[发明专利]用于制造金属铸件的模具和芯模的基于无机粘合剂的含锂的模制材料混合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于制造金属铸件的模具和芯模的基于无机粘合剂的含锂的模制材料混合物，其包括至少一种耐火的模制基础材料、一种或多种锂化合物、至少水玻璃作为无机粘合剂和无定型的二氧化硅作为添加剂。此外，本发明涉及一种用于制备模制材料混合物的成分体系、一种含锂的无机粘合剂以及一种用于利用模制材料混合物制造模具和型芯的方法和根据该方法制造的模具和型芯。

背景技术

铸造模具基本上由模具或者模具和芯模组成，所述模具或者模具和芯模为待制造的铸造件的阴模。所述芯模和模具在此由耐火的材料，例如石英砂和适当的粘合剂构成，所述粘合剂在从模具工具中取出之后使铸造模具失去足够的机械强度。耐火的模制基础材料优选以松散的形式存在，使得其能够填入到适当的空心模具中并且在那里能够压缩。通过粘合剂在模制基础材料的颗粒之间产生稳定的粘结，使得铸造模具获得所需要的机械稳定性。

铸造模具必须满足不同的要求。在铸造过程本身中，其必须首先具有足够的强度和温度抗性，以便能够将液态材料容纳到由一种或多种铸造(子)模具形成的空腔中。在硬化过程开始之后，通过硬化的金属层确保铸造件的机械稳定性，所述金属层沿着铸造模具的壁构成。

铸造模具的材料现在必须在由金属输出的热量的影响下分解，使得其失去机械强度，即取消耐火的材料的各个颗粒之间的粘结。在理想的情况下，铸造模具再次分解成细砂，所述细砂能够不费力地从铸造件移除。

铸造模具在制造过程期间经受极其高的热和机械负荷，在液态金属和铸造模具之间的接触面处例如通过铸造模具撕裂或者通过液态金属渗入到铸造模具的组织中能形成缺陷。通常铸造模具的与液态金属形成接触的面设有用于保护的覆层，所述覆层也称作为铸型涂料。

因此，通过该覆层能够将铸造模具的表面改性并且协调于待加工的金属的特性。因此，能够通过铸型涂料通过产生光滑表面的方式来改进铸造件的外观，因为通过铸型涂料补偿不规则性，所述不规则性通过模制材料的颗粒的大小引起。在铁和钢铸件中偶尔在铸造件的表面上构成缺陷，如疤、粗糙的或矿化的表面、错位错边、小坑、孔或针孔或者构成白色的或黑色的沉淀物。

如果出现上述缺陷，那么需要对铸造件的表面进行耗费的再加工，以便达到期望的表面特性。这需要附加的工作步骤进而降低生产力或提高成本。如果在铸造件的难于或完全不可触及的面处出现缺陷，那么这也能够导致铸造件的损失。

此外，铸型涂料通过例如经由铸型涂料选择性地在铸造件的表面上将附加物传递到铸造件中的方式在金属冶金方面影响铸造件，其中所述附加物改进铸造件的表面特性。

此外，铸型涂料形成在铸造时将铸造模具与液态金属化学绝缘的层。由此，防止铸造件和铸造模具之间的任何附着，使得铸造件能够没有困难地从铸造模具中移除。但是，铸型涂料也能够用于：有针对性地控制液态金属和铸造模具之间的热传递，以便例如通过冷却速率引起构成特定的金属组织结构。

铸型涂料通常由无机耐火材料和粘合剂构成，所述粘合剂溶解或者悬浮在适当的溶剂、例如水或酒精中。根据可能性，期望弃用含酒精的铸型涂料并且代替于此应用水性的体系，因为在干燥过程期间有机溶剂引起排放。

为了制造模具，能够使用有机的还有无机的粘合剂，所述粘合剂的硬化能够分别通过冷的或热的方法进行。在此将如下方法称作为冷的方法，所述方法基本上在不加热用于芯模制造的模制工具的情况下执行，通常，在室温下或在通过可能的反应引起的温度下执行。硬化例如通过如下方式进行：将气体引导通过待硬化的模制材料混合物并且在此触发化学反应。在热的方法中，将模制材料混合物加热到足够高的温度上，以便排出包含在粘合剂中的溶剂和/或以便启动化学反应，粘合剂通过所述化学反应硬化。

有机溶剂由于其技术特性而在经济观点来看当前在市场上具有较大的意义。然而，所述有机溶剂与其组分无关地具有的缺点是：其在脱模铸件时分解并且在此部分地放出显著量的有害物质，例如苯、甲苯和二甲苯。此外，有机粘合剂的浇铸通常引起气味干扰和烟雾干扰。在一些体系中，甚至已经在制造和/或仓储铸造模具时出现不期望的排放。即使排放能够随时间流逝因粘合剂散发而降低，而在有机粘合剂的情况下其不能够完全被避免。

出于该理由，在近些年中，将研究和发展再次转向无机粘合剂，以便进一步改进无机粘合剂和如此制造的模具和芯模的产品特性。

无机粘合剂已经是长期已知的，尤其是基于水玻璃的这种无机粘合剂。其最广泛的应用在于二十世纪五十年代和六十年代，然而，随着现代有机粘合剂的兴起，无机粘合剂快速地失去变得不那么重要。为了硬化水玻璃提供三种不同的方法：