專利名稱：基于鹽的型芯及其制備方法
基于鹽的型芯及其制備方法本發(fā)明涉及型芯及該型芯的制備方法，該型芯通過射芯(Kernschieiien)由鹽制成以在制備金屬鑄件時(shí)(優(yōu)選經(jīng)壓鑄技術(shù))制備金屬鑄件時(shí)用作空腔定位件，該型芯可完全溶于溶劑而不留固體殘?jiān)?，并因此可完全和順利由工件中去除。例如與在砂型鑄造或低壓-金屬型鑄造時(shí)所用的型芯相比，對在壓鑄金屬工件時(shí)插入模具中以在用熔體充填模具時(shí)保留在工件中設(shè)置的空腔的型芯有明顯更高的要求。該型芯必須易于制造并是尺寸穩(wěn)定的和輪廓精確的，而且用于該型芯制造的材料以及將其溶解的溶劑應(yīng)既不影響鑄造品質(zhì)也不有害于環(huán)境，并且對健康又不產(chǎn)生危害。如果對工件的空腔的表面和輪廓精確度有特別的要求，則該型芯的表面必須特別光滑和輪廓精確，并且該型芯必須可完全溶于合適的溶劑中和可不留固體殘?jiān)貜墓ぜ目涨恢腥菀椎厝コ?。含不可溶成分如石英砂的型芯的殘?jiān)蓪Υ{(diào)質(zhì)的表面產(chǎn)生損傷或引起機(jī)組停機(jī)，例如在型芯殘?jiān)鼘?dǎo)致柴油機(jī)組的蓄氣罐進(jìn)氣噴油系統(tǒng)(Einspritzdilse im Commonrai 1 system)中的堵塞。本發(fā)明的目的是制備由鹽制成的型芯，其在壓鑄工件時(shí)具有必要的強(qiáng)度，并可容易和完全地從工件中去除。至今用現(xiàn)有技術(shù)還不能按所謂的射芯法制備鹽型芯，也稱為射砂(geschossene) 的鹽型芯，其可承受例如在鋁-壓鑄中出現(xiàn)的極端要求。即該型芯一方面必須具有高強(qiáng)度， 且另一方面在鑄造后還可容易地從鑄件中去除。按現(xiàn)有技術(shù)可制備含水玻璃作為粘合劑的砂型芯，其最大強(qiáng)度為500 N/cm2。本發(fā)明的型芯要達(dá)到明顯更高的值，而在鑄造后仍容易且無殘?jiān)厝コ撔托尽Ｔ撃康氖怯上鄳?yīng)于第一權(quán)利要求的型芯以及用權(quán)利要求12的制備該型芯的方法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一些有利實(shí)施方案在從屬權(quán)利要求中要求保護(hù)。本發(fā)明的型芯由鹽組成，可向該鹽混入粘合劑和可選擇的填料、添加劑和催化劑。 該型芯擬用于按壓鑄法由非鐵金屬如鋁、黃銅或銅澆鑄的工件。本發(fā)明的型芯由這樣的物質(zhì)組成，該物質(zhì)可完全溶于(由于環(huán)保原因)作為優(yōu)選溶劑的水中并且能夠由該工件的空腔中無殘?jiān)コ?。本發(fā)明的型芯的優(yōu)點(diǎn)在于，其由這樣的物質(zhì)組成，所述物質(zhì)在恰如其分的處理下在制備中和在澆鑄過程中均無有害于環(huán)境的析出氣體的反應(yīng)。由于在澆鑄過程中不形成氣體，所以改進(jìn)了鑄件的質(zhì)量，由此可避免尤其由于產(chǎn)生的型芯氣體所產(chǎn)生的澆鑄缺陷如縮孔、氣孔等。在由工件中去除型芯時(shí)不形成需要特別處置的殘?jiān)Ｒ暺浣M成，該物質(zhì)能通過合適的方法由液相中回收，如鹽通過噴霧干燥或蒸發(fā)回收。該型芯材料的所有本發(fā)明的組成均可在常用的射芯機(jī)中以射芯作為成形法加工。 該型芯的幾何形狀的復(fù)雜性決定了射芯參數(shù)以及用于制備型芯的模具和射芯機(jī)的射擊頭 (Schie^kopf)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計(jì)。與通過壓制成形也即將型芯材料充填進(jìn)成形模具和再經(jīng)壓力密實(shí)的方法不同，該射芯法可制備幾何形狀非常復(fù)雜構(gòu)造的型芯，并且其表面有優(yōu)良的輪廓精確度以及有均勻密度和強(qiáng)度的均勻結(jié)構(gòu)。堿金屬和堿土金屬元素的水溶性鹽如特別是氯化鈉、氯化鉀和氯化鎂，堿金屬和堿土金屬元素的水溶性硫酸鹽和硝酸鹽如特別是硫酸鉀、硫酸鎂，以及水溶性銨鹽如特別 是硫酸銨均適合用作本發(fā)明的型芯的材料。這些物質(zhì)可單獨(dú)使用也可混合使用，只要其不相互反應(yīng)并由此對所需特性產(chǎn)生不利影響，該型芯材料在型芯制備時(shí)不應(yīng)經(jīng)受對其溶解度有不利影響的物質(zhì)轉(zhuǎn)變。通常其分解點(diǎn)或熔點(diǎn)高于該液態(tài)金屬熔體溫度的易溶解的鹽是適用的。與砂相比，該型芯材料容易或簡單地劃分為所需粒度或粒級。通過所選粒度分布特別影響該型芯的表面特性。粒度越小，表面越光滑。通常力求盡可能高的充填度，這能通過混合不同的鹽和任選的具有不同分布曲線的額外物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)，如通過混合物的雙峰或三峰粒度分布實(shí)現(xiàn)。按待澆鑄工件的材料、所需表面質(zhì)量和輪廓精確度，本發(fā)明的粒度選為0. 01 mm直至 2 mm。任選地，水溶性填料可以以至多30體積的部分代替鹽，只要由此對密度和強(qiáng)度無不利影響。該填料的粒度宜與該鹽的粒度或粒度分布相適配。為確保射芯后該型芯所需的穩(wěn)定性，在射芯前在鹽中加入合適的粘合劑或合適的粘含劑體系。能很好潤濕該鹽和視需要填料的在硬化過程后是完全水溶性的所有粘含劑均可用，這些物質(zhì)的混合物可借助于射芯法成形成型芯。通常硅酸鹽粘合劑是合適的，只要它們是水溶性的。也可使用水溶性的堿金屬磷酸鹽和磷酸銨或由單鋁磷酸鹽組成的粘合劑。 優(yōu)選是由可溶性水玻璃組成的粘合劑。該加入量依賴于水玻璃模數(shù)(1-5)并依潤濕行為可為0. 5重量％-15重量％，優(yōu)選為5重量％-8重量％。為達(dá)到壓鑄法所需的特性如強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，還可使用特定的粘合劑混合物。由鹽、任選的填料和粘合劑或粘合劑體系組成的混合物的特性可受針對性加入的添加劑的影響。其前提是，該添加劑或添加劑反應(yīng)產(chǎn)物能通過溶于水中容易地完全和無殘?jiān)貜墓ぜ目涨恢腥コ?，并在澆鑄時(shí)不釋出對澆鑄過程有不利影響的并可導(dǎo)致澆鑄缺陷的氣體。依型芯材料的組成，這些添加劑可能是潤濕劑、影響混合物稠度的添加物、潤滑齊U、解團(tuán)塊添加物、膠凝劑、改變型芯熱物理特性如導(dǎo)熱性的添加物、防止金屬在型芯上粘附的添加物、導(dǎo)致更好的勻質(zhì)化和可混合性的添加物、增加存儲性能的添加物、防止過早硬化的添加物、防止?jié)茶T時(shí)煙和冷凝物形成的添加物以及導(dǎo)致加速硬化的添加物。這些添加劑是本領(lǐng)域技術(shù)人員在制備常用的型芯中所已知的。其加入量依型芯材料的種類和組成而定。由此型芯在射芯后具有所需的強(qiáng)度，可依型芯材料的組成加入與其相適配的引發(fā)和加速硬化的催化劑。