JP2002541999A - カバーガス - Google Patents
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Abstract
Description
して有用な組成物に関する。本発明は、また、溶融マグネシウム/マグネシウム
合金を保護する方法ならびにマグネシウム/マグネシウム合金の火炎を消す方法
に関する。
溶融マグネシウムは周囲の大気中で容易に、しかも激しく酸化され、約2820
℃の火炎温度で燃焼する。その過酷な酸化過程を抑制するために3つの手法が使
用されている。塩のカバー融剤をその溶融金属の上に振りかけてもよいし、その
溶融金属をヘリウム、窒素またはアルゴンのような不活性ガスで覆うことによっ
て、酸素がその溶融金属と接触するのを排除してもよいし、あるいはその溶融金
属を覆うのに保護カバーガスの組成物を使用してもよい。保護カバーガスの組成
物は、典型的には、空気および/または二酸化炭素、そしてその溶融金属と反応
/相互作用して、その溶融金属の表面にその酸化を防ぐ膜/層を生成しする少量
の抑制剤を含んでいる。今日まで、抑制剤が溶融した反応性の金属を保護するメ
カニズムはよく理解されていない。
され易い金属の酸化を抑制する方法に関する。その特許は、1932年に出願し
た時に、その金属と接触する雰囲気を窒素、二酸化炭素、または二酸化硫黄のよ
うなガスで置き換えることを含むその酸化問題に対する多くの解決策が提案され
ていたことを記している。米国特許第1,972,317号は、溶融金属と接触
している雰囲気中に、元素の形態または結合した形態のいずれかのフッ素を含む
抑制ガスを維持することによって酸化を抑制することを教示している。ホウフッ
化アンモニウム、ケイフッ化アンモニウム、重フッ化アンモニウムおよびフッ化
リン酸アンモニウムという固形物、または好ましいといわれている加熱によって
それらから発生したガスとの多くのフッ素含有化合物について言及されている。
米国特許第1,972,317号が1934年に発行されたにもかかわらず、フ
ッ素含有化合物がカバーガスの中の抑制剤として工業的に認められたのは、ほぼ
1970年代の中期になってからであった。
カバーガス組成物中の抑制剤として広く使用されていたが、業界標準になってい
る六フッ化硫黄(SF6)が取って代わった。一般的には、六フッ化硫黄をベー
スにしたカバーガス組成物は、0.2〜1体積%の六フッ化硫黄と空気、二酸化
炭素、アルゴンまたは窒素のようなキャリヤガスを含んでいる。六フッ化硫黄は
、溶融マグネシウム/マグネシウム合金を保護するために、そして浮きかすの生
成が比較的少ない明るく光沢のあるインゴットを製造するのに使用できる無色、
無臭、無毒のガスであるという長所を持っている。しかしながら、六フッ化硫黄
はいくつかの短所を持っている。高温でのその硫黄をベースにした分解生成物は
非常に有毒である。六フッ化硫黄は、高価であり、供給源が限られており、しか
も100年の期間で、二酸化炭素の1と比較して、23,900という地球温暖
化潜在力(GWP)を有する、温室効果ガスの中では最も悪いガスの1つである
。
硫黄でも消すことができないということも指摘されている。二酸化硫黄は、マグ
ネシウムの燃焼を促進するので、なお悪い。マグネシウムの火炎を消すために知
られている唯一のカバーガスは、非常に高価で非常に有毒な三フッ化ホウ素(B
F3)である。
のカバーガス組成物を提供し、その組成物には、その組成物の各成分が5000
未満の地球温暖化潜在力(GWP)(100年の期間で二酸化炭素の絶対的な地
球温暖化潜在力を基準にしている)を有するフッ素含有抑制剤およびキャリヤガ
スが含まれている。
剤はオゾン層破壊潜在力を有していないのがより好ましい。 その抑制剤は無毒であるのが好ましい。この点に関しては、米国の政府労働衛
生専門化会議によって発行されているように、しきい値−時間加重平均(TLV
