JP2016140876A - 精密鋳造用鋳型の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基層の内表面の全域に亘って被膜する被膜層を簡単に形成することができる精密鋳造用鋳型の製造方法を提供すること。【解決手段】チタンアルミニウム基合金の溶湯を貯留可能な内側空間を画定する基層２３をセラミックスＣで形成し、セラミックスＣよりも酸素との結合が強い金属酸化物Ｏの粉体と溶媒とを混合した被膜スラリ５０を、基層２３の内側空間１１内に貯留し、被膜スラリ５０を排出した後に、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂに付着したスラリ膜５１を乾燥して被膜層２１を形成した。【選択図】図４

Description

本発明は、精密鋳造に用いる精密鋳造用鋳型の製造方法に関する。

一般に、ロストワックス法等の精密鋳造法は、機械加工の困難な材質及び複雑な形状の部品を高い寸法精度で製造することが可能である。チタンアルミニウム基合金（ＴｉＡｌ基合金とも称する）は、比強度、耐熱性及び耐食性に優れ、航空機エンジンの各種部品やタービン翼等の材質として好適であるが、一般の金属や合金に比べて硬くて脆いために機械加工が困難である。このため、ＴｉＡｌ基合金の加工方法として上述した精密鋳造法が広く用いられている。通常、精密鋳造法では、鋳型をアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（二酸化ケイ素：ＳｉＯ_２）、ジルコン（ケイ酸塩鉱物：ＺｒＳｉＯ_４）等のセラミックスで形成するが、ＴｉＡｌ基合金は、活性が非常に高く、酸素に対する親和性が高いために、セラミックスに含まれる酸素とＴｉＡｌ基合金とが反応（酸化）し、ＴｉＡｌ基合金中の酸素濃度が高くなる。このため、ＴｉＡｌ基合金の鋳造品表面および内部が酸化物へ変質してしまう問題があった。

この問題を解決するために、ＴｉＡｌ基合金と反応性の低い材料、換言するとセラミックスよりも酸素との結合が強い材料（例えば、イットリア（酸化イットリウム：Ｙ_２Ｏ_３）やジルコニア（二酸化ジルコニウム：ＺｒＯ_２）等の金属酸化物）で鋳型を製造することが想定される。しかし、イットリアやジルコニアは、通常、鋳型に使用されるアルミナ等と比べて格段に高価であるため、これらの使用量の低減が要望されている。

このため、従来、セラミックスで形成された基層の内表面に、セラミックスよりも酸素との結合が強い金属酸化物の粉体と溶媒とを混合して生成したスラリを噴霧し、該基層の内表面を被膜する被膜層を形成する工程を有する鋳型の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この製造方法によれば、イットリア等の金属酸化物の使用量を抑えつつ、被覆層がセラミックスに含まれる酸素とＴｉＡｌ基合金との接触を防止するため、鋳造時にＴｉＡｌ基合金中の酸素濃度が高くなることを防止できる。

特開２０１１−２５５３９８号公報

ところで、精密鋳造法では、航空機エンジンの各種部品やタービン翼などの複雑な形状を高い寸法精度で鋳造するため、これらの形状を画定する基層（鋳型）の内表面も複雑な形状を呈する。このため、基層の内表面に金属酸化物のスラリを噴霧して、この内表面に被膜層を形成する手法では、複雑な形状の内表面を均一に被膜することは困難であった。さらに、例えば、基層の内表面のうち、スラリを噴霧するエアスプレーガンのノズルが進入できないような狭隘部では、ノズルが十分に届かないため被膜層を設けることが困難な場合もあった。

このため、本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、基層の内表面の全域に亘って被膜する被膜層を簡単に形成することができる精密鋳造用鋳型の製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、チタンアルミニウム基合金の精密鋳造に用いられる精密鋳造用鋳型の製造方法であって、チタンアルミニウム基合金の溶湯を貯留可能な内側空間を画定する基層をセラミックスで形成する基層形成工程と、セラミックスよりも酸素との結合が強い金属酸化物の粉体と溶媒とを混合した被膜スラリを、基層の内側空間内に貯留する被膜スラリ貯留工程と、該被膜スラリを排出した後に、基層の内側空間側の内表面に付着したスラリ膜を乾燥して該内表面に被膜層を形成する被膜層形成工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、被膜スラリを基層の内側空間内に貯留すると共に、該被膜スラリを排出した後に、基層の内側空間側の内表面に付着したスラリ膜を乾燥して該内表面に被膜層を形成する工程を備えるため、基層の内表面の形状によらず、該内表面の全域に亘って被膜する被膜層を簡単に形成することができる。

