CN103857481A - 包含盐的用于无机的铸模和芯的覆层料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是作为用于铸模的覆层料的胶料组合物。所述胶料组合物适合于芯和模具、特别是在使用水玻璃作为粘合剂的情况下制造的这样的芯和模具。胶料组合物包含特定的盐。

Description

包含盐的用于无机的铸模和芯的覆层料及其应用

技术领域

本发明涉及一种作为用于铸模的覆层料的胶料组合物。胶料组合物适合于芯和模具，特别是在应用水玻璃作为粘合剂的情况下制造的这样的芯和模具。胶料组合物包含特定的盐。

背景技术

铸模可通过耐火材料例如石英砂在成形为铸模并且通过适合的粘合剂粘接的情况下获得，以便确保铸模的足够的机械强度。因此为了制造铸模应用耐火的模具母材（Formgrundstoff）和适合的粘合剂。耐火的模具母材优选以能够流动的方式存在，以至于它能够填充到适合的空模中并且在该处被压缩。通过粘合剂在模具母材的颗粒之间产生固定的粘结，以至于铸模获得所需要的机械稳定性。

为了制造铸模不仅能够应用有机的粘合剂也能够应用无机的粘合剂，所述粘合剂的硬化分别能够通过冷法或者热法来进行。在此将如下方法称为冷法，所述方法基本上在不需要加热铸模的室温下执行。硬化在此主要通过化学反应来进行，所述化学反应例如通过如下方式来触发，即作为催化剂的气体被引导穿过待硬化的模具。在热法中，模制材料混合物在造型后被加热到足够高的温度上，以便例如除去包含在粘合剂中的溶剂或者以便启动化学反应，通过所述化学反应粘合剂例如通过交联而硬化。

所有的有机体系共同地与硬化机制无关，使得它们在将液态金属填入到铸模中时热粉碎并且在此有害物质、例如苯、甲苯、二甲苯、酚、甲醛等会部分地释放未识别的裂解产物。

虽然已通过不同的措施成功地将这种排放降低到最小，但是在有机的粘合剂的情况下不能够完全地避免。

为了将在铸造过程期间的粉碎产物的排放降低到最小或者避免在铸造过程期间的粉碎产物的排放，能够应用如下粘合剂，所述粘合剂基于无机的材料或者所述粘合剂包含含量非常少的有机化合物。这些粘合剂体系长期以来一直是已知的。

已开发出如下粘合剂体系，所述粘合剂体系通过气体的导入而硬化。这类体系例如在GB782205中描述，其中应用碱性水玻璃作为粘合剂，所述碱性水玻璃能够通过导入CO₂硬化。在US6972059B1中描述放热的给料物质，所述给料物质包含碱式硅酸盐作为粘合剂。此外研发了如下粘合剂体系，所述粘合剂体系在室温下自硬化。这些基于磷酸或者金属氧化物的体系例如在US5582232A中描述。最后还已知如下无机的粘合剂体系，所述粘合剂体系在较高的温度下硬化，例如在热的模具中硬化。这些热硬化的粘合剂体系例如从US5474606A中已知，其中描述了由碱式水玻璃和硅酸铝构成的粘合剂体系。

在US7022178B1中描述了一种用于制造芯的型砂的粘合剂体系。基于水玻璃的粘合剂体系由含水的碱式硅酸盐溶液和以1:4至1:6的比例添加的吸湿碱基、例如氢氧化钠构成。水玻璃具有2.5至3.5的SiO₂/M₂O的系数和20%至40%的固体份额。为了获得也能够被填入到复杂的芯模中的能够流动的模制材料混合物以及为了控制吸湿性，粘合剂体系还包含表面活性剂、如硅油，所述硅油具有≥250℃的沸点。粘合剂体系与适合的耐火材料、如石英砂混合，并且然后能够通过射芯机注射到芯盒中。

