JP2012503552A

JP2012503552A - 高反応性溶融体で鋳造するための鋳型を製造する方法

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Publication number: JP2012503552A
Application number: JP2011528316A
Authority: JP
Inventors: マンフレッドレンケル
Original assignee: G4T GmbH
Current assignee: G4T GmbH
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2012-02-09
Also published as: DE102008042376A1; WO2010034762A2; EP2337645A2; US20110203760A1; EP2337645B1; WO2010034762A3

Abstract

本発明は、高反応性溶融体を鋳造するための、特にチタン、チタン合金またはチタンアルミナイド金属間化合物を鋳造するための鋳型を製造する方法に関する。上記方法は、以下の工程よりなる：コンタクト層（１）が、必須固体成分として第１のＹ₂Ｏ₃粉末を含む第１のスラリーを鋳型中子に塗布することにより、作製され、第１のスラリーから形成されたコンタクト層（１）が、必須成分としてＹ₂Ｏ₃を含む第２のＹ₂Ｏ₃粉末で、覆われる。特に効率的なプロセスについて、第１のスラリーを作製するための第１の乾燥固体が、少なくとも７５重量％のＹ₂Ｏ₃と、付加的な固体成分として少なくとも１．０〜２５重量％の水硬性バインダーとを含む。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルによって規定されるように、高反応性溶融体を鋳造するための、特にチタン、チタン合金またはチタンアルミナイド金属間化合物を鋳造するための鋳型を製造する方法に関する。

そのような方法は、ＷＯ２００５／０３９８０３により既知である。スラリーが、コンタクト層または表面被膜層を作製するために、酸化イットリウム、酸化マグネシウムと酸化カルシウムとを含んでいる。スラリーの水分と共に、酸化マグネシウムは発熱反応を引き起こし、この反応の間に水が蒸発して、そしてそのスラリーで作製されたコンタクト層の乾燥時間は、短縮される。この文献からは、使用された酸化物の量または量の関係については、不明である。

本発明の目的は、従来技術の不都合なことを除去することである。特に、高反応性溶融体で鋳造するための鋳型を製造する方法であって、可能なかぎり簡単に、再現可能にかつ迅速に行なわれ得るものが、特定されるべきである。

この目的は、請求項１の特徴によって解決される。本発明の有用な実施形態が、請求項２〜２５の特徴からもたらされる。

唯一の図（図１）は、本発明に従った鋳型の部分的な断面図を概略的に示す。

本発明によれば、第１のスラリーを作製するための第１の乾燥固体が、少なくとも７５重量％のＹ₂Ｏ₃と、付加的な固体成分として少なくとも１．０〜２５重量％の水硬性バインダーとを含むことが規定される。

本発明の意味では、「水硬性バインダー」は、水の存在下で水和する、物質の混合物を意味すると理解される。これによって形成された水和物は、スラリーに含まれる固体成分を硬化させる。

第１のスラリーの特に速い硬化が、提案された組成で達成され得る。特に、比較的非常に希薄な状態にある第１のスラリーを鋳型中子に射出法を使用して塗布することが可能である。これは、ひいては、高反応性溶融体で鋳造するための鋳型を製造するための特に簡単で迅速な方法を提供する。

有利な実施形態によれば、第１の乾燥固体は、９５重量％未満のＹ₂Ｏ₃を、好ましくは９０重量％未満で含むことが規定される。驚いたことに、水硬性バインダーを加えることにより、高反応性溶融体の腐食作用に対するコンタクト層の耐性を低下させずに、高反応性溶融体による腐食に対する安定性に必要な比較的高価なＹ₂Ｏ₃成分が低減され得ることが示された。例えば、第１の乾燥固体中のＹ₂Ｏ₃の含有量は、８０または８５重量％に低減され得る。Ｙ₂Ｏ₃の一部、例えば５〜１０重量％がＴｉＯ₂に置き換えられ得る。水硬性バインダーの含有量は、有利に８〜１６重量％の間である。

既に先で述べられたように、第１のスラリーは、本発明に従った方法を使用して、射出法で鋳型中子に塗布され得る。これは、特に滑らかで薄いコンタクト層の作製および上記方法の特に効率的な実行を可能にする。