−TWA)(ほとんど全ての労働者が、来る日も来る日も、悪い影響を受けるこ
となく、繰り返し曝されている可能性がある通常の8時間の作業日および40時
間の週当たり労働時間についての時間加重平均濃度)が100ppm未満の化合
物は有毒であると考えられる。実施例によると、米国特許第1,972,317
号に開示されている三フッ化ホウ素、四フッ化ケイ素(SiF4)、三フッ化窒
素(NF3)、およびフッ化スルフリル(SO2F2)は有毒である。
を有する)を含むことができる、そして少量の抑制剤と主要な量のキャリヤガス
を含んでいるのが好ましい。その組成物は、体積で1%未満の抑制剤と残りがキ
ャリヤガスから成るのが好ましい。より好ましいのは、その組成物は、体積で0
.5%未満(最も好ましくは体積で0.1%未満)の抑制剤を含むことである。
未満の地球温暖化潜在力を有することである。 適当なキャリヤガスは、空気、二酸化炭素、アルゴン、窒素およびそれらの混
合物含んでいる。 その抑制剤は、ハイドロフルオロカーボン類(HFCs)、ハイドロフルオロ
エーテル類(HFEs)およびそれらの混合物から成る群から選ぶことができる
。その抑制剤は、100℃未満の沸点を有するのが好ましく、80℃未満の沸点
を有するのがより好ましい。その抑制剤が周囲温度でガスである場合、望ましい
濃度でキャリヤガス中に拡散させることができる。その抑制剤が周囲温度で液体
である場合、キャリヤガスの流れをその抑制剤の上に通すことによって、望まし
い濃度までキャリヤガス中にその抑制剤を伴出させることができる。適当なハイ
ドロフルオロカーボンおよびハイドロフルオロエーテルを下記の表1に記載して
あり、そこには沸点(BP)および気候変動に関する政府間パネル1996年を
出典とする地球温暖化潜在力(100年の期間で二酸化炭素の絶対的な地球温暖
化潜在力を基準にしている)が含まれている。
気から成っている。実験研究の結果、そのようなカバーガス組成物は少なくとも
六フッ化硫黄をベースにした組成物と同等の保護を提供し、低濃度の抑制剤で利
用することができることが実証されている。六フッ化硫黄は、1,1,1,2−
テトラフルオロエタンの18倍を超える地球温暖化潜在力を有しており、現在の
ところ1,1,1,2−テトラフルオロエタンのコストの2.5倍を超えている
。
を提供し、その方法にはその溶融マグネシウム/マグネシウム合金を本発明の第
1の態様によるカバーガス組成物で覆うことが含まれている。 本発明の第2の態様による方法は、溶融マグネシウム/マグネシウム合金を、
炉のような鋳造容器でおよび鋳造中に保護するのに適用できる。
または最少にするのに、本発明の第1の態様に関して明示されている抑制剤を使
用することを規定している。実施例により、砂型鋳造中に溶融マグネシウム/マ
グネシウム合金の酸化を防止または最少にするために、本発明の抑制剤を使用す
ることが可能である。その抑制剤が周囲温度でガスである場合、溶融金属を注ぐ
前に、その砂型を抑制剤でパージすることができる。その抑制剤が周囲温度で液
体である場合は、溶融金属を注ぐ前に、絞り出し容器などからの抑制剤をその砂
型に吹き付けることができる。溶融マグネシウム/マグネシウム合金の酸化を防
止または最少にするために本発明の抑制剤を使用するそのほかの適切な方法は、
鋳造作業分野の技術者にはすぐに明らかになるだろう。
提供しており、その方法には、その火炎を、本発明の第1の態様に関して明示さ
れている抑制剤の雰囲気に曝すことが含まれている。その火炎を、例えば、その
抑制剤の流れに当てることによって、またはその抑制剤を含んでいる貯蔵器に浸
すことによってそのように曝すことができる。
、決して本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
体積%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび残りの乾燥空気からなる