模制材料混合物的硬化通过抽出仍包含的水或者缩合来进行。铸模的干燥或者硬化也能够在微波的作用下进行。

但是无机的粘合剂相对于有机的粘合剂也具有如下缺点，例如已知的无机的粘合剂具有借其制造的铸模相对于高的空气湿度或者相对于水的低的稳定性。因此在较长的时间段内贮存模具体，如在有机的粘合剂中常见的那样不是绝对可行的。为了获得铸模相对于空气湿度的更好的耐久性、更高的初始强度并且在铸造时在铸件表面中获得更好的结果，在US7770629B2中提出一种模制材料混合物，所述模制材料混合物除了耐火的模具母材外还包含基于水玻璃的粘合剂。模制材料混合物被添加有一定量的粒状的金属氧化物。优选应用沉淀硅石或者热解硅石作为粒状的金属氧化物。

此外，所描述的用于制造铸模和芯的方法原则上包括将也称作胶料的耐火的模具覆层至少施加到基模的与浇铸金属接触的表面上。模具覆层一方面具有如下目的：对模具部分表面产生影响、改进铸件外观、在冶金上对铸件产生影响和/或避免铸造缺陷。

通常所应用的胶料例如包含粘土、石英、硅藻土、方石英、鳞石英、硅酸铝、硅酸锆、云母、耐火粘土并且也还有焦炭和石墨作为母材。所述母材是指定的份额的胶料，这些胶料覆盖模具表面并且封闭细孔防止铸造金属渗入。

通过这些覆层因此也能够将铸模的表面改性并且与待处理的金属的特性相协调。因此能够通过胶料改进铸件的外观，其方式为：产生平滑的表面，因为通过胶料补偿由模制材料的颗粒大小引起的不均匀性。

此外，铸件的胶料在冶金上能够例如通过经由胶料选择性地在铸件的表面上将添加剂转移到铸件中的方式来影响，所述添加剂改进铸件的表面特性。此外胶料形成了如下层，所述层在铸造液态金属时在化学上隔离铸模。由此防止了铸件和铸模之间的任何粘附，以至于铸件能够容易地从铸模中被取出。但是胶料也能够用于有针对性地控制液态金属和铸模之间的热传递，以便例如通过冷却速度影响特定的金属组织结构的构成。

所应用的无机的粘合剂的硬化现今越来越多地经由在因高温引发的缩合反应来进行，其中中间粘合剂（Binderbrücken）的构成经由裂解水来进行。如多个化学反应在这里是可逆反应，也就是说通过与水的接触和反应能够重新裂解键（Bindung），其中这个逆反应的程度很大程度上与芯制造的工艺参数相关。在批量生产中通常所应用的工艺参数（快速的周期、高温）的情况下，铸模通过与水接触并且部分地也通过与酒精接触而失去其强度，表面变软并且铸模失去其形状。

发明内容

本发明基于如下目的，提出一种胶料，通过所述胶料能够保证尽可能无缺陷的覆层、特别是无机的芯和模具的覆层，而不会对芯和模具的稳定性产生负面的损害进而不会对加工和贮存产生负面的损害。

这个目的通过具有权利要求1的特征的胶料组合物来实现，有利的设计方案形成从属权利要求的主题或者在下文中描述。

根据本发明的胶料组合物根据一个优选的实施形式以膏或者悬浮液的形式提供。在这个实施形式中胶料组合物包含载流体。

令人惊奇地发现，当将在特定的浓度范围中的特定的盐添加给含水的胶料组合物时，已上胶的无机的芯和模具的质量能够持续地被改善，并且例如能够毫无问题地实现芯和模具的多日的贮存稳定性。

令人惊奇地发现，能够使用镁和/或锰的金属盐来实现上述目的。优选使用氧化价+2或者+4的锰盐。尤其优选使用氧化价+2的镁盐和氧化价+2的锰盐。盐的浓度以胶料组合物计大于1重量%，优选大于3重量%并且尤其优选大于5重量%。根据一个设计方案，所述浓度向上通过相应使用的载流体的量和类型的饱和浓度来限制。根据另一个设计方案，最大浓度以胶料组合物计小于10重量%。优选使用硫酸根离子作为阴离子和/或尤其优选使用一价氯离子作为抗衡离子。

