JP2013136061A - Coating agent for casting, and casting method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳鉄や鋳鋼などの金属の溶湯を砂型などの鋳型に鋳込んで鋳造製品を製造するにあたり、鋳物の焼き付き防止のために鋳型の表面に塗布しておく塗型剤、およびその塗型剤を用いて鋳造する方法に関するものである。 The present invention relates to a coating agent that is applied to the surface of a mold in order to prevent seizure of the casting when a molten product of a metal such as cast iron or cast steel is cast into a mold such as a sand mold to manufacture a cast product, and the coating agent thereof. The present invention relates to a method for casting using a mold.
周知のように鋳鉄や鋳鋼などの金属を鋳造するに当たっては、砂型などの鋳型内に金属溶湯を流し込み、その金属溶湯を鋳型内で冷却、凝固させ、その後、鋳物を鋳型から外して鋳造製品を得る。このような鋳造においては、鋳型内に流し込んだ金属が高温で鋳型表面と反応して鋳型表面に凝着し、いわゆる焼き付きが発生することがある。また砂型鋳型の場合、金属溶湯が砂型表面の鋳物砂粒子間の空隙に差し込まれ、その物理的作用によって焼き付きが発生しまうこともある。このように焼き付きが発生すれば、鋳物を鋳型から簡単には外せなくなる。そしてこの場合、鋳型を割って鋳物を取り出しても、鋳物表面に鋳物砂などの鋳型材などが焼き付いた状態となっているため、表面肌の状況が悪く、手作業で表面肌を整える作業が必要になり、時間とコストを要するばかりでなく、極端な場合は形状不良として廃棄せざるを得なくなることもある。したがって、鋳造時における焼き付きの発生を防止することは、コスト低減および歩留まり向上などの点から極めて重要である As is well known, when casting a metal such as cast iron or cast steel, a molten metal is poured into a mold such as a sand mold, the molten metal is cooled and solidified in the mold, and then the casting is removed from the mold to obtain a cast product. obtain. In such casting, the metal poured into the mold may react with the mold surface at a high temperature and adhere to the mold surface, and so-called seizure may occur. In the case of the sand mold, the molten metal is inserted into the gap between the casting sand particles on the surface of the sand mold, and seizure may occur due to its physical action. If seizure occurs in this way, the casting cannot be easily removed from the mold. And in this case, even if the mold is broken and the casting is taken out, the casting surface such as casting sand is still baked on the casting surface, so the condition of the surface skin is bad, and the work of adjusting the surface skin manually is not possible. Not only does it require time and cost, but in extreme cases, it may be forced to be discarded as a defective shape. Therefore, it is extremely important to prevent the occurrence of seizure during casting from the viewpoints of cost reduction and yield improvement.
鋳造時の焼き付きを防止するための方法として、鋳型に金属溶湯を注湯する以前に、予め鋳型の表面に焼き付き防止用の塗型剤を塗布しておくことが、従来から広く行なわれている。この場合の塗型剤としては、鋳型内に流し込む高温の金属溶湯との反応性が低い高融点酸化物や、その他各種のセラミックなどの耐火物材料が種々用いられている。具体的な塗型剤の種類、材料構成は、適用される鋳造金属の種類によっても異なるが、鋳鉄や鋳鋼などの鉄系材料の場合、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、ジルコニア（ＺｒＯ２）などの微粉末をアルコールなどの乾燥しやすい分散媒に分散させたもの（スラリー）が広く用いられている。これらの塗型剤は、予め鋳型の表面にスプレーにより塗布したり、あるいは刷毛を用いてある程度の厚みで塗布しておくのが通常であり、分散媒が揮発することにより、鋳型表面がジルコンやアルミナなどの微粉末層によって被覆され、高温の金属溶湯と鋳型表面が反応して焼き付きが生じることが防止される。 As a method for preventing seizure during casting, it has been widely practiced to apply a coating agent for preventing seizure to the surface of the mold in advance before pouring the molten metal into the mold. . As the mold agent in this case, various refractory materials such as a high melting point oxide having a low reactivity with a high-temperature molten metal poured into the mold and other various ceramics are used. The specific type of coating agent and material composition vary depending on the type of cast metal applied, but in the case of iron-based materials such as cast iron and cast steel, alumina (Al 2 O 3 ), zircon (ZrSiO 4 ), A dispersion (slurry) in which a fine powder such as zirconia (ZrO 2 ) is dispersed in a dispersion medium such as alcohol that is easy to dry is widely used. These coating agents are usually applied to the surface of the mold in advance by spraying, or are usually applied to a certain thickness using a brush, and when the dispersion medium volatilizes, the surface of the mold becomes zircon or It is covered with a fine powder layer of alumina or the like, and it is prevented that seizure occurs due to the reaction between the high-temperature molten metal and the mold surface.
しかしながらジルコンやアルミナ等を用いた従来の塗型剤では、焼き付き防止効果が充分ではなく、これらの塗型剤を用いても、ある程度は焼き付きが発生することは避けられなかったのが実情である。そこで、従来の一般的な塗型剤よりも焼き付き防止効果が高く、焼き付きを確実に防止し得る塗型剤の開発が強く求められている。 However, conventional coating agents using zircon, alumina, etc. are not sufficiently effective in preventing seizure, and even if these coating agents are used, it is inevitable that seizure will occur to some extent. . Therefore, there is a strong demand for the development of a coating agent that has a higher anti-seizure effect than conventional general coating agents and can reliably prevent seizure.
ところで従来の一般的な塗型剤を用いた焼き付き防止方法とは異なる焼き付き防止方法として、特許文献１には、バインダー成分として、金属アルコキシドと、アルカリ金属（又はアルカリ土類金属）のアルカリ化合物とを含有し、そのバインダー成分をアルコール溶剤に溶解させたアルコール溶液を、鋳型表面にスプレー塗布して、耐熱性粒状セル被覆層を形成することが提案されている。そして特許文献１では、上記のアルコール溶液を鋳型にスプレーにより噴射塗布することにより、バインダー成分が、空気と加水分解反応を生じて粉状となり、さらに重、縮合反応して、鋳型表面に耐熱性粒状セル被覆層が形成され、その耐熱性粒状セル被覆層が、焼き付き防止の機能を果たす旨、説明されている。 By the way, as a method for preventing seizure different from a conventional method for preventing seizure using a general coating agent, Patent Document 1 discloses that a metal alkoxide and an alkali compound of an alkali metal (or alkaline earth metal) are used as a binder component. It has been proposed to form a heat-resistant granular cell coating layer by spray-coating an alcohol solution containing a binder component dissolved in an alcohol solvent on the mold surface. And in patent document 1, by spray-applying said alcohol solution to a casting_mold | template with a spray, a binder component will produce a powdery form by carrying out a hydrolysis reaction with air, and also will carry out a heavy and a condensation reaction, and heat resistance is carried out on the casting_mold | template surface. It is described that a granular cell coating layer is formed, and that the heat-resistant granular cell coating layer functions to prevent seizure.
しかしながら特許文献１で提案されている方法を砂型鋳造に実際に適用した場合、焼き付きを確実に防止することは困難であることが判明した。その原因は次のように考えられる。
すなわち、特許文献１の方法では、バインダー成分（金属アルコキシドと、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルカリ化合物）をアルコール溶剤に溶解させてなる溶液を砂型鋳型の表面にスプレーしたときに、その溶液が砂型最表面の砂粒子間の空隙を通過し、砂型の最表面よりも内部まで溶液が浸透して、砂型最表面よりも内側でバインダー成分が析出する割合が大きくなることが判明した。そしてこの場合、相対的に砂型の最表面に残る溶液が少なくなり、それに伴って砂型の最表面で析出するバインダー成分も少なくなり、その結果、砂型表面での充分な焼き付き防止効果が得られなくなると考えられる。また前記溶液から析出する分解生成物（バインダー）は極めて微細であって、その層が薄ければ溶融金属を流し込む際にバインンダー層が鋳型最表面に保持され難くなり、このことも焼き付き防止効果が充分に得られない一因であると考えられる。
このように、特許文献１で提案されている焼き付き防止方法でも、実際には焼き付きを確実に防止することは困難であり、そこで、特許文献１で提案されている方法とは異なる手段によって焼き付きを確実に防止する方策が求められている。
However, it has been found that when the method proposed in Patent Document 1 is actually applied to sand casting, it is difficult to reliably prevent seizure. The cause is considered as follows.