この構成において、金属酸化物は、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのうち、希土類元素酸化物であっても良い。この構成によれば、希土類元素酸化物で被膜層を形成することにより、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナの中で最も良好な反応抑制効果を期待することができる。

また、金属酸化物は、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのうち、ジルコニアであっても良い。この構成によれば、ジルコニアで表層を形成することにより、鋳込み後の降温時に結晶構造が変化して体積膨張し、崩壊しやすくなるため、鋳造品を鋳型から取り出す事が容易になる。

また、金属酸化物は、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのうち、高純度アルミナであっても良い。この構成によれば、高純度アルミナで被膜層を形成することにより、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナの中で最も強度の高い鋳型が作製できる。

また、金属酸化物の紛体は、平均粒径が０．５μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とする。

また、被膜層は、厚さが０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする。また、被膜スラリは、金属酸化物の紛体を、溶媒としての水に分散させて形成されてもよい。この構成によれば、水は有機溶媒に比べて蒸発しにくくスラリ管理が容易となる。また、被膜スラリは、分散剤としてポリカルボン酸塩を用いて形成されても良い。この構成によれば、ポリカルボン酸塩を分散剤として加えることでスラリの凝集を防ぐことができ、スラリ寿命を長くすることができる。

本発明によれば、被膜スラリを基層の内側空間内に貯留すると共に、該被膜スラリを排出した後に、基層の内側空間側の内表面に付着したスラリ膜を乾燥して該内表面に被膜層を形成する工程を備えるため、基層の内表面の形状によらず、該内表面の全域に亘って被膜する被膜層を簡単に形成することができる。

図１は、本実施形態に係る精密鋳造用鋳型の構成を模式的に示す概略断面図である。 図２は、精密鋳造用鋳型の隔壁の構成を示す部分断面図である。 図３は、精密鋳造用鋳型の製造手順を示すフローチャートである。 図４は、精密鋳造用鋳型の製造手順の工程説明図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る精密鋳造用鋳型の構成を模式的に示す概略断面図である。図２は、精密鋳造用鋳型の隔壁の構成を示す部分断面図である。図１に示すように、精密鋳造用鋳型１０は、チタンアルミニウム基合金（ＴｉＡｌ基合金）による鋳造を実現する鋳型であり、ＴｉＡｌ基合金の溶湯を貯留可能な内側空間１１を画定する隔壁１２を備える。この隔壁１２は、基層２３と、この基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂを被膜する被膜層２１とが積層されて一体に形成されている。なお、図１は、鋳型の構成を模式的に表したものであるため、被膜層２１または基層２３の厚み、及び、内側空間１１の大きさについて、それぞれ相対的な関係を示すものではない。また、図１では、説明の便宜上、内側空間１１及び隔壁１２を簡素な形状として描いているが、例えば、タービン翼を鋳造する場合には、隔壁１２は、タービン翼の形状に対応した内側空間１１を画定すると共に、隔壁１２の内側の表面（被膜層２１の表面）には複雑な凹凸部が形成される。

基層２３は、精密鋳造用鋳型１０の本体部を構成するものであり、セラミックスＣで構成されている。本実施形態では、セラミックスＣとして、例えば、ジルコン（ケイ酸塩鉱物：ＺｒＳｉＯ_４）が使用される。また、ジルコンの他に、アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）やシリカ（二酸化ケイ素：ＳｉＯ_２）等を使用することができる。

