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Die
Erfindung betrifft eine Schlichte, ein Verfahren zur Herstellung
einer Gießform, eine Gießform, wie sie mit dem
Verfahren erhalten werden kann, sowie die Verwendung der Gießform
für den Metallguss.
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Die
meisten Erzeugnisse der Eisen- und Stahlindustrie sowie der Nichteisenmetallindustrie
durchlaufen zur ersten Formgebung Gießprozesse. Dabei werden
die Schmelzflüssigwerkstoffe, Eisenmetalle bzw. Nichteisenmetalle,
in geometrisch bestimmte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt.
Für die Formgebung der Gussstücke müssen
zunächst zum Teil sehr komplizierte Gießformen
zur Aufnahme der Schmelze hergestellt werden. Die Gießformen
werden unterteilt in verlorene Formen, die nach jedem Guss zerstört
werden, sowie Dauerformen, mit denen jeweils eine große
Anzahl von Gussstücken hergestellt werden kann.
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Die
verlorenen Formen bestehen meist aus einem mineralischen, feuerfesten,
körnigen Formstoff, der oft noch mit verschiedenen weiteren
Zusätzen versetzt wird, z. B. zur Erzielung guter Gussoberflächen.
Als feuerfester, körniger Formstoff wird meist gewaschener,
klassierter Quarzsand verwendet. Für bestimmte Anwendungen,
bei denen besondere Anforderungen erfüllt werden müssen,
wird auch Chromit-, Zirkon- und Olivinsand eingesetzt. Daneben werden
noch Formstoffe auf Schamotte- sowie Magnesit-, Silimanit- oder
Korundbasis benutzt. Die Bindemittel, mit welchen die Formstoffe
verfestigt werden, können anorganischer oder organischer
Natur sein. Kleinere verlorene Formen werden überwiegend
aus Formstoffen hergestellt, welche durch Bentonit als Bindemittel
verfestigt werden, während für größere
Formen meist organische Polymere als Bindemittel verwendet werden.
Die Herstellung der Gießformen verläuft meist
in der Weise, dass der Formstoff zunächst mit dem Bindemittel
vermengt wird, sodass die Körner des Formstoffs mit einem
dünnen Film des Bindemittels überzogen sind. Diese
Formstoffmischung wird dann in eine entsprechende Form eingebracht und
ggf. verdichtet, um eine ausreichende Standfestigkeit der Gießform
zu erreichen. Anschließend wird die Gießform ausgehärtet,
beispielsweise indem sie erwärmt wird oder indem ein Katalysator
zugegeben wird, der eine Aushärtungsreaktion bewirkt. Hat
die Gießform zumindest eine gewisse Anfangsfestigkeit erreicht,
kann sie auch aus der Form entnommen werden und zur vollständigen
Aushärtung beispielsweise in einen Ofen überführt
werden, um dort für eine vorbestimmte Zeit auf eine bestimmte
Temperatur erhitzt zu werden.
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Dauerformen
werden für die Herstellung einer Vielzahl von Gussstücken
verwendet. Sie müssen daher den Gießvorgang und
die damit verbundenen Belastungen unbeschädigt überstehen.
Als Werkstoff für Dauerformen haben sich je nach Anwendungsbereich
besonders Gusseisen sowie unlegierte und legierte Stähle,
aber auch Kupfer, Aluminium, Graphit, Sintermetalle und keramische Materialien
bewährt. Zu den Dauerformverfahren zählen das
Kokillen-, Druck-, Schleuder- und Stranggießverfahren.
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Gießformen
sind während des Gießvorgangs sehr hohen thermischen
und mechanischen Belastungen ausgesetzt. An der Kontaktfläche
zwischen flüssigem Metall und Gießform können
daher Fehler entstehen, beispielsweise indem die Gießform
reißt oder indem flüssiges Metall in das Gefüge
der Gießform eindringt. Meist werden daher diejenigen Flächen
der Gießform, die mit dem flüssigen Metall in
Berührung gelangen, mit einer schützenden Beschichtung
versehen, die auch als Schlichte bezeichnet wird. Eine solche Schlichte
besteht meist aus einem anorganischen feuerfesten Stoff und einem
Bindemittel, die in einer geeigneten Trägerflüssigkeit,
beispielsweise Wasser oder Alkohol, gelöst oder aufgeschlämmt
sind.
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Durch
diese Beschichtungen kann die Oberfläche der Gießform
modifiziert und auf die Eigenschaften des zu verarbeitenden Metalls
abgestimmt werden. So kann durch die Schlichte das Aussehen des
Gussstücks verbessert werden, indem eine glatte Oberfläche
erzeugt wird, da durch die Schlichte Unregelmäßigkeiten
ausgeglichen werden, die durch die Größe der Körner
des Formstoffs verursacht werden. Weiter kann die Schlichte das
Gussstück metallurgisch beeinflussen, indem beispielsweise über
die Schlichte selektiv an der Oberfläche des Gussstücks
Zusätze in das Gussstück übertragen werden,
welche die Oberflächeneigenschaften des Gussstücks
verbessern. Ferner bilden die Schlichten eine Schicht, welche die
Gießform beim Gießen vom flüssigen Metall
chemisch isoliert. Dadurch wird jegliche Haftung zwischen Gussstück
und Gießform verhindert, sodass sich das Gussstück
ohne Schwierigkeiten aus der Gießform entfernen lässt.
Darüber hinaus gewährleistet die Schlichte eine
thermische Trennung von Gießform und Gussstück.
Dies ist insbesondere bei Dauerformen von Bedeutung. Wird diese
Funktion nicht erfüllt, erfährt z. B. eine Metallform
im Laufe der aufeinander folgenden Gießvorgänge
solch hohe thermische Belastungen, dass sie vorzeitig zerstört
wird. Die Schlichte kann aber auch dazu genutzt werden, die Wärmeübertragung
zwischen flüssigem Metall und Gießform gezielt
zu steuern, um beispielsweise durch die Abkühlungsrate
die Ausbildung eines bestimmten Metallgefüges zu bewirken.
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Die üblicherweise
verwendeten Schlichten enthalten als Grundstoffe z. B. Tone, Quarz,
Kieselgur, Cristobalit, Tridymit, Aluminiumsilicat, Zirkonsilicat,
Glimmer, Schamotte oder auch Graphit. Diese Grundstoffe bedecken
die Oberfläche der Gießform und verschließen
die Poren gegen ein Eindringen des flüssigen Metalls in
die Gießform. Wegen ihres großen Isoliervermögens
werden häufig Schlichten verwendet, welche Siliziumdioxid
oder Kieselgur als Grundstoffe enthalten, da diese Schlichten mit
geringem Kostenaufwand hergestellt werden können und in
großen Mengen verfügbar sind.
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Wichtige
Verfahren zur Herstellung von Metallteilen, beispielsweise aus Gusseisen,
sind das Großgussverfahren und das Schleudergussverfahren.
