Pitamitz, Herbert (Am Eckbusch 41/118, Wuppertal, 42113, DE)
Lederer, Gernot (Goldberger Str. 78, Mettmann, 40882, DE)
Stötzel, Reinhard (Nonnenfettweide 20, Borken, 46325, DE)
Pitamitz, Herbert (Am Eckbusch 41/118, Wuppertal, 42113, DE)
Lederer, Gernot (Goldberger Str. 78, Mettmann, 40882, DE)
| 1. | Scmichtezusammensetzung für Gießformen, umfassend eine Lösungsmittelkomponente und eine Feststoffkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffkomponente als Hauptbestandteil ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit umfasst. |
| 2. | Schlichtezusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Schlichtezusammensetzung weniger als 5 Gew.%, vorzugsweise weniger als 3 Gew.%, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.% Kieselgur, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, aufweist. |
| 3. | Schlichtezusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Feststoffkomponente ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit im Verhältnis von 1 :3 bis 20: 1 umfasst. |
| 4. | Schlichtezusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Feststoffkomponente ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit im Verhältnis von 1:1 bis 14:1, vorzugsweise 1:1 bis 10:1, stärker bevorzugt 2:1 bis 6:1, und am meisten bevorzugt im Verhältnis von 2:1 bis 5:1 umfasst. |
| 5. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Metakaolinit eine spezifische Oberfläche nach BET von mindestens 10 m2/g, vorzugsweise mindestens 25 m2/g aufweist, gemessen gemäß DIN 66 131. |
| 6. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Metakaolinit einen Glühverlust von weniger als 3 Gew.%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.% aufweist, gemessen gemäß DIN 38 414. |
| 7. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Metakaolinit ein unverdichtetes Schüttgewicht von 100300 g/l, vorzugsweise 150200 g/l aufweist, gemessen gemäß DIN 53 194. |
| 8. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Metakaolinit eine hohe spezifische Oberfläche, ausgedrückt in Ölabsorption, zwischen 50 und 120 %, vorzugsweise zwischen 85 und 120 % aufweist, gemessen gemäß DIN 53 109. |
| 9. | Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Pyrophyllit einen Aspekt (Längen zu Dickeverhältnis) von mindestens 5, vozugsweise 1030, aufweist. |
| 10. | Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Pyrophyllit ein unverdichtetes Schüttgewicht von 300600 g/l, vorzugsweise 300400 g/l aufweist, gemessen gemäß DIN 53 194. |
| 11. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Metakaolinit eine Korngröße von 0,1 μm bis 10 μm aufweist. . |
| 12. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Pyrophyllit eine Korngröße von 20 μm bis 200 μm aufweist. |
| 13. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner umfassend 0,1 bis 10 Gew.%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.%, stärker bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.%, bezogen auf alle Bestandteile der Zusammensetzung, Bentonit und/oder Hectorit. |
| 14. | Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend mindestens eine weitere Komponente, ausgewählt aus Bindemitteln, Netzmitteln, Netzer/Entschäumer, Pigmenten, Farbstoffen und Bioziden. |
| 15. | Schlichtezusammensetzung gemäß Anspruch 14, wobei das Bindemittel aus einer Dispersion eines Alkydharzes besteht, das sowohl in Wasser als auch in Ethanol oder Isopropanol löslich ist. |
| 16. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lösungsmittelkomponente 2080 Gew.% Wasser und gegebenenfalls als weitere Komponente 060 Gew.% eines oder mehrerer organischen, flüchtigen Lösungsmittel umfasst, bezogen auf alle Bestandteile der Zusammensetzung. |
| 17. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Lösungsmittelkomponente nur aus Wasser besteht. |
| 18. | Schlichtezusammensetzung nach Anspruch. 16, wobei das organische, flüchtige Lösungsmittel ein Alkohol oder Alkoholgemisch ist, vorzugsweise ausgewählt aus Ethanol, Propanol, Isopropanol und Gemischen davon. |
| 19. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Schlichtezusammensetzung 1040 Gew.% Metakaolinit, 520 Gew.% Pyrophyllit, und 1085 Gew.% Wasser umfasst, bezogen auf alle Bestandteile der Zusammensetzung. |
| 20. | Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Schlichtezusammensetzung folgende Bestandteile umfasst: 1540 Gew.% Metakaolinit, 720 Gew.% Pyrophyllit, 0,15 Gew.% Bentonit und/oder Hectorit, 0,02 Gew. % Bindemittel, 0,010,5 Gew.% Biozid, und 1078 Gew.% Wasser. |
| 21. | Gießform, umfassend eine Deckbeschichtung auf der Gießseite der Gießform, welche durch Auftragen und Trocknen einer Schlichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 hergestellt wurde. |
| 22. | Gießform nach Anspruch 21, wobei die Deckbeschichtung eine Trockenschichtstärke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm, und stärker bevorzugt 0,3 mm bis 1,5 mm aufweist. |
| 23. | Gießform nach Anspruch 21 oder 22, wobei mindestens ein Teil der Deckbeschichtung auf eine Grundbescbichtung aufgebracht ist. |
| 24. | Schleudergießverfahren, umfassend die Verwendung einer Gießform nach einem der Ansprüche 21 bis 23. |
| 25. | Großgussverfahren, umfassend die Verwendung einer Gießform nach einem der Ansprüche 21 bis 23. |
| 26. | Verfahren zur Herstellung einer Gießform, umfassend zur Herstellung einer Deckbescmchtung das Aufbringen und Trocknen mindestens einer Schicht einer Schlichtezxisammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche der Gießform, wobei eine Schichtezusammensetzung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 verwendet wird. |
| 27. | Verfahren nach Anspruch 26, wobei auf mindestens einen Teil der Oberfläche der Gießform zuerst mindestens eine Schicht einer Grundbeschichtung aufgetragen wird und wobei die Schlichtezusammensetzung auf die Grundbeschichtung und gegebenenfalls auf weitere Teile der Oberfläche der Gießform aufgebracht wird. |
| 28. | Verfahren nach Anspruch 27, wobei zur Herstellung der Grundbeschichtung ebenfalls eine Schlichtezusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 verwendet wird. |
| 29. | Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die Deckbeschichtung eine Trockenschichtstärke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm, und stärker bevorzugt 0,3 mm bis 1 ,5 mm aufweist. |
| 30. | Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei die Grundbeschichtung eine Trockenschichtstärke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm, und stärker bevorzugt 0,3 mm bis 1,5 mm aufweist. |
| 31. | Verwendung einer Gießform gemäß einem der Ansprüche 21 bis 23 zur Herstellung von Rohren, Zylinderlaufbuchsen, Motoren und Motorkomponenten, Maschinenbetten und Turbinen. |
Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmassen oder Schlichtezusammensetzungen, welche eine Lösungsmittelkomponente und eine Feststoffkomponente umfassen, wobei die Feststoffkomponente Metakaolinit und Pyrophyllit umfasst, die auf Gießformen aufgebracht werden können, diese Schlichtezusammensetzungen umfassende Gießformen und die Verwendung derselben insbesondere in Schleudergießverfahren und Großgussverfahren.
