用于金属浇铸的模具和型芯的制备方法以及根据所述方法制得的模具和型芯技术

本发明专利技术涉及一种用于制备浇铸模具和型芯的方法，其中通过使用CO2充气并使用第二气体冲洗而固化铸造基本材料，所述铸造基本材料包含至少一种耐火材料和优选基于水玻璃的可由CO2固化的粘结剂。本发明专利技术还涉及根据所述方法制得的模具和型芯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于金属浇铸的模具和型芯的制备方法以及根据所述方法 制得的模具和型芯
本专利技术涉及一种用于制备浇铸模具和型芯的方法，其中通过用co2或含co2的气体 充气，并用不含co2或含有至少小部分的C0 2的第二气体吹扫而固化模制混合物，所述模制 混合物由至少一种耐火材料和优选含有水玻璃或由水玻璃组成的可用co2固化的粘结剂组 成。另外，本专利技术涉及根据所述方法制得的模具和型芯。
技术介绍
模具和型芯通常使用耐火模制基本材料（例如石英砂）和合适的粘结剂制得。在 这种过程中的耐火模制基本材料优选以自由流动的形式存在，使得模制基本材料和粘结剂 的混合物（所谓的模制混合物）可填充至中空模具中，在其中压缩，并固化。粘结剂在模制 基本材料的粒子之间产生固体粘合，使得模具和型芯获得所需的机械稳定性。 在浇铸过程中，模具形成用于浇铸的外壁，当需要铸件内的腔体时使用型芯。模具 和型芯不绝对需要由相同的材料组成。例如，使用永久金属模具产生铸件的外部形状。以 各种方式产生的模具和型芯的组合也是可能的。如基于型芯在如下所述，类似的说明也适 用于根据相同方法制得的模具（浇铸模具），反之亦然。 对于制备型芯，可使用可通过冷法或热法固化的有机和无机粘结剂两者。冷法为 基本上在室温下进行而不加热用于型芯制造的模制工具的方法。 在该过程中，固化通常通过化学反应而进行，所述化学反应例如由经过待固化的 模制混合物的气体而诱导。在热法中，在模制之后，模制混合物被经加热的模制工具加热至 足够高的温度，从而例如排出包含于粘结剂中的溶剂和/或引发化学反应，粘结剂通过所 述化学反应（例如通过交联）而固化。 例如根据GB654817,使用C02固化水玻璃粘结剂是已知的。在20世纪50年代和 20世纪60年代，广泛使用水玻璃-〇) 2法。该方法的弱点之一在于由其制得的型芯具有相 对低的强度，尤其是就在制造之后。显然，更长的〇)2充气时间产生更高的初始强度，但同 时在储存1或2天之后的强度减小。除了相对低的初始和最终强度之外，水玻璃-〇) 2法仅 允许低至中等的制造速度。 因此，已提出标准C02固化与随后的所谓热空气过程组合，如Y.A. 0misU(Y. A.Owusu，博士论文SodiumSilicateBondinginFoundrySands，宾夕法尼亚州立大学， 1980 年5 月 1 日，第88、102-103 页和AFSTransactions，第89卷，1981，第 47-54 页）所 述。热空气过程定义为在C02充气之后的烘箱固化。这也由Y.A.Owusu的论文确定。该方 法至少在一些水玻璃粘结剂的情况中提供比纯〇)2固化的情况更好的强度，但具有如下缺 点：型芯的制造时间由数秒延长至数分钟。 DE102011010548-A1描述了一种用于固化水玻璃粘合的模制混合物的方法，其中 使用空气和二氧化碳流的组合。在此情况中发现，模制混合物必须首先使用空气充气，然后 使用co2或空气-二氧化碳混合物充气。此外，该专利技术非常重要的是，所用的碱金属硅酸盐 溶液具有在1.5:1至2. 0:1范围内的Si02/金属氧化物的重量比。 描述此类方法的另一专利为W0 80/01254A1。其公开了用于固化含水玻璃的模制 混合物的方法，所述模制混合物在110至180°C的温度下加热，且同时通过0)2或C0 2-空气 混合物。 PL129359B2描述了一种用于制备用于金属浇铸的浇铸模具的粘结剂，所述粘结 剂由水玻璃和尿素树脂制得。在该情况中，通过用C02-空气混合物冲洗模制混合物而进行 固化。在该过程中，有利的是将气体加热至60-200°C的温度。描述C02-空气混合物的使用 的另一公布为CN94111187A。 根据EP2014392B1，无定形球状Si02(其可以以超过两个粒子尺寸类别而得到） 的使用是已知的。然而，EP2014392B1并未公开第二气流的使用，并且以水悬浮体引入 Si02，这由于增加的水引入而不利于根据这里提供的方法而制得的模具的（早期）强度。 即使在简短的固化时间之后的良好的强度对于可靠地管理日益复杂的薄壁浇铸 模具（所述浇铸模具在如今越来越频繁需要）并同时确保高生产率是必要的。因此，随着 基于有机粘结剂的过程，尤其是所谓的Ashland聚氨酯冷芯盒法的出现，水玻璃-〇)2法快 速失去其重要性是并不令人惊讶的。 然而，所有的有机粘结剂具有如下缺点：它们在浇铸过程中发生热分解，并可释放 有害材料，如苯、甲苯或二甲苯。另外，有机粘结剂体系已在型芯制造和储存过程中释放溶 剂至环境中，或者使用不适气味的气体作为固化催化剂。诚然由于各种措施而变得有可能 避免所有这些排放，但在有机粘结剂的情况中这些排放无法避免。 为此原因，数年来日益增加尝试开发完全基于无机材料或者至多含有小部分的有 机化合物的粘结剂。为了在短时间内获得高强度，例如，遵循如下途径：在热工具中进行固 化，且如果需要，另外使热空气经过模制混合物以尽可能完全地去除作为溶剂存在的水。一 种这样的体系描述于例如EP1802409B1(US7770629)中。然而，这些方法具有如下缺点： 工具必须设计为使得它们可被加热，且加热导致另外的能量消耗，这表示该方法的相当大 的成本负担。 本专利技术的问题 因此，本专利技术人已提出开发一种方法的问题，即使在未经加热的工具中，所述方法 也有可能使用无机基可co2固化的粘结剂来制造模具和型芯，其中相比于之前已知的使用 co2的固化，在相同的粘结剂和相同粘结剂含量且无随后的热处理的情况下，尤其是就在从 工具中移出之后，强度应该已经显著更高。