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Beim
Großgussverfahren, mit dem größere Gussstücke
hergestellt werden, werden meist verlorene Formen verwendet. Durch
die Größe der herzustellenden Gussstücke
wirken sehr hohe metallostatische Drucke auf die Gießform
ein. Durch die langen Abkühlzeiten wird die Gießform
auch über sehr lange Zeiträume einer hohen Temperaturbelastung
ausgesetzt. Bei diesem Verfahren übernimmt die Schlichte
eine ausgeprägte Schutzfunktion, um ein Eindringen des
Metalls in das Material der Gießform (Penetration), ein
Reißen der Gießform (Ausbildung von Blattrippen)
oder eine Reaktion zwischen Metall und dem Material der Gießform (Vererzung)
zu vermeiden.
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Beim
Schleuderguss wird das flüssige Metall in eine um ihre
Achse rotierende rohr- oder ringförmige Kokille gefüllt,
in der das Metall unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu z. B.
Buchsen, Ringen und Rohren geformt wird. Dabei ist es unbedingt
notwendig, dass das Gussstück vor der Entnahme aus der
Gießform vollständig verfestigt ist. Es bestehen
deshalb ziemlich lange Kontaktzeit zwischen Gießform und
Gussstück, während denen die Gießform
durch das abkühlende Gussstück nicht nachteilig
beeinflusst werden darf. Die Gießformen sind hier als Dauerformen
ausgeführt, d. h. die Gießform darf auch nach
der Belastung durch den Gießvorgang ihre Eigenschaften
und ihre Form nicht verändern. Beim Schleuderguss wird
die Gießform daher mit einer isolierenden Schlichte beschichtet,
welche in einer einzelnen Schicht oder in Form mehrerer Schichten aufgebracht
wird.
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In
der
DE-B-1 433 973 wird
eine Kokillenschlichte in Form einer wässrigen Suspension
beschrieben, mit welcher zum einen während des Gießens
Schäden an Kokillen vermieden werden sollen und welche
zum anderen das Ausformen der Gussstücke erleichtern soll.
Die Schlichte besteht im Wesentlichen aus glasartiger Kieselsäure
als feuerfestem Stoff sowie kolloidalem Kieselsäuresol
als Bindemittel.
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In
der
DE-AS-1 303 358 wird
eine feuerfeste Schlichte beschrieben, welche auf die Wände,
das Unterteil oder die Bodenplatte einer Blockform aufgetragen wird.
Die Schlichte umfasst ein Chromoxid enthaltendes teilchenförmiges
feuerfestes Material sowie ein anorganisches Bindemittel, die in
einem flüssigen Medium dispergiert sind. Das teilchenförmige
feuerfeste Material besteht aus Chromit und Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid
oder calciniertem Magnesit.
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In
der
DE 42 03 904 C1 wird
eine Schlichte für gießereitechnische Zwecke beschrieben,
die 5 bis 40 Gew.-% Fasern enthält. 10 bis 90% der Fasern
bestehen aus einem organischen Material und der Rest aus feuerfestem
anorganischem Material. Die anorganischen Fasern weisen eine mittlere
Länge von 50 bis 400 μm sowie einen Durchmesser
von 1 bis 25 μm und die organischen Fasern eine mittlere
Länge von 50 bis 5.000 µm und einen Durchmesser
von 2 bis 70 µm auf.
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Beim
Guss können sich auf der Außenseite des Gussstücks
bzw. dicht unter seiner Oberfläche kleine trichterförmige
Vertiefungen bzw. Gasblasen ausbilden, welche die Qualität
der Oberfläche des Gussstücks verschlechtern und
eine Nachbearbeitung der Gussstückoberfläche erforderlich
machen. Diese Gussfehler können auf verschiedene Ursachen
zurückgeführt werden.
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In
Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Schmelze bilden
sich auf Gießpfannen silikatische Schlacken mit einem nahezu
konstanten SiO2-Gehalt im Bereich von etwa
40%. Daneben enthalten die Schlacken im wesentlichen Anteile an
MnO, welche im Bereich von 15 bis 40% schwanken, sowie Fe3O4 in Anteilen im
Bereich von 5 bis 25 Gew.-%. Diese Eisenoxid-Silicat-Schlacken bilden
sich sehr schnell und liegen vergesellschaftet mit Schwefel sehr
häufig in Form einer schaumigen Schlacke vor. Die Schlacken
haben eine klebstoffartige Wirkung und binden beispielsweise lose
Sandkörner, die sich aus dem Formstoff der Gießform
gelöst haben. Da sich die Schlacken bereits bei niedrigen
Temperaturen bilden können, können sie sich nicht
nur bei der Gewinnung des Metalls in der Pfanne bilden sondern auch
erst zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise beim Umfüllen
des flüssigen Metalls oder beim Einfüllen des
flüssigen Metalls in eine Gießform. Im Wesentlichen
ist das in der Schlacke enthaltene Fe3O4 für die Gasblasenbildung verantwortlich,
da es leicht durch Kohlenstoff, CO oder H2 reduziert
werden kann, wobei gasförmige Reaktionsprodukte entstehen,
welche dann zur Ausbildung der beschriebenen Gussfehler führen.
Um die Ausbildung von Gasblasen zu unterdrücken, können
verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. So kann der Ausbildung
einer Fe3O4-haltigen
Schlacke entgegengewirkt werden, indem der Kontakt der Schmelze
mit Sauerstoff bzw. Luft möglichst gering gehalten wird.
Dazu kann beispielsweise eine möglichst kurze Gießzeit
angestrebt werden. Weiter sollten längere Standzeiten des
flüssigen Eisens bzw. Unterbrechungen des Gießvorgangs
oder auch mehrfaches Umgießen des flüssigen Eisens
vermieden werden. Ferner können der Schmelze sauerstoffaffine
Elemente oder Verbindungen zugesetzt werden, die mit dem Eisen um
den zur Verfügung stehenden Sauerstoff konkurrieren und so
die Ausbildung einer Fe3O4-haltigen
Schlacke unterdrücken. Als weitere Maßnahme kann
der Mangangehalt der Schmelze auf mehr als 0,5 Gew.-% erhöht
werden, sodass sich keine Eisenoxid-Silikat-Schlacken mehr ausbilden.
Schließlich kann die Temperatur der Schmelze soweit erhöht
werden, dass die Schlacken unter Entstehung von Kohlenmonoxid reduziert
werden.