Durch Gießen werden Schmelzflüssigwerkstoffe in geometrisch bestimmte Gegenstände mit bestimmten Werkstückeigenschaften überführt. Die meisten Erzeugnisse der Eisen- und Stahlindustrie sowie die Werkstoffe der Nichteisenmetallindustrie durchlaufen Gießprozesse zur ersten Formgebung. Voraussetzung für die Herstellung von Gussstücken ist unter anderem die Anfertigung von zum Teil sehr komplizierten Gießformen zur Aufnahme der Schmelze. Die Gießformen werden unterteilt in verlorene Formen, die meist aus einem mineralischen, feuerfesten, körnigen Grundstoff mit einem Bindemittel sowie oft noch verschiedenen weiteren Zusätzen, z.B. zur Erzielung guter Gussoberfiächen, bestehen und nach jedem Guss zerstört werden, und Dauerformen, mit denen jeweils eine große Anzahl von Gussteilen hergestellt werden kann. Für verlorene Formen werden als feuerfeste, körnige Grundsubstanz überwiegend gewaschener, klassierter Quarzsand, in bestimmten Fällen auch Chromit-, Zirkon- und Olivinsand verwendet. Daneben werden noch Formstoffe auf Schamott- sowie Magnesit-, Sillimanit-, Korundbasis u.a. benutzt. Die Bindemittel für die Formsande können anorganischer oder organischer Natur sein. Verlorene Formen werden überwiegend aus Bentonit-gebundenen Formstoffen für kleinere Formen oder Kunstharz-gebundenen Formstoffen für größere Formen hergestellt, die zur Erzielung einer ausreichenden Standfestigkeit mechanisch verdichtet werden müssen. Als Formwerkstoff 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.
Ein Verfahren zur Herstellung von Gießformen und Kernen aus kunstharzgebundenem Formsand umfasst beispielsweise das Herstellen einer Grundform bzw. eines Grundkerns aus dem Formsand und das Aufbringen einer feuerfeste anorganische Bestandteile enthaltenden Formbescluchtung, welche auch Schlichte genannt wird, zumindest auf diejenigen Oberflächen 5 der/des Grundform/Grundkerns, die mit dem gegossenen Metall in Berührung kommen. Die Formbeschichtungen haben zum einen den Zweck, die Formteiloberfläche zu beeinflussen, das Gussstückaussehen zu verbessern, das Gussstück metallurgisch zu beeinflussen und/oder Gussfehler zu vermeiden. Ferner haben diese Beschichtungen oder Schlichten die Funktion, die Form vom flüssigen Metall beim Gießen chemisch zu isolieren, wodurch jegliche Haftung
10 verhindert und die spätere Trennung von Form- und Gussteil ermöglicht wird. Darüber hinaus gewährleistet die Schlichte eine thermische Trennung von Form- und Gussstück. Wenn diese Funktion nicht erfüllt wird, wird z.B. eine Metallform im Laufe der aufeinanderfolgenden Gießvorgänge solchen thermischen Belastungen ausgesetzt, dass sie vorzeitig zerstört wird. Die Wärmeübertragung kann gezielt genutzt werden, um das Abkühlen des Gussstücks zu
15. beeinflussen. Zur Herstellung von Metallteilen, beispielsweise aus Gusseisen, werden unter anderem das Großgussverfahren und das Schleudergussverfahren eingesetzt. Beim Großgussverfahren herrschen enorme metallostatische Drucke auf Form und Kern, die auch sehr lange Zeit der Temperaturbeläsrung ausgesetzt werden. Darum übernimmt die Schlichte insbesondere bei . diesem Verfahren eine sehr exponierte Schutzfunktion, um ein Eindringen des Metalls in den 0 Formsand (Penetration), Reißen der Kerne (Blattrippen) oder Reaktion mit dem Formsand (Vererzungen) zu vermeiden. Beim Schleuderguss wird das Gießmetall in eine um ihre Achse rotierende, röhr- oder ringförmige Kokille gefüllt, in der es unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu z.B. Büchsen, Ringen und Rohren geformt wird. Es ist unbedingt notwendig, dass das Gussstück vor dem Entformen vollständig verfestigt ist, so dass eine ziemlich lange Kontaktzeit
25 zwischen Form- und Gussstück erforderlich ist. In diesem Fall wird die Form mit einer isolierenden Schlichte in Form eines einschichtigen oder mehrschichtigen Überzugs beschichtet.
Die üblicherweise verwendeten Schlichten enthalten als Grundstoffe z.B. Tone, Quarz,
Kieselgur, Cristobalit, Tridymit, Alurniniumsilikat, Zirkonsilikat, Glimmer, Schamotte und auch
30 Koks und Graphit. Diese Grundstoffe sind der zweckbestimmende Anteil der Schlichten, welche die Formoberfläche bedecken und die Poren gegen das Eindringen des Gießmetalls schließen.
Aufgrund ihres großen Isoliervermögens werden häufig Produkte aus Siliziumdioxid und Kieselgur bevorzugt, da ihre Herstellungskosten gering und ihre Verfügbarkeit gut ist.
Zur Zeit gibt es 3 verschiedene Verfahren, um Schleudergussrohre zu fertigen: Ein Verfahren verwendet eine Pulverschlichte, basierend auf Impfmittel und Grafϊt, manchmal mit Anteilen an Aluminium. Diese Schlichte wird mit Hilfe von einem aufgeschnittenen und mit der Pulverschlichte gefüllten Rohr durch Drehen in der rotierenden Kokille verteilt. Ein weiteres Verfahren verwendet eine Fertigschlichte, basierend auf Wasserbasis mit den Feuerfeststoffen Zirkonsilikat, Aluminiumsilikat und/oder Aluminiumoxid. Diese Schlichte wird aus einem Druckkessel mit einer Sprühlanze mit Sprüh- oder Flutdüse in einem oder mehreren Durchgängen auf die heiße rotierende Kokille gesprüht. Ein weiteres Verfahren verwendet eine angesetzte Wasserschlichte aus Füllstoffen, bestehend aus kalziniertem Kieselgur (wie z.B. die Handelsprodukte Celite, Dicalite) mit Bentonit und Wasser.
Schleudergussschlichten, die heutzutage im Wesentlichen verwendet werden, basieren auf Kieselgur. Die Drehbewegung der Form bei Schleudergussverfahren und die Nachbearbeitung des Gussstücks führen jedoch häufig dazu, dass ein Teil der Schlichte in die Umgebung gelangt. Staubformen von Kieselgur, gebranntem Kieselgur und Produkten, die beim Brennen von Kieselgur entstehen, wie z.B. Cristobalit-haltiger Feinstaub, werden mittlerweile als silikose- und auch als krebserzeugend eingestuft. Hierdurch entsteht ein hohes Gefährdungspotenzial für Mitarbeiter an den Arbeitsplätzen. Deshalb besteht ein großer Bedarf nach einem anderen hochisolierenden und zugleich feuerfesten Beschichtungsmaterial für Formbeschichtungen.
EP-B-O 806 258 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Beschichtung für Metallformen zum Gießen eisenhaltiger Metalle, wobei auf die Oberfläche der Form zumindest eine Grundbeschichtung aufgebracht wird, und wobei eine Deckbeschichtung auf der
Grundbeschichtung aufgebracht wird, wobei die Deckbeschichtung Metakaolin enthält und bei jedem Gussvorgang komplett oder teilweise erneuert wird. Die reine Verwendung von
Metakaolin beim Schleudergussverfahren führte jedoch zu Rohrklemmern und die Rohre ließen sich nicht ausreichend, ziehen.
FR-A-2 829 048 beschreibt eine Schlichtezusammensetzung, umfassend Wasser, Metakaolin, aktiviertes Natrium- oder Kalziumbentonit, neutralisierte Koprafettsäure, einen ethoxylierten Fettalkohol und ethoxyliertes Nonylphenol. Das Ziehen der Rohre aus der Kokille mit einer derartigen Zusammensetzung erweist sich häufig als äußerst schwierig.