基層２３は、図２に示すように、複数の単位基層２３Ａが積層される。単位基層２３Ａは、スラリ層３３とスタッコ層３４とが積層される。スラリ層３３は、セラミックスＣ（例えば、ジルコン）の紛体（例えば、平均粒径：５μｍ以上５０μｍ以下）により形成される。スタッコ層３４は、スラリ層３３を形成する紛体よりも大きいセラミックスＣ（例えば、ジルコン）のスタッコ材（例えば、平均粒径：３００μｍ以上７００μｍ以下）によって形成される。ここで、平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布計（Microtrac社製MT3000 IIシリーズ等）によって計測する。また、セラミックスＣとして、アルミナやシリカを使用した場合においても、スラリ層３３は、セラミックスＣの紛体（例えば、平均粒径：５μｍ以上５０μｍ以下）により形成され、スタッコ層３４は、セラミックスＣのスタッコ材（例えば、平均粒径：３００μｍ以上７００μｍ以下）によって形成されることが好ましい。

基層２３は、上記したスラリ層３３とスタッコ層３４とからなる単位基層２３Ａを複数回（例えば１０回）形成することにより複層化して構成される。スラリ層３３に重ねてスタッコ層３４を設けることにより、単位基層２３Ａの肉厚を少ない工程で確保することができ、また、基層スラリを早く乾燥させることができると共に、スラリ層３３の乾燥割れを防止できる。上記した基層スラリは、セラミックスＣの紛体を、バインダとしてシリカゾルを用いて作成される。基層２３は、単位基層２３Ａを複層化して形成されることにより、所望の厚み（例えば１０ｍｍ）の精密鋳造用鋳型１０を容易に形成することができる。

被膜層２１は、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂを被膜し、内側空間１１を画定する隔壁１２の内表面を形成する層であり、金属酸化物Ｏで形成されている。本実施形態では、金属酸化物Ｏとして、例えば、イットリア（酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３））が使用される。また、イットリアの他に、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）及び酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）等の希土類元素酸化物を使用してもよい。また、金属酸化物Ｏとしては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）を用いることもできる。また、金属酸化物Ｏとしては、高純度アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いることもできる。また、金属酸化物Ｏとしては、これらを混合して使用することもできる。これらの金属酸化物Ｏは、該金属酸化物Ｏを単一で使用する場合、または、複数種を混合して使用する場合であっても、金属酸化物Ｏの純度が９９％以上となることが好ましい。また、高純度アルミナとはアルミナの純度が高いものをいう。具体的には、一般的なアルミナの生成過程において、不純物として含まれるナトリウム酸化物（Ｎａ_２Ｏ）の含有量が０．２％未満のものをいう。

被膜層２１は、金属酸化物Ｏの紛体が分散された被膜スラリにより形成され、被膜スラリを基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂに付着させると共に、該被膜スラリを乾燥させて構成される。上記した被膜スラリは、金属酸化物Ｏの紛体を、バインダとして水、分散剤としてポリカルボン酸塩を用いて作成される。被膜層２１は、該被膜層２１の下層に位置する基層２３が露出しない程度の厚み（例えば０．５ｍｍ）を備える。被膜層２１は、少なくとも、０．５ｍｍ以上（例えば、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）に形成することが好ましい。また、被膜層２１の金属酸化物Ｏの紛体は、平均粒径が０．５μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が０．５μｍよりも小さいと、水和反応が生じ、被膜スラリが固まってしまう。一方、平均粒径が８０μｍを超えると被膜スラリ中で金属酸化物Ｏの沈殿が生じ、被膜スラリの濃度分布にムラが生じてしまう。金属酸化物Ｏの紛体の平均粒径を、０．５μｍ以上８０μｍ以下とすることにより、金属酸化物Ｏの紛体が均一に分散した被膜スラリを作成することができる。

被膜層２１は、上述のように、内側空間１１を画定する隔壁１２の内表面を形成する層であるため、鋳造時に内側空間１１に貯留されるＴｉＡｌ基合金の溶湯に直接接触する。このため、被膜層２１を構成する金属酸化物Ｏは、ＴｉＡｌ基合金との反応性が低い材料、換言すると、基層２３を形成するセラミックスＣよりも酸素との結合が強い材料である。次に、セラミックスＣと酸素との結合の強さ及び金属酸化物Ｏと酸素との結合の強さについて説明する。

ＴｉＡｌ基合金の溶湯の酸化メカニズムは、ＴｉＡｌ基合金の溶湯に含有されるＴｉが鋳型のセラミックスＣの酸素を奪い取る、以下の反応による。なお、以下の反応におけるＭは、任意の元素を示している。
３Ｍ_２Ｏ_３＋Ｔｉ→ＴｉＯ＋２／３Ｍ