在形成氣體的催化劑情況下，可吹入影響型芯材料的氣體，優(yōu)選為CO2或空氣，特別是用于在射入仍密封的模具中后的型芯的硬化和干燥。其壓力可以小于射芯時(shí)的壓力， 并且為約至多5 bar。也可在至多500°C的溫度對型芯進(jìn)行熱后處理。通常在模具中成形期間已通過加熱到適配于型芯材料的溫度實(shí)施了熱處理。該型芯材料由鹽和粘合劑以及如果需要的添加物如填料、添加劑和催化劑組成， 其中該填料和粘合劑是無機(jī)的。所有物質(zhì)可經(jīng)已知的混合裝置進(jìn)行均勻混合。粘合劑和添加物的加入量的選擇依賴于該型芯的應(yīng)用目的，并決定了該型芯的表面質(zhì)量以及密度和強(qiáng)度。
該型芯材料的制備與射芯工藝分開進(jìn)行，其中需要時(shí)必須采取合適的保護(hù)措施以防止團(tuán)聚和過早硬化。例如按型芯材料的組成也可在保護(hù)氣體下進(jìn)行制備、輸送和貯存。改變型芯材料的其它物質(zhì)的特性的物質(zhì)，特別是對硬化所需的物質(zhì)有利地直接加到射芯機(jī)中。然后在輸送其它物質(zhì)進(jìn)入模具的氣流中充分混合。用Ibar-IObar的壓力(與型芯材料的組成相適配或與物料的可充填性和可流動性相適配)將該型芯材料吹入模具中。該充填壓力與粒度分布或粒度和顆粒形狀有關(guān)。細(xì)顆粒狀鹽通常需要更高的射砂壓力。型芯的組成和特性對壓鑄件的質(zhì)量有重大影響。在此根據(jù)一個(gè)工作實(shí)施例描述該最重要的特性。該給出的特性涉及未涂過漿料的型芯。使用由NaCl與下列附加物質(zhì)如水玻璃_粘合劑和其它添加物如脫模劑、粘合延遲劑、潤濕劑等組成。該型芯用6 bar壓力在射芯機(jī)上成形。其在200°C下經(jīng)熱處理1分鐘時(shí)間以硬化。該所得型芯特別適用于鋁壓鑄。在鋁壓鑄中，該液態(tài)鋁經(jīng)10 MPa-20 MI^a的壓力壓入模具。其以至多為120 m/sec的速度流入模具。為在澆鑄時(shí)能承受所出現(xiàn)的力，該型芯必須是尺寸穩(wěn)定的。對尺寸為長180 mm、寬22 mm和高22 mm的試樣進(jìn)行了力學(xué)材料特性測定。按VDG-說明書P 73 (1996年2月)測定的抗彎強(qiáng)度為1400 N/cm2。在金屬流入時(shí)，該型芯的表面不允許被沖刷掉或損傷。由此該型芯必須具有相應(yīng)的表面強(qiáng)度。孔隙度也起決定性作用。在此工作實(shí)施例中該孔的份額為30%?；诼然c的鹽型芯的密度按浮力法測定通常為1.2 g/cm3-l. 8 g/cm3。該相應(yīng)的孔隙度為10%_35%。按VDG-說明書P73測定的抗彎強(qiáng)度為400 N/cm2-1500 N/cm2。壓鑄件經(jīng)硬化后，必須取出該型芯。重要的是該型芯要立即且無固體殘?jiān)亟?jīng)完全且容易地溶解。該型芯材料的溶解速度當(dāng)然與型芯材料、其預(yù)處理以及粒度有關(guān)。在純鹽情況下，溶解速度可能與含粘合劑和填料的組合物的情況不一致。用壓鑄試件的試驗(yàn)表明，尺寸為22 mm χ 22 mm χ 180 mm的型芯可在1分鐘_2分鐘內(nèi)用熱水完全從鑄件中洗出ο因此本發(fā)明涉及下列方面
