KR20180017400A - Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder - Google Patents
Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180017400A KR20180017400A KR1020160101166A KR20160101166A KR20180017400A KR 20180017400 A KR20180017400 A KR 20180017400A KR 1020160101166 A KR1020160101166 A KR 1020160101166A KR 20160101166 A KR20160101166 A KR 20160101166A KR 20180017400 A KR20180017400 A KR 20180017400A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- precursor
- inorganic binder
- primary
- oxide precursor
- molded body
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
- B22C9/061—Materials which make up the mould
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
- B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
- B22C1/20—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mold Materials And Core Materials (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 삼성분계 무기 바인더를 이용한 고강도 주조 주형의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체를 이용하여 융점을 낮춤으로써 유리화 효율이 상승되어 고강도의 주형을 제조할 수 있고 냉각 시 용융 금속과의 반응을 억제할 수 있는 결정상을 형성하여 열처리와 주조가 용이한, 삼성분계 무기 바인더를 이용한 고강도 주조 주형의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a high strength casting mold using a ternary inorganic binder, and more particularly, to a method for manufacturing a high strength casting mold using a tin oxide inorganic binder, The present invention relates to a method for manufacturing a high strength casting mold using a ternary inorganic binder which is easy to be heat treated and cast by forming a crystalline phase capable of suppressing the reaction with molten metal during cooling.
일반적으로, 기존의 사형 주조는 레진이라 불리는 유기 바인더가 코팅된 세라믹 분말(주물사)을 금형틀에 부어 주형을 제작한 후 용탕 금속으로 주조하는 것으로, 이러한 사형 주조용 주형의 공정은 간단하고 상대적으로 낮은 생산비용을 가져 주조산업에 널리 이용되고 있다.In general, casting molds are made by pouring a ceramic powder (molding sand) coated with an organic binder called a resin into a die mold, casting the die into molten metal, and the process of this die casting mold is simple and relative It has low production cost and is widely used in casting industry.
그런데, 이러한 기존의 사형 주조는, 고온의 용탕 금속으로 인한 유기 바인더의 분해로 주조 시 주형이 붕괴될 뿐 아니라 블로우 홀의 발생으로 제조된 주조품에 결함(특히 표면결함)이 생기게 되고, 고온에서의 열처리가 불가하며, 낮은 치수 안정성 및 환경 오염 문제(폐 주물사)가 있고, 주조 시 주형의 강도 유지를 위해서는 주형의 두께가 증대되어야 한다. 특히, 사형 주조 공법에 의한 주조품은 5㎜의 두께 한계가 있으며, 용탕의 유동성 불량으로 인해 주조품에 수축 결함이 생기게 된다.However, such conventional sand mold casting is disadvantageous in that, due to the decomposition of the organic binder due to the high temperature molten metal, the mold is collapsed during casting, defects (particularly surface defects) are produced in the castings produced by the occurrence of blow holes, There is low dimensional stability and environmental pollution problem (waste molding sand), and in order to maintain the strength of the mold at the time of casting, the thickness of the mold must be increased. Particularly, casting by casting method has a thickness limit of 5 mm, and shrinkage defect occurs in casting due to poor flowability of molten metal.
그러므로, 얇은 두께(박육)의 주조품을 생산하기 위해서는 정밀 주조 공법이 이용되고 있지만, 주형의 제조 시 8∼10회의 코팅 공정과, 그에 따른 후속 공정 즉, 각 코팅 마다의 건조 공정이 적용되어야 함으로써 길고 복합한 제조공정에 따라 생산성이 낮고, 제조원가가 상승되며, 주조품의 크기 제한 등의 해결과제가 있다.Therefore, although precision casting is used to produce castings with a thin thickness (thin wall), it is necessary to apply 8 to 10 coating processes and subsequent processes, that is, a drying process for each coating, There is a problem in that the productivity is low, the manufacturing cost is increased, and the size of casting is limited according to the complex manufacturing process.
따라서, 공정 단순화와 성능향상을 통한 가격 경쟁력 강화를 도모하기 위해 새로운 주형의 제조 공정에 대한 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a new mold manufacturing process in order to simplify the process and enhance the price competitiveness by improving the performance.
이상 설명한 바와 같은 사형 주조용 주형 및 그 제조방법에 대한 기술은 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.The description of the mold for casting mold and the manufacturing method thereof as described above is described in detail in the following prior art documents, so that detailed description thereof will be omitted.
따라서 고강도의 주형을 제조할 수 있는 무기 바인더를 개발하던 중, 실리카, 산화알루미늄 및 산화소듐을 주성분으로 포함하면 융점이 낮아짐으로써 유리화 효율이 상승하여 강도의 주형을 제조할 수 있으며, 냉각 시 용융 금속과의 반응을 억제할 수 있는 결정상을 형성함으로 열처리와 주조가 용이함을 발견하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, when an inorganic binder capable of producing a high-strength mold is being developed, the melting point is lowered when silica, aluminum oxide and sodium oxide are included as main components, thereby increasing the vitrification efficiency and producing a mold having a high strength. The present invention has been accomplished on the basis of this discovery that heat treatment and casting are easy.
따라서 본 발명의 목적은 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체를 이용한 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a high-strength casting mold using a silica precursor, an aluminum oxide precursor, and a sodium oxide precursor.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 주물사 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 성형체를 제조하는 단계, 상기 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 단계, 상기 건조된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 및 2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조시킨 후 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing an aluminum oxide precursor, comprising the steps of mixing a foundry powder and an organic binder to prepare a shaped body, dipping the formed body in a primary inorganic binder precursor containing an aluminum oxide precursor, Drying the formed body, immersing the dried body in a secondary inorganic binder precursor containing a silica precursor and a sodium oxide precursor, and drying the molded body coated with the secondary inorganic binder, followed by heat treatment And a method of manufacturing a high-strength casting mold.
상기 열처리 온도는 900~1300℃일 수 있다.The heat treatment temperature may be 900 to 1300 ° C.
상기 산화알루미늄 전구체는 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 알루미늄 알콕사이드(AlOR), 알루미늄 질산염 (Al(NO3)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.The aluminum oxide precursor may be selected from the group consisting of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum alkoxide (AlOR), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 )
상기 실리카 전구체는 실리케이트, 실록산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있다.The silica precursor may be one selected from the group consisting of silicates, siloxanes, and combinations thereof.
상기 산화소듐 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 알콕사이드일 수 있다;The sodium oxide precursor may be a sodium alkoxide represented by the following formula (1);
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Na-O-RNa-O-R
상기 R은 수소 또는 알킬기이다.Wherein R is hydrogen or an alkyl group.
상기 1차 및 2차 무기 바인더 전구체는 희석제로 알콜계 용제를 포함할 수 있다.The primary and secondary inorganic binder precursors may include an alcoholic solvent as a diluent.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 주물사 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 성형체를 제조하는 단계, 상기 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조 및 1차 열처리 시키는 단계, 상기 1차 열처리된 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 및 2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조 및 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing an inorganic binder precursor comprising the steps of mixing a foundry powder and an organic binder to prepare a formed body, immersing the formed body in a primary inorganic binder precursor comprising a silica precursor and a sodium oxide precursor, A step of drying and first heat-treating a molded article coated with an inorganic binder, a step of dipping the primary heat-treated molded article in a secondary inorganic binder precursor containing an aluminum oxide precursor to coat the molded article with the secondary inorganic binder, Drying and secondary heat treatment of the high-strength casting mold.
