CN104812509A - 铸模用砂、砂铸模的造模方法及金属铸造用芯子 - Google Patents

铸模用砂、砂铸模的造模方法及金属铸造用芯子 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铸模用砂，其含有：砂(1)、粘结剂(2)、通过熔融金属的热量而产生气体(4A)(水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方)的难溶于水的无机化合物粒子(3)。

Description

铸模用砂、砂铸模的造模方法及金属铸造用芯子
技术领域
本发明涉及一种铸模用砂、砂铸模的造模方法及金属铸造用芯子。
背景技术
一直以来，对于在铸模中所使用的砂，出于提高保形性等的目的而实施了添加粘结剂的处理。
例如，作为铸模用的材料，公开了一种至少包括如下物质的用于制造金属加工用的铸模的成形材料混合物，所述物质为，耐火性的成形基础材料；含有水玻璃的粘结剂；选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛及氧化锌的固定比例的颗粒状氧化金属；碳水化合物(例如，参照日本特表2010-506730号公报)。
此外，还公开了一种模铸件铸造方法，其虽然不是关于与砂混合的粘结剂的技术，但是针对在铸模内表面上进行涂敷的脱模剂，作为添加剂而使用了选自石墨、BN、水玻璃、云母、硅胶、氢氧化镁以及氧化镁中的至少一种(例如，参照日本特开2001-47213号公报、日本特开2000-343201号公报、日本特开2000-343199号公报)。
发明内容
发明所要解决的课题
在使用了砂铸模的铸造方法中，一直以来都要求提高将熔融金属冷却固化并获得了铸件之后的砂铸模的去除性，从而在容易实施砂铸模的去除这一观点上要求进一步的改善。另外，存在有被注入的熔融金属的温度越低则砂铸模的去除性变得越差的倾向，例如在如铝铸件这样的注入熔融金属的温度为700℃的较低的情况下，更强烈地要求上述去除性的改善。
此外，虽然在所述日本特表2010-506730号公报中公开了一种以改善砂向铸件表面的附着为目的而使在含有水玻璃的粘结剂中混合有机化合物的方法，但是由于通过使有机化合物被加热从而会产生树脂等残渣，因此也存在产生从铸件和铸造设备中去除该残渣的需要这样的问题点。
即，本发明的目的在于，提供一种能够将砂铸模从铸件表面容易地去除的铸模用砂。此外，其目的还在于，提供一种在铸件的铸造中被使用之后能够容易地从该铸件的表面进行去除的砂铸模的造模方法、以及在铸件的铸造中被使用之后能够容易地从该铸件的表面进行去除的金属铸造用芯子。
用于解决课题的方法
上述课题通过以下的方法而被解决。
(1)铸模用砂含有：砂、粘结剂、通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的难溶于水的无机化合物粒子。
(2)在所述(1)所记载的铸模用砂中，含有通过发泡而产生的气泡，并且粘度为0.5Pa·s以上且10Pa·s以下。
(3)在所述(1)或(2)所记载的铸模用砂中，所述无机化合物粒子包括选自碳酸盐及氢氧化物中的至少一种。
(4)在(1)至(3)中的任一项所记载的铸模用砂中，所述粘结剂为水溶性粘结剂并且具有发泡性。
(5)在所述(4)所记载的铸模用砂中，作为所述粘结剂，包括选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂中的至少一种。
(6)在所述(5)所记载的铸模用砂中，相对于砂，所述阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂的总添加量为质量百分比0.005％以上且质量百分比0.1％以下。
(7)在所述(1)至(6)中的任一项所记载的铸模用砂中，作为所述粘结剂，包括水溶性的硅酸钠。
(8)在所述(7)所记载的铸模用砂中，相对于砂，所述硅酸钠的添加量为质量百分比0.1％以上且质量百分比20.0％以下。
(9)在所述(1)至(8)中的任一项所记载的铸模用砂中，作为所述粘结剂，包括选自由聚乙烯醇及其衍生物、皂角苷、淀粉及其衍生物、以及其他的糖类所组成的粘结剂群(A)中的至少一种。
(10)在所述(9)所记载的铸模用砂中，相对于砂，所述粘结剂群(A)中所包含的粘结剂的总添加量为质量百分比0.1％以上且质量百分比20.0％以下。
(11)在所述(1)至(10)中的任一项所记载的铸模用砂中，所述铸模用砂被用于铝或铝合金的铸造中。