That is, in the method of Patent Document 1, when a solution obtained by dissolving a binder component (a metal alkoxide and an alkali compound of an alkali metal or an alkaline earth metal) in an alcohol solvent is sprayed on the surface of the sand mold, the solution is It was found that the solution penetrates through the voids between the sand particles on the outermost surface of the sand mold, penetrates into the inside of the outermost surface of the sand mold, and the rate of precipitation of the binder component on the inner side of the outermost surface of the sand mold is increased. In this case, relatively less solution remains on the outermost surface of the sand mold, and accordingly, less binder components are deposited on the outermost surface of the sand mold, and as a result, a sufficient seizure preventing effect on the sand mold surface cannot be obtained. it is conceivable that. Further, the decomposition product (binder) precipitated from the solution is extremely fine. If the layer is thin, the binder layer is difficult to be held on the outermost surface of the mold when the molten metal is poured, which also has an effect of preventing seizure. This is considered to be one reason why it cannot be obtained sufficiently.
As described above, even with the burn-in prevention method proposed in Patent Document 1, it is actually difficult to reliably prevent burn-in. Therefore, the burn-in is prevented by means different from the method proposed in Patent Document 1. There is a need for a way to reliably prevent it.
本発明は以上の事情を背景としてなされたもので、鋳造工程において鋳型表面に対する鋳造金属の焼き付きを確実かつ安定して防止し、これにより鋳造作業のコスト低減、歩留まり向上を確実かつ充分に図り得る塗型剤を提供することを課題としている。 The present invention has been made against the background described above, and can reliably and stably prevent the seizing of the cast metal on the mold surface in the casting process, thereby reliably and sufficiently reducing the cost of the casting operation and improving the yield. The problem is to provide a coating agent.
前述の課題を解決するべく、本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、耐火性金属酸化物を構成する金属成分元素の金属アルコキシド、例えばアルミニウムアルコキシドを分散させた分散液（すなわち固体状態の金属アルコキシド粒子が分散している分散液）を、鋳型の表面に任意の方法で塗布しておけば、従来の塗型剤を用いた場合よりも確実に焼き付きを防止できることを見い出し、本発明をなすに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted extensive experiments and examinations. As a result, a dispersion in which a metal alkoxide of a metal component element constituting a refractory metal oxide, such as an aluminum alkoxide, is dispersed (that is, in a solid state It is found that if the dispersion liquid in which the metal alkoxide particles are dispersed is applied to the surface of the mold by an arbitrary method, seizure can be prevented more reliably than in the case of using a conventional coating agent. It came to make.
具体的には、本発明の基本的な態様（第１の態様）の鋳造用塗型剤は、耐火性金属酸化物を構成する金属成分の金属アルコキシドの粉末を、その金属アルコキシドが難溶性もしくは不溶性を示す分散媒中に分散させてなり、前記金属アルコキシドの粉末の少なくとも一部が固体粒子として分散媒中に分散している分散液からなることを特徴とするものである。 Specifically, the casting mold agent of the basic aspect (first aspect) of the present invention is a powder of a metal alkoxide of a metal component constituting a refractory metal oxide, and the metal alkoxide is hardly soluble or It is characterized by comprising a dispersion liquid which is dispersed in a dispersion medium exhibiting insolubility and in which at least a part of the metal alkoxide powder is dispersed in the dispersion medium as solid particles.
このような鋳造用塗型剤を用いて鋳物製品を鋳造するに当たっては、その鋳造用塗型剤（金属アルコキシド粉末分散液）を鋳型、例えば砂型の表面に塗布して乾燥させる。ここで、上記の塗型剤は、金属アルコキシドの粉末の少なくとも一部が固体粒子として分散媒中に分散しているから、この塗型剤を乾燥（分散媒を揮発もしくは蒸発）させれば、鋳型表面には金属アルコキシド粉末層が直ちに形成される。すなわち、金属アルコキシド分散液の分散媒が揮発もしくは蒸発して、鋳型表面に金属アルコキシド粉末粒子が所定の厚みで堆積した状態となる。その状態で鋳造対象金属の溶湯を鋳型内に流し込めば、溶湯の熱によって金属アルコキシドが分解し、その金属アルコキシドの金属成分の酸化物、すなわち耐火性金属酸化物が生成される。
このようにして、耐火性金属酸化物が、鋳込まれた金属溶湯と鋳型表面との間に介在する状態となることによって、金属溶湯が鋳型表面（鋳物砂）と反応することが防止され、焼き付きの発生が防止される。
In casting a casting product using such a casting mold agent, the casting mold agent (metal alkoxide powder dispersion) is applied to the surface of a mold, for example, a sand mold, and dried. Here, since at least a part of the metal alkoxide powder is dispersed in the dispersion medium as solid particles, the coating agent is dried (the dispersion medium is volatilized or evaporated). A metal alkoxide powder layer is immediately formed on the mold surface. That is, the dispersion medium of the metal alkoxide dispersion is volatilized or evaporated, and the metal alkoxide powder particles are deposited on the mold surface with a predetermined thickness. If the molten metal of the casting object metal is poured into the mold in this state, the metal alkoxide is decomposed by the heat of the molten metal, and an oxide of the metal component of the metal alkoxide, that is, a refractory metal oxide is generated.
Thus, the refractory metal oxide is prevented from reacting with the mold surface (casting sand) by being interposed between the cast metal melt and the mold surface, The occurrence of image sticking is prevented.
また同時に、金属アルコキシドの分解によって生成された金属酸化物は極めて微細であって、その微細な金属酸化物によって鋳型表面が覆われることにより、砂型鋳造の場合でも鋳造金属溶湯が砂型の表面の鋳物砂粒子の間に差し込まれてしまうことが防止され、溶湯の物理的差し込みに起因する焼き付きも防止することができる。 At the same time, the metal oxide produced by the decomposition of the metal alkoxide is extremely fine, and the mold surface is covered with the fine metal oxide, so that the cast metal melt is cast on the sand mold surface even in the case of sand mold casting. Insertion between sand particles is prevented, and seizure due to physical insertion of molten metal can also be prevented.
さらに、金属アルコキシドが分解する時の反応は吸熱反応であり、そのため鋳造金属溶湯が鋳型内に流し込まれて溶湯の熱によって金属アルコキシドが分解する際には、鋳型表面において金属溶湯の熱が吸収される結果、金属溶湯が鋳型表面で急速に冷却されてその凝固が急速に開始される。その結果、金属溶湯と鋳型表面との反応による焼き付き、および砂型鋳型の場合における金属溶湯の鋳物砂粒子間への差し込みによる物理的焼き付きの発生を、より確実に防止することができる。 Furthermore, the reaction when the metal alkoxide is decomposed is an endothermic reaction. Therefore, when the cast metal melt is poured into the mold and the metal alkoxide is decomposed by the heat of the melt, the heat of the metal melt is absorbed on the mold surface. As a result, the molten metal is rapidly cooled on the mold surface, and its solidification is rapidly started. As a result, it is possible to more reliably prevent seizure due to the reaction between the molten metal and the mold surface and physical seizure due to the insertion of the molten metal between the casting sand particles in the case of the sand mold.
