专利名称：用于非铁金属浇铸的脱模层的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有涂层的金属的、含铁的永久铸模，其可用液体的
或可流动的铝材料沖击进料(beaufschlagbar )。此外，本发明涉及 用于制备这种层的脱模剂，以及在永久铸模表面上形成这种层的方法。
背景技术：
由于非常高的腐蚀(所述腐蚀显示于通用的金属材料相对铝和其 它非铁金属在典型的加工温度下)，必须在非铁金属和永久铸模之间 的接触位置用所谓的脱模剂处理，由此无障碍的操作是可能的。然而， 特别是不只是在压铸工艺(该工艺的特征在于应用高温和高压)的情 况下，对其中使用的脱模剂提出了各种各样的在下面所述的要求。例 如脱模剂必须用于促进金属的流动性，这导致均匀的永久铸模的填充， 并且同时脱模剂用于改善经浇铸的部件的最终可成型性 (Endformbarkeit )。此外，脱模剂用于避免在永久铸模上的残留物， 所述残留物导致成型中的不准确性。在将材料注入到永久铸模中时不 可在脱模剂分解下形成过量的气体，这导致成型件的多孔性。脱模剂 最后还不可含有危险的或毒性的物质。视所述要求的满足情况而定， 量定脱模剂的品质。
一种长久以来已知的且在脱模剂中使用的材料是氮化硼(BN)， 从其晶体结构来看是如同石墨的相似构造。氮化硼如同石墨相对于多 种物质，例如硅酸盐的熔体或还有金属熔体，具有低的可润湿性。因 此针对基于氮化硼的非粘附性的层有很多研究，以使其用于浇铸法。 然而，在使用方面的问题在于，不能成功地将氮化硼持久地施加于模 具上的物质中(特别是复杂的种类(komplexe Natur ))。 一种温度 稳定的、抗腐蚀的脱模层的持久施加的方法描述于DE 198 42 660 Al 中。在此氮化硼粉末借助静电涂层涂覆到永久铸模的表面上。同样尝试在无机的基础上制备粘合剂，其中结合入氮化硼。在us 6，051，058中描述了在用于钢的连续浇铸的耐火材料上具有
0. 2-0. 7mm厚度的氮化硼保护层的制备。在此氮化硼以20-50重量％ 的量级借助以含水涂层溶液的形式的高温粘结剂粘合到耐火材料上， 所述涂层溶液基于Zr02、硅酸锆、A1203、 Si02和磷酸铝组成的组的金 属氧化物。
为了抑制材料的磨损和腐蚀，由DE 101 24 434 Al已知一种磨损 保护层，其中功能材料结合于粘结剂基质中。在此所谓的功能性涂层 由无机基质相(其尽可能地至少由磷酸盐组成)和嵌入其中的功能性 材料(其可为例如金属、石墨、硬质材料、干膜润滑剂、氧化铝、碳 化硅等)组成。同样描述的是一种制备所述功能性涂层的方法，其中 以粉末形式的功能性材料溶解到液态组分中(其可为例如水)，并为 了生成磷酸盐而掺入磷酸。这类具有液态组分和磷酸盐的经组合基质 溶液由于其稠性还称作凝胶。在用这种基质溶液涂覆材料后，所述材 料经受热处理，以便在母材上形成牢固附着的功能性涂层。
发明内容
本发明的任务在于，开发一种在金属的、含铁的永久铸模上的长 期稳定的层，其与所迷永久铸模的母材形成化学键并因此满足对脱模 剂的要求或甚至超越所述要求。此外，本发明的任务在于提供一种用 于制备这类层的脱模剂，其可廉价地制备并简单地且在没有设备消耗 的情况下施用。本发明的另一个任务在于，提供一种方法，其能够产 生这类层，并借助该方法所述层上的损伤可容易地恢复。
本发明涉及永久铸模涂层的任务如下解决，即在所迷永久铸模的 至少一个表面上存在一种层，其由下述物质组成
-化学上与永久铸模的母材结合的铁的氟化物，
-80nm至200nm级份的Al力3和/或Si02，和/或打02和/或Zr02 形式的结构颗粒(Strukturteile )和