(12)一种砂铸模的造模方法，包括：a)发泡砂混合物调制工序，通过对砂、水溶性的粘结剂、通过熔融金属的热量而至少产生水蒸汽及二氧化碳气中的一方的难溶于水的无机化合物粒子、以及包含水的砂混合物进行搅拌，从而在该砂混合物中产生发泡，并且对包含气泡的发泡砂混合物进行调制；b)填充工序，将所述发泡砂混合物填充至金属模中的铸模造模用的空间中；c)砂铸模造模工序，使所填充的发泡砂混合物的水分蒸发而使发泡砂混合物固化，从而对砂铸模进行造模；d)取出工序，将造模出的砂铸模从所述铸模造模用的空间中取出。
(13)在所述(12)所记载的砂铸模的造模方法中，在所述b)填充工序中，所述发泡砂混合物向所述铸模造模用的空间中的填充是通过由气缸内的活塞的压入而进行的直接加压来实施的。
(14)在所述(12)所记载的砂铸模的造模方法中，在所述b)填充工序中，所述发泡砂混合物向所述铸模造模用的空间中的填充是通过向气缸内供给压缩空气来实施的。
(15)在所述(12)至(14)中的任意一项所记载的砂铸模的造模方法中，在所述c)砂铸模造模工序中，所述发泡砂混合物的水分的蒸发是通过来自被加热了的金属模的热量来实施的。
(16)在所述(12)至(14)中的任意一项所记载的砂铸模的造模方法中，在所述c)砂铸模造模工序中，所述发泡砂混合物的水分的蒸发是通过被加热了的空气的流动来实施的。
(17)在所述(12)至(14)中的任意一项所记载的砂铸模的造模方法中，在所述c)砂铸模造模工序中，所述发泡砂混合物的水分的蒸发是通过来自被加热了的金属模的热量以及被加热了的空气的流动而实施的。
(18)一种金属铸造用芯子，其通过所述(12)至(17)中的任意一项所记载的砂铸模的造模方法而被制造出，并且所述金属铸造用芯子的中心部的固态成分的密度小于表面部的固态成分的密度。
(19)一种金属铸造用芯子，其通过所述(12)至(17)中的任意一项所记载的砂铸模的造模方法而被制造出，并且所述金属铸造用芯子的中心部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率小于表面部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率。
发明效果
根据本发明，能够提供一种可将砂铸模从铸件表面容易地去除的铸模用砂。此外，还能够提供一种可在铸件的铸造中被使用之后容易地从该铸件的表面进行去除的砂铸模的造模方法、以及可在铸件的铸造中被使用之后容易地从该铸件的表面进行去除的金属铸造用芯子。
附图说明
图1为注入熔融金属之前的砂铸模内部的放大模式图。
图2为注入了熔融金属之后的砂铸模内部的放大模式图。
图3为注入熔融金属之前的砂铸模与被注入熔融金属的空间的界面的放大模式图。
图4为注入了熔融金属之后的砂铸模与铸件的界面的放大模式图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细的说明。
本发明所涉及的铸模用砂含有：砂、粘结剂、通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的难溶于水的无机化合物粒子。
另外，在制作上述本发明所涉及的铸模用砂时，也可以使所述粘结剂与所述无机化合物粒子预先混合并作为与所述砂相混合的砂铸模用添加剂。
即，砂铸模用添加剂含有：粘结剂、通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的难溶于水的无机化合物粒子。
通过在铸件的砂铸模中使用上述的本发明所涉及的铸模用砂，从而能够容易地实施砂铸模从铸件上的去除。
在此，利用附图对本发明的作用进行说明。
附图表示本发明的一种实施方式，并且图1表示注入熔融金属前的砂铸模内部的放大模式图，图2表示注入了熔融金属后的砂铸模内部的放大模式图。此外，图3表示注入熔融金属前的砂铸模与被注入熔融金属的空间的界面的放大模式图，图4表示注入了熔融金属后的砂铸模与铸件的界面的放大模式图。
如图1所示，在使用了本发明所涉及的铸模用砂的砂铸模的内部，在砂1与其他的砂1之间存在粘结剂2，由此而维持了作为砂铸模的形状，在粘结剂2中分散有无机化合物粒子3。当向该砂铸模注入熔融金属时，如图2所示，通过来自熔融金属的传热而从无机化合物粒子3产生水蒸汽(H2O)和二氧化碳气(CO2)的气体4A。例如，当作为无机化合物粒子3而使用了氢氧化镁粒子时，通过熔融金属而被加热从而从大约400℃左右起通过【Mg(OH)2→MgO+H2O】的反应而产生水蒸汽。考虑到通过产生气体4A从而在粘结剂2中将产生裂缝6，并且推测由于该裂缝6而会使砂铸模容易崩塌从而容易实施砂铸模从铸件上的去除。