ここで、特許文献１の方法の場合は、金属アルコキシドは溶剤（アルコール）に溶解しているため、砂型表面にスプレー噴射すれば、金属アルコキシド成分が溶剤成分とともに、砂型における鋳物砂の粒子間の空隙を通過して、砂型最表面よりも内部まで浸透することになるが、本発明の塗型剤の場合、金属アルコキシドは、固体の粒子状態で分散媒中に存在しているため、鋳型表面に塗布した時に鋳物砂の粒子間の空隙を通過して砂型最表面よりも内部まで浸透する割合は少ない。言い換えれば、本発明の場合は、塗型剤中の金属アルコキシド粉末粒子は、その大部分が固体状態のまま砂型の最表面上に堆積されるから、１回だけの塗布でも充分な量（十分な厚み）の金属アルコキシド粉末層を砂型最表面上に形成することができ、その結果、確実に焼き付き防止機能を発揮することができる。また、厚い塗型剤層を形成して充分な焼き付き防止効果を得るべく、塗型剤の塗布、乾燥を複数回繰り返す必要性も少なくなり、その結果鋳造作業の能率化、コストダウンを図ることも可能となる。 Here, in the case of the method of Patent Document 1, since the metal alkoxide is dissolved in a solvent (alcohol), if sprayed onto the surface of the sand mold, the metal alkoxide component together with the solvent component is between the particles of the foundry sand in the sand mold. In the case of the coating agent of the present invention, the metal alkoxide exists in the dispersion medium in the form of solid particles, so that the surface of the mold is penetrated. The ratio of passing through the voids between the particles of the foundry sand and penetrating into the inside of the sand mold outermost surface when applied to is smaller. In other words, in the case of the present invention, most of the metal alkoxide powder particles in the coating agent are deposited on the outermost surface of the sand mold while remaining in a solid state. A metal alkoxide powder layer having a large thickness) can be formed on the outermost surface of the sand mold, and as a result, the function of preventing seizure can be reliably exhibited. In addition, in order to obtain a sufficient seizure-preventing effect by forming a thick coating agent layer, the necessity of repeating the coating agent coating and drying multiple times is reduced, and as a result, the efficiency of the casting operation is reduced and the cost is reduced. Is also possible.
また本発明の第２の態様の鋳造用塗型剤は、前記第１の態様の鋳造用塗型剤において、前記金属アルコキシドの金属成分として、融点が１８００℃以上の耐火性金属酸化物の金属成分が選択されていることを特徴とするものである。 Further, the casting mold agent of the second aspect of the present invention is a metal of a refractory metal oxide having a melting point of 1800 ° C. or more as the metal component of the metal alkoxide in the casting mold agent of the first aspect. Ingredients are selected.
この第２の態様の鋳造用塗型剤では、鋳型表面で金属アルコキシドの分解によって生成される金属酸化物の融点が、鋳鉄や鋳鋼などの鉄系材料、あるいはＮｉ基超合金などを鋳造する際の一般的な溶湯温度よりも高いため、塗型剤を鋳型表面に塗布、乾燥させて鋳造金属を鋳込む際に、金属アルコキシドの分解生成物（金属酸化物）が溶融せず、したがって前述のような焼き付き防止効果を確実に発揮させることができる。 In the casting coating agent of this second aspect, the melting point of the metal oxide produced by the decomposition of the metal alkoxide on the mold surface is such that when casting iron-based materials such as cast iron and cast steel, or Ni-base superalloys. Therefore, when the casting metal is applied to the mold surface and dried to cast the cast metal, the decomposition product (metal oxide) of the metal alkoxide does not melt. Such an effect of preventing seizure can be surely exhibited.
さらに本発明の第３の態様の鋳造用塗型剤は、前記第２の態様の鋳造用塗型剤において、前記金属アルコキシドが、アルミニウムアルコキシドと、ジルコニウムアルコキシドとから選ばれた１種又は２種であることを特徴とするものである。 Furthermore, the casting mold agent according to the third aspect of the present invention is the casting mold agent according to the second aspect, wherein the metal alkoxide is one or two selected from aluminum alkoxide and zirconium alkoxide. It is characterized by being.
このような第３の態様において、アルミニウムアルコキシドの金属成分であるアルミニウム（Ａｌ）の酸化物（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）は、融点が約２０２０℃であり、またジルコニウムアルコキシドの金属成分であるジルコニウムの酸化物（ジルコニア：ＺｒＯ２）は、融点が約２７００℃であり、したがってこれらの場合には、鉄系材料やＮｉ基合金などの高融点材料を鋳込む際にも、金属アルコキシドの分解生成物（金属酸化物）が溶融せず、したがって前述のような焼き付き防止効果を確実に発揮させることができる。 In the third embodiment, aluminum (Al) oxide (alumina: Al 2 O 3 ), which is a metal component of aluminum alkoxide, has a melting point of about 2020 ° C., and zirconium, which is a metal component of zirconium alkoxide. The oxide (zirconia: ZrO 2 ) has a melting point of about 2700 ° C. Therefore, in these cases, metal alkoxide is decomposed and formed even when a high melting point material such as an iron-based material or a Ni-based alloy is cast. The product (metal oxide) does not melt, and therefore, the above-described seizure prevention effect can be reliably exhibited.
そしてまた本発明の第４の態様の鋳造用塗型剤は、前記第１〜第３のいずれかの態様の鋳造用塗型剤において、前記金属アルコキシドの粉末を、その金属アルコキシド１重量部に対して３〜１０重量部の割合の分散媒に分散させてなることを特徴とするものである。 The casting mold agent according to the fourth aspect of the present invention is the casting mold agent according to any one of the first to third aspects, wherein the metal alkoxide powder is added to 1 part by weight of the metal alkoxide. It is characterized by being dispersed in a dispersion medium in a proportion of 3 to 10 parts by weight.
このように、金属アルコキシド粉末と分散媒と割合を、重量比で１：３から１：１０の範囲内とすることによって、より確実に焼き付き防止効果を得ることができる。すなわち前記割合を１：３以上とすることによって、分散液に充分な流動性が与えられるため、分散液を容易に鋳型に塗布することが可能となり、一方前記割合を１：１０以下とすることによって、１回の塗布で充分な厚みの塗布層を形成することが可能となる。 Thus, by setting the ratio between the metal alkoxide powder and the dispersion medium in the range of 1: 3 to 1:10 by weight, the seizure prevention effect can be obtained more reliably. That is, by setting the ratio to 1: 3 or more, sufficient fluidity is given to the dispersion, so that the dispersion can be easily applied to the mold, while the ratio is set to 1:10 or less. Thus, it is possible to form a coating layer having a sufficient thickness by a single coating.
そしてまた本発明の第５の態様の鋳造用塗型剤は、前記第１〜第４のいずれかの態様の鋳造用塗型剤において、前記分散媒が、酢酸エチル、アセトン、ヘキサン、キシレン、トルエン、ペンタン、メタノール、エタノールのうちから選ばれた１種または２種以上であることを特徴とするものである。 The casting coating agent according to the fifth aspect of the present invention is the casting coating agent according to any one of the first to fourth aspects, wherein the dispersion medium is ethyl acetate, acetone, hexane, xylene, It is one or more selected from toluene, pentane, methanol, and ethanol.
このような第５の態様の鋳造用塗型剤においては、金属アルコキシド分散液の分散媒がいずれも揮発性であって乾燥しやすいため、鋳型表面にその金属アルコキシド分散液（塗型剤）を塗布した後には、短時間で乾燥させることができ、そのため乾燥のために要する時間により鋳造作業の能率が下がってしまうことを防止できる。また、これらの分散媒は常温でも短時間で乾燥するため、乾燥のために加熱する必要がなく、乾燥のための加熱によって、鋳造金属の鋳込み前に金属アルコキシドが溶融したり、分解したりしてしまうことを防止することができる。そしてその結果、鋳込み時における金属アルコキシドの分解の吸熱反応を有効に利用することができる。 In such a casting coating agent of the fifth aspect, since the dispersion medium of the metal alkoxide dispersion is volatile and easy to dry, the metal alkoxide dispersion (coating agent) is applied to the mold surface. After the application, it can be dried in a short time, and therefore it is possible to prevent the efficiency of the casting operation from being reduced due to the time required for drying. In addition, since these dispersion media are dried at room temperature in a short time, it is not necessary to heat for drying. By heating for drying, the metal alkoxide is melted or decomposed before casting the cast metal. Can be prevented. As a result, the endothermic reaction of the decomposition of the metal alkoxide during casting can be used effectively.
