the casting mold must now decompose under the influence of the heat given off by the metal in such a way that it loses its mechanical strength, ie the cohesion between individual particles of the refractory material is removed. This is achieved, for example, by decomposing the binder under the influence of heat. After cooling, the solidified casting is shaken, ideally, the material of the casting molds again to a fine Sand breaks down, which can be poured out of the cavities of the metal mold.
  • both organic and inorganic binders can be used, the curing of which can be carried out in each case by cold or hot processes.
  • the term "cold process” refers to processes which are essentially carried out at room temperature without heating the casting mold.
  • the curing is usually carried out by a chemical reaction, which is triggered for example by the fact that a gas is passed as a catalyst through the mold to be cured.
  • hot processes after molding, the molding material mixture is heated to a sufficiently high temperature in order, for example, to drive off the solvent present in the binder or to initiate a chemical reaction by which the binder is cured, for example by crosslinking.
  • Ashland cold box process An example of the production of molds using organic binders is the so-called Ashland cold box process. It is a two-component system. The first component consists of the solution of a polyol, most of a phenolic resin. The second component is the solution of a polyisocyanate.
  • the two components of the polyurethane binder are reacted by passing a gaseous tertiary amine through the mixture of molding base material and binder after molding.
  • the curing reaction of polyurethane binders is a polyaddition, ie a reaction without elimination of By-products, such as water.
  • Other advantages of this cold-box process include good productivity, dimensional accuracy of the casting molds and good technical properties, such as the strength of the casting molds, the processing time of the mixture of mold base and binder, etc.
  • Hot-curing organic processes include the hot-box process based on phenolic or furan resins, the warm box process based on furan resins, and the croning process based on phenolic novolac resins.
  • liquid resins are processed into a molding compound with a latent curing agent that is only effective at elevated temperatures.
  • Croning process are form-basic materials, such as quartz, chromite, zircon sands, etc. at a temperature of about 100 to 160 0 C with a liquid at that temperature phenolic novolac resin coated. Hexamethylenetetramine is added as a reaction partner for the subsequent curing.
  • Formge ⁇ place advertising and curing in heatable tools instead, which are heated to a temperature of up to 300 0 C.
  • all organic systems have in common that they decompose thermally when filling the liquid metal into the casting mold and can release pollutants such as benzene, toluene, xylenes, phenol, formaldehyde and higher, partially unidentified cracking products , Although various measures have succeeded in minimizing these emissions, they can not be completely avoided with organic binders.
  • binder systems which are based on inorganic materials or which contain at most a very small proportion of organic compounds.
  • binder systems have been known for some time. Binder systems have been developed which can be cured by introduction of gases. Such a system is described, for example, in GB 782 205, in which an alkane water glass is used as a binder, which can be cured by introduction of CO 2 .
  • DE 199 25 167 describes an exothermic feeder composition which contains an alkali metal silicate as binder.
  • binder systems have been developed which are self-curing at room temperature. Such a system based on phosphoric acid and metal oxides is described, for example, in US Pat. No. 5,582,232.
  • inorganic binder systems are known which are cured at higher temperatures, for example in a hot. Tool.
  • hot-curing binder systems are known, for example, from US Pat. No. 5,474,606, in which a binder system consisting of alkali water glass and aluminum silicate is described.
  • Inorganic binders have the disadvantage, in comparison to organic binders, that the casting molds produced therefrom have relatively low strengths. This is especially evident immediately after the removal of the mold from the tool. Good strength at this time, however, are particularly important for the production of complicated, thin-walled moldings and their safe handling. The reason for the low strength is primarily that the casting molds still contain residual water from the binder. Longer dwell times in the hot, closed tool only make a decisive contribution, since the steam can not escape to a sufficient extent. To complete the drying of the molds as complete as possible In WO 98/06522, it is proposed to leave the molding material mixture in a tempered core box only after molding, so that a dimensionally stable and stable edge shell is formed. After opening the core box, the mold is removed and then completely dried under the action of microwaves. However, the additional drying is complex, prolongs the production time of the molds and contributes, not least by the energy costs, significantly to the increase in the cost of the manufacturing process.
  • EP 1 122 002 a method is described, which is suitable for the production of molds for metal casting.
  • an alkali metal hydroxide in particular sodium hydroxide solution
  • a particulate metal oxide which can form a metalate in the presence of the alkali metal hydroxide.
  • the particles are dried after a layer of the metal has formed at the edge of the particles. At the core of the particles remains a section in which the metal oxide was not reacted.
  • a dispersed silica or finely divided titanium oxide or zinc oxide is preferably used.
  • WO 94/14555 describes a molding material mixture which is also suitable for the production of casting molds and which contains, in addition to a refractory molding base material, a binder which consists of a phosphate or borate glass, wherein the mixture further contains a finely divided refractory material.
  • silicon dioxide can also be used as the refractory material.
  • EP 1 095 719 A2 describes a binder system for molding sands for the production of cores.
  • the waterglass-based binder system consists of an aqueous alkali metal silicate solution and a hygroscopic base, for example sodium hydroxide, which is added in a ratio of 1: 4 to 1: 6.
  • the water glass has a modulus SiO 2 / M 2 O of from 2.5 to 3.5 and a solids content of from 20 to 40%.
  • the binder system contains a devisflä ⁇ -active substance, such as silicone oil having a boiling point of> 250 0 C.
  • the binder system is mixed with a suitable Feuer ⁇ solid material, such as quartz sand, and can then be injected with a core shooter in a core box.
  • the hardening of the molding material mixture takes place by removal of the water still contained.
  • the drying or hardening of the casting mold can also take place under the action of microwaves.
  • the previously known molding material mixtures for the production of casting molds still have room for an improvement in the properties, for example with regard to the strength of the cast molds produced and with regard to their resistance to atmospheric moisture during storage over a relatively long period of time. It is also desirable to achieve a high quality of the surface of the casting after casting, so that the finishing of the surface can be carried out with little effort.
  • the molding material mixture should allow the production of casting molds, with which castings can be produced, which have a high quality of the surface, so that only a small finishing of the surfaces is required.
  • a binder which contains an alkali water glass and a particulate metal oxide which is selected from the group of silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide and zinc oxide enhances the strength of casting molds both immediately after molding and curing can be significantly improved even when stored under high humidity.
  • the above-mentioned particulate metal oxides can be used both individually and in combination.
  • the molding material mixture according to the invention for the production of casting molds for metal processing comprises at least:
  • a refractory molding base a refractory molding base
  • a water glass based binder a refractory molding base
  • a refractory molding base material can be used for the production of molds usual materials. Suitable examples are quartz or zircon sand. Furthermore, fibrous refractory mold base materials are suitable, such as, for example, chamotte fibers. Other suitable refractory mold bases are, for example, olivine, chrome ore sand, vermiculite. It is also possible to use artificial molding materials as refractory molding base materials, for example aluminum silicate hollow spheres (so-called microspheres), glass beads, glass granules or spherical ceramic molding materials known by the name "Cerabeads" or "Carboaccucast".
  • These spherical ceramic mold bases contain as minerals, for example mullite, corundum, ß-cristobalite in different proportions. They contain as essential proportions alumina and silica. Typical compositions contain, for example, Al 2 O 3 and SiO 2 in approximately equal proportions. In addition, other constituents may also be present in proportions of ⁇ 10%, such as TiO 2 , Fe 2 C> 3 .
  • the diameter of the microspheres is preferably less than 1000 ⁇ m, in particular less than 600 ⁇ m.
  • These artificial molding base materials do not have a natural origin and may also have been subjected to a special shaping process, for example in the production of aluminum silicate hollow microspheres, glass beads or spherical ceramic molding bases.
  • Glass materials are particularly preferably used as refractory artificial mold bases. These are used in particular either as glass beads or as glass granules. Conventional glasses can be used as the glass, with glasses showing a high melting point being preferred. For example, glass beads and / or glass granules made from broken glass are suitable. Also suitable are borate glasses. The composition of such glasses is given by way of example in the table below. Table: Composition of glasses
  • M alkaline earth metal, eg Mg, Ca, Ba M 1 : alkali metal, eg Na, K
  • the diameter of the glass beads is preferably less than 1000 ⁇ m, in particular less than 600 ⁇ m.
  • the preferred proportion of the artificial molding base materials is at least about 3 wt .-%, more preferably at least 5 wt .-%, particularly preferably at least 10 wt .-%, preferably at least about 15 wt .-%, particularly preferably at least about 20 Wt .-%, based on the total amount of refractory molding material.
  • the refractory molding base material preferably has a free-flowing state, so that the molding material mixture according to the invention can be processed in conventional core shooting machines.
  • the molding material mixture according to the invention comprises a water glass-based binder.
  • a water glass-based binder As Wasser ⁇ glass while conventional water glasses can be used, as they are already used as binders in molding material mixtures. These water glasses contain dissolved sodium or potassium silicates and can be prepared by dissolving glassy potassium and sodium silicates in water.
  • the water glass preferably has a module in the range of 1.6 to 4.0, especially 2.0 to 3.5, wherein M is sodium and / or potassium.
  • the water glasses preferably have a solids content in the range from 30 to 60% by weight. The solids content refers to the amount of SiO 2 and M 2 O present in the water glass.
  • the molding material mixture contains a proportion of a particulate metal oxide selected from the group of silica, alumina, titania and zinc oxide.
  • the particle size of these metal oxides is preferably less than 300 microns, preferably less than 200 microns, more preferably less than 100 microns.
  • the particle size can be determined by sieve analysis.
  • the sieve residue on a sieve with a mesh width of 63 ⁇ m is less than 10% by weight, preferably less than 8% by weight.
  • Particular preference is given to using silicon dioxide as the particulate metal oxide, with synthetically produced amorphous silicon dioxide being particularly preferred here.
  • the particulate silica used is preferably precipitated silica and / or fumed silica.
  • Precipitated silica is obtained by reaction of an aqueous alkali metal silicate solution with mineral acids. The resulting precipitate is then separated, dried and ground.
  • Fumed silicas are silicic acids which are obtained by coagulation from the gas phase at high temperatures.
  • the production of pyrogenic silica can be carried out, for example, by flame hydrolysis of silicon tetrachloride or in the electric arc furnace by reduction of quartz sand with coke or anthracite to silicon monoxide gas with subsequent oxidation to silica.
  • the pyrogenic silicas produced by the arc furnace process may still contain carbon.
  • Precipitated silica and fumed silica are equally well suited for the molding material mixture according to the invention. Die ⁇ se silicic acids are hereinafter referred to as "synthetic silicic acids are hereinafter referred to as "syn
  • the inventors assume that the strongly alkaline water glass can react with the silanol groups arranged on the surface of the synthetically produced amorphous silica, and that when the water evaporates, an intensive compound is produced between the silicon dioxide and the then solid water glass.
  • the molding material mixture according to the invention represents an intensive mixture of at least the constituents mentioned.
  • the particles of the refractory molding base material are preferably coated with a layer of the binder.
  • evaporation of the water present in the binder about 40-70 wt .-%, be ⁇ based on the weight of the binder
  • a solid Cohesion between the particles of the refractory Formground ⁇ material can be achieved.
  • the binder i. the water glass and the particulate metal oxide, in particular synthetic amorphous silicon dioxide, is preferably present in the molding material mixture in a proportion of less than 20% by weight. If massive molding base materials are used, such as quartz sand, the binder is preferably present in a proportion of less than 10% by weight, preferably less than 8% by weight, particularly preferably less than 5% by weight. If refractory mold bases are used which have a low density, such as the hollow microspheres described above, the proportion of binder increases accordingly.
  • the particulate metal oxide in particular the synthetic amorphous silicon dioxide, is based on the weight of the binding agent, preferably in a proportion of from 2 to 60% by weight, preferably between 3 and 50% by weight, in particular be ⁇ preferably between 4 and 40 wt .-%.
  • the ratio of water glass to particulate metal oxide, in particular synthetic amorphous silicon dioxide can be varied within wide ranges. This offers the advantage of improving the initial strength of the casting mold, ie the strength immediately after removal from the hot mold, and the moisture resistance, without the ultimate strengths, ie the strengths after cooling of the casting mold, compared with a waterglass binder without amorphous silicon dioxide wesent ⁇ Lich affect. This is of great interest especially in light metal casting.