,水溶性的鹽型芯，其能通過由水溶性鹽、至少一種粘合劑和任選的額外助劑如填料、 添加劑和催化劑組成的混合物(=型芯材料)在壓力下經(jīng)致密化制備，其中，該粘合劑和任選的額外助劑是無機(jī)的，并且該鹽型芯借助于射芯法成形； 其中在Ibar-IObar的壓力成形； 其中該成形的型芯的密度為1. 2 g/cm3-l. 8 g/cm3 ； 其中該型芯的孔隙度為10%-40%; 其中該型芯的抗彎強(qiáng)度為400N/Cm2-1500N/Cm2 ； 其中使用其分解點(diǎn)或熔點(diǎn)高于該液態(tài)金屬溫度的鹽作為水溶性鹽； 其中使用堿金屬和堿土金屬元素的氯化物特別是氯化鈉、氯化鉀和/或氯化鎂，堿金屬和堿土金屬元素的水溶性硫酸鹽和硝酸鹽特別是硫酸鉀和/或硫酸鎂，水溶性銨鹽特別是硫酸銨或這些鹽的混合物作為水溶性鹽； 其中該型芯材料的粒度為0. 01 mm-2 mm ；
其中部分型芯材料含水溶性填料，該填料的粒度與該型芯材料的粒度相適配，且該型芯材料中的填料含量能為至多30體積％ ；
其中使用水溶性硅酸鹽化合物作為粘合劑，優(yōu)選水玻璃、堿金屬磷酸鹽、磷酸銨和/或單鋁磷酸鹽(Monoaluminiumphosphat)或這些化合物的混合物； 其中粘合劑的含量為0. 5重量％-15重量％ ；
其中該粘合劑是水玻璃，并且該粘合劑的含量為0. 5重量％-15重量％，依賴于潤濕行為和水玻璃模數(shù)；
其中該水溶性鹽是粒度為0.01 mm-2 mm的氯化鈉，和粘合劑為水玻璃； 其中，該粘合劑的水玻璃含量為0. 5重量％-15重量％，其依賴于粒度分布且與水玻璃模數(shù)相適配；
其中該水溶性鹽是粒度范圍為0.04 mm-0.6 mm的氯化鈉，粘合劑是含量為6重量％ 的水玻璃，且其中在射芯機(jī)中于室溫以6 bar的射砂壓力成形并用熱空氣硬化； 其中該密度為1. 35 g/cm3，開口孔隙度為30%和抗彎強(qiáng)度為1400 N/cm2 ； 其中該鹽型芯在成形后在500°C的溫度經(jīng)熱處理。該用·所標(biāo)識的列舉意指本發(fā)明水溶性鹽型芯的任選的優(yōu)選實(shí)施方案。此外，本發(fā)明還涉及下列方面
ζ用于制備水溶性鹽型芯的方法，該鹽型芯從由水溶性鹽、至少一種粘合劑和任選的額外助劑如填料、添加劑和催化劑所組成的混合物得到，其特征在于，該在水中能完全溶解的且能用水從工件中無殘?jiān)厝コ幕旌衔镆苑且簯B(tài)形式經(jīng)均勻混合，并按射芯法以與該型芯材料的組成、粒度分布或粒度和顆粒形狀相適配的壓力成形成鹽型芯； 〇其中該鹽型芯在Ibar-IObar的壓力成形；
〇其中混合具有不同分布曲線的粒度的組分，優(yōu)選通過混合雙峰或三峰粒度分布的組分，以通過該混合物(型芯材料)達(dá)到該模具的高填充度；
〇其中選擇堿金屬和堿土金屬元素的氯化物特別是氯化鈉、氯化鉀和/或氯化鎂，堿金屬和堿土金屬元素的水溶性硫酸鹽和硝酸鹽特別是硫酸鉀和/或硫酸鎂，以及水溶性銨鹽特別是硫酸銨或這些鹽的混合物作為水溶性鹽，所述水溶性鹽，任選地與額外助劑，經(jīng)均勻混合并成形成型芯；
〇其中依由金屬澆鑄的工件的材料、所需表面質(zhì)量和輪廓精確度使用粒度為0.01 mm-2 mm的型芯材料；
〇其中在該型芯材料中加入含量為至多30體積％的一種或多種額外的填料，且該填料的粒度與該一種或多種鹽的粒度相適配；
〇其中以與比表面積、潤濕行為和粒度分布有關(guān)的含量加入一種或多種粘合劑，且該粘合劑優(yōu)選是水溶性硅酸鹽化合物，特別是水玻璃、堿金屬磷酸鹽、磷酸銨和單鋁磷酸鹽； 〇其中加入含量為5重量％-20重量％的水玻璃作為粘合劑； 〇其中 加入與型芯材料相適配的水溶性添加劑； 〇其中加入與型芯材料相適配的水溶性催化劑； 〇其中該型芯經(jīng)射砂后用與型芯材料相適配的氣體吹氣以硬化； 〇其中用熱空氣吹氣； O其中用CO2吹氣； 〇其中該吹氣的壓力為至多10 bar ；