Es war daher eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgäbe, eine Schlichtezusammensetzung bereitzustellen, welche im Wesentlichen kein Kieselgur enthält und welche zu guten Ergebnissen, insbesondere im Schleudergießverfahren und Großgussverfahren, führt.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Schlichtezusammensetzungen (Beschichtungsmassen) für Gießformen, umfassend eine Lösungsmittelkomponente und eine Feststoffkomponente, wobei die Feststoffkomponente als Hauptbestandteil ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit umfasst. Vorzugsweise enthält diese Schlichtezusammensetzung weniger als 5 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, noch stärker bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, und besonders bevorzugt kein Kieselgur. In weiteren bevorzugten Ausführungsfoπnen umfasst die Feststoffkomponente der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit im Verhältnis von 1:3 bis 20:1, vorzugsweise 1:1 bis 14:1, stärker bevorzugt 1:1 bis 10:1, noch stärker bevorzugt 2:1 bis 6:1, und am meisten bevorzugt im Verhältnis von 2: 1 bis 5: 1.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung umfasst ferner mindestens einen weiteren Bestandteil, ausgewählt aus Bentonit und Hectorit. Gegebenenfalls kann die erfmdungsgemäße Schlichte ferner Bindemittel, Netzmittel, Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozide umfassen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Gießformen, umfassend eine Deckbeschichtung auf mindestens einem Teil der Oberflächen der Gießformen, die mit dem Gießmetall in Berührung kommen, welche durch Auftragen und Trocknen einer erfindungs- gemäßen Schlichtezusammensetzung hergestellt wurde. Li einer weiteren Ausführungsform einer Gießform ist die erfindungsgemäße Deckbeschichtung auf einer Grundbeschichtung und gegebenenfalls auf weiteren grundbeschichtungsfreien Oberflächenteilen der Gießform
aufgebracht, wobei in einer bevorzugten Ausfuhrungsform die Grundbeschichtung ebenfalls aus einer erfindungsgemäßen ScMichtezusammensetzung erhalten wurde.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Schleudergießverfahren und Großguss- verfahren, welche Gießformen verwenden, welche mindestens eine Deckbeschichtung aufweisen, die aus einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung erhalten wurde.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gießform. In einer Ausfülirungsform wird zur Herstellung einer Deckbeschichtung einmal oder mehrmals eine Schicht einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Oberflächenteil oder auf die gesamte Oberfläche der Gießform, die mit dem Gießmetall in Berührung kommen, aufgebracht und getrocknet. In einer anderen Ausfuhrungsform wird auf die Oberfläche der Gießgrundform oder auf Teile der Oberfläche davon zuerst mindestens eine Schicht einer Grundbeschichtung aufgetragen, und die Schlichtezusammensetzung zur Herstellung der Deckbeschichtung wird anschließend auf diese Grundbeschichtung und gegebenenfalls weiteren Teilen der Oberfläche der Gießgrundform aufgebracht und getrocknet. Ih einer weiteren Ausfuhrungsform wird zur Herstellung der Grundbeschichtung ebenfalls eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung verwendet, wobei die Zusammensetzung der Schlichtezusammensetzung zur Herstellung der Grundbeschichtung gleich oder verschieden zu der der Schlichtezusammensetzung zur Herstellung der Deckbeschichtung sein kann. Häufig werden zirkonsilikathaltige Schlichten für Grundbeschichtungen verwendet, die gegebenenfalls auch durch eine verstärkte Penetrationsneigung in den Untergrund einen zusätzlichen Schutz der Gießgrundform bilden.
hi bevorzugten Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Gießformen zur Herstellung von Rohren, Zylinderlaufbuchsen, Motoren- und Motorkomponenten, Maschinenbetten und Turbinen verwendet.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass die erfindungs- gemäßen Schlichtezusammensetzungen, welche eine Feststoffkomponente enthalten, die als
Hauptbestandteil ein Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit umfassen, zu ähnlich guten und besseren Gießergebnissen führen wie Schlichtezusammensetzungen, dessen Feststoffkomponente
als Hauptbestandteil Kieselgur enthält. Vorteile der erfindungsgemäßen Schlichte gegenüber Kieselgur enthaltenden Schlichten im Schleuderguss sind insbesondere Gesundheits-, Sicherheits- und Kennzeichnungseffekte. Von Metakaolinit und Pyrophyllit ist das für Kieselgur beschriebene hohe Gefährdungspotential nicht bekannt. Hierzu kommt, dass kieselgurhaltige Stoffe unter Umständen als gesundheitsgefährdend gekennzeichnet werden müssen und dass Kieselgur, welches z.B. von Gussstücken abgebürstet oder abgestahlt wird, zukünftig nur noch als Sondermüll zu entsorgen ist. Das erfindungsgemäße Gemisch hat ferner den Vorteil, dass es aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung feuerfest und inert ist. Im Großguss führt ein Metakaolinit/Pyrophyllit-Gemisch gegenüber Zirkonschlichten und auch reinen Pyrophyllit- schlichten durch die Reaktivität von Metakaolinit mit dem Pyrophyllit und die Feuerfestigkeit und Feinkörnigkeit (Imprägnierung der Sandhohlräume) des Metakaolinits zu hervorragenden Eigenschaften. Insbesondere die hohen Isolierwerte des Pyrophyllit/Metakaolinitgemisches bewirken einen sehr guten Schutz gegen sogenannte Blattrippen, die häufig bei Quarzsand durch die thermische Ausdehnung des Quarzsandes (Quarzsprung) und die unzureichenden thermischen Festigkeiten insbesondere bei Polyurethan-Coldbox Kernen festzustellen sind.
Kaolinit ist ein triklines Zweischicht-Tonmineral und der Hauptbestandteil der Kaoline. Die Entwässerung von Kaolinit führt in Abhängigkeit von Teilchengröße, Ordnungsgrad, Erhitzungsdauer und Wasserdampfpartialdruck zu Metakaolinit. Kaolinit spaltet bei etwa 450°C und darüber das Wasser aus seinen Hydroxylgruppen ab. Unter dem Ausdruck "Metakaolinit" wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden, das aus natürlichem Kaolin erhalten wurde, aus welchem in einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen alle Verunreinigungen entfernt wurden und welches bei einer Temperatur im Bereich von 750-950°C erhitzt wurde, um das Konstitutionswasser im Wesentlichen vollständig, vorzugs- weise vollständig, zu entfernen. Geeignete Metakaolinit-Materialien sind z.B. im Handel unter der Produktbezeichnung Satintone von der Firma Engelhard Cooperation, Iseli, USA erhältlich.
Vorzugsweise wird in der vorliegenden Erfindung Metakaolinit mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von mindestens 10 m 2 /g, vorzugsweise mindestens 25 m 2 /g, gemessen nach DIN 66131, verwendet. Das Metakaolinit sollte einen Glühverlust von weniger als 3 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.-%, gemessen gemäß DIN 38414, aufweisen. Bevorzugte Metakaolinit-Materialien besitzen ein unverdichtetes Schüttgewicht von 100-300 g/l,
vorzugsweise 150-200 g/l, gemessen gemäß DIN 53194. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform weist das Metakaolinit eine hohe spezifische Oberfläche, ausgedrückt in Ölabsorption, gemessen gemäß DIN 53109, zwischen 50 und 120%, vorzugsweise zwischen 85 und 120% auf. Das Metakaolinitpulver besitzt vorzugsweise eine Korngröße von 0,05 bis 20 μm, stärker bevorzugt 0,1 bis 10 μm, und hat eine mittlere Korngröße im Bereich von vorzugsweise 1 bis 5 μm.