有利な実施形態によれば、第１の粉末の粒帯域は０〜５０μｍの間であり、そして８〜２０μｍまでの範囲に平均粒径（ｄ₅₀）を有利に有している。提案された粒度分布を有するスラリーが射出法で特に良好に一方では処理され得、他方では、コンタクト層の高い表面品質はこれにより達成され得ることが示された。

第２のＹ₂Ｏ₃粉末は、１３０〜２００μｍまでの範囲に平均粒径（ｄ₅₀）を有し得る。第２のＹ₂Ｏ₃粉末の提案された平均粒径は、良好な射出性に寄与し、よってコンタクト層を（砂を撒くように）覆うことをより容易にする。

水硬性バインダーは、好ましくはＣａＯ＊Ａｌ₂Ｏ₃を含む。そのようなアルミン酸カルシウムセメントは、有用であるのは、６０〜８０重量％のＡｌ₂Ｏ₃、好ましくはおよそ７０重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含む。提案された水硬性バインダーを使用することにより作製されたコンタクト層が、優れた硬度を示す。第１の乾燥固体は、有用であるのは、ＭｇＯの不可避不純物だけを含む。高反応性溶融体に対する、特にチタンアルミナイドの溶融体に対する特に良好な耐性が、これにより達成され得る。

さらなる実施形態の特徴によれば、コンタクト層と第１のサンディング層との積層構造体または複数の積層構造体を囲むコーティング層が設けられ得る。コーティング層は必須成分としてＭｇＯを含み得る。さらに、コーティング層を作製するための第２の乾燥固体が、水硬性バインダー、好ましくはアルミン酸カルシウムセメントを含み得る。有利に、後者は、６０〜８０重量％のＡｌ₂Ｏ₃、好ましくはおよそ７０重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含む。第２の乾燥固体は、有用であるのは、少なくとも４０重量％のＭｇＯ、好ましくは６０〜８０重量％と、少なくとも２０重量％の水硬性バインダーとを含む。さらに、第２の乾燥固体は、以下の酸化物、すなわち、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃のうちの１つ以上を含み得る。コーティング層は、コンタクト層の機械的な安定化のために本質的に使用される。それは、コンタクト層より顕著に大きな層厚を有し得る。

コーティング層が作製される前に、中間層および第２のサンディング層から形成された中間積層構造体をコンタクト層および第１のサンディング層によって形成された積層構造体上に塗布するのに特に有用であることが分かった。中間層は、第２のスラリーが射出法または浸漬法を使用して塗布されることによって作製され得る。第２のスラリーは、必須固体成分として第１のＭｇＯ粉末を含み得る。さらに、第２のスラリーは、水硬性バインダー、好ましくは、６０〜８０重量％のＡｌ₂Ｏ₃好ましくはおよそ７０重量％のＡｌ₂Ｏ₃を含むアルミン酸カルシウムセメント（ＣａＯ＊Ａｌ₂Ｏ₃）を有し得る。第２のスラリーを作製するための第３の乾燥固体は、少なくとも５０重量％のＭｇＯ、好ましくは６０〜７０重量％と、少なくとも２０重量％の水硬性バインダーとを含み得る。第２のサンディング層は、有用であるのは、第２のＭｇＯ粉末を第２のスラリー層上に塗布することにより作製される。

中間層および第２のサンディング層からそれぞれ形成されるようないくつかの中間積層構造体は、コンタクト層および第１のサンディング層からなる積層構造体上に連続して塗布され得る。第１のＭｇＯ粉末は、第２のＭｇＯ粉末より小さな平均粒径を有し得る。

また、第１の乾燥固体および／または第３の乾燥固体ならびに／あるいは１つ／複数のサンディング層は、以下の酸化物、すなわち、ＣｅＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂のうちの少なくとも１つを含み得る。他の希土類の酸化物の追加も可能である。

このようにして設けられた中間積層構造体は、鋳型の改善された耐熱衝撃性に寄与する。中間層はさらに水硬性バインダーを含むので、それらも、特に射出法を使用して、迅速にかつ効率的に作製され得る。コンタクト層および／または中間層の含水率は、それらの塗布後に、赤外線によって特定値に低下させられ得る。特定値は、残留水分の１０〜６０％の範囲、好ましくは残留水分の２０％未満かつ５％より大きくなり得る。