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Bei
den beim Metallguss herrschenden Temperaturen zersetzen sich die
organischen Bindemittel in der Gießform unter Bildung von
CO, CO2, N2, H2, NOx, NH3, H2O und CxHy. Durch die Reaktion
dieser Verbindungen mit flüssigem Eisen entstehen weitere
gasförmige Produkte, die sich im flüssigen Eisen
bzw. in der Schlacke anreichern können. Beispielhafte Reaktionen
sind im Folgenden aufgeführt: Fe
+ CxHy → [C]
+ H2 Fe3O4 +
CH4 → CO2 +
2CH2O + 3Fe 2NH3 → N2 + 3H2 2[Al] + 3H2O → Al2O3 + 3H2
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Stickstoff
und Wasserstoff sind in flüssigem Eisen besser löslich
als in festem Eisen. Beim Übergang vom flüssigen
in den festen Zustand scheiden sich daher gelöste Gase
aus der Schmelze ab, die in diesem Zustand bereits eine relativ
hohe Viskosität aufweist. Die Gasblasen haben daher eine
Form, die weniger an eine Kugel erinnert sondern eher eine Ähnlichkeit
zu einem Lunker aufweist. Als Gegenmaßnahme kann die Menge
des im flüssigen Metall gelösten Gases verringert
werden, indem die Temperatur der Schmelze verringert wird. Ferner
kann der Anteil des Bindemittels an der Gießform verringert
werden, sodass bei dessen Zersetzung geringere Mengen an unerwünschten
Gasen entstehen. Schließlich kann der Titananteil der Schmelze erhöht
werden, um beispielsweise Stickstoff in Form von Titannitrid zu
binden bzw. der Aluminiumanteil verringert werden, um dadurch die
Entstehung von Wasserstoff durch Reduktion von Wasser zurückzudrängen.
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Die
oben geschilderten Gegenmaßnahmen widersprechen sich teilweise
bzw. können sie die Eigenschaften des Gussstücks
beeinflussen, wenn der Schmelze beispielsweise Zusätze
zugegeben werden. Auch lässt sich der Gießprozess
unter Umständen nicht so führen, dass ein Kontakt
des flüssigen Metalls mit Luft oder Sauerstoff weitgehend
unterdrückt wird.
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Der
Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zur Verfügung
zu stellen, mit welchem Gasfehler in Gussstücken weitgehend
bzw. vollständig unterdrückt werden können
und welches möglichst geringe Beschränkungen in
Bezug auf die Zusammensetzung der Schmelze bzw. in Bezug auf den
Metallguss erfordert.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Schlichte mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Schlichte sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Schlichte enthält neben
einer Trägerflüssigkeit und einem pulverförmigen
Feuerfeststoff zumindest ein Additiv, welches reduzierende Eigenschaften
aufweist. Die Schlichte bildet in der Gießform die Kontaktfläche
zum flüssigen Metall. Durch die Hitze des flüssigen
Metalls erhält das Reduktionsmittel eine hohe Reaktivität,
sodass es mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Verbindungen reagieren
und diese somit abfangen kann. Dadurch wird die Ausbildung von Fe3O4 weitgehend zurückgedrängt,
welches wiederum unter Entstehung gasförmiger Produkte
als Oxidationsmittel für Kohlenstoff bzw. Kohlenwasserstoffe wirkt.
Durch das in der Schlichteschicht bereitgestellte Reduktionsmittel
kann also die Entstehung von Gasen in der Grenzfläche zur
Schmelze deutlich zurückgedrängt werden und damit
auch die Entstehung von pinholes oder sonstiger Gaseinschlüsse
an oder nahe der Außenfläche des Gussstücks.
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Erfindungsgemäß wird
also eine Schlichte zur Verfügung gestellt, welche als
Beschichtung für Gießformen für den Metallguss
verwendet werden kann, wobei die Schlichte zumindest umfasst:
- – eine Trägerflüssigkeit;
- – zumindest einen pulverförmigen Feuerfeststoff;
und
- – zumindest ein Reduktionsmittel.
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Die
Schlichte umfasst zunächst eine Trägerflüssigkeit,
in welcher die weiteren Bestandteile der Schlichte suspendiert bzw.
gelöst werden können. Diese Trägerflüssigkeit
wird geeignet so ausgewählt, dass sie bei den im Metallguss üblichen
Bedingungen vollständig verdampft werden kann. Die Trägerflüssigkeit
sollte daher bevorzugt bei Normaldruck einen Siedepunkt von weniger
als etwa 130°C, vorzugsweise weniger als 110°C
aufweisen. Als Trägerflüssigkeit wird vorzugsweise
Wasser oder ein Alkohol mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen verwendet,
wie beispielsweise Ethanol oder Isopropanol. Weitere geeignete Flüssigkeiten,
die auch anteilig in der Trägerflüssigkeit enthalten
sein können, sind a liphatische, cycloaliphatische oder
aromatische Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 15 Kohlenstoffatomen, Carbonsäureester,
die aus einer Carbonsäure mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen
und einer Alkoholkomponente mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen hergestellt
wurden, Ether und Ketone mit jeweils 2 bzw. 3 bis 10 Kohlenstoffatomen.
Bevorzugt wird als Trägerflüssigkeit ein Gemisch
aus Wasser und zumindest einer flüchtigen organischen Komponente,
insbesondere einem oder mehreren Alkoholen verwendet. Unter einer
flüchtigen organischen Komponente wird dabei ein organisches
Lösungsmittel verstanden, das einen Siedepunkt von weniger
als 130°C, insbesondere weniger als 110°C aufweist.
Besonders bevorzugt wird als flüchtige organische Komponente
ein Alkohol mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen verwendet, insbesondere
Ethanol und/oder Isopropanol. Der Anteil des Wassers an der Trägerflüssigkeit
wird bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichte bevorzugt im Bereich
von 10 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 20 Gew.-% gewählt
und der Anteil der flüchtigen organischen Komponente bevorzugt
im Bereich von 0 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 60 Gew.-%.
Der Anteil der Trägerflüssigkeit an der gebrauchsfertigen Schlichte
beträgt üblicherweise 10 bis 99,9 Gew.-%, bevorzugt
30 bis 70 Gew.-%.
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In
der Trägerflüssigkeit ist zumindest ein pulverförmiger
Feuerfeststoff suspendiert. Als Feuerfeststoff können im
Metallguss übliche Feuerfeststoffe verwendet werden. Beispiele
für geeignete Feuerfeststoffe sind Diatomit, Kaoline, calcinierte
Kaoline, Kaolinit, Metakaolinit, Eisenoxid, Quarz, Aluminiumoxid,
Aluminiumsilicate, wie Pyropyllit, Kyanit, Andalusit oder Schamotte,
Zirkonoxid, Zirkonsilicat, Bauxit, Olivin, Talk, Glimmer, Feldspat.
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Der
Feuerfeststoff wird in Pulverform bereitgestellt. Die Korngröße
wird dabei so gewählt, dass in der Beschichtung ein stabiles
Gefüge entsteht und dass sich die Schlichte beispielsweise mit
einer Sprühvorrichtung problemlos auf der Wand der Gießform
verteilen lässt. Geeignet weist der Feuerfeststoff eine
mittlere Korngröße im Bereich von 0,1 bis 500 µm,
insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 bis 200 µm auf.
Als Feuerfeststoff sind insbesondere Materialien geeignet, welche
einen Schmelzpunkt aufweisen, der zumindest 200°C oberhalb
der Temperatur des flüssigen Metalls liegt und die keine
Reaktion mit dem Metall eingehen. Der Anteil des pulverfesten Feuerfeststoffs
an der gebrauchsfertigen Schlichte wird vorzugsweise im Bereich von
10 bis 99,9 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 30 bis 70 Gew.-%
gewählt.
