JP2009502515A - 金属を含有する鋳造体を製造する方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明は材料学の分野に関連し、例えば金属ガラスから成る成形体を製造するために使用できる方法に関する。本発明の課題は、高い冷却値のほかに、鋳造に際して良好な型充填が達成される方法と装置とを提供することである。この課題は、金属を含有する溶融物を導電的な鋳造型に供給し、鋳造型に供給する間、金属を含有する溶融物と型とを同じ電圧源の出口に導電的に結合し、溶融物と型との間の境界層をあらかじめ設定された電流が流される方法と装置とによって解決された。さらに前記課題は金属を含有する溶融物と溶融物のための導電的な鋳造型との間に電圧源に対する導電的な接続が生じることによっても解決された。

Description

本発明は材料学と方法技術との分野に関し、金属を含有する鋳造体を製作する方法、例えば金属ガラスから成る成形体を製作するために使用できる方法及び前記方法を実現する装置に関する。

金属ガラスは普通の結晶ガラスとは異なって長距離秩序を有していない準安定的な合金である。その組織は無定形で液体の組織に似ている。無定形の状態を冷却に際して維持するためには多くの条件が充たされなければならない。例えば液体の組織を凍結するためには核形成と核生長とが抑制されなければならない。これを実現するためには金属性の溶融物はきわめて迅速に、例えばきわめて伝熱性の良い冷却体の表面との接触によって冷却されなければならない。熱接触の質と液体層の厚さと伝熱性とは冷却値を決定する。

金属及び内実の金属的なガラスを鋳造する公知の普及している方法は冷たい金型での鋳造法である。この場合には溶融物は種々異なる処置で金型内へ強制され、そこで金型によってあらかじめ規定された形に凝固させられる。

金属性のガラスの場合に高い冷却値を達成するためには金型は伝熱性の良好な材料から製作される。この場合には鋳造過程はきわめて迅速に行なわれる。まず金属はるつぼにて溶融され、次いで溶融物はガス圧又は遠心力により型内へ強制される。

金属性の溶融物と有利には銅金型との間に良好な熱接触を保証するためには型の表面はきわめて清潔でなければならない。これは機械的な清掃と腐蝕処理とにより容易に実現される。さらに溶融物は型を良好に濡らしたい。溶融物による型の濡らしは主として溶融物の粘性と銅金型と大気とに対する界面張力とに関連する。溶融物による型の濡れは増加する温度に関連して指数的に減少するのに対し、界面張力は増加温度に関連して直線的に減少する。型の良好な濡れと充填とにとって望ましい粘性と界面張力との小さな値は原理的には高温で調節される。もちろん温度上昇は放出されるべき熱量を高め、冷却速度を低下させ、したがって望まれない。溶融物の過熱は結晶性の合金を鋳造する場合には型の良好な充填につながるが金属性のガラスの場合には無定形の状態を凍結するためには過熱は回避する必要がある。

さらに酸素による溶融物の汚染が金属性のガラスの製造性を妨げ、その特性を劣化させることが公知である。この効果は、溶融物における酸化粒子における不均質の核形成によって説明される。鋳造の前に溶融物の上を浮遊するスラグと金属溶融との間の電流によって溶融物を電子化学的に清浄する方法はＳ．Ｂｏｓｓｕｙｔ ｅｔ．ａｌ．，Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ａ３７５−３７７（２００４）２４０−２４３に記載されている。

本発明の課題は金属を含有する鋳造体を製作する方法と該方法のための装置とを、高い冷却値の他に、金属を含有する溶融物の過熱なしで鋳造に際して良好な型充填が達成されるように改良することである。

この課題は独立請求項に開示した発明によって解決された。有利な実施例は従属請求項の対象である。

金属を含有する鋳造体を製造するための本発明の方法では、金属を含有する溶融物が導電性の鋳造型に供給される。この場合、鋳造型に供給する間、金属を含有する溶融物と型とは同じ電圧源の出口に導電的に接続され、溶融物と型との間の境界面を、あらかじめ調節された電流が流される。

有利な形式で金属を含有する溶融物は５０Ｍａ．‐％よりも多く金属から成っている。

同様に有利であることは金属を含有する溶融物として溶融された無定形の金属が使用されることである。

さらに有利であることは伝熱性の良好な金属、より有利には銅から成る鋳造型が使用されることである。

又、金属を含有する溶融物が電極を介して電圧源に接続されていることも有利である。

さらに、誘導加熱された金属を含有する溶融物を使用することも有利である。

同様に有利であることは電圧源から０．５Ｖから４２Ｖの電圧が取出されることである。

さらに鋳造型へ金属を含有する溶融物を供給することは圧力鋳造法で実現されると有利である。

金属を含有する鋳造体を製造するための本発明の装置の場合には金属を含有する溶融物と電圧源との間には導電性の接続が存在している。さらに金属を含有する溶融物を供給しようとする導電性の鋳造型は、金属を含有する溶融物と同じ電圧源に同様に導電的に接続されている。