表１は、セラミックスＣ及び金属酸化物Ｏの上記反応での各平衡定数Ｋｐを示したものである。表１における各平衡定数Ｋｐは、生成自由エネルギーによる平衡計算によって求めたものであり、対数表記している。

表１に示すように、セラミックスＣのアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（二酸化ケイ素：ＳｉＯ_２）、ジルコン（ケイ酸塩鉱物：ＺｒＳｉＯ_４）に比べて、金属酸化物Ｏの酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）等の希土類元素酸化物、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、もしくは、高純度アルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ_２Ｏ_３）は平衡定数Ｋｐが小さい。このため、上記した希土類元素酸化物、イットリア安定化ジルコニア、もしくは、高純度アルミナに対して、ＴｉＡｌ基合金の溶湯が反応し難いことがわかる。

すなわち、上述した精密鋳造用鋳型１０によれば、鋳造時に内側空間１１に貯留されるＴｉＡｌ基合金の溶湯に接触する被膜層２１は、セラミックスＣよりも酸素との結合が強い金属酸化物Ｏで形成され、この被膜層２１が基層２３を被膜するため、セラミックスＣで形成された基層２３に比べて、ＴｉＡｌ基合金の溶湯が反応し難くなり、該ＴｉＡｌ基合金の酸素濃度が高くなることを防止できる。

さらに、ＴｉＡｌ基合金は、溶湯の温度を上昇させると更に活性となるが、被膜層２１が基層２３を被膜することでＴｉＡｌ基合金の溶湯が反応し難くなるため、溶湯を高温に設定することができ、湯回り性の向上を図ることができる。

次に、精密鋳造用鋳型の製造方法を説明する。図３は、精密鋳造用鋳型の製造手順を示すフローチャートであり、図４は、製造手順の工程説明図である。

（基層形成工程）
まず、ワックス模型（ろう型）を基層スラリに浸漬（ディッピング）する（ステップＳ１１）。ワックス模型は、鋳造目的の製品（鋳物）とほぼ同形状を呈するものである。ワックス模型は、事前に形成した金型に、液化したワックス（ろう）を注入し、冷却して固化したものを金型から取り出して形成される。本構成では、精密鋳造用鋳型１０は、基層２３における内側空間１１側の面２３Ｂに被膜層２１を設けているため、この被膜層２１の厚みを考慮し、鋳造目的の製品（鋳物）よりも被膜層２１の厚み分だけ大きなワックス模型を形成することが好ましい。

基層スラリは、セラミックスＣの粉体を溶媒に分散させて生成される。本実施形態では、セラミックスＣとしてジルコン（平均粒径５μｍ以上〜５０μｍ以下）を用いて、このジルコンの粉体をバインダとしてのシリカゾルに分散させて作成される。

次に、ワックス模型を基層スラリから引き上げ、余分な基層スラリを落下させた後、ワックス模型に塗布された基層スラリの外周面にスタッコ材（例えば、平均粒径：３００μｍ以上７００μｍ以下のジルコン粒）を振り掛けるスタッコイングを行う（ステップＳ１２）。次に、上記したステップＳ１１及びステップＳ１２の処理を所定回数（例えば１０回）繰り返したかを判定する（ステップＳ１３）。繰り返していなければ（ステップＳ１３；Ｎｏ）、処理をステップＳ１１に戻し、繰り返していれば（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、処理をステップＳ１４に移行する。これにより、図４の状態（Ａ）に示すように、ワックス模型４０の外周面４０Ａに基層スラリとスタッコ材からなる単位基層２３Ａが複層化された乾燥成形体４６が形成される。

次に、乾燥成形体からワックス模型を除去（脱ワックス）する（ステップＳ１４）。具体的には、乾燥成形体をオートクレーブの内部に入れ、例えば約１５０℃に加熱する。オートクレーブは、内部を加圧蒸気で満たすことで、乾燥成形体内のワックス模型を融解し、排出させる。これにより、図４の状態（Ｂ）に示すように、ワックス模型が除去されて、鋳造時にＴｉＡｌ基合金の溶湯を貯留可能な内側空間１１が形成される。