根据胶料组合物的所期望的应用，例如作为基础覆层或者覆盖覆层，并且根据由所述胶料组合物制造的覆层的所期望的层厚度，能够调节胶料组合物的其它的特征参数。

作为胶料组合物的其它的添加剂组成部分，能够使用甲酸（蚁酸）的酯，其中在酯化时所应用的醇或者醇混合物的链长特别是平均小于6个碳原子并且尤其优选小于3个碳原子。

尤其优选应用甲酸甲基酯（甲酸甲酯）和甲酸乙基酯（甲酸乙酯）。也可能的是，一个（或多个）醇基团或者醇基团中的几个携带一个或两个其它的基团，如醚基团、羟基基团、酯基团或者羧基基团，或者甲酸通过第二或者第三羟基基团交联，例如通过缩合来交联。

在此，上述添加剂的总含量以胶料组合物计为1重量%至8重量%，优选2重量%至8重量%并且尤其优选3重量%至6重量%。作为添加剂例如能够使用BASF公司的“纯甲酸甲酯”。它具有CAS编号107-31-3。

胶料例如能够包括作为胶料的内含材料的特定的粘土的组合。应用a）1重量份数至10重量份数的、特别是1重量份数至5重量份数的坡缕石；b）1重量份数至10重量份数的、特别是1重量份数至5重量份数的水辉石；和c）1重量份数至20重量份数的、特别是1重量份数至5重量份数的钠基膨润土的组合（分别相对于彼此）作为粘土材料，特别是在坡缕石关于水辉石的1比0.8至1.2的重量比中，并且在坡缕石与水辉石一起关于钠基膨润土的1比0.8至1.2的比例中。在此，胶料占上述粘土的粘土总含量以胶料组合物的固体含量计为0.1重量%至4.0重量%，优选0.5重量%至3.0重量%并且尤其优选1.0重量%至2.0重量%。在应用这些粘土的情况下，能够进一步提高芯和模具的贮存稳定性。

载流体能够部分地或者完全地由水构成。载流体是如下组成部分，所述组成部分在160℃和标准压力下是能够蒸发的并且就此而言当前根据限定而不是固体含物。载流体包含至大于50重量%的、优选75重量%的、特别是大于80重量%的、必要时大于95重量%的水。

载流体中的其它的组成部分能够是有机溶剂。适合的溶剂是醇，包括多元醇和聚醚醇。示例的醇是乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇和乙二醇。

可用的胶料组合物的固体含量优选设定在10重量%至85重量%的范围中，或者在售出时（在稀释前）特别是30重量%至70重量%。

因此根据本发明的胶料组合物包括至少一种粉末状的耐火材料。这种耐火材料用于：封闭铸模中的细孔以防止液态金属渗入。此外通过耐火材料实现铸模和液态金属之间的热隔离。在金属铸造时应用常见的耐火材料作为耐火材料。适合的耐火材料的示例是石英、氧化铝、氧化锆、硅酸铝如叶腊石、蓝晶石、红柱石或者耐火粘土、锆英砂、硅酸锆、橄榄石、滑石、云母、焦炭、长石、硅藻土、高岭土、煅烧高岭土、高岭石、偏高岭石、氧化铁和/或矾土。

耐火材料以粉末状来提供。粒度在此被选择为，使得在覆层中产生稳定的组织结构，并且使得胶料优选通过喷射设备毫无问题地分布在铸模的壁上。耐火材料适当地具有在0.1μm至500μm的范围中的、特别是优选在1μm至200μm的范围中的平均粒度（借助于根据DIN/ISO13320的光散射来测量）。具有至少高于液态金属的温度200℃的熔点且与此无关地不与金属发生反应的特别的材料适合作为耐火材料。