Unter dem Ausdruck "Pyrophyllit", welcher in der vorliegenden Erfindung im Gemisch mit Metakaolinit verwendet wird, wird in der folgenden Beschreibung ein Material verstanden, das aus natürlichen Pyrophyllit-haltigen Erzen verschiedener Abbaugebiete erhalten wird. Das verwendete Pyrophyllit-Material hat einen Pyrophyllitgehalt von mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 50% und stärker bevorzugt mindestens 60%. Auch "Roseki", Agalmatolith und das als "wonderstone" bezeichnete Erz mit über 90% Pyrophyllit sind verwendbar. Viele der im Handel erhältlichen Pyropyllittmaterialien können in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Das verwendete Pyrophyllitmaterial kann, falls gewünscht, vorab durch übliche Reinigungsverfahren gereinigt werden, um Begleitmineralien und Verunreinigungen zu entfernen. Vorzugsweise wird das Pyrophyllitrohmaterial vor der Verwendung aufbereitet. Eine bevorzugte Aufbereitung ist das Vermählen des Rohmaterials auf speziellen Mühlen, was zu . Pyrophyllit mit einer plättchenförmigen Struktur führt. Ein anderes Aufbereitungsverfahren ist ein "Abhobeln" von Pyrophylittplättchen von Pyrophyllitrohstoffen. Durch übliche Trennverfahren, wie Sieben, Windsichten usw.,. kann, das aufbereitete Pyrophyllitmaterial gegebenenfalls klassifiziert werden. Dabei können gegebenenfalls auch unerwünschte Begleitmineralien abgetrennt werden. Die Plättchen des aufbereiteten Pyrophyllits weisen vorzugsweise eine mikroskopisch bestimmte Größe von 10-100 μm und eine Dicke von 1-10 μm auf. Ein Beispiel für eine in der Erfindung verwendbare Pyrophyllit-Form ist die Pyrax RG-Serie, z.B. Pyrax RG 140 und Pyrax RG 200, die von der Firma R.T.Vanderbilt Company Inc., Norwalk, USA, im Handel erhältlich ist. Eine besonders bevorzugte Pyrophyllitform weist eine Härte nach Mohs von 1-2, eine Dichte von 2,8-2,9 g/cm 3 , und ein PCE (ASTM C-24) von 27-28 auf. Durch die Verwendung von groben Körnungen kann der Anteil an Nebenbestandteilen des Pyrophyllits gering gehalten werden, die zu unerwünschten Wirkungen führen. Durch diese Maßnahme wird beispielsweise der Anteil an Nebenbestandteilen wie Quartz und Glimmer minimiert, die zu einer geringeren Feuerfestigkeit des Materials führen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der zu verwendende Pyrophyllit einen Aspekt (Längen-zu-Dicke- Verhältnis) von mindestens 5, vorzugsweise 10-30, auf. Vorzugsweise wird ein Pyrophyllit mit einem unverdichteten Schüttgewicht von 300-600 g/l, vorzugsweise 300-400 g/l, gemessen gemäß DIN 53194, verwendet. Das bevorzugte Pyrophyllitmaterial hat eine Stampfdichte von 800-1800 kg/m 3 , vorzugsweise 900-1550 kg/m 3 (DIN 55943). Das bevorzugte Pyrophyllitmaterial weist eine Korngröße von 5-600 μm, vorzugsweise 10-300 μm, stärker bevorzugt 10-200 μm, auf. Ferner weist das bevorzugte Pyrophyllitmaterial eine Schrumpfung von maximal 2%, vorzugsweise maximal 1%, auf. In der vorliegenden Erfindung wird der Pyrophyllit in hydratisierter Form verwendet, d.h. das natürlicherweise vorhandene Hydratwasser wird nicht durch Erhitzen oder Glühen des Pyrophyllitmaterials vor der Verwendung entfernt. Es ist jedoch auch die Verwendung von Pyrophyllitmaterialien möglich, die vor der Verwendung teilweise oder vollständig dehydratisiert wurden.
Die Schlichtezusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Feststoffkomponente, deren Hauptbestandteil aus einem Gemisch aus Metakaolinit und Pyrophyllit besteht. In diesem Gemisch liegt Metakaolinit zu Pyrophyllit im Verhältnis von vorzugsweise 1:3 bis 20:1, vorzugsweise 1:1 bis 14:1, stärker bevorzugt 1:1 bis 10:1, noch stärker bevorzugt 2:1 bis 6:1, und am meisten bevorzugt im Verhältnis von 2:1 bis 5:1, vor. Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung enthält vorzugsweise weniger als 5 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als 2 GQW.-%, noch stärker bevorzugt weniger als 1 Gew.-% und insbesondere bevorzugt kein Kieselgur.
Li einer bevorzugten Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Schlichtezusammensetzung umfasst die Feststoffkomponente zusätzlich Bentonit, Hectorit oder ein Gemisch davon. Der Gehalt an Bentonit, Hectorit oder ein Gemisch davon beträgt üblicherweise 0,1-10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1-5 Gew.-%, und stärker bevorzugt 0,3-3 Gew.-%, bezogen auf alle Bestandteile der Zusammensetzung.
Die Schlichtezusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner gegebenenfalls zusätzlich weitere, üblicherweise verwendete Zwei-Schicht-Silikate und Drei-Schicht-Silikate, wie z.B. Attapulgit, Serpentine, Kaoline, Smektite, wie Saponit, Montmorillonit, Beidellit und
Nontronit, Vermiculit, Ulit und Glimmer, in kleineren Mengen, z.B. 0,5-4,0 Gew.-%,
vorzugsweise 1,0-2,0 Gew.-%, enthalten.
Die erfmdungsgemäße Schlichtezusammensetzung kann gegebenenfalls eine oder mehrere weitere Komponenten, wie z.B. Bindemittel, Netzmittel, Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozide, enthalten.
Die Aufgabe eines Bindemittels liegt vor allem darin, nach dem Trocknen der auf eine Gießform aufgebrachten Schlichte ein Binden der Inlialtsstoffe der Schlichtezusarmnensetzung, einschließlich Metakaolinit und Pyrophyllit, zu ermöglichen. Vorzugsweise härtet das Binde- mittel irreversibel aus und ergibt somit eine abriebfeste Beschichtung auf der Gießform. Die Abriebfestigkeit ist für die fertige Beschichtung von großer Bedeutung, da die Beschichtung bei mangelnder Abriebfestigkeit beschädigt werden kann. Insbesondere sollte das Bindemittel durch Luftfeuchtigkeit nicht rückerweichen, in bevorzugten Ausführungsformen wird eine Härtung des Bindemittels in an sich bekannter Weise durchgeführt. Zum Beispiel kann bei Acrylatsystemen eine Härtung unter Verwendung von Radikalbildnern, die z.B. unter der Bestrahlung von UV- Licht Radikale bilden, durchgeführt werden. Erfindungsgemäß können alle Bindemittel verwendet werden, die konventionell in wässrigen und/oder Wasser-Alkohol-Systemen Anwendung finden. Als Bindemittel können beispielsweise Stärke, Dextrin, Peptide, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetatcopolymere, Polyacrylsäure, Polystyrol, Polyvinylacetat- Polyacrylatdispersionen und Gemische davon eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Bindemittel aus einer Dispersion eines Alkydharzes, welches sowohl in Wasser als auch in niedrigen Alkoholen, wie Ethanol, Propanol und Isopropanol, löslich ist. Beispiele für Alkydharze sind unmodifizierte wasserdispergierbare Alkydharze, basierend auf einem Naturöl oder deren Fettsäuren mit Polyalkoholen, wie sie beispielsweise in US 3,442,835 beschrieben sind, oder Isocyanat-modifizierte Alkydharze, wie sie beispielsweise in US 3,639,315 beschrieben und welche bevorzugt sind, oder Epoxid- Urethan-modifizierte Alkydharze gemäß DE 43 08 188. Beispielsweise sind Produkte der Necowelreihe von ASK GmbH, 40721 Hilden, Deutschland, verwendbar. Weitere bevorzugte Bindemittel sind Polyvinylalkohole und Polyvinylacetatcopolymere. Die Bindemittel werden vorzugsweise in einer Menge von 0,1-5 Gew.-%, stärker bevorzugt 0,5-2 Gew.-%, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, verwendet.
Als Netzmittel können vorzugsweise dem Fachmann bekannte anionische und nicht-anionische Tenside mittlerer und hoher Polarität (HSB-Wert von 7 und höher) eingesetzt werden. Ein Beispiel für ein Netzmittel, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist Dinatrium-dioctylsulfosuccinat. Die Netzmittel werden vorzugsweise in einer Menge von 0,01-1 Gew.-%, stärker bevorzugt von 0,05-0,3 Gew.-%, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichtezusammensetzung, verwendet.