次に、ワックス模型を除去した乾燥成形体を焼成する（ステップＳ１５）。具体的には、乾燥成形体を焼成炉の内部に入れ、例えば９５０℃で加熱する。これにより、図４の状態（Ｃ）に示すように、乾燥成形体に含まれる水成分や不要な成分が除去され、さらに、焼成されることで硬化され、セラミックスＣ製の基層２３が形成される。

（被膜スラリ貯留工程）
次に、図４の状態（Ｄ）に示すように、形成された基層２３の内側空間１１に被膜スラリ５０を注入する（ステップＳ１６）。被膜スラリ５０は、金属酸化物Ｏの紛体を溶媒に分散させて作成される。本実施形態では、金属酸化物Ｏとしてイットリア（中国稀土社製；平均粒径５μｍ、粒径分布３μ以上１０μｍ以下）、分散剤としてポリカルボン酸（ポイズ５３２Ａ）が用いられ、イットリア紛体５０００（ｇ）とポリカルボン酸５０（ｇ）を水２５００（ｇ）に分散させることで被膜スラリ５０が作成される。被膜スラリ５０を作成するに際し、金属酸化物Ｏの紛体の粒径（大きさ）は重要である。粒径が小さすぎると水和反応が生じ、被膜スラリ５０が固まってしまう。一方、粒径が大きすぎると被膜スラリ５０中で金属酸化物Ｏの沈殿が生じ、被膜スラリ５０の濃度分布にムラが生じてしまう。このため、本実施形態では、金属酸化物Ｏとしてのイットリアの紛体を、平均粒径０．５μｍ〜８０μｍの大きさに調整することにより、該イットリアの紛体が均一に分散された被膜スラリ５０を作成可能としている。さらに、より好ましくは、イットリアの紛体を、平均粒径５μｍ、粒径分布３μｍ以上１０μｍ以下に調整することにより、より均一に分散された被膜スラリ５０を生成することができる。

基層２３の内側空間１１に注入された被膜スラリ５０は、基層２３の内側空間１１側の面（内表面）２３Ｂに付着してスラリ膜５１（図４の状態（Ｅ）参照）を形成する。基層２３を構成するセラミックスＣは多孔質を有するため、被膜スラリ５０が上記した面２３Ｂに付着すると、被膜スラリ５０が有する水分がセラミックスＣに吸収される。このため、面２３Ｂでは、被膜スラリ５０の濃度が高まり固まった状態のスラリ膜５１となる。本実施形態では、被膜スラリ５０は、イットリアの紛体が均一に分散されて形成されているので、形成されたスラリ膜５１の膜厚にムラが生じることもない。

次に、基層の内側空間に被膜スラリを注入した状態で所定時間（例えば３０秒）待機する（ステップＳ１７）。発明者の研究・実験によれば、上記したスラリ膜５１の膜厚は、待機する時間の長さと関連することが分かっている。本実施形態では、３０秒待機することにより膜厚は０．５ｍｍとなり、６０秒待機すると膜厚は０．７ｍｍ、１２０秒待機すると膜厚は１ｍｍとなる。このように、待機する時間を調整することにより、所望の膜厚に調整することができるため、鋳型の精度の向上を実現できる。

（被膜層形成工程）
次に、基層の内側空間に貯留された被膜スラリを排出する（ステップＳ１８）。これにより、図４の状態（Ｅ）に示すように、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂに均一な膜厚に形成されたスラリ膜５１が露出する。このスラリ膜５１は、固まった状態となっているため、自重により膜厚が変化することはない。そして、最後に、このスラリ膜５１を乾燥させる（ステップＳ１９）ことにより、図４の状態（Ｆ）に示すように、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂを被膜する被膜層２１を備えた精密鋳造用鋳型１０が得られる。

この得られた精密鋳造用鋳型１０は、ＴｉＡｌ基合金の溶湯が貯留される内側空間１１に面する被膜層２１が、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのいずれか（例えばイットリア）で形成されるため、精密鋳造用鋳型１０の内側空間１１にＴｉＡｌ基合金の溶湯が貯留した際に、このＴｉＡｌ基合金の溶湯が鋳型と反応し難くなり、該ＴｉＡｌ基合金の酸化を抑制できる。