상기 열처리 온도는 900~1300℃일 수 있다.The heat treatment temperature may be 900 to 1300 ° C.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 주물사 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 성형체를 제조하는 단계, 상기 성형체를 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조 및 1차 열처리 시키는 단계, 상기 1차 열처리된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 및 2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조 및 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a molded body, comprising the steps of mixing a foundry powder and an organic binder to prepare a molded body, and immersing the molded body in a primary inorganic binder precursor containing a silica precursor, an aluminum oxide precursor and a sodium oxide precursor A step of drying and firstly heat-treating the molded article coated with the primary inorganic binder, a step of immersing and coating the primary heat-treated molded article in a secondary inorganic binder precursor including a silica precursor and a sodium oxide precursor, And drying and secondarily heat-treating the molded body coated with the inorganic binder. The present invention also provides a method of manufacturing a high-strength casting mold.
상기 열처리 온도는 900~1300℃일 수 있다.The heat treatment temperature may be 900 to 1300 ° C.
본 발명의 제조방법은 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체의 삼성분계 무기 바인더 전구체를 이용함으로써 융점을 낮추어 유리화 효율을 높였고 이에 따라 강도가 현저히 증가된 주조 주형을 제조할 수 있다. 또한 상기의 삼성분계 무기 바인더 조성은 용융 금속과의 반응을 억제할 수 있는 결정상을 형성시켜서 열처리 및 주조가 용이한 주조 주형을 제조할 수 있다.The manufacturing method of the present invention improves the vitrification efficiency by lowering the melting point by using the silica precursor, the aluminum oxide precursor, and the tin oxide inorganic precursor of the tin oxide precursor, so that the casting mold having a remarkably increased strength can be manufactured. In addition, the ternary inorganic binder composition can form a crystal phase capable of inhibiting the reaction with the molten metal to produce a casting mold which can be easily heat-treated and cast.
도 1은 TEOS 및 NaOMe로 구성된 무기 바인더 전구체 반응물의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸다.
도 2는 TEOS 및 Al(OH)3로 구성된 무기 바인더 전구체 반응물의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸다(빨간 색 : 열처리 전, 검은 색 : 열처리 후).
도 3은 NaOMe 및 Al(OH)3로 구성된 무기 바인더 전구체 반응물의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸다(빨간 색 : 열처리 전, 검은 색 : 열처리 후).
도 4는 TEOS, NaOMe 및 Al(OH)3로 구성된 무기 바인더 전구체 반응물의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석 결과를 나타낸다(빨간 색 : 열처리 전, 검은 색 : 열처리 후).
도 5는 80℃에서 24시간 동안 건조된 TEOS 86 중량%, NaOMe 6.3 중량%, Al(OH)3 6 중량%, 및 잔량의 이소부틸알콜을 포함하는 무기 바인더를 각각 1000℃, 1100℃, 1200℃에서 1시간 동안 열처리한 후 그 미세구조를 촬영한 SEM 사진이다.
도 6은 상기 도 5에서 촬영한 물질들 중 1000℃에서 열처리한 물질을 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석한 결과를 나타낸다.
도 7은 상기 도 5에서 촬영한 물질들 중 1100℃에서 열처리한 물질을 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석한 결과를 나타낸다.
도 8은 상기 도 5에서 촬영한 물질들 중 1200℃에서 열처리한 물질을 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석한 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 공정도를 나타낸다.
도 10은 비교 제조예 및 제조예 3~5의 파괴 강도를 측정한 결과를 나타낸다.
도 11은 제조예 3~5의 파단 단면을 촬영한 SEM 사진이다.
도 12는 제조예들의 XRD 분석 결과를 나타낸다((a) : 비교 제조예 / (b) : 제조예 3 / (c) : 제조예 4 / (d) : 제조예 5 / 빨간색 : 열처리 전 / 파란색 : 1차 열처리 온도 1000℃ / 검은 색 : 1차 열처리 온도 1200℃).1 shows XRD (X-ray Diffraction) analysis and IR (Infrared Spectroscopy) analysis results of an inorganic binder precursor reactant composed of TEOS and NaOMe.
FIG. 2 shows XRD and IR spectra of an inorganic binder precursor reactant composed of TEOS and Al (OH) 3 (red color: before heat treatment, black: after heat treatment).
FIG. 3 shows XRD and IR spectra of the inorganic binder precursor reactant composed of NaOMe and Al (OH) 3 (red color: before heat treatment, black: after heat treatment).
Figure 4 shows XRD and IR spectra of an inorganic binder precursor reactant composed of TEOS, NaOMe and Al (OH) 3 (red: before heat treatment, after black heat treatment) .
5 is a graph showing the results of measurement of an inorganic binder containing 86% by weight of TEOS, 6.3% by weight of NaOMe, 6% by weight of Al (OH) 3 and the balance of isobutyl alcohol dried at 80 DEG C for 24 hours at 1000 DEG C, C for 1 hour after the heat treatment.
FIG. 6 shows the results of XRD (X-ray diffraction) analysis and IR (infrared spectroscopy) analysis of materials heat-treated at 1000 ° C. among the materials taken in FIG.
FIG. 7 shows the results of XRD (X-ray diffraction) analysis and IR (infrared spectroscopy) analysis of the material heat-treated at 1100 ° C. among the materials taken in FIG.
FIG. 8 shows the results of XRD (X-ray diffraction) analysis and IR (infrared spectroscopy) analysis of the material heat-treated at 1200 ° C. among the materials taken in FIG.
Figure 9 shows a process diagram of the present invention.
Fig. 10 shows the results of measurement of the fracture strengths of Comparative Production Examples and Production Examples 3 to 5. Fig.
11 is an SEM photograph of the fractured section of Production Examples 3 to 5.
12 shows the XRD analysis results of the production examples ((a): Comparative Production Example / (b): Production Example 3 / (c): Production Example 4 / (d): Production Example 5 / Red: : Primary
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 주물사 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 성형체를 제조하는 단계, 상기 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 단계, 상기 건조된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 및 2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조시킨 후 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a process for producing a molded article, comprising the steps of mixing a molding sand powder and an organic binder to produce a molded article, dipping the molded article in a primary inorganic binder precursor containing an aluminum oxide precursor to coat the molded article coated with the primary inorganic binder , A step of immersing the dried molded body in a secondary inorganic binder precursor containing a silica precursor and a sodium oxide precursor to coat the dried inorganic molded body with the inorganic binder and drying the molded body coated with the secondary inorganic binder and then heat- Of the present invention.
본 발명에 따른 제조방법은 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 삼성분계 무기 바인더 전구체를 활용하는데, 상기 세 가지 성분의 조합으로 인해 무기 바인더는 낮은 융점을 갖게 된다. 융점이 낮을수록 소성 강도를 향상시키는 유리화(glassification)의 효율이 높아진다. 상기 산화소듐 전구체 대신에 바륨, 칼슘, 마그네슘, 지르코늄, 크롬 등의 산화물 전구체를 사용할 수 있으나, 산화소듐 전구체가 일반적으로 쉽게 구할 수 있고 낮은 융점을 가지기 때문에 바람직하다. 또한 상기의 삼성분계 조성은 용융 금속과의 반응을 억제할 수 있는 결정상을 형성시키며, 결정상 형성으로 고온 열처리가 가능하고 주조 시 용융 금속과의 반응 억제할 수 있어 효율적으로 박육의 건전한 주조물을 제조할 수 있다. The manufacturing method according to the present invention utilizes a ternary inorganic binder precursor including a silica precursor, an aluminum oxide precursor, and a sodium oxide precursor, and the inorganic binder has a low melting point due to the combination of the three components. The lower the melting point, the higher the efficiency of glassification, which improves the plasticity strength. Instead of the sodium oxide precursor, an oxide precursor such as barium, calcium, magnesium, zirconium or chromium may be used, but a sodium oxide precursor is generally preferred because it is easily obtainable and has a low melting point. Further, the ternary system composition forms a crystalline phase capable of inhibiting the reaction with the molten metal, and can be heat-treated at a high temperature by the formation of a crystal phase and inhibited the reaction with the molten metal during casting, thereby efficiently producing a thin cast product .