〇其中該型芯經(jīng)射砂后在至多500°C用與型芯材料相適配的熱處理硬化。該用〇所標(biāo)識的列舉意指用于制備水溶性鹽型芯的本發(fā)明方法的任選的優(yōu)選實(shí)施 方案。
權(quán)利要求
1.水溶性的鹽型芯，其能通過由水溶性鹽、至少一種粘合劑和任選的額外助劑如填料、 添加劑和催化劑組成的混合物(=型芯材料)在壓力下經(jīng)致密化制備，其特征在于，該粘合劑和任選的額外助劑是無機(jī)的，并且該鹽型芯借助于射芯法成形。
2.權(quán)利要求1的水溶性的鹽型芯，其特征在于，在Ibar-IObar的壓力成形。
3.權(quán)利要求1或2的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該成形的型芯的密度為1.2g/ cm3-l. 8 g/cm3。
4.權(quán)利要求1-3中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該型芯的孔隙度為 10%-40%。
5.權(quán)利要求1-4中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該型芯的抗彎強(qiáng)度為 400N/cm2-1500N/cm2。
6.權(quán)利要求1-5中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，使用其分解點(diǎn)或熔點(diǎn)高于該液態(tài)金屬溫度的鹽作為水溶性鹽。
7.權(quán)利要求1-6中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，使用堿金屬和堿土金屬元素的氯化物特別是氯化鈉、氯化鉀和/或氯化鎂，堿金屬和堿土金屬元素的水溶性硫酸鹽和硝酸鹽特別是硫酸鉀和/或硫酸鎂，水溶性銨鹽特別是硫酸銨或這些鹽的混合物作為水溶性鹽。
8.權(quán)利要求1-7中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該型芯材料的粒度為 0. 01 mm-2 mm。
9.權(quán)利要求1-8中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，部分型芯材料含水溶性填料，該填料的粒度與該型芯材料的粒度相適配，且該型芯材料中的填料含量能為至多 30體積％。
10.權(quán)利要求1-9中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，使用水溶性硅酸鹽化合物作為粘合劑，優(yōu)選水玻璃、堿金屬磷酸鹽、磷酸銨和/或單鋁磷酸鹽或這些化合物的混合物。
11.權(quán)利要求1-10中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，粘合劑的含量為0.5 重量％-15重量％。
12.權(quán)利要求1-11中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該粘合劑是水玻璃， 并且該粘合劑的含量為0. 5重量％-15重量％，依賴于潤濕行為和水玻璃模數(shù)。
13.權(quán)利要求1-12中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該水溶性鹽是粒度為0.01 mm-2 mm的氯化鈉，和粘合劑為水玻璃。