耐火材料的份额（总是仅对于固体含量有贡献），以胶料组合物的固体份额计优选被选择为大于70重量%，优选大于80重量%，尤其优选大于85重量%。

根据一个实施方式（总是仅对于固体含量有贡献），耐火材料的份额小于70重量%，根据另一个实施方式小于60重量%并且根据再一个实施方式小于50重量%。

根据本发明的胶料能够根据一个实施形式包括至少一种悬浮剂（Stellmittel）。所述悬浮剂引起胶料的粘度的提高，以至于悬浮液中的胶料的固体的组成部分不下降或者仅少量地下降。为了提高粘度，不仅能够应用有机的材料也能够应用无机的材料或者这些材料的混合物。适合的无机的悬浮剂例如是可强烈膨胀的粘土，例如钠基膨润土。

作为悬浮剂，可替选地或者补充地，也能够选择有机的增稠剂，因为这种增稠剂能够在施加保护覆层之后干燥至使得它在与液态金属接触时几乎不释放水。作为有机的悬浮剂例如可考虑可膨胀的聚合物，如羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基纤维素、植物胶、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、果胶、明胶、琼脂、多肽和/或藻酸盐。悬浮剂的份额以全部的胶料组合物计优选以0.1重量%至5重量%，优选0.5重量%至3重量%，尤其优选1重量%至2重量%来选择。

根据一个优选的实施形式，根据本发明的胶料包括至少一种粘合剂作为其它的组成部分。所述粘合剂能够实现更好地将胶料或者由胶料制造的保护涂层固定在铸模的壁上。此外，通过粘合剂提高了保护覆层的机械稳定性，以至于观察到在液态金属的作用下较低的侵蚀。优选粘合剂不可逆转地硬化，以至于获得耐磨的覆层。特别优选的是如下粘合剂，所述粘合剂在与空气湿气接触时不会再次软化。实质上能够包含所有的在胶料中应用的粘合剂。在此不仅能够应用无机的粘合剂也能够应用有机的粘合剂。作为粘合剂例如能够应用粘土、特别是膨润土和/或高岭土。

粘合剂的份额优选以胶料组合物的固体含量计在0.1重量%至20重量%的、尤其优选0.5重量%至5重量%的范围中选择。

根据另一个优选的实施形式，胶料包含一定份额的石墨。这辅助层状碳构成在铸件和铸模之间的边界面上。石墨的份额优选以胶料组合物的固体含量计在1重量%至30重量%的、尤其优选5重量%至15重量%的范围中选择。石墨在铁浇铸时有利地对铸件的表面质量起作用。

根据本发明的胶料组合物必要时也能够还包含对于胶料而言常见的组分，例如润湿剂、消泡剂、颜料、染料和抗微生物剂。这些其它的组成部分占可用的覆层料的份额优选被选择为小于10重量%，优选小于5重量%并且尤其优选小于1重量%。

阴离子的和非阴离子的表面活性剂、特别是具有至少为7的HSB值的这种表面活性剂例如能够用作为润湿剂。这类润湿剂的示例是二钠二辛基磺酸钠。润湿剂优选以可用的胶料组合物计0.01重量%至1重量%的量，优选0.05重量%至0.3重量%来应用。

能够应用也称为抗泡剂的消泡剂，以便在制造胶料组合物时或者在涂覆所述胶料组合物时防止泡沫形成。在涂覆胶料组合物时的泡沫形成会导致不均匀的层厚度并且导致覆层中的孔。例如能够应用硅油或者矿物油作为消泡剂。消泡剂以可用的胶料组合物计优选包含在0.01重量%至1重量%的、优选0.05重量%至0.3重量%的量。

在根据本发明的胶料组合物中必要时能够应用常见的颜料和染料。这些颜料和染料被添加，以便实现例如在不同的层之间的另一个对比度，或者产生胶料与铸件的更强的分离效果。颜料的示例是红色的和黄色的氧化铁以及石墨。染料的示例是市售的染料、如德国路德维希港BASF股份公司的