상기 제조방법에서 산화알루미늄 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 성형체를 침지시킨 후 건조시킴으로써, 상기 성형체 표면에 산화알루미늄 전구체가 코팅되도록 한다. 상기 산화알루미늄 전구체는 이에 한정되지 않지만, 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 알루미늄 알콕사이드(AlOR), 알루미늄 질산염 (Al(NO3)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 바람직하게는 수산화 알루미늄(Al(OH)3)일 수 있다. 상기 ‘조합’이란, 혼합물을 의미한다.In the above production method, the aluminum oxide precursor is coated on the surface of the molded body by immersing the molded body in the primary inorganic binder precursor including the aluminum oxide precursor and then drying it. The aluminum oxide precursor may be selected from the group consisting of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum alkoxide (AlOR), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) May be aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ). The term " combination " means a mixture.
그 후, 산화알루미늄 전구체가 코팅된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시킨다. Thereafter, the molded article coated with the aluminum oxide precursor is immersed in the secondary inorganic binder precursor including the silica precursor and the sodium oxide precursor.
상기 1차 바인더 전구체에 포함되는 산화알루미늄 전구체, 상기 2차 바인더 전구체에 포함되는 실리카 전구체, 산화소듐 전구체의 3가지 성분의 몰비는 이에 한정되지 않지만, 0.1~1 : 0.05~0.5 : 1~5 일 수 있다.The molar ratio of the three components of the aluminum oxide precursor contained in the primary binder precursor, the silica precursor contained in the secondary binder precursor, and the sodium oxide precursor is not particularly limited but may be 0.1 to 1: 0.05 to 0.5: 1 to 5 .
상기 산화알루미늄 전구체의 몰비가 0.1 미만일 경우에는 생성되는 결정상의 양이 충분하지 않게 되고, 1을 초과할 경우에는 실리카의 유리상 전환 온도가 상승되어 효율적인 유리질 형성이되지 않아 주형의 강도를 저하시킬 수 있다. When the molar ratio of the aluminum oxide precursor is less than 0.1, the amount of the generated crystal phase becomes insufficient. When the molar ratio exceeds 1, the glass transition temperature of silica is increased to prevent efficient glass formation and the strength of the mold may be lowered .
또한, 상기 실리카 전구체의 몰비가 0.05 미만일 경우에는 실리카에 의한 유리화 반응이 거의 일어나지 않게 되고, 0.5를 초과할 경우에는 실리카의 유리상 전환 온도가 높아지게 되어 주형의 기계적 강도를 저하시킬 수 있다.When the molar ratio of the silica precursor is less than 0.05, the vitrification reaction by silica hardly occurs. When the molar ratio exceeds 0.5, the glass transition temperature of the silica becomes high, and the mechanical strength of the mold may be lowered.
덧붙여, 상기 산화소듐 전구체의 몰비가 1 미만일 경우에는 실리카의 유리상 전환 온도를 높이게 되고, 5를 초과할 경우에는 실리카의 망상 구조의 생성을 저해함과 동시에 백화 현상으로 인해 주형의 기계적 강도가 충분히 상승되지 않을 수 있다.In addition, when the molar ratio of the sodium oxide precursor is less than 1, the glass transition temperature of the silica is increased. When the molar ratio exceeds 5, the generation of the network structure of the silica is inhibited and the mechanical strength of the mold is sufficiently raised .
또한, 상기 2차 무기 바인더 전구체는 실리카 전구체, 산화소듐 전구체 및 알콜 용제를 이에 한정되지 않지만, 0.05~0.5 : 1~5 : 0.01~0.1의 몰비로 포함할 수 있다.The secondary inorganic binder precursor may include a silica precursor, a sodium oxide precursor, and an alcohol solvent in a molar ratio of 0.05 to 0.5: 1 to 5: 0.01 to 0.1, though not limited thereto.
본 발명에 따른 제조방법에서 1차 및 2차 무기 바인더 전구체에 침지시키는 시간은 이에 한정되지 않지만, 1분 내지 3시간, 30분 내지 3시간, 또는 30분 내지 2시간일 수 있다.In the production process according to the present invention, the time for immersion in the primary and secondary inorganic binder precursors is not limited to, but may be 1 minute to 3 hours, 30 minutes to 3 hours, or 30 minutes to 2 hours.
상기 2차 무기 바인더 전구체에 성형체를 침지시키는 동안, 하기 반응식 1 및 2의 졸-겔 반응을 통해 수산화나트륨 및 실리카가 성형체 표면에 코팅된다.Sodium hydroxide and silica are coated on the surface of the molded body through the sol-gel reaction of the following
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
RONa + H2O → ROH + NaOHRONa + H 2 O → ROH + NaOH
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
(RO)3Si[O-Si(OR)2]n OR + (n+2)H2O → (n+1)SiO2 + 2(n+2)ROH(RO) 3 Si [O-Si (OR) 2 ] n OR + (n + 2) H 2 O → (n + 1) SiO 2 +
산화소듐 전구체는 물에 의해 수산화 소듐 및 알콜로 가수분해되고, 실리카 전구체는 물에 의해 실리카 및 알콜로 가수분해되면서 겔화가 진행된다.The sodium oxide precursor is hydrolyzed with water to sodium hydroxide and alcohol, and the silica precursor is hydrolyzed to silica and alcohol by water and gelation proceeds.
본 발명에 따른 제조방법에서 산화소듐 전구체는 이에 한정되지 않지만, 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 알콕사이드일 수 있다.In the production method according to the present invention, the sodium oxide precursor is not limited thereto, but may be a sodium alkoxide represented by the following general formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
Na-O-RNa-O-R
상기 R은 수소 또는 알킬기이다. 상기 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 이소프로필기, 헥실기 또는 사이클로 헥실기이고, 바람직하게는 메틸기일 수 있다.Wherein R is hydrogen or an alkyl group. The alkyl group may be a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an isopropyl group, a hexyl group or a cyclohexyl group, preferably a methyl group.
또한, 본 발명에 따른 제조방법에서 실리카 전구체는 이에 한정되지 않지만, 실리케이트, 실록산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나일 수 있고, 구체적으로는 알킬 실리케이트 또는 아릴 실리케이트일 수 있으며, 상기 알킬 실리케이트는 TEOS(Tetraethly orthosilicate, 테트라에틸 오르쏘실리케이트)일 수 있다. 상기 ‘조합’은 혼합물을 의미한다.In addition, in the production method according to the present invention, the silica precursor may be any one selected from the group consisting of silicates, siloxanes, and combinations thereof, and may be an alkyl silicate or an aryl silicate, May be TEOS (tetraethylorthosilicate). The term " combination " means a mixture.
2차 무기 바인더에 침지를 완료시킨 후 건조함으로써 졸-겔 반응 중에 생성된 알콜을 건조시킨다. 본 발명에 따른 제조방법에서 건조 공정은 80~120℃, 80~110℃, 또는 80~100℃의 온도에서 0.5~3시간 동안 실시되는 것이 바람직하다.After completion of immersion in the secondary inorganic binder, drying is performed to dry the alcohol produced during the sol-gel reaction. In the production process according to the present invention, the drying process is preferably performed at a temperature of 80 to 120 ° C, 80 to 110 ° C, or 80 to 100 ° C for 0.5 to 3 hours.