Entschäumer oder Antischaumrnittel werden verwendet, um bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung und beim Auftragen derselben eine Schaumbildung zu verhindern. Schaumbildung beim Auftragen der Schlichtezusammensetzung kann zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke und zu Löchern in der Beschichtung führen. Als Entschäumer können beispielsweise Silikon- oder Mineralöl verwendet werden. In der vorliegenden Erfindung werden Entschäumer in einer Menge von von 0,01-1 Gew.-%, stärker bevorzugt von 0,05-0,3 Gew.-%, verwendet. Li der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung können gegebenenfalls üblicherweise verwendete Pigmente und Farbstoffe verwendet werden. Diese werden gegebenenfalls zugesetzt, um einen anderen Kontrast, z.B. zwischen verschiedenen Schichten, zu erreichen beziehungsweise einen stärkeren Trenneffekt der Schlichte vom Guss zu bewirken. Beispiele für Pigmente sind rotes und gelbes Eisenoxid sowie Graphit. Beispiele für Farbstoffe sind handelsübliche Falbstoffe wie die Luconyl Farbreihe von BASF. Die Farbstoffe und Pigmente werden üblicherweise in einer Menge von 0,01-10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1-5 Gew.-%, verwendet.
Schlichtezusammensetzungen, deren Lösungsmittelkomponente hauptsächlich aus Wasser besteht, sogenannten Wasserschlichten, werden üblicherweise Biozide zugegeben, um einen bakteriellen Befall zu verhindern und damit einen negativen Einfluss auf die Rheologie und die Bindekraft der Bindungsmittel zu vermeiden. Beispiele für zu verwendende Biozide sind Formaldehyd, 2-Methyl-4-isothiazolin-3-on (MIT), 5-Chlor-2-methyl-4-isothiazolin-3-on (CIT) und l,2-Benzisothiazolin-3-on (BIT). Vorzugsweise werden MIT, BIT oder ein Gemisch davon eingesetzt. Die Biozide werden üblicherweise in einer Menge von 0,01-0,5 Gew.-% oder von 10-1000 ppm, vorzugsweise von 50-500 ppm, verwendet .
Die Lösungsmittelkomponente der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung- umfasst Wasser oder einen oder mehrere flüchtige, vorzugsweise aliphatische Alkohole oder Gemische aus Alkohol(en) und Wasser und gegebenenfalls als weitere Komponente ein oder mehrere organische, flüchtige Lösungsmittel, welche sich von obigen Alkoholen unterscheiden. Schlichtezusammensetzungen, deren Lösungsmittel hauptsächlich aus Wasser besteht, werden üblicherweise Wasserschlichten genannt, Schlichtezusammensetzung, deren Lösungsmittel hauptsächlich aus Alkohol oder Alkoholgemischen besteht, werden Alkoholschlichten genannt. In einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Lösungsmittelkomponente 0-100 Gew.-%, vorzugsweise 20-80 Gew.-%, stärker bevorzugt 60-40 Gew.-%, Wasser, und als weitere Komponente 0-100 Gew.-%, vorzugsweise 40-60 Gew.-%, eines oder mehrerer flüchtiger Alkohole, bezogen auf alle Komponenten der Lösungsmittelkomponente. Die Erfindung ist sowohl für reine Wasserschlichten als auch für reine Alkoholschlichten als auch für Wasser/ Alkohol-Gemische und für Wasserschlichten, die mit Alkohol verdünnt werden können, verwendbar. Beispiele für bevorzugte Alkohole sind aliphatische C 1 -C 5 -AIkOhOIe. Beispiele für bevorzugte Ci-Cs-Alkohole sind Methanol, Ethanol, n-Propanol und Isopropanol. Vorzugsweise werden als flüchtige Alkohole Ethanol, Isopropanol und Gemische davon verwendet. Zusätzlich können gegebenenfalls weitere organische, flüchtige Lösungsmittel, vorzugsweise in kleinen Mengen, verwendet werden. Beispiele hierfür sind Essigsäurealkylester wie Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester, und Ketone wie Aceton und Methylethylketon.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung 10-40 Gew.-% Metakaolinit, 5-20 Gew.-% Pyrophyllit und 10-85 Gew.-% Wasser, bezogen auf alle Bestandteile der Zusammensetzung. Eine weitere bevorzugte Ausführungsforrn einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung umfasst folgende Bestandteile: 15-40 Gew.-% Metakaolinit, 7-20 Gew.-% Pyrophyllit, 0,1-5 Gew.-% Bentonit, Hectorit oder ein Gemisch davon, 0,5-2 Gew.-% Bindemittel, 0,01-0,5 Gew.-% Biozid und 10-78 Gew.-% Wasser. Es ist auch möglich, Schlichtezusammensetzungen herzustellen, deren Lösungsmittelkomponente zunächst nur aus Wasser besteht. Durch Verdünnen mit einem Alkohol oder einem Alkoholgemisch können diese Schlichten als Alkoholschlichten verwendet werden. Vorzugsweise werden hierbei Ethanol, Propanol, Isopropanol und Gemische davon verwendet.
Die erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen werden nach üblichen Verfahren hergestellt. Beispielsweise wird eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung hergestellt, indem ein Großteil der Gesamtmenge der Lösungsmittelkomponente, vorzugsweise die gesamte Menge der Lösungsmittelkomponente, z.B. die gesamte Wassermenge, vorgelegt und hierin Tonminerale wie Bentonit und Hectorit durch Verwendung eines hochscherenden Rührers (z.B. 400-2000 U/min) aufgeschlossen werden. Anschließend werden die Feuerfestkomponenten, beispielsweise erst Metakaolinit, dann Pyrophyllit, Pigmente und Farbstoffe eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Die Reihenfolge der Zugabe spielt hierbei keine oder nur eine untergeordnete Rolle, die dann von einem Fachmann leicht festgestellt werden kann. Zum Schluss werden Netzmittel, Antischaummittel, Biozide und Bindemittel eingerührt. Die Schlichtezusammensetzungen werden bei einer Temperatur von vorzugsweise 5-50°C, stärker bevorzugt 10-30°C, mit einer Rührerdrehzahl von vorzugsweise 400-2000 U/min, stärker bevorzugt 1000-1500 U/min, und mit einer Rührerzahnscheibe mit vorzugsweise d/D=0,3-0,7, stärker bevorzugt d/D=0,4-0,6, hergestellt.
Für den kommerziellen Betrieb kann eine erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung als gebrauchsfertig formulierte Beschichtungsmasse, z.B. als gebrauchsfertige Schlichte, hergestellt und vertrieben werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Schlichte in konzentrierter Form hergestellt und vertrieben, werden, hn letzteren Falle muss zur Bereitstellung einer gebrauchsfertigen Schlichte die geeignete Menge der Lösungsmittelkomponente zugegeben werden, die nötig ist, um die erforderlichen Viskositäts- und Dichteeigenschaften der Schlichte einzustellen. Darüber hinaus ist denkbar, die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung in Form eines Kits (Mehrkomponentenpackung, die zwei oder mehrere Behältnisse für unterschiedliche Komponenten enthält) bereitzustellen und zu vertreiben, wobei z.B. die Feststoffkomponente und die Lösungsmittelkomponente nebeneinander in getrennten Behältnissen vorliegen. Die Feststoffkomponente kann dabei als pulverförmiges Feststoffgemisch in einem separaten Behältnis vorliegen. Gegebenenfalls zu verwendende weitere flüssige Komponenten, wie z.B. Bindemittel, Netzmittel, Entschäumer, Pigmente, Farbstoffe und Biozide, können in diesem Kit wiederum in einem oder mehreren getrennten Behältnissen vorliegen. Die Lösungsmittelkomponente kann entweder die gegebenenfalls zusätzlich zu verwendenden Komponenten umfassen, z.B. in einem gemeinsamen Behältnis, oder sie kann getrennt von weiteren optionalen Bestandteilen in einem separaten Behältnis vorhanden sein. Zur Herstellung einer gebrauchsfertigen Schlichte werden die geeigneten
Mengen der Feststoffkomponente, der optionalen weiteren Komponenten und der Lösungsmittelkomponente miteinander vermengt. Eine erfindungsgemäße Schlichte umfasst im gebrauchsfertigen Zustand vorzugsweise einen Feststoffgehalt von 20-80 Gew.-%, vorzugsweise 30-70 Gew.-%, bezogen auf alle Bestandteile der Schlichte. Es ist ferner auch möglich, eine erfiiidungsgemäße Schlichtezusammensetzung bereitzustellen, deren Lösungsmittelkomponente zunächst nur aus Wasser besteht. Durch Zugabe eines flüchtigen Alkohols oder Alkohol- gemischs, 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 erfindungsgemäße Alkoholschlichte beträgt dabei vorzugsweise 20-60 Gew.-%, stärker bevorzugt 30-40 Gew.-% .