特に、鋳型の機械的安定性およびその効率的な製造に関して、第１の乾燥固体中の水硬性バインダーの割合が、第２または第３の乾燥固体中より小さいことが有用であると分かった。第２の乾燥固体および／または第３の乾燥固体中の水硬性バインダーの割合が、少なくとも２重量％だけ、好ましくは少なくとも５重量％だけ、第１の乾燥固体中よりも有利に大きい。

更に、第１のスラリーおよび／または第２のスラリーが、１０００ｍＰａｓ以下、好ましくは４５０〜７５０ｍＰａｓの間の粘度を有することが有用であると分かった。そのような粘度を有するスラリーが、射出法を使用して特に良好に処理され得る。

本方法のさらなる実施形態の特徴によると、コーティング層が作製された後に、鋳型中子を形成する物質を融解し燃やし尽くすことによって、鋳型中子が取り除かれる。有用でるのは、この物質はワックスまたはその類似物である。鋳型中子を取り除いた後に作製されたグリーン体が、有用であるのは、８００℃より高くかつ１２００℃未満の焼結温度で焼結される。このように本発明によって提案されるような鋳型を製造するための水硬性バインダーの使用は、焼結温度を著しく低下させることにも寄与する。

ここで、実施例が本発明を使用してより詳細に記載する。

唯一の図（図１）は、本発明に従った鋳型の部分的な断面図を概略的に示す。コンタクト層１は、例えば、８５重量％のＹ₂Ｏ₃と１５重量％のアルミン酸カルシウムセメントの水和物とを含む。不可避不純物を除いて、それは、有用なことに、ＭｇＯを含まない。参照符号２は第１のサンディング層を示し、この第１のサンディング層は、およそ１５０μｍの平均粒径を有するさらなるＹ₂Ｏ₃粉末から本質的になる。不可避不純物を除いて、第１のサンディング層２も、有用なことに、ＭｇＯを含まない。コンタクト層１および第１のサンディング層２は、積層構造体Ａを形成する。

中間層３が、第１のサンディング層２に塗布される。この中間層３は、必須成分としてＭｇＯを含み、この必須成分はアルミン酸カルシウムセメントの反応生成物によって順に固められる。参照符号４は、第２のサンディング層を示す。この第２のサンディング層はＭｇＯ粉末から作製されている。中間層３と第２のサンディング層４とが交互に重なった層からなる中間積層構造体が、参照符号Ｂで示される。中間積層構造体Ｂは、必須固体成分としてＭｇＯを含むコーティング層５で、裏側が覆われ、この必須固体成分は水硬性バインダーによって、好ましくは、アルミン酸カルシウムセメントによって同様に固められる。

中間積層構造体Ｂと同様に、上記の積層構造体Ａも、いくつかのコンタクト層１および第１のサンディング層２が交互に重なった積層構造体から作製され得る。

（実施例１）
コンタクト層１を作製するために、第１のスラリーをまず作製する。この第１のスラリーの第１の乾燥固体が８０〜９０重量％の第１のＹ₂Ｏ₃粉末を含む。第１のＹ₂Ｏ₃粉末の平均粒径ｄ₅₀は、有用であるのは、１０〜１５μｍである。その最頻値は、有利であるのは、１５〜２５μｍである。その粒帯域は、有用であるのは、０μｍと５０μｍとの間の範囲である。さらに、第１の乾燥固体は、１０〜２０重量％、好ましくは、８〜１７重量％のアルミン酸カルシウムセメントを含む。適量の水を加えることにより、４００から７００ｍＰａｓまでの範囲で粘度を有する第１のスラリーが作製される。第１のスラリーは、射出法を使用して、例えばワックスからなる鋳型中子に射出される。その後、第１のスラリーから作製されたコンタクト層１が、第１のサンディング層２で（砂を撒くように）覆われる。第１のサンディング層２は第２のＹ₂Ｏ₃粉末から成り、この第２のＹ₂Ｏ₃粉末は、１７０から２００μｍまでの範囲に平均粒径を有し、そして、有用であるのは、不可避不純物だけを含む。このように作製された積層構造体Ａは、その後、およそ９０〜１８０分間の期間乾燥させられるか、または１０〜３０％の適切な残留水分が設定される。