此外，如图3所示，使用了本发明所涉及的铸模用砂的砂铸模被构成为，包含砂1和分散有无机化合物粒子3的粘结剂2，并且该砂铸模与被注入熔融金属的空间7A相接。认为当熔融金属被注入该空间7A中时，如图4所示，通过来自熔融金属的传热而会从无机化合物粒子3产生水蒸汽(H2O)和二氧化碳气(CO2)的气体A4，并会在所述熔融金属被冷却后的铸件7B与砂铸模之间形成气体膜4B。且推测为，通过该气体膜4B而降低了砂1向铸件7B表面的附着，从而能够从该铸件7B上容易地去除砂1和粘结剂2、以及反应后或未反应的无机化合物粒子3。
另外，由于使用了本发明所涉及的铸模用砂的砂铸模容易实施从铸件上的去除，因此在去除砂铸模的工序中，能够通过振动和气流等低成本且简单的设备来实行砂铸模的去除。因此，由于能够省略一直以来所使用的如粉碎处理、热处理、喷净处理、洗净等的繁杂的去除方法、或者能够降低该繁杂的去除方法的繁杂程度，因此能够实现铸造工艺的简化。
并且，由于所产生的气体4A为水蒸汽或二氧化碳气，因此不会生成在粘结剂中混合了有机化合物的情况下所产生的来自于有机气体的残渣(例如树脂)，因此具有不需要实施从铸件和铸造设备中去除残渣的工序的优点。
另外，本说明书中砂铸模是以包含砂芯子的含义而使用。
以下，对构成本发明所涉及的铸模用砂的组成物进行详细说明。
(无机化合物粒子)
在本发明中，作为无机化合物粒子而使用难溶于水的物质。在此，“难溶于水”被定义为，在溶解于25℃的1升水中时其溶解量为100mg以下。
通过使用难溶于水的无机化合物粒子，从而即使在粘结剂包含水的情况下无机化合物粒子也不会溶解而粒子的形状将被保持，从而无机化合物粒子将被良好地分散在粘结剂中。
另外，上述的溶解量通过对无机化合物粒子的构成材料进行选择而被控制在上述的数值范围内。
本发明中的无机化合物粒子为通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的粒子。即，无机化合物粒子被构成为，包含通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的无机化合物。
作为无机化合物粒子中所使用的无机化合物，例如可列举出碳酸盐或氢氧化物等，并且更具体而言可列举出以下物质。另外，以下所示的分解温度表示发生了水蒸汽和二氧化碳气的产生的温度范围。
·碳酸盐
碳酸钙   (分解温度：775℃～875℃)
碳酸镁   (分解温度：300℃～400℃)
·氢氧化物
氢氧化镁   (分解温度：350℃～450℃)
氢氧化铝   (分解温度：250℃～350℃)
在使用注入温度比较高的熔融金属的情况下，由于对于砂铸模中所包含的无机化合物粒子也施加了相对高温的热量，因此分解温度比较高的无机化合物也可良好地使用。
另外，在上述的无机化合物之中，从分解温度比较低，从而即使在使用例如铝和铝合金这样的注入温度比较低的熔融金属的情况下，也可良好地实施水蒸汽和二氧化碳气的产生，且其结果为可容易地实施砂铸模从铸件上的去除的观点来看，尤其优选为氢氧化镁。
此外，由于氢氧化铝和碳酸镁在低温下产生水蒸汽和二氧化碳气，因此即使在利用加热干燥而进行的铸模造模时也通过产生水蒸汽和二氧化碳气而在铸模造模用的金属模与铸模之间生成气体的膜，从而也有助于金属模与铸模的脱模性提高。
在本发明中的无机化合物粒子中，优选为，使上述所列举出的无机化合物含有质量百分比80％以上，更优选为，除去不可避免的杂质之外，无机化合物的含有量接近于质量百分比100％。
通过采用处于上述下限值以上的含有量，从而使水蒸汽和二氧化碳气的产生被良好地实施。
本发明中的无机化合物粒子优选为，能够在粘结剂中良好地分散的粒径，具体而言，优选为，与所使用的砂的粒径相比而较细，进一步优选为100nm以上且100μm以下，更加优选为500nm以上且10μm以下。
通过使粒径为上述上限值以下从而使在粘结剂中良好地分散，另一方面通过使粒径为上述下限值以上，从而能够使来自一个无机化合物粒子的水蒸汽和二氧化碳气的产生量适当地被控制，进而有效地使砂铸模易于崩塌。
另外，上述的粒径表示体积平均粒径，在本说明书中表示用以下的方法而测出的粒径。
