DE2452763A1

DE2452763A1 - Verfahren und zusammensetzung fuer das verbesserte abtrennen von substanzen von heissen oberflaechen

Info

Publication number: DE2452763A1
Application number: DE19742452763
Authority: DE
Inventors: Louis Badone; Alexander March
Original assignee: Chrysler Corp
Current assignee: Old Carco LLC
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1975-05-15
Also published as: FR2257677B1; JPS5079422A; US4098929A; IT1025557B; CA1039455A; GB1487247A; JPS5240881B2; AU7487474A; FR2257677A1

Description

Bei vielen Industriezweigen ist es manchmal notwendig, überzüge auf heiße Oberflächen aufzubringen. Die überzüge wirken als Trennmittel zwischen der Oberfläche, auf die sie aufgebracht worden sind, und anderenMaterialien, die sonst mit dieser Oberfläche in Kontakt gekommen wären, so daß eine nachteilige gegenseitige Beeinflussung entstanden wäre.

Insbesondere bei der Entwicklung einer Ausrüstung für das Kolbengießen, die beispielsweise in der amerikanischen Patentanmeldung 188 056 und in der Anmeldung 293 712 beschrieben ist, existiert das Problem, das Anhaften des geschmolzenen Aluminiums an der Innen-

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seite der zum Gießen des Aluminiums bei der Herstellung der Kolben verwendeten Gießpfanne zu verhindern. Mit diesem Problem ist eine Reihe von unerwünschten Erscheinungsformen verbunden.

Zuallererst, wenn Aluminium in Form von Aluminium und Aluminiumoxidhäuten auf der Innenseite der Gießpfanne verbleibt, wenn weiteres geschmolzenes Aluminium in die Gießpfanne gebracht wird, besteht die Tendenz, daß dieses Material beim Gießen des geschmolzenen Aluminiums in den Guß eingeschfossen wird, so daß bei den hergestellten Kolben unerwünschte Mangel auftreten.

Da zum zweiten der Metallstrom, der die Gießpfanne füllt, infolge der bei der oben beschriebenen Ausrüstung verwendeten automatischen Gießpfannenfüllung immer den gleichen Fleck trifft, findet an diesem Fleck ein Verschleiß des Gießpfanneninneren statt, woraus das mechanische Anhaften von Aluminium- und Aluminiumoxidhäuten an der Gießpfanne resultiert.

Zum dritten können irgendwelche Ablagerungen, die an der Innenseite der Gießpfanne anhaften, den Metallstrom ablenken, so daß in Extremfällen das Metall nicht in die Form eindringt, sondern über die Formausrüstung gegossen wird.

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Es ist daher wünschenswert, eine Gießpfanne zur Verfügung zu haben, in der die Oxidhaut, während sie noch heiß und flexibel ist, durch Umdrehen der Gießpfanne entfernt werden kann, so daß die Haut auster Gießpfanne herausfällt, bevor diese wieder mit geschmolzenem Aluminium gefüllt wird. Es sind bereits verschiedene Materialien bei der Herstellung der Gießpfannen eingesetzt worden, alle wiesen jedoch nicht die gewünschten Hafteigenschaften auf. Darüber hinaus wurde auch schon versucht, die Gießpfanne mit verschiedenartigen bekannten Trennmitteln zu überziehen. Beispielsweise fand man heraus, daß durch Handauftragung von Fett- und Graphitmischungen normalerweise das gewünschte Verhalten erreicht werden kann; dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß man sich notwendigerweise auf viele Personen bei der Ausführung der überzüge verlassen muß, so daß daher dieses Aufbringungsverfahren relativ ungleichförmig durchgeführt wurde. Hinzu kommt, daß das sich in Kontakt mit der heißen Gießpfannenoberfläche befindende Fett aufflammt und große Rauchmengen erzeugt sowie zu nicht zufriedenstellenden Arbeitsbedingungen führt. Darüber hinaus ist der Bedienungsmann Gerüchen und einer übermäßigen Hitze ausgesetzt.

Es ist daher offensichtlich, daß sowohl vom Standpunkt

auch.

einer gleichförmigen Aufbringung als/von der Verbesserung der Arbeitsbedingungen eine andere Art von überzug ge-

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fordert wird, vorzugsweise ein automatisch aufgebrachter Überzug.