コンタクト層１および第１のサンディング層２を作製する前述の工程が、複数回、例えば３〜５回、繰り返され得る。積層構造体Ａはまた、第１のサンディング層２の代わりにコンタクト層１でもって終結され得る。積層構造体Ａを終結させる第１のサンディング層がＭｇＯ粉末から本質的に作製されるということもあり得る。このＭｇＯ粉末は、その粒度分布およびその平均粒径に関して、第２のＹ₂Ｏ₃粉末と同様に作製され得る。

第２のスラリーが、中間積層構造体Ｂの１つ以上の中間層３を作製するために作製される。第２のスラリーを作製するための第２の乾燥固体が、例えば、６５〜８０重量％、好ましくは６５〜７０重量％のＭｇＯと、２０〜３５重量％、好ましくは３０〜３５重量％のアルミン酸カルシウムセメントとを含む。適量の水を加えることにより、第２のスラリーが作製され、この第２のスラリーの粘度が、それが従来の浸漬法を使用してコーティングを可能にするように、有用に設定されている。中間層３を作製するために、鋳型中子上に塗布された積層構造体Ａは、浸漬法を使用して、第２のスラリーで覆われる。その後、第２のサンディング層４は塗布され、この第２のサンディング層は０．１〜２．０ｍｍまでの範囲に粒度を有するＭｇＯ粉末から本質的に作製される。第２のサンディング層４を作製した後、このように作製された中間積層構造体Ｂは、１５〜４５分間の期間乾燥させられる、または１０〜３０％の適切な残留水分が設定される。付加的な中間層３および第２のサンディング層４が、その後、同様の方法で塗布され得る。最後に、中間積層構造体Ｂは、３０〜１００分の期間乾燥させられ得る。

コーティング層５を作製するために、６０〜８０重量％、好ましくは７０〜８０重量％のＭｇＯ、２０〜４０重量％、好ましくは２０〜３０重量％のアルミン酸カルシウムセメント、さらに水および補助物質が、静止流動可能な固体を作製するために使用される。コーティングされた鋳型中子は、その後、鋳型内に置かれ、流動可能な固体に囲まれる。流動可能な固体が乾いた後、鋳型は取り除かれる。鋳型中子は、温度を上げることにより取り除かれる。その後、鋳型のこのように作製されたグリーン体は、１０００〜１２００℃までの範囲、好ましくは１１００〜１２００℃までの範囲の温度で焼結される。

（実施例２）
この場合、第１のスラリーを作製するための第１の乾燥固体は、６０〜７０重量％のＹ₂Ｏ₃と１０〜２０重量％のＣｅＯ₂とを含む。この混合物の粒帯域は０〜５０μｍの間である。さらに、第１の乾燥固体は、１０〜２０重量％のアルミン酸カルシウムセメントを含む。３００〜６００ｍＰａｓまでの範囲に粘度を有する第１のスラリーが作製されるように、第１の乾燥固体は水と混合される。

ほかの点については、この方法は、実施例１で論述されたように行なわれる。

積層構造体Ａおよび中間積層構造体Ｂの乾燥も、赤外線でサポートされ得る。この目的のために、コーティングされた鋳型中子は、空気の温度が３０〜６０℃までの範囲にある乾燥チャンバーを通って導かれ得る。

