[发明专利]用于铸模的涂料混合物和避免反应气体缺陷的芯

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料，一种用于制造铸模的方法，一种例如可用所 述方法得到的铸模，以及所述铸模用于金属铸造的用途。

钢铁工业和非铁金属工业的大多数产品通过铸造工艺来进行第一 次成型。在此过程中，熔融的液体材料、铁金属或非铁金属被转换成 具有特定工件特性的几何形状特定物体。在一些情况下，对于铸件的 成型，必须首先制造高度复杂的铸模。铸模分成每次铸造后毁掉的熔 铸模以及每件都能制造大量铸件的永久铸模。

所述熔铸模通常由耐火的无机粒状模材料构成，通常还混有各种其 它添加剂，例如用于实现良好铸造表面的添加剂。通常使用经清洗和 分级的石英砂作为耐火的粒状模材料。对于必须满足特殊要求的具体 应用，使用铬铁矿、锆英砂和橄榄石砂。此外，还使用基于耐火粘土 以及菱镁矿、硅线石或金刚砂的模材料。用来固化模材料的结合剂可 以是无机或有机性质的。较小的熔铸模主要由通过作为结合剂的膨润 土固化的模材料来制造，而对于较大的铸模，通常使用有机聚合物作 为结合剂。

通常将模材料与结合剂混合使得模材料颗粒涂覆结合剂薄膜来进 行铸模的制造。这种模材料混合物随后被导入相应的模具中，并且任 选地被压实，从而达到足够的铸模稳定性。随后，例如通过加热所述模 具或者通过添加引起固化反应的催化剂，将所述铸模固化。当所述铸 模至少达到一定的初始强度时，将其从模具中取出并转移到例如用于 完全固化的炉中以便加热至特定温度并保持预定的时间。

永久铸模用于制造大量铸件，因此必须经受铸造过程和相关的负荷 而没有损伤。取决于应用领域，已证实铸铁以及非合金化和合金化的 钢，还有铜、铝、石墨、烧结金属和陶瓷材料特别适合作为永久铸模 的材料。永久铸模方法包括急冷铸造、加压铸造、离心铸造和连续铸 造方法。

在铸造过程中，铸模要经受非常高的热负荷和机械负荷。因此，在 液态金属和铸模的接触表面上可能例如通过铸模裂开或者通过液态金 属渗入铸模结构而产生缺陷。因此，在多数情况下，在与液态金属接 触的铸模表面上提供有保护性涂料，其也被称为涂料。这种涂料通常 由溶解或悬浮在合适的载体液体(例如水或醇)中的无机耐火材料和 结合剂构成。

这种涂料可以修饰铸模的表面并使其适应于待加工金属的特性。因 此，由于所述涂料补偿了由模材料的颗粒尺寸造成的不均匀性，所以 所述涂料可以通过产生光滑的表面来改善铸件的外观。另外，通过例 如经由涂料将铸件表面上改善铸件表面特性的添加剂选择性地转移到 铸件中，所述涂料可以在冶金学上影响铸件。此外，所述涂料进一步 形成在铸造期间将铸模与液态金属从化学上隔离的层。这将防止铸件 和铸模之间的附着，使得铸件可以毫不困难地从铸模移出。除此之外， 所述涂料将保证铸模和铸件的热分离。这对于永久铸模尤其有意义。 如果不满足这种功能，则例如在连续铸造过程中经受如此高的热负荷 的金属模会过早毁坏。然而，所述涂料也可以用于具体控制液态金属 与铸模间的热传递，从而例如通过冷却速率影响特定金属结构的形成。

通常所用的涂料包含例如粘土、石英、硅藻土、方英石、鳞石英、 硅酸铝、硅酸锆、云母、耐火粘土或石墨作为基础材料。这种基础材 料覆盖铸模的表面并且封闭了孔以防止液态金属渗入铸模。由于可以 低成本制造并可大量获得，包含二氧化硅或硅藻土作为基础材料的涂 料因其具有较强的隔热性能而被经常地使用。

用于制造由例如铸铁制成的金属零件的重要方法是大型铸造方法 和离心铸造方法。

对于用来制造较大铸件的大型铸造方法，通常使用熔铸模。由于待 制造的铸件的尺寸，非常高的金属静压力将作用在铸模上。由于长的 冷却时间，铸模还将在非常长的时间段内暴露于高温度负荷下。在这 种方法中，所述涂料有确定的保护功能以便防止金属渗入铸模材料(渗 透)，铸模裂开(形成叶脉)或者在金属和铸模材料之间的反应(金属 渗入)。

在离心铸造中，将液态金属倒入绕着自己的轴旋转的管状或环状锭 模中，其中金属在离心力的作用下成型为例如套筒、环和管。在此情 形中，铸件在从铸模中取出之前绝对必须完全固化。因此铸模和铸件 之间的接触时间相当长，在此期间冷却的铸件必须对铸模没有不利的 影响。铸模在这里设计为永久铸模，也就是说铸模的特性和形状必须 不因铸造过程中的负荷而改变。

在离心铸造中，铸模因此利用隔热的涂料涂覆，所述涂料以单层或 多层形式施加。