的颜色系列的染料。染料和颜料以胶料组合物的固体含量计优选包含在0.01重量%至10重量%的，优选0.1重量%至5重量%的量。

根据另一个实施形式，胶料组合物包含抗微生物剂，以便防止细菌侵扰进而避免对粘合剂的粘合力和流变学产生负面的影响。当包含在胶料组合物中的载流体以重量计基本上由水形成时，也就是说，当根据本发明的胶料组合物以所谓的水性胶料的形式提供时，这是尤其优选的。适合的抗微生物剂的示例是甲醛、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（MIT）、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮（CIT）和1,2-苯并异噻唑啉-3-酮（BIT）。优选应用MIT、BIT或者它们的混合物。抗微生物剂以可用的胶料组合物的重量计通常在10ppm至1000ppm的、优选50ppm至500ppm的量中应用。

除了已经提到的组成部分，根据本发明的胶料组合物能够包含其它的对于胶料而言常见的组成部分。

根据本发明的胶料组合物能够根据常见的方法来制造。根据本发明的胶料组合物例如通过如下方式被制造，即存在水并且在应用高剪切搅拌器的情况下将作用为悬浮剂的粘土在水中分裂。紧接着拌入耐火组分、颜料和染料以及金属的添加剂，直至产生均匀的混合物。最后拌入润湿剂、抗泡剂、抗微生物剂和粘合剂。

根据本发明的胶料组合物能够作为可用的按配方制造的胶料来制造和销售。但是根据本发明的胶料也能够以浓缩的形式来制造和销售。在这种情况下，为了提供可用的胶料，添加一定量的载流体，所述载流体是必需的，以便调节胶料的所期望的粘度和密度。此外，根据本发明的胶料组合物也能够以套组的形式来制造和销售，其中例如固体组分和溶剂组分彼此同时存在于分隔的容器中。固体组分能够作为粉末状的固体混合物在独立的容器被提供。

必要时待应用的其它的液态组分，例如粘合剂、润湿剂、浸透剂（Netzer）/消泡剂、颜料、染料和抗微生物剂，能够在这个套组中再次存在于分隔的容器中。溶剂组分或者能够包括必要时附加地待应用的组分，例如在一个共同的容器中的组分，或者它能够与其它的可选的组成部分分开地存在于独立的容器中。为了制造可用的胶料，固体组分、可选的其它的组分和溶剂组分的适合的量彼此混合在一起。

根据本发明的胶料组合物适合于给铸模覆层。在这里所应用的表述“铸模”包括所有类型的坯体，所述坯体对于铸件、如芯、模具和硬模的制造是重要的。胶料组合物的根据本发明的应用也包括对铸模部分地覆层。胶料供用于金属加工的铸模，所述胶料可由无机的模制材料混合物获得，包括至少一种耐火的模具母材、基于水玻璃的粘合剂并且优选包括一定份额的金属氧化物，所述金属氧化物选自二氧化硅、特别是无定形二氧化硅、氧化铝、氧化钛或者氧化锌和它们的混合物，其中这种金属氧化物优选粒状地存在并且特别是具有小于300μm（筛析）的粒子大小。无定形二氧化碳例如从水玻璃开始经由沉淀工艺来获得，所述水玻璃可通过分裂具有碳酸钠或者碳酸钾的石英砂来获得。因此根据工艺条件将所产生的SiO₂称为沉淀硅石。另一种重要的制造变型方案是在氢氧焰中从流体的氯硅烷、如四氯化硅开始产生所谓的气相SiO₂。模制材料混合物和用于在应用硬化的模制材料混合物的情况下制造供金属加工的铸模的方法在WO2006/024540（=US7770629B2）中描述并且关于此点所述公开文献通过参引并入本文。优选的模制材料混合物是WO2006/024540的权利要求的主题。