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Als
Reduktionsmittel kann an sich jedes Element oder jede Verbindung
verwendet werden, die Sauerstoff binden kann. Das Reduktionsmittel
sollte sich gut in die Schlichte einarbeiten lassen und bevorzugt
in fester kleinteiliger Form vorliegen. Enthält die Trägerflüssigkeit
Wasser, sollte das Reduktionsmittel nicht mit dem Wasser reagieren.
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Geeignete
Reduktionsmittel sind beispielsweise Siliziummetall, siliziumorganische
Verbindungen, Aluminiummetall, oder auch Ammoniak abspaltende Mittel,
wie Ammoniumcarbonat, Harnstoff, Melamin oder Melaminharze.
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Bevorzugt
werden als Reduktionsmittel kohlenstoffhaltige Verbindungen eingesetzt,
wobei solche mit einem sehr hohen Anteil an Kohlenstoff besonders
bevorzugt sind. Besonders bevorzugt weist die kohlenstoffhaltige
Verbindung einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 70 Gew.-% besonders
bevorzugt mehr als 80 Gew.-% auf, berechnet als C. Aus der kohlenstoffhaltigen
Verbindung entsteht unter der Hitzeeinwirkung des flüssigen Metalls
in Gegenwart von Sauerstoff bzw. Sauerstoff abgebender Verbindungen
beispielsweise Kohlenmonoxid, welches als Reduktionsmittel wirken
kann.
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Um
eine möglichst ausgeprägte Aufnahmefähigkeit
für Sauerstoff zu erhalten, sollte das Reduktionsmittel,
insbesondere die koh lenstoffhaltige Verbindung, bevorzugt arm an
Sauerstoff sein. Bevorzugt beträgt der Sauerstoffgehalt
des Reduktionsmittels, insbesondere der kohlenstoffhaltigen Verbindung,
weniger als 20 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%,
insbesondere bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, jeweils berechnet als
O2. Besonders bevorzugt enthält
das Reduktionsmittel, insbesondere die kohlenstoffhaltige Verbindung,
keinen Sauerstoff.
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Das
Reduktionsmittel kann Stickstoff enthalten. Es ist jedoch bevorzugt,
dass der Stickstoffgehalt nicht zu hoch gewählt wird. Bevorzugt
beträgt der Stickstoffgehalt des Reduktionsmittels weniger
als 10 Gew.-%, insbesondere bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, berechnet
als N2.
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Besonders
bevorzugt wird als kohlenstoffhaltige Verbindung ein Glanzkohlenstoffbildner
verwendet. Glanzkohlenstoffbildner sind organische Verbindungen
oder Gemische organischer Verbindungen, aus welchen sich unter Einwirkung
der Hitze des flüssigen Metalls C-H-hastige Verbindungen
verflüchtigen. Die dabei entstehende Gasphase ist mit Kohlenstoff übersättigt
und besitzt daher reduzierende Eigenschaften. Die Übersättigung
der Gasphase mit Kohlenstoff wird letztlich so groß, dass
sich pyrolitischer Kohlenstoff in Form von Glanzkohlenstoff auf
der Oberfläche der Gießform abscheidet. Der Grad
der Übersättigung der Gasphase mit Kohlenstoff
ist von der chemischen Zusammensetzung des Glanzkohlenstoffbildners,
d. h. dem Verhältnis C:H:O, der Kohlenstoffkonzentration
sowie von der Temperatur abhängig. Die Abscheidung von
Glanzkohlenstoff auf der Wand des Formhohlraums der Gießform
bewirkt eine schlechtere Benetzbarkeit der Wand durch die Schmelze.
Die entstandenen Gase beeinflussen auch den Aufprall des flüssigen
Metalls auf der Wand der Gießform. Es wird eine sogenannte
"Polsterung" der Schmelze beobachtet. Durch die Abscheidung von
Glanzkohlenstoff lässt sich ferner das Gussstück
leichter aus der Gießform entfernen und der Zerfall der
Gießform wird vorteilhaft beeinflusst. Ferner wird der
Glanzkohlenstoffbildner unter dem Einfluss der Hitze des flüssigen Metalls
plastisch und puffert damit beispielsweise die Ausdehnung des Quarzes
unter der Hitzeeinwirkung des flüssigen Metalls ab.
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Bevorzugte
Glanzkohlenstoffbildner weisen einen Kohlenstoffgehalt von mehr
als 50 Gew.-%, besonders bevorzugt von mehr als 70 Gew.-% auf, bezogen
auf das Gewicht des trockenen Glanzkohlenstoffbildners. Geeignete
Glanzkohlenstoffträger sind beispielsweise Kohle, Ruß,
insbesondere Flammenruß, pulverförmiges Bitumen,
Harzpulver, wie Collophonium oder Wurzelharze, oder auch flüssige Öle.
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Die
für die erfindungsgemäße Schlichte geeignete
Glanzkohlenstoffbildner weisen bevorzugt ein C/H-Atomverhältnis
von mehr als 0,25, besonders bevorzugt mehr als 0,5, insbesondere
bevorzugt mehr als 1 auf.
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Bevorzugt
enthalten die Glanzkohlenstoffträger nur geringe Mengen
an Sauerstoff. Der Sauerstoffanteil beträgt vorzugsweise
weniger als 20 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 10 Gew.-%,
insbesondere bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, berechnet als O2 und bezogen auf den trockenen Glanzkohlenstoffbildner. Besonders
bevorzugt werden Glanzkohlenstoffbildner verwendet, die keinen Sauerstoff
enthalten.
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Geeignete
Glanzkohlenstoffbildner können Stickstoff enthalten, beispielsweise
in Form von heteroaramatischen Gruppen. Der Stickstoffanteil wird
jedoch bevorzugt niedrig gewählt, um eine Gasbildung durch
Abspaltung von gasförmigem Stickstoff zurückzudrängen.
Bevorzugt enthält der Glanzkohlenstoffbildner weniger als
10 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 5 Gew.-% Stickstoff,
berechnet als N2 und bezogen auf den trockenen
Glanzkohlenstoffbildner.
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Insbesondere
wenn sehr kohlenstoffreiche Glanzkohlenstoffbildner verwendet werden,
wie beispielsweise verschiedene Kohlearten, ist bevorzugt, dass
der Glanzkohlenstoffbildner einen möglichst geringen Anteil
an geordneten kristallinen Abschnitten umfasst. So ist beispielsweise
Grafit, der einen hohen Grad an Kristallordnung aufweist, als Glanzkohlenstoffbildner
wenig bzw. nicht geeignet. Bevorzugt umfasst der Glanzkohlenstoffbildner
einen kristallinen Anteil von weniger als 30%. Der kristalline Anteil
an einem Glanzkohlenstoffbildner lässt sich beispielsweise
durch Röntgendiffraktometrie ermitteln.