前述の成分に加えて、第１のスラリーおよび／または第２のスラリーは、従来の補助物質、特に有機補助物質も通常の量で含み得る。

Claims

高反応性溶融体で鋳造するための、特にチタン、チタン合金またはチタンアルミナイド金属間化合物を鋳造するための鋳型を製造する方法であって、該方法は、
鋳型中子上に第１のスラリーを塗布することによりコンタクト層（１）を作製し、該第１のスラリーは必須固体成分として第１のＹ₂Ｏ₃粉末を含む工程、
Ｙ₂Ｏ₃をその必須固体成分として含む第２のＹ₂Ｏ₃粉末で該コンタクト層（１）を覆うことにより、該コンタクト層（１）上に第１のサンディング層（２）を作製する工程
を含み、
前記第１のスラリーを作製するための第１の乾燥固体が、少なくとも７５重量％のＹ₂Ｏ₃と、さらなる固体成分として少なくとも１．０〜２５重量％の水硬性バインダーとを含むことを特徴とする方法。
前記第１の乾燥固体は９０重量％未満のＹ₂Ｏ₃を含む、請求項１に記載の方法。
前記第１のスラリーは、射出法を使用して、前記鋳型中子上に塗布される、請求項１から２までのいずれか１項に記載の方法。
前記第１のＹ₂Ｏ₃粉末の粒帯域が、０〜５０μｍまでの範囲にありそして有利に８〜２０μｍまでの範囲に平均粒径（ｄ₅₀）を有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２のＹ₂Ｏ₃粉末は、１３０〜２００μｍまでの範囲に平均粒径（ｄ₅₀）を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
前記水硬性バインダーはアルミン酸カルシウムセメントである、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
コンタクト層（１）と第１のサンディング層（２）との積層構造体（Ａ）を囲むコーティング層が作製される、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
前記コーティング層（５）は前記必須成分としてＭｇＯを含む、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
前記コーティング層（５）を作製するための第２の乾燥固体が、水硬性バインダー、好ましくはアルミン酸カルシウムセメントを含む、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２の乾燥固体は少なくとも４０重量％、好ましくは少なくとも６０重量％のＭｇＯと、少なくとも２０重量％の前記水硬性バインダーとを含む、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２の乾燥固体は、以下の酸化物、すなわち、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ａｌ₂Ｏ₃のうちの１つ以上を含む、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の方法。
前記コーティング層（５）を作製する前に、中間層（３）および第２のサンディング層（４）から形成された中間積層構造体（Ｂ）が、前記コンタクト層（１）および第１のサンディング層（２）から形成された前記積層構造体（Ａ）上に塗布される、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
前記中間層（３）は、第２のスラリーが射出法を使用して塗布されることにより作製される、請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２のスラリーは前記必須固体成分として第１のＭｇＯ粉末を含む、請求項１から１３までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２のスラリーは、水硬性バインダー、好ましくはアルミン酸カルシウムセメントを含む、請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２のスラリーを作製するための第３の乾燥固体が、少なくとも５０重量％のＭｇＯと少なくとも２０重量％の前記水硬性バインダーとを含む、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２のサンディング層（４）は、第２のＭｇＯ粉末を前記中間層（３）上に塗布することにより作製される、請求項１から１６までのいずれか１項に記載の方法。
前記第１の乾燥固体および／または第３の乾燥固体ならびに／あるいは１つ／複数のサンディング層は、以下の酸化物、すなわち、ＣｅＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から１７までのいずれか１項に記載の方法。
前記コンタクト層（１）および／または前記中間層（３）の含水率は、それらの塗布後に、赤外線を使用して特定値に低下させられる、請求項１から１８までのいずれか１項に記載の方法。
前記特定値は、残留水分の１０〜６０％の範囲、好ましくは残留水分の２０％未満である、請求項１から１９までのいずれか１項に記載の方法。
前記第１の乾燥固体中の前記水硬性バインダーの割合が、前記第２または第３の乾燥固体中より小さい、請求項１から２０までのいずれか１項に記載の方法。
前記第２の乾燥固体および／または第３の乾燥固体中の前記水硬性バインダーの割合が、少なくとも２重量％だけ、好ましくは少なくとも５重量％だけ、前記第１の乾燥固体中よりも大きい、請求項１から２１までのいずれか１項に記載の方法。
前記第１のスラリーおよび／または第２のスラリーが、１０００ｍＰａｓ以下、好ましくは４５０〜７５０ｍＰａｓの間の粘度を有する、請求項１から２２までのいずれか１項に記載の方法。
前記コーティング層（５）を作製した後に、前記鋳型中子を形成する物質を融解し燃やし尽くすことによって、前記鋳型中子が取り除かれる、請求項１から２３までのいずれか１項に記載の方法。
前記鋳型中子を取り除いた後に形成されたグリーン体が、８００℃より高くかつ１２００℃未満の焼結温度で焼結される、請求項１から２４までのいずれか１項に記載の方法。