Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Vergießen hochreaktiver Schmelzen, insbesondere zum Vergießen von Titan, Titanlegierungen oder intermetallischen Titanaluminiden, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Verfahren ist aus der
Die
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer Gussform zum Vergießen hochreaktiver Schmelzen angegeben werden, welches möglichst einfach, reproduzierbar und schnell durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 25.
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass eine erste Trockenmasse zur Herstellung des ersten Schlickers zumindest 75 Gew.% Y2O3 und als weiteren festen Bestandteil zumindest 1,0 bis 25 Gew.% eines hydraulischen Bindemittels enthält.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einem "hydraulischen Bindemittel" ein Stoffgemisch verstanden, das mit Wasser hydratisiert. Die dabei gebildeten Hydrationsprodukte führen zu einer Verfestigung der im ersten Schlicker enthaltenen festen Bestandteile.
Mit der vorgeschlagenen Zusammensetzung kann eine besonders rasche Verfestigung des ersten Schlickers erreicht werden. Es ist insbesondere möglich, den ersten Schlicker relativ hoch verdünnt in einem Spritzverfahren auf den Formkern aufzubringen. Das wiederum ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Herstellung einer Gussform zum Vergießen hochreaktiver Schmelzen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste Trockenmasse weniger als 95 Gew.% Y2O3 vorzugsweise weniger als 90 Gew.%, enthält. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass der für die Stabilität gegen einen korrosiven Angriff durch hochreaktive Schmelzen erforderliche, relativ teuere Bestandteil Y2O3 durch den Zusatz eines hydraulischen Bindemittels reduziert werden kann, ohne dass die Resistenz der Kontaktschicht gegen die korrosive Wirkung hochreaktiver Schmelzen herabgesetzt wird. Der Gehalt an Y2O3 in der ersten Trockenmasse kann beispielsweise bis auf 80 oder 85 Gew.% reduziert werden. Ein Teil des Y2O3, beispielsweise 5 bis 10 Gew.%, kann durch TiO2 ersetzt werden. Der Gehalt des hydraulischen Bindemittels beträgt vorteilhafterweise zwischen 8 und 16 Gew.%.
Wie bereits oben erwähnt worden ist, kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der erste Schlicker in einem Spritzverfahren auf den Formkern aufgebracht werden. Das ermöglicht die Herstellung einer besonders glatten und dünnen Kontaktschicht sowie eine besonders effiziente Verfahrensführung. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt das Kornband des ersten Pulvers zwischen 0 bis 50 µm und weist vorteilhafterweise eine mittlere Korngröße (d50) im Bereich von 8 bis 20 µm auf. Es hat sich gezeigt, dass sich ein Schlicker mit der vorgeschlagenen Korngrößenverteilung einerseits besonders gut im Spritzverfahren verarbeiten lässt und andererseits damit eine hohe Oberflächenqualität der Kontaktschicht erreicht werden kann.
Das zweite Y2O3-Pulver kann eine mittlere Korngröße (d50) im Bereich von 130 bis 200 µm aufweisen. Die vorgeschlagene mittlere Korngröße des zweiten Y2O3-Pulvers trägt zu einer guten Rieselfähigkeit bei und erleichtert damit das Besanden der Kontaktschicht.
Das hydraulische Bindemittel enthält vorzugsweise CaO * Al2O3. Ein solcher Calciumaluminatzement enthält zweckmäßigerweise 60 bis 80 Gew.% Al2O3, vorzugsweise etwa 70 Gew.% Al2O3. Eine unter Verwendung des vorgeschlagenen hydraulischen Bindemittels hergestellte Kontaktschicht weist eine ausgezeichnete Festigkeit auf. Die erste Trockenmasse enthält zweckmäßigerweise lediglich unvermeidbare Verunreinigungen an MgO. Damit kann eine besonders gute Resistenz gegenüber hochreaktiven Schmelzen, insbesondere Titanalumnid-Schmelzen, erreicht werden.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal wird eine die Schichtabfolge aus Kontakt- und erster Besandungsschicht oder die mehreren Schichtabfolgen umgebende Mantelschicht hergestellt. Die Mantelschicht kann als wesentlichen Bestandteil MgO enthalten. Eine zweite Trockenmasse zur Herstellung der Mantelschicht kann ferner ein hydraulisches Bindemittel, vorzugsweise Calciumaluminatzement, enthalten. Vorteilhafterweise enthält der 60 bis 80 Gew.% Al2O3, vorzugsweise etwa 70 Gew.% Al2O3. Eine zweite Trockenmasse enthält zweckmäßigerweise zumindest 40 Gew.% MgO, vorzugsweise 60 bis 80 Gew.%, sowie zumindest 20 Gew.% des hydraulischen Bindemittels. Ferner kann die zweite Trockenmasse eines oder mehrere der folgenden Oxide enthalten: Fe2O3, SiO2, CaO, Al2O3. Die Mantelschicht dient im Wesentlichen der mechanischen Stabilisierung der Kontaktschicht. Sie kann eine erheblich größere Schichtdicke aufweisen als die Kontaktschicht.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, vor der Herstellung der Mantelschicht auf die aus Kontakt- und erster Besandungsschicht gebildete Schichtabfolge eine aus einer Zwischen- und einer zweiten Besandungsschicht gebildete Zwischenschichtabfolge aufzubringen. Die Zwischenschicht kann durch einen im Spritz- oder Tauchverfahren aufgebrachten zweiten Schlicker hergestellt werden. Der zweite Schlicker kann als wesentlichen festen Bestandteil ein erstes MgO-Pulver enthalten. Ferner kann der zweite Schlicker ein hydraulisches Bindemittel, vorzugsweise einen Calciumaluminatzement (CaO * Al2O3) mit 60 bis 80 Gew.% Al2O3, vorzugsweise etwa 70 Gew.% Al2O3. Eine dritte Trockenmasse zur Herstellung des zweiten Schlickers kann zumindest 50 Gew.% MgO, vorzugsweise 60 bis 70 Gew.%, und zumindest 20 Gew.% des hydraulischen Bindemittels enthalten. Die zweite Besandungsschicht wird zweckmäßigerweise durch Aufbringen eines zweiten MgO-Pulvers auf die zweite Schlickerschicht hergestellt.
Es können mehrere derartige Zwischenschichtabfolgen, die jeweils aus Zwischenschicht und zweiter Besandungsschicht gebildet sind, nacheinander auf die Schichtabfolge aus Kontakt- und erster Besandungsschicht aufgebracht werden. Dabei kann das erste MgO-Pulver eine kleinere mittlere Korngröße als das zweite MgO-Pulver aufweisen.
Die erste und/oder die dritte Trockenmasse/n und/oder die Besandungsschicht/en können zusätzlich zumindest eines der folgenden Oxide enthalten: CeO2, La2O3, Gd2O3, Nd2O3, TiO2. Auch der Zusatz anderer Oxide der seltenen Erden ist möglich.
Die so hergestellte Zwischenschichtabfolge trägt zu einer verbesserten Thermoschockbeständigkeit der Gussform bei. Indem auch die Zwischenschichten ein hydraulisches Bindemittel enthalten, können auch sie schnell und effizient, insbesondere im Spritzverfahren, hergestellt werden. Dabei kann ein Feuchtigkeitsgehalt der Kontakt- und/oder der Zwischenschicht nach deren Aufbringung mittels Infrarotstrahlung auf einen vorgegebenen Wert vermindert werden. Der vorgegebene Wert kann im Bereich von 10 bis 60 % Restfeuchtigkeit liegen, vorzugsweise weniger als 20 % und mehr als 5 % Restfeuchtigkeit betragen.
Insbesondere im Hinblick auf die mechanische Stabilität der Gussform sowie deren effiziente Herstellung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der Anteil des hydraulischen Bindemittels in der ersten Trockenmasse kleiner ist als in der zweiten oder dritten Trockenmasse. Der Anteil des hydraulischen Bindemittels in der zweiten und/oder dritten Trockenmasse ist vorteilhafterweise um zumindest 2 Gew.%, vorzugsweise um zumindest 5 Gew.%, höher als in der ersten Trockenmasse.
Des Weiteren hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass der erste und/oder zweite Schlicker eine Viskosität von höchstens 1000 mPas, vorzugsweise zwischen 450 und 750 mPas, aufweist/aufweisen. Schlicker mit einer derartigen Viskosität lassen sich besonders gut im Spritzverfahren verarbeiten.
Nach weiteren Ausgestaltungsmerkmalen des Verfahrens wird nach der Herstellung der Mantelschicht der Formkern durch Schmelzen oder Ausbrennen des den Formkern bildenden Materials entfernt. Bei dem Material handelt es sich zweckmäßigerweise um Wachs oder dgl. Ein nach dem Entfernen des Formkerns gebildeter Grünkörper wird zweckmäßigerweise bei einer Sintertemperatur von mehr als 800 °C und weniger als 1200 °C gesintert. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwendung eines hydraulischen Bindemittels zur Herstellung der Gussform trägt also auch zu einer erheblichen Reduzierung der Sintertemperaturen bei.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt schematisch eine Teilquerschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Gussform. Eine Kontaktschicht 1 enthält beispielsweise 85 Gew.% Y2O3 und 15 Gew.% von Hydratationsprodukten des Calciumaluminatzements. Sie ist - abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen - zweckmäßigerweise frei von MgO. Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine erste Besandungsschicht bezeichnet, die im Wesentlichen aus einem weiteren Y2O3-Pulver mit einer mittleren Korngröße von etwa 150 µm besteht. Auch die erste Besandungsschicht 2 ist - abgesehen von unvermeidbaren Verunreinigungen - zweckmäßigerweise frei von MgO. Die Kontaktschicht 1 und die erste Besandungsschicht 2 bilden eine Schichtabfolge A.
Auf die erste Besandungsschicht 2 ist eine Zwischenschicht 3 aufgebracht, die als wesentlichen Bestandteil MgO enthält, welches wiederum mit dem Reaktionsprodukt eines Calciumaluminatzements abgebunden ist. Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine zweite Besandungsschicht bezeichnet, welche aus einem MgO-Pulver hergestellt ist. Eine abwechselnd aus der Zwischenschicht 3 und der zweiten Besandungsschicht 4 gebildete Zwischenschichtabfolge ist mit dem Bezugszeichen B bezeichnet. Die Zwischenschichtabfolge B ist mit einer Mantelschicht 5 hinterfüttert, welche als wesentlichen festen Bestandteil MgO enthält, das wiederum mittels eines hydraulischen Bindemittels, vorzugsweise Calciumaluminatzement, abgebunden ist.
Die Schichtabfolge A kann - ähnlich wie die Zwischenschichtabfolge B - auch aus einer Abfolge mehrerer abwechselnd aufeinanderfolgender Kontaktschichten 1 sowie erster Besandungsschichten 2 gebildet sein.
Zur Herstellung der Kontaktschicht 1 wird zunächst ein erster Schlicker hergestellt, dessen erste Trockenmasse 80 bis 90 Gew.% eines ersten Y2O3-Pulvers enthält. Die mittlere Korngröße d50 des ersten Y2O3-Pulvers beträgt zweckmäßigerweise 10 bis 15 µm. Der Modalwert beträgt vorteilhafterweise 15 bis 25 µm. Das Kornband liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 0 bis 50 µm. Ferner enthält die erste Trockenmasse 10 bis 20 Gew.%, vorzugsweise 8 bis 17 Gew.%, eines Calciumaluminatzements. Durch Zusatz einer geeigneten Menge an Wasser wird ein erster Schlicker mit einer Viskosität im Bereich von 400 bis 700 mPas hergestellt. Der erste Schlicker wird im Spritzverfahren auf einen, beispielsweise aus Wachs hergestellten, Formkern aufgespritzt. Sodann wird die aus dem ersten Schlicker hergestellte Kontaktschicht 1 mit einer ersten Besandungsschicht 2 besandet. Die erste Besandungsschicht 2 besteht dabei aus einem zweiten Y2O3-Pulver, welches eine mittlere Korngröße im Bereich von 170 bis 200 µm aufweist und zweckmäßigerweise lediglich unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Die so hergestellte Schichtabfolge A wird dann für eine Zeit von etwa 90 bis 180 Minuten getrocknet bzw. es wird eine geeignete Restfeuchigkeit von 10 bis 30 % eingestellt.