首先，作为粒径的测定装置而使用株式会社岛津制作社制造的激光衍射式粒度分布测定装置SALD2100。测定的条件设定如下。将在纯水中添加了作为分散剂的六偏磷酸钠(岸田化学社制造、1级)质量百分比5％而得到的液体作为分散液，并将无机化合物粒子投入到所述分散液中，并利用在装置中附属的超声波槽(发送频率38kHz、100W)而实施5分钟的超声波处理，并利用上述的激光衍射式粒度分布测定装置SALD2100，在折射率为1.70-0.20i的条件下实施对其粒度的测定。
本发明中的无机化合物粒子的相对于砂的添加量优选为质量百分比0.01％以上且质量百分比10％以下的范围，进一步优选为质量百分比0.1％以上且质量百分比1％以下。
通过使添加量为上述下限值以上，从而能够有效地实施水蒸汽和二氧化碳气的产生并且更容易地实施砂铸模从铸件上的颚去除。另一方面，通过使添加量为上述上限值以下从而能够有效地发挥粘结剂的效果。
(砂)
作为本发明中的砂，未被特别限定而能够使用现有公知的任何的砂。例如可列举出：硅砂、氧化铝砂、橄榄砂、氯砂、锆石砂、多铝红柱石砂等的砂，并且也可以使用各种的人工砂(所谓的人工骨料)。
在这些砂之中，从即使相对于砂而降低粘结剂的添加量也易于得到足够的铸模强度且易于得到较高的砂再生率的观点出发，尤其优选为人工砂。
作为本发明中的砂的粒径，优选为10μm以上且1mm以下，进一步优选为50μm以上500μm以下。
通过使粒径为上述上限值以下从而流动性优秀并提高了对砂铸模进行造模时的填充性。另一方面，通过使粒径为上述下限值以上从而作为砂铸模而使通气性被良好地保持。
另外，上述的砂的粒径通过与所述的无机化合物粒子的粒径同样的方法来进行测定。
作为本发明中的砂的形状，并不特别地进行限定，可以是圆形、倒角形、多角形、尖肩角形等任何的形状。另外，从流动性优秀并且对铸模进行造模时的填充性的提高、此外作为砂铸模而通气性良好地被保持这样的观点出发，尤其优选为圆形。
(粘结剂)
从在常温及被注入熔融金属的温度范围内使砂铸模的形状良好地保持这样的观点来看，粘结剂是为了向砂提供粘结力而被含有。
作为本发明中的粘结剂，不特别地进行限定而能够使用现有公知的任何物质。例如可列举出水玻璃、合成树脂(酚醛树脂、呋喃树脂、聚氨酯系树脂等)、水泥(硅酸盐水泥等)、皂土、粘土、淀粉等。
在这些粘结剂中，从通过熔融金属而进行的加热中不产生臭气和烟的观点来看，更优选水玻璃。
另外，作为水玻璃，优选为，摩尔比(SiO2·Na2O的分子比)为1.2以上且3.8以下的水玻璃，进一步优选为，摩尔比为2.0以上且3.3以下的水玻璃。通过使摩尔比为上述下限值以上从而具有在低温下的长期保管中也能够抑制水玻璃的变质的优点，另一方面，通过使摩尔比为上述上限值以下从而具有容易对粘结剂的粘度进行调节的优点。
此外，使用本发明所涉及的铸模用砂而制造砂铸模时，优选为，作为粘结剂而使用水溶性的物质并与砂和无机化合物粒子等一起混合，且进行搅拌，从而产生发泡，并且在对发泡砂混合物进行了调节的基础上对砂铸模进行造模。
在此，水溶性是指在常温(20℃)下可溶于水中，更具体而言，是指在1气压且20℃下与相同容量的纯水进行混合的混合液呈现均衡的外观的性质。
作为上述水溶性的粘结剂，从更有效地产生砂混合物中的上述的发泡的观点出发，优选具有发泡性的粘结剂。作为具有发泡性的水溶性的粘结剂，例如可列举出阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、两性表面活性剂、硅酸钠、聚乙烯醇或其衍生物、皂角苷、淀粉或其衍生物、其他的糖类等。另外，作为其他的糖类，例如作为多糖类而列举出纤维素、果糖等、作为四糖类而列举出阿卡波糖等、作为三糖类而列举出蜜三糖、麦芽三糖等、作为二糖类而列举出麦芽糖、三氯蔗糖、海藻糖等、作为单糖类而列举出葡萄糖、果糖、其他的低聚糖等。
作为阴离子表面活性剂具有：脂肪酸钠、单烷基硫酸盐、直链烷基苯磺酸钠、月桂基硫酸钠、醚硫酸钠等。作为非离子表面活性剂具有：聚氧化乙烯烷基醚、脂肪酸山梨聚糖酯、烷基聚糖苷等。作为两性表面活性剂具有：椰油酰胺丙基甜菜碱、椰油酰胺磺化甜菜碱(CocamidopropylHydroxysultaine)、月桂基二甲基胺乙酸甜菜碱等。
另外，粘结剂例如可以仅使用上述所列举的物质中的一种，也可以并用两种以上。但是优选为，从上述水玻璃、合成树脂、粘固剂、皂土、粘土、以及淀粉之中选择一种以上、且从具有所述发泡性的水溶性的粘结剂之中选择一种以上而合并使用。
本发明中的粘结剂相对于砂的含有量优选为，根据所使用的粘结剂及砂的种类而分别进行设定。
例如，相对于砂，水玻璃优选为质量百分比0.01％以上且质量百分比20％以下，进一步优选为质量百分比0.1％以上且质量百分比10％以下。
相对于砂，酚醛树脂优选为质量百分比4％以上且质量百分比7％以下；相对于砂，呋喃树脂优选为质量百分比2％以上且质量百分比3％以下；相对于砂，聚氨酯系树脂优选为质量百分比2％以上且质量百分比3％以下；相对于砂，硅酸盐粘固剂优选为质量百分比6％以上且质量百分比12％以下。
相对于砂，阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂、以及两性表面活性剂的总含有量优选为质量百分比0.005％以上且质量百分比0.1％以下，进一步优选为质量百分比0.01％以上且质量百分比0.05％以下。
相对于砂，硅酸钠的含有量优选为质量百分比0.1％以上且质量百分比20.0％以下，进一步优选为质量百分比0.2％以上且质量百分比5％以下。
相对于砂，聚乙烯醇及其衍生物、皂角苷、淀粉及其衍生物、以及其他的糖类(粘结剂群(A))的总含有量优选为质量百分比0.1％以上且质量百分比20.0％以下，进一步优选为质量百分比0.2％以上且质量百分比5％以下。
(其他的组成物)
此外，在本发明所涉及的铸模用砂中，除了上述之外，还能够添加催化剂、氧化催化剂等现有公知的组成物。
(混合方法)
本发明所涉及的铸模用砂的制作通过添加并混合上述的各种组成物而被实施。虽然添加的顺序和混合的方法并没有特别地限定，但是优选为，预先对例如所述粘结剂和所述无机化合物粒子进行混合，并且首先对砂铸模用添加剂进行调制，之后，对该砂铸模用添加剂与所述砂进行混合。
在此，对上述砂铸模用添加剂进行说明。
-砂铸模用添加剂-
砂铸模用添加剂含有：粘结剂、通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的难溶于水的无机化合物粒子。
另外，优选将无机化合物粒子相对于粘结剂的含有量控制为，在将砂相对于粘结剂的含有量设为了前文所述的范围的情况下，无机化合物粒子相对于砂的含有量成为前文所述的范围的量。
作为在将无机化合物粒子添加并混合到粘结剂中并使粒子分散时所使用的分散装置，并不特别地进行限定而可使用现有公知的分散装置，例如使用分散机、超声波分散装置、粉碎机等被使用。
此外，作为相对于砂而添加并混合上述铸模用添加剂以及其他的组成物等时的搅拌装置，并不特别地限定而使用现有公知的搅拌装置，例如使用自转或公转搅拌器、混合机·集中·搅拌器、新东辛普森·混砂机等。
另外，在制作本发明所涉及的铸模用砂时，并非必须预先对粘结剂和无机化合物粒子进行混合并对砂铸模用添加剂进行调制，也可以通过例如在相对于砂而添加并搅拌了粘结剂之后进一步添加并搅拌无机化合物粒从而制作本发明所涉及的铸模用砂。此外，也可以通过在相对于砂而添加并搅拌无机化合物粒子之后进一步添加并搅拌粘结剂从而制作本发明所涉及的铸模用砂。另外，作为此时的搅拌装置，也适合于使用上述的搅拌装置。
(砂铸模的造模方法)
使用了本发明所涉及的铸模用砂的砂铸模的造模，可以为通过造模机而进行的造模或通过手工而进行的造模。
作为所使用的造模机，不特别地进行限定而可使用现有公知的造模机，例如可例举出：震实造模机、挤压造模机、震压造模机、高压造模机、吹压造模机、抛砂造模机、吹风造模机、活塞压入造模机、三维造模机等。
但是，从添加所述的无机化合物粒子并在铸件的制造时有效地产生水蒸汽和二氧化碳气的观点出发，优选为，对水溶性的粘结剂、砂以及无机化合物粒子等进行混合并搅拌从而使之发泡而制作发泡砂混合物，并向铸模造模用的金属模中的加热了的铸模造模用空间压入该发泡砂混合物从而进行造模。
更具体而言优选为，通过包含以下的a)～d)的工序的造模方法来对砂铸模进行造模。
a)发泡砂混合物调制工序，通过对砂、水溶性的粘结剂、所述的无机化合物粒子、以及包含水的砂混合物进行搅拌，从而在该砂混合物中产生发泡，并且对包含气泡的发泡砂混合物进行调制；
b)填充工序，将所述发泡砂混合物填充至金属模中的铸模造模用的空间中；
c)砂铸模造模工序，使所填充的发泡砂混合物的水分蒸发而使发泡砂混合物固化，从而对砂铸模进行造模；
d)取出工序，将造模出的砂铸模从所述铸模造模用的空间中取出。
在被压入并被填充至划分铸模造模用空间的被高温加热了的金属模中的发泡砂混合物中，会产生如下现象，即，通过搅拌而在发泡砂混合物中分散的气泡、以及通过被加热了的金属模的热量而从发泡砂混合物中的水分产生的水蒸汽集中在砂铸模的中心部。因此，在中心部处成为砂、粘结剂、以及无机化合物粒子的填充密度(也就是固态成分的密度)较低的砂铸模，相反地，表面成为砂、粘结剂、以及无机化合物粒子的填充密度(固态成分的密度)较高的砂铸模。