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Der
Gehalt an Glanzkohlenstoff in einem Glanzkohlenstoffbildner kann
entsprechend der VDG Norm P 83 bestimmt werden. Die erfindungsgemäß als
Reduktionsmittel bevorzugt eingesetzten Glanzkohlenstoffbildner
weisen bevorzugt einen Glanzkohlenstoffgehalt von zumindest 10 Gew.-%,
insbesondere von zumindest 50 Gew.-% auf, bezogen auf das Gewicht
des Glanzkohlenstoffbildners.
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Als
Glanzkohlenstoffbildner werden bevorzugt Kohlematerialien verwendet,
wie Steinkohle, welche besonders bevorzugt ist. Es können
aber auch andere Kohlematerialien verwendet werden, wie Gaskohle
oder Flammkohle.
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Weiter
werden als Glanzkohlenstoffbildner bevorzugt kohlenstoffhaltige
Polymere verwendet. Geeignete kohlenstoffhaltige Polymere sind beispielsweise
Phenolharze, wie Novolake, die jedoch wegen ihres hohen Sauerstoffanteils
keine übermäßig hohe Ausbeute an Glanzkohlenstoff
ergeben. Als kohlenstoffhaltige Polymere werden bevorzugt solche
Polymere verwendet, die einen geringen Sauerstoffanteil aufweisen,
beispielsweise weniger als 10 Gew.-%. Besonders bevorzugt werden
kohlenstoffhaltige Polymere verwendet, die keinen Sauerstoff enthalten.
Dabei sind solche kohlenstoffhaltigen Polymere besonders bevorzugt,
die eine durchgehende Kohlenstoff kette als Rückgrad aufweisen,
also beispielsweise durch radikalische Polymerisation von Vinylmonomeren erhalten
werden. Bevorzugt enthalten die kohlenstoffhaltigen Polymere nur
Kohlenstoff- und Wasserstoffatome. Weiterhin umfassen die kohlenstoffhaltigen
Polymere bevorzugt ungesättigte und insbesondere bevorzugt
aromatische seitenständige Gruppen. Dadurch verschiebt
sich das Verhältnis Kohlenstoff/Wasserstoff des kohlenstoffhaltigen
Polymers weiter zu Gunsten des Kohlenstoffs. Besonders bevorzugt weist
das kohlenstoffhaltige Polymer einen Kohlenstoffgehalt von mehr
als 90 Gew.-% sowie bevorzugt ein C/H-Atomverhältnis von
1:2 bis 1:1 auf.
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Ein
als Glanzkohlenstoffbildner besonders bevorzugtes kohlenstoffhaltiges
Polymer ist ausgewählt aus der Gruppe von Polystyrol und
Copolymeren des Polystyrols. Beispielhafte Copolymere sind Styrol-Butadien-,
Styrol(Meth)acrylat- und Butadien(Meth)acrylat-Copolymere. Besonders
bevorzugt sind Copolymere des Styrols, wobei der Anteil des Styrols
am kohlenstoffhaltigen Polymer vorzugsweise zumindest 25 Mol-%, besonders
bevorzugt zumindest 50 Mol-% beträgt.
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Die
kohlenstoffhaltigen Polymere weisen bevorzugt ein mittleres Molekülgewicht
im Bereich von 2.000 bis 20.000 g/mol auf. Das Molekülgewicht
lässt sich beispielsweise durch Ausschlusschromatographie
unter Verwendung von Standards, wie Polystyrolstandards (z. B. POLYMER
STANDARDS SERVICE GmbH, In der Dalheimer Wiese 5,D-55120 Mainz)
bestimmen.
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Der
Anteil des Reduktionsmittels, bevorzugt des Glanzkohlenstoffbildners
wird bezogen auf den Feststoffgehalt der erfindungsgemäßen
Schlichte zu bevorzugt zumindest 1 Gew.-%, besonders bevorzugt zu
zumindest 5 Gew.-%, insbesondere bevorzugt im Bereich von 8 bis
30 Gew.-% gewählt. Die Menge des in der Schlichte enthaltenen
Glanzkohlenstoffbildners ist abhängig von der Menge an
Glanzkohlenstoff, der vom Glanzkohlenstoffbildner gebildet werden
kann. Bezogen auf die gebildete Glanzkohlenstoffmenge wird die Menge
des Glanzkohlenstoffbildners bevorzugt zu zumindest 1 Gew.-%, besonders
bevorzugt zu zumindest 2 Gew.-% und insbesondere bevorzugt im Bereich
von 2,5 bis 10 Gew.-% gewählt.
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Neben
den genannten Komponenten kann die erfindungsgemäße
Schlichte noch weitere übliche Komponenten umfassen. Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung kann die Schlichte ein Bindemittel
enthalten. Die Aufgabe des Bindemittels liegt vor allem darin, nach
dem Trocknen der auf eine Gießform aufgebrachten Schlichte
die Inhaltsstoffe der Schlichte zu binden und so eine zuverlässige
Haftung der Schlichte auf dem Untergrund sicherzustellen. Vorzugsweise
wird ein Bindemittel zugesetzt, welches irreversibel aushärtet. Man
erhält auf diese Weise eine Beschichtung mit einer hohen
Abriebfestigkeit. Dies ist vorteilhaft, wenn die Gießform
beispielsweise nach ihrer Fertigstellung transportiert werden soll
und dabei mechanischen Einflüssen ausgesetzt ist. Durch
die ausgeprägte mechanische Robustheit der Beschichtung
können Beschädigungen weitgehend vermieden werden.
Weiter werden bevorzugt solche Bindemittel verwendet, die unter
der Einwirkung von Luftfeuchtigkeit nicht erneut erweichen.
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An
sich können alle Bindemittel verwendet werden, die bereits
in Schlichten Anwendung gefunden haben. Als Bindemittel können
beispielsweise Stärke, Dextrin, Peptide, Polyvinylalkohol,
Polyvinylacetatcopolymere, Poly(meth)acrylsäure, Polystyrol,
Polyvinylacetat-Polyacrylat-Dispersionen, sowie Gemische dieser Verbindungen
eingesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
enthält die erfindungsgemäße Schlichte
ein Alkydharz als Bindemittel, welches sowohl in Wasser als auch
in Alkoholen, wie Ethanol, Propanol oder Isopropanol löslich
ist. Das Bindemittel ist in der gebrauchsfertigen Schlichte bevorzugt
in einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis
2 Gew.-% enthalten.
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Neben
den bereits genannten Feuerfeststoffen kann die Schlichte auch noch
ein Stellmittel enthalten. Das Stellmittel erhöht die Viskosität
der Schlichte. Damit wird zum einen ein Absinken der schwereren
Bestandteile in der Schlichte verhindert, sodass beim Auftragen
die Schlichteschicht immer eine gleichmäßige Zusammensetzung
erhält. Zum anderen bewirkt das Stellmittel, dass die Schlichte
nach dem Auftrag auf die Flächen der Gießform
nicht mehr fließt und deshalb auch auf beispielsweise senkrechten
Flächen der Gießform eine gleichmäßige
Schichtdicke erreicht wird. Als Stellmittel können beispielsweise
in Schlichten übliche Zwei-Schicht-Silikate und Drei-Schicht-Silikate
verwendet werden, wie Attapulgit, Serpentine, Smektite, wie Saponit,
Montmorillonit, Beidellit und Nontronit, Vermiculit. Deren Anteil
an der gebrauchsfertigen Schlichte beträgt bevorzugt 0,5
bis 4,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,0 bis 2,0 Gew.-%.