건조가 완료된 성형체를 열처리 하면 상기 졸-겔 반응에서 생성된 실리카, 수산화 소듐, 및 상기 1차 무기 바인더 전구체에 포함된 산화알루미늄 전구체는 유리질의 소듐 알루미노실리케이트(sodium aluminosilicate, nepheline)로 성형체 표면에 생성됨으로써 고강도의 주조 주형이 제조된다. 주조 주형의 강도는 하기 반응식 3의 유리화 과정에서 생성되는 유리질에 의해 발현된다.When the dried preform is heat-treated, the aluminum oxide precursor contained in the silica, sodium hydroxide, and the primary inorganic binder precursor produced in the sol-gel reaction is formed of sodium aluminosilicate (nepheline) Whereby a high-strength casting mold is produced. The strength of the casting mold is expressed by the vitreous formed in the vitrification process of the following reaction formula (3).
[반응식 3][Reaction Scheme 3]
A. nAl(OH)3 + mNaOH + kSiO2 → nAl2O3 · mNa2O · kSiO2 + xH2O A. nAl (OH) 3 + mNaOH + kSiO 2 → nAl 2
B-1. 2NaOH + SiO2 → Na2O·SiO2 + H2OB-1. 2NaOH + SiO 2 → Na 2 O · SiO 2 + H 2 O
B-2. 3Al(OH)3 + 2SiO2 → 3Al2O3·2SiO2 + ３H2OB-2. 3Al (OH) 3 + 2SiO 2 → 3Al 2
B-3. 2Al(OH)3 + 2NaOH → Al2O3·Na2O + 4H2OB-3. 2Al (OH) 3 + 2NaOH → Al 2
상기 열처리 온도는 이에 한정되지 않지만, 900~1300℃, 1000~1200℃, 1100~1300℃ 또는 1200℃일 수 있고, 상기 열처리 시간은 이에 한정되지 않지만 30분 내지 3시간 일 수 있다.The heat treatment temperature may be, but is not limited to, 900 to 1300 ° C, 1000 to 1200 ° C, 1100 to 1300 ° C or 1200 ° C, and the heat treatment time may be 30 minutes to 3 hours.
한편, 본 발명에 따른 상기 제조방법에서 1차 및 2차 무기 바인더 전구체는 알콜계 용제를 희석제로 포함할 수 있고, 상기 알콜계 용제는 이에 한정되지 않지만, 메틸알콜, 에틸알콜, 프로필알콜, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 이소부틸알콜, 헥실알콜 및 사이클로헥실알콜로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 또한, 알콜계 용제는 이에 한정되지 않지만, 무기 바인더 전구체 조성물의 총 중량 대비 1~10 중량% 만큼 포함될 수 있다. 1 중량% 미만일 경우에는 무기 바인더 전구체 성분이 성형체 표면에 골고루 코팅되지 않을 수 있고, 10 중량%를 초과할 경우에는 무기 바인더 전구체의 상대적인 함량이 적어져서 주형의 강도 상승 효과가 약해질 수 있다.In the preparation process according to the present invention, the primary and secondary inorganic binder precursors may contain an alcohol-based solvent as a diluent, and the alcohol-based solvent includes, but is not limited to, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, Propyl alcohol, butyl alcohol, isobutyl alcohol, hexyl alcohol, and cyclohexyl alcohol. The alcohol-based solvent is not limited thereto, but may be included in an amount of 1 to 10% by weight based on the total weight of the inorganic binder precursor composition. When the content of the inorganic binder precursor is less than 1% by weight, the inorganic binder precursor component may not be uniformly coated on the surface of the molded article. When the content of the inorganic binder precursor exceeds 10% by weight, the relative content of the inorganic binder precursor may be decreased.
또한, 상기 제조방법에서 주물사 분말은 이에 한정되지 않지만, 실리카계 주물사일 수 있고, 천연사, 인조사, 뮬라이트계 세라믹 비드, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 ‘조합’은 혼합된 상태를 의미한다. 덧붙여, 상기 성형체 제조에 사용되는 유기 바인더는 수용성 또는 지용성의 긴 사슬의 고분자일 수 있고, 유기 바인더의 분자량 및 함량은 주형의 강도를 증가시키기 위해 주물자의 종류에 따라 달리하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기 바인더는 이에 한정되지 않지만, 레진계 바인더일 수 있다.In addition, in the above production method, the foundry powder is not limited thereto, but may be a silica-based foundry sand, natural yarn, artificial yarn, mullite-based ceramic bead, or a combination thereof. The 'combination' means a mixed state. In addition, the organic binder used in the production of the molded article may be a water-soluble or oil-soluble long chain polymer, and the molecular weight and the content of the organic binder are preferably varied depending on the type of the casting mold to increase the strength of the casting mold. The organic binder is not limited thereto, but may be a resin-based binder.
본 발명은 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체의 삼성분계 무기 바인더를 이용하여 위에 서술한 방법과는 다르게, 주물사 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 성형체를 제조하는 단계, 상기 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조 및 1차 열처리 시키는 단계, 상기 1차 열처리된 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 및 2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조 및 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a process for producing a molded body by mixing a foundry powder and an organic binder in a manner different from the above-described method using a tin oxide inorganic binder such as a silica precursor, an aluminum oxide precursor and a sodium oxide precursor, A step of drying and first heat treating the molded article coated with the primary inorganic binder, and a step of immersing the primary heat-treated molded article in a secondary weapon containing an aluminum oxide precursor A step of dipping in a binder precursor for coating, and a step for drying and secondary heat treatment of the molded body coated with the secondary inorganic binder, thereby providing a method of manufacturing a high strength casting mold.
상기 제조방법은 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 먼저 코팅시킨 후 수산화알루미늄 전구체를 코팅시키는 방법이다. 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 성형체 표면에 졸-겔 반응에서 생성된 실리카 및 수산화소듐이 코팅되고, 1차 열처리시킴으로써 유리질의 Na2O·SiO2가 성형체 표면에 코팅된다. 상기 1차 열처리 조건은 이에 한정되지 않지만, 900~1300℃에서 30분 내지 3시간 동안 실시할 수 있다.The above process is a method in which a silica precursor and a sodium oxide precursor are coated first and then an aluminum hydroxide precursor is coated. The formed body is immersed in a primary inorganic binder precursor including a silica precursor and a sodium oxide precursor, and the silica and sodium hydroxide produced in the sol-gel reaction are coated on the surface of the molded body, and the glassy Na 2 O. SiO 2 And is coated on the surface of the molded article. The primary heat treatment conditions are not limited thereto, but can be carried out at 900 to 1300 占 폚 for 30 minutes to 3 hours.
상기 1차 바인더 전구체에 포함되는 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체, 및 상기 2차 바인더 전구체에 포함되는 산화알루미늄 전구체의 3가지 성분의 몰비는 이에 한정되지 않지만, 0.05~0.5 : 1~5 : 0.1~1일 수 있다.The molar ratio of the three components of the silica precursor and the sodium oxide precursor contained in the primary binder precursor and the aluminum oxide precursor contained in the secondary binder precursor is not particularly limited but is preferably 0.05 to 0.5 to 1 to 5 to 0.1 to 1, Lt; / RTI >
또한, 상기 1차 무기 바인더 전구체는 실리카 전구체, 산화소듐 전구체 및 알콜 용제를 이에 한정되지 않지만, 0.05~0.5 : 1~5 : 0.01~0.1의 몰비로 포함할 수 있다.In addition, the primary inorganic binder precursor may include a silica precursor, a sodium oxide precursor, and an alcohol solvent in a molar ratio of 0.05 to 0.5: 1 to 5: 0.01 to 0.1, although not limited thereto.