由于在铸件的制造时熔融金属的热量会合理地被传递至砂铸模的表面，因此更优选为，砂铸模中的无机化合物粒子尤其存在于表面部。由于将上述的发泡砂混合物向加热了的铸模造模用空间压入并造模而得到的砂铸模的表面的无机化合物粒子的密度较高，因此对于降低无机化合物粒子的添加量是非常有效的。
另外，在砂铸模中，对中心部的固态成分的密度是否小于表面部的固态成分的密度进行确认时，能够通过对砂铸模的中心部的截面以及表面上的固态成分(砂、粘结剂、以及无机化合物粒子)的堵塞情况进行目视确认从而进行辨别。
此外，在上述的砂铸模中，中心部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率小于表面部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率。由此，仅通过由于铸造时的熔融金属的热量而使表面部的粘结剂的粘结力减弱，即可使铸件的强度大幅度减弱，从而使砂铸模从铸件上的去除变得更容易。
另外，在砂铸模中，在对中心部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率是否小于表面部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率进行确认时，能够通过对砂铸模的中心部和表面部进行采样并利用加热减量测定法和碱成分熔析测定法来进行辨别。
为了使向铸模造模用空间的填充性提高、以及为了实现上述填充密度，优选为，砂混合物预先进行发泡至成为鲜奶油状为止。进一步具体而言，优选为，所述发泡砂混合物(也就是铸模用砂)的粘度为0.5Pa·s以上且10Pa·s以下，并且进一步优选为，该粘度为1.0Pa·s以上且8Pa·s以下。
另外，发泡砂混合物(也就是铸模用砂)的粘度的测定如以下方式而实施。
-测定方法-
将发泡砂混合物投入到在底部具有直径6mm的细孔的内径42mm的圆筒容器中，并利用重量1kg且直径40mm的圆柱状砝码，通过利用砝码的自重而进行加压从而使发泡砂混合物从细孔被排出。此时，对砝码移动50mm所需要的时间进行计测，并通过下述数学式来求出粘度。
式μ＝πD4Ppt/128L1L2S
μ：粘度(Pa·s)
D：底部细孔的直径(m)
Pp：砝码的加压力(Pa)
t：砝码移动50mm所需要的时间(s)
L1:砝码的移动距离(＝50mm)
L2：底部细孔的板厚(m)
S：圆柱状砝码的底部的面积与圆筒的内部的空心区域(也就是内径部分)的截面面积的平均值(m2)
此外，作为发泡砂混合物向铸模造模用空间的填充方法，虽然具有通过由气缸内的活塞进行的直接加压、向气缸内供给压缩空气的填充、通过螺杆等而进行的压送、流入等，但从由填充速度和对发泡砂混合物进行的均匀加压所实现的填充稳定性出发，优选为，由活塞进行的直接加压以及通过压缩空气而进行的填充。
填充到铸模造模用空间中的发泡砂混合物的水分的蒸发例如是通过来自被加热了的金属模的热量、向铸模造模用空间流动的被加热了的空气的流动、以及这两者的并用来实施的。
(使用了砂铸模的铸件的制造)
使用了本发明所涉及的铸模用砂的砂铸模被使用于各种金属或合金的铸造中。作为被使用于铸造的熔融金属的材料例如列举出以下的材料。另外，下述注入温度是指，表示下述的材料在进行注入时以适当的程度而溶解的温度。
铝或铝合金(注入温度：670℃～700℃)
铁或铁合金(注入温度：1300℃～1400℃)
青铜(注入温度：1100℃～1250℃)
黄铜(注入温度：950℃～1100℃)
铸造是通过如下方式来实施的，即，将由上述所列举出的材料组成的熔融金属注入到砂铸模及金属模中的空间中，之后进行冷却并将砂铸模去除。
另外，在本发明中，由于在砂铸模中使用了本发明所涉及的铸模用砂，因此容易将砂铸模从铸件上去除。因此，能够通过振动和气流等低成本且简便的设备来实施砂铸模的去除，此外，即使在仅通过振动和气流等简便的设备而无法彻底去除的情况下，也由于能够降低了现有技术中所使用的粉碎处理、热处理、喷净处理、洗净之类的繁杂的去除方法的繁杂程度，因此能够实现铸造工艺的能源节省化以及成本降低。
此外，现有技术中存在所注入的熔融金属的温度越低则砂铸模的去除性变得越差的倾向，例如由于在使用了铝或铝合金的铝铸件的情况下如上文所述注入温度比较低，因此具有去除性变得更差的倾向。然而，在本发明中，由于在砂铸模中使用了本发明所涉及的铸模用砂，因此即使在铝或铝合金的铸造的情况下，也容易实施砂铸模从铸件上的去除。
