专利名称：基于盐的型芯及其制备方法
基于盐的型芯及其制备方法本发明涉及型芯及该型芯的制备方法，该型芯通过射芯(Kernschieiien)由盐制成以在制备金属铸件时(优选经压铸技术)制备金属铸件时用作空腔定位件，该型芯可完全溶于溶剂而不留固体残渣，并因此可完全和顺利由工件中去除。例如与在砂型铸造或低压-金属型铸造时所用的型芯相比，对在压铸金属工件时插入模具中以在用熔体充填模具时保留在工件中设置的空腔的型芯有明显更高的要求。该型芯必须易于制造并是尺寸稳定的和轮廓精确的，而且用于该型芯制造的材料以及将其溶解的溶剂应既不影响铸造品质也不有害于环境，并且对健康又不产生危害。如果对工件的空腔的表面和轮廓精确度有特别的要求，则该型芯的表面必须特别光滑和轮廓精确，并且该型芯必须可完全溶于合适的溶剂中和可不留固体残渣地从工件的空腔中容易地去除。含不可溶成分如石英砂的型芯的残渣可对待调质的表面产生损伤或引起机组停机，例如在型芯残渣导致柴油机组的蓄气罐进气喷油系统(Einspritzdilse im Commonrai 1 system)中的堵塞。本发明的目的是制备由盐制成的型芯，其在压铸工件时具有必要的强度，并可容易和完全地从工件中去除。至今用现有技术还不能按所谓的射芯法制备盐型芯，也称为射砂(geschossene) 的盐型芯，其可承受例如在铝-压铸中出现的极端要求。即该型芯一方面必须具有高强度， 且另一方面在铸造后还可容易地从铸件中去除。按现有技术可制备含水玻璃作为粘合剂的砂型芯，其最大强度为500 N/cm2。本发明的型芯要达到明显更高的值，而在铸造后仍容易且无残渣地去除该型芯。该目的是由相应于第一权利要求的型芯以及用权利要求12的制备该型芯的方法实现的。本发明的一些有利实施方案在从属权利要求中要求保护。本发明的型芯由盐组成，可向该盐混入粘合剂和可选择的填料、添加剂和催化剂。 该型芯拟用于按压铸法由非铁金属如铝、黄铜或铜浇铸的工件。本发明的型芯由这样的物质组成，该物质可完全溶于(由于环保原因)作为优选溶剂的水中并且能够由该工件的空腔中无残渣去除。本发明的型芯的优点在于，其由这样的物质组成，所述物质在恰如其分的处理下在制备中和在浇铸过程中均无有害于环境的析出气体的反应。由于在浇铸过程中不形成气体，所以改进了铸件的质量，由此可避免尤其由于产生的型芯气体所产生的浇铸缺陷如缩孔、气孔等。在由工件中去除型芯时不形成需要特别处置的残渣。视其组成，该物质能通过合适的方法由液相中回收，如盐通过喷雾干燥或蒸发回收。该型芯材料的所有本发明的组成均可在常用的射芯机中以射芯作为成形法加工。 该型芯的几何形状的复杂性决定了射芯参数以及用于制备型芯的模具和射芯机的射击头 (Schie^kopf)的结构和构造设计。与通过压制成形也即将型芯材料充填进成形模具和再经压力密实的方法不同，该射芯法可制备几何形状非常复杂构造的型芯，并且其表面有优良的轮廓精确度以及有均勻密度和强度的均勻结构。碱金属和碱土金属元素的水溶性盐如特别是氯化钠、氯化钾和氯化镁，碱金属和碱土金属元素的水溶性硫酸盐和硝酸盐如特别是硫酸钾、硫酸镁，以及水溶性铵盐如特别 是硫酸铵均适合用作本发明的型芯的材料。这些物质可单独使用也可混合使用，只要其不相互反应并由此对所需特性产生不利影响，该型芯材料在型芯制备时不应经受对其溶解度有不利影响的物质转变。通常其分解点或熔点高于该液态金属熔体温度的易溶解的盐是适用的。与砂相比，该型芯材料容易或简单地划分为所需粒度或粒级。通过所选粒度分布特别影响该型芯的表面特性。粒度越小，表面越光滑。