-至少在某些区域包裹结构颗粒的聚合物，所述聚合物由经聚合 的氟化锆构成。在优选的本发明的实施方式中所述层额外地含有 -2nm至80nm级份的A1203、 Si02、 Ti02、 ZnO、 Zr02、 Ce02形式的 基础颗粒(Primarteile)，和/或
-2jum至15jLim级份的氮化硼形式的滑动颗粒(Gleitteile)和
/或
-云母，以硅酸盐矿形式。
通过本发明的在金属永久铸模上的层，以长期稳定性的层的形式 特別好满足了针对脱模剂的要求。例如金属的流动性如下得到了促进， 即通过由所述层凸出的结构颗粒，使铝材料的氧化皮破裂并且在所述 氧化物层下的液态铝材料可非常容易地在所述永久铸模中分布。所迷 层由此对永久铸模的填充提供了最佳条件。所述氮化硼(BN)形式的 滑动颗粒用作为对于液态的或可流动的铝而言的滑动平面并因此促进 金属流动性，此外其同时用于改善所浇铸的部件的最终可成型性。
在所述永久铸模的表面上形成一种牢固附着的层，其中牢固的结 合通过氟化物与永久铸模母材的铁的化学键产生。通过所述层与永久 铸模母材的牢固键合的方式避免了残留物在永久铸模上的附着滞留， 该附着滞留可能导致尺寸误差。本发明的层的另一个优点在于，所述 层在较高的温度下引发增加的(vermehrten)聚合反应。由此形成更 长链的聚合物，其一方面提高了粘附性和内聚力，并且另一方面提高 了所述层的的弹性。因此，所述长期稳定的和牢固附着的层在较高的 温度下(如其在永久铸模填充期间出现的)是极其有弹性的，且可弹 性地和因此有利地在不损伤所述层地附和永久铸模的形变。
与所述脱模剂相关的本发明的任务如下得到了解决，即所述脱模 剂由完全脱盐的水形成并含有如下成分
-以钠碱液和/或钾碱液和/或氯化铝形式的成酸剂， -由氟化锆(优选以H2ZrF6形式的)构成的粘结剂， - 80認至200認级份的人1203和/或Si02，和/或1102形式的结构颗 粒组分和
-有机分散剂，优选明胶。在本发明优选的实施方式中所述脱模剂额外地含有 - lnm-10nm级份的A1203、 Si02、 Ti02、 ZnO、 Zr02、 CeO形式的基 础颗#立和/或
-2 jj m至15 |u m的级份的BN和/或镁铝硅酸盐和/或二疏化钼形 式的滑动颗粒组分和/或 -云母。
本发明的脱模剂一方面提供由于完全脱盐的水而廉价地制备的优 点，且另一方面由于其粘性可简单地施用到工具上。在最简单的情况 下所述脱模剂可喷涂到永久铸模上。此外所迷脱模剂符合针对脱模剂 的如下要求，即不含有毒性物质，其只能以高费用清除。
与用于产生层的方法相关的本发明的任务如下得到了解决，即所 述表面首先用脱模剂(根据权利要求6至13)沖击并随后加热到至少 200"的温度。通过加热，氟化物与母材的铁形成化学键且氟化锆形成 聚合物，其在永久铸模的表面形成牢固附着的层。在此有利的是，所 述由完全脱盐的水形成的脱模剂，在该温度下已经完全由所述层蒸出， 并因此在所述永久铸模的填充时没有或只有极少量的气体形成。此外， 在温度的升高下还促进了所述聚合反应，以便如上所述的那样产生进 一步有利的层的效果。在此，明胶的使用是特别有利的，因为经此独 立地(selbsUndig)形成纳米丰立子。
此外，如果造成所述层的损伤，则所述层可非常容易地恢复，因 为在永久铸模用所述脱模剂重新施用后，在所述层上的缺陷位置直接 恢复。在此形成新的氟化铁，且通过所述永久铸模的温度，氟化锆聚 合，因此所述层完全恢复。
在表面上(优选当然是永久铸模与待制备的铸件相应的一面)形 成层，所述层具有约l至80"m的厚度，优选层厚为30至50jam，然 而其再次取决于使用情况。所述层厚取决于使用情况，即取决于浇铸 方法，其中在压铸的情况下使用最薄的层，并且在低压下使用最厚的 层。在压铸的情况下，涂覆最薄的层，因为在此旨在调节良好的到所 述永久铸模的热传导，以使铸件有可能快速固化。在经组合的所谓的挤压铸造-方法的情况下调节到中等厚度，因为在此将铸模緩慢地填 充并随后用高压冲击。因此，在此较低的到永久铸模的热传导是可使 用的。在低压浇铸的情况下相反厚涂层是有利的，因为在此模具相对 慢地被填充且铸件的緩慢的冷却是有利的。此外，本发明的用涂层装 备的永久铸模也当然可用于自流式浇铸。