また、本発明の第６の態様の鋳造用塗型剤は、前記第１〜第５のいずれかの態様の鋳造用塗型剤において、前記金属アルコキシドの粉末が、平均粒径２０μｍ以下であることを特徴とするものである。 Moreover, the casting coating agent of the sixth aspect of the present invention is the casting coating agent of any one of the first to fifth aspects, wherein the metal alkoxide powder has an average particle size of 20 μm or less. It is characterized by this.
このように、平均粒径２０μｍ以下の金属アルコキシドの粉末を用いることによって、金属アルコキシド分散液を鋳型表面に均一な厚みで塗布することが容易となり、またそれに伴い、金属アルコキシド分散液の塗布、乾燥後に鋳造金属溶湯により加熱されて分解生成される金属酸化物層も均一化され、その結果、焼き付き防止効果を確実に発揮させることができる。 Thus, by using a metal alkoxide powder having an average particle size of 20 μm or less, it becomes easy to apply the metal alkoxide dispersion liquid to the mold surface with a uniform thickness, and accordingly, the application and drying of the metal alkoxide dispersion liquid are performed. The metal oxide layer that is later decomposed and heated by the molten cast metal is also made uniform, and as a result, the seizure prevention effect can be reliably exhibited.
また、本発明の第７の態様は、前記第１〜第６のいずれかの態様の鋳造用塗型剤を用いた鋳造方法についてのものであり、前記鋳造用塗型剤を、鋳型における鋳造すべき金属の溶湯に接する面に塗布した後、その塗布層を乾燥させて、金属アルコキシド粉末層を乾燥後の平均厚みで２０〜２００μｍとなるように形成し、その後に鋳造すべき金属の溶湯を鋳型内に注湯することを特徴とするものである。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a casting method using the casting coating agent according to any one of the first to sixth aspects, wherein the casting coating agent is cast in a mold. After coating the surface in contact with the molten metal to be formed, the coated layer is dried to form a metal alkoxide powder layer having an average thickness after drying of 20 to 200 μm, and then the molten metal to be cast Is poured into a mold.
このように前記鋳造用塗型剤（金属アルコキシド粉末分散液）を鋳型に塗布して乾燥させれば、前述のように、分散液中の金属アルコキシド粉末粒子が鋳型表面に所定の厚みで堆積して、金属アルコキシド粉末層が鋳型表面に形成された状態となる。そして鋳造対象金属の溶湯を鋳型内に注湯すれば、その溶湯の熱によって金属アルコキシドが分解し、耐火性金属酸化物が生成されて、金属アルコキシド粉末層は、耐火性金属酸化物の微細な粉末層となり、この層が、既に述べたような焼き付き防止機能を示すことになる。ここで、金属アルコキシド粉末層を乾燥後の平均厚みで２０〜２００μｍとなるように形成することによって、金属アルコキシドの過剰な使用による材料コストの無駄な上昇を招くことなく、確実かつ充分な焼き付き防止効果を得ることができる。 When the casting coating agent (metal alkoxide powder dispersion) is applied to the mold and dried in this manner, the metal alkoxide powder particles in the dispersion are deposited on the mold surface with a predetermined thickness as described above. Thus, the metal alkoxide powder layer is formed on the mold surface. Then, when the molten metal of the casting object metal is poured into the mold, the metal alkoxide is decomposed by the heat of the molten metal to generate a refractory metal oxide, and the metal alkoxide powder layer has a fine refractory metal oxide. It becomes a powder layer, and this layer exhibits the seizure prevention function as described above. Here, by forming the metal alkoxide powder layer so as to have an average thickness after drying of 20 to 200 μm, it is possible to reliably and sufficiently prevent seizure without causing unnecessary increase in material cost due to excessive use of the metal alkoxide. An effect can be obtained.
また、本発明の第８の態様は、前記第７の態様の鋳造法において、鋳型として砂型鋳型を用いるものである。このように砂型鋳型を用いた鋳造では、前記鋳造用塗型剤を用いた場合の焼き付き防止機能が最も効果的に発揮される。 According to an eighth aspect of the present invention, a sand mold is used as a mold in the casting method of the seventh aspect. Thus, in casting using a sand mold, the seizure prevention function when the casting coating agent is used is most effectively exhibited.
本発明の鋳造用塗型剤によれば、鋳造作業時において鋳造金属の溶湯が鋳型表面に接する部位に焼き付きが発生することを確実かつ充分に防止することができ、そのため鋳造後の鋳物の取り出しが困難となることがないばかりでなく、表面肌が良好でかつ形状性も良好な鋳物製品を確実に得ることが可能となって、歩留まりを向上させることができ、さらには鋳造後に鋳物表面の焼き付き部位を手直しする作業も不要となって、その手間および時間を削減し、コスト低減を図ることができるなど、顕著な効果を得ることができる。 According to the casting coating agent of the present invention, it is possible to reliably and sufficiently prevent the occurrence of seizure at a portion where the molten metal of the cast metal is in contact with the mold surface during the casting operation. Not only becomes difficult, but also it is possible to reliably obtain a cast product having a good surface skin and good shape, which can improve the yield, and further, after casting, The work of reworking the burn-in part is not necessary, and the labor and time can be reduced, and the cost can be reduced.
以下に、本発明の実施形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明の鋳造用塗型剤は、基本的には、耐火性金属酸化物（例えばアルミナやジルコニア）を構成する金属成分（例えばアルミニウムやジルコニウム）の金属アルコキシドの粉末を、その金属アルコキシドが難溶性もしくは不溶性を示す分散媒に分散させてなるものである。そして、その分散媒中において、金属アルコキシドの粉末の全部又は少なくとも一部が分散媒に溶解せずに、固体状態で分散しているものである。 The casting mold agent of the present invention basically comprises a powder of a metal alkoxide of a metal component (for example, aluminum or zirconium) constituting a refractory metal oxide (for example, alumina or zirconia), and the metal alkoxide is hardly soluble. Or it is made to disperse | distribute to the dispersion medium which shows insolubility. In the dispersion medium, all or at least a part of the metal alkoxide powder is not dissolved in the dispersion medium but is dispersed in a solid state.
ここで、金属アルコキシドは、金属成分をＭ、アルキル基をＲとし、一般式
Ｍ（ＯＲ）Ｘ
によって表されるものである。
金属成分Ｍとしては、望ましくは融点が１８００℃以上の耐火性金属酸化物（高融点金属酸化物）を構成する金属成分が選択される。代表的な金属成分Ｍは、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）などであり、アルミニウム（Ａｌ）の場合は、金属酸化物として、融点が約２０２０℃のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を形成することができ、またジルコニウム（Ｚｒ）の場合は、金属酸化物として、融点が約２４００℃のジルコニア（ＺｒＯ２）を形成することができる。
そして上記の金属アルコキシドとしては、金属成分Ｍがアルミニウム（Ａｌ）であれば、アルミニウムアルコキシド、ジルコニウム（Ｚｒ）であればジルコニウムアルコキシドを用いればよい。
Here, the metal alkoxide is represented by the general formula M (OR) X where M is a metal component and R is an alkyl group.
It is represented by
As the metal component M, a metal component constituting a refractory metal oxide (high melting point metal oxide) having a melting point of 1800 ° C. or higher is desirably selected. Typical metal components M are aluminum (Al), zirconium (Zr), and the like. In the case of aluminum (Al), alumina (Al 2 O 3 ) having a melting point of about 2020 ° C. is formed as a metal oxide. In the case of zirconium (Zr), zirconia (ZrO 2 ) having a melting point of about 2400 ° C. can be formed as a metal oxide.
As the metal alkoxide, if the metal component M is aluminum (Al), an aluminum alkoxide may be used, and if the metal component M is zirconium (Zr), zirconium alkoxide may be used.
一方、金属アルコキシドのアルキル基Ｒは特に限定されないが、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、アミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ブチル基、イソブチル基、ｔ―ブチル基、ｓ−ブチル基などを適用することができる。
但し、本発明の塗型剤は、常温で分散媒中に固体状態で金属アルコキシド粉末が分散している必要があり、そこで具体的な金属アルコキシドとしては、常温で固体のものを選択する。
On the other hand, the alkyl group R of the metal alkoxide is not particularly limited, but is methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, amyl group, hexyl group, cyclohexyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, s-butyl group. Etc. can be applied.