ガス状組成物で覆った。1枚の薄い保護表面フィルムの形成と共に、優れた溶融
マグネシウムの保護性を観察した。表面フィルムのゆっくりとした破裂によって
、溶融マグネシウムサンプルの燃焼が誘導されることはなかった。
比較例1は実施例1と同一であった。優れた溶融マグネシウムの保護性は観察さ
れず、マグネシウムサンプルは即座に燃焼した。溶融マグネシウムサンプルの充
分な保護性は、ガス状組成物が0.05体積%のSF6および残りの乾燥空気か
らなる時のみに得られた。SF6のこの濃度においては、表面フィルムのゆっく
りとした破裂によって、溶融マグネシウムサンプルが局部的に燃焼する結果とな
った。
する組成物よりも低濃度で溶融マグネシウムの優れた保護性を提供することを証
明している。
の1つのインゴットを、制御可能な大気チャンバ内部の8kgのインゴット用金
型内で鋳造した。溶融金属を真空下でチャンバ内に吸引させて、インゴット用金
型を充填した。インゴット用金型が充満したとき、真空を止め、チャンバをカバ
ーガス組成物で充填し、溶融金属を凝固させた。AZ91合金の場合、カバーガ
ス組成物は0.04体積%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび残り
の乾燥空気からなっていた。純粋なマグネシウムの鋳造用のカバーガス組成物は
、0.1体積%の1,1,1,2−テトラフルオロエタンおよび残りの乾燥空気
からなっていた。
のインゴットを、燃焼なしに生成した。表面仕上がりは明るく輝かしく、不純物
のレベルは非常に低く、窒素化ホウ素金型塗布剤との反応もなかった。
比較例2は実施例2と同一であった。これを同じ濃度、つまりAZ91について
は乾燥空気中に0.04体積%、純粋なマグネシウムについては乾燥空気中に0
.1体積%で使用した。
ゴットよりも、不純物のレベルが低くより魅力的な表面仕上がりであった。 実施例3 1,1,1,2−テトラフルオロエタンのわずかな流れを連続的に計量し容器
内に供給し、容器を使用して溶融マグネシウムの不純物を回収した。炉から容器
へ不純物が運ばれる最中に、不純物は空気と接触し発火した。不純物を容器内に
置くと、燃焼は即座に止まった。
比較例3は実施例3と同一であった。この場合、容器内に置いた後にも不純物は
燃焼し続けた。 実施例3および比較例3は、本発明の抑制剤はマグネシウム金属/不純物の燃
焼を抑制することができることを証明している。これによって、作業環境におい
てマグネシウムからのフュームを最小限にし、不純物中のマグネシウム金属含有
物の酸化を防止することが可能となる。これによって不純物の処理作業が可能に
なり、有益なマグネシウム金属含有物を取り戻すはずである。
の大きさのインゴット用鋳造機上の8kgのインゴット用金型内で鋳造した。1
時間当たり3トンの鋳造金属、1分当たり330リットルの乾燥空気、および1
分当たり3.3リットルの1,1,1,2−テトラフルオロエタンをチャンバ内
に導入する鋳造速度で、鋳造機を操作した。燃焼なしにインゴットを生成した。
表面仕上がりは明るく輝かしく、不純物のレベルは非常に低く、窒素化ホウ素金
型塗布剤との反応もなかった。
比較例4は実施例4と同一であった。これを乾燥空気中で同じ流速および同じ濃
度で使用した。比較例4において生成されたインゴットは、実施例4において生
成されたインゴットと同様の性質を示した。
用に、本発明のガスを首尾よくSF6に取り替えることができることを証明して
いる。
部の8kgのインゴット用金型内で鋳造した。溶融金属を真空下でチャンバ内に
吸引させて、インゴット用金型を充填した。インゴット用金型が充満したとき、
真空を止め、チャンバをカバーガス組成物で充填し、溶融金属を凝固させた。1
分当たり0.5リットルの乾燥空気を50mlのHFE液体メトキシノナフルオ
ロブタンに通すことによって、カバーガス組成物を生成した。結果として生じた
ガス相混合物は、1つのインゴット用鋳造機に流れた。燃焼なしに1つのインゴ