  • high initial strengths are desired in order to be able to transport these after the production of the casting mold without problems or to be able to put them together with other casting molds.
  • the final strength after curing should not be too high to cause difficulties in curing Binder decomposition after casting to avoid, ie the molding material should be able to be easily removed from the cavities of the mold after casting.
  • the molding material contained in the molding material mixture according to the invention may contain at least a proportion of hollow microspheres in one embodiment of the invention.
  • the diameter of the hollow microspheres is usually in the range of 5 to 500 ⁇ m, preferably in the range of 10 to 350 ⁇ m, and the thickness of the shell is usually in the range of 5 to 15% of the diameter of the microspheres.
  • These microspheres have a very low specific weight, so that the casting molds produced using hollow microspheres have a low weight.
  • Particularly advantageous is the insulating effect of the hollow microspheres.
  • the hollow microspheres are therefore used in particular for the production of molds, if they are to have an increased insulating effect.
  • Such casting molds are for example the Spei ⁇ already described in the introduction, which act as a reservoir compensation and liquid metal, wherein the metal should be obtained in a liquid state until the filled into the mold metal is solidified.
  • Another field of application of casting molds containing hollow microspheres are, for example, sections of a casting mold which correspond to particularly thin-walled sections of the finished casting mold. The insulating effect of the hollow microspheres ensures that the metal in the thin-walled sections does not prematurely solidify and thus clog the paths within the casting mold.
  • the binder owing to the low density of these hollow microspheres, is preferably used in a proportion in the range of preferably less than 20% by weight, particularly preferably in the range from 10 to 18% by weight.
  • the hollow microspheres preferably consist of an aluminosilicate.
  • These aluminum silicate microbubbles preferably have an aluminum oxide content of more than 20% by weight, but may also have a content of more than 40% by weight.
  • Sol ⁇ che hollow microspheres for example, by Omega Minerals Germany GmbH, Norderstedt, under the names omega-Spheres ® SG with an alumina content of about 28 - 33%, Omega-Spheres ® WSG with an alumina content of about 35-39 % and E- Spheres® with an aluminum oxide content of about 43% in the trade.
  • Corresponding products are in the PQ Corporation (USA) under the name "Extendospheres ®" er ⁇ biblich.
  • hollow microspheres are used as the refractory molding base, which are made of glass.
  • the hollow microspheres consist of a borosilicate glass.
  • the borosilicate glass has a proportion of boron, calculated as B 2 O 3 , of more than 3% by weight.
  • the proportion of hollow microspheres is preferably less than 20 wt .-%, based on the Formstoff ⁇ mixture.
  • a small proportion is preferably selected. This is preferably less than 5% by weight, preferably less than 3% by weight, and is particularly preferably in the range from 0.01 to 2% by weight.
  • the molding material mixture according to the invention contains, in a preferred embodiment, at least one proportion of glass granules and / or glass beads as a refractory molding material.
  • the molding material mixture is an exothermic molding mixture which is suitable, for example, for the preparation of exothermic feeders.
  • the shape an oxidizable metal and a suitable oxidizing agent.
  • the oxidizable metals preferably form a proportion of 15 to 35 wt .-%.
  • the oxidizing agent is preferably added in an amount of from 20 to 30% by weight, based on the molding material mixture.
  • Suitable oxidizable metals are, for example, aluminum or magnesium.
  • Suitable oxidizing agents are, for example, iron oxide or potassium nitrate.
  • the molding material mixture according to the invention contains a proportion of platelet-shaped lubricants, in particular graphite or MoS 2 .
  • platelet-shaped lubricants in particular graphite or MoS 2 .
  • the amount of added platelet-shaped lubricant, in particular graphite is preferably 0.1% by weight to 1% by weight, based on the molding material.
  • the molding material mixture according to the invention may also comprise further additives.
  • internal release agents can be added which facilitate the separation of the molds from the mold. Suitable internal release agents are, for example, calcium stearate, fatty acid esters, waxes, natural resins or special alkyd resins.
  • silanes can also be added to the molding material mixture according to the invention.
  • the inventive molding material mixture in a be ⁇ vorzugten embodiment contains an organic additive which, therefore at room temperature is to be a melting point in the range from 40 to 180 0 C, preferably having 50 to 175 0 C.
  • Organic additives are understood to mean compounds whose molecular skeleton is composed predominantly of carbon atoms, that is, for example, organic polymers.
  • the quality of the surface of the casting can be further improved.
  • the mechanism of action of the organic additives has not been clarified. Without wishing to be bound by this theory, however, the inventors assume that at least some of the organic additives are burnt during the casting process, thereby creating a thin gas cushion between the liquid metal and the molding material forming the wall of the casting mold and thus a reaction between the liquid metal and the molding material is prevented. Further, the inventors believe that some of the organic additives under the reducing atmosphere of the casting form a thin layer of so-called lustrous carbon, which also prevents reaction between metal and molding material. As a further advantageous effect, an increase in the strength of the casting mold after curing can be achieved by the addition of the organic additives.
  • the organic additives are preferably used in an amount of 0.01 to 1.5% by weight, more preferably 0.05 to 1.3% by weight, particularly preferably 0.1 to 1.0% by weight, respectively based on the molding material added.
  • Suitable organic additives are, for example, phenol-formaldehyde resins, for example novolaks, epoxy resins, for example bisphenol A epoxy resins, bisphenol F epoxy resins or epoxidized novolaks, polyols, such as, for example, Polyethylene glycols or polypropylene glycols, polyolefins such as polyethylene or polypropylene, copolymers of olefins such as ethylene or propylene, and other comonomers such as vinyl acetate, polyamides such as polyamide-6, polyamide-12 or polyamide-6, 6, natural Resins such as gum rosin, fatty acid esters such as cetyl palmitate, fatty acid amides such as ethylenediamine bisstearamide, and metallic soaps such as stearates or oleates of di- or tri-valent metals.
  • the organic additives can be, for example, phenol-formaldehyde resins, for example novolaks, epoxy resins
  • the molding material mixture according to the invention contains a proportion of at least one silane.
  • suitable silanes are, for example, aminosilanes, silane epoxy, mercaptosilanes, hydroxysilanes and ureidosilanes.
  • silanes examples include ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, ⁇ -hydroxypropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltriethoxysilane, ⁇ -mercaptopropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ - (3,4-epoxycyclohexyl) trimethoxysilane and N- ⁇ (aminoethyl) -Y aminopropyltrimethoxysilane.
  • silane Based on the particulate metal oxide, about 5 to 50% of silane is typically used, preferably about 7 to 45%, more preferably about 10 to 40%.
  • the casting molds produced with the molding mixture according to the invention show a good disintegration after the casting, in particular during aluminum casting.
  • the use of the moldings produced from the molding material mixture according to the invention is not limited to light metal casting.
  • the casting molds are generally suitable for casting metals. Such metals are, for example, non-ferrous metals, such as brass or bronzes, and ferrous metals.
  • the invention further relates to a process for the production of casting molds for metal processing, wherein the molding mixture according to the invention is used.
  • the process according to the invention comprises the steps:
  • Curing the molding material mixture by the molding material mixture is heated, wherein the cured mold is erhal ⁇ th.
  • the procedure is generally such that initially the refractory molding base material is introduced and then the binder is added with stirring.
  • the water glass and the particulate metal oxide, in particular the synthetic amorphous silicon dioxide can be added per se in any order.
  • the molding material mixture is then brought into the desired shape.
  • customary methods are used for the shaping.
  • the molding material mixture can be shot by means of a core shooting machine with the aid of compressed air into the mold.
  • the molding material mixture is then cured by supplying heat in order to evaporate the water contained in the binder. The heating can be done for example in the mold. It is possible to fully cure the mold already in the mold. However, it is also possible to cure the casting mold only in its edge region, so that it has sufficient strength to be able to be removed from the molding tool.
  • the casting mold can then be completely filled. digested by their further water is withdrawn. This can be done for example in an oven. The removal of water can also be carried out, for example, by evaporating the water at reduced pressure.
  • the curing of the molds can be accelerated by blowing heated air into the mold.
  • rapid removal of the water contained in the binder is achieved, as a result of which the casting mold is finished in periods suitable for industrial use.
  • the temperature of the air blown in is preferably vor ⁇ 100 0 C to 18O 0 C, particularly preferably from 120 0 C to 150 0 C.
  • the flow rate of the heated air is vor ⁇ preferably set so that curing of the casting mold suitable for an industrial application in Periods takes place.
  • the periods depend on the size of the molds produced. It is desirable to cure in less than 5 minutes, preferably less than 2 minutes. For very large molds, however, longer periods may be required.
  • the removal of the water from the molding material mixture can also be carried out in such a way that the heating of the molding material mixture is effected by irradiation of microwaves.
  • the irradiation of the microwaves is preferably carried out after the casting mold has been removed from the molding tool.
  • the casting mold must already have sufficient strength. As already explained, this can be achieved, for example, by curing at least one outer shell of the casting mold already in the molding tool.
  • the flowability of the molding material mixture according to the invention can be improved by the addition of platelet-shaped lubricants, in particular graphite and / or MoS 2 .
  • the platy Lubricant, in particular graphite thereby be added separately from the two binder components of the molding material mixture.
  • the addition of the organic additive per se can be carried out at any time during the preparation of the molding material mixture.
  • the addition of the organic additive can be carried out in bulk or in the form of a solution.
  • Water-soluble organic additives can be used in the form of an aqueous solution. If the organic additives are soluble in the binder and are stable in storage over several months in the binder, they can also be dissolved in the binder and thus added together with this the molding material. Water-insoluble additives can be used in the form of a dispersion or a paste. The dispersions or pastes preferably contain water as solvent. As such, solutions or pastes of the organic additives can also be prepared in organic solvents. However, if a solvent is used for the addition of the organic additives, water is preferably used.
  • the addition of the organic additives is carried out as a powder or as a short fiber, wherein the average particle size or the fiber length is preferably selected so that it does not exceed the size of the molding material particles.
  • the organic additives can be sieved through a sieve with the mesh width of about 0.3 mm.
  • the particle-shaped particles become Metal oxide and the organic or the additives preferably not separately added to the molding sand, but mixed in advance.
  • the silanes are usually added in the form that they are incorporated into the binder in advance.
  • the silanes can also be added to the molding material as a separate component.
  • the method according to the invention is in itself suitable for the production of all casting molds customary for metal casting, that is to say, for example, of cores and molds.
  • the process according to the invention for the production of feeders eig ⁇ net is in itself suitable for the production of all casting molds customary for metal casting, that is to say, for example, of cores and molds.
  • the molds produced from the molding material mixture according to the invention or with the inventive method have a high strength immediately after the production, without the strength of the molds after curing is so high that difficulties after the production of the casting occur during removal of the mold. Furthermore, these casting molds have a high stability with increased air humidity, ie the casting molds can be stored problem-free even over a long period of time.
  • Another object of the invention is therefore a casting mold which has been obtained by the process according to the invention described above.
  • the casting mold according to the invention is generally suitable for metal casting, in particular light metal casting. Particularly advantageous results are obtained in aluminum casting.
  • FIG. 1 shows a cross section through a mold used for testing the flowability
  • Fig. 2 a cross section through a mold, which for
  • Georg Fischer test bars are cuboid test bars measuring 150 mm x 22.36 mm x 22.36 mm.
  • the composition of the molding material mixture is given in Table 1.
  • the Georg Fischer test bars were prepared as follows: The components listed in Table 1 were mixed in a La wingwing mixer (Vogel & Schemann AG, Hagen, DE). For this purpose, initially the quartz sand was introduced and added with stirring the water glass. As a water glass, a sodium water glass was used, which had proportions of potassium. In the following tables, the modulus is therefore given as SiO 2 : M 2 O, where M is the sum of sodium and potassium. After stirring the mixture for one minute, the amorphous silica (examples of the present invention) was optionally added with further stirring. The mixture was then stirred for a further minute;
  • the molding material mixtures were 2.5 hot box core shooting machine from Röperwerk in the stock hopper of an H - G mane ⁇ reimaschinen GmbH, Viersen, DE transferred, whose molding tool had been heated to 200 0 C;
  • test bars were placed in a Georg Fischer strength tester equipped with a 3-point bending device (DISA Industrie AG, Schaffhausen, CH) and the force was measured, which led to the breakage of the test ring.