However, the coating agent of the present invention needs to have a metal alkoxide powder dispersed in a solid state in a dispersion medium at room temperature, and therefore, a specific metal alkoxide is selected as a solid at room temperature.
より具体的には、アルミニウムアルコキシドとしては、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムｔ―ブトキシドなど、またジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムブトキシドなどを用いることが好ましい。
なお、場合によっては、上記の条件を満たす２種以上の金属アルコキシドの粉末を混合して用いることも許容される。
More specifically, it is preferable to use aluminum isopropoxide, aluminum t-butoxide or the like as the aluminum alkoxide, and zirconium butoxide or the like as the zirconium alkoxide.
In some cases, a mixture of two or more metal alkoxide powders satisfying the above conditions may be used.
金属アルコキシド粉末の粒径は、平均で２０μｍ以下が好ましい。平均粒径が２０μｍを越えれば、アルコキシド分散液を鋳型表面に均一な厚みで塗布することが困難となるおそれがあり、またアルコキシド分散液の塗布、乾燥後に鋳造金属溶湯により加熱されて分解生成される金属酸化物が不均一となるおそれがある。また金属アルコキシド粉末の粒径の下限は限定しないが、一般に適用される金属アルコキシド粉末の調製方法（粉砕法）では、１μｍ程度以下まで微細化することはコスト上昇を招くから、通常は１μｍ以上とする。 The average particle size of the metal alkoxide powder is preferably 20 μm or less. If the average particle size exceeds 20 μm, it may be difficult to apply the alkoxide dispersion liquid to the mold surface with a uniform thickness, and after the alkoxide dispersion liquid is applied and dried, the alkoxide dispersion liquid is heated by the cast metal melt and decomposed. The metal oxide may be non-uniform. Further, the lower limit of the particle size of the metal alkoxide powder is not limited. However, in a generally applied method for preparing metal alkoxide powder (pulverization method), miniaturization to about 1 μm or less causes an increase in cost. To do.
分散媒としては、金属アルコキシドが溶解しないか又は溶解してもわずかしか溶解しない液体、すなわち金属アルコキシドが難溶性もしくは不溶性である液体を用いる。またその分散媒は、鋳型に塗布した時に、特に加熱しなくても常温で速やかに揮発もしくは蒸発するような乾燥性が良好なもの（速乾性、揮発性のもの）を選択することが望ましい。具体的には、例えば酢酸エチル、アセトン、ヘキサン、キシレン、トルエン、メタノール、エタノールなどのうちから選ばれた１種または２種以上を用いることができ、その他、各種の石油系溶剤を用いることができる。 As the dispersion medium, a liquid in which the metal alkoxide does not dissolve or dissolves only slightly, that is, a liquid in which the metal alkoxide is hardly soluble or insoluble is used. As the dispersion medium, it is desirable to select a dispersion medium having a good drying property (fast drying property or volatile property) that quickly volatilizes or evaporates at room temperature even when applied to a mold. Specifically, for example, one or more selected from ethyl acetate, acetone, hexane, xylene, toluene, methanol, ethanol, and the like can be used, and various other petroleum solvents can be used. it can.
なお分散媒としてアルコール類を使用することも考えられるが、アルコール類は一般に金属アルコキシドが溶融しやすく、したがって金属アルコキシド粉末の少なくとも一部を分散媒に溶解させずに固体粒子として分散させておく本発明の鋳造用塗型剤に使用することは好ましくない。特に金属アルコキシドのアルキル基を構成しているアルコールを分散媒として使用すること、例えば金属アルコキシドがアルミニウムイソプロポキシドである場合のイソプロピルアルコール、また金属アルコキシドがジルコニウムブトキシドである場合のブチルアルコールは、分散媒としての使用を避けることが望ましい。 Although it is conceivable to use alcohols as the dispersion medium, in general, metal alkoxides are easily melted in the alcohols, so that at least a part of the metal alkoxide powder is dispersed as solid particles without being dissolved in the dispersion medium. It is not preferable to use it in the casting mold agent of the invention. In particular, the alcohol constituting the alkyl group of the metal alkoxide is used as a dispersion medium, for example, isopropyl alcohol when the metal alkoxide is aluminum isopropoxide, and butyl alcohol when the metal alkoxide is zirconium butoxide is dispersed. It is desirable to avoid use as a medium.
金属アルコキシドと分散媒との配合比は、重量比で金属アルコキシド１重量部に対して分散媒が３〜１０重量部の範囲内となるように定めることが望ましい。分散媒が３重量部未満では、金属アルコキシドを分散媒に分散させた分散液（塗型剤）の粘性が高すぎて流動性が悪くなり、鋳型表面に均一に塗布することが困難となるおそれがある。一方分散媒が１０重量部を越えれば、鋳型に対する塗布自体は容易となるが、粘度が低くなりすぎるため、１回の塗布作業で塗布可能な厚みが薄くなり、鋳型表面に充分な厚みで金属アルコキシドを確保することが困難となり、また複数回の塗布―乾燥を繰り返せば厚く形成することも可能であるが、その場合は作業に長時間を要して、コストアップを招くおそれがある。なお金属アルコキシドと分散媒との配合比は、上記の範囲内でも、金属アルコキシド１重量部に対して分散媒が４〜８重量部の範囲内に定めることが望ましい。 The mixing ratio of the metal alkoxide and the dispersion medium is preferably determined so that the dispersion medium is within the range of 3 to 10 parts by weight with respect to 1 part by weight of the metal alkoxide in terms of weight ratio. If the dispersion medium is less than 3 parts by weight, the viscosity of the dispersion liquid (coating agent) in which the metal alkoxide is dispersed in the dispersion medium is too high, resulting in poor fluidity, making it difficult to uniformly apply to the mold surface. There is. On the other hand, if the dispersion medium exceeds 10 parts by weight, the coating itself becomes easy, but the viscosity becomes too low, so that the thickness that can be applied by one coating operation becomes thin, and the metal surface with a sufficient thickness on the mold surface. It becomes difficult to secure the alkoxide, and it is possible to form a thick film by repeating a plurality of coating and drying operations. However, in this case, the operation takes a long time, which may increase the cost. The mixing ratio of the metal alkoxide and the dispersion medium is preferably determined within the range of 4 to 8 parts by weight of the dispersion medium with respect to 1 part by weight of the metal alkoxide even within the above range.
ここで、金属アルコキシド粉末を分散媒中に添加したときに、溶解せずに固体粒子として残っている分散金属アルコキシド粉末の割合は特に規定しないが、通常は添加した金属アルコキシドのうち、重量％で２０％以上は溶解していないことが、経済性の観点から好ましい。 Here, when the metal alkoxide powder is added to the dispersion medium, the ratio of the dispersed metal alkoxide powder that remains as solid particles without being dissolved is not particularly specified. It is preferable from the viewpoint of economy that 20% or more is not dissolved.
金属アルコキシド粉末を製造するための方法は特に限定されるものではなく、常法によって製造された金属アルコキシド塊を、インパクトブレーカーやボールミルなどを用いて粉砕し、所望の粒径の粉末とすれば良い。 The method for producing the metal alkoxide powder is not particularly limited, and the metal alkoxide lump produced by a conventional method may be pulverized using an impact breaker or a ball mill to obtain a powder having a desired particle size. .
以上のような塗型剤（金属アルコキシドの分散液）を実際に鋳造工程に適用するに当たっては、鋳型に鋳造対象金属を鋳込む以前の段階で、鋳型表面（少なくとも鋳造金属溶湯に接する部分の表面）に、金属アルコキシド分散液を塗布する。
ここで、鋳造対象金属は、鋳鉄、鋳鋼などの鉄系材料、その他、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金などの超合金、さらには銅や銅合金などの非鉄金属材料であっても良く、特に限定されるものではない。
また鋳型の材質も特に限定しないが、本発明の鋳造用塗型剤は、ダイキャスト用金型鋳型やセラミックモールドなどと比較して焼き付きが発生しやすい砂型に適用した場合に、最も効果的である。
When actually applying the coating agent (metal alkoxide dispersion) as described above to the casting process, the mold surface (at least the surface of the part in contact with the cast metal melt) is cast before casting the metal to be cast into the mold. ) Is coated with a metal alkoxide dispersion.