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Weiter
kann die erfindungsgemäße Schlichte ein Netzmittel
enthalten, welches das Auftragen der Schlichte auf einen Untergrund
erleichtert. Als Netzmittel können an sich alle dem Fachmann
bekannten anionische und nicht-anionischen Tenside mittlerer und
höherer Polarität eingesetzt werden. Die Tenside
weisen vorzugsweise einen HLB-Wert von mehr als 7 auf. Die Netzmittel
werden vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders
bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew.-% zugesetzt, wobei sich die Prozentangaben
auf die gebrauchsfertige Schlichte beziehen. Ein Beispiel für
ein geeignetes Netzmittel ist Dinatrium-dioctylsulfosuccinat.
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Um
bei der Herstellung der Schlichte bzw. beim Auftragen der Schlichte
auf die Oberfläche der Gießform eine Schaumbildung
zu vermeiden, kann die Schlichte einen Entschäumer enthalten.
Schaumbildung beim Auftragen der Schlichte kann zu einer ungleichmäßigen
Schichtdicke und Löchern in der Schicht führen. Als
Entschäumer können beispielsweise Silikon- oder
Mineralöl verwendet werden. Der Entschäumer ist
in der gebrauchsfertigen Schlichte vorzugsweise in einem Anteil
von 0,01 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,3 Gew.-% enthalten.
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Weiter
kann die Schlichte übliche Pigmente oder Farbstoffe enthalten.
Diese werden gegebenenfalls zugesetzt, um beispielsweise einen Kontrast
zwischen verschiedenen Schlichteschichten oder zwischen der Gießform
als Untergrund und der darauf angeordneten Schlichteschicht zu erreichen,
sodass ein vollständiger Auftrag der Schlichteschicht visuell überprüft
werden kann. Beispiele für geeignete Pigmente sind rotes
und gelbes Eisenoxid sowie Grafit. Die Farbstoffe und Pigmente sind
in der gebrauchsfertigen Schlichte bevorzugt in einer Menge von
0,01 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-% enthalten.
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Insbesondere
wenn die Schlichte als Wasserschlichte ausgebildet ist, als Trägerflüssigkeit
also im Wesentlichen nur Wasser verwendet wird, kann der Schlichte
ein Biozid beigesetzt sein, um einen bakteriellen Befall und damit
einen negativen Einfluss auf die Rheologie und die Bindekraft des
Bindemittels zu vermeiden. Beispiele für geeignete Biozide
sind Formaldehyd, 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on
(CIT) und 1,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT). Vorzugsweise werden MIT,
BIT oder ein Gemisch davon eingesetzt. Die Biozide werden vorzugsweise
in einer Menge von 10 bis 1000 ppm, besonders bevorzugt von 50 bis
500 ppm verwendet, bezogen auf die gebrauchsfertige Schlichte.
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Die
erfindungsgemäße Schlichte weist im gebrauchsfähigen
Zustand bevorzugt einen Feststoffgehalt im Bereich von 20 bis 80
Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 70 Gew.-% auf.
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Die
erfindungsgemäßen Schlichte kann nach üblichen
Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße
Schlichte hergestellt werden, indem zunächst Wasser oder
eine andere geeignete Trägerflüssigkeit in einem
Rührer vorgelegt wird. In das Wasser wird dann beispielsweise
das Stellmittel gegeben, zum Beispiel ein Schichtsilikat, und dieses
unter hoch scherenden Bedingungen aufgeschlossen. Anschließend
werden der pulverförmige Feuerfeststoff sowie ggf. Pigmente
und Farbstoffe und der Glanzkohlenstoffbildner eingerührt,
bis eine homogene Mischung entsteht. Zum Schluss werden Netz-, Antischaummittel,
Biozide und Bindemittel eingerührt.
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Für
die technische Anwendung kann die erfindungsgemäße
Schlichte als gebrauchsfertige Formulierung bereitgestellt und vertrieben
werden. Es ist aber auch möglich, die erfindungsgemäße
Schlichte in konzentrierter Form herzustellen und zu vertreiben.
Um aus der konzentrierten Schlichte eine gebrauchsfertige Schlichte
zu erhalten, muss eine geeignete Menge einer Lösungsmittelkomponente
zugegeben werden, die nötig ist, um die erforderlichen
Viskositäts- und Dichteeigenschaften der Schlichte einzustellen.
Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße
Schlichte auch in Form eines Kits bereitgestellt werden, wobei z.
B. die Feststoffkomponente und die Lösungsmittelkomponente
nebeneinander in getrennten Behältnissen vorgesehen werden.
Die Feststoffkomponente kann dabei als pulverförmiges Feststoffgemisch
in einem separaten Behältnis bereitgestellt werden. Gegebenenfalls
zu verwendende weitere flüssige Komponenten, wie z. B.
Bindemittel, Netzmittel, Netzer/Entschäumer, Pigmente,
Farbstoffe und Biozide, können in diesem Kit wiederum in
einem getrennten Behältnis bereitgestellt werden. Die Trägerflüssigkeit
kann entweder den oben erwähnten weiteren flüssigen
Komponenten beigegeben sein oder sie kann getrennt von diesen in
einem separaten Behältnis bereitgestellt werden. Zur Herstellung
einer gebrauchsfertigen Schlichte werden die geeigneten Mengen der Feststoffkomponente,
der weiteren flüssigen Komponenten und der Trägerflüssigkeit
miteinander vermengt. Es ist ferner auch möglich, eine
erfindungsgemäße Schlichte bereitzustellen, deren
Lösungsmittelkomponente zu nächst nur aus Wasser
besteht. Durch Zugabe eines flüchtigen Alkohols oder Alkoholgemisches,
vorzugsweise Ethanol, Propanol, Isopropanol und Gemische davon,
in vorzugsweise Mengen von 40 bis 200 Gew.-% bezogen auf die Wasserschlichte,
kann aus dieser Wasserschlichte eine gebrauchsfertige Alkoholschlichte
bereitgestellt werden. Der Feststoffgehalt einer erfindungsgemäßen
Alkoholschlichte beträgt dabei vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-%,
insbesondere bevorzugt 30 bis 40 Gew.-%.