  • the flexural strengths were measured according to the following scheme: - 10 seconds after removal (hot strengths);
  • Example 1.4 to 1.7 increasing amounts of amorphous silica, which had been produced in the electric arc furnace, were added to the molding material mixtures. The amount of molding material and water glass was kept constant in each case.
  • Comparative Example 1.1 a molding material mixture was prepared which had the same composition as the molding material mixtures of Examples 1.4 to 1.7, but without the addition of amorphous silicon dioxide. - Z o ⁇
  • the results from Table 2 show that the addition of amorphous silicon dioxide produced in the arc markedly increases the bending strength of the test bars.
  • the flexural strength of the test bars increases particularly strongly in the case of a measurement after storage in the climatic cabinet at elevated air humidity. This means that the test bars produced with the molding material mixture according to the invention substantially retain their strength even after prolonged storage.
  • Increasing amounts of zu ⁇ given amorphous silica lead to increasing Biegefes ⁇ activities.
  • a strong increase in the bending strengths is initially observed, which flattens out as the amount of added amorphous silicon dioxide increases.
  • Examples 1.4, 1.8 and 1.9 equal amounts of mold base, water glass and amorphous silicon dioxide (produced in the arc) were processed, but the ratio SiO 2 : M 2 O of the alkali water glass was changed.
  • the ratio SiO 2 : M 2 O of the alkali water glass was changed.
  • the amorphous silica produced in the Lichtbo ⁇ genofen regardless of the ratio SiO 2 : M 2 O of Alkaliwasser ⁇ glass is effective.
  • Examples 1.4, 1.10 and 1.11 in each case the same amounts of mold base, water glass and amorphous silicon dioxide were processed, but the nature of the synthetic amorphous silica was varied.
  • the flexural strengths listed in Table 2 show that precipitated and pyrogenic, by Flainmhydrolyse produced silicas are as effective as in the arc furnace produced amorphous silica.
  • Example 2 The preparation of the molding material mixtures and their testing were carried out analogously to Example 1.
  • the compositions of the molding material mixtures used for the preparation of the test bars are listed in Table 3.
  • the values found in the flexural strength tests are summarized in Table 4.
  • the hot strengths and the resistance to high air humidity can be improved without simultaneously increasing the cold strengths.
  • Examples 3.3-3.5 show that the addition of silane has a positive effect on the strengths, especially with respect to the resistance to high humidity.
  • the positive effect of the amorphous silica is not limited to quartz sand as molding material, but that it also has a strength-increasing effect on other molding materials, e.g. Microspheres, ceramic balls and Glasper ⁇ len.
  • composition Aluminum (0.063 - 0.5 mm grain size) 25%
  • the amorphous silica also increases strength in the case of exothermic compositions as a molding material.
  • the flowability of the molding material mixtures was determined with the aid of the degree of filling of the molding tool 1 shown in FIG. averages.
  • the mold 1 consists of two halves, which can be connected to each other, so that a cavity 2 is formed.
  • the cavity 2 comprises three chambers 2a, 2b and 2c of circular cross-section having a diameter of 100 mm and a height of 30 mm.
  • the chambers 2a, 2b and 2c are each connected by circular openings 3a, 3b having a diameter of 15 mm.
  • the circular openings are made in partitions 4a, 4b, which have a thickness of 8 mm.
  • the openings 3a, 3b are each arranged 37.5 mm to the central axis 6 offset at a maximum distance from each other ange ⁇ .
  • an access 5 through which the molding material mixture can be filled, leads into the chamber 2a along the central axis 6.
  • the access 5 has a circular cross section with a diameter of 15 mm.
  • a vent opening 7 is further provided, which has a circular cross-section with a diameter of 9 mm and which is provided with a so-called slot nozzle.
  • the mold 1 is used for filling in a core shooting machine.
  • composition of the investigated molding material mixtures is listed in Table 14.
  • Table 12 shows that the addition of organic additives improves the casting surface.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen, mit dem Verfahren erhaltene Gießfor­men sowie deren Verwendung. Für die Herstellung der Gießformen wird ein feuerfester Formgrundstoff sowie ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel verwendet. Dem Bindemittel ist ein An­teil eines teilchenförmigen Metalloxids zugesetzt, welches aus­gewählt ist aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Zinkoxid. Besonders bevorzugt wird als Metalloxid synthetisches amorphes Siliciumdioxid verwendet.

Description

FORMSTOFFMISCHDNG ZUR HERSTELLUNG VON GIESSFORMEN FÜR DIE METALLVERARBEITUNG
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Formstoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, welche mindestens einen rieselfähigen feuerfesten Formgrundstoff sowie ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung unter Verwendung der Formstoffmischung sowie eine mit dem Verfahren erhaltene Gießform.
Gießformen für die Herstellung von Metallkörpern werden im We¬ sentlichen in zwei Ausführungen hergestellt. Eine erste Gruppe bilden die so genannten Kerne oder Formen. Aus diesen wird die Gießform zusammengesetzt, welche im Wesentlichen die Negativform des herzustellenden Gussstücks darstellt. Eine zweite Gruppe bilden Hohlkörper, sog. Speiser, welche als Ausgleichsreservoir wirken. Diese nehmen flüssiges Metall auf, wobei durch entspre¬ chende Maßnahmen dafür gesorgt wird, dass das Metall länger in der flüssigen Phase verbleibt, als das Metall, das sich in der die Negativform bildenden Gießform befindet. Erstarrt das Metall in der Negativform, kann flüssiges Metall aus dem Ausgleichsre¬ servoir nachfließen, um die beim Erstarren des Metalls auftre¬ tende Volumenkontraktion auszugleichen.
Gießformen bestehen aus einem feuerfesten Material, beispiels¬ weise Quarzsand, dessen Körner nach dem Ausformen der Gießform durch ein geeignetes Bindemittel verbunden werden, um eine aus¬ reichende mechanische Festigkeit der Gießform zu gewährleisten. Für die Herstellung von Gießformen verwendet man also einen feu¬ erfesten Formgrundstoff, welcher mit einem geeigneten Bindemit¬ tel behandelt wurde. Der feuerfeste Formgrundstoff liegt bevor¬ zugt in einer rieselfähigen Form vor, so dass er in eine geeig¬ nete Hohlform eingefüllt und dort verdichtet werden kann. Durch das Bindemittel wird ein fester Zusammenhalt zwischen den Parti¬ keln des Formgrundstoffs erzeugt, so dass die Gießform die er¬ forderliche mechanische Stabilität erhält.
Gießformen müssen verschiedene Anforderungen erfüllen. Beim Gießvorgang selbst müssen sie zunächst eine ausreichende Stabi¬ lität und Temperaturbeständigkeit aufweisen, um das flüssige Metall in die aus einem oder mehreren Gieß (teil) formen gebildete Hohlform aufzunehmen. Nach Beginn des Erstarrungsvorgangs wird die mechanische Stabilität der Gießform durch eine erstarrte Metallschicht gewährleistet, die sich entlang der Wände der Hohlform ausbildet. Das Material der Gießform muss sich nun un¬ ter dem Einfluss der vom Metall abgegebenen Hitze in der Weise zersetzen, dass es seine mechanische Festigkeit verliert, also der Zusammenhalt zwischen einzelnen Partikeln des feuerfesten Materials aufgehoben wird. Dies wird erreicht, indem sich bei¬ spielsweise das Bindemittel unter Hitzeeinwirkung zersetzt. Nach dem Abkühlen wird das erstarrte Gussstück gerüttelt, wobei im Idealfall das Material der Gießformen wieder zu einem feinen Sand zerfällt, der sich aus den Hohlräumen der Metallform aus¬ gießen lässt.
Zur Herstellung der Gießformen können sowohl organische als auch anorganische Bindemittel eingesetzt werden, deren Aushärtung jeweils durch kalte oder heiße Verfahren erfolgen kann. Als kal¬ te Verfahren bezeichnet man dabei Verfahren, welche im Wesentli¬ chen bei Raumtemperatur ohne Erhitzen der Gießform durchgeführt werden. Die Aushärtung erfolgt dabei meist durch eine chemische Reaktion, die beispielsweise dadurch ausgelöst wird, dass ein Gas als Katalysator durch die zu härtende Form geleitet wird. Bei heißen Verfahren wird die Formstoffmischung nach der Formge¬ bung auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, um beispiels¬ weise das im Bindemittel enthaltene Lösungsmittel auszutreiben oder um eine chemische Reaktion zu initiieren, durch welche das Bindemittel beispielsweise durch Vernetzen ausgehärtet wird.
Gegenwärtig werden für die Herstellung von Gießformen vielfach solche organischen Bindemittel eingesetzt, bei denen die Här¬ tungsreaktion durch einen gasförmigen Katalysator beschleunigt wird oder die durch Reaktion mit einem gasförmigen Härter ausge¬ härtet werden. Diese Verfahren werden als "Cold-Box"-Verfahren bezeichnet.
Ein Beispiel für die Herstellung von Gießformen unter Verwendung organischer Bindemittel ist das so genannte Ashland-Cold-Box- Verfahren. Es handelt sich dabei um ein Zweikomponenten-System. Die erste Komponente besteht aus der Lösung eines Polyols, meis¬ tens eines Phenolharzes. Die zweite Komponente ist die Lösung eines Polyisocyanates. So werden gemäß der US 3,409,579 A die beiden Komponenten des Polyurethanbinders zur Reaktion gebracht, indem nach der Formgebung ein gasförmiges tertiäres Amin durch das Gemisch aus Formgrundstoff und Bindemittel geleitet wird. Bei der Aushärtereaktion von Polyurethanbindern handelt es sich um eine Polyaddition, d.h. eine Reaktion ohne Abspaltung von Nebenprodukten, wie z.B. Wasser. Zu den weiteren Vorteilen die¬ ses Cold-Box-Verfahrens gehören gute Produktivität, Maßgenauig¬ keit der Gießformen sowie gute technische Eigenschaften, wie die Festigkeit der Gießformen, die Verarbeitungszeit des Gemisches aus Formgrundstoff und Bindemittel, usw.
Zu den heißhärtenden organischen Verfahren gehört das Hot-Box- Verfahren auf Basis von Phenol- oder Furanharzen, das Warm-Box- Verfahren auf Basis von Furanharzen und das Croning-Verfahren auf Basis von Phenol-Novolak-Harzen. Beim Hot-Box- sowie beim Warm-Box-Verfahren werden flüssige Harze mit einem latenten, erst bei erhöhter Temperatur wirksamen Härter zu einer Form- stoffmischung verarbeitet. Beim Croning-Verfahren werden Form¬ grundstoffe, wie Quarz, Chromerz-, Zirkonsande, etc. bei einer Temperatur von ca. 100 bis 1600C mit einem bei dieser Temperatur flüssigen Phenol-Novolak-Harz umhüllt. Als Reaktionspartner für die spätere Aushärtung wird Hexamethylentetramin zugegeben. Bei den oben genannten heißhärtenden Technologien findet die Formge¬ bung und Aushärtung in beheizbaren Werkzeugen statt, die auf eine Temperatur von bis zu 3000C aufgeheizt werden. Unabhängig vom Aushärtemechanismus ist allen organischen Systemen gemein¬ sam, dass sie sich beim Einfüllen des flüssigen Metalls in die Gießform thermisch zersetzen und dabei Schadstoffe, wie z.B. Benzol, Toluol, Xylole, Phenol, Formaldehyd und höhere, teilwei¬ se nicht identifizierte Crackprodukte freisetzen können. Es ist zwar durch verschiedene Maßnahmen gelungen, diese Emissionen zu minimieren, völlig vermeiden lassen sie sich bei organischen Bindemitteln jedoch nicht. Auch bei anorganisch-organischen Hyb¬ ridsystemen, die, wie die z.B. beim Resol-CC>2-Verfahren einge¬ setzten Bindemittel, einen Anteil an organischen Verbindungen enthalten, treten solche unerwünschten Emissionen beim Gießen der Metalle auf. Um die Emission von Zersetzungsprodukten während des Gießvor¬ gangs zu vermeiden, müssen Bindemittel verwendet werden, die auf anorganischen Materialien beruhen bzw. die höchstens einen sehr geringen Anteil an organischen Verbindungen enthalten. Solche Bindemittelsysteme sind bereits seit längerem bekannt. Es sind Bindemittelsysteme entwickelt worden, welche sich durch Einlei¬ tung von Gasen aushärten lassen. Ein derartiges System ist bei¬ spielsweise in der GB 782 205 beschrieben, in welcher ein Alka¬ liwasserglas als Bindemittel verwendet wird, das durch Einlei¬ tung von CO2 ausgehärtet werden kann. In der DE 199 25 167 wird eine exotherme Speisermasse beschreiben, die ein Alkalisilikat als Bindemittel enthält. Ferner sind Bindemittelsysteme entwi¬ ckelt worden, welche bei Raumtemperatur selbsthärtend sind. Ein solches, auf Phosphorsäure und Metalloxiden beruhendes System ist z.B. in der US 5,582,232 beschrieben. Schließlich sind noch anorganische Bindemittelsysteme bekannt, die bei höheren Tempe¬ raturen ausgehärtet werden, beispielsweise in einem heißen. Werk¬ zeug. Solche heißhärtenden Bindemittelsysteme sind beispielswei¬ se aus der US 5,474,606 bekannt, in welcher ein aus Alkaliwas¬ serglas und Aluminiumsilikat bestehendes BindemittelSystem be¬ schrieben wird.