Here, the metal to be cast may be iron-based materials such as cast iron and cast steel, superalloys such as Ni-base alloys and Co-base alloys, and non-ferrous metal materials such as copper and copper alloys. Is not to be done.
The material of the mold is not particularly limited, but the casting coating agent of the present invention is most effective when applied to a sand mold where seizure is likely to occur compared to a die casting mold mold or a ceramic mold. is there.
金属アルコキシド分散液からなる本発明の鋳造用塗型剤を鋳型表面に塗布するための手段は特に限定されず、従来一般のアルミナ微粉末を用いた塗型剤と同様に、スプレーによって噴射塗布しても、あるいは刷毛や筆を用いて塗布しても良い。また鋳型表面への塗布厚みは特に限定されないが、通常は、乾燥後の平均厚みで２０μｍ〜２００μｍの範囲内とすることが望ましい。乾燥後の金属アルコキシド粉末層の平均厚みが２０μｍ未満では、十分な焼き付き防止効果を得ることが困難となるおそれがあり、一方２００μｍを越えて厚く金属アルコキシド粉末層を形成することは経済的に無駄となるだけである。なお乾燥後の金属アルコキシド粉末層の平均厚みは、上記範囲内でも特に５０〜１００μｍの範囲内とすることがとすることが望ましい。 The means for applying the casting mold agent of the present invention comprising a metal alkoxide dispersion on the mold surface is not particularly limited, and spray coating is applied by spraying in the same manner as a conventional mold agent using alumina fine powder. Alternatively, it may be applied using a brush or a brush. The coating thickness on the mold surface is not particularly limited, but it is usually desirable that the average thickness after drying is in the range of 20 μm to 200 μm. If the average thickness of the metal alkoxide powder layer after drying is less than 20 μm, it may be difficult to obtain a sufficient seizure prevention effect, while it is economically wasteful to form a metal alkoxide powder layer thicker than 200 μm. It only becomes. Note that the average thickness of the dried metal alkoxide powder layer is preferably within the range of 50 to 100 μm, even within the above range.
上述のようにして鋳型表面に塗布した後には、塗布層を乾燥させてから、鋳型内に鋳造対象金属の溶湯を注湯する。ここで、分散媒として、前述のように乾燥性の良好な溶剤類を用いた場合には、常温でも短時間で乾燥させることができ、そのため鋳造作業の生産性を損なうことがない。なお、場合によっては温風乾燥や加熱乾燥を適用してもよいが、乾燥のための加熱温度が高温すぎれば、金属アルコキシドの種類によっては加熱乾燥時に金属アルコキシドが分解あるいは溶融してしまうおそれがあり、したがって通常は常温乾燥することが望ましい。またその観点からも、前述のように乾燥性が良好な分散媒を使用することが望ましい。 After coating on the mold surface as described above, the coating layer is dried, and then a molten metal for casting is poured into the mold. Here, when the solvent having good drying property is used as the dispersion medium as described above, it can be dried in a short time even at room temperature, and thus the productivity of the casting operation is not impaired. In some cases, hot air drying or heat drying may be applied, but if the heating temperature for drying is too high, the metal alkoxide may decompose or melt during heat drying depending on the type of metal alkoxide. Therefore, it is usually desirable to dry at room temperature. Also from this viewpoint, it is desirable to use a dispersion medium having good drying properties as described above.
このようにして本発明の塗型剤（金属アルコキシド分散液）を鋳型表面に塗布して乾燥させれば、分散液中の金属アルコキシド粉末粒子が鋳型表面に所定の厚みで堆積した状態となる。すなわち金属アルコキシド粉末層が鋳型表面に形成された状態となる。ここで、金属アルコキシドは固体の粉末粒子の状態で分散媒中に存在しているため、砂型鋳型の表面に塗布した時に鋳物砂の粒子間の空隙を通過して砂型最表面よりも内部まで浸透する割合は少ない。すなわち、分散液中の金属アルコキシドは、その大部分が砂型表面に微細粉末として堆積された状態となる。したがって、１回の塗布で充分な量（十分な厚み）の金属アルコキシド粉末層を砂型最表面上に形成することができる。 When the coating agent (metal alkoxide dispersion liquid) of the present invention is applied to the mold surface and dried in this manner, the metal alkoxide powder particles in the dispersion liquid are deposited in a predetermined thickness on the mold surface. That is, the metal alkoxide powder layer is formed on the mold surface. Here, since the metal alkoxide is present in the dispersion medium in the form of solid powder particles, when applied to the surface of the sand mold, it passes through the voids between the particles of the molding sand and penetrates into the interior of the sand mold outermost surface. The percentage to do is small. That is, most of the metal alkoxide in the dispersion is deposited as a fine powder on the sand mold surface. Therefore, a sufficient amount (sufficient thickness) of the metal alkoxide powder layer can be formed on the outermost surface of the sand mold by one application.
このようにして鋳型表面に金属アルコキシド粉末層を形成した後、鋳造対象金属、例えば鋳鉄の溶湯を鋳型内に注湯すれば、その溶湯の熱によって金属アルコキシドが分解し、微細な粉末状に耐火性金属酸化物層が生成される。例えばアルミニウムアルコキシドの場合、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）層が生成され、またジルコニウムアルコキシドの場合、ジルコニア（ＺｒＯ２）層が生成されて、焼き付き防止効果が発揮される。
すなわち、鋳込まれた金属溶湯と鋳型表面との間に、耐火性金属酸化物が固体状態で介在することにより、鋳造金属溶湯が鋳型表面（例えば砂型表面の鋳物砂）と反応することが防止される。またその耐火性金属酸化物が微細であることによって、溶湯が鋳物砂の粒子間に差し込まれることが防止される。さらには金属アルコキシドの分解時の吸熱反応によって、鋳造金属溶湯が、鋳型に接する面で熱を奪われ、急速に冷却されて、急速に凝固する。そしてこれらの作用が相俟って、確実かつ充分な焼き付き防止効果が得られるのである。
After forming a metal alkoxide powder layer on the mold surface in this way, if a molten metal of a casting object, such as cast iron, is poured into the mold, the metal alkoxide is decomposed by the heat of the molten metal, and the refractory is formed into a fine powder. A conductive metal oxide layer is produced. For example, in the case of aluminum alkoxide, an alumina (Al 2 O 3 ) layer is generated, and in the case of zirconium alkoxide, a zirconia (ZrO 2 ) layer is generated, and an effect of preventing seizure is exhibited.
That is, the refractory metal oxide is present in a solid state between the cast metal melt and the mold surface, thereby preventing the cast metal melt from reacting with the mold surface (for example, sand on the sand mold surface). Is done. Moreover, since the refractory metal oxide is fine, the molten metal is prevented from being inserted between the particles of the foundry sand. Furthermore, due to the endothermic reaction during the decomposition of the metal alkoxide, the cast metal melt is deprived of heat on the surface in contact with the mold, rapidly cooled, and rapidly solidified. Together, these actions provide a reliable and sufficient seizure prevention effect.
以下に本発明の実施例を、比較例とともに記す。 Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.