另外，在本说明书中作为参考而引用日本申请2012-253658的公开的全部内容。
关于本说明书中所记载的全部的文献、专利申请、以及技术规格，各个文献、专利申请、以及技术规格作为参照而被引用的情况以与具体地对各文件进行记载的情况相同程度地，作为参照而被引用到本说明书中。
<实施例1>
-砂铸模用添加剂的调制-
对以下的组成物进行混合，并使用分散装置(IKA公司制造、破碎机T-25)来实施分散处理,从而获得砂铸模用添加剂1。
·粘结剂：0.5份
(水玻璃、摩尔比2.0、富士化学株式会社制造、1号)
·无机化合物粒子：1.0份
(氢氧化镁粒子、纯度为质量百分比95％、分解温度350℃～450℃、相对于1升水的溶解量为12mg、粒径为3.5μm、岸田化学株式会社、氢氧化镁)
·具有发泡性的水溶性的粘结剂(阴离子表面活性剂)：0.030份
(乙醚硫酸钠盐、株式会社艾迪科会社制造)
-铸模用砂的制作-
对以下的组合物进行混合，并使用搅拌装置(株式会社道尔顿会社制造、5DM-r型)而进行发泡搅拌至成为鲜奶油状从而获得铸模用砂1。利用前文所述的方法而对此时的粘度进行测定，结果为2.3Pa·s。
·砂(硅砂、粒径200μm)：100份
·砂铸模用添加剂1:1.5份
-砂铸模的造模-
使用造模机(新东工业会社制造、LYTE-I)和水龙头用芯子(砂铸模)的金属模，并将造模机的条件设定为：柱塞压入的压力为3000N、压入速度为50mm/sec、金属模温度为220℃、加热时间为60sec，将铸模用砂1压入金属模内，通过使砂的水分蒸发从而使砂凝固，从而获得砂铸模1。
通过前文所述的方法进行了确认，结果得到了如下的砂铸模，该砂铸模的中心部的固态成分(砂、粘结剂、以及无机化合物粒子)的密度小于表面部的固态成分的密度、且中心部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率小于表面部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率。
-铸件的制造-
准备铝合金的熔融金属(组成/AC4C(JIS H 5202：1999)、注入温度为680℃)，并将所述砂铸模1配置于水龙头铸造用金属模内，将所述熔融金属注入到金属模中，之后对熔融金属进行冷却以使其凝固。另外，在冷却后对砂铸模1进行目视观察的结果，确认到产生了裂缝。
在从进行凝固而获得的水龙头铸件上取出砂铸模1时，使用振动装置(株式会社真北会社制造、HM0810)，并以打击数为2900次/分钟的条件而对注入口施加30秒的振动。砂铸模1通过振动而崩塌从而从铸件上被去除，对铸件表面进行观察而未确认到砂等的附着，由此确认为砂铸模被良好地去除。
(实施例2～4)
通过将砂铸模用添加剂的调制中的无机化合物粒子(氢氧化镁粒子)的添加量从1.0份变更为0.5份、0.3份、0.1份，从而将相对于砂的无机化合物粒子的添加量变更为了下述表1的值，除此以外，通过实施例1中记载的方法而对砂铸模进行造模且对铸件进行制造并实施了评价。
(评价)
在上述实施例1～4中，对残留、附着在铸件上的砂的残留量进行了测定。另外，砂铸模的原质量为65g。
此外，根据下述的评价基准而对在铸件的内部及表面中的砂的残留状态进行评价。
C：在铸件内部残留砂以及在表面上附着有砂
B：在铸件表面上稍微附着有砂
A：无砂残留
将评价结果示于下述表1中。
(表1)
(实施例5～7)
将在砂铸模用添加剂的调制中所使用的无机化合物粒子从氢氧化镁粒子变更为氢氧化铝粒子(纯度为质量百分比99％、分解温度为250℃～350℃、相对于1升水的溶解量为1mg、粒径为50μm、真北化学株式会社制造、氢氧化铝)，除此之外，通过实施例1～3中记载的方法而对砂铸模进行造模，且对铸件进行制造并实施了评价。将评价结果示于下述表2中。
(表2)
(比较例1)
在砂铸模用添加剂的调制中未添加无机化合物粒子，除此之外，通过实施例1中记载的方法而对砂铸模进行造模且对铸件进行制造并实施了评价。将评价结果示于下述表3中。
(比较例2～5)
将在砂铸模用添加剂的调制中使用的无机化合物粒子从氢氧化镁变更为即使通过熔融金属的热量也不会产生气体的氧化镁粒子(纯度为质量百分比90％、相对于1升水的溶解量为86mg、粒径为3.5μm、真北化学株式会社制造、氧化镁)，除此之外，通过实施例1～4中记载的方法而对砂铸模进行造模且对铸件进行制造并实施了评价。将评价结果示于下述表3中。