ットを生成した。表面仕上がりは明るく輝かしく、不純物のレベルは非常に低く
、窒素化ホウ素金型塗布剤との反応もなかった。
部の8kgのインゴット用金型内で鋳造した。溶融金属を真空下でチャンバ内に
吸引させて、インゴット用金型を充填した。インゴット用金型が充満したとき、
真空を止め、チャンバをカバーガス組成物で充填し、溶融金属を凝固させた。1
分当たり0.5リットルの乾燥空気を50mlのHFC液体ジヒドロデカフルオ
ロペンタンに通すことによって、カバーガス組成物を生成した。結果として生じ
たガス相混合物は、1つのインゴット用鋳造機に流れた。燃焼なしに1つのイン
ゴットを生成した。表面仕上がりは明るく輝かしく、不純物のレベルは非常に低
く、窒素化ホウ素金型塗布剤との反応もなかった。
覆った。1分当たり0.6リットルの乾燥空気を50mlのHFE液体メトキシ
ノナフルオロブタンに通すことによって、カバーガス組成物を生成した。結果と
して生じたガス相混合物は炉に流れた。1枚の薄い保護表面フィルムの形成と共
に、優れた溶融マグネシウムの保護性を観察した。表面フィルムのゆっくりとし
た破裂によって、溶融マグネシウムサンプルの燃焼が誘導されることはなかった
。
覆った。1分当たり0.9リットルの乾燥空気を50mlのHFE液体エトキシ
ノナフルオロブタンに通すことによって、カバーガス組成物を生成した。結果と
して生じたガス相混合物は炉に流れた。1枚の薄い保護表面フィルムの形成と共
に、優れた溶融マグネシウムの保護性を観察した。表面フィルムのゆっくりとし
た破裂によって、溶融マグネシウムサンプルの燃焼が誘導されることはなかった
。
覆った。1分当たり0.9リットルの乾燥空気を50mlのHFC液体ジヒドロ
デカフルオロペンタンに通すことによって、カバーガス組成物を生成した。結果
として生じたガス相混合物は炉に流れた。1枚の薄い保護表面フィルムの形成と
共に、優れた溶融マグネシウムの保護性を観察した。表面フィルムのゆっくりと
した破裂によって、溶融マグネシウムサンプルの燃焼が誘導されることはなかっ
た。
ルオロエタンおよび残りの乾燥空気からなるガス状組成物で覆った。1枚の薄い
保護表面フィルムの形成と共に、優れた溶融マグネシウムの保護性を観察した。
表面フィルムのゆっくりとした破裂によって、溶融マグネシウムサンプルの燃焼
が誘導されることはなかった。
0と同一であった。これを同じ濃度で使用した。優れた溶融マグネシウムの保護
性を観察した。 実施例10および比較例10は、本発明の抑制剤はSF6と比較して、溶融マ
グネシウム金属の均等な保護性を提供することを証明している。
ことによって、マグネシウムの絞り出し鋳物を生成した。ショットスリーブに溶
融マグネシウムを注ぐ前に、少量の体積の純粋な1,1,1,2−テトラフルオ
ロエタンをショットスリーブに導入した。これによってショットスリーブ中の溶
融マグネシウムを保護し、金型を充填する最中に溶融マグネシウムが燃焼するの
を防止した。
た。インベストメント鋳造用シェルに溶融マグネシウムを充填させる前に、シェ
ルを純粋な1,1,1,2−テトラフルオロエタンでパージした。これによって
、シェル内部で凝固する最中に、マグネシウムが燃焼するのを防止した。冷却の
際に、シェル型を取り除いた。マグネシウムの鋳物は良い表面仕上がりを示した
。
融マグネシウムを充填させる前に、砂型を純粋な1,1,1,2−テトラフルオ
ロエタンでパージした。これによって、砂型内部で凝固する最中に、マグネシウ
ムが燃焼するのを防止した。冷却の際に、砂型を取り除いた。マグネシウムの鋳
物は良い表面仕上がりを示した。
を、1分当たり60リットルの乾燥空気および1分当たり0.6リットルの1,
1,1,2−テトラフルオロエタンで覆った。1枚の薄い保護表面フィルムの形
成と共に、優れた溶融マグネシウムの保護性を観察した。
とを除いて、比較例14は実施例14と同一であった。乾燥空気の流速は1分当