그 후 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 2차 전구체에 침지시켜 산화알루미늄 전구체를 성형체 표면에 코팅시키고, 2차 열처리를 실시함으로써 유리질의 소듐 알루미노실리케이트(sodium aluminosilicate, nepheline)가 성형체 표면에 코팅된다. 상기 2차 열처리 온도는 900~1300℃일 수 있고, 바람직하게는 1100~1300℃에서 실시됨으로써 강도를 더욱 증가시킬 수 있다.Thereafter, the formed body is immersed in a secondary precursor containing an aluminum oxide precursor, the aluminum oxide precursor is coated on the surface of the molded body, and a secondary heat treatment is performed, whereby a glassy sodium aluminosilicate (nepheline) is coated on the surface of the molded body . The secondary heat treatment temperature may be 900 to 1300 ° C, preferably 1100 to 1300 ° C to further increase the strength.
이하, 상기 제조방법과 관련된 다른 구성들은 상기 첫 번째 서술한 제조방법과 동일한 특징을 갖는바, 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, other structures related to the above-described manufacturing method have the same features as those of the above-described manufacturing method, and detailed description thereof will be omitted.
본 발명은 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체의 삼성분계 무기 바인더를 이용하여 위에 서술한 방법들과는 다르게, 주물사 분말 및 유기 바인더를 혼합하여 성형체를 제조하는 단계, 상기 성형체를 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조 및 1차 열처리 시키는 단계, 상기 1차 열처리된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계, 및 2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조 및 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a process for preparing a shaped body by mixing a foundry powder and an organic binder, differently from the above-described methods using a tin oxide inorganic binder such as a silica precursor, an aluminum oxide precursor and a sodium oxide precursor, A first precursor and a sodium oxide precursor to form a primary inorganic binder precursor; a step of drying and primary heat treating the primary inorganic binder-coated article; a step of mixing the primary heat-treated article with a silica precursor and a sodium oxide precursor And drying and secondarily heat-treating the molded body coated with the secondary inorganic binder. The present invention also provides a method of manufacturing a high-strength casting mold, comprising the steps of:
상기 제조방법은 삼성분계 무기 바인더 전구체(1차)를 성형체에 처리한 후, 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 이성분계 무기 바인더 전구체(2차)를 성형체에 처리하는 방법이다. 상기 이성분계 무기 바인더 전구체를 처리하는 이유는 상기 삼성분계 무기 바인더 전구체를 모두 포함하는 1차 무기 바인더 전구체는 강한 알칼리성이기 때문에 성형체의 성형 강도가 감소하는 경향이 있으므로 성형강도의 증대를 위해 다시 처리하는 것이다.The above production method is a method in which a ternary inorganic binder precursor (primary) is treated to a formed body, and then a binary inorganic binder precursor (secondary) containing a silica precursor and a sodium oxide precursor is treated on the formed body. The reason for processing the binary inorganic binder precursor is that the primary inorganic binder precursor including all of the ternary inorganic binder precursors tends to decrease the molding strength of the formed article due to its strong alkalinity, will be.
상기 삼성분계를 구성하는 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체의 몰비는 이에 한정되지 않지만, 1:1:1:~10:1:1, 1:1:1~8:1:1, 1:1:1~5:1:1, 1:1:1~3:1:1, 또는 2:1:1일 수 있다. 상기 몰비에서 실리카 전구체의 몰비가 1 미만일 경우에는 유리질이 충분히 생성되지 않아 주형의 강도가 충분히 높아지지 않을 수 있고, 실리카 전구체의 몰비가 10을 초과할 경우에는 몰비가 2일 경우와 강도 향상에 있어서 큰 차이가 없기 때문에 비효율적이다.The molar ratio of the silica precursor, the aluminum oxide precursor, and the sodium oxide precursor constituting the ternary system is not particularly limited but may be 1: 1: 1 to 10: 1: 1, 1: 1: 1 to 8: 1: 1 to 5: 1: 1, 1: 1: 1 to 3: 1: 1, or 2: 1: 1. If the molar ratio of the silica precursor in the molar ratio is less than 1, the strength of the mold may not be sufficiently increased due to insufficient formation of the glassy material. When the molar ratio of the silica precursor is more than 10, It is inefficient because there is no big difference.
또한, 상기 이성분계 무기 바인더 전구체(2차)는 실리카 전구체, 산화소듐 전구체 및 알콜 용제를 이에 한정되지 않지만, 0.05~0.5 : 1~5 : 0.01~0.1의 몰비로 포함할 수 있다.In addition, the binary precursor of the inorganic binder (secondary) may include the silica precursor, the sodium oxide precursor, and the alcohol solvent in a molar ratio of 0.05: 0.5: 1 to 5: 0.01 to 0.1, although not limited thereto.
한편, 상기 제조방법에서 1차 열처리 온도는 900~1300℃일 수 있고, 바람직하게는 1100~1300℃일 수 있다. 1100~1300℃에서 실시될 경우 주조 주형의 강도가 현저히 상승된다. 또한, 상기 2차 열처리 온도는 900~1300℃일 수 있다.Meanwhile, in the above production process, the first heat treatment temperature may be 900 to 1300 ° C, preferably 1100 to 1300 ° C. The strength of the casting mold is remarkably increased when it is carried out at 1100 to 1300 ° C. The secondary heat treatment temperature may be 900 to 1300 ° C.
이하, 상기 제조방법과 관련된 다른 구성들은 상기 두 번째 서술한 제조방법과 동일한 특징을 갖는바, 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, other structures related to the manufacturing method have the same features as those of the manufacturing method described in the second embodiment, and detailed description thereof will be omitted.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 실시형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, reference will be made to the preferred embodiments of the present invention. The embodiments of the present invention can be modified into various embodiments, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Further, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.
< 무기 바인더의 구성 ><Composition of inorganic binder>
1. One. 저융점Low melting point 삼성분계 선별 Select Samsung
SiO2, AlO3, MO의 삼성분계에서 금속 M을 다양하게 변경하여 상평형도를 작성하여 융점을 도출하였고, 도출된 융점을 하기 표 1에 기재하였다.The melting point was calculated by varying the metal M in the ternary system of SiO 2 , AlO 3 , and MO to obtain the phase equilibrium degree, and the resulting melting points are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 융점이 가장 낮은 삼성분계는 Si-Al-Na-O인 것을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 삼성분계 무기 바인더의 주성분을 Si, Al, Na로 설정하였다.In Table 1, it can be seen that the ternary system having the lowest melting point is Si-Al-Na-O. Therefore, the main components of the ternary inorganic binder according to the present invention are set as Si, Al, and Na.
2. 무기 바인더 반응물 내 유리화 반응 발생 여부 관찰2. Observe whether the vitrification reaction occurs in the inorganic binder reactant
무기 바인더가 반응하였을 때 졸-겔 반응 및 유리화 반응을 거침으로써 주형의 강도가 높아진다. 하기 표 2에 기재된 다양한 조성의 무기 바인더 전구체를 준비하였다. 각 조성을 구성하는 성분들은 각각 동일한 몰비로 혼합되었다. 혼합된 성분들을 80℃에서 24시간 동안 건조시킨 후, 다시 상온에서 3일 동안 건조시켰고, 그 후 1000℃에서 1시간 동안 열처리를 함으로써, 졸-겔 반응 및 유리화 반응이 일어나도록 유도하였다.When the inorganic binder is reacted, the strength of the template is increased by sol-gel reaction and vitrification. Inorganic binder precursors of various compositions shown in Table 2 were prepared. The constituents of each composition were mixed at the same molar ratio. The mixed components were dried at 80 DEG C for 24 hours, then dried again at room temperature for 3 days, and then heat-treated at 1000 DEG C for 1 hour to induce sol-gel reaction and vitrification.
상기 반응물의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석을 실시하였고, 그 결과를 도 1 내지 도 4에 도시하였다. XRD (X-ray diffraction) analysis and IR (infrared spectroscopy) analysis of the reaction product were carried out. The results are shown in FIGS.
상기 도 1 내지 도 4를 살펴보면, 상기 조성 1, 3, 4는 각각 Na2SiO3(sodium silicate), Na2Al2O4(sodium aluminate), NaAlSiO4(sodium aluminosilicate, nepheline)으로 유리화 된 것을 확인할 수 있다. 반면, 조성 2는 SiO2 및 Al2O3가 각각 독립적으로 감지되었고, 예측한 바와는 달리 3Al2O3·2SiO2(mullite)가 발견되지 않았다. 1 to 4, the
3. 다양한 열처리 온도에서 유리질 생성 여부 관찰3. Observation of vitreous formation at various heat treatment temperatures
TEOS 86 중량%, NaOMe 6.3 중량%, Al(OH)3 6 중량%, 및 잔량의 이소부틸알콜을 교반하여 졸-겔 반응을 시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 건조시켰다.86% by weight of TEOS, 6.3% by weight of NaOMe, 6% by weight of Al (OH) 3 and the remaining amount of isobutyl alcohol were stirred to effect a sol-gel reaction, followed by drying at 80 DEG C for 24 hours.
건조 처리가 끝난 무기 바인더를 세 그룹으로 나누어 각각 1000℃, 1100℃, 1200℃에서 1시간 동안 열처리를 하였고, 열처리가 끝난 후 무기 바인더의 미세 구조를 촬영한 SEM 사진을 도 5에 기재하였다. 상기 도 5에서, 모든 온도에서 유리질이 생성되어 있음을 확인할 수 있고, 상기 열처리 온도를 달리한 무기 바인더 물질을 XRD(X-ray Diffraction) 분석 및 IR(Infrared Spectroscopy) 분석한 결과인 도 6~8을 살펴보면, 모두 소듐 알루미노실리케이트(sodium aluminosilicate, nepheline)가 생성된 것을 알 수 있다.The dried inorganic binders were divided into three groups and heat-treated at 1000 ° C, 1100 ° C, and 1200 ° C for 1 hour, respectively. SEM pictures of the microstructure of the inorganic binder after the heat treatment were shown in FIG. In FIG. 5, it can be confirmed that glassy material is produced at all temperatures. As a result of XRD (X-ray diffraction) analysis and IR (infrared spectroscopy) analysis of inorganic binder materials having different heat treatment temperatures, , It can be seen that sodium aluminosilicate (nepheline) was produced.
< 제조예 - 무기 바인더를 이용한 주조 주형의 제조 >≪ Preparation Example - Production of casting mold using inorganic binder >
상기 무기 바인더 구성에 대한 실험 내용을 바탕으로 하여, 무기 바인더를 이용한 주조 주형을 제조하였다. 제조방법의 공정도를 도 9에 기재하였고, 1차 무기 바인더 전구체 및 2차 무기 바인더 전구체, 그리고 1차 열처리 온도를 다르게 하여 다양한 제조예를 제조하였다.On the basis of the experimental content of the inorganic binder constitution, a casting mold using an inorganic binder was prepared. A process diagram of the production method is shown in FIG. 9, and various production examples were prepared by differentiating the primary inorganic binder precursor, the secondary inorganic binder precursor, and the first heat treatment temperature.
한편, 실리카 전구체로서 TEOS(tetraethyl orthosilicate; Sigma-Aldrich Korea), 산화소듐(Na2O) 전구체로서 소듐 알콕사이드인 NaOMe(sodium methoxide; Sigma-Aldrich Korea), 및 산화 알루미늄 전구체로서 Al(OH)3(Sigma-Aldrich Korea)를 무기 바인더의 전구체로 준비하였고, 또한, 비드 파우더(평균 입경 0.39mm, Itochu Ceratech Corporation, Seto, Japan)를 레진계 유기 바인더와 혼합하여 성형체(가로 10mm, 세로 10mm, 길이 50mm)를 제조하였다.(Sodium methoxide (Sigma-Aldrich Korea) as a sodium alkoxide as a precursor of tetraethyl orthosilicate (Sigma-Aldrich Korea), sodium oxide (Na 2 O) as a silica precursor, and Al (OH) 3 (10 mm in width, 10 mm in length, and 50 mm in length) was prepared by mixing bead powder (average particle diameter 0.39 mm, Itochu Ceratech Corporation, Seto, Japan) with a resin-based organic binder ).
제조예 1Production Example 1
제조예 1은 1차 무기 바인더 전구체를 수산화 알루미늄, 2차 무기 바인더 전구체를 TEOS 및 NaOMe의 혼합물로 설정하여 제조하였다. 상기 제조된 성형체를 1차 무기 바인더 전구체인 수산화 알루미늄 용액에 1시간 동안 침지시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 건조시켰다. 그 후, 1차 열처리 없이, TEOS, NaOMe, BuOH가 혼합된 2차 무기 바인더 전구체에 다시 1시간 동안 침지시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 건조시키고, 1000℃에서 1시간 동안 열처리를 하여 주형 시편을 제조하였다. 상기 수산화 알루미늄, TEOS, NaOMe, BuOH의 몰비는 0.375 : 0.18 : 1.5 : 0.08이다.Production Example 1 was prepared by setting the primary inorganic binder precursor to aluminum hydroxide and the secondary inorganic binder precursor to a mixture of TEOS and NaOMe. The formed body was immersed in an aluminum hydroxide solution as a primary inorganic binder precursor for 1 hour and then dried at 80 DEG C for 24 hours. Thereafter, the resultant was immersed again in a secondary inorganic binder precursor mixed with TEOS, NaOMe and BuOH for 1 hour without being subjected to a primary heat treatment, dried at 80 ° C for 24 hours, and heat-treated at 1000 ° C for 1 hour, . The molar ratio of aluminum hydroxide, TEOS, NaOMe, and BuOH is 0.375: 0.18: 1.5: 0.08.
제조예 2Production Example 2
제조예 2는 1차 무기 바인더 전구체를 TEOS 및 NaOMe의 혼합물, 2차 무기 바인더 전구체를 수산화 알루미늄으로 설정하여 제조하였다. 성형체를 TEOS, NaOMe, BuOH가혼합된 1차 무기 바인더 전구체에 1시간 동안 침지시킨 후, 1차 건조(80℃, 24시간)하고 1000℃에서 1시간 동안 1차 열처리를 실시하였다. 그 후, 2차 무기 바인더 전구체인 수산화 알루미늄 용액에 1시간 동안 침지시킨 후 건조(80℃, 24시간)시키고, 두 그룹으로 나누어 1000℃ 및 1200℃에서 각각 1시간 동안 2차 열처리를 시킴으로써 두 그룹의 주형 시편을 제조하였다. 상기 수산화 알루미늄, TEOS, NaOMe, BuOH의 몰비는 0.375 : 0.18 : 1.5 : 0.08이다.Production Example 2 was prepared by setting the primary inorganic binder precursor to a mixture of TEOS and NaOMe and the secondary inorganic binder precursor to aluminum hydroxide. The formed body was immersed in a primary inorganic binder precursor mixed with TEOS, NaOMe, and BuOH for 1 hour, then subjected to primary drying (80 ° C, 24 hours) and primary heat treatment at 1000 ° C for 1 hour. Then, the resultant was immersed in an aluminum hydroxide solution, which is a secondary inorganic binder precursor, for 1 hour, dried (80 DEG C, 24 hours) and divided into two groups and subjected to secondary heat treatment at 1000 DEG C and 1200 DEG C for 1 hour, Were prepared. The molar ratio of aluminum hydroxide, TEOS, NaOMe, and BuOH is 0.375: 0.18: 1.5: 0.08.