〔実施例１〕
この実施例１は、金属アルコキシドとしてアルミニウムアルコキシド、特にアルミニウムイソプロポキシドを用いた本発明例である。
すなわち、常法によって得られたアルミニウムイソプロポキシド塊をインパクトブレーカーなどを用いて、１０μｍ以下の粉末となるように粉砕した。なおこの粉砕工程は、アルミニウムイソプロポキシドが空気中の水分と反応することを抑制するため、乾燥窒素雰囲気中で行った。得られた１０μｍ以下のアルミニウムイソプロポキシド粉末を、分散媒としての酢酸エチルに混合、分散させた。なお配合比は、重量比でアルミニウムイソプロポキシド：酢酸エチル＝１：５の割合になるように混合した。得られた分散液においては、アルミニウムイソプロポキシドの一部は酢酸エチルに溶解していたが、大部分（約９５％以上）は溶解せずに白い粉末粒子として分散していることが確認された。
このような分散液を塗型剤として、砂型鋳型を用いての自動車用鋳鉄部品の製造に適用した。すなわち、砂型表面に前記分散液をスプレー塗布して、厚み５０〜１００μｍで塗布層を形成し、乾燥後、注湯温度１５５０℃で鋳鉄溶湯を鋳込んだ。
このような鋳込み試験を５０個のサンプルについて実施した結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものはゼロであった。すなわち焼き付き不良発生率は０％であった。
なお鋳込み試験終了後の鋳型表面を分析したところ、微細粒子状のアルミナ相が存在していることが確認された。これは、塗型剤のアルミニウムイソプロポキシドの分解生成物と解される。
[Example 1]
Example 1 is an example of the present invention in which an aluminum alkoxide, particularly aluminum isopropoxide, was used as the metal alkoxide.
That is, an aluminum isopropoxide lump obtained by a conventional method was pulverized using an impact breaker or the like to a powder of 10 μm or less. This pulverization step was performed in a dry nitrogen atmosphere in order to suppress the reaction of aluminum isopropoxide with moisture in the air. The obtained aluminum isopropoxide powder of 10 μm or less was mixed and dispersed in ethyl acetate as a dispersion medium. The mixing ratio was aluminum isopropoxide: ethyl acetate = 1: 5 by weight. In the obtained dispersion, a part of aluminum isopropoxide was dissolved in ethyl acetate, but it was confirmed that most (about 95% or more) was not dissolved but dispersed as white powder particles. It was.
Such a dispersion was used as a coating agent for the production of cast iron parts for automobiles using a sand mold. That is, the dispersion was spray-coated on the sand mold surface to form a coating layer having a thickness of 50 to 100 μm, and after drying, cast iron melt was cast at a pouring temperature of 1550 ° C.
As a result of performing such a casting test on 50 samples, no seizure occurred in 50 samples. That is, the occurrence rate of seizure failure was 0%.
When the mold surface after the casting test was analyzed, it was confirmed that a fine particulate alumina phase was present. This is understood as a decomposition product of the aluminum isopropoxide coating agent.
〔実施例２〕
この実施例２は、塗型剤の塗布手段を変更した本発明例である。
すなわち、実施例１と同様にして得たアルコキシド分散液を塗型剤とし、刷毛を用いて、鋳型表面に、５０〜１５０μｍ厚で塗布し、乾燥後、実施例１と同様に５０個のサンプルについて鋳込み試験を行なった。その結果、５０個のサンプル中、焼き付き不良の発生はゼロであった。
[Example 2]
Example 2 is an example of the present invention in which the coating means for the coating agent is changed.
That is, the alkoxide dispersion obtained in the same manner as in Example 1 was used as a coating agent, and was applied to the surface of the mold at a thickness of 50 to 150 μm using a brush. After drying, 50 samples were obtained as in Example 1. A casting test was conducted. As a result, the occurrence of seizure defects was zero among the 50 samples.
〔実施例３〕
この実施例３は、溶媒を変更した本発明例である。
すなわち、実施例１と同様にして得られた１０μｍ以下のアルミニウムイソプロポキシド粉末を、分散媒としてアセトンに混合、分散させた。なお配合比は、重量比でアルミニウムイソプロポキシド：アセトン＝１：５の割合になるように混合した。得られた分散液においては、アルミニウムイソプロポキシドの一部はアセトンに溶解していたが、大部分（約９５％以上）は溶解せずに白い粉末粒子として分散していることが確認された。
このような分散液を塗型剤として、実施例１と同様に、砂型鋳型を用いての自動車用鋳鉄部品の製造に適用した。すなわち、砂型表面に前記分散液をスプレー塗布して、厚み５０〜１００μｍで塗布層を形成し、乾燥後、注湯温度１５５０℃で鋳鉄溶湯を鋳込んだ。
このような鋳込み試験を５０個のサンプルについて実施した結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものはゼロであった。すなわち焼き付き不良発生率は０％であった。
なお鋳込み試験終了後の鋳型表面を分析したところ、実施例１の場合と同様に、微細粒子状にアルミナ相が存在していることが確認された。
Example 3
This Example 3 is an example of the present invention in which the solvent is changed.
That is, an aluminum isopropoxide powder of 10 μm or less obtained in the same manner as in Example 1 was mixed and dispersed in acetone as a dispersion medium. The mixing ratio was such that the weight ratio was aluminum isopropoxide: acetone = 1: 5. In the obtained dispersion, a part of aluminum isopropoxide was dissolved in acetone, but it was confirmed that most (about 95% or more) was not dissolved but dispersed as white powder particles. .
Such a dispersion was used as a coating agent in the same manner as in Example 1 and applied to the production of cast iron parts for automobiles using a sand mold. That is, the dispersion was spray-coated on the sand mold surface to form a coating layer having a thickness of 50 to 100 μm, and after drying, cast iron melt was cast at a pouring temperature of 1550 ° C.
As a result of performing such a casting test on 50 samples, no seizure occurred in 50 samples. That is, the occurrence rate of seizure failure was 0%.
In addition, when the mold surface after the end of the casting test was analyzed, it was confirmed that the alumina phase was present in the form of fine particles as in the case of Example 1.
〔比較例１〕
この比較例１は、塗型剤を用いずに鋳込み試験をおこなった比較例である。
すなわち実施例１で用いたものと同種、同形状の砂型鋳型を用い、砂型表面に特に塗型剤を塗布せずに、実施例１と同様に５０個のサンプルについて鋳込み試験を実施した。その結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものは５個であった。すなわち焼き付き不良発生率は１０％であった。
[Comparative Example 1]
Comparative Example 1 is a comparative example in which a casting test was performed without using a coating agent.
That is, a casting test was performed on 50 samples in the same manner as in Example 1 using a sand mold having the same type and shape as that used in Example 1 and without applying a coating agent to the sand mold surface. As a result, among the 50 samples, 5 were seized. That is, the occurrence rate of burn-in failure was 10%.
〔比較例２〕
この比較例２は、塗型剤として従来から使用されているアルミナ分散液を用いて鋳込み試験を行なった従来例である。
すなわち平均粒径５μｍのアルミナの粉末を、分散媒としてのエタノールに分散させて塗型剤とした。なおアルミナとエタノールとの配合比とは、重量比でアルミナ：エタノール＝１：５の割合になるように混合した。
そのアルミナ粉末塗型剤を、砂型鋳型を用いての自動車用鋳鉄部品の製造に適用した。すなわち、砂型表面に前記アルミナ粉末塗型剤をスプレー塗布して、厚み５０〜１００μｍで塗布層を形成し、乾燥後、注湯温度１５５０℃で鋳鉄溶湯を鋳込んだ。
このような鋳込み試験を５０個のサンプルについて実施した結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものは３個であった。すなわち焼き付き不良発生率は６％であった。
[Comparative Example 2]
Comparative Example 2 is a conventional example in which a casting test was performed using an alumina dispersion liquid conventionally used as a coating agent.
That is, an alumina powder having an average particle size of 5 μm was dispersed in ethanol as a dispersion medium to obtain a coating agent. The mixing ratio of alumina and ethanol was such that the weight ratio was alumina: ethanol = 1: 5.
The alumina powder coating agent was applied to the production of automobile cast iron parts using a sand mold. That is, the alumina powder coating agent was spray-coated on the sand mold surface to form a coating layer with a thickness of 50 to 100 μm, and after drying, cast iron melt was cast at a pouring temperature of 1550 ° C.
As a result of performing such a casting test on 50 samples, 3 samples were seized in 50 samples. That is, the occurrence rate of seizure defects was 6%.
