JP2003001403A - 還元鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶湯の表面張力を低減させて溶湯の流動性、
金型との濡れ性を向上させることにより、湯周り性を確
保するための保温、断熱離型剤の使用を減らしまたは廃
止して、安価で高品質の鋳造方法として提供する。 【解決手段】 溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元
して鋳造する還元鋳造方法において、成形型１０のキャ
ビティ１２内を非酸化性雰囲気とした後、前記溶湯の金
属よりも還元性の強い還元性物質を溶湯に作用させ、溶
湯の表面に形成された酸化皮膜を還元して鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳造時に金属の溶湯
の表面に形成される酸化被膜を還元して鋳造する還元鋳
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳造方法には重力鋳造法（ＧＤＣ）、低
圧鋳造法（ＬＰＤＣ）、ダイキャスト（ＤＣ）、スクイ
ズ（ＳＣ）、チクソモールドなどさまざまな方法があ
る。これらはいずれも成形型のキャビティ内に溶湯を注
入して所定形状に成形して鋳造するものである。これら
の鋳造方法のうち、溶湯の表面に酸化被膜が形成されや
すいもの、たとえばアルミニウム鋳造などでは、溶湯の
表面に形成された酸化被膜によって表面張力が大きくな
り、溶湯の流動性、湯周り性、溶着性が低下し、溶湯の
未充填、湯じわ等の鋳造欠陥が生じることが問題となっ
ている。

【０００３】これらの問題を解決する方法として、本出
願人は還元鋳造方法によりアルミニウムの溶湯の表面に
形成される酸化被膜を還元して鋳造する方法を開発し
た。この還元鋳造方法では、窒素ガスとマグネシウムガ
スとを用いて強い還元性を有するマグネシウム窒素化合
物（Ｍｇ3Ｎ2）を生成し、このマグネシウム窒素化合物
をアルミニウムの溶湯に作用させ、溶湯の表面に形成さ
れる酸化被膜を還元して鋳造する。マグネシウム窒素化
合物を成形型のキャビティの表面に析出させた状態で溶
湯を注入することによって、溶湯がキャビティの表面に
接触する際に溶湯の表面の酸化被膜を還元して溶湯の表
面張力を低減させ、溶湯の流動性と濡れ性を向上させる
ことができ、これによって、鋳造欠陥がなく、湯じわ等
のないすぐれた外観の鋳造製品を容易に製造することが
可能になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の還元鋳造方法で
は、マグネシウム窒素化合物といった還元性化合物を溶
湯に作用させて溶湯の表面に形成される酸化被膜を還元
して鋳造することが特徴である。このため、鋳造に際し
てはマグネシウム金属と窒素ガスとを反応させてマグネ
シウム窒素化合物を生成した後、金属の溶湯にマグネシ
ウム窒素化合物を作用させている。マグネシウム窒素化
合物を生成する方法としては、成形型とは別の加熱炉等
であらかじめマグネシウム窒素化合物を生成する方法
と、成形型のキャビティ内に窒素ガスとマグネシウムガ
スとを別々に導入し、キャビティ内でマグネシウム窒素
化合物を生成する方法がある。

【０００５】いずれの場合も、マグネシウム金属を加熱
してマグネシウムガスとし、このマグネシウムガスと窒
素ガスとを反応させてマグネシウム窒素化合物を生成す
る。マグネシウム窒素化合物は還元性がきわめて高いか
ら、その生成段階及び溶湯に作用させる段階では非酸化
性雰囲気下で処理しなければならない。ところで、従来
の還元鋳造方法においては、マグネシウムガスと窒素ガ
スとを反応させてマグネシウム窒素化合物を生成すると
いったように、金属ガスと窒素ガスとを使用している。
上述したように、還元鋳造方法では還元性化合物の還元
性を損なわないようにする必要があり、通常の鋳造装置
にくらべて鋳造操作に注意を要する。したがって、装置
構成等ができるだけ簡略化できれば、装置構成が簡略化
できるとともに鋳造操作が容易にできて望ましい。