Einen Zeitraum lang schien die Verwendung von kolloidalen Graphitdispersionen, die bereits lange Zeit bei Metallbearbeitungsverfahren als Trennmittel eingesetzt worden waren, zugkräftig zu sein. Kolloidaler Graphit, der in einer Vielzahl von Trägerflüssigkeiten suspendiert ist, ist kommerziell erhältlich; es bestand daher die Idee, eine kolloidale Graphitdispersion zu finden, die nach jedem Gießvorgang, vor dem Wiederfüllen der Gießpfanne, in diese gesprüht werden kann, so daß die Aluminium- und Aluminiumoxidhaut vor der Wiederfüllung der Gießpfanne aus dieser sauber herausfallen würden.

Als Methode des Auftragens wurde Aufsprühen bevorzugt, da dieses schnell abläuft und zu einem gleichmäßigen Auftrag führt. Die zum überziehen der Gießpfanne in einer automatischen Einrichtung der oben beschriebenen Art zur Verfügung stehende Zeit ist sehr kurz und beträgt nur zwei oder drei Sekunden zwischen der Rückkehr der Gießpfanne in die Füllposition nach dem Gießen und dem Beginn des Füllvorganges.

Anfangs wurde kolloidaler Graphit untersucht, der in drei Materialien, Wasser, Isopropylalkohol und Lackbenzin (Materialien vom Kerosintyp), suspendiert war.

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Graphit in Wasser führte zu keinem befriedigenden Ergebnis, da bei der Temperatur, bei der mit der Gießpfanne gearbeitet wurde, kein Überzug hergestellt werden konnte. Das Spray schien in die Gießpfanne einzutreten und von dieser wieder abzuprallen, wobei sich auf der Oberfläche der Gießpfanne nur sehr wenig Material absetzte. Diese geringe abgeschiedene Materialmenge besaß keine bemerkenswerte Wirkung als Trennmittel, da sich in Wirklichkeit nur wenig Graphit abgesetzt hatte.

Graphit in Isopropylalkohol führte ebenfalls nur zu einer geringen Graphitmenge, die an der Oberfläche der Gießpfanne anhaftete, ergab jedoch eine etwas bessere Abtrennung der übriggebliebenen Aluminium- und Aluminiumoxidhaut von der Gießpfannenoberfläche. Der Alkohol zeigte jedoch eine starke Tendenz, sich während des Aufsprühens zu entzünden und trocknete darüber hinaus unter den heißen Bedingungen, die in Gießereibereich existierten, in den Sprühköpfen und Schlauchleitungen aus, wodurch das Verfahren äußerst unzuverlässig wurde. Im allgemeinen wurde daher die Verwendung von großen Alkoholmengen als Träger für den Graphit in einer Gießerei als wenig zufriedenstellend und gefährlich angesehen.

Das dritte Material, das untersucht wurde, war kolloidaler Graphit, der in Lackbenzin oder Kerosin dispergiert

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war. Ein kommerziell hergestelltes Material wurde von der Firma Acheson Colloids of Brantfort, Ontario, Canada erhalten, das unter der Bezeichnung Acheson Dispersion No. 2404 im Handel war. Als dieses Material mit Kerosin weiter verdünnt und auf eine Gießpfanne aufgesprüht wurde, setzte sich bedeutend mehr Grphit ab, obgleich noch eine beträchtliche Menge an Material aus der heißen Gießpfanne zurückprallte und die angrenzenden Bereiche überdeckte. Die Abtrennung der Aluminium- und Aluminiumoxidhaut von der Gießpfanne war mit diesem Material viel besser und darüber hinaus trat im allgemeinen keine Entzündung des kerosinartigen Lösungsmittels auf. Andererseits wurden jedoch von Zeit zu Zeit, als die Sprühbedingungen infolge der Verstellung der Sprühköpfe unbefriedigend waren» während des Uberzugsverfahrens große Flammen erzeugt. Hinzu kam, daß das von dem Lackbenzin erzeugte Gas zu unbefriedigenden Arbeitsbedingungen führte. Diese Materialart wurde in einer Gießerei über einen kurzen Zeitraum während der normalen Produktion eingesetzt; der durch das Gas verursachte Geruch sowie die verursachte Reizung der Augen führte jedoch zur Einstellung der Verwendung dieses Materials.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, kolloidalen Graphit oder ein gleichwertiges partikel-

