[发明专利]具有改善的流动性的造型材料混合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造金属加工用铸型的造型材料混合物，所述造型材料混合物包括至少一种耐火的造型基材、基于水玻璃的粘结剂、以及一定比例的微粒状金属氧化物，所述金属氧化物选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化锌。此外，本发明涉及一种在使用造型材料混合物的情况下制造金属加工用铸型的方法，以及借助该方法获得的铸型。

背景技术

用于制造金属体的铸型基本上以两种结构形式制造。第一组形成所谓的芯或型。由这些芯或型组装成铸型，所述铸型基本上为待制造的铸件的阴模。第二组形成空心体，即所谓的冒口，所述冒口起到平衡贮液器的作用。它们容纳液态金属，其中通过相应的措施确保金属与存在于形成阴模的铸型中的金属相比更长时间地保持在液相下。如果金属在阴模中凝固，那么液态金属从平衡贮液器中随后流出，以便平衡在金属凝固时出现的体积收缩。

铸型由例如石英砂的耐火材料组成，其晶粒在铸型成型后通过适合的粘结剂结合，以便确保铸型的足够的机械强度。因此为了制造铸型，使用借助适合的粘结剂处理的耐火的造型基材。耐火的造型基材优选具有可流动的形式，使得其能够填充入适合的空心型内，并且在那里被紧实。通过粘结剂，在造型基材的颗粒之间产生牢固的结合，使得铸型获得所需的机械稳定性。

铸型必须满足不同的要求。在浇铸过程本身中，铸型首先必须具有足够的稳定性和耐热性，以便液态金属容纳在由一个或多个铸(分)型形成的空心型内。在凝固过程开始后，通过沿着空心型的壁部构成的凝固的金属层确保铸型的机械稳定性。此时，铸型的材料必须在由金属释放的热的影响下，以丧失机械强度的方式，即以消除耐火材料的各个颗粒之间的结合的方式分解。这通过例如粘结剂在热作用下分解来达到。在冷却后，晃动凝固的铸件，其中在理想情况下，铸型的材料再次崩解为可从金属模具的空腔中倒出的细砂。

为了制造铸型，能够使用有机粘结剂和无机粘结剂，所述有机粘结剂和无机粘结剂的硬化能够分别通过冷工艺或热工艺来进行。在此，基本上在室温下进行，而不加热铸型的工艺称为冷工艺。在此，硬化通常通过化学反应进行，所述硬化例如通过引导作为催化剂的气体通过待硬化的模具引发。在热工艺中，造型材料混合物在成型后被加热至足够高的温度，以便例如驱除包含在粘结剂中的溶剂，或者以便引发化学反应，通过所述化学反应，例如通过交联使粘结剂硬化。

目前，为了制造铸型，经常使用这样的有机粘结剂，在所述有机粘结剂中，通过气态的催化剂加速硬化反应，或者通过与气态的硬化剂的反应使所述有机粘结剂硬化。这些工艺称为“冷芯盒”工艺。

用于在使用有机粘结剂的情况下制造铸型的示例为所谓的Ashland冷芯盒工艺。在此，涉及双组分体系。第一组分由多元醇的溶液，通常为酚醛树脂的溶液组成。第二组分为聚异氰酸酯的溶液。因此，根据US 3,409,579 A，通过在成型后引导气态的叔胺通过由造型基材和粘结剂组成的混合物，使聚氨酯粘结剂的两个组分进行反应。聚氨酯粘结剂的硬化反应为加聚作用，也就是说，不分解出如水的副产物的反应。这种冷芯盒工艺的其它优点包括良好的生产率、铸型的尺寸精确以及良好的技术性能，如铸型的强度、由造型基材和粘结剂组成的混合物的加工时间等。

热硬化有机工艺包括基于酚醛树脂或呋喃树脂的热芯盒工艺、基于呋喃树脂的温芯盒工艺和基于线性酚醛树脂的克朗宁(Croning)工艺。在热芯盒工艺以及温芯盒工艺中，具有只是在温度升高的情况下才起作用的潜在的硬化剂的液态树脂被加工成造型材料混合物。在Croning工艺中，如石英、铬铁矿砂、锆砂等的造型基材在大约100至160℃的温度下用在这个温度下为液态的线性酚醛树脂包封。添加六亚甲基四胺作为用于后续硬化的反应试剂。在上述热硬化技术中，成型和硬化在加热至300℃的温度的可加热的模具中进行。

与硬化机理无关，所有的有机体系共同的是，它们能够在液态金属填充入铸型时热分解，并且在此释放出有害物质，例如苯、甲苯、二甲苯、苯酚、甲醛和部分还未鉴定出的更高级的裂解产物。虽然通过各种措施成功地使这些排放最小化，但是在有机粘结剂的情况下并不能完全避免这些排放。在无机-有机混杂体系的情况下，在金属铸造时也发生这样的不希望的排放，所述混杂体系如同例如在甲阶酚醛树脂-CO₂工艺中使用的粘结剂，含有一定比例的有机化合物。

为了避免在浇铸过程期间分解产物的排放，必须使用基于无机材料的或含有至多一种非常少量的有机化合物的粘结剂。这样的粘结剂体系长期以来是已知的。