(表3)
符号说明
1 砂；
2 粘结剂；
3 无机化合物粒子；
4A 气体；
4B 气体膜；
6 裂缝；
7A 空间；
7B 铸件。

Claims (19)

1.一种铸模用砂，含有：
砂、粘结剂、通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的难溶于水的无机化合物粒子。
2.如权利要求1所述的铸模用砂，其中，
所述铸模用砂含有通过发泡而产生的气泡，并且粘度为0.5Pa·s以上且10Pa·s以下。
3.如权利要求1或2所述的铸模用砂，其中，
所述无机化合物粒子包括选自碳酸盐及氢氧化物中的至少一种。
4.如权利要求1至3中任一项所述的铸模用砂，其中，
所述粘结剂为水溶性粘结剂并且具有发泡性。
5.如权利要求4所述的铸模用砂，其中，
作为所述粘结剂，包括选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂中的至少一种。
6.如权利要求5所述的铸模用砂，其中，
相对于砂，所述阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂及两性表面活性剂的总添加量为质量百分比0.005％以上且质量百分比0.1％以下。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的铸模用砂，其中，
作为所述粘结剂，包括水溶性的硅酸钠。
8.如权利要求7所述的铸模用砂，其中，
相对于砂，所述硅酸钠的添加量为质量百分比0.1％以上且质量百分比20.0％以下。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的铸模用砂，其中，
作为所述粘结剂，包括选自由聚乙烯醇及其衍生物、皂角苷、淀粉及其衍生物、以及其他的糖类所组成的粘结剂群(A)中的至少一种。
10.如权利要求9所述的铸模用砂，其中，
相对于砂，所述粘结剂群(A)中所包含的粘结剂的总添加量为质量百分比0.1％以上且质量百分比20.0％以下。
11.如权利要求1至10中任一项所述的铸模用砂，其中，
所述铸模用砂被用于铝或铝合金的铸造中。
12.一种砂铸模的造模方法，包括，
a)发泡砂混合物调制工序，通过对砂、水溶性的粘结剂、通过熔融金属的热量而产生水蒸汽及二氧化碳气中的至少一方的难溶于水的无机化合物粒子、以及包含水的砂混合物进行搅拌，从而在该砂混合物中产生发泡，并且对包含气泡的发泡砂混合物进行调制；
b)填充工序，将所述发泡砂混合物填充至金属模中的铸模造模用的空间中；
c)砂铸模造模工序，使所填充的发泡砂混合物的水分蒸发而使发泡砂混合物固化，从而对砂铸模进行造模；
d)取出工序，将造模出的砂铸模从所述铸模造模用的空间中取出。
13.如权利要求12所述的砂铸模的造模方法，其中，
在所述b)填充工序中，所述发泡砂混合物向所述铸模造模用的空间中的填充是通过由气缸内的活塞的压入而进行的直接加压来实施的。
14.如权利要求12所述的砂铸模的造模方法，其中，
在所述b)填充工序中，所述发泡砂混合物向所述铸模造模用的空间中的填充是通过向气缸内供给压缩空气来实施的。
15.如权利要求12至14中的任一项所述的砂铸模的造模方法，其中，
在所述c)砂铸模造模工序中，所述发泡砂混合物的水分的蒸发是通过来自被加热了的金属模的热量来实施的。
16.如权利要求12至14中的任一项所述的砂铸模的造模方法，其中，
在所述c)砂铸模造模工序中，所述发泡砂混合物的水分的蒸发是通过被加热了的空气的流动来实施的。
17.如权利要求12至14中的任一项所述的砂铸模的造模方法，其中，
在所述c)砂铸模造模工序中，所述发泡砂混合物的水分的蒸发是通过来自被加热了的金属模的热量以及被加热了的空气的流动来实施的。
18.一种金属铸造用芯子，其通过权利要求12至17中的任一项所述的砂铸模的造模方法而被制造出，并且所述金属铸造用芯子的中心部的固态成分的密度小于表面部的固态成分的密度。
19.一种金属铸造用芯子，其通过权利要求12至17中的任一项所述的砂铸模的造模方法而被制造出，并且所述金属铸造用芯子的中心部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率小于表面部处的水溶性的粘结剂的每单位体积的含有率。
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