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förmiges Trennmittel in relativ geringen Lackbenzinmengen, beispielsweise Acheson Dispersion No. 2404, suspendiert in relativ großen Wassermengen als Hauptträgersubstanz zu emulgieren. Diese Idee basierte auf der Tatsache, daß die relativ geringe Menge des Kerosin-Suspensionsmediums für das kolloidale Trennmittel, die in der relativ großen Wassermenge emulgiert wird, weniger schädliche Dämpfe erzeugt und darüber hinaus gleichwerüge Mengen an Trennmittelpartikeln der Gießpfanne zuführt. Das Wasser führt Tropfen der kolloidalen Partikel, die im Lackbenzin suspendiert sind, auf die heiße Gießpfannenoberfläche, auf der sie einen überzug bilden, wobei die Menge an verflüchtigtem Lackbenzin minimal ist. Im Vergleich zur Wassermenge werden nur geringe Mengen an Lackbenzin benötigt.

Erste Versuche führten zu guten Ergebnissen. Die Graphitüberzüge hafteten sehr schnell an, wobei bedeutend weniger übersprüht wurde. Im Arbeitsbereich trat kein Geruch und keine Reizung der Augen auf; darüber hinaus wurde die Feuergefahr nahezu ausgeschaltet.

Aus durchgeführten Tests, wobei Pfannen zum Gießen von geschmolzenem Aluminium verwendet wurden, wurde festgestellt, daß etwa 10 Gew.-% Graphit, der in einem

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Lackbenzin des hiernach beschriebenen Typs kolloidal suspendiert ist, wobei diese Suspension wiederum mit 5 Teilen Wasser verdünnt ist, zu einer optimalen Trennmittelzusammensetzung führen. Abweichungen von diesen Mengen sind in verschiedenem Ausmaß möglich. Normalerweise ist jedoch die in dem wässrigen Trägermaterial emulgierte Lackbenzinmenge nur gering. Die bevorzugte Mischung ist nunmehr kommerziell erhältlich von der Firma Surbond Lubricants, Ltd. of Milton, Ontario/ Kanada als ⁿ2k0h Ladle Coating".

Die Bezeichnung "lackbenzinartiges Medium" soll kolloidale Suspensionsmedien vom Petroleumdestillattyp mit einem allgemeinen Siedepunktbereich von etwa 150 bis 400 F einschließen. Das bevorzugte Suspensionsmedium für die kolloidalen Partikel ist Naphtha, allgemein auch als Malernaphtha oder als Petroleumdestillat bezeichnet j mit einem Siedeptuaktbereich von etwa 200 bis 300 ⁰F oder Kerosin mit einem Siedepunktbereich von etwa 300 bis 400 ⁰F₉ wobei das zuletzt genannte Material sogar noch stärker bevorzugt wird.

Die Bezeichnung "Trennmittelpartikel¹¹ soll nichtreaktionsfähige Partikel von Kolloidgröße einschließen, die als Trennmittel geeignet sind, beispielsweise fein zerteilte Tone, Kaolin, Aluminiumoxid, Eisenoxid,

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Molybdändisulfid, Glimmer, Chromoxid, Schlämmkreide sowie andere ähnliche Partikel, wobei Graphit bevorzugt wird.

Aus Erfahrungen mit dem überziehen von Dauerformen mit Suspensionen, die aus Wasser und derartigen Materialien in Kolloidgröße wie Kaolin, kolloidalem Glimmer und Schlämmkreide bestanden, wurde festgestellt, daß die Temperatur der zu beschichtenden Oberfläche von Wichtigkeit ist, wenn ein zufriedenstellender Überzug erhalten werden soll. Die Temperatur einer Form soll etwa 400 bis 450 F betragen, wenn diese mit einer Wassersuspension überzogen werden soll. Wenn die

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Temperatür/niedrig ist, beispielsweise etwa 300 F beträgt, trocknet das Spray nicht besonders schnell, so daß die Suspension von der besprühten Oberfläche herunterläuft und Bereiche zurückläßt, auf denen fast kein überzug verbleibt. Wenn die Oberfläche zu heiß ist, beispielsweise 500 bis 55O°F beträgt, haften die Tropfen der Suspension nicht an der Oberfläche an, sondern prallen von dieser infolge der schnellen Dampfbildung wieder ab, so daß dünne, unebene überzüge resultieren.

Daher soll die Temperatur der mittels Wassersuspension zu überziehenden Oberfläche in der Dauerform etwa 200 bis 25O°F über dem Siedepunkt des Wasserdispergens für

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den überzug liegen. Diese Erkenntnis ist auf die Erfindung direkt anwendbar.