Anorganische Bindemittel haben im Vergleich zu organischen Bin¬ demitteln den Nachteil, dass die daraus hergestellten Gießformen relativ geringe Festigkeiten aufweisen. Dies tritt besonders deutlich unmittelbar nach der Entnahme der Gießform aus dem Werkzeug zutage. Gute Festigkeiten zu diesem Zeitpunkt sind aber besonders wichtig für die Produktion komplizierter, dünnwandiger Formteile und deren sichere Handhabung. Der Grund für die nied¬ rigen Festigkeiten besteht in erster Linie darin, dass die Gie߬ formen noch Restwasser aus dem Bindemittel enthalten. Längere Verweilzeiten im heißen geschlossenen Werkzeug helfen nur be¬ dingt, da der Wasserdampf nicht in ausreichendem Maß entweichen kann. Um eine möglichst vollständige Trocknung der Gießformen zu erreichen, wird in der WO 98/06522 vorgeschlagen, die Formstoff¬ mischung nach dem Ausformen nur solange in einem temperierten Kernkasten zu belassen, dass sich eine formstabile und tragfähi¬ ge Randschale ausbildet. Nach dem Öffnen des Kernkastens wird die Form entnommen und anschließend unter Einwirkung von Mikro¬ wellen vollständig getrocknet. Die zusätzliche Trocknung ist jedoch aufwändig, verlängert die Produktionszeit der Gießformen und trägt, nicht zuletzt auch durch die Energiekosten, erheblich zur Verteuerung des Herstellungsprozesses bei.
Eine weitere Schwachstelle der bisher bekannten anorganischen Bindemittel ist die geringe Stabilität der damit hergestellten Gießformen gegen hohe Luftfeuchtigkeit. Damit ist eine Lagerung der Formkörper über einen längeren Zeitraum, wie bei organischen Bindemitteln üblich, nicht gesichert möglich.
In der EP 1 122 002 wird ein Verfahren beschrieben, das sich zur Herstellung von Gießformen für den Metallguss eignet. Zur Her¬ stellung des Bindemittels wird ein Alkalihydroxid, insbesondere Natronlauge, mit einem teilchenförmigen Metalloxid vermischt, welches in Gegenwart der Alkalilauge ein Metallat ausbilden kann. Die Teilchen werden getrocknet, nachdem sich am Rand der Teilchen eine Schicht aus dem Metallat ausgebildet hat. Im Kern der Teilchen verbleibt ein Abschnitt, in welchem das Metalloxid nicht umgesetzt wurde. Als Metalloxid wird vorzugsweise ein disperses Siliciumdioxid oder auch feinteiliges Titanoxid oder Zinkoxid verwendet.
In der WO 94/14555 wird eine Formstoffmischung beschrieben, wel¬ che auch zur Herstellung von Gießformen geeignet ist und die neben einem feuerfesten Formgrundstoff ein Bindemittel enthält, welches aus einem Phosphat- oder Boratglas besteht, wobei die Mischung weiter ein feinteiliges feuerfestes Material enthält. Als feuerfestes Material kann beispielsweise auch Siliciumdioxid verwendet werden. In der EP 1 095 719 A2 wird ein Bindemittelsystem für Formsande zur Herstellung von Kernen beschrieben. Das Bindemittelsystem auf Wasserglasbasis besteht aus einer wässrigen Alkalisilikatlö¬ sung und einer hygroskopischen Base, wie beispielsweise Natrium¬ hydroxid, die im Verhältnis 1:4 bis 1:6 zugesetzt wird. Das Was¬ serglas weist ein Modul SiO2/M2O von 2,5 bis 3,5 und einen Fest¬ stoffanteil von 20 bis 40 % auf. Um eine rieselfähige Formstoff- mischung zu erhalten, welche auch in komplizierte Kernformen eingefüllt werden kann, sowie zur Steuerung der hygroskopischen Eigenschaften, enthält das Bindemittelsystem noch einen oberflä¬ chenaktiven Stoff, wie Silikonöl, das einen Siedepunkt > 2500C aufweist. Das Bindemittelsystem wird mit einem geeigneten Feuer¬ feststoff, wie Quarzsand, vermischt und kann dann mit einer Kernschießmaschine in einen Kernkasten eingeschossen werden. Die Aushärtung der Formstoffmischung erfolgt durch Entzug des noch enthaltenen Wassers. Die Trocknung bzw. Aushärtung der Gießform kann auch unter Einwirkung von Mikrowellen erfolgen.
Die bisher bekannten Formstoffmischungen zur Herstellung von Gießformen weisen noch Raum für eine Verbesserung der Eigen¬ schaften beispielsweise hinsichtlich der Festigkeit der herge¬ stellten Gießformen sowie hinsichtlich deren Beständigkeit ge¬ genüber Luftfeuchtigkeit bei einer Lagerung über einen längeren Zeitraum auf. Weiter wird angestrebt, nach dem Guss bereits eine hohe Qualität der Oberfläche des Gussstücks zu erreichen, sodass die Nachbearbeitung der Oberfläche mit geringem Aufwand durchge¬ führt werden kann.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Formstoffmi¬ schung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung zur Verfügung zu stellen, welche mindestens einen feuerfesten Formgrundstoff sowie ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel¬ system umfasst, welche die Herstellung von Gießformen ermög- licht, die eine hohe Festigkeit sowohl unmittelbar nach der Formgebung als auch bei längerer Lagerung aufweisen.
Ferner soll die Formstoffmischung die Herstellung von Gießformen ermöglichen, mit welchen Gussstücke hergestellt werden können, die eine hohe Qualität der Oberfläche aufweisen, sodass nur eine geringe Nachbearbeitung der Oberflächen erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Formstoffmischung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Formstoffmischung sind Gegenstand der abhängi¬ gen Patentansprüche.
Überraschend wurde gefunden, dass durch die Verwendung eines Bindemittels, welches ein Alkaliwasserglas sowie ein teilchen- förmiges Metalloxid enthält, welches aus der Gruppe von Silici- umdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Zinkoxid ausgewählt ist, die Festigkeit von Gießformen sowohl unmittelbar nach der Form¬ gebung und Aushärtung als auch bei einer Lagerung unter erhöhter Luftfeuchtigkeit deutlich verbessert werden kann. Die oben ange¬ gebenen teilchenförmigen Metalloxide können sowohl einzeln als auch in Kombination verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Formstoffmischung zur Herstellung von Gie߬ formen für die Metallverarbeitung umfasst mindestens:
einen feuerfesten Formgrundstoff; sowie ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel.
Als feuerfester Formgrundstoff können für die Herstellung von Gießformen übliche Materialien verwendet werden. Geeignet sind beispielsweise Quarz- oder Zirkonsand. Weiter sind auch faser- förmige feuerfeste Formgrundstoffe geeignet, wie beispielsweise Schamottefasern. Weitere geeignete feuerfeste Formgrundstoffe sind beispielsweise Olivin, Chromerzsand, Vermiculit. Weiter können als feuerfeste Formgrundstoffe auch künstliche Formstoffe verwendet werden, wie z.B. Aluminiumsilikathohlkugeln (sog. Microspheres) , Glasperlen, Glasgranulat oder unter der Bezeichnung „Cerabeads" bzw. „Carboaccucast" bekannte kugelför¬ mige keramische Formgrundstoffe. Diese kugelförmigen keramischen Formgrundstoffe enthalten als Mineralien beispielsweise Mullit, Korund, ß-Cristobalit in unterschiedlichen Anteilen. Sie enthal¬ ten als wesentliche Anteile Aluminiumoxid und Siliciumdioxid. Typische Zusammensetzungen enthalten beispielsweise AI2O3 und SiO2 in etwa gleichen Anteilen. Daneben können noch weitere Be¬ standteile in Anteilen von <10 % enthalten sein, wie TiO2, Fe2C>3. Der Durchmesser der Mikrokugeln beträgt vorzugsweise weniger als 1000 um, insbesondere weniger als 600 μm. Geeignet sind auch synthetisch hergestellte feuerfeste Formgrundstoffe, wie bei¬ spielsweise Mullit (x AI2O3 • y SiO2, mit x = 2 bis 3, y = 1 bis 2; ideale Formel: Al2SiO5) . Diese künstlichen Formgrundstoffe gehen nicht auf einen natürlichen Ursprung zurück und können auch einem besonderen Formgebungsverfahren unterworfen worden sein, wie beispielsweise bei der Herstellung von Aluminiumsili- katmikrohohlkugeln, Glasperlen oder kugelförmigen keramischen Formgrundstoffen.
Besonders bevorzugt werden als feuerfeste künstliche Formgrund¬ stoffe Glasmaterialien verwendet. Diese werden insbesondere ent¬ weder als Glaskugeln oder als Glasgranulat eingesetzt. Als Glas können übliche Gläser verwendet werden, wobei Gläser, die einen hohen Schmelzpunkt zeigen, bevorzugt sind. Geeignet sind bei¬ spielsweise Glasperlen und/oder Glasgranulat, das aus Glasbruch hergestellt wird. Ebenfalls geeignet sind Boratgläser. Die Zu¬ sammensetzung derartiger Gläser ist beispielhaft in der nachfol¬ genden Tabelle angegeben. Tabelle: Zusammensetzung von Gläsern
Figure imgf000012_0001
M : Erdalkalimetall, z.B. Mg, Ca, Ba M1: Alkalimetall, z.B. Na, K
Neben den in der Tabelle aufgeführten Gläsern können jedoch auch andere Gläser verwendet werden, deren Gehalt an den oben genann¬ ten Verbindungen außerhalb der genannten Bereiche liegt. Ebenso können auch Spezialgläser verwendet werden, die neben den Ge¬ nannten Oxiden auch andere Elemente bzw. deren Oxide enthalten.
Der Durchmesser der Glaskugeln beträgt vorzugsweise weniger als 1000 μm, insbesondere weniger als 600 μm.
In Gießversuchen mit Aluminium wurde gefunden, dass bei Verwen¬ dung künstlicher Formgrundstoffe, vor allem bei Glasperlen, Glasgranulat bzw. Microspheres, nach dem Gießen weniger Formsand an der Metalloberfläche haften bleibt als bei Verwendung von reinem Quarzsand. Der Einsatz künstlicher Formgrundstoffe ermög¬ licht daher die Erzeugung glätterer Gussoberflächen, wobei eine aufwändige Nachbehandlung durch Strahlen nicht oder zumindest in erheblich geringerem Ausmaß erforderlich ist. Es ist nicht notwendig, den gesamten Formgrundstoff aus den künstlichen Formgrundstoffen zu bilden. Der bevorzugte Anteil der künstlichen Formgrundstoffe liegt bei mindestens etwa 3 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt mindestens 10 Gew.-%, vorzugsweise bei mindestens etwa 15 Gew.-%, besonders bevorzugt bei mindestens etwa 20 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Menge des feuerfesten Formgrundstoffs. Der feuerfeste Formgrundstoff weist vorzugsweise einen rieselfä¬ higen Zustand auf, so dass die erfindungsgemäße Formstoffmi¬ schung in üblichen Kernschießmaschinen verarbeitet werden kann.