在所述永久铸模的表面上存在的层是借助氟化铁与母材的化学结 合的。因此，所述氟化铁起到层与母材之间的粘附剂的作用。所述Al203
和/或Si02和/或1402和/或Zr02形式的结构颗粒具有约80nm至200nm 的尺寸并彼此紧紧连接在一起(sich verhaken )并在所述母材上形成 层。在此结构颗粒的概念(Begriff)是有针对性地选择的，这里优选使 用微粒，其不是平滑的而是具有结构化表面的。Al力3和/或Si02和/ 或氧化锌和/或二氧化钛和/或二氧化锆和/或氧化铈(其以lnm至10nm 的尺寸存在)形式的基础颗粒优选并非常容易地插入到结构颗粒之间 的空隙中。所述大得多的氮化硼滑动颗粒在层中处于所述结构颗粒之 间，并通过由结构颗粒与聚合物构成的连接而固定。这样构成的层由于 其分形(fraktilen )构造而已经具有自夹紧性作用(sich verklammerndeWirkung)，但是在氟化铁和结构颗粒之间、基础颗粒 和滑动颗粒之间的主要连接通过经聚合的氟化锆获得。所述聚合物的 链建立了化学上结合的氟化铁、结构颗粒、基础颗粒和滑动颗粒的内 聚力。所述永久铸模(和因此同样地所述层)被加热得越强烈，所述 聚合物链越长，则在升高的温度下所述层的弹性增加。本发明所使用 的聚合物在约200"C的温度下聚合并具有约830r的玻璃化温度。所述 液态的铝具有约730t:的温度并因此未达到所述聚合物的玻璃化温 度。因此，得到极其稳定的，极好的适合于铝材料的浇铸的作为层构 造的体系。
氟化铁用作永久铸模的母材的粘附剂且所述基础颗粒有利地用于 连接结构颗粒之间的空隙，以便因此产生非常平滑的表面。因此，液 态浇铸材料的粘附几乎是不可能的。所述结构颗粒以80nm至200nm 的尺寸存在并作为棱从所述层凸起。有利地在其表面上强烈结构化的结构颗粒在液态的铝的氧化物层中撕开裂缝并磨碎氧化皮，以便将氧 化皮磨碎成最小块，并因此氧化皮在铸件的组织结构中不作为晶格缺 陷存在。因此，本发明所使用的结构颗粒的优点在于，破坏并粉碎氧 化皮。
作为氮化硼形式存在的所述滑动颗粒，与所述基础颗粒和所述结
构颗粒相比具有大得多的尺寸。根据本发明具有不超过10%的重量百
分含量的结构颗粒在液态脱模剂中构成所迷层的最大部分。基础颗粒 用作为用于中间空隙的填充剂并因此服务于所述层的平整。滑动颗粒
(以不超过5%的重量份额存在)是细分散地插入到结构颗粒间并同 样凸出于所述层的表面。由于所述滑动颗粒的数量，其不构成层的最 大表面，而是极细地分布存在，以便其作为润滑剂一方面在浇铸时但 特别是用于永久铸模的脱模和用于铸件的取出。所述脱模通过使用本 发明的层而有利地简化，因为一方面通过结构颗粒和起到平滑作用的 初始构件而在所述层上存在非常平滑的表面，且同时通过滑动构件提 供了润滑剂。
试验已显示，通过添加钠碱液和/或钾碱液和/或氯化铝并调节PH 值为4至5而产生了最佳的所述层的构成。
根据本发明将冷的永久铸模用脱模剂沖击，在其中喷涂所述脱模 剂并加热所述永久铸模。从约200X:的温度起氟化锆聚合并在所述永 久铸模表面上形成长期稳定的层。在压铸的情况下用于预热的常规温 度在220。C和280匸之间，以致于在此存在用于脱模剂的聚合反应的最 佳温度。在低压浇铸和挤压铸造的情况下所述预热温度仍处于300t;
以上，因此在此也保证层的形成。在铝的浇铸时具有约noc至730匸
的温度的液态的金属低于玻璃化转变温度。但触变浇铸高于200"C并 因此在该方法的情况下使用本发明的层同样是可以设想的。
权利要求