通常力求尽可能高的充填度，这能通过混合不同的盐和任选的具有不同分布曲线的额外物质来实现，如通过混合物的双峰或三峰粒度分布实现。按待浇铸工件的材料、所需表面质量和轮廓精确度，本发明的粒度选为0. 01 mm直至 2 mm。任选地，水溶性填料可以以至多30体积的部分代替盐，只要由此对密度和强度无不利影响。该填料的粒度宜与该盐的粒度或粒度分布相适配。为确保射芯后该型芯所需的稳定性，在射芯前在盐中加入合适的粘合剂或合适的粘含剂体系。能很好润湿该盐和视需要填料的在硬化过程后是完全水溶性的所有粘含剂均可用，这些物质的混合物可借助于射芯法成形成型芯。通常硅酸盐粘合剂是合适的，只要它们是水溶性的。也可使用水溶性的碱金属磷酸盐和磷酸铵或由单铝磷酸盐组成的粘合剂。 优选是由可溶性水玻璃组成的粘合剂。该加入量依赖于水玻璃模数(1-5)并依润湿行为可为0. 5重量％-15重量％，优选为5重量％-8重量％。为达到压铸法所需的特性如强度和尺寸稳定性，还可使用特定的粘合剂混合物。由盐、任选的填料和粘合剂或粘合剂体系组成的混合物的特性可受针对性加入的添加剂的影响。其前提是，该添加剂或添加剂反应产物能通过溶于水中容易地完全和无残渣地从工件的空腔中去除，并在浇铸时不释出对浇铸过程有不利影响的并可导致浇铸缺陷的气体。依型芯材料的组成，这些添加剂可能是润湿剂、影响混合物稠度的添加物、润滑齐U、解团块添加物、胶凝剂、改变型芯热物理特性如导热性的添加物、防止金属在型芯上粘附的添加物、导致更好的勻质化和可混合性的添加物、增加存储性能的添加物、防止过早硬化的添加物、防止浇铸时烟和冷凝物形成的添加物以及导致加速硬化的添加物。这些添加剂是本领域技术人员在制备常用的型芯中所已知的。其加入量依型芯材料的种类和组成而定。由此型芯在射芯后具有所需的强度，可依型芯材料的组成加入与其相适配的引发和加速硬化的催化剂。在形成气体的催化剂情况下，可吹入影响型芯材料的气体，优选为CO2或空气，特别是用于在射入仍密封的模具中后的型芯的硬化和干燥。其压力可以小于射芯时的压力， 并且为约至多5 bar。也可在至多500°C的温度对型芯进行热后处理。通常在模具中成形期间已通过加热到适配于型芯材料的温度实施了热处理。该型芯材料由盐和粘合剂以及如果需要的添加物如填料、添加剂和催化剂组成， 其中该填料和粘合剂是无机的。所有物质可经已知的混合装置进行均勻混合。粘合剂和添加物的加入量的选择依赖于该型芯的应用目的，并决定了该型芯的表面质量以及密度和强度。
该型芯材料的制备与射芯工艺分开进行，其中需要时必须采取合适的保护措施以防止团聚和过早硬化。例如按型芯材料的组成也可在保护气体下进行制备、输送和贮存。改变型芯材料的其它物质的特性的物质，特别是对硬化所需的物质有利地直接加到射芯机中。然后在输送其它物质进入模具的气流中充分混合。用Ibar-IObar的压力(与型芯材料的组成相适配或与物料的可充填性和可流动性相适配)将该型芯材料吹入模具中。该充填压力与粒度分布或粒度和颗粒形状有关。细颗粒状盐通常需要更高的射砂压力。型芯的组成和特性对压铸件的质量有重大影响。在此根据一个工作实施例描述该最重要的特性。该给出的特性涉及未涂过浆料的型芯。使用由NaCl与下列附加物质如水玻璃_粘合剂和其它添加物如脱模剂、粘合延迟剂、润湿剂等组成。该型芯用6 bar压力在射芯机上成形。其在200°C下经热处理1分钟时间以硬化。该所得型芯特别适用于铝压铸。在铝压铸中，该液态铝经10 MPa-20 MI^a的压力压入模具。其以至多为120 m/sec的速度流入模具。为在浇铸时能承受所出现的力，该型芯必须是尺寸稳定的。