상기 두 그룹의 주형 시편의 파괴 강도를 측정(KS L 1591)한 결과, 1200℃에서 2차 열처리를 실시한 그룹의 시편 파괴 강도가 더 높게 나왔다.The fracture strength of the two groups of specimens was measured (KS L 1591). As a result, the fracture strength of the specimen subjected to the second heat treatment at 1200 ° C was higher.
제조예Manufacturing example 3~5 3 to 5
제조예 3~5는 1차 무기 바인더 전구체를 TEOS, NaOMe, Al(OH)3의 혼합물로, 2차 무기 바인더를 TEOS, NaOMe의 혼합물로 설정하여 시편을 제작하였다. 이때, 제조예 3~5는 1차 무기 바인더 전구체를 구성하는 성분들의 혼합비를 달리하여 제조하였는데, 제조예 3~5의 제조공정 조건을 하기 표 3에 기재하였다.Production examples 3 to 5 were prepared by setting the primary inorganic binder precursor as a mixture of TEOS, NaOMe and Al (OH) 3 and the secondary inorganic binder as a mixture of TEOS and NaOMe. Production Examples 3 to 5 were prepared by varying the mixing ratios of the constituents of the primary inorganic binder precursor. Production conditions of Production Examples 3 to 5 are shown in Table 3 below.
(몰비)Primary inorganic precursor
(Molar ratio)
(몰비)Secondary Weapon Precursor
(Molar ratio)
3-aManufacturing example
3-a
NaOMe:
Al(OH)3
TEOS:
NaOMe:
Al (OH) 3
(0.18 : 1.5)TEOS: NaOMe
(0.18: 1.5)
3-bManufacturing example
3-b
4-aManufacturing example
4-a
4-bManufacturing example
4-b
5-aManufacturing example
5-a
5-bManufacturing example
5-b
성형체를 1차 무기 바인더 전구체에 1시간 동안 침지시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 1차 건조시켰다. 그 후 온도를 1000℃, 1200℃로 각각 달리하여 1차 열처리를 실시하였고, 다시 2차 무기 바인더 전구체에 1시간 동안 침지시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 2차 건조시켰다. 2차 건조가 마무리 된 후, 1000℃에서 1시간 동안 2차 열처리를 실시하였다.The molded article was immersed in the primary inorganic binder precursor for 1 hour and then primary dried at 80 DEG C for 24 hours. Thereafter, the temperature was changed to 1000 ° C. and 1200 ° C., respectively, and the first heat treatment was performed. Then, the substrate was immersed in the secondary inorganic binder precursor for 1 hour and then dried at 80 ° C. for 24 hours. After the secondary drying was completed, the secondary heat treatment was performed at 1000 占 폚 for 1 hour.
비교 compare 제조예Manufacturing example
비교 제조예를 하기 표 4의 공정 조건에 따라 제조하였다.Comparative Preparations were prepared according to the process conditions of Table 4 below.
(몰비)Primary inorganic precursor
(Molar ratio)
(0.18 : 1.5)TEOS: NaOMe
(0.18: 1.5)
(0.18 : 1.5)TEOS: NaOMe
(0.18: 1.5)
성형체를 상기 1차 무기 전구체에 1시간 동안 침지시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 1차 건조하였고, 1000℃에서 1시간 동안 1차 열처리를 실시하였다. 그 후, 상기 표 4의 2차 무기 전구체에 1시간 동안 침지시킨 후, 80℃에서 24시간 동안 2차 건조하였고, 1000℃에서 1시간 동안 2차 열처리를 실시하였다.The molded article was immersed in the primary inorganic precursor for 1 hour, then dried at 80 ° C for 24 hours, and then subjected to a primary heat treatment at 1000 ° C for 1 hour. Subsequently, the substrate was immersed in the secondary inorganic precursor of Table 4 for 1 hour, followed by secondary drying at 80 DEG C for 24 hours and secondary heat treatment at 1000 DEG C for 1 hour.
< 실험예 ><Experimental Example>
실험예 1. 파괴 강도 실험Experimental Example 1. Fracture Strength Experiment
상기 제조예 3~5 및 비교 제조예의 파괴 강도를 측정(KS L 1591)하였고, 그 결과를 도 10에 기재하였다. 도 10에서 A는 2차 열처리 전의 파괴 강도이고, B는 2차 열처리 후의 파괴 강도를 의미한다. 비교 제조예는 2차 열처리 후 파괴 강도가 오히려 감소하였다. 그러나 제조예 3~5는 2차 열처리 후에 파괴 강도가 현저히 상승하였으며, 1차 열처리 온도가 1000℃일때보다 1200℃일 때 파괴 강도가 현저히 높았다.The fracture strengths of Production Examples 3 to 5 and Comparative Production Examples were measured (KS L 1591), and the results are shown in FIG. 10, A represents the fracture strength before the second heat treatment, and B represents the fracture strength after the second heat treatment. In the comparative example, the fracture strength after the second heat treatment was rather reduced. However, in the production examples 3 to 5, the fracture strength remarkably increased after the second heat treatment, and the fracture strength was significantly higher at 1200 ° C than at the first heat treatment temperature of 1000 ° C.
한편, 제조예 4 및 5의 파괴강도가 비슷한바, TEOS의 몰수는 NaOMe 및 Al(OH)3 보다 5배 이하인 것이 효율적이라는 것을 알 수 있다.On the other hand, it is understood that the fracture strengths of Production Examples 4 and 5 are similar, and that the number of moles of TEOS is five times or less than that of NaOMe and Al (OH) 3 .
실험예 2. 파단 단면의 SEM 촬영Experimental Example 2. SEM photograph of the fracture section
상기 제조예 3-b, 4-b, 5-b의 파단 단면을 SEM 촬영하여 사진을 찍었고, 그 결과를 도 11에 기재하였다. 상기 제조예 모두의 단면에서 주형을 이루는 입자들 사이에 강한 접합이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.The fractured cross-sections of Production Examples 3-b, 4-b and 5-b were photographed by SEM and the results are shown in FIG. It can be confirmed that a strong bond is formed between the particles forming the mold in the cross section of all the production examples.
실험예 3. XRD 분석Experimental Example 3: XRD analysis
상기 비교 제조예 및 제조예 3~5를 XRD 분석(Philips X-pret MPD, Model PW3040, 네덜란드)하였고, 그 결과를 도 12에 기재하였다. 삼성분계 시스템에서는 1200oC에서 조성비에 관계없이 nepheline이 생성되었으나 1000oC에서는 5:1:1에서 실리카의 함량의 증가로 nepheline 및 cristobalite가 함께 생성되었다. 따라서 nepheline만 생성되는 조성비로 제작된 주형에 비해 강도가 감소되었다.XRD analysis (Philips X-pret MPD, Model PW3040, Netherlands) was performed on the comparative preparation examples and Production Examples 3 to 5, and the results are shown in FIG. In the ternary system, nepheline was formed at 1200 o C regardless of the composition ratio, but at 1000 o C, nepheline and cristobalite were produced together with an increase in silica content at 5: 1: 1. As a result, the strength of the nepheline was decreased as compared with that of the nepheline.