たり60リットルに維持した。1分当たり2リットルのSF6の流速においての
み、優れた溶融マグネシウムの保護性が得られた。
とする組成物よりも低濃度で、溶融マグネシウムの優れた産業規模の保護性を提
供することを証明している。
Claims (16)
- 【請求項1】 フッ素含有抑制剤とキャリヤガスとを含んでいる、溶融マグ
ネシウム/マグネシウム合金を保護するカバーガス組成物であって、その組成物
の各成分は5000未満の地球温暖化潜在力(GWP)(100年の期間で二酸
化炭素の絶対的な地球温暖化潜在力を基準にしている)を有する組成物。 - 【請求項2】 前記抑制剤はオゾン層破壊潜在力を持たないことを特徴とす
る請求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】 前記キャリヤガスは空気、二酸化炭素、アルゴン、窒素、お
よびそれらの混合物から成る群から選ばれることを特徴とする請求項1または請
求項2に記載の組成物。 - 【請求項4】 前記組成物の各成分は3000未満の地球温暖化潜在力を有
することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項5】 前記抑制剤はハイドロフルオロカーボン、ハイドロフルオロ
エーテル、およびそれらの混合物から成る群から選ばれることを特徴とする請求
項1乃至4のうちいずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項6】 前記抑制剤は100℃未満の沸点を有することを特徴とする
請求項1乃至5のうちいずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項7】 前記抑制剤はジフルオロメタン、ペンタフルオロエタン、1
,1,1,2−テトラフルオロエタン、ジフルオロエタン、ヘプタフルオロプロ
パン、メトキシ−ノナフルオロブタン、エトキシ−ノナフルオロブタン、ジヒド
ロデカフルオロペンタン、およびそれらの混合物から成る群から選ばれることを
特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項8】 前記組成物の各成分は1500未満の地球温暖化潜在力を有
することを特徴とする請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項9】 前記抑制剤は1,1,1,2−テトラフルオロエタンであり
、前記キャリヤガスは乾燥空気であることを特徴とする請求項1乃至8のうちい
ずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項10】 体積で1%未満の抑制剤を含有していることを特徴とする
請求項1乃至9のうちいずれか一項に記載の組成物。 - 【請求項11】 体積で0.5%未満の抑制剤を含有していることを特徴と
する請求項10に記載の組成物。 - 【請求項12】 体積で0.1%未満の抑制剤を含有していることを特徴と
する請求項11に記載の組成物。 - 【請求項13】 任意の実施例に記述されている実質的に本明細書のような
カバーガス組成物。 - 【請求項14】 溶融マグネシウム/マグネシウム合金を保護する方法であ
って、該方法が、前記マグネシウム/マグネシウム合金を請求項1乃至14のい
ずれか一項に記載のカバーガス組成物で覆う工程を含むこと特徴とする方法。 - 【請求項15】 請求項1乃至12のうちいずれか一項に記載された抑制剤
を、溶融マグネシウム/マグネシウム合金の酸化を防止または最少にするために
使用すること。 - 【請求項16】 マグネシウム/マグネシウム合金の火炎を消す方法であっ
て、該方法が、前記火炎を請求項1乃至12のうちいずれかに記載された抑制剤
の雰囲気に曝すことを含む方法。
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