Das Lackbenzindispergens in der Acheson Dispersion 2404 besitzt einen anfänglichen Siedepunkt von 290 bis 310°F und einen Endsiedepunkt von 370 bis 38O°F. Gießpfannen des oben erwähnten Typs weisen infolge der von dem geschmolzenen Aluminium, das sie enthalten, entwickelten Hitze beim überziehen eine Temperatur von 600 bis 650 F auf. Daher besteht eine Differenz von etwa 200 bis 250 F zwischen dem Endsiedepunkt der Flüssigkeit, in der der kolloidale Graphit dispergiert ist, und der Temperatur der zu überziehenden heißen Oberfläche.

Das allgemeiae Prinzip, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, ist das folgende:

Um einen Graphit- oder einen Überzug eines anderen partikelformigen Trennmittels auf einer heißen Oberfläche abzuscheiden, sollten die Partikel in einem flüssigen Träger, der bei einer Temperatur von etwa 200 bis 25O°F unter der Temperatur der heißen Oberfläche siedet, kolloidal suspendiert oder dispergiert werden. Es existieren jedoch Probleme der Luftverschmutzung, wenn solche Materialien, wie öle, Petroleumdestillate und andere Flüssigkeiten als Wasser

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allein als Träger verwendet werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept verdampft der Wasserträger schnell und sauber, wobei relativ geringe Mengen an Lackbenzinträger mit den Partikeln zum Trocknen zurückbleiben. Die Folge davon ist eine minimale Belastung der Umgebung.

Durch die Erfindung wird die massive Erzeugung von gefährlichen Dämpfen vermieden, indem der überzug (im bevorzugten Falle kolloidaler Graphit) in einer konzentrierten kolloidalen Suspension in einem lackbenzinartigen Medium gehalten und diese Suspension in Wasser emulgiert wird, so daß die Graphit-Lackbenzin-Suspension im Wasser in der Form von feinen Tropfen weit dispergiert wird. In der bevorzugten Aufbringungsart zur Bildung des Graphitüberzuges auf der Gießpfanne wird das Emulsionsgemisch als feines Spray in die heiße Oberfläche aufgesprüht. Der Wasseranteil des Sprays verdampft schnell, wenn er sich der heißen Oberfläche nähert, jedoch die Graphit-Lackbenzin-Tropfen mit ihrem höheren Siedepunkt verfolgen ihre Bahn weiter und treffen auf die heiße Oberfläche auf. Wegen des höheren Endsiedepunktes und des breiten Siedepunktbereiches des lackbenzxnartigen Mediums, in dem der kolloidale Graphit suspendiert ist, breiten sich die Tropfen auf der heißen Oberfläche aus und

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lassen den feinen kolloidalen Graphit als Überzug auf dieser zurück, wenn das 1ackbenzinartige Medium verdampft ist.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Aufbringen von Graphit auf eine Oberfläche zur Sicherung einer verbesserten Abtrennung, gekennzeichnet durch die Schritte: Erhitzen der Oberfläche, die den Graphit aufnehmen soll. Aufbringen einer Graphitsuspension auf die erhitzte Oberfläche, wobei diese Suspension kolloidalen Graphit enthält, der in einem lackbenzinartigen Medium suspendiert ist, das danach in Wasser emulgiert worden ist, so daß ein im wesentlichen aus den Graphitpartikeln bestehender Überzug auf der-erhitzten Oberfläche gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension durch Aufsprühen aufgebracht wird.

3. Verfären nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lackbenzinartige Medium und Wasser in einem Verhältnis von etwa 1 : 5 vorliegen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit in dem lackbenzinartigen Medium in einer Menge von etwa 10 Gew.-% vorliegt.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lackbenζinartige Medium Kerosin ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das lackbenzinartige Medium Kerosin ist, der Graphit in einer Menge von etwa 10 Gew.-% in kolloidaler Suspension in dem Kerosin vorliegt, und daß die Graphit-Kerosin-Suspension in einem wäßrigen Träger emulgiert wird, wobei Kerosin und Wasser in einem Verhältnis von etwa 1 : 5 gemischt werden.