待覆层的铸模因此典型地包括：

a）大于80重量%的耐火的模具母材（包括添加剂，所述添加物表现如耐火的模具母材）；

b）0.01重量%至5重量%的硬化的水玻璃作为粘合剂；以及

c）必要时0重量%至5重量%的上述一种或多种金属氧化物。

此外本发明涉及一种在将胶料施加到上述部分地或者完全地硬化的无机的模制材料混合物上的情况下制造用于金属加工的上胶的铸模的方法。胶料的施加或者提供能够如下进行：

在将浸入作为施加方法时，将铸模浸入到容器中持续达大约2秒至2分钟，在所述铸模的模具空腔中必要时施加有基础覆层，所述容器通过可用的、根据本发明的胶料组合物来填充。铸模随后从胶料组合物中取出，并且使多余的胶料组合物从铸模中流出。在浸入之后用于流出多余的胶料组合物的时间遵从所应用的胶料组合物的流出性能。

在将喷射作为施加方法时，应用市售的压力箱喷射设备。在这里胶料组合物以稀释的状态填充到压力箱中。经由待设置的过压，胶料能够被压入到喷枪中，在该处所述胶料借助于独立可调控的雾化空气来喷涂。在喷涂时，优选将条件选择为，使得在枪上的用于胶料组合物和雾化空气的压力被调节为，使得被喷射的胶料组合物仍湿润地射到模具或者芯上，但是产生均匀的涂覆。

在将流涂作为施加方法时，铸模借助于软管、喷枪或者类似的工具以可用的根据本发明的胶料组合物来倾注，在所述铸模的模具空腔中必要时施加有基础覆层。铸模在此完全地由胶料组合物覆盖，多余的胶料组合物从铸模流出。在流涂之后用于流出多余的胶料组合物的时间遵从所应用的胶料组合物的流出性能。

此外，胶料也能够通过涂抹来施加。

包含在胶料中的载流体紧接着被蒸发，以至于获得干燥的胶料层。作为干燥方法，能够应用所有的传统的干燥方法，例如在空气中干燥、通过除湿后的空气来干燥、通过微波或者红外辐射来干燥、在对流烘箱中干燥以及类似的方法作为干燥方法。在本发明的一个优选的实施形式中，已覆层的铸模在20℃至250℃中，优选在50℃至180℃中在对流烘箱中干燥。

在应用醇胶料时，根据本发明的胶料组合物优选通过烧除醇或者醇混合物来干燥。在这里已覆层的铸模附加地通过燃烧热量来加热。在另一个优选的实施形式中，已覆层的铸模不需要其它的处理在空气中干燥或者在应用微波的情况下干燥。

胶料能够以单独的层的形式或者也能够以多个叠加设置的层的方式被施加。在此各个层在其组成成分中能够是相同的或者不同的。例如首先能够由市售的胶料制造基础覆层，所述市售的胶料不包含根据本发明的金属的附加剂。作为基础覆层，例如能够应用水胶料或者也能够应用乙醇胶料。但是也可能的是，由根据本发明的胶料组合物制造所有的胶料。但是之后与液态金属接触的层总是由根据本发明的胶料来制造。在施加多个层时，各个层能够在施加之后完全地或者部分地干燥。

由胶料组合物制造的覆层优选具有至少0.1mm，优选至少0.2mm，尤其优选至少0.45mm，尤其优选至少0.55mm的干燥层厚度。根据一个实施形式，覆层的厚度被选择为小于1.5mm。在这里干燥层厚度是干燥的覆层的层厚度，所述干燥的覆层通过由基本上完全的去除溶剂组分并且必要时紧接着硬化来干燥胶料组合物来获得。基础覆层和覆盖覆层的干燥层厚度优选通过借助于湿层厚度梳进行测量来确定。