Je nach gewünschter Verwendung der Schlichtezusammensetzung, z.B. als Grundbeschichtung oder als Deckbeschichtung, und gewünschter Schichtdicke der aufzutragenden Schlichte- Zusammensetzung können weitere charakteristische Parameter der Sclilichtezusammensetzung eingestellt werden. So weisen erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzuiigen, die zur Bescbichtung von Formen und Kernen in der Gießereitechnik verwendet werden, in einer bevorzugten Ausführungsform eine Viskosität von 12-25 s, stärker bevorzugt 14-16 s auf (bestimmt nach DIN 53211; Auslaufbecher 4mm, Ford-Cup). Bevorzugte Dichten einer gebrauchsfertige Schlichtezusammensetzung liegen im Bereich von 20-5O 0 Be, stärker bevorzugt von 25-35°Be (bestimmt nach der Baume-Auftriebsmethode; DIN 12791).
Die erfindungsgemäßen Schlichtezusarnmensetzungen können zum Beschichten von Gießformen verwendet werden. Der hier verwendete Ausdruck "Gießform" umfasst alle Arten von Körpern, welche zur Herstellung eines Gussstücks notwendig sind, wie etwa Kerne, Formen und Kokillen. Die erfindungsgemäße Verwendung der Schlichtezusammensetzungen umfasst auch ein teilweises Beschichten von Gießformen. Vorzugsweise werden die Oberflächen einer Gießform beschichtet, die mit dem Gießmetall in Kontakt kommen. Die Schlichtezusammensetzungen eignen sich für alle denkbaren Anwendungen, bei denen eine Bescbichtung von Gießformen mit Schlichten erwünscht ist. Als Beispiele für Gießformen, d.h. für Kerne und Formen im Gießereieinsatz, können Sandkerne genannt werden, die PUR Coldbox-, Wasserglas CO 2 -, MF Resol-, Resol CO 2 -, Furanharz-, Phenolharz- oder Wasserglas/Ester-gebunden sind. Andere
Beispiele für bevorzugte Gießformen, die mit den erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen beschichtet werden können, sind z.B. in „Formstoffe und Formverfahren", Eckart Flemming und Werner Tilch, Wilexy VCH, 1993, ISBN 3-527-30920-9, beschrieben.
Ein Verfahren zum Beschichten einer Gießform mit einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung umfasst die Schritte:
(a) Bereitstellen einer Grundform einer Gießform (unbeschichtete Gießgrundfoπn);
(b) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung; (c) gegebenenfalls Aufbringen und Trocknen mindestens einer Schicht einer Grund- beschichtungszusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche der Gießgrundfoπn;
(d) Aufbringen mindestens einer Schicht einer erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung auf mindestens einen Teil der Oberfläche der Gießgrundform oder der eine Grundbeschichtung enthaltenden Gießform;
(e) Trocknen der Schlichtezusammensetzung; und
(f) gegebenenfalls Härten der getrockneten Schlichte; wobei eine Deckbeschichtung hergestellt wird.
Bei Gießformen für Schleudergießverfahren wird in der Regel die Schlichte in mehreren Gängen, d.h. Schichten, aufgebracht, wobei die aufgebrachte Schlichteschicht in der Regel vor dem Aufbringen der nächsten Schlichteschicht teilweise oder vollständig getrocknet wird. Es werden in der Regel 2-5 Schichten aufgebracht. Beim Großguss (schwerer Guss >10 Tonnen (t)) wird in der Regel die Schlichtezusammensetzung nur einmal aufgetragen, wobei an kritischen Stellen zuvor eine Grundierungsschicht aufgebracht werden kann. Beim leichten (Guss bis 2t) und mittelschweren Guss (bis 2-1Ot) wird in der Regel nicht grundiert.
Das Aufbringen einer Grundbeschichtung, falls gewünscht, auf die Gießgrundform kann mittels aller in der Technik konventionellen Aufbringungsverfahren erfolgen. Die Grundbeschichtungen können als Grundstoffe z.B. Tone, Talkum, Quarz, Glimmer, Zirkonsilikat, Magnesit, Aluminiumsilikat, und Schamotte enthalten. Diese Grundstoffe sind der zweckbestirmnende Anteil der Grundbeschichtung. Sie überdecken die Gießformoberfläche, schließen die Sandporen
gegen das Eindringen des Gießmetalls ab und dienen u.a. auch als thermische Isolierung gegenüber der Gießform. Üblicherweise verwendete Aufbringungsmethoden sind Tauchen, Fluten, Sprühen und Streichen. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform kann als Grund- beschichtung auch eine Schlichtezusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Grundbeschichtung weist eine Trockenschichtstärke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm, stärker bevorzugt mindestens 0,45 mm und am meisten bevorzugt im Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm auf. Als Grundbeschichtung können sowohl Wasserschlichten als auch Alkoholschlichten verwendet werden.
Das Aufbringen einer erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung zur Herstellung einer Deckbeschichtung kann mittels aller in der Technik konventionellen Aufbringungsverfahren erfolgen. Beispiele für bevorzugte Aufbringungsverfahren sind Tauchen, Fluten, Sprühen und Streichen. Konventionelle Aufbringungsverfahren sind z.B. in „Formstoffe und Formverfahren", Eckart Flemming und Werner Tilch, Wiley VCH, 1993, ISBN 3-527-30920-9, beschrieben.
Beim Tauchen als Aufbrnαgungsverfahren wird die gegebenenfalls eine Grundbeschichtung enthaltende Gießform in ein Behältnis mit einer gebrauchsfertigen, erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung für etwa 2 Sekunden bis 2 Minuten eingetaucht. Die Zeit, die das Ablaufen der überschüssigen Schlichtezusammensetzung nach dem Tauchen in Anspruch nimmt, richtet sich nach dem Ablaufverhalten der verwendeten Schlichtezusammensetzung. Nach einer ausreichenden Ablaufzeit wird die beschichtete Gießform einer Trocknung unterzogen.
Beim Sprühen als Aufbringungsverfahren werden handelsübliche Druckkesselsprühgeräte verwendet. Hierbei wird die Schlichte im verdünnten Zustand in einen Druckkessel gefüllt. Über den einzustellenden Überdruck kann die Schlichte in eine Sprühpistole gedrückt werden, wo sie mit Hilfe von separat regulierbarer Zerstäuberluft versprüht wird. Beim Sprühen ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Pistole so eingestellt ist, dass der Druck für die Schlichtezusammensetzung und die Zerstäuberluft so eingestellt ist, dass die versprühte Schlichte noch nass auf. der Form oder dem Kern auftrifft, aber einen gleichmäßigen Auftrag ergibt. Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung kann in einer oder mehreren Schichten erfolgen. Beim Aufbringen mehrerer Schichten kann jede einzelne Schicht nach dem Aufbringen vollständig oder teilweise getrocknet werden.