【０００６】本発明は、これらの問題を解消すべくなさ
れたものであり、その目的とするところは、金属の溶湯
表面に形成される酸化皮膜を還元して好適な鋳造を可能
にし、すぐれた外観の鋳造品を容易に製造することがで
きるとともに、鋳造装置の構成も簡略化することができ
る還元鋳造方法を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、次の構成を備える。すなわち、溶湯の表面に
形成された酸化皮膜を還元して鋳造する還元鋳造方法に
おいて、成形型のキャビティ内を非酸化性雰囲気とした
後、前記溶湯の金属よりも還元性の強い還元性物質を溶
湯に作用させ、溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元
して鋳造することを特徴とする。また、前記還元性物質
と反応しないキャリアガスにより還元性物質を輸送して
溶湯に還元性物質を作用させることを特徴とする。ま
た、前記キャビティ内を非酸化性雰囲気とする方法とし
て、還元性物質と反応しないキャリアガスを前記キャビ
ティ内に導入してキャビティ内の酸化性雰囲気と置換す
ること、前記キャビティ内を真空吸引することを特徴と
する。また、前記還元性物質として、金属ガスを使用す
ることを特徴とする。また、前記還元鋳造方法におい
て、金属の溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶
湯を使用し、還元性物質としてマグネシウムガスを使用
することにより、好適なアルミニウム鋳造を行うことが
できる。また、前記マグネシウムガスのキャリアガスと
してアルゴンガスが好適に使用できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、図面とともに詳細に説明する。図１は本発明
に係る還元鋳造方法を利用して鋳造する鋳造装置の全体
構成を示す説明図である。なお、以下ではアルミニウム
鋳造に使用する例を示すが、本発明はアルミニウム鋳造
に限定されるものではない。図１で１０は成形型であ
り、１２はキャビティ、１４はランナー、１６は湯口、
１８はランナー１４の開口部を開閉する栓である。栓１
８を開いて湯口１６からキャビティ１２にアルミニウム
の溶湯を注入し、キャビティ１２内で溶湯を凝固させる
ことにより所定形状に鋳造することができる。

【０００９】２０はキャリアガスとしてのアルゴンガス
を供給するためのアルゴンガスボンベである。アルゴン
ガスボンベ２０はバルブ２２が介装された配管２４を介
して成形型１０のキャビティ１２と連通する。２６は流
量計である。３０は金属の供給タンクであり、本実施形
態ではマグネシウム粉末３２を収容する。供給タンク３
０は、一方でアルゴンガスボンベ２０に連通する配管２
４のバルブ２２よりも上流側の位置に配管３４を介して
連通し、他方で加熱炉４０とアルゴンガスボンベ２０と
を連通する配管４６の中途に配管３６を介して連通す
る。３８は配管３６の中途に介装したバルブである。

【００１０】４０は金属を加熱して金属ガスを生成する
加熱炉である。本実施形態では、加熱炉４０の炉内温度
を、マグネシウム粉末３２が昇華する８００℃以上に設
定している。アルゴンガスボンベ２０と加熱炉４０とは
バルブ４２を介装した配管４６によって連通される。配
管４６はその先端４６ａが加熱炉４０内で底部近傍まで
延出するように設置する。バルブ４２は配管４６上で、
配管３６と配管４６との接続部分よりも上流側に配置す
る。４４は流量計である。加熱炉４０と成形型１０とは
配管５０を介して連通する。配管５０の基端５０ａは加
熱炉４０内の上部に配置され、配管５０の先端は成形型
１０のランナー１４に接続する。

【００１１】本実施形態の鋳造装置を用いたアルミニウ
ムの還元鋳造は、以下のようにして行われる。まず、バ
ルブ３８およびバルブ４２を閉めた状態でバルブ２２を
開け、アルゴンガスボンベ２０から成形型１０のキャビ
ティ１２内にアルゴンガスを流入させ、キャビティ１２
内からエアを排出し、キャビティ１２内を非酸化性雰囲
気にする。この操作でキャビティ１２に流入させるアル
ゴンガスの流量は流量計２６によって制御することがで
きる。キャビティ１２内にアルゴンガスを充填してキャ
ビティ１２内を非酸化性雰囲気とした状態で、ランナー
１４を栓１８によって封止する。

【００１２】なお、キャビティ１２内を非酸化性雰囲気
とする方法としては、本実施形態のような非酸化性のア
ルゴンガスをキャビティ１２に流入させてキャビティ１
２内のエアをパージする方法の他に、キャビティ１２内
を真空装置を用いて真空吸引し、キャビティ１２からエ
アを排出して非酸化性雰囲気とする方法も可能である。
真空装置によりキャビティ１２内から排気する際は、成
形型１０のベント孔（図示せず）を封止してキャビティ
１２内を密閉した状態で行うようにする。