铸模必要时紧接着能够完整地被装配。铸造优选用于铸铁坯体和铸钢坯体的制造。

具体实施方式

在这个示例中，检验胶料中的盐对已上胶的芯的强度的影响。所应用的芯胶料1至3具有在表1至3中说明的组成成分。

表1：胶料的组成成分

模具铸造胶料如下制造：提供水并且将盐溶解于水中。紧接着通过应用高剪切的搅拌器粉碎粘土至少15分钟。

紧接着拌入耐火组分、颜料和染料达至少15分钟，直至产生均匀的混合物。最后拌入添加剂，如润湿剂、消泡剂和防腐剂以及粘合剂。

胶料对于下述试验而言被调节成适合于应用的、在0.6Pas的范围中的粘度。所述调节通过给原始的组成成分添加相应量的水并且紧接着均匀化来进行。主要特征变量在此是粘度，所述粘度在20℃下通过布氏粘度计（DIN EN ISO2555）和DIN4mm粘度流杯（DIN EN ISO2431）来测量。

表2：应用参数

	胶料1	胶料2	胶料3
				布氏[Pas]	0.6	0.6	0.6
流出时间[s]	15.5	15.5	15.5
				固体含量[%]	57.5	57.5	62.5
浸入深度[mm]	2	2	2
					根据本发明	根据本发明	不根据本发明

包含在胶料1中的氯化锰或者包含在胶料2中的硫酸镁在使用在无机的芯和模具上时导致明显减少表面中的无机的胶粘剂的溶解或者软化。因此能够确定已上胶的芯相比于传统的胶料的更高的稳定性。效果基于如下事实，即包含在胶料中的水在与已硬化的无机的胶粘剂接触时必须接收在溶解过程中所产生的离子。但是如果水已经包含非常高的离子份额，那么溶度积提高并且对其它离子的接收变得困难或者被阻止。因此已溶解的盐在胶料中有助于防止无机的芯和模具在上胶过程中的不稳定。

可比的性能同样能够通过在化学上相近的镁和锰的金属盐来实现。模制材料样本的制造和测试

为了实验目的研究两种不同的芯几何形状。一种几何形状，即所谓的乔治费歇尔测试棒说明已上胶的样本在较厚的芯几何形状上的性能，另一种几何形状，即所谓的长芯说明已上胶的样本在薄的几何形状上的性能。将乔治费歇尔测试棒理解为长方体状的、具有150mm×22.36mm×22.36mm尺寸的测试棒。长芯具有13mm×20mm×235mm的尺寸。

模制材料混合物的组成成分在表3中说明。为了制造乔治费歇尔测试棒进行如下步骤：将在表3中所举出的组分在实验室桨叶式搅拌器（德国哈根Vogel&Schemmann AG公司）中混合。对此首先提供石英砂并且在搅拌的情况下添加水玻璃。作为水玻璃应用具有一定份额的钾的钠水玻璃。水玻璃的SiO₂:M₂O系数为大约2.2，其中M表示钠和钾的总和。在混合物已被搅拌一分钟之后，必要时在进一步的搅拌下添加无定形二氧化硅。无定形二氧化硅是RW Silicium公司的气相二氧化硅。混合物紧接着仍另外搅拌一分钟。

模制材料混合物被转移到储料仓中，即德国费尔森

–Gieβereimaschinen股份有限公司的H2.5热盒射芯机中，所述模制材料混合物的成型模具被加热到180℃。模制材料混合物借助于压缩空气（5bar）被引入到成型模具中并且在成型模具中另外保持35秒。为了加速混合物的硬化，在后20秒期间，热空气（在进入模具时2bar，150℃）被引导穿过成型模具。开启成型模具并且取出测试棒。

覆层组合物通过浸渍被涂覆到测试棒上，应用参数在表2中列出。测试棒或者在从成型模具中取出之后立即被覆层或者在30分钟的冷却时间后被覆层。被覆层的测试棒在施加覆层后在干燥箱中在150℃下存放30分钟。