1. 金属的、含铁的永久铸模，特别是由钢制得的永久铸模，其可用液体的或可流动的铝-材料冲击进料，其特征在于，在所述永久铸模的至少一个表面上存在由以下物质组成的层-与永久铸模的母材化学结合的铁的氟化物，-80nm至200nm级份的Al2O3和/或SiO2，和/或TiO2和/或ZrO2形式的结构颗粒和-至少在某些区域包裹结构颗粒的聚合物，所述聚合物由经聚合的氟化锆构成。
2. 根据权利要求1所述的永久铸模，其特征在于，在所述层中， 氮化硼和/或镁铝硅酸盐和/或二硫化钼形式的滑动颗粒以2nm至15 pm的级份存在。
3. 根据权利要求1和2 —项或两项所述的永久铸模，其特征在于， 在所述层中A1203、 Si02、 ZnO、 Zr02、 Ti02、 CeO形式的基础颗粒以2nm 至80nm的级份存在，其中将所述基础颗粒插入到所述结构颗粒之间的 空隙中。
4. 根据权利要求l-3—项或多项所述的永久铸模，其特征在于， 所述层以1 p m至80 n m，优选25 |j m至60 jLi m的厚度存在于表面上。
5. 根据权利要求l-4一项或多项所述的永久铸模，其特征在于， 所述永久铸模是用于压力铸造方法、低压铸造方法、自流式浇铸方法 或挤压-铸造-方法的永久铸模。
6. 用于制备在永久铸模上的层的脱模剂，其特征在于，所述脱模 剂由全脱盐的水形成，并且含有以下成分-成酸剂，特别是以钠碱液和/或钾碱液和/或氯化铝形式， -由氟化锆构成的粘结剂，-以80認至200nm级份存在的八1203和/或Si02和/或1402和/或 Zr02形式的结构颗粒的组分，和/或 -有机分散剂，优选明胶。
7. 根据权利要求6所述的脱模剂，其特征在于，在所述脱模剂中， 氮化硼和/或镁铝硅酸盐和/或二疏化钼形式的滑动颗粒组分以2 jum 至15pm的级份存在。
8. 根据权利要求6和7—项或两项所述的脱模剂，其特征在于， 在所述脱才莫剂中，A1203、 Si02、 Zn0、 Zr02、 Ce0、 Ti02和/或云母形式 的基础颗津立的组分以2nm至80nm的级份存在。
9. 根据权利要求5-8—项或多项所述的脱模剂，其特征在于， 在脱模剂中借助所述成酸剂将pH值调节到4至5。
10. 根据权利要求5-9—项或多项所述的脱模剂，其特征在于， 所述粘结剂的份额在脱模剂中少于或等于5重量％ 。
11. 根据权利要求5-10—项或多项所述的脱模剂，其特征在于， 所述结构颗粒的份额在脱模剂中少于或等于10重量％ 。
12. 根据权利要求5-ll—项或多项所述的脱模剂，其特征在于， 所述基础颗粒的份额在脱模剂中少于或等于3重量％ ，且优选在1重 量％和3重量％之间。
13. 根据权利要求5-12—项或多项所述的脱模剂，其特征在于， 所述滑动颗粒的份额在脱模剂中少于或等于5重量％。
14. 在金属的，含铁的永久铸模表面上借助根据前述的一项或多 项权利要求所述的脱模剂产生层的方法，其特征在于，-首先，将所述表面用脱模剂沖击，且-随后将所述永久铸模加热到至少200r的温度，以便进行氟化 物与母材的铁的化学结合和粘结剂的聚合。
15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述层中的损 伤借助用脱模剂重新施涂所述永久铸模而复原。
全文摘要
本发明涉及金属的、含铁的永久铸模，特别是由钢制成的永久铸模，其可用液态的或可流动的铝材料冲击进料，且可借助脱模剂产生用于保护永久铸模和用于达到最优的浇铸结果的层。此外本发明涉及用于产生这种层的脱模剂和用于制备这种层的方法。
文档编号C23C22/74GK101500729SQ200780013787
公开日2009年8月5日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年3月7日
发明者M·劳登克劳斯 申请人:Ks铝技术有限公司;格利达股份公司