技术实现思路
使用具有权利要求1的特征的方法实现该目的。根据本专利技术的方法的有利的另外 的实施方案为独立权利要求的主题或将在如下描述。 出乎意料地发现，通过组合使用第一气体进行〇)2固化以及使用第二气体（如下 也称为冲洗气体）冲洗模制混合物，可获得具有良好强度的型芯。在该过程中，第一气体和 第二气体并不设定为使第一气体在第二气体之前应用；相反，顺序可根据需要，另外，第一 和/或第二气体也可应用数次。然而，优选的是第二气体最后引入，与此独立地，第一气体 可首先被引入模具中。 对于第一气体（在如下也称为C02气体），在充气过程中15°C至120°C之间，优选 15°C至100°C之间，特别优选25°C至80°C之间的气体温度为有利的。如同样在根据本专利技术 的方法的进一步的描述中所用，气体温度意指气体在进入模制工具中时的温度。第二气体 也优选具有15°C至120°C，优选15°C至100°C之间，特别优选25°C至80°C之间的气体温度， 但更高的温度通常有可能缩短冲洗时间。基于固化机理，其不存在上限。在实践中，取决于 型芯或模具的形状和尺寸，温度为40°C至250°C之间，优选50°C至200°C之间。首要的是， 经济考虑反对使用极高的温度，因为该目的所需的加热器的成本随着增加的功率而大大增 力口，且有效绝缘管线的成本极高。例如，第一气体的温度与第二气体的温度大致相同。然而， 优选地，第二气体的温度高于第一气体的温度。 由于上述措施，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备浇铸模具和型芯的方法，其包括：·制备模制混合物，所述模制混合物包含至少一种耐火模制基本材料和无机粘结剂，·将所述模制混合物引入模具中，以及·在模具中固化所述模制混合物，并同时使用如下物质冲洗所述模制混合物：a)作为第一气体的气态CO2或含有CO2的气体，和b)第二气体，其中所述第二气体含有比所述第一气体更少的二氧化碳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.26 DE 102012103705.11. 用于制备德铸模具和型芯的方法，其包括： ?制备模制混合物，所述模制混合物包含至少一种耐火模制基本材料和无机粘结剂， ?将所述模制混合物引入模具中，W及 ?在模具中固化所述模制混合物，并同时使用如下物质冲洗所述模制混合物： a) 作为第一气体的气态C〇2或含有C0 2的气体，和 b) 第二气体，其中所述第二气体含有比所述第一气体更少的二氧化碳。2. 根据权利要求1所述的方法，其中使用型芯喷射机借助压缩空气将所述模制材料混 合物引入空气中，所述模具为模制工具，且所述模制工具用所述第一和第二气体冲洗。3. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述模具不可加热，或者被加热至 小于7(TC，优选小于6(TC，特别优选小于4(TC的温度。4. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述粘结剂为水玻璃，尤其是SiO 2； M2O摩尔比为1. 6至4. 0,优选2. 0至小于3. 5的水玻璃，其中M等于裡、轴和/或钟。5. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述模制材料混合物含有最多 Iwt%，优选最多0. 5wt%，特别优选最多0. 2wt%的有机化合物。6. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述第二气体含有小于lOvol %的 C〇2,尤其小于2vol %的C〇2,并且所述第二气体特别是空气或氮气或它们的混合物。7. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述第一气体含有至少25mol %的 C〇2,尤其至少5〇mol %的C〇2,优选至少SOmol %的C〇2。8. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述第一和/或第二气体的气流合 计为0. 5至600L/min(标准升），优选0. 5至300L/min，特别优选0.化/min至lOOL/min。9. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中优选当第一气体和/或第二气体在 15至4(TC的温度下使用时，所述第一和/或第二气体的气流合计为0. 5至30L/min (标准 升），优选0. 5至25L/min，特别优选0.化/min至20L/min。10. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其中所述第一和/或第二气体相对于 模具的充填压力为0.5己至10己之间，优选0.5己至8己之间，特别优选0.5至6己之间。11. 根据前述权利要求中至少一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·科吉，O·施密特，
申请(专利权)人：ASK化学品股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE