DE19716524C1 - Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit einem Hohlraum - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Formkör­ pers mit wenigstens einem Hohlraum nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Herstellung von Formkörpern mit einem Hohlraum werden in der Guß­ technik Sandkerne verwendet, ferner Kerne aus Salzformkörpern, die aus dem Gußkörper zur Hohlraumbildung herausgelöst werden. Beispielsweise be­ schreibt DE-OS 20 48 283 die Verwendung von Sand- oder Gipsformen als wasserlösliche Kerne für Gußarbeiten. Zur Erhöhung der Festigkeit wird dort ein Salzkern vorgeschlagen, der aus einer Mischung aus Natriumchlorid und einem Metalloxyd besteht. Sowohl Sandkerne wie Kerne aus Salzformkörpern weisen jedoch eine geringe mechanische Festigkeit auf. Sie sind daher schwierig zu handhaben. Aufgrund ihrer geringen Festigkeit sind sie zudem praktisch nur in der Gußtechnik zur Herstellung von Formkörpern einsetzbar, nicht jedoch für andere Formkörperherstellungsverfahren.

Ferner ist es bekannt, zur Herstellung von Formkörpern mit Hohlräumen durch galvanische Beschichtung Kerne aus elektrisch leitfähigem Wachs zu verwenden, das anschließend herausgeschmolzen wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht u. a. darin, daß man in der Materialauswahl auf galvanisch abscheidbare Metalle eingeschränkt ist.

DE-A-36 04 370 ist auf die Erzielung einer höheren Feuerfestigkeit der Kerne gerichtet. Dazu wird vorgeschlagen, einer Formstoffmasse eines Kerns ein Magnesiumoxydgranulat zuzusetzen, das durch Behandlung mit Wasser auf­ grund einer Volumenzunahme zum Zerfall des Kerns führt. Dies kann jedoch eine Deformation des herzustellenden Formkörpers zur Folge haben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kern zur Herstellung eines Körpers mit wenigstens einem Hohlraum bereitzustellen, der aus dem Körper zur Hohl­ raumbildung schnell und einfach entfernbar ist und dennoch eine hohe me­ chanische Festigkeit aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Körper beliebi­ ger Form und Größe mit Hohlräumen beliebiger Zahl, Form und Größe hergestellt werden, wenn Kerne entsprechender Zahl, Form und Größe verwendet werden. Das heißt, nicht nur Hohl­ körper an sich, sondern z. B., wenn die Hohlräume offene Po­ ren sind, auch Körper mehr oder weniger hoher Porösität.

Der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete wasser­ lösliche Kern besteht aus einer Aluminium- oder einer Ma­ gnesiumlegierung. Er weist damit eine hohe mechanische Fe­ stigkeit auf. Er kann daher nicht nur als Kern für die Gusstechnik eingesetzt werden, sondern auch für andere Ver­ fahren, um auf oder um den Kern oder die Kerne den Körper zu bilden. So kann der erfindungsgemäß verwendete Kern bei­ spielsweise durch thermisches Spritzen beschichtet werden. Da er elektrisch leitfähig ist, ist er auch zum galvani­ schen Beschichten geeignet.

Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Form­ körper kann dabei aus einem beliebigen Material bestehen, z. B. aus Metall, Keramik oder Kunststoff.

An sich lösen sich Magnesiumlegierungen und vor allem Alu­ miniumlegierungen durch ihre Passivierung in Wasser, wenn überhaupt, nur sehr langsam. Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass Formkörper oder Schichten aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen diese Eigenschaft völlig verlie­ ren und sich in Wasser sehr schnell auflösen, wenn sie durch thermisches Spritzen hergestellt worden sind.

Dies ist auf den hohen Oxidgehalt und/oder die hohe Porösi­ tät zurückzuführen, der bzw. die entsteht, wenn die Alumi­ nium- oder Magnesiumlegierung als Spritzwerkstoff beim thermischen Spritzen verwendet wird.

Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Kern daher eine Po­ rösität von mindestens 1 Vol.-% und/oder einen Oxidgehalt von mindestens 1 Gew.-% auf. Je höher der Oxidgehalt bzw. die Porösität ist, umso schneller löst sich im allgemeinen der Kern auf. Auf der anderen Seite kann eine zu hohe Porö­ sität bzw. ein zu hoher Oxidgehalt zu einer zu starken Her­ absetzung der mechanischen Festigkeit des Kerns führen.

Besonders bevorzugt ist eine Porösität von 5 bis 25 Vol.-% und ein Oxidgehalt von 5 bis 30 Gew.-%. Eine solche Porösi­ tät bzw. ein solcher Oxidgehalt wird erhalten, wenn der Kern durch herkömmliche thermische Spritzverfahren herge­ stellt wird, insbesondere durch herkömmliches Flammsprit­ zen.

Neben den thermischen Spritzverfahren kann der erfindungs­ gemäße Kern auch durch Sintern hergestellt werden. Um einen ausreichend hohen Oxidgehalt des Kerns sicherzustellen, wird vorzugsweise ein Sinterpulver mit einem entsprechend hohen Oxidgehalt verwendet, beispielsweise ein Sinterpul­ ver, das durch Verdüsen der geschmolzenen Aluminium- oder Magnesiumlegierung in einer sauerstoff- oder wasserhaltigen Atmosphäre hergestellt worden ist.

Das Sintern kann durch heißes isostatisches Pressen (HIP) oder durch kaltes isostatisches Pressen (CIP) erfolgen.

Die Aluminiumlegierung weist vorzugsweise als Legierungs­ komponente eines oder mehrere Metalle aus den Gruppen Ia, IIa, IIIa (außer Aluminium), IVa und Va des Periodensy­ stems auf. Die Magnesiumlegierung enthält als Legierungs­ komponenten vorzugsweise eines oder mehrere Metalle aus der Gruppe Ia, IIa (außer Magnesium), IIIa, IVa und Va des Pe­ riodensystems.

Als Legierungskomponenten für die Aluminiumlegierung sind insbesondere Zinn, Zink und Magnesium geeignet. Wie sich gezeigt hat, weist beispielsweise ein Kern aus einer Alumi­ niumlegierung aus 70 bis 90 Gew.-% Aluminium und 10 bis 30 Gew.-% Zinn eine sehr hohe Lösegeschwindigkeit auf.

Allgemein beträgt der Gehalt der Legierungskomponenten in der Aluminiumlegierung bzw. der Magnesiumlegierung insge­ samt vorzugsweise mindestens 1 Gew.-%, insbesondere 5 bis 40 Gew.-% .

Das Auflösen des erfindungsgemäßen Kerns kann mit neutralem Wasser erfolgen, oder mit einer wässrigen Lauge, ggf. auch mit einer Säure, sofern der Formkörper dadurch nicht ange­ griffen wird.

Das Lösen der Aluminium- bzw. Magnesiumlegierung in Wasser stellt eine stark exotherme Reaktion dar. Die gebildete Wärme führt zu einer erheblichen Beschleunigung des Auflö­ sevorgangs.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an­ hand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ei­ nen Schnitt durch ein Teil einer Brennkammerwand eines Ra­ ketenmotors zeigt.

Die Brennkammerwand 1 besteht danach aus einer Innenwand 2 und einer Außenwand 3 aus Metall. Die Innenwand 2 ist auf ihrer Außenseite mit Rippen 4 versehen, so dass zwischen der Außenwand 3 und der Innenwand 2 Kühlkanäle 5 gebildet sind, durch die beispielsweise der Raketentreibstoff (z. B. flüssiger Wasserstoff oder Sauerstoff) fließt.

Zur Herstellung der Wand 1 wird erfindungsgemäß zunächst die Innenwand 2 mit den Rippen 4 hergestellt und dann durch Flammspritzen von oben auf die Innenwand 2 zwischen die Rippen 4 eine Aluminiumlegierung eingebracht, um Kerne zu bilden, die die Kanäle 5 füllen. Alsdann wird auf die Rip­ pen 4 und die Kerne in den Kanälen 5, z. B. durch thermi­ sches Spritzen, die Außenwand 3 aufgebracht, so dass eine feste Verbindung zwischen der Außenwand 3 und den Rippen 4 entsteht. Zum thermischen Spritzen der Außenwand 3 kann da­ bei ein anderes Spritzverfahren, beispielsweise Hochge­ schwindigkeitsflammspritzen, mit einem anderen Spritzwerk­ stoff, z. B. Stahl, eingesetzt werden. Schließlich wird der Verbund aus Innenwand 2 und Außenwand 3 mit den flammge­ spritzten Aluminiumlegierungskernen in den Kanälen 5 in ein Wasserbad getaucht, um die Kerne auszulösen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit wenigstens einem Hohlraum, bei dem ein Körper mit einem wasserlös­ lichen Kern hergestellt wird, der anschließend zur Hohlraumbildung herausgelöst wird, dadurch gekennzeich­ net, dass der wasserlösliche Kern aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Porösität des Kerns mindestens 1 Vol.-% und/oder dessen Oxidgehalt mindestens 1 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Kern durch thermisches Spritzen oder Sin­ tern hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Spritzen durch Flammspritzen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Aluminiumlegierung aus Aluminium und wenigstens einem Metall der Gruppen Ia bis Va des Periodensystems und die Magnesiumlegierung aus Magnesium und wenigstens einem Metall der Gruppe Ia bis Va des Periodensystems besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, dass der Gehalt der Legierungskomponenten der Alu­ minium- oder Magnesiumlegierung insgesamt 1 bis 50 Gew.-% beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, dass die Legierungskomponente der Aluminiumlegie­ rung Zinn, Zink und/oder Magnesium ist.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Körper durch Umgiessen des Kerns hergestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Kern zur Herstellung des Körpers durch thermisches Spritzen beschichtet wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Kern zur Herstellung des Körpers galvanisch beschichtet wird.