〔比較例３〕
この比較例３は、塗型剤として従来から使用されているジルコニア（ＺｒＳｉＯ４）粉末の分散液を用いて鋳込み試験を行なった従来例である。
すなわち平均粒径５μｍのジルコニアの粉末を、分散媒としてのエタノールに分散させて塗型剤とした。なおジルコニアとエタノールとの配合比とは、重量比でジルコニア：エタノール＝１：４の割合になるように混合した。
そのジルコニア粉末塗型剤を、砂型鋳型を用いての自動車用鋳鉄部品の製造に適用した。すなわち、砂型表面に前記アルミナ粉末塗型剤をスプレー塗布して、厚み５０〜１５０μｍで塗布層を形成し、乾燥後、注湯温度１５５０℃で鋳鉄溶湯を鋳込んだ。
このような鋳込み試験を５０個のサンプルについて実施した結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものは４個であった。すなわち焼き付き不良発生率は８％であった。
[Comparative Example 3]
Comparative Example 3 is a conventional example in which a casting test was performed using a dispersion of zirconia (ZrSiO 4 ) powder conventionally used as a coating agent.
That is, a zirconia powder having an average particle size of 5 μm was dispersed in ethanol as a dispersion medium to obtain a coating agent. The mixing ratio of zirconia and ethanol was such that the weight ratio was zirconia: ethanol = 1: 4.
The zirconia powder coating agent was applied to the production of cast iron parts for automobiles using a sand mold. That is, the alumina powder coating agent was spray-coated on the sand mold surface to form a coating layer with a thickness of 50 to 150 μm, and after drying, cast iron melt was cast at a pouring temperature of 1550 ° C.
As a result of performing such a casting test on 50 samples, 4 samples were seized in 50 samples. That is, the occurrence rate of burn-in failure was 8%.
〔比較例４〕
この比較例４は、特許文献１に記載されている方法に準拠し、アルコキシドのアルコール溶液を塗型剤とした比較例である。
すなわちアルミニウムアルコキシドとしてアルミニウムイソプロポキシドを用いるとともに、アルカリ化合物としてスルホン酸ソーダを用い、それらのアルミニウムイソプロポキシドとスルホン酸ソーダとを、アルコール液としてのイソプロピルアルコールに溶解させて、塗型剤とした。なおこれらの配合割合は、重量比で、アルミニウムアルコキシド：スルホン酸ソーダ：イソプロピルアルコール＝１：０．１：５とした。
このような特許文献１に準拠した塗型剤を用いて、実施例１と同様に５０個のサンプルについて鋳込み試験を行なった。なお鋳型表面への塗布はスプレー塗布によって行なった。その結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものは５個であった。すなわち焼き付き不良発生率は１０％であった。
[Comparative Example 4]
This Comparative Example 4 is a comparative example based on the method described in Patent Document 1 and using an alkoxide alcohol solution as a coating agent.
That is, while using aluminum isopropoxide as the aluminum alkoxide and using sodium sulfonate as the alkali compound, the aluminum isopropoxide and sodium sulfonate were dissolved in isopropyl alcohol as an alcohol solution to obtain a coating agent. . The mixing ratio of these was aluminum alkoxide: sodium sulfonate: isopropyl alcohol = 1: 0.1: 5.
A casting test was performed on 50 samples in the same manner as in Example 1 using the coating agent based on such Patent Document 1. Application to the mold surface was performed by spray application. As a result, among the 50 samples, 5 were seized. That is, the occurrence rate of burn-in failure was 10%.
以上のように、アルミニウムイソプロポキシドを用いた塗型剤（実施例１〜実施例３）を鋳型に塗布した場合には、焼き付きが発生せず、焼き付き防止効果が極めて高かった。そして鋳型に焼き付き防止のための塗型剤を塗布しなかった場合（比較例１）に比較すればもちろん、従来のアルミナ微粉末もしくはジルコニア微粉末からなる塗型剤を用いた場合（比較例２、比較例３）、さらには特許文献１に準じた塗型剤を用いた場合（比較例４）と比較しても、焼き付き防止効果が確実に向上していることが確認された。 As described above, when the coating agent using aluminum isopropoxide (Examples 1 to 3) was applied to the mold, no seizure occurred and the effect of preventing seizure was extremely high. Then, as compared with the case where the coating agent for preventing seizure was not applied to the mold (Comparative Example 1), of course, when the conventional coating agent made of fine alumina powder or fine zirconia powder was used (Comparative Example 2). Further, it was confirmed that the anti-seizure effect was reliably improved even when compared with Comparative Example 3) and further using the coating agent according to Patent Document 1 (Comparative Example 4).
〔実施例４〕
この実施例４は、金属アルコキシドとしてジルコニウムアルコキシド、特にジルコニウムブトキシドを用いた本発明例である。
すなわち、常法によって得られたジルコニウムブトキシド塊をインパクトブレーカーなどを用いて、実施例１と同様に粉砕し、１０μｍ以下のジルコニウムブトキシド粉末を得た。その粉末を、分散媒としての酢酸エチルに混合、分散させた。なお配合比は、重量比でジルコニウムブトキシド：酢酸エチル＝１：５の割合になるように混合した。得られた分散液においては、ジルコニウムブトキシドの一部は酢酸エチルに溶解したが、大部分（約９５％以上）は溶解せずに白い粉末粒子として分散していることが確認された。
このような分散液を塗型剤として、実施例１と同様に、砂型鋳型を用いての自動車用鋳鉄部品の製造に適用した。すなわち、砂型表面に前記分散液をスプレー塗布して、厚み５０〜１００μｍで塗布層を形成し、乾燥後、注湯温度１５５０℃で鋳鉄溶湯を鋳込んだ。
このような鋳込み試験を５０個のサンプルについて実施した結果、５０サンプル中、焼き付きが発生したものはゼロであった。すなわち焼き付き不良発生率は０％であった。
なお鋳込み試験終了後の鋳型表面を分析したところ、微細粒子状のジルコニア（ＺｒＯ２）相が存在していることが確認された。これは、塗型剤のジルコニウムブトキシドの分解生成物と解される。
Example 4
Example 4 is an example of the present invention using zirconium alkoxide, particularly zirconium butoxide, as the metal alkoxide.
That is, a zirconium butoxide lump obtained by a conventional method was pulverized in the same manner as in Example 1 using an impact breaker or the like to obtain a zirconium butoxide powder of 10 μm or less. The powder was mixed and dispersed in ethyl acetate as a dispersion medium. The mixing ratio was such that the weight ratio was zirconium butoxide: ethyl acetate = 1: 5. In the obtained dispersion, it was confirmed that a part of zirconium butoxide was dissolved in ethyl acetate, but most (about 95% or more) was not dissolved but dispersed as white powder particles.
Such a dispersion was used as a coating agent in the same manner as in Example 1 and applied to the production of cast iron parts for automobiles using a sand mold. That is, the dispersion was spray-coated on the sand mold surface to form a coating layer having a thickness of 50 to 100 μm, and after drying, cast iron melt was cast at a pouring temperature of 1550 ° C.
As a result of performing such a casting test on 50 samples, no seizure occurred in 50 samples. That is, the occurrence rate of seizure failure was 0%.
When the mold surface after the completion of the casting test was analyzed, it was confirmed that a fine particle zirconia (ZrO 2 ) phase was present. This is interpreted as a decomposition product of the coating agent zirconium butoxide.
上記の実施例４から、金属アルコキシドとしてジルコニウムアルコキシドを用いた場合においても、アルミニウムアルコキシドを用いた場合と同様に、優れた焼き付き防止効果が得られることが確認された。 From Example 4 above, it was confirmed that even when a zirconium alkoxide was used as the metal alkoxide, an excellent anti-seizure effect was obtained as in the case of using an aluminum alkoxide.
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。 The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above. However, these embodiments and examples are merely examples within the scope of the present invention, and do not depart from the spirit of the present invention. Thus, addition, omission, replacement, and other changes of the configuration are possible. That is, the present invention is not limited by the above description, is limited only by the scope of the appended claims, and can be appropriately changed within the scope.
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