Als Trocknungsverfahren können alle in der Technik konventionellen Trocknungsverfahren, wie beispielsweise Trocknenlassen an der Luft, Trocknung mit entfeuchteter Luft, Trocknen mit Mikrowellen- oder Infrarotstrahlung, Trocknen im Konvektionsofen, und dergleichen angewendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die beschichtete Gießform bei 100-250°C, stärker bevorzugt bei 120-18O 0 C, in einem Konvektionsofen getrocknet. Bei der Verwendung von Alkoholschlichten wird die erfindungsgernäße Schlichtezusammensetzung bevorzugt durch Abbrennen des Alkohols oder Alkoholgemischs getrocknet. Hierbei wird die beschichtete Gießform durch die Verbrennungswärme zusätzlich, erwärmt. Ih einer weiteren bevorzugten Ausfülirungsform wird die beschichtete Gießform ohne weitere Behandlung an der Luft getrocknet.
Nach dem Trocknen kann die getrocknete Schlichte gegebenenfalls weiter gehärtet werden. Es können alle bekannten Härtungsverfahren verwendet werden. Zugegebene Härter können mittels Wärme oder elektromagnetischer Strahlung aktiviert werden. Wasser- oder Alkoholschlichten kann man z.B. bei Temperaturen unterhalb 100°C trocknen. Zur Härtung bestimmter Bindemittel, z.B. von Phenolharzen, werden Temperaturen von ca. 140-160°C benötigt. In Abhängigkeit von der verwendeten Temperatur können Trocknen und Härten der Schlichte in einem Schritt oder in getrennten Schritten durchgeführt werden. Denkbar wären auch radikalische und ionische Härtungsverfahren. . .
Die Trockenschichtstärke der Deckbeschichtung, welche aus der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung erhalten wurde, beträgt mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm, stärker bevorzugt mindestens 0,3 mm, noch stärker bevorzugt mindestens 0,45 mm, besonders bevorzugt mindestens 0,55 mm und liegt am meisten bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 1,5 mm. Die Trockenschichtstärke ist hierbei die Schichtstärke der getrockneten Schlichte, welche durch Trocknen der Schlichtezusammensetzung durch im Wesentlichen ' vollständiges Entfernen der Lösungsmittelkomponente und gegebenenfalls anschließendem Härten erhalten wurde. Die Trockenschichtstärke der Grundbeschichtung und der Deckbeschichtung werden vorzugsweise durch Messung mit dem Nassschichtdickenkamm ermittelt. Man kann beispielsweise mit dem Kamm die Schichtdicke so bestimmen, indem man die Schlichte an den Endmarken des Kamms solange wegkratzt, bis der Untergrund zum Vorschein kommt. An den Markierungen der Zähne kann man dann die Schichtdicke ablesen. Man kann
stattdessen auch die Naßschichtdicke im abgematteten Zustand messen, wobei dann die Trockenschichtdicke 70-80% der Dicke der abgematteten Schicht beträgt. (Eine "abgemattete" Schicht ist eine nicht mehr fließfähige Schicht, in der der Lösungsmittelanteil so stark reduziert ist, so dass die Oberfläche keinen Glanz mehr aufweist.)
Gießformen mit einer getrockneten, erfindungsgemäßen Schlichte, im folgenden auch Deckbeschichtung genannt, werden vorzugsweise in Schleudergießverfahren und Großgussverfahren verwendet. Die Grundprinzipien dieser Gießverfahren sind beispielsweise in Stefan Hasse, „Gießereilexikon", Schiele & Schön, Berlin, 1997 beschrieben. Beim Großguss wird eine ruhende Dauerform, z.B. aus Sand, Stahl oder Gusseisen, im allgemeinen unter dem Eindruck der Schwerkraft, mit dem flüssigen Gießmetall gefüllt. Die Gussstückgestalt ist durch die Form vollständig vorgegeben. Beim Schleudergießverfahren wird das Gießmetall in eine um ihre Achse rotierende, röhr- oder ringförmige Kokille gefüllt, in der es unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu Büchsen, Ringen und Rohren (z.B. Druckrohren aus Gusseisen, Rohren aus Kupfer und Kupferlegierungen, Kolbenringen, Zylinderlaufbüchsen, Rippenzylindern) geformt wird. Der rotationssymmetrische Hohlraum entsteht durch die Fliehkraft, die bis zur Erstarrung des Gussstücks aufrechterhalten bleibt. Die Wanddicke ergibt sich durch die Menge des zugeführten Metalls. Die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung wird beim Großgussverfahren vorzugsweise durch Tauchen oder Fluten der Gießgrundform in einem Tauch- oder Flutbecken aufgebracht. Vorzugsweise werden beim Großgussverfahren aus der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung Deckbeschichtungen mit einer Trockenschichtdicke von 0,3-1,5 mm hergestellt. Vorzugsweise wird beim Schleudergießverfahren aus der erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzung eine Deckbeschichtung mit einer Trockenschichtdicke im Bereich von 0,3-1,2 mm hergestellt.
Gießformen, welche eine Deckbeschichtung umfassen, welche aus den erfindungsgemäßen Schlichtezusammensetzungen hergestellt wurden, werden unter anderem zur Herstellung von Rohren, Zylinderlaufbuchsen, Motoren- und Motorkomponenten, Maschinenbetten, Turbinen, und allgemeine Maschinenkomponenten verwendet.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
Beispiele
Schleudergussschlichte
Die in den nachfolgenden Beispielen verwendete Schleudergussschlichte enthielt folgende Bestandteile (Gew.-%):
Satintone Plus 25,00
Pyrax RG 140 25,00
Bentonit 00,60 Hectorit 00,20
Biozid 00,20
Wasser 49,00
Satintone Plus: Metakaolinit, Teilchengröße2,0 μm; hergestellt von Engelhard Cooperation, Iseli, USA
Pyrax RG 140: Pyropyllit mit einer Teilchengröße von ca. 80 μm; hergestellt von R.T.Vanderbilt Company hie, Norwalk, USA
Bentonit: Greenbond; hergestellt von Südchemie AG, 80333 München, Deutschland
Hectorit: Bentone EW; hergestellt von Elementis Specialities Inc., NJ 08520 Hightstown, USA
Biozid: Acticide MBS (BIT, MIT) von Thor Ltd, Margate Kent CT9 4JY, UK
Die Schleudergussschlichte wurde wie folgt hergestellt: Die gesamte Menge Wasser wird vorgelegt und hierin wird der Bentonit und Hectorit durch Verwendung eines hochscherenden Rührers Ekato (1000 UPM, Zahnscheibe mit d/D^O^) mindestens 15 Minuten aufgeschlossen. Anschließend werden die Feuerfestkomponenten Metakaolinit und Pyrophyllit zugegeben und mindestens 15 Minuten eingerührt, bis eine homogene Mischung entsteht. Zum Schluss wurde das Biozid eingerührt. Die Viskosität betrug 9,6 Sekunden mit DIN 6 Becher bzw. 33 Sekunden mit DIN 4 Becher.
Wasserverdünnbare Formgussschlichte
Die in den nachstehenden Beispielen verwendete wasserverdünnbare Formgussschlichte enthielt folgende Bestandteile (Gew.-%):
Satintone W 25,00
Pyrax RG 140 25,00
Bentonit 02,00
Netzmittel 00,05
Entschäumer 00,20 Bindemittellösung 02,00
Biozid 00,20
Wasser 45,55
Satintone W: Metakaolinit, Schüttgewicht (loose) ca. 300 g/l, Teilchengröße ca. 1,5 μm; hergestellt von Engelhard Cooperation, Iseli, USA
Pyrax RG 140: Pyropyllit mit einer Teilchengröße von ca. 80 μm; hergestellt von
R.T.Vanderbilt Company Inc., Norwalk, USA
Bentonit: Greenbond; hergestellt von Südchemie AG, 80333 München, Deutschland Netzmittel: übliches Netzmittel der Fa. Henkel AG, 40589 Düsseldorf, Deutschland Entschäumer: üblicher Entschäumer der Fa. Henkel AG, 40589 Düsseldorf, Deutschland
Bindemittellösung: Polyviol, Wacker-Chemie GmbH, 81737 München,
Deutschland
Biozid: Acticide MBS (BIT, MIT) von Thor Ltd, Margate Kent CT9 4JY, UK
Die Formgussschlichte wurde nach dem oben für die Schleudergussschlichte beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Dichte der hergestellten Schlichte betrug 1,3-1,4 g/cm 3 und die Viskosität nach Brookfield 2-5 Pa-s.