Der vorerwähnte Vorgang der Herstellung der Kontaktschicht 1 sowie der ersten Besandungsschicht 2 kann mehrfach, beispielsweise drei- bis fünfmal, wiederholt werden. Die Schichtabfolge A kann anstelle der ersten Besandungsschicht 2 auch durch eine Kontaktschicht 1 abgeschlossen werden. Es kann auch sein, dass eine die Schichtabfolge A abschließende erste Besandungsschicht im Wesentlichen aus einem MgO-Pulver hergestellt wird. Dieses MgO-Pulver kann hinsichtlich seiner Korngrößenverteilung sowie seiner mittleren Korngröße entsprechend dem zweiten Y2O3-Pulver ausgeführt sein.
Zur Herstellung einer oder mehrerer Zwischenschichten 3 der Zwischenschichtabfolge B wird ein zweiter Schlicker herstellt. Eine zweite Trockenmasse zur Herstellung des zweiten Schlickers enthält beispielsweise 65 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 65 bis 70 Gew.%, MgO sowie 20 bis 35 Gew.%, vorzugsweise 30 bis 35 Gew.%, eines Calciumaluminatzements. Durch Zusatz einer geeigneten Menge an Wasser wird ein zweiter Schlicker hergestellt, dessen Viskosität zweckmäßigerweise so eingestellt ist, dass damit eine Beschichtung im herkömmlichen Tauchverfahren möglich ist. Zur Herstellung der Zwischenschicht 3 wird die auf den Formkern aufgebrachte Schichtabfolge A im Tauchverfahren mit dem zweiten Schlicker beschichtet. Danach wird die zweite Besandungsschicht 4 aufgetragen, die im Wesentlichen aus einem MgO-Pulver mit einer Korngröße im Bereich von 0,1 bis 2,0 mm gebildet ist. Nach dem Herstellen der zweiten Besandungsschicht 4 wird die so gebildete Zwischenschichtabfolge B für eine Dauer von 15 bis 45 Minuten getrocknet bzw. es wird eine geeignete Restfeuchtigkeit von 10 bis 30 % eingestellt. Anschließend können in der gleichen Weise weitere Zwischen- 3 und zweite Besandungsschichten 4 aufgebracht werden. Die Zwischenschichtabfolge B kann abschließend für eine Zeitdauer von 30 bis 100 Minuten getrocknet werden.
Zur Herstellung der Mantelschicht 5 wird aus 60 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 70 bis 80 Gew.%, MgO, 20 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.%, Calciumaluminatzement sowie Wasser und Hilfsstoffen eine noch fließfähige Masse hergestellt. Der beschichtete Formkern wird dann in eine Form gestellt und mit der fließfähigen Masse umgossen. Nach dem Trocknen der fließfähigen Masse wird die Form entfernt. Der Formkern wird durch Temperaturerhöhung entfernt. Anschließend wird der so hergestellte Grünling der Gussform bei einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1200°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 1100 und 1200°C, gesintert.
Eine erste Trockenmasse zur Herstellung des ersten Schlickers enthält in diesem Fall 60 bis 70 Gew.% Y2O3 und 10 bis 20 Gew.% CeO2, das Kornband der Mischung liegt zwischen 0 bis 50 µm. Ferner enthält die erste Trockenmasse 10 bis 20 Gew.% des Calciumaluminatzements. Die erste Trockenmasse wird mit Wasser gemischt, so dass ein erster Schlicker mit einer Viskosität im Bereich von 300 bis 600 mPas entsteht.
Im Übrigen wird das Verfahren wie im Beispiel 1 erläutert durchgeführt.
Die Trocknung der Schichtabfolge A sowie der Zwischenschichtabfolge B kann auch mittels Infrarotstrahlung unterstützt werden. Zu diesem Zweck kann der beschichtete Formkern durch eine Trockenkammer geführt werden, in der eine Lufttemperatur im Bereich von 30 bis 60°C herrscht.
Der erste und/oder zweite Schlicker kann/können außer den vorerwähnten Bestandteilen auch noch herkömmliche Hilfsstoffe, insbesondere die organischen Hilfsstoffe, in üblichen Mengen enthalten.
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