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Je
nach gewünschter Verwendung der erfindungsgemäßen
Schlichte, z. B. als Grundbeschichtung oder als Deckbeschichtung,
und gewünschter Schichtdicke der aufzutragenden Schlichteschicht
können weitere charakteristische Parameter der Schlichte
eingestellt werden. So weist eine erfindungsgemäße
Schlichte, welche zur Beschichtung von Formen und Kernen in der
Gießereitechnik verwendet werden soll, vorzugsweise eine
Viskosität von 11 bis 25 s, besonders bevorzugt 12 bis
15 s auf, bestimmt nach DIN 53211; Auslaufbecher 4
mm, DIN-Cup. Vorzugsweise weist eine gebrauchsfertige Schlichte
eine Dichte im Bereich von 1 bis 2,2 g/ml (0 bis 120°Bé),
besonders bevorzugt im Bereich von 1,1 bis 1,4 g/ml (30 bis 50°Bé),
insbesondere 1,2 bis 1,3 g/ml auf, bestimmt nach der Baumé-Auftriebsmethode; DIN
12791.
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Die
erfindungsgemäße Schlichte kann zum Beschichten
von Gießformen verwendet werden. Gegenstand der Erfindung
ist daher auch ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten
Gießform, wobei eine Gießform bereitgestellt wird
und die Gießform zumindest abschnittsweise mit einer Schlichteschicht
beschichtet wird, welche zumindest anteilig eine Schicht aus einer
Schlichte umfasst, wie sie oben beschrieben wurde.
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Unter
einer Gießform werden alle Arten von Körpern verstanden,
die zur Herstellung eines Gussstücks notwendig sind, also
etwa Kerne, Formen und Kokillen. Die Gießformen können
an sich aus beliebigen Materialien hergestellt sein. So können
die Gießfor men beispielsweise aus einem feuerfesten Formstoff,
wie Quarzsand, hergestellt sein, der mit einem geeigneten Bindemittel
verfestigt worden ist. Dabei können sowohl anorganische
als auch organische Bindemittel verwendet werden. Ein Beispiel für
ein anorganisches Bindemittel ist Wasserglas, das beispielsweise
durch Wasserentzug durch Erhitzen oder durch Durchleiten von Kohlendioxid
verfestigt worden ist. Beispiele für organische Bindemittel
sind Cold-Box- oder No-Bake-Bindemittel, bei welchen eine Polyisocyanatkomponente
und eine Polyolkomponente unter Einwirkung eines basischen Katalysators
ausgehärtet werden.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst
eine Gießform bereitgestellt. Auf diese wird dann die oben
beschriebene Schlichte aufgetragen. Dabei können an sich
alle üblichen Verfahren verwendet werden. Die Schlichte
kann mittels eines Pinsels aufgetragen werden. Es ist aber auch
möglich, die Schlichte mittels einer geeigneten Düse
aufzusprühen. Zum Sprühen können handelsübliche
Druckkesselsprühgeräte verwendet werden. Hierbei
wird die Schlichte in bevorzugt verdünntem Zustand in einen
Druckkessel gefüllt. Durch den im Kessel herrschenden Überdruck
wird die Schlichte in eine Sprühpistole gedrückt,
wo sie mit Hilfe von separat regulierbarer Zerstäuberluft
versprüht wird. Das Aufsprühen wird vorzugsweise
so durchgeführt, dass die Schichte noch nass auf der Oberfläche
der Gießform auftrifft, sodass ein gleichmäßiger
Auftrag erreicht werden kann.
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Ferner
kann die Schlichte auch aufgetragen werden, indem die Gießform
in die Schlichte eingetaucht wird. Die Dauer, während der
die Gießform in der Schlichte eingetaucht bleibt, wird
vorzugsweise zwischen 2 Sekunden und 2 Minuten gewählt.
Beim Herausnehmen der Gießform läuft überschüssige
Schlichte ab, wobei sich die Zeit, die das Ablaufen der überschüssigen
Schlichte nach dem Tauchen in Anspruch nimmt, nach dem Ablaufverhalten
der verwendeten Schlichte richtet. Die auf der Oberfläche
der Gieß form verbleibende Schlichte weist dann eine bestimmte
Schichtdicke auf, wobei die Schichtdicke durch die Eigenschaften
der Schlichte, beispielsweise ihre Viskosität oder durch
die Zugabe von Stellmitteln beeinflusst werden kann.
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Weiter
kann der Formhohlraum der Gießform auch mit der Schlichte
geflutet werden. Beim Ausgießen der Schlichte verbleibt
dann ebenfalls eine Schicht der Schlichte an den Wänden
des Formhohlraums, wobei die Schichtdicke der Schicht beispielsweise
durch die Viskosität der Schlichte beeinflusst werden kann.
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Die
Schlichte kann in einer einzelnen Schicht aufgetragen werden. Es
ist aber auch möglich, mehrere Schichten der Schlichte übereinander
aufzutragen, um beispielsweise eine größere Schichtdicke
zu erreichen. Dabei kann die tiefer angeordnete Schicht der Schlichte
ggf. zunächst teilweise oder vollständig getrocknet werden,
ehe die nächste Schicht aufgetragen wird.
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Vorzugsweise
werden zumindest die Flächen der Gießform mit
der Schlichte beschichtet, welche beim Guss in Kontakt mit dem flüssigen
Metall gelangen.
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Nach
dem Auftrag wird die Schlichteschicht getrocknet und sofern die
Schlichte ein härtbares Bindemittel enthält, wird
das Bindemittel ausgehärtet.
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Zum
Trocknen können alle bekannten Verfahren eingesetzt werden.
Die Schlichte kann an Luft getrocknet werden, wobei die Trocknung
gefördert werden kann, indem beispielsweise die Luft entfeuchtet
wird. Ferner kann die Gießform mit der darauf aufgetragenen
Schlichteschicht auch erwärmt werden. Zum Erwärmen
kann die Gießform beispielsweise mit Mikrowellen oder Infrarotlicht
bestrahlt werden. Die beschichtete Gießform kann zum Trocknen
aber auch in einen Konvektionsofen gestellt werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die mit der Schlichte beschichtete Gießform
in einem Konvektionsofen bei 100 bis 250°C, bevorzugt 120
bis 180°C getrocknet. Bei Verwendung von Alkoholschlichten
wird die Schlichte bevorzugt durch Abbrennen des Alkohols oder des
Alkoholgemisches getrocknet. Durch die dabei entstehende Verbrennungswärme
wird die beschichtete Gießform zusätzlich erwärmt.
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Die
Trockenschichtdicke der Schlichteschicht beträgt vorzugsweise
zumindest 0,1 mm, bevorzugt zumindest 0,2 mm, besonders bevorzugt
zumindest 0,3 mm. Für spezielle Anwendung können
auch dickere Schlichteschichten eingesetzt werden. Die Trockenschichtdicke
beträgt bei derartigen Anwendung bevorzugt zumindest 0,4
mm und insbesondere bevorzugt zumindest 0,5 mm. Derartige Schichtdicken
werden bevorzugt eingesetzt, wenn die thermische Belastung der Gießform
sehr hoch ist. Insbesondere bevorzugt liegt die Dicke der Schlichteschicht
im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm. Die Trockenschichtdicke bezeichnet
hierbei die Schichtdicke der getrockneten Schlichteschicht, welche
durch im Wesentlichen vollständiges Entfernen der Trägerflüssigkeit
und ggf. anschließendem Härten der Schlichteschicht
erhalten wird. Die Trockenschichtdicke wird vorzugsweise durch Messung
mit dem Nassschichtdickenkamm ermittelt.