14.權(quán)利要求13的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該粘合劑水玻璃的含量為0.5重量％-15重量％，其依賴于粒度分布且與水玻璃模數(shù)相適配。
15.權(quán)利要求1-14中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該水溶性鹽是粒度范圍為0. 04 mm-0. 6 mm的氯化鈉，粘合劑是含量為6重量％的水玻璃，且其中在射芯機(jī)中于室溫以6 bar的射砂壓力成形并用熱空氣硬化。
16.權(quán)利要求1-15中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該密度為1.35g/ cm3，開口孔隙度為30%和抗彎強(qiáng)度為1400 N/cm2。
17.權(quán)利要求1-16中一項(xiàng)或多項(xiàng)的水溶性的鹽型芯，其特征在于，該鹽型芯在成形后在500°C的溫度經(jīng)熱處理。
18.用于制備水溶性鹽型芯的方法，該鹽型芯從由水溶性鹽、至少一種粘合劑和任選的額外助劑如填料、添加劑和催化劑所組成的混合物得到，其特征在于，在水中能完全溶解的且能用水從工件中無殘?jiān)厝コ脑摶旌衔镆苑且簯B(tài)形式經(jīng)均勻混合，并按射芯法以與該型芯材料的組成、粒度分布或粒度和顆粒形狀相適配的壓力成形成所述鹽型芯。
19.權(quán)利要求18的方法，其特征在于，該鹽型芯在Ibar-IObar的壓力成形。
20.權(quán)利要求18或19的方法，其特征在于，混合具有不同分布曲線的粒度的組分，優(yōu)選通過混合雙峰或三峰粒度分布的組分，以通過該混合物(型芯材料)達(dá)到該模具的高填充度。
21.權(quán)利要求18-20中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于，選擇堿金屬和堿土金屬元素的氯化物特別是氯化鈉、氯化鉀和/或氯化鎂，堿金屬和堿土金屬元素的水溶性硫酸鹽和硝酸鹽特別是硫酸鉀和/或硫酸鎂，以及水溶性銨鹽特別是硫酸銨或這些鹽的混合物作為水溶性鹽，所述水溶性鹽，任選地與額外助劑，均勻混合并成形成型芯。
22.權(quán)利要求18-21中一項(xiàng)或多項(xiàng)的方法，其特征在于，依由金屬澆鑄的工件的材料、 所需表面質(zhì)量和輪廓精確度使用粒度為0. 01 mm-2 mm的型芯材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種型芯，其在金屬工件的壓鑄中插入模具，以在用熔體充填模具時(shí)保留在該工件中設(shè)置的空腔，對該型芯的尺寸穩(wěn)定性和從空腔中的脫模性有高的要求。因此本發(fā)明提出，該型芯材料可完全溶于水中，并能用水從工件中無殘?jiān)厝コ?，該由非液態(tài)的鹽和附加物質(zhì)組成的型芯可用射芯法以壓力(根據(jù)型芯材料的組成定制，所述型芯材料設(shè)置在圍繞所述型芯材料的材料上)制備。
文檔編號B22C9/10GK102159342SQ200980136389
公開日2011年8月17日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者D·克費(fèi)爾, D·蒂曼, G·希勒, H·赫德勒, P·斯廷格爾 申請人:陶瓷技術(shù)有限責(zé)任公司