Als weitere Komponente umfasst die erfindungsgemäße Formstoffmi¬ schung ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel. Als Wasser¬ glas können dabei übliche Wassergläser verwendet werden, wie sie bereits bisher als Bindemittel in Formstoffmischungen verwendet werden. Diese Wassergläser enthalten gelöste Natrium- oder Kali¬ umsilikate und können durch Lösen von glasartigen Kalium-, und Natriumsilikaten in Wasser hergestellt werden. Das Wasserglas weist vorzugsweise ein Modul
Figure imgf000013_0001
im Bereich von 1,6 bis 4,0, insbesondere 2,0 bis 3,5, auf, wobei M für Natrium und/oder Kalium steht. Die Wassergläser weisen vorzugsweise einen Fest- stoffanteil im Bereich von 30 bis 60 Gew.-% auf. Der Feststoff¬ anteil bezieht sich auf die im Wasserglas enthaltene Menge an SiO2 und M2O.
Erfindungsgemäß enthält die Formstoffmischung einen Anteil eines teilchenförmigen Metalloxids, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid und Zinkoxid. Die Teilchengröße dieser Metalloxide beträgt vorzugsweise weniger als 300 μm, bevorzugt weniger als 200 μm, insbesondere bevorzugt weniger als 100 μm. Die Teilchengröße lässt sich durch Siebana¬ lyse bestimmen. Besonders bevorzugt beträgt der Siebrückstand auf einem Sieb mit einer Maschenweite von 63 μm weniger als 10 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 8 Gew.-%. Besonders bevorzugt wird als teilchenförmiges Metalloxid Silici- umdioxid verwendet, wobei hier synthetisch hergestelltes amor¬ phes Siliciumdioxid besonders bevorzugt ist.
Als teilchenförmiges Siliciumdioxid wird vorzugsweise Fällungs¬ kieselsäure und/oder pyrogene Kieselsäure verwendet. Fällungs¬ kieselsäure wird durch Reaktion einer wässrigen Alkalisilikatlö¬ sung mit Mineralsäuren erhalten. Der dabei anfallende Nieder¬ schlag wird anschließend abgetrennt, getrocknet und vermählen. Unter pyrogenen Kieselsäuren werden Kieselsäuren verstanden, die bei hohen Temperaturen durch Koagulation aus der Gasphase gewon¬ nen werden. Die Herstellung pyrogener Kieselsäure kann bei¬ spielsweise durch Flammhydrolyse von Siliciumtetrachlorid oder im Lichtbogenofen durch Reduktion von Quarzsand mit Koks oder Anthrazit zu Siliciummonoxidgas mit anschließender Oxidation zu Siliciumdioxid erfolgen. Die nach dem Lichtbogenofen-Verfahren hergestellten pyrogenen Kieselsäuren können noch Kohlenstoff enthalten. Fällungskieselsäure und pyrogene Kieselsäure sind für die erfindungsgemäße Formstoffmischung gleich gut geeignet. Die¬ se Kieselsäuren werden im weiteren als "synthetisches amorphes Siliciumdioxid" bezeichnet.
Die Erfinder nehmen an, dass das stark alkalische Wasserglas mit den an der Oberfläche des synthetisch hergestellten amorphen Siliciumdioxids angeordneten Silanolgruppen reagieren kann und dass beim Verdampfen des Wassers eine intensive Verbindung zwi¬ schen dem Siliciumdioxid und dem dann festen Wasserglas herge¬ stellt wird.
Die erfindungsgemäße Formstoffmischung stellt eine intensive Mischung aus zumindest den genannten Bestandteilen dar. Dabei sind die Teilchen 'des feuerfesten Formgrundstoffs vorzugsweise mit einer Schicht des Bindemittels überzogen. Durch Verdampfen des im Bindemittel vorhandenen Wassers (ca. 40 - 70 Gew.-%, be¬ zogen auf das Gewicht des Bindemittels) kann dann ein fester Zusammenhalt zwischen den Teilchen des feuerfesten Formgrund¬ stoffs erreicht werden.
Das Bindemittel, d.h. das Wasserglas sowie das teilchenförmige Metalloxid, insbesondere synthetisches amorphes Siliciumdioxid, ist in der Formstoffmischung bevorzugt in einem Anteil von weni¬ ger als 20 Gew.-% enthalten. Werden massive Formgrundstoffe ver¬ wendet, wie beispielsweise Quarzsand, ist das Bindemittel vor¬ zugsweise in einem Anteil von weniger als 10 Gew.-%, bevorzugt weniger als 8 Gew.-%, insbesondere bevorzugt weniger als 5 Gew.-% enthalten. Werden feuerfeste Formgrundstoffe verwendet, welche eine geringe Dichte aufweisen, wie beispielsweise die oben beschriebenen Mikrohohlkugeln, erhöht sich der Anteil des Bindemittels entsprechend.
Das teilchenförmige Metalloxid, insbesondere das synthetische amorphe Siliciumdioxid, ist, bezogen auf das Gewicht des Binde¬ mittels, vorzugsweise in einem Anteil von 2 bis 60 Gew.-% ent¬ halten, vorzugsweise zwischen 3 und 50 Gew.-%, insbesondere be¬ vorzugt zwischen 4 und 40 Gew.-%.
Das Verhältnis von Wasserglas zu teilchenförmigem Metalloxid, insbesondere synthetischem amorphem Siliciumdioxid, kann inner¬ halb weiter Bereiche variiert werden. Dies bietet den Vorteil, die Anfangsfestigkeit der Gießform, d.h. die Festigkeit unmit¬ telbar nach Entnahme aus dem heißen Werkzeug, und die Feuchtig¬ keitsbeständigkeit zu verbessern, ohne die Endfestigkeiten, d.h. die Festigkeiten nach dem Erkalten der Gießform , gegenüber ei¬ nem Wasserglasbindemittel ohne amorphes Siliciumdioxid wesent¬ lich zu beeinflussen. Dies ist vor allem im Leichtmetallguss von großem Interesse. Auf der einen Seite sind hohe Anfangsfestig¬ keiten erwünscht, um nach der Herstellung der Gießform diese problemlos transportieren oder mit anderen Gießformen zusammen¬ setzen zu können. Auf der anderen Seite sollte die Endfestigkeit nach dem Aushärten nicht zu hoch sein, um Schwierigkeiten beim Binderzerfall nach dem Abguss zu vermeiden, d.h. der Formstoff sollte nach dem Gießen problemlos aus Hohlräumen der Gussform entfernt werden können.
Der in der erfindungsgemäßen Formstoffmischung enthaltene Form¬ grundstoff kann in einer Ausführungsform der Erfindung zumindest einen Anteil von Mikrohohlkugeln enthalten. Der Durchmesser der Mikrohohlkugeln liegt normalerweise im Bereich von 5 bis 500 um, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 350 um und die Dicke der Schale liegt gewöhnlich im Bereich von 5 bis 15 % des Durchmes¬ sers der Mikrokugeln. Diese Mikrokugeln weisen ein sehr geringes spezifisches Gewicht auf, so dass die unter Verwendung von Mik¬ rohohlkugeln hergestellten Gießformen ein niedriges Gewicht auf¬ weisen. Besonders vorteilhaft ist die Isolierwirkung der Mikro¬ hohlkugeln. Die Mikrohohlkugeln werden daher insbesondere dann für die Herstellung von Gießformen verwendet, wenn diese eine erhöhte Isolierwirkung aufweisen sollen. Solche Gießformen sind beispielsweise die bereits in der Einleitung beschriebenen Spei¬ ser, welche als Ausgleichsreservoir wirken und flüssiges Metall enthalten, wobei das Metall solange in einem flüssigen Zustand erhalten werden soll, bis das in die Hohlform eingefüllte Metall erstarrt ist. Ein anderes Anwendungsgebiet von Gießformen, wel¬ che Mikrohohlkugeln enthalten, sind beispielsweise Abschnitte einer Gießform, welche besonders dünnwandigen Abschnitten der fertigen Gussform entsprechen. Durch die isolierende Wirkung der Mikrohohlkugeln wird sichergestellt, dass das Metall in den dünnwandigen Abschnitten nicht vorzeitig erstarrt und damit die Wege innerhalb der Gießform verstopft.
Werden Mikrohohlkugeln verwendet, wird das Bindemittel, bedingt durch die geringe Dichte dieser Mikrohohlkugeln, vorzugsweise in einem Anteil im Bereich von vorzugsweise weniger als 20 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 10 bis 18 Gew.-% verwen¬ det. Die Mikrohohlkugeln bestehen vorzugsweise aus einem Aluminiumsi- likat. Diese Aluminiumsilikatmikrohohlkugeln weisen vorzugsweise einen Gehalt an Aluminiumoxid von mehr als 20 Gew.-% auf, können jedoch auch einen Gehalt von mehr als 40 Gew.-% aufweisen. Sol¬ che Mikrohohlkugeln werden beispielsweise von der Omega Minerals Germany GmbH, Norderstedt, unter den Bezeichnungen Omega- Spheres® SG mit einem Aluminiumoxidgehalt von ca. 28 - 33 %, O- mega-Spheres® WSG mit einem Aluminiumoxidgehalt von ca. 35 - 39 % und E-Spheres® mit einem Aluminiumoxidgehalt von ca. 43 % in den Handel gebracht. Entsprechende Produkte sind bei der PQ Corporation (USA) unter der Bezeichnung „Extendospheres®" er¬ hältlich.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden Mikrohohlkugeln als feuerfester Formgrundstoff verwendet, welche aus Glas aufgebaut sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mikrohohlkugeln aus einem Borsilikatglas. Das Borsilikatglas weist dabei einen Anteil an Bor, berechnet als B2O3, von mehr als 3 Gew.-% auf. Der Anteil der Mikrohohlkugeln wird vorzugs¬ weise kleiner als 20 Gew.-% gewählt, bezogen auf die Formstoff¬ mischung. Bei Verwendung von Borsilikatglas-Mikrohohlkugeln wird bevorzugt ein geringer Anteil gewählt. Dieser beträgt vorzugs¬ weise weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, und liegt insbesondere bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 2 Gew..-%.
Wie bereits erläutert, enthält die erfindungsgemäße Formstoffmi¬ schung in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest einen An¬ teil an Glasgranulat und/oder Glasperlen als feuerfesten Form¬ grundstoff.
Es ist auch möglich, die Formstoffmischung als exotherme Form¬ stoffmischung auszubilden, die beispielsweise für die Herstel¬ lung exothermer Speiser geeignet ist. Dazu enthält die Form- stoffmischung ein oxidierbares Metall und ein geeignetes Oxida- tionsmittel. Bezogen auf die Gesamtmasse der Formstoffmischung bilden die oxidierbaren Metalle bevorzugt einen Anteil von 15 bis 35 Gew.-%. Das Oxidationsmittel wird bevorzugt in einem An¬ teil von 20 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Formstoffmischung zugesetzt. Geeignete oxidierbare Metalle sind beispielsweise Aluminium oder Magnesium. Geeignete Oxidationsmittel sind bei¬ spielsweise Eisenoxid oder Kaliumnitrat.
Bindemittel, welche Wasser enthalten, weisen im Vergleich zu Bindemitteln auf Basis organischer Lösungsmittel eine schlechte¬ re Fließfähigkeit auf. Dies bedeutet, dass sich Formwerkzeuge mit engen Durchgängen und mehrere Umlenkungen schlechter füllen lassen. Als Folge davon besitzen die Gießformen Abschnitte mit ungenügender Verdichtung, was wiederum beim Abguss zu Gussfeh¬ lern führen kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ent¬ hält die erfindungsgemäße Formstoffmischung einen Anteil an plättchenförmigen Schmiermitteln, insbesondere Grafit oder MoS2. Überraschend hat sich gezeigt, dass bei einem Zusatz derartiger Schmiermittel, insbesondere von Grafit, auch komplexe Formen mit dünnwandigen Abschnitten hergestellt werden können, wobei die Gießformen durchgängig eine gleichmäßig hohe Dichte und Festig¬ keit aufweisen, so dass beim Gießen im Wesentlichen keine Guss¬ fehler beobachtet wurden. Die Menge des zugesetzten plättchen¬ förmigen Schmiermittels, insbesondere Grafits, beträgt vorzugs¬ weise 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-%, bezogen auf den Formgrundstoff.
Neben den genannten Bestandteilen kann die erfindungsgemäße Formstoffmischung noch weitere Zusätze umfassen. Beispielsweise können interne Trennmittel zugesetzt werden, welche die Ablösung der Gießformen aus dem Formwerkzeug erleichtern. Geeignete in¬ terne Trennmittel sind z.B. Calciumstearat, Fettsäureester, Wachse, Naturharze oder spezielle Alkydharze. Weiter können auch Silane zur erfindungsgemäßen Formstoffmischung gegeben werden. So enthält die erfindungsgemäße Formstoffmischung in einer be¬ vorzugten Ausführungsform ein organisches Additiv, welches einen Schmelzpunkt im Bereich von 40 bis 180 0C, vorzugsweise 50 bis 175 0C aufweist, also bei Raumtemperatur fest ist. Unter organi¬ schen Additiven werden dabei Verbindungen verstanden, deren Mo¬ lekülgerüst überwiegend aus Kohlenstoffatomen aufgebaut ist, also beispielsweise organische Polymere. Durch die Zugabe der organischen Additive kann die Güte der Oberfläche des Gussstücks weiter verbessert werden. Der Wirkmechanismus der organischen Additive ist nicht geklärt. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen nehmen die Erfinder jedoch an, dass zumindest ein Teil der organischen Additive beim Gießvorgang verbrennt und dabei ein dünnes Gaspolster zwischen flüssigem Metall und dem die Wand der Gießform bildenden Formstoff entsteht und so eine Reaktion zwischen flüssigem Metall und Formstoff verhindert wird. Ferner nehmen die Erfinder an, dass ein Teil der organischen Additive unter der beim Gießen herrschenden reduzierenden Atmosphäre eine dünne Schicht von so genanntem Glanzkohlenstoff bildet, der e- benfalls eine Reaktion zwischen Metall und Formstoff verhindert. Als weitere vorteilhafte Wirkung kann durch die Zugabe der orga¬ nischen Additive eine Steigerung der Festigkeit der Gießform nach dem Aushärten erreicht werden.
Die organischen Additive werden bevorzugt in einer Menge von 0,01 bis 1,5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 0,05 bis 1,3 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1,0 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Formstoff, zugegeben.
Überraschend wurde gefunden, dass eine Verbesserung der Oberflä¬ che des Gussstücks mit sehr unterschiedlichen organischen Addi¬ tiven erreicht werden kann. Geeignete organische Additive sind beispielsweise Phenol-Formaldehydharze, wie z.B. Novolake, Epo¬ xidharze, wie beispielsweise Bisphenol-A-Epoxidharze, Bisphenol- F-Epoxidharze oder epoxidierte Novolake, Polyole, wie beispiels- weise Polyethylenglykole oder Polypropylenglykole, Polyolefine, wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, Copolymere aus Olefinen, wie Ethylen oder Propylen, und weiteren Comonomeren, wie Vinylacetat, Polyamide, wie beispielsweise Polyamid-6, PoIy- amid-12 oder Polyamid-6, 6, natürliche Harze, wie beispielsweise Balsamharz, Fettsäureester, wie beispielsweise Cetylpalmitat, Fettsäureamide, wie beispielsweise Ethylendiaminbisstearamid, sowie Metallseifen, wie beispielsweise Stearate oder Oleate zwei- oder dreiwertiger Metalle. Die organischen Additive können sowohl als reiner Stoff enthalten sein, als auch als Gemisch verschiedener organischer Verbindungen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Formstoffmischung einen Anteil zumindest eines Silans.' Geeignete Silane sind beispielsweise Aminosilane, Epoxy- silane, Mercaptosilane, Hydroxysilane und Ureidosilane. Beispie¬ le für geeignete Silane sind γ-Aminopropyl-trimethoxysilan, γ-Hydroxypropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltriethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxy- silan, ß- (3,4-Epoxycyclohexyl)trimethoxysilan und N-ß (Aminoethyl) -Y-aminopropyltrimethoxysilan.
Bezogen auf das teilchenförmige Metalloxid werden typischerweise ca. 5 - 50 % Silan eingesetzt, vorzugsweise ca. 7 - 45 %, beson¬ ders bevorzugt ca. 10 - 40 %.
Trotz der mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel erreichbaren hohen Festigkeiten zeigen die mit der erfindungsgemäßen Form¬ stoffmischung hergestellten Gießformen, insbesondere Kerne und Formen, nach dem Abguss einen guten Zerfall, insbesondere beim Aluminiumguss. Die Verwendung der aus der erfindungsgemäßen Formstoffmischung hergestellten Formkörper ist jedoch nicht auf den Leichtmetallguss beschränkt. Die Gießformen eignen sich ge¬ nerell zum Gießen von Metallen. Solche Metalle sind beispiels¬ weise Buntmetalle, wie Messing oder Bronzen, sowie Eisenmetalle. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, wobei die erfindungsgemä¬ ße Formstoffmischung verwendet wird. Das erfindungsgemäße Ver¬ fahren umfasst die Schritte:
Herstellen der oben beschriebenen Formstoffmischung; Formen der Formstoffmischung;
Aushärten der Formstoffmischung, indem die Formstoffmi¬ schung erwärmt wird, wobei die ausgehärtete Gießform erhal¬ ten wird.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Formstoffmischung wird im Allgemeinen so vorgegangen, dass zunächst der feuerfeste Formgrundstoff vorgelegt und dann unter Rühren das Bindemittel zugegeben wird. Dabei kann das Wasserglas sowie das teilchenför- mige Metalloxid, insbesondere das synthetische amorphe Silicium- dioxid, an sich in beliebiger Reihenfolge zugegeben werden. Es ist jedoch vorteilhaft, die flüssige Komponente als erstes zu¬ zugeben. Die Zugabe erfolgt unter heftigem Rühren, so dass das Bindemittel gleichmäßig im feuerfesten Formgrundstoff verteilt wird und diesen beschichtet.
Die Formstoffmischung wird anschließend in die gewünschte Form gebracht. Dabei werden für die Formgebung übliche Verfahren ver¬ wendet. Beispielsweise kann die Formstoffmischung mittels einer Kernschießmaschine mit Hilfe von Druckluft in das Formwerkzeug geschossen werden. Die Formstoffmischung wird anschließend durch Wärmezufuhr ausgehärtet, um das im Bindemittel enthaltene Wasser zu verdampfen. Das Erwärmen kann beispielsweise im Formwerkzeug erfolgen. Es ist möglich, die Gießform bereits im Formwerkzeug vollständig auszuhärten. Es ist aber auch möglich, die Gießform nur in ihrem Randbereich auszuhärten, so dass sie eine ausrei¬ chende Festigkeit aufweist, um aus dem Formwerkzeug entnommen werden zu können. Die Gießform kann dann anschließend vollstän- dig ausgehärtet werden, indem ihr weiteres Wasser entzogen wird. Dies kann beispielsweise in einem Ofen erfolgen. Der Wasserent¬ zug kann beispielsweise auch erfolgen, indem das Wasser bei ver¬ mindertem Druck verdampft wird.
Die Aushärtung der Gießformen kann durch Einblasen von erhitzter Luft in das Formwerkzeug beschleunigt werden. Bei dieser Ausfüh¬ rungsform des Verfahrens wird ein rascher Abtransport des im Bindemittel enthaltenen Wassers erreicht, wodurch die Gießform in für eine industrielle Anwendung geeigneten Zeiträumen verfes¬ tigt wird. Die Temperatur der eingeblasenen Luft beträgt vor¬ zugsweise 1000C bis 18O0C, insbesondere bevorzugt 1200C bis 1500C. Die Strömungsgeschwindigkeit der erhitzten Luft wird vor¬ zugsweise so eingestellt, dass eine Aushärtung der Gießform in für eine industrielle Anwendung geeigneten Zeiträumen erfolgt. Die Zeiträume hängen von der Größe der hergestellten Gießformen ab. Angestrebt wird eine Aushärtung im Zeitraum von weniger als 5 Minuten, vorzugsweise weniger als 2 Minuten. Bei sehr großen Gießformen können jedoch auch längere Zeiträume erforderlich sein.
Die Entfernung des Wassers aus der Formstoffmischung kann auch in der Weise erfolgen, dass das Erwärmen der Formstoffmischung durch Einstrahlen von Mikrowellen bewirkt wird. Die Einstrahlung der Mikrowellen wird aber bevorzugt vorgenommen, nachdem die Gießform aus dem Formwerkzeug entnommen wurde. Dazu muss die Gießform jedoch bereits eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Wie bereits erläutert, kann dies beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass zumindest eine äußere Schale der Gießform bereits im Formwerkzeug ausgehärtet wird.
Wie bereits weiter oben erläutert, kann durch den Zusatz von plättchenförmigen Schmiermitteln, insbesondere Grafit und/oder MoS2, die Fließfähigkeit der erfindungsgemäßen Formstoffmischung verbessert werden. Bei der Herstellung kann das plättchenförmige Schmiermittel, insbesondere Grafit dabei getrennt von den beiden Binderkomponenten der Formstoffmischung zugesetzt werden. Es ist aber genauso gut möglich, das plättchenförmige Schmiermittel, insbesondere Grafit, mit dem teilchenförmigen Metalloxid, insbe¬ sondere dem synthetischen amorphen Siliciumdioxid, vorzumischen und erst dann mit dem Wasserglas und dem feuerfesten Formgrund¬ stoff zu vermengen.
Umfasst die Formstoffmischung ein organisches Additiv, so kann die Zugabe des organischen Additivs an sich zu jedem Zeitpunkt der Herstellung der Formstoffmischung erfolgen. Die Zugabe des organischen Additivs kann dabei in Substanz oder auch in Form einer Lösung erfolgen.
Wasserlösliche organische Additive können in Form einer wässri- gen Lösung eingesetzt werden. Sofern die organischen Additive im Bindemittel löslich und darin unzersetzt über mehrere Monate lagerstabil sind, können sie auch im Bindemittel gelöst und so gemeinsam mit diesem dem Formstoff zugegeben werden. Wasserun¬ lösliche Additive können in Form einer Dispersion oder einer Paste verwendet werden. Die Dispersionen oder Pasten enthalten bevorzugt Wasser als Lösungsmittel. An sich können Lösungen oder Pasten der organischen Additive auch in organischen Lösemitteln hergestellt werden. Wird für die Zugabe der organischen Additive jedoch ein Lösungsmittel verwendet, so wird vorzugsweise Wasser eingesetzt.
Vorzugsweise erfolgt die Zugabe der organischen Additive als Pulver oder als Kurzfaser, wobei die mittlere Teilchengröße bzw. die Faserlänge bevorzugt so gewählt wird, dass sie die Größe der Formstoffpartikel nicht übersteigt. Besonders bevorzugt lassen sich die organischen Additive durch ein Sieb mit der Maschenwei¬ te von ca. 0,3 mm sieben. Um die Anzahl der dem Formstoff zuge¬ gebenen Komponenten zu reduzieren, werden das teilchenförmige Metalloxid und das bzw. die organischen Additive dem Formsand vorzugsweise nicht getrennt zugesetzt, sondern vorab gemischt.
Enthält die Formstoffmischung Silane, so erfolgt die Zugabe der Silane üblicherweise in der Form, dass sie vorab in das Binde¬ mittel eingearbeitet werden. Die Silane können dem Formstoff aber auch als getrennte Komponente zugegeben werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, das teilchenförmige Metalloxid zu silanisieren, d.h. das Metalloxid mit dem Silan zu mischen, so dass seine Oberfläche mit einer dünnen Silanschicht versehen ist. Setzt man das so vorbehandelte teilchenförmige Metalloxid ein, so findet man gegenüber dem unbehandelten Metalloxid erhöh¬ te Festigkeiten sowie eine verbesserte Resistenz gegen hohe Luftfeuchtigkeit. Setzt man, wie beschrieben, der Formstoffmi¬ schung bzw. dem teilchenförmigen Metalloxid ein organisches Ad¬ ditiv zu, ist es zweckmäßig, dies vor der Silanisierung zu tun.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich an sich für die Her¬ stellung aller für den Metallguss üblicher Gießformen, also bei¬ spielsweise von Kernen und Formen. Insbesondere bei Zusatz von isolierendem feuerfestem Formgrundstoff oder bei Zusatz von exo¬ thermen Materialien zur erfindungsgemäßen Formstoffmischung eig¬ net sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Speisern.
Die aus der erfindungsgemäßen Formstoffmischung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Gießformen weisen eine hohe Festigkeit unmittelbar nach der Herstellung auf, ohne dass die Festigkeit der Gießformen nach dem Aushärten so hoch ist, dass Schwierigkeiten nach der Herstellung des Gussstücks beim Entfernen der Gießform auftreten. Weiterhin weisen diese Gie߬ formen eine hohe Stabilität bei erhöhter Luftfeuchtigkeit auf, d.h. die Gießformen können auch über längere Zeit hinweg prob¬ lemlos gelagert werden. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist daher eine Gießform, welche nach dem oben beschriebenen er¬ findungsgemäßen Verfahren erhalten wurde.
Die erfindungsgemäße Gießform eignet sich allgemein für den Me- tallguss, insbesondere Leichtmetallguss. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden beim Aluminiumguss erhalten.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Beispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1: einen Querschnitt durch ein zur Prüfung der Fließfä¬ higkeit verwendetes Formwerkzeug;
Fig. 2: einen Querschnitt durch eine Gießform, welche zur
Prüfung der erfindungsgemäßen Formstoffmischung ver¬ wendet wurde.
Beispiel 1
Einfluss von synthetisch hergestelltem amorphem Siliciumdioxid auf die Festigkeit von Formkörpern mit Quarzsand als Formgrund¬ stoff
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischung
Für die Prüfung der Formstoffmischung wurden sog. Georg-Fischer- Prüfriegel hergestellt. Unter Georg-Fischer-Prüfriegeln werden quaderförmige Prüfriegel mit den Abmessungen 150 mm x 22,36 mm x 22,36 mm verstanden.
Die Zusammensetzung der Formstoffmischung ist in Tabelle 1 ange¬ geben. Zur Herstellung der Georg-Fischer-Prüfriegel wurde wie folgt vorgegangen: - Die in Tabelle 1 aufgeführten Komponenten wurden in einem La¬ borflügelmischer (Firma Vogel & Schemmann AG, Hagen, DE) ge¬ mischt. Dazu wurde zunächst der Quarzsand vorgelegt und unter Rühren das Wasserglas zugegeben. Als Wasserglas wurde ein Natriumwasserglas verwendet, das Anteile von Kalium aufwies. In den nachfolgenden Tabellen ist das Modul daher mit SiO2 : M2O angegeben, wobei M die Summe aus Natrium und Kalium an¬ gibt. Nachdem die Mischung für eine Minute gerührt worden war, wurde ggf. das amorphe Siliciumdioxid (erfindungsgemäße Beispiele) unter weiterem Rühren zugegeben. Die Mischung wur¬ de anschließend noch für eine weitere Minute gerührt;
- Die Formstoffmischungen wurden in den Vorratsbunker einer H 2,5 Hot-Box-Kernschießmaschine der Firma Röperwerk - Gieße¬ reimaschinen GmbH, Viersen, DE, überführt, deren Formwerkzeug auf 2000C erwärmt war;
- Die Formstoffmischungen wurden mittels Druckluft (5 bar) in das Formwerkzeug eingebracht und verblieben für weitere 35 Sekunden im Formwerkzeug;
- Zur Beschleunigung der Aushärtung der Mischungen wurde wäh¬ rend der letzten 20 Sekunden Heißluft (2 bar, 1200C beim Ein¬ tritt in das Werkzeug) durch das Formwerkzeug geleitet;
- Das Formwerkzeug wurde geöffnet und die Prüfriegel entnommen.
Zur Bestimmung der Biegefestigkeiten wurden die Prüfriegel in ein Georg-Fischer-Festigkeitsprüfgerät, ausgerüstet mit einer 3- Punkt-Biegevorrichtung (DISA Industrie AG, Schaffhausen, CH) eingelegt und die Kraft gemessen, welche zum Bruch der Prüfrie- gel führte.
Die Biegefestigkeiten wurden nach folgendem Schema gemessen: - 10 Sekunden nach der Entnahme (Heißfestigkeiten) ;
- ca. 1 Stunde nach der Entnahme (Kaltfestigkeiten) ;
- Nach 3 Stunden Lagerung der erkalteten Kerne im Klimaschrank bei 250C und 75 % relativer Luftfeuchte.
Die gemessenen Biegefestigkeiten sind in Tabelle 2 zusammenge- fasst.
Tabelle 1
Zusammensetzung der Formstoffmischungen
amorphes
Quarzsand Alkali¬ H 32 Siliciumdi- wasserglas oxid
1.1 100 GT 2,5 GT a) - Vergleich, nicht erfin¬ dungsgemäß , nicht erfin-
1.2 100 GT 2,5 GT b) - Vergleich dungsgerαäß
1.3 100 GT nicht erfin¬
2,5 GT c) - Vergleich, dungsgemäß
1.4 100 GT' 2,5 GT a) 0,2 GT d) erfindungsgemäß
1.5 100 GT 2,5 GT a) 0,6 GT d) erfindungsgemäß
1.6 100 GT 2,5 GT a) 1/0 GT d) erfindungsgemäß
1.7 100 GT 2,5 GT a) 1/5 GT d) erfindungsgemäß
1.8 100 GT 2,5 GT b) 0,2 GT d) erfindungsgemäß
1.9 100 GT 2,5 GT c) 0,2 GT d) erfindungsgemäß
1.10 100 GT 2,5 GT a) 0,2 GT e) erfindungsgemäß
1.11 100 GT 2,5 GT a) 0,2 GT f) erfindungsgemäß
a) Alkaliwasserglas mit Modul SiO2: M2O von ca. 2,3 b> Alkaliwasserglas mit Modul Siθ2: M2O von ca. 3,35 c) Alkaliwasserglas mit Modul SiO2: M2O von ca. 2,03 d) Elkem Microsilica 971 (pyrogene Kieselsäure; Herstellung im Lichtbogenofen) e) Degussa Sipernat 360 (Fällungskieselsäure) f) Wacker HDK N 20 (pyrogene Kieselsäure, Herstellung durch Flammhydrolyse) Tabelle 2
Biegefestigkeiten
Figure imgf000029_0001
2. Ergebnis
a) Einfluss der zugesetzten Menge an amorphem Siliciumdioxid
In den Beispielen 1.4 bis 1.7 wurde den Formstoffmischungen steigende Mengen an amorphem Siliciumdioxid zugesetzt, welches im Lichtbogenofen hergestellt worden war. Die Menge an Form¬ grundstoff sowie an Wasserglas wurde jeweils konstant gehalten. Im Vergleichsbeispiel 1.1 wurde eine Formstoffmischung herge¬ stellt, welche die gleiche Zusammensetzung aufwies, wie die Formstoffmischungen der Beispiele 1.4 bis 1.7., wobei jedoch kein amorphes Siliciumdioxid zugesetzt worden war. — Z o ~
Die Ergebnisse aus Tabelle 2 zeigen, dass der Zusatz von amor¬ phem, im Lichtbogen hergestellten Siliciumdioxid die Biegefes¬ tigkeit der Prüfriegel deutlich erhöht. Besonders stark erhöht sich dabei die Biegefestigkeit der Prüfriegel bei einer Messung nach Lagerung im Klimaschrank bei erhöhter Luftfeuchtigkeit. Dies bedeutet, dass die mit der erfindungsgemäßen Formstoffmi¬ schung hergestellten Prüfriegel auch nach längerer Lagerung ihre Festigkeit im Wesentlichen beibehalten. Steigende Mengen an zu¬ gegebenem amorphem Siliciumdioxid führen zu steigenden Biegefes¬ tigkeiten. Dabei ist bei den Biegefestigkeiten, gemessen nach Lagerung im Klimaschrank, zunächst ein starker Anstieg der Bie¬ gefestigkeiten zu beobachten, der sich mit zunehmender Menge an zugesetztem amorphem Siliciumdioxid abflacht.
b) Einfluss des Verhältnisses SiO2 : M2O des Alkaliwasserglases
In den Beispielen 1.4, 1.8 und 1.9 wurden jeweils gleiche Mengen an Formgrundstoff, Wasserglas und amorphem Siliciumdioxid (im Lichtbogen hergestellt) verarbeitet, wobei jedoch das Verhältnis SiO2 : M2O des Alkaliwasserglases verändert wurde. In den Ver¬ gleichsbeispielen 1.1, 1.2 und 1.3 wurden jeweils gleiche Mengen an Formgrundstoff sowie Wasserglas verarbeitet, wobei jedoch ebenfalls das Verhältnis SiO2 : M2O des Alkaliwasserglases vari¬ iert wurde. Wie die in Tabelle 2 aufgeführten Biegefestigkeiten zeigen, ist das amorphe Siliciumdioxid, hergestellt im Lichtbo¬ genofen, unabhängig vom Verhältnis SiO2 : M2O des Alkaliwasser¬ glases wirksam.
c) Einfluss der Art des synthetischen amorphen Siliciumdioxids
In den Beispielen 1.4, 1.10 und 1.11 wurden jeweils gleiche Men¬ gen an Formgrundstoff, Wasserglas und amorphem Siliciumdioxid verarbeitet, wobei jedoch die Art des synthetischen amorphen Siliciumdioxids variiert wurde. Die in Tabelle 2 aufgeführten Biegefestigkeiten zeigen, dass gefällte und pyrogene, durch Flainmhydrolyse hergestellte Kieselsäuren ebenso wirksam sind, wie im Lichtbogenofen hergestelltes amorphes Siliciumdioxid.
Beispiel 2
Einfluss des Verhältnisses Alkaliwasserglas : amorphes Silicium¬ dioxid auf die Festigkeiten von Formkörpern bei konstanter Ge¬ samtbindermenge mit Quarzsand als Formgrundstoff.
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischung
Die Herstellung der Formstoffmischungen und ihre Prüfung erfolg¬ te analog Bsp. 1. Die Zusammensetzungen der für die Herstellung der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit gefundenen Werte sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
Tabelle 3
Zusammensetzung der Formstoffmischungen
Figure imgf000031_0001
a) entspricht Versuch 1.1 b) Alkaliwasserglas mit Modul SiO2: M2O von ca. 2,3 c) Elkem Microsilica 971 Tabelle 4
Biegefestigkeiten
Figure imgf000032_0001
2. Ergebnis
Durch Variation des Verhältnisses Wasserglas : amorphes Silici- umdioxid unter Beibehaltung der Gesamtmenge an Wasserglas und amorphem Siliciumdioxid können die Heißfestigkeiten und die Re¬ sistenz gegen hohe Luftfeuchtigkeit verbessert werden, ohne gleichzeitig die Kaltfestigkeiten anzuheben.
Beispiel 3
Einfluss von Silanen auf die Festigkeiten der Formkörper
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischungen
Die Herstellung der Formstoffmischungen und ihre Prüfung erfolg¬ te analog Bsp.l. Die Zusammensetzung der für die Herstellung der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in Tabelle 5 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit gefundenen Werte sind in Tab. 6 zusammengefasst. Tabelle 5
Zusammensetzung der Formstoffmischungen
Figure imgf000033_0001
a> entspricht Versuch 1.1 b) entspricht Versuch 1.4 c) Alkaliwasserglas mit Modul SiC>2 : M2O von ca. 2,3 d) • Elkem Microsilica 971 e) Dynasilan Glymo (Degussa AG) , vor dem Versuch mit .dem amor¬ phen Siliciumdioxid vermischt f) Dynasilan Ameo T (Degussa AG) , vor dem Versuch mit dem amor¬ phen Siliciumdioxid vermischt
Tabelle 6
Biegefestigkeiten
Figure imgf000034_0001
2. Ergebnis
Die Beispiele 3.3-3.5 zeigen, dass sich die Zugabe von Silan positiv auf die Festigkeiten auswirkt, vor allem hinsichtlich der Beständigkeit gegen hohe Luftfeuchtigkeit.