对尺寸为长180 mm、宽22 mm和高22 mm的试样进行了力学材料特性测定。按VDG-说明书P 73 (1996年2月)测定的抗弯强度为1400 N/cm2。在金属流入时，该型芯的表面不允许被冲刷掉或损伤。由此该型芯必须具有相应的表面强度。孔隙度也起决定性作用。在此工作实施例中该孔的份额为30%。基于氯化钠的盐型芯的密度按浮力法测定通常为1.2 g/cm3-l. 8 g/cm3。该相应的孔隙度为10%_35%。按VDG-说明书P73测定的抗弯强度为400 N/cm2-1500 N/cm2。压铸件经硬化后，必须取出该型芯。重要的是该型芯要立即且无固体残渣地经完全且容易地溶解。该型芯材料的溶解速度当然与型芯材料、其预处理以及粒度有关。在纯盐情况下，溶解速度可能与含粘合剂和填料的组合物的情况不一致。用压铸试件的试验表明，尺寸为22 mm χ 22 mm χ 180 mm的型芯可在1分钟_2分钟内用热水完全从铸件中洗出ο因此本发明涉及下列方面
,水溶性的盐型芯，其能通过由水溶性盐、至少一种粘合剂和任选的额外助剂如填料、 添加剂和催化剂组成的混合物(=型芯材料)在压力下经致密化制备，其中，该粘合剂和任选的额外助剂是无机的，并且该盐型芯借助于射芯法成形； 其中在Ibar-IObar的压力成形； 其中该成形的型芯的密度为1. 2 g/cm3-l. 8 g/cm3 ； 其中该型芯的孔隙度为10%-40%; 其中该型芯的抗弯强度为400N/Cm2-1500N/Cm2 ； 其中使用其分解点或熔点高于该液态金属温度的盐作为水溶性盐； 其中使用碱金属和碱土金属元素的氯化物特别是氯化钠、氯化钾和/或氯化镁，碱金属和碱土金属元素的水溶性硫酸盐和硝酸盐特别是硫酸钾和/或硫酸镁，水溶性铵盐特别是硫酸铵或这些盐的混合物作为水溶性盐； 其中该型芯材料的粒度为0. 01 mm-2 mm ；
其中部分型芯材料含水溶性填料，该填料的粒度与该型芯材料的粒度相适配，且该型芯材料中的填料含量能为至多30体积％ ；
其中使用水溶性硅酸盐化合物作为粘合剂，优选水玻璃、碱金属磷酸盐、磷酸铵和/或单铝磷酸盐(Monoaluminiumphosphat)或这些化合物的混合物； 其中粘合剂的含量为0. 5重量％-15重量％ ；
其中该粘合剂是水玻璃，并且该粘合剂的含量为0. 5重量％-15重量％，依赖于润湿行为和水玻璃模数；
其中该水溶性盐是粒度为0.01 mm-2 mm的氯化钠，和粘合剂为水玻璃； 其中，该粘合剂的水玻璃含量为0. 5重量％-15重量％，其依赖于粒度分布且与水玻璃模数相适配；
其中该水溶性盐是粒度范围为0.04 mm-0.6 mm的氯化钠，粘合剂是含量为6重量％ 的水玻璃，且其中在射芯机中于室温以6 bar的射砂压力成形并用热空气硬化； 其中该密度为1. 35 g/cm3，开口孔隙度为30%和抗弯强度为1400 N/cm2 ； 其中该盐型芯在成形后在500°C的温度经热处理。该用·所标识的列举意指本发明水溶性盐型芯的任选的优选实施方案。此外，本发明还涉及下列方面
ζ用于制备水溶性盐型芯的方法，该盐型芯从由水溶性盐、至少一种粘合剂和任选的额外助剂如填料、添加剂和催化剂所组成的混合物得到，其特征在于，该在水中能完全溶解的且能用水从工件中无残渣地去除的混合物以非液态形式经均勻混合，并按射芯法以与该型芯材料的组成、粒度分布或粒度和颗粒形状相适配的压力成形成盐型芯； 〇其中该盐型芯在Ibar-IObar的压力成形；
〇其中混合具有不同分布曲线的粒度的组分，优选通过混合双峰或三峰粒度分布的组分，以通过该混合物(型芯材料)达到该模具的高填充度；