【００１３】次に、バルブ２２およびバルブ４２を閉
め、バルブ３８を開けてアルゴンガスボンベ２０から供
給タンク３０にアルゴンガスを流入させ、加熱炉４０に
マグネシウム粉末３２を供給する。なお、加熱炉４０に
マグネシウム粉末３２を供給する際には加熱炉４０の内
部を事前に非酸化性雰囲気としておく必要がある。この
ため、バルブ２２およびバルブ３８を閉めた状態でバル
ブ４２を開けてアルゴンガスボンベ２０から加熱炉４０
にアルゴンガスを流入させ、加熱炉４０内のエアを排出
し、その後、加熱炉４０にマグネシウム粉末３２を供給
する。なお、マグネシウム粉末３２を加熱炉４０に供給
するごとに加熱炉４０にアルゴンガスを流入させ加熱炉
４０内を非酸素雰囲気とするかわりに、配管５０にバル
ブを介装しておき、適宜バルブを開閉して加熱炉４０の
内部を外部から常時遮断して非酸素雰囲気を維持するよ
うにすることも可能である。

【００１４】加熱炉４０にマグネシウム粉末３２を供給
した後、バルブ３８を閉める。加熱炉４０ではマグネシ
ウム粉末３２が加熱されて昇華しマグネシウムガスとな
る。本実施形態ではこのマグネシウムガスが還元性物質
として作用する。次に、バルブ４２を開き、アルゴンガ
スボンベ２０から加熱炉４０にアルゴンガスを流入さ
せ、アルゴンガスをキャリアガスとして加熱炉４０内の
マグネシウムガスを成形型１０のキャビティ１２内に送
出する。アルゴンガスをキャリアガスとして加熱炉４０
内のマグネシウムガスをキャビティ１２に供給する際に
は、流量計４４によりアルゴンガスの流量をモニターし
てアルゴンガスの流量を適宜制御することができる。

【００１５】なお、成形型１０のキャビティ１２にマグ
ネシウムガスを導入する場合は、加熱炉４０を用いてマ
グネシウムガスを発生させ、アルゴンガス等のキャリア
ガスを用いてマグネシウムガスをキャビティ１２に導入
する方法が一般的である。なお、加熱炉４０からマグネ
シウムガスをキャビティ１２に供給する方法としては、
１回の鋳造操作ごと供給タンク３０から一定量ずつマグ
ネシウム粉末を加熱炉４０に供給してマグネシウムガス
を発生させる方法、キャリアガスの流量を制御して加熱
炉４０からキャビティ１２に供給する量を制御する方法
等がある。キャリアガスの流量によってマグネシウムガ
スの供給量を制御する場合は、加熱炉４０に随時マグネ
シウムを供給すればよい。もちろん、マグネシウムは粉
末状のものの他、顆粒状のものや小片状のもの等を供給
してもよい。その場合、加熱炉４０内でマグネシウムは
溶融状態となっている。

【００１６】成形型１０のキャビティ１２にマグネシウ
ムガスを導入した後、湯口１６からランナー１４を介し
てアルミニウムの溶湯をキャビティ１２に注入する。栓
１８をランナー１４から外すことによって、湯口１６か
ら溶湯がキャビティ１２内に注入される。ランナー１４
からキャビティ１２に注入されたアルミニウムの溶湯
は、少しずつキャビティ１２を充填していくが、マグネ
シウムはアルミニウムにくらべて酸化活性が強いから、
キャビティ１２に導入されているマグネシウムガスの作
用により、アルミニウムの溶湯の表面に形成されている
酸化皮膜が還元され、酸化皮膜から酸素が奪われ溶湯の
表面が純粋なアルミニウムに還元されて鋳造される（還
元鋳造方法）。

【００１７】キャビティ１２内は事前に非酸化性雰囲気
としているが、キャビティ１２に残存している酸素はマ
グネシウムガスと反応し、酸化マグネシウムまたは水酸
化マグネシウムとなって溶湯中に取り込まれる。キャビ
ティ１２に残存している酸素量はわずかであり、したが
って、酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムとな
る量は少量であり、また、安定な化合物であるためこれ
らがアルミニウム鋳造品の品質に悪影響を与えることは
ない。