有利には金属を含有する溶融物は金属を溶融するための装置内に、より有利には誘導炉内に存在している。

さらに金属を含有する溶融物が電極を介して、有利にはタングステン電極を介して電圧源に接続されていると有利である。

さらに鋳造型として伝熱性の良好な材料、有利には銅から成る鋳造型が使用されていることも有利である。

本発明による方法と本発明による装置とによっては、金属を含有する溶融物を過熱することなく、高い冷却値で良好な型充填が達成される。少なくとも鋳造型に供給する間に、金属を含有する溶融物と導電性の鋳造型との間に電圧をかけることにより、金属を含有する溶融物の界面張力が低下させられる。この結果、金属を含有する溶融物と導電性の鋳造型との間に良好な熱的接触がもたらされ、これによって、金属を含有する溶融物を過熱することなしに鋳造型のより完全な充填が達成される。さらに本発明による方法と装置とによっては、より複雑な成形部分、例えば中実の金属性のガラスから成る成形部分が容易にかつ大きな寸法で製造されることができる。

有利な形式で鋳造型への金属を含有する溶融物の供給は、圧力鋳造技術で行なわれる。この場合、金属を含有する合金の溶融と鋳造は閉じたシステムにてイナートガス雰囲気のもとで行なわれる。同様に有利な形式で誘導的に溶融された金属を含有する溶融物は例えば大気の過圧、例えばアルゴン雰囲気によって型内へ圧送される。電圧は形状付与過程に応じて又は形状付与過程の間、変化させられることができる。この場合、金属を含有する溶融物と導電的な鋳造型との間の短絡流はあらかじめ決定されている。

本発明による解決策の主要部分は、溶融物で型がより良好に濡らされかつ溶融物と型との間の接触がより均等になるように、溶融物の過熱なしで、溶融物と型との間の濡らし状態を目的に合わせて変化させることができることにある。溶融物の形式に応じて種々異なる材料に固有の特性の改善が生じる。

本発明の解決策の別の利点は、軟磁性の材料の場合に形状付与過程の間に電圧をかけることによって、製造された鋳造体の抗磁力が小さくかつその磁化性が高くなることである。これは形状付与の間の少ない内部応力によって達成される。これは均等な冷却に起因し、本発明にしたがって製造された生産品の磁気的及び機械的な特性の改善につながる。さらに複雑な形がより良好に成形され、本発明に従って製造された生産品は機械的にも強くなる。

以下、本発明を複数の実施例に基づき詳細に説明する。

例１
１００ｇのＦｅＣＰＢＳｉＭｎ−合金（硼素及び燐添加を有する鋳造鉄）から誘導炉にてアルゴン雰囲気のもとで金属的な溶融物が製造される。金属的な溶融物内にはタングステン電極が突入し、該タングステン電極は電圧源に接続されている。誘導炉の下には銅金型が配置されている。この銅金型は鋳造されたリング円板を成形するための切欠きを有している。この場合には内径＝１８ｍｍ、外直径＝２６ｍｍ、厚さ＝１ｍｍの寸法を有するリング円板を鋳造したい。銅金型は同様に電圧源と導電的に接続されている。２３０Ｖの電圧をかけたあとで誘導炉の流出開口が開放される。同時に２００ｋＰａのアルゴン過圧がかけられ、これにより金属的な溶融物が銅金型における切欠き内に押圧されかつ表面張力がわずかであることに基づき金型が完全に充填される。金型の冷却と開放とのあとで所望の寸法を有する完全なリング円板が提供される。

例２
合金Ｆｅ_６５．５Ｃｒ_４Ｍｏ_４Ｇａ_４Ｐ_１２Ｃ_５Ｂ_５．５は公知技術の方法では無定形にはリング円板に鋳造されることができない。いまや例１の方法に従ってこの合金からは完全なリング円板が製造され得る。この場合にはこの生産品は非晶質形態で存在する。

Claims (16)

1. 金属を含有する鋳造体を製造する方法であって、金属を含有する溶融物を導電性の鋳造型に流し込み、金属を含有する溶融物を鋳造型に流し込む間、金属を含有する溶融物と型とを同じ電圧源の出口に導電的に接続し、溶融物と型との間の境界層を通してあらかじめ設定された電流を流すことを特徴とする、金属を含有する鋳造体を製造する方法。
2. 金属を含有する溶融物が５０Ｍａ．‐％よりも多く金属から成っている、請求項１記載の方法。
3. 金属を含有する溶融物として溶融された無定形の金属が使用されている、請求項１記載の方法。
4. 伝熱性の良い金属から成る鋳造型を使用する、請求項１記載の方法。
5. 銅から成る鋳造型を使用する請求項４記載の方法。
6. 金属を含有する溶融物が電極を介して電圧源に接続されている、請求項１記載の方法。
7. 誘導加熱された金属を含有する溶融物を使用する、請求項１記載の方法。
8. 電圧源にて０．５Ｖから４２Ｖまでの電圧が取出される、請求項１記載の方法。
9. 金属を含有する溶融物を鋳造型へ供給することを圧力鋳造方法で実現する、請求項１記載の方法。
10. 金属を含有する鋳造体を製造するための装置であって、金属を含有する溶融物と電圧源との間に導電結合が形成され、金属を含有する溶融物を供給しようとする導電性の鋳造型が同じ電圧源と導電的に接続されていることを特徴とする、金属を含有する鋳造体を製造する装置。
11. 金属を含有する溶融物が金属を溶融する装置内にある、請求項１０記載の装置。
12. 金属を含有する溶融物が誘導炉内にある、請求項１１記載の装置。
13. 金属を含有する溶融物が電極を介して電圧源に接続されている、請求項１０記載の方法。
14. 金属を含有する溶融物がタングステン電極を介して電圧源に接続されている、請求項１３記載の装置。
15. 伝熱性のよい材料から成る鋳造型が使用されている、請求項１０記載の装置。
16. 銅から成る鋳造型が使用されている、請求項１５記載の装置。