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Ehe
die Schlichte aufgetragen wird, kann die Gießform auch
zunächst mit einer Grundbeschichtung versehen werden. Die
Grundbeschichtung kann mit allen im Stand der Technik bekannten
Verfahren auf die Gießform aufgebracht werden, z. B. Tauchen,
Fluten, Sprühen oder Streichen. Die Grundbeschichtung überdeckt
die Oberfläche der Gießform und verschließt
die Sandporen gegenüber einem Eindringen des flüssigen Metalls.
Daneben hat die Grundbeschichtung auch die Aufgabe, die Gießform
gegenüber dem flüssigen Metall thermisch zu isolieren.
Die Grundbeschichtung kann als Grundstoff beispielsweise Tone, Talkum,
Quarz, Glimmer, Zirkonsilikat, Magnesit, Aluminiumsilikat oder Schamotte
in einer geeigneten Trägerflüssigkeit, beispielsweise
Wasser oder Alkohol enthalten. Die Trockenschichtstärke
der Grundbeschichtung beträgt vorzugsweise zumindest 0,1
mm, besonders bevorzugt zumindest 0,2 mm, insbesondere bevorzugt
zumindest 0,45 mm. Bevorzugt wird die Trockenschichtstärke
der Grundbeschichtung im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm gewählt.
Die Schlichte für die Grundbeschichtung wird bevorzugt
als Wasserschlichte oder als Alkoholschlichte ausgebildet.
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Die
Grundbeschichtung kann sich in ihrer Zusammensetzung von der erfindungsgemäßen
Schlichte unterscheiden. Es ist aber auch möglich, die
Grundbeschichtung ebenfalls aus der erfindungsgemäßen Schlichte
herzustellen. Bevorzugt wird die Grundbeschichtung ebenfalls aus
der erfindungsgemäßen Schlichte hergestellt.
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Bei
Verwendung einer beschichteten Gießform, wie sie mit dem
oben beschriebenen Verfahren hergestellt wird, werden Gussstücke
erhalten, die an ihrer Oberfläche bzw. nahe ihrer Oberfläche
weniger Fehler aufweisen, die auf Gaseinschlüsse zurückzuführen
sind. Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Gießform,
welche zumindest Abschnitte einer Schlichteschicht umfasst, welche
aus einer Schlichte hergestellt ist, wie sie oben beschrieben wurde.
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Die
erfindungsgemäßen Gießformen eignen sich
sowohl für Schleudergussverfahren als auch für Großgussverfahren.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der oben
beschriebenen Gießform für den Metallguss. Gießformen,
welche eine Schicht umfassen, die aus der erfindungsgemäßen
Schlichte hergestellt wurde, eignen sich beispielsweise für
die Herstellung von Rohren, Zylinderlaufbuchsen, Motoren und Motorenkomponenten,
Maschinenbetten und Turbinen sowie für allgemeine Maschinenkomponenten.
Insbesondere eignen sich die Gießformen für den
Eisen- sowie Stahlguss.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1
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Die
in den nachstehenden Beispielen verwendete Kernschlichte enthält
folgende Bestandteile (Gew.-%):
| Komponente | Anteil
(Gew.-%) | Hersteller |
| Pyrrophyllit < 110 µm | 40,00 | R.
T. Vanderbilt |
| Graphit < 150 µm | 10,00 | Luh |
| Tonmineral | 03,00 | Engelhard
Corporation |
| Butadien-Styrol-Copolymerdispersion | 05,00 | Lipatone®, Polymer Latex |
| Netzmittel | 00,05 | Henkel
KGaA, DE |
| Entschäumer | 00,20 | Henkel
KgaA, DE |
| Bindemittellösung | 02,00 | Wacker
AG, DE |
| Biozid | 00,20 | Thor |
| Wasser | 39,55 | |
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Zur
Herstellung der Schlichten wird zunächst das Wasser in
einem Behälter vorgelegt, der mit einem hoch scherenden
Rührwerk ausgerüstet ist. Der Rührer
wird in Betrieb genommen, der Ton zugegeben und während
15 Minuten unter hoch scherenden Bedingungen aufgeschlossen. Anschließend
werden Pyrrophyllit und Graphit zugegeben und die Mischung für
weitere 15 Minuten gerührt, bis eine homogene Mischung
erhalten wird. Es werden dann die restlichen Komponenten zugegeben
und die Mischung für weitere 5 Minuten gerührt.
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Die
erhaltene Schlichte wird mit 30 Gew.-% entionisiertem Wasser verdünnt
und weist dann eine Viskosität von 13 s, bestimmt nach DIN
53211, Auslaufbecher 4 mm, und eine Dichte von 40°Be,
bestimmt nach der Baumé-Auftriebsmethode, DIN 12791,
auf.
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Mit
der Schlichte wird ein Kern durch Aufsprühen beschichtet.
Die Dicke der Schlichteschicht beträgt 300 µm.
Die Schlichte zeigt ein gutes Fließverhalten und eine gute
Deckung. Anschließend wird die Gießform im Durchlaufofen
mit Umluft bei 160 bis 180°C getrocknet.
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Vergleichsbeispiel:
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Analog
Beispiel 1 wurde eine Vergleichsschlichte hergestellt, wobei jedoch
keine Butadien-Styrol-Copolymerdispersion zugesetzt wurde.
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Beispiel 2:
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Es
wurden je 10 Coldboxkerne (Sand H32, Polyurethan-Cold-Box-Binder
(PUCB) Teil I 0,8%, PUCB Teil II 0,8%) für Turbolader hergestellt
und mit den in Beispiel 1 bzw. dem Vergleichsbeispiel hergestellten Schlichten
geschlichtet. Die Abreibfestigkeit der Schlichteschicht wurde subjektiv
durch Abreiben beurteilt. Der Abguss erfolgte anschließend
mit der Legierung SiMo für Turbolader bei 1450°C.
Nach Entfernung der Gießform wurde die Oberfläche
der Gussstücke auf Gussfehler untersucht.
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Die
Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefasst: Tabelle: Gießversuche
| Schlichte | Vergleichsbeispiel | Beispiel
1 |
| Schlichteauftrag | 200 µm | 200 µm |
| Abriebfestigkeit | gut | sehr
gut |
| Gussteile
mit Pinholes | 5
von 10 | 0
von 10 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 1433973
B [0011]
- - DE 1303358 [0012]
- - DE 4203904 C1 [0013]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 53211 [0053]
- - DIN 12791 [0053]
- - DIN 53211 [0071]
- - DIN 12791 [0071]