【００１８】本実施形態ではマグネシウムガスが還元性
物質として作用し、アルミニウムの溶湯表面に形成され
た酸化皮膜から酸素を奪い、アルミニウムの溶湯表面が
純粋なアルミニウムとなって鋳造される。大気下ではア
ルミニウムの溶湯はきわめて酸化しやすく、溶湯の表面
に形成された酸化皮膜により表面張力が大きくなって湯
周り性等が阻害されるのに対して、本実施形態の場合
は、アルミニウムの表面が純粋なアルミニウムとなるこ
とにより溶湯の表面張力が小さくなり、溶湯の濡れ性、
湯周り性が良好となり、キャビティ１２の内壁面との転
写性（平滑性）が良好となって、湯じわ等のない良好な
外観の鋳造品を得ることが可能になる。また、溶湯の充
填性が良くなることから、溶湯の未充填等の欠陥がなく
なり、キャビティ１２に短時間（数秒程度）で溶湯を充
填することが可能になる。

【００１９】なお、上記実施形態はアルミニウム鋳造に
適用した例であるが、アルミニウム合金の鋳造にも同様
に適用することができる。また、アルミニウム以外にマ
グネシウムまたは鉄等の金属、またはこれらの合金の鋳
造にも好適に利用することができる。また、上記実施形
態ではアルミニウムの溶湯に還元性物質としてマグネシ
ウムガスを作用させたが、還元性物質は溶湯の表面に形
成される酸化皮膜を還元する作用を有するものであれば
マグネシウムガスに限定されるものではなく、適宜金属
ガスあるいは適宜化合物を使用することができる。な
お、還元性物質は金属の溶湯表面に形成される酸化皮膜
を還元する作用を有するものであればよく、その還元特
性は鋳造で使用する金属との関係において選択される。
また、還元性物質は加熱することにより気体状、粒子状
となってキャリアガスにより容易に輸送することができ
る金属あるいは化合物が好適に使用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明に係る還元鋳造方法は、上述した
ように、キャビティを非酸化性雰囲気とした後、溶湯に
還元性物質を作用させることによって、溶湯の表面に形
成される酸化皮膜を還元して鋳造することができ、溶湯
の表面張力を低減させて、溶湯の流動性、金型との濡れ
性を向上させることができる。これにより、溶湯の湯周
り性が良好となり、湯周り性を確保するための保温、断
熱離型剤の使用を減らしまたは廃止することができ、安
価で高品質の鋳造方法として提供することができる。ま
た、溶湯に還元作用を作用させるため、金属ガスと窒素
ガスとを反応させて還元性化合物を生成する必要がなく
なり、鋳造装置の構成を簡素化できるとともに、鋳造操
作を容易にすることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鋳造方法を利用して鋳造する鋳造
装置の全体構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 成形型 １２ キャビティ １４ ランナー １６ 湯口 １８ 栓 ２０ アルゴンガスボンベ ２２、３８、４２ バルブ ２４、３４、３６、４６、５０ 配管 ２６、４４ 流量計 ３０ 供給タンク ３２ マグネシウム粉末 ４０ 加熱炉

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元
   して鋳造する還元鋳造方法において、 成形型のキャビティ内を非酸化性雰囲気とした後、 前記溶湯の金属よりも還元性の強い還元性物質を溶湯に
   作用させ、溶湯の表面に形成された酸化皮膜を還元して
   鋳造することを特徴とする還元鋳造方法。
2. 【請求項２】 還元性物質と反応しないキャリアガスに
   より還元性物質を輸送して溶湯に還元性物質を作用させ
   ることを特徴とする請求項１記載の還元鋳造方法。
3. 【請求項３】 キャビティ内を非酸化性雰囲気とする方
   法として、還元性物質と反応しないキャリアガスを前記
   キャビティ内に導入してキャビティ内の酸化性雰囲気と
   置換することを特徴とする請求項１または２記載の還元
   鋳造方法。
4. 【請求項４】 キャビティ内を非酸化性雰囲気とする方
   法として、前記キャビティ内を真空吸引することを特徴
   とする請求項１または２記載の還元鋳造方法。
5. 【請求項５】 還元性物質として、金属ガスを使用する
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の還元
   鋳造方法。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３または４記載の還元鋳
   造方法において、 金属の溶湯としてアルミニウムまたはその合金の溶湯を
   使用し、 還元性物質としてマグネシウムガスを使用することを特
   徴とする還元鋳造方法。
7. 【請求項７】 マグネシウムガスのキャリアガスとして
   アルゴンガスを使用することを特徴とする請求項６記載
   の還元鋳造方法。