〇其中选择碱金属和碱土金属元素的氯化物特别是氯化钠、氯化钾和/或氯化镁，碱金属和碱土金属元素的水溶性硫酸盐和硝酸盐特别是硫酸钾和/或硫酸镁，以及水溶性铵盐特别是硫酸铵或这些盐的混合物作为水溶性盐，所述水溶性盐，任选地与额外助剂，经均勻混合并成形成型芯；
〇其中依由金属浇铸的工件的材料、所需表面质量和轮廓精确度使用粒度为0.01 mm-2 mm的型芯材料；
〇其中在该型芯材料中加入含量为至多30体积％的一种或多种额外的填料，且该填料的粒度与该一种或多种盐的粒度相适配；
〇其中以与比表面积、润湿行为和粒度分布有关的含量加入一种或多种粘合剂，且该粘合剂优选是水溶性硅酸盐化合物，特别是水玻璃、碱金属磷酸盐、磷酸铵和单铝磷酸盐； 〇其中加入含量为5重量％-20重量％的水玻璃作为粘合剂； 〇其中 加入与型芯材料相适配的水溶性添加剂； 〇其中加入与型芯材料相适配的水溶性催化剂； 〇其中该型芯经射砂后用与型芯材料相适配的气体吹气以硬化； 〇其中用热空气吹气； O其中用CO2吹气； 〇其中该吹气的压力为至多10 bar ；
〇其中该型芯经射砂后在至多500°C用与型芯材料相适配的热处理硬化。该用〇所标识的列举意指用于制备水溶性盐型芯的本发明方法的任选的优选实施 方案。
权利要求
1.水溶性的盐型芯，其能通过由水溶性盐、至少一种粘合剂和任选的额外助剂如填料、 添加剂和催化剂组成的混合物(=型芯材料)在压力下经致密化制备，其特征在于，该粘合剂和任选的额外助剂是无机的，并且该盐型芯借助于射芯法成形。
2.权利要求1的水溶性的盐型芯，其特征在于，在Ibar-IObar的压力成形。
3.权利要求1或2的水溶性的盐型芯，其特征在于，该成形的型芯的密度为1.2g/ cm3-l. 8 g/cm3。
4.权利要求1-3中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该型芯的孔隙度为 10%-40%。
5.权利要求1-4中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该型芯的抗弯强度为 400N/cm2-1500N/cm2。
6.权利要求1-5中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，使用其分解点或熔点高于该液态金属温度的盐作为水溶性盐。
7.权利要求1-6中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，使用碱金属和碱土金属元素的氯化物特别是氯化钠、氯化钾和/或氯化镁，碱金属和碱土金属元素的水溶性硫酸盐和硝酸盐特别是硫酸钾和/或硫酸镁，水溶性铵盐特别是硫酸铵或这些盐的混合物作为水溶性盐。
8.权利要求1-7中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该型芯材料的粒度为 0. 01 mm-2 mm。
9.权利要求1-8中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，部分型芯材料含水溶性填料，该填料的粒度与该型芯材料的粒度相适配，且该型芯材料中的填料含量能为至多 30体积％。
10.权利要求1-9中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，使用水溶性硅酸盐化合物作为粘合剂，优选水玻璃、碱金属磷酸盐、磷酸铵和/或单铝磷酸盐或这些化合物的混合物。