Claims (10)
상기 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계;
1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 단계;
상기 건조된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계; 및
2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조시킨 후 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법.
Mixing the foundry sand powder and the organic binder to produce a molded body;
Immersing the formed body in a primary inorganic binder precursor including an aluminum oxide precursor to coat the formed body;
Drying the molded article coated with the primary inorganic binder;
Immersing the dried formed body in a secondary inorganic binder precursor containing a silica precursor and a sodium oxide precursor to coat the dried body; And
Drying the molded body coated with the secondary inorganic binder and then heat treating the molded body.
상기 열처리 온도는 900~1300℃인, 고강도 주조 주형의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment temperature is 900 to 1300 占 폚.
상기 산화알루미늄 전구체는 수산화 알루미늄(Al(OH)3), 알루미늄 알콕사이드(AlOR), 알루미늄 질산염 (Al(NO3)3) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는, 고강도 주조 주형의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the aluminum oxide precursor is selected from the group consisting of aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ), aluminum alkoxide (AlOR), aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ) and combinations thereof.
상기 실리카 전구체는 실리케이트, 실록산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나인, 고강도 주조 주형의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silica precursor is one selected from the group consisting of silicates, siloxanes, and combinations thereof.
상기 산화소듐 전구체는 하기 화학식 1로 표시되는 소듐 알콕사이드인, 고강도 주조 주형의 제조방법:
[화학식 1]
Na-O-R
상기 R은 수소 또는 알킬기이다.
The method according to claim 1,
Wherein the sodium oxide precursor is sodium alkoxide represented by the following Formula 1:
[Chemical Formula 1]
Na-OR
Wherein R is hydrogen or an alkyl group.
상기 1차 및 2차 무기 바인더 전구체가 희석제로 알콜계 용제를 포함하는, 고강도 주조 주형의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the primary and secondary inorganic binder precursors comprise an alcoholic solvent as a diluent.
상기 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계;
1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조 및 1차 열처리 시키는 단계;
상기 1차 열처리된 성형체를 산화알루미늄 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계; 및
2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조 및 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법.
Mixing the foundry sand powder and the organic binder to produce a molded body;
Immersing the formed body in a primary inorganic binder precursor including a silica precursor and a sodium oxide precursor to coat the formed body;
Drying and primary heat treating the molded article coated with the primary inorganic binder;
Immersing the first heat-treated formed body in a secondary inorganic binder precursor including an aluminum oxide precursor to form a coating; And
And drying and secondary heat treating the formed body coated with the secondary inorganic binder.
상기 1차 및 2차 열처리 온도는 900~1300℃인, 고강도 주조 주형의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the first and second heat treatment temperatures are 900 to 1300 占 폚.
상기 성형체를 실리카 전구체, 산화알루미늄 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 1차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계;
1차 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조 및 1차 열처리 시키는 단계;
상기 1차 열처리된 성형체를 실리카 전구체 및 산화소듐 전구체를 포함하는 2차 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅시키는 단계; 및
2차 무기 바인더가 코팅된 상기 성형체를 건조 및 2차 열처리 하는 단계를 포함하는 고강도 주조 주형의 제조방법.
Mixing the foundry sand powder and the organic binder to produce a molded body;
Immersing the formed body in a primary inorganic binder precursor including a silica precursor, an aluminum oxide precursor, and a sodium oxide precursor;
Drying and primary heat treating the molded article coated with the primary inorganic binder;
Immersing the first heat-treated formed body in a secondary inorganic binder precursor including a silica precursor and a sodium oxide precursor to coat the first precursor; And
And drying and secondary heat treating the formed body coated with the secondary inorganic binder.
상기 1차 및 2차 열처리 온도가 900~1300℃인, 고강도 주조 주형의 제조방법.10. The method of claim 9,
Wherein the first and second heat treatment temperatures are 900 to 1300 占 폚.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160101166A KR101905802B1 (en) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160101166A KR101905802B1 (en) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180017400A true KR20180017400A (en) | 2018-02-21 |
| KR101905802B1 KR101905802B1 (en) | 2018-10-08 |
Family
ID=61524632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160101166A KR101905802B1 (en) | 2016-08-09 | 2016-08-09 | Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101905802B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109226677A (en) * | 2018-09-30 | 2019-01-18 | 宁波嘉达精密铸造有限公司 | A kind of sand mold casting mold and the method for preparing bucket tooth toothholder using the sand mold casting mold |
-
2016
- 2016-08-09 KR KR1020160101166A patent/KR101905802B1/en active IP Right Grant
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109226677A (en) * | 2018-09-30 | 2019-01-18 | 宁波嘉达精密铸造有限公司 | A kind of sand mold casting mold and the method for preparing bucket tooth toothholder using the sand mold casting mold |
| CN109226677B (en) * | 2018-09-30 | 2020-06-26 | 宁波嘉达精密铸造有限公司 | Sand casting mold and method for preparing bucket tooth holder by using same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101905802B1 (en) | 2018-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69420377T2 (en) | Process for the production of molds from refractory material and binder therefor | |
| CN102989994B (en) | Preparation method of composite mold core for casting of titanium alloy | |
| CN108275988B (en) | Improved preparation method of silicon-based ceramic core | |
| JP7287766B2 (en) | Method for producing glass-ceramic articles by slurry casting and use thereof | |
| KR101772027B1 (en) | Mold for Sand Casting and Dry Method for Preparing the Same | |
| WO2020096541A1 (en) | A mixture containing precision casting waste sand for making opaque glaze and opaque frit and its production method | |
| CN114853342B (en) | Hot-bending bright ceramic rock plate and preparation method thereof | |
| RU2412019C1 (en) | Method of producing ceramic shell moulds for investment casting | |
| KR101905802B1 (en) | Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder | |
| CN107486543A (en) | A kind of full form casting process of case of transmission | |
| KR20120084365A (en) | A bead, a mold, a bead manufacturing method and a mold manufacturing method by dual-coating process | |
| CN106083005B (en) | High porosity easily removes silicon-base ceramic core preparation method | |
| RU2525892C1 (en) | Method of obtaining quartz ceramics | |
| KR101995007B1 (en) | Fabricating method for ceramic core using double coating process | |
| KR20160150530A (en) | Mold for Sand Casting and Wet Method Preparing the Same | |
| RU2603402C2 (en) | Composition of ceramic layer for making moulds and other articles | |
| RU2743179C1 (en) | Binder based on aluminum oxide for making ceramic molds for casting on melted casts | |
| Jung et al. | Effects of alumina precursor species in a ternary-phase binder system on the strength of sand mold | |
| KR20150123470A (en) | Ceramic core and method of manufacturing thereof | |
| KR101527356B1 (en) | Ceramic core And Its Manufacturing Methode | |
| RU2670115C1 (en) | Binder for manufacture of ceramic forms used for casting of heat-resistant alloys by welded models, and method for manufacture of ceramic forms binder for manufacture of used for casting of heat-resistant alloys by welded models | |
| CN87102126A (en) | Water soluble core for cast-steel piece | |
| KR102206188B1 (en) | Method of preparing ceramic core for high temperature part casting | |
| KR101199857B1 (en) | A Mold and A Mold Manufacturing Method By Dual-Coating Process | |
| KR101212874B1 (en) | A Mold and A Mold Manufacturing Method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |