DE1433993A1 - Bindemittel fuer Giessereiformstoffe - Google Patents
Bindemittel fuer GiessereiformstoffeInfo
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Description
P.3875
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz
Bindemittel für Giessereiformstoffe
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel für Giessereiformstoffe, wobei die hiermit erzeugten grünen Giessformen im Bereich zwischen
800-120O0C gebrannt werden.
Beim Präzisionsgiessen mit Hilfe verlorener Modelle wird ein
Modell des herzustellenden Gussstückes mit einer aus Bindemittel und feuerfestem fsinkörmigem Material bestehenden Formmasse umkleidet
und aus der so erhaltenen Giessform das Modell durch Herausschmelzen und/oder Brennen oder Herauslösen entfernt. Ss werden
dabei vorwiegend gebrannte Giessformen verwendet, wobei in der Formmasse zur Herstellung der öiessform meist ein kieselsäurehaltiges
Bindemittel benützt wird. Beispielsweise ist es bekannt, durch Hydrolyse eines Kieselesters - zum Beispiel Aethylsilikat eine
kolloidale Kieselsäurelösung herzustellen und diese als Bindemittel mit dem feinkörnigen feuerfesten Formstoff zu mischen.
Bei Verwendung solcher kieselsäurehaltigen Bindemittel hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die in der fertigen Giessform
enthaltene Kieselsäure beim Vergiessen bestimmter Metalle oder Legierungen unerwünschte Reaktionen eingehen kann, ganz besonders
fcei höheren Giesstemperaturen. Beim Giessen von 13-prozentigem
Chromstahl zeigen die erhaltenen Gussstücke zum Beispiel vielfach eine unerwünschte pockennarbige Oberfläche; ähnliche Giessfehler
treten bei der Herstellung von Gussstücken aus Stählen oder Legierungen mit höheren Gehalten an Titan und/oder Aluminium auf.
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Es- wurde erkannt, dass solche verwünschten Erscheinungen auf
einer Reaktion der Kieselsäure mit dem betreffenden Legierungsbestandteil in Anwesenheit von Luftsauerstoff beruhen^ diese Reaktion
führt zu einer Verschlackung von Legierungsbestandteilen, was sich beim erkalteten Gussstück durch die erwähnten, meist pockennarbigen
Oberflächenfehler unliebsam bemerkbar macht.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass in der Formmasse bzw. im Bindemittel enthaltene Kieselsäure stabil gebunden sein
muss. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einer Mischung der kolloidalen Lösung des Hydroxydes mindestens
eines der Elemente Aluminium, Magnesium oder Zirkon, mit kolloidaler
Lösung von Kieselsäure besteht, wobei - bezogen auf den Oxydgehalt die
Kieselsäure in 3-6-facher Menge des Hydroxydes vorliegen soll.
Durch die Erfindung wird erreicht, dass die in der grünen Giessform
als kolloidale Lösung vorhandene Misschung aus dem Hydroxyd und
Kieselsäure beim anschliessenden Brennen der Giessform in eine stabile Verbindung in Form von an und für sich bekannten Silikaten übergeführt
wird, in welchen die Kieselsäure stabil gebunden ist und insbesondere nun nicht mehr mit reaktionsfreudigen Legierungsbestandteilen
reagiert. Auf diese V/eise werden Gussstücke erhalten, die sich unabhängig von der Zusammensetzung der Schmelze durch eine einwandfreie
Oberfläche auszeichnen.
Für die bein Brennen zwischen dem Hydroxyd und der Kieselsäure stattfindende Reaktion kann zweckmässig der Formmasse ein Katalysator
beigegeben werden, zum Beispiel Wolframcxyd oder ein Kobaltoxyd wie Co9O,. Ein solcher Katalysator ermöglicht eine Herabsetzung der
für das Brennen nötigen Temperatur. Zweckmässig enthält weiter die Bindemittelmischung einen Alkohol als Verdünnungsmittel; die kolloi
dale Lösung der Bindemittelmischung wird dann vorteilhaft durch
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Hydrolyse eines Kieselesters in einem wässerigen Gel des Hydroxydes
unter Zusatz des alkoholischen Verdünnungsmittels und gegebenenfalls
eines die Hydrolyse beschleunigenden Katalysators erhalten.
Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale und
Vorteile sind nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
750 g gefälltes Aluminiumhydroxyd werden in 2250 ml H2O gelöst.
Die erhaltene Lösung wird geliert. Anschliessend wird sie mit 12 Liter Isopropanol (konzentriert) gemischt und unter sehr guter Durchmischung
zu einer sirupartigen Lösung verrührt. Zu dieser Lösung werden 12 Liter Ortho-Aethylsilikat und 50 ml Salzsäure (konzentriert)
zugegeben und intensiv während 15.Stunden verrührt. Während dieser Zeit hydrolysiert das Aethylsilikat und es bildet sich kolloidale
Kieselsäure in feinster Verteilung in dem bereits vorhandenen Aluniniumhydroxyd-Gel.
Zur Bildung der Formmasse wird die erhaltene Bindemittellösung mit 70 kg feinkörnigem Korund und 500 g Kobaltoxyd (Co9O-) gemischt.
Das Kobaltoxyd dient als Katalysator für die beim Brennen der Form stattfindende Reaktion zwischen dem Aluminiumhydroxyd und der Kieselsäure
im Bindemittel.
Zum Herstellen der Giessform wird ein dem gewünschten Gussstück entsprechendes Modell aus einem zerstörbaren Werkstoff - zum Beispiel
aus Harnstoff - in die erhaltene Formmasse getaucht, der an
der Modelfoberfläche hängenbleibende dünne Ueberzug mit rieselfähigem
gröberem feuerfestem Material bestreut und während etva^ zwei
Stunden trocknen gelassen. Dieses Tauchen und Bestreuen mit änschliessendem
Trocknen "wird etwa sieben- bis zehanal- wiederholt.
, ... : ·, , BAD ORIGINAL
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U33993
Der erhaltene schalenartige Formkörper wird dann zum Herauslösen
des Harnst off mod el Is in ein Wasserbad gelegt und anschliessend auf
übliche Weise getrocknet. Das Modell kann gänzlich mit Hilfe des durch Poren des Formkörpers hineintretenden Lösungsmittels herausgelöst
werden oder auch nur teilweise, so dass der zurückbleibende Modellrest bei dem nun nachfolgenden Brennen der Giessform zerstört
wird. Das Brennen erfolgt bei einer Maximaltemperatur von etwa 10000C
und benötigt etwa zwei Stunden. Die fertige Giessform zeichnet sich
durch ausgezeichnete Oberflächengüte des Giesshohlraumes und durch
sehr gute Festigkeitseigenschaften aus. Beim Brennen ist die kolloidale Mischung aus Aluminiumhydroxyd und Kieselsäure in Sillimanit
(Al2O^SiO2) übergeführt worden, in welchem die Kieselsäure stabil"
gebunden ist.
In die Giessfcrm wird unmittelbar nach dem Herausnehmen aus dem
Brennofen ein Stahl mit 13$ Chrom, 0,5$ Silizium, 0,8$ Mangan, 0,15$
Kohlenstoff und Rest Eisen gegossen; die Giesstemperatur beträgt etwa
163O0C. Das erhaltene Gussstück zeichnet sich durch eine makellose
Oberfläche aus; insbesondere sind keine Oberflächenfehler vorhanden, die durch ein Verschlacken von Legierungsbestandteilen in
Anwesenheit von Kieselsäure und Luftsauerstoff bei der bisher üblichen
Verwendung von kieselsäurehaltigen Bindemitteln aufgetreten sind·
In auf gleiche Weise erhaltenen Giessformen wurden ferner zum
Herstellen von Gussstücken aus einer Legierung enthaltend 0,12# C,
20^ Cr, 0,34$ Ti, 0,16# Al, Rest Ni .benützt. Es wurden Gussstücke
mit einwandfreier Oberfläche erhalten. Der letztgenannte Werkstoff
wird vorzugsweise im Vakuumofen gegossen. .
Unter Umständen kann das Modell auch nur zwei- bis dreimal in die auf vorstehend beschriebene Weise erhaltene Formmasse ge-
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taucht und dann auf übliche Weise in einem Formkasten mit einer
geeigneten zweiten Formmasse hinterfüllt werden, zum Beispiel mit einer zementgebundenen Formmasse.
9 Liter kondensiertes Aethylsilikat werden mit 1 3/4 Liter Wasser, 50 ml Salzsäure (konzentriert) und 10 Liter Aethylalkohol
gemischt und durch Stehenlassen der Mischung während etwa 15 Stunden
wird das Aethylsilikat vollständig zu Kieselsäure hydrolisiert. Letztere liegt in kolloidaler Lösung vor, zu welcher ansehliessend
750 g gefälltes1/ in 2250 ml H3O gelöstes Aluminiumhydroxyd gegeben
wird. Die erhaltene Mischung wird gut durchgerührt und es bildet sich eine kolloidale Lösung aus einer Mischung von Aluminiuruhydroxyd
und Kieselsäure. Diese kolloidale Lösung wird als Bindemittel gemäss
Beispiel 1 zur Herstellung von Giessformen verwendet. Mit Hilfe solcher Giessformen erhaltene Gussstücke aus Stählen oder Legierungen
mit Bestandteilen, die leicht mit freier Kieselsäure reagieren, zeigen eine glatte, von Pockennarben und Verschlackungen gänzlich
freie Oberfläche.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere weisen mit Hilfe der Erfindung hergestellte Giessformen gegenüber solchen, die nicht gebundene
Kieselsäure als Bindemittel enthalten, eine wesentlich erhöhte Festigkeit auf, womit bei der Erfindung auch dann Vorteile erhalten
werden, wenn keine schädlichen Reaktionen zwischen Bestandteilen der Giessform und dem zu giessenden Metall auftreten..
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Weiter kann anstelle des Aluininiumhydr oxyde s ohne weiteres auch das Hydroxyd von Zirkon oder Magnesium treten; diese Hydroxyde
sind ebenfalls dazu fähig, beim Brennen die Kieselsäure zu binden unter Bildung von Zirkonsilikat bzw. Magnesiumsilikat. Es können
gleiche Mengen an Zirkon- bzw. Magnesiumhydroxyd verwendet werden, wie für Aluminiumhydroxyd angegeben wurde.
Weiter könnten an die Stelle von Aethylsilikat auch Propylsilikat oder Methylsilikat treten und umgekehrt. Weiter kann eine
erfindungsgemässe Giessform als feuerfester Bestandteil auch andere
Stoffe als Korund oder Mullit enthalten, zum Beispiel Zirkonsilikat, Magnesia oder Mischungen von zweien oder mehreren der genannten
feuerfesten Stoffe. Weiter kann das erfindungsgemässe Verfahren auch in Verbindung mit anderen Modellwerkstoffen als Harnstoff oder
Mischungen von Harnstoff mit Plastifizierungsmitteln wie Polyvinylalkohol
angewendet werden, zum Beispiel in Verbindung mit Modellen aus Wachs, Thermoplasten oder selbst von nicht in der Form zerstörbaren Dauermodellen aus Holz, Metall oder dergleichen.
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Claims (6)
1. Bindemittel für Giessereiformstoffe, wobei die hiermit
erzeugten grünen Giessformen im Bereich zwischen 800-12000C gebrannt
werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einer Mischung der kolloidalen Lösung des Hydroxydes mindestens
eines der Elemente Aluminium, Magnesium oder Zirkon, mit kolloidaler Lösung von Kieselsäure besteht, wobei - bezogen auf den
Oxydgehalt - die Kieselsäure in 3-6-facher Menge des Hydroxydes vorliegen soll.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmischung einen Alkohol als Verdünnungsmittel enthält.
3. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Bindemittel bzw. die Formmasse einen Katalysator für die beim Brennen zwischen dem Hydroxyd und der Kieselsäure stattfindende
Reaktion enthält.
4. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Wolframoxyd dient.
5. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator Kobaldoxyd dient.
6. Bindemittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die kolloidale Bindemittellösung durch Hydrolyse eines Kieselesters in einem wässerigen Gel des Hydroxydes unter
Zusatz des alkoholischen Verdünnungsmittels und gegebenenfalls eines Hydrolysekatalysators erhalten wird.
Unterlagen !Art 7 $ 1 Abs. 2 Nr. ^ Sate 3 des ÄnderunflsO·*.
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