11.权利要求1-10中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，粘合剂的含量为0.5 重量％-15重量％。
12.权利要求1-11中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该粘合剂是水玻璃， 并且该粘合剂的含量为0. 5重量％-15重量％，依赖于润湿行为和水玻璃模数。
13.权利要求1-12中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该水溶性盐是粒度为0.01 mm-2 mm的氯化钠，和粘合剂为水玻璃。
14.权利要求13的水溶性的盐型芯，其特征在于，该粘合剂水玻璃的含量为0.5重量％-15重量％，其依赖于粒度分布且与水玻璃模数相适配。
15.权利要求1-14中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该水溶性盐是粒度范围为0. 04 mm-0. 6 mm的氯化钠，粘合剂是含量为6重量％的水玻璃，且其中在射芯机中于室温以6 bar的射砂压力成形并用热空气硬化。
16.权利要求1-15中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该密度为1.35g/ cm3，开口孔隙度为30%和抗弯强度为1400 N/cm2。
17.权利要求1-16中一项或多项的水溶性的盐型芯，其特征在于，该盐型芯在成形后在500°C的温度经热处理。
18.用于制备水溶性盐型芯的方法，该盐型芯从由水溶性盐、至少一种粘合剂和任选的额外助剂如填料、添加剂和催化剂所组成的混合物得到，其特征在于，在水中能完全溶解的且能用水从工件中无残渣地去除的该混合物以非液态形式经均勻混合，并按射芯法以与该型芯材料的组成、粒度分布或粒度和颗粒形状相适配的压力成形成所述盐型芯。
19.权利要求18的方法，其特征在于，该盐型芯在Ibar-IObar的压力成形。
20.权利要求18或19的方法，其特征在于，混合具有不同分布曲线的粒度的组分，优选通过混合双峰或三峰粒度分布的组分，以通过该混合物(型芯材料)达到该模具的高填充度。
21.权利要求18-20中一项或多项的方法，其特征在于，选择碱金属和碱土金属元素的氯化物特别是氯化钠、氯化钾和/或氯化镁，碱金属和碱土金属元素的水溶性硫酸盐和硝酸盐特别是硫酸钾和/或硫酸镁，以及水溶性铵盐特别是硫酸铵或这些盐的混合物作为水溶性盐，所述水溶性盐，任选地与额外助剂，均勻混合并成形成型芯。
22.权利要求18-21中一项或多项的方法，其特征在于，依由金属浇铸的工件的材料、 所需表面质量和轮廓精确度使用粒度为0. 01 mm-2 mm的型芯材料。
全文摘要
本发明涉及一种型芯，其在金属工件的压铸中插入模具，以在用熔体充填模具时保留在该工件中设置的空腔，对该型芯的尺寸稳定性和从空腔中的脱模性有高的要求。因此本发明提出，该型芯材料可完全溶于水中，并能用水从工件中无残渣地去除，该由非液态的盐和附加物质组成的型芯可用射芯法以压力(根据型芯材料的组成定制，所述型芯材料设置在围绕所述型芯材料的材料上)制备。
文档编号B22C9/10GK102159342SQ200980136389
公开日2011年8月17日 申请日期2009年7月20日 优先权日2008年7月18日
发明者D·克费尔, D·蒂曼, G·希勒, H·赫德勒, P·斯廷格尔 申请人:陶瓷技术有限责任公司