Alkoholverdünnbare Formgussschlichte
Die in den nachstehenden Beispielen verwendete alkoholverdünnbare Formgussschlichte enthielt folgende Bestandteile (Gew.-%):
Satintone W 25,80
Pyrax RG 140 25,80
Bentonit 02,06
Grafit 05,16
Eisenoxid 03,10
Netzmittel 00,05
Entschäumer 00,20
Bindemittellösung 01,91
Biozid 00,05
Wasser 36,12
Satintone W: M Meettaakk∑aolinit; hergestellt von Engelhard Cooperation, Iseli, mit einem
Schüttgewicht (loose) von ca. 300 g/l und einer Teilchengröße von ca.
1,5 μm
Pyrax RG 140: Pyropyllit mit einer Teüchengröße von ca. 80 μm; hergestellt von
R.T.Vanderbilt Company Inc., Norwalk, USA
Bentonit: Greenbond; hergestellt von Südchemie AG, 80333 München, Deutschland
Netzmittel: übliches Netzmittel der Fa. Henkel AG, 40589 Düsseldorf, Deutschland
Grafit: Fa. Georg H. Luh GmbH, 65396 Walluf, Deutschland
Eisenoxid: Eisenoxid Gelb, BayerAG , 51368 Leverkusen, Deutschland
Bindemittellösung: Necowel, ASK GmbH, 40721 Hilden, Deutschland
Biozid: Acticide MBS (BIT, MIT) von Thor Ltd, Margate
Die Formgussschlichte wurde nach dem oben für die Schleudergussschlichte beschriebenen Verfahren hergestellt. Die fertige Schlichte wies eine Spindeldichte von 8O 0 Be auf.
Beispiel 1 (Schleudergießverfahren unter Verwendung der vorstehenden Schleudergussschlichte)
Obengenannte Schleudergussschlichte wies folgende Schlichtedaten auf: Dichte: 5O 0 Be
Viskosität: 9,6 Sekunden mit DIN 6 Becher; 33 Sekunden mit DIN 4 Becher
Für die Verarbeitungskonsistenz werden 15 1 (20 kg) Schlichte mit 5 1 Wasser weiter verdünnt auf eine Dichte von 37°Be und eine Viskosität von 13,2 s (DIN 4 Becher).
Im Schleudergießverfahren wird ein Rohr hergestellt. Die auf ca. 200 0 C vorgeheizte verwendete Kokille (Innendurchmesser ca. 90 mm) wurde beschichtet, in dem die erfindungsgemäße Schlichtezusammensetzung mit einem Schlichtedruck von 0,9 bar mit einer Düker-Zerstäuber-Lanze mit 500 mm/s Vorschub aufgebracht würde. Die Trockenschichtdicke betrag 0,65 mm. Die Schlichte trocknete durch die Eigenwärme der Kokille während des Sprühvorgangs. Es wurde eine Deckbeschichtung mit einer brauchbaren Oberfläche erhalten. Beim Schleudergießen zeigte sich ein gutes Ziehverhalten des Rohres. Die metallurgischen Untersuchungen zeigten die gewünschte Grafitausbildung im Grauguss (Fe 5 C, Si) und den richtigen Härtebereich des Graugusses, was auf eine ausreichende Isolierwirkung der Schlichte hinweist.
Beispiel 2
(Schleudergießverfahren unter Verwendung der vorstehenden Schleudergussschlichte)
Wie in Beispiel 1, wurde mit Hilfe eines Schleudergießverfahrens ein Rohr hergestellt. Ln Unterschied zu Beispiel 1 betrug jedoch die Trockenschichtdicke der Deckbeschichtung 0,85 mm. Die erhaltene Deckbeschichtung zeigte eine brauchbare Oberfläche. Das Ziehverhalten des Rohres war gut. Die metallurgischen Untersuchungen zeigten die gewünschte Grafitausbildung und richtigen Härtebereich des Graugusses, was auf eine ausreichende Isolierwirkung der Schlichte hinweist.
Beispiel 3: PUCB-Kern fiir V-Motor
Es wurde ein PUCB(Polyurethan Cold-Box)-Kern für einen V-Motor mit obengenannter wasserverdünnbarer Formgussschlichte behandelt. Für den Kern wurde ein 100% No-Bake
Altsandregenerat (No-Bake bedeutet ein selbsthärtendes Verfahren, wobei z.B. Furanharz mit
Paratoluolsulfonsäure ausgehärtet wird. Der Sand dieser Kerne oder Formen wird regeneriert, d.h. durch ein Reibverfahren wieder verwendbar gemacht, hi diesem Beispiel wurde der Sand für das gashärtende (Amin) PUCB Verfahren verwendet). Für die Verarbeitungskonsistenz wurden 100 Gew. -Teile der Formgussschlichte mit 5 Gew.-Teilen Wasser verdünnt.
Einstellung der Schlichte: Dichte: 44 0 Be
Viskosität: > 25 s (DIN 4 Becher )
Die Schlichte wurde mittels Fluten auf den Kern aufgebracht. Das Fließverhalten der Schlichte war gut und die Nassschichtdicke betrug 250 μm. Der Kern wurde im Kammerofen mit Umluft bei 160-180°C getrocknet. Die Deckung der getrockneten Schlichte für diesen Kern war an der unteren Grenze. Das Gussergebnis war fehlerfrei.
Beispiel 4: Kurbelraumkern, Furanharz
Ahnlich wie in Beispiel 3 wurde oben genannte wasserverdünnbare Formgussschlichte auf einen unbehandelten Kurberraumkern aus Furanharz aufgetragen. Für die Verarbeitungskonsistenz wurden 100 Gew.-Teile der Schlichte mit 20 Gew.-Teilen Wasser verdünnt.
Einstellung der Schlichte: Dichte: 4O 0 Be
Viskosität: 18,4 s (DIN 4 Becher),
Das Fließverhalten der Schlichte war gut und die Nassschichtdicke betrug 300 μm. Die Deckung der getrockneten Schlichte war gut. Das Gussergebnis war fehlerfrei.
Beispiele 5
Es wurden No-Bakeformen mit oben angeführter, alkoholverdünnbaren Formgussschlichte behandelt. Die Formgussschlichte, wie oben beschrieben, zeigte im Auslieferungszustand eine Spindeldichte von 80°Be und wurde, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schlichte, mit etwa 80% Verdünnung (60% Isopropanol, 40% Ethanol) verdünnt auf eine Spindeldichte von 9°Be, eine Viskosität von 13,0 s und ein Litergewicht von 1000 g/l. Mit dieser Einstellung wurden No- Bakeformen geflutet. Die Geruchsbelastung an der Flutanlage war im Vergleich zu herkömmlichen Pyrophyllit/Isopropanol-Schlichten deutlich geringer. Die Nassschichtdicke betrug 250-300 μm. Die Formen ließen sich durch Abbrennen des Alkohols auch in ca. 30 cm tiefen Taschen vollständig trocknen und zeigten eine gute Abriebfestigkeit. Trockenrisse oder Blasen waren nicht zu beobachten. Die Gussergebnisse zeigten keine Auffälligkeiten im Vergleich zu Pyrophyllit/Isopropanol-Schlichten.
Next Patent: PRESSURE COMPENSATION DEVICE FOR THE INTERIOR OF VEHICLES