Beispiel 4
Einfluss des amorphen Siliciumdioxids auf die Festigkeiten von Formkörpern mit künstlichen Formgrundstoffen
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischung
Die Herstellung der Formstoffmischungen und ihre Prüfung erfolg¬ te analog Bsp. 1. Die Zusammensetzungen der für die Herstellung der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in Tabelle 7 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit gefundenen Werte sind in Tabelle 8 zusammengefasst. Tabelle 7
Zusammensetzung der Formstoffmischungen
Figure imgf000035_0001
a) Omegaspheres WSG der Firma Omega Minerals Germany GmbH b) Carbo Accucast LD 50 der Firma Carbo Ceramics Inc. c) Glasperlen 100-200 μm der Firma Reidt GmbH & Co.KG d) Alkaliwasserglas mit Modul SiO2 : M2O von ca. 2,3 e) Elkem Microsilica 971 Tabelle 8
Biegefestigkeiten
Figure imgf000036_0001
2. Ergebnis
Man erkennt, dass die positive Wirkung des amorphen Siliciumdio- xids nicht auf Quarzsand als Formgrundstoff beschränkt ist, son¬ dern dass es auch bei anderen Formgrundstoffen festigkeitsstei- gernd wirkt, z.B. bei Microspheres, Keramikkugeln und Glasper¬ len.
Beispiel 5
Einfluss des amorphen Siliciumdioxids auf die Festigkeiten von Formkörpern mit exothermer Masse.
Als exotherme Masse wurde folgende Zusammensetzung verwendet: Aluminium (0,063 - 0,5 mm Körnung) 25 %
Kaliumnitrat 22 %
Mikrohohlkugeln (Omegaspheres® WSG der 44 % Firma Omega Minerals Germany GmbH)
Feuerfestzuschlag (Schamotte) 9 %
1. Herstellung und Prüfung der Formstoff-Bindemittel-Gemische
Die Herstellung der Formstoff-Bindemittelgemische und ihre Prü¬ fung erfolgte analog Bsp. 1. Die Zusammensetzungen der für die Herstellung der Prüfriegel verwendeten Formstoffmischungen sind in Tabelle 9 aufgeführt. Die bei den Tests zur Biegefestigkeit gefundenen Werte sind in Tabelle 10 zusammengefasst.
Tabelle 9
Figure imgf000037_0001
a) Alkaliwasserglas mit Modul Siθ2 : M2O von ca. 2,3 b) Elkem Microsilica 971 Tabelle 10
Biegefestigkeiten
Figure imgf000038_0001
2. Ergebnis
Das amorphe Siliciumdioxid wirkt auch bei exothermen Massen als Formgrundstoff festigkeitssteigernd.
Beispiel 6
Verbesserung der Fließfähigkeit der Formstoffmischung
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischung
Die in Tabelle 11 aufgeführten Komponenten wurden in einem La¬ borflügelmischer (Firma Vogel & Schemmann AG, Hagen, DE) ge¬ mischt. Dazu wurde zunächst der Quarzsand vorgelegt und unter Rühren das Wasserglas zugegeben. Nachdem die Mischung für eine Minute gerührt worden war, wurde das amorphe Siliciumdioxid un¬ ter weiterem Rühren zugegeben. Die Mischung wurde anschließend noch für eine weitere Minute gerührt. Schließlich wurde bei den Beispielen 6.2 bis 6.4 noch Grafit zugegeben und die Mischung abschließend für eine weitere Minute gerührt.
Die Fließfähigkeit der Formstoffmischungen wurde mit Hilfe des Füllungsgrades des in Fig. 1 dargestellten Formwerkzeugs 1 er- mittelt. Das Formwerkzeug 1 besteht aus zwei Hälften, welche miteinander verbunden werden können, sodass sich ein Hohlraum 2 ausbildet. Der Hohlraum 2 umfasst drei Kammern 2a, 2b und 2c mit kreisförmigem Querschnitt, die einen Durchmesser von 100 mm und eine Höhe von 30 mm aufweisen. Die Kammern 2a, 2b und 2c sind jeweils durch kreisförmige Öffnungen 3a, 3b verbunden, die einen Durchmesser von 15 mm aufweisen. Die kreisförmigen Öffnungen sind in Zwischenwänden 4a, 4b eingebracht, welche eine Stärke von 8 mm aufweisen. Die Öffnungen 3a, 3b sind jeweils 37,5 mm zur Mittelachse 6 versetzt in maximalem Abstand zueinander ange¬ ordnet. In die Kammer 2a führt ferner entlang der Mittelachse 6 ein Zugang 5, durch welche die Formstoffmischung eingefüllt wer¬ den kann. Der Zugang 5 weist einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 15 mm auf. In der Kammer 2c ist ferner eine Entlüftungsöffnung 7 vorgesehen, welche einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von 9 mm aufweist und die mit einer so genannten Schlitzdüse versehen ist. Das Formwerkzeug 1 wird zum Befüllen in eine Kernschießmaschine eingesetzt.
Im Einzelnen wurde wie folgt vorgegangen:
- Mischen der in Tabelle 11 aufgeführten Komponenten;
- Überführung der Mischungen in den Vorratsbunker einer H 1- Cold-Box-Kernschießmaschine der Firma Röperwerke - Gießerei¬ maschinen GmbH, Viersen, DE;
- Einbringen der Mischungen in das nicht erwärmte Formwerkzeug 1 mittels Druckluft (5 bar) ;
- Aushärtung der Mischungen durch Einleiten von CO2;
- Entnahme der gehärteten Formkörper aus dem Werkzeug und Re¬ gistrierung ihres Gewichts. Die ermittelten Gewichte der Formkörper sind in Tabelle 12 zu- sammengefasst.
Tabelle 11
Zusammensetzung der Formstoffmischungen
Figure imgf000040_0001
a) Alkaliwasserglas mit Modul SiO2 : M2O von ca. 2,3 b) Elkem Microsilica 971
Tabelle 12
Gewicht der Formkörper
Figure imgf000040_0002
2. Ergebnis
Durch die Zugabe von Grafit verbessert sich die Fließfähigkeit der Formstoffmischungen, d.h. das Werkzeug wird besser gefüllt, Beispiel 7
Gießversuche
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischung
Zur Durchführung der Gießversuche wurden jeweils vier der in den Beispielen 1 bis 6 hergestellten Georg-Fischer-Prüfriegel 8 je¬ weils um 90° versetzt in das Unterteil 9 der in Fig. 2 wiederge¬ gebenen Probenform eingeklebt. Anschließend wurde das trichter¬ förmige Oberteil 10 der Probenform auf das Unterteil 9 geklebt. Unterteil 9 und Oberteil 10 der Probenform wurden nach einem konventionellen Polyurethan-Cold-Box-Verfahren hergestellt. Da¬ nach wurde die Probenform mit flüssigem Aluminium (7400C) ge¬ füllt. Nach dem Erkalten des Metalls wurde die äußere Probenform entfernt und die Probeabgüsse in den Abschnitten der vier Prüf¬ körper hinsichtlich ihrer Oberflächengüte (Sandanhaftungen, Glätte) begutachtet. Die Bewertung erfolgte mit den Noten 1 (sehr gut) bis 10 (sehr schlecht) . Die Ergebnisse sind in Tabel¬ le 13 zusammengefasst.
Tabelle 13
Zusammensetzung der Formstoffgemische und Gussergebnis
Figure imgf000042_0001
2. Ergebnis
Die Ergebnisse aus Tabelle 11 zeigen, dass die Verwendung von künstlichen Formgrundstoffen wie z.B. Aluminiumsilikatmikrohohl- kugeln, Keramikkugeln oder Glasperlen die Oberflächengüte der Gussstücke z.T. erheblich verbessert.
Beispiel 8
Auswirkung organischer Additive auf das Gussergebnis
1. Herstellung und Prüfung der Formstoffmischungen
Die Zusammensetzung der untersuchten Formstoffmischungen ist in Tabelle 14 aufgelistet.
Die Gießversuche und ihre Auswertung erfolgte analog Bsp.7. Das Ergebnis der Gießversuche kann ebenfalls der Tabelle 14 entnom¬ men werden. Tabelle 14
Zusammensetzung der Formstoffmischungen und Gussergebnis
Figure imgf000043_0001
a) entspricht Versuch 1.4 b) Alkaliwasserglas mit Modul SiO2 : M2O von ca. 2,3 c) Elkem Microsilica 971 d) Novolak Bakelite 0235 DP (Bakelite AG) e) Polyethylenglykol PEG 6000 (BASF AG) f) Polyol PX (Perstorp AB) g) PE-Faser Stewathix 500 (Schwarzwälder Textilwerke GmbH) h) Vinylacetat-Ethylen-Copolymer Vinnex C 50 (Wacker Chemie
GmbH) i) Polyamid 12 Vestosint 1111 (Degussa AG) j) Balsamharz WW (Bassermann & Co) k) Zinkglukonat (Merck KGaA) D Zinkoleat (Peter Greven Fettchemie GmbH & Co. KG) m) Aluminiumstearat (Peter Greven Fettchemie GmbH & Co. KG)
2. Ergebnis
Tabelle 12 zeigt, dass der Zusatz von organischen Additiven die Gussoberfläche verbessert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Foritistoffmischung zur Herstellung von Gießformen für die Metallverarbeitung, mindestens umfassend:
einen feuerfesten Formgrundstoff; ein auf Wasserglas basierendes Bindemittel;
dadurch gekennzeichnet, dass der Formstoffmischung ein Anteil eines teilchenförmigen Metalloxids, welches ausgewählt ist aus der Gruppe von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titanoxid und Zinkoxid, zugesetzt ist.
2. Formstoffmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-, dass das teilchenförmige Metalloxid ausgewählt ist aus der Grup¬ pe von Fällungskieselsäure und pyrogener Kieselsäure.
3. Formstoffmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Wasserglas ein Modul SiO2/M2O im Bereich von 1,6 bis 4,0, insbesondere 2,0 bis 3,5 aufweist, wobei M Natrium¬ ionen und/oder Kaliumionen bedeutet.
4. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserglas einen Feststoff¬ anteil an SiO2 und M2O im Bereich von 30 bis 60 Gew.-% aufweist.
5. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel in einem Anteil von weniger als 20 Gew.-% in der Formstoffmischung enthalten ist.
6. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige Metalloxid in einem Anteil von 2 bis 60 Gew.-% bezogen auf das Bindemittel enthalten ist.
7. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgrundstoff zumindest einen Anteil von Mikrohohlkugeln enthält.
8. Formstoffmischung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlkugeln Aluminiumsilikatmikrohohlkugeln und/ oder Glasmikrohohlkugeln sind.
9. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch' gekennzeichnet, dass der Formgrundstoff zumindest einen Anteil an Glasgranulat, Glasperlen und/oder kugelförmigen kera¬ mischen Formkörpern enthält.
10. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgrundstoff zumindest einen Anteil an Mullit, Chromerzsand und/oder Olivin enthält.
11. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formstoffmischung ein oxidier- bares Metall und ein Oxidationsmittel zugesetzt ist.
12. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffmischung einen Anteil eines plättchenförmigen Schmiermittels enthält.
13. Formstoffmischung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, dass das plättchenförmige Schmiermittel ausgewählt ist aus Grafit und Molybdänsulfid.
14. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffmischung einen Anteil zumindest eines bei Raumtemperatur festen organischen Additivs enthält.
15. Formstoffmischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffmischung zumindest ein Silan enthält.
16. Verfahren zur Herstellung von Gießformen für die Metall¬ verarbeitung, mit den Schritten:
Herstellen einer Formstoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 15;
Formen der Formstoffmischung;
Aushärten der Formstoffmischung, indem die Formstoffmi¬ schung erwärmt wird, wobei die ausgehärtete Gießform erhal¬ ten wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Formstoffmischung auf eine Temperatur im Bereich von 100 bis 3000C erwärmt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zum Aushärten erhitzte Luft in die Formstoff- mischung eingeblasen wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Erwärmen der Formstoffmischung durch Ein¬ wirkung von Mikrowellen bewirkt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet das die Gießform ein Speiser ist.
21. Gießform, erhalten nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20.
22. Verwendung der Gießform nach Anspruch 21 für den Metall¬ guss, insbesondere Leichtmetallguss.
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