为了确定抗弯强度，将测试棒插入装配有三点弯曲装置（瑞士沙夫豪森的DISA Industrie股份公司）的乔治费歇尔强度检验设备中并且测量导致测试棒折断的力。

未覆层的测试棒的抗弯强度根据下述方案来测量：

-在取出后10秒（热强度）

-在取出后1小时（冷强度）

测试棒根据下述方案来覆层：

-在取出后1分钟覆层（热覆层）

-在取出后30分钟覆层（冷覆层）

已覆层的测试棒的抗弯强度根据下述方案来测量：

-在从干燥箱中取出后10秒（热强度，热覆层）

-在取出后30分钟覆层（冷强度、热覆层，直接在从烘箱取出后）

-在从干燥箱中取出后10秒（热强度，冷覆层，室温20℃）

-在取出后30分钟覆层（冷强度，冷覆层）

表3：模制材料混合物的组成成分

表4：乔治费歇尔测试棒的强度

表5：长芯上的强度

含醇的覆层的应用由于在铸造工艺期间形成排放物的缺点而是不期望的。在应用标准的基于水的覆层剂的情况下，由包含水玻璃的模制材料剂构成的样本强烈地失去强度（胶料4）。

通过寻找抑制来自于覆层的水与模制材料的粘合剂之间的反应的可能性，令人惊奇地发现，当将在特定的浓度范围中的特定的盐添加给含水的胶料组合物时，已上胶的无机的芯和模具的质量能够持续地被改善，并且例如能够毫无问题地实现芯和模具的多日的贮存稳定性。为了这个目的能够使用镁和/或锰的金属盐。优选使用氧化价+4的锰盐。尤其优选使用氧化价+2的镁盐和氧化价+2的锰盐。

优选地，使用硫酸根离子作为阴离子，尤其优选使用一价氯离子作为阴离子。

盐的浓度特别是在1重量%和相应的饱和浓度之间，优选在3重量%和相应的饱和浓度之间，并且尤其优选在5重量%和相应的饱和浓度之间。

Claims (15)

1.一种胶料组合物，包含：

（A）以胶料组合物计的必要时总计大于1重量%的浓度中的镁和/或锰的金属盐；

（B）包含水或者由水构成的载流体；以及

（C）耐火材料。

2.根据权利要求1所述的胶料组合物，其特征在于，使用硫酸根离子和/或氯离子作为上述盐的阴离子。

3.根据权利要求1或2所述的胶料组合物，其特征在于，使用氧化价+2或者+4的镁和/或使用氧化价+2的锰。

4.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述盐的浓度以所述胶料组合物计大于3重量%并且尤其是大于5重量%。

5.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述盐的浓度最大相应于所应用的所述载流体的饱和浓度。

6.根据权利要求1至4中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述盐的浓度以所述胶料组合物计小于10重量%。

7.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述载流体包括大于50重量%的水，并且另外优选包含醇，包括多元醇和聚醚醇，以及特别是在直至160℃和1013mbar的情况下能够完全地蒸发。

8.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述胶料组合物的固体含量为30重量%至70重量%。

9.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述胶料组合物以所述胶料组合物的固体含量计包含10重量%至85重量%的耐火材料。

10.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述耐火材料是石英、氧化铝、氧化锆、硅酸铝、锆英砂、硅酸锆、橄榄石、滑石、云母、焦炭、长石、硅藻土、煅烧高岭土、高岭石、偏高岭石、氧化铁、矾土和/或上述材料的混合物。

11.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述耐火材料借助于根据DIN/ISO13320的光散射来测量，具有0.1μm至500μm的粒度，尤其是1μm至200μm的粒度。

12.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述胶料组合物以所述胶料组合物的所述固体含量计包括0.1重量%至20重量%的、尤其是0.5重量%至5重量%的至少一种粘合剂。

13.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物，其中所述胶料组合物包括光亮碳形成剂或者石墨，特别是0.1重量%至10重量%，特别是0.5重量%至3重量%。

14.根据上述权利要求中一项或多项所述的胶料组合物用于覆层模制材料混合物的一种应用，所述模制材料混合物通过作为粘合剂的水玻璃被硬化，必要时在至少以水稀释之后被硬化。

15.根据权利要求14所述的应用，其中所述模制材料混合物包括氧化硅、氧化铝、氧化钛或者氧化锌和/或上述材料的混合物以及特别是无定形二氧化硅。