7. Verfahren zum Verbessern des Gießens von geschmolzenem Aluminium aus einer Gießpfanne, gekennzeichnet durch die Schritte:

Erhitzen der Gießpfanne und Aufbringen einer Graphitsuspension auf die Gießpfannenoberfläche zwischen den einzelnen Gießvorgängen, wobei die Suspension von kolloidalem Graphit gebildet wird, der in einem lackbenzinartigen Medium suspendiert ist, das danach in Wasser emulgiert worden ist, so daß auf der erhitzten Oberfläche ein Überzug entsteht, der im wesentlichen aus den Giaphitpartikeln besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 7„ dadurch gekennzeichnet,

daß die Suspension durch Aufsprühen aufgebracht

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9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das laekbenzinartige Medium und Wasser etwa in einem Verhältnis 1 : 5 vorliegen.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit in dem lackbenzinartigen Medium in einer Menge von etwa 10 Gew.-% vorliegt.

11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das laekbenzinartige Medium Kerosin ist.

12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das laekbenzinartige Medium Kerosin ist, der Graphit in einer Menge von etwa 10 Gew.-% in kolloidaler Suspension in dem Kerosin vorliegt und daß das Kerosin in einem wäßrigen Träger emulgiert ist, wobei Kerosin und Wasser etwa in einem Verhältnis 1 : 5 gemischt werden.

13. Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem lackbenzinartigen Medium dispergierten kolloidalen Graphit aufweist, welches danach mit Wasser emulgiert worden ist.

14. Trennmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das laekbenzinartige Medium und Wasser in einem Verhältnis von 1 : 5 vorliegen.

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15. Trennmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das lackbenζinartige Medium Kerosin ist.

16. Trennmittel nach Anspruch 13; dadurch gekennzeichnet, daß der kolloidale Graphit in dem lackbenzinartigen Medium in einer Menge von etwa 10 Gew.-% vorliegt.

17. Trennmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das lackbenzinartige Medium Kerosin ist, der Graphit in einer Menge von etwa 10 Gew.-% in kolloidaler Suspension in dem Kerosin vorliegt und daß Graphit-Kerosin in Wasser emulgiert ist, wobei Kerosin und Wasser etwa in einem Verhältnis von 1 : 5 gemischt sind.

18. Verfahren zum Aufbringen von Graphitteilchen auf heiße Oberflächen, gekennzeichnet durch die Schritte: Kolloidales Suspendieren der Graphitteilchen in einem Trägermedium mit einem Endsiedepunkt, der etwa 250 F niedriger ist als die Temperatur der heißen Oberfläche, Emulgieren der auf diese Weise gebildeten kolloidalen Suspension in Wasser und Aufbringen der resultierenden Emulsionsmischung auf die heiße Oberfläche.

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19. Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Aluminium in Formen, gekennzeichnet durch die Schritte: Erhitzen einer Gießpfanne, kolloidales Suspendieren von Graphitteilchen in einem Trägermedium mit einem Endsiedepunkt, der etwa 250 F niedriger ist als die Temperatur der heißen Gießpfannenoberfläche, Emulgieren der auf diese Weise gebildeten kolloidalen Dispersion in Wasser und Aufbringen des Emulsionsgemisches auf die Gießpfanne zwischen den Perioden, in der diese mit geschmolzenem Aluminium gefüllt wird, so daß ein Graphitüberzug gebildet wird.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion auf die Gießpfannenoberfläche aufgesprüht wird.

21. Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem lackbenzinartigen Medium dispergierte Partikel eines Trennmittels aufweist, welches danach in Wasser emuigiert worden ist.

22. Verfahren zum Aufbringen von Teilchen eines Trennmittels auf heiße Oberflächen zur Ausbildung einer Trennschicht, gekennzeichnet durch die Schritte:

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Kolloidales Suspendieren der Teilchen in einem Trägermedium mit einem Endsiedepunkt, der etwa 250 F niedriger ist als die Temperatur der heißen Oberfläche, Emulgieren der auf diese Weise gebildeten kolloidalen Suspension in Wasser und Aufbringen des resultierenden Emulsionsgemisches auf die heiße Oberfläche.

23. Verfahren zum Gießen von geschmolzenem Metall in Formen, gekennzeichnet durch die Schritte: Erhitzen einer Gießpfanne, kolloidales Suspendieren von Teilchen eines Trennmittels in einem Trägermedium mit einem Endsiedepunkt, der etwa 250 F niedriger ist als die Temperatur der heißen Gießpfannenoberfläche, Emulgieren der auf diese Weise gebildeten kolloidalen Dispersion in Wasser und Aufbringen des Emulsionsgemisches auf die Gießpfanne zwischen den Perioden, in den diese mit geschmolzenem Metall gefüllt wird, so daß sich eine Trennschicht ausbildet.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion auf die Gießpfannenoberfläche aufgesprüht wird.

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