本構成による製造方法では、基層２３の内側空間１１に被膜スラリ５０を注入することで、被膜層２１（スラリ膜５１）を形成しているため、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂの全域を簡単に被膜することができる。特に、精密鋳造用鋳型１０では、内側空間１１が複雑に形成されることが多いためより有用となる。

次に、精密鋳造用鋳型１０の製造方法において、スラリ膜５１の膜厚と待機する時間との関係について実施例を参照して説明する。

（実施例１）
上述したように、基層２３を構成するセラミックスＣとしてジルコンを用いた。所定形状のワックス模型４０に対し、ジルコンの粉体をシリカゾルに分散させた基層スラリのディッピングと、ジルコン粒からなるスタッコ材のスタッコイングとを１０回繰り返し行うことで、単位基層２３Ａが複層化され、厚みが１０ｍｍとなった乾燥成形体４６を形成した。この乾燥成形体４６からワックス模型４０を除去した後、９５０℃で焼成することにより、セラミックスＣ製の基層２３を形成した。

被膜スラリ５０は、金属酸化物Ｏとしてイットリア（中国稀土社製；平均粒径５μｍ；粒径分布３μｍ以上１０μｍ以下）、分散剤としてポリカルボン酸（ポイズ５３２Ａ）が用いられ、イットリア紛体５０００（ｇ）とポリカルボン酸５０（ｇ）を水２５００（ｇ）に分散させて作成した。この被膜スラリ５０を基層２３の内側空間１１に注入した後、３０秒間待機（放置）し、被膜スラリ５０を排出した後、乾燥した。これにより、基層２３の内側空間１１側の面（内表面）２３Ｂに、０．５ｍｍの厚みの被膜層２１が形成された。また、待機した時間を６０秒とした場合には、被膜層２１の厚みは０．７ｍｍであった。

このように、被膜スラリ５０を注入した状態で待機する時間を調整することにより、被膜層２１を所望の厚みに調整することができるため、精密鋳造用鋳型１０の精度の向上を実現できる。また、イットリアを含む希土類元素酸化物を用いた構成では、希土類元素酸化物、ＹＳＺ、高純度アルミナの中で最も良好な反応抑制効果が期待できる。

（実施例２）
実施例２は、基層２３を構成するセラミックスＣとしてアルミナを用いた。所定形状のワックス模型４０に対し、アルミナの粉体をシリカゾルに分散させた基層スラリのディッピングと、アルミナ粒からなるスタッコ材のスタッコイングとを１０回繰り返し行うことで、単位基層２３Ａが複層化され、厚みが１０ｍｍとなった乾燥成形体４６を形成した。この乾燥成形体４６からワックス模型４０を除去した後、９５０℃で焼成することにより、セラミックスＣ製の基層２３を形成した。

被膜スラリ５０は、金属酸化物ＯとしてＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を用いた。ＹＳＺの紛体（サンゴバン社製；平均粒径５μｍ、粒径分布１μｍ以上１５μｍ以下）、分散剤としてポリカルボン酸（ポイズ５３２Ａ）が用いられ、ＹＳＺ紛体６０００（ｇ）とポリカルボン酸５０（ｇ）を水２５００（ｇ）に分散させて作成した。この被膜スラリ５０を基層２３の内側空間１１に注入した後、３０秒間待機（放置）し、被膜スラリ５０を排出した後、乾燥した。これにより、基層２３の内側空間１１側の面（内表面）２３Ｂに、０．５ｍｍの厚みの被膜層２１が形成された。また、待機した時間を６０秒とした場合には、被膜層２１の厚みは０．７ｍｍであった。

このように、セラミックスＣをアルミナ、金属酸化物ＯをＹＳＺに変更した場合であっても、被膜スラリ５０を注入した状態で待機する時間を調整することにより、被膜層２１を所望の厚みに調整することができた。また、ＹＳＺを用いた構成では、鋳込み後の降温時に結晶構造が変化して体積膨張し、崩壊しやすくなるため、鋳造品を鋳型から取り出すことが容易になる。

（実施例３）
基層２３の構成、及び、製造手順は実施例２と同一である。実施例３では、被膜スラリ５０は、金属酸化物Ｏとして超高純度アルミナ（純度９９．９９％）を用いた。超高純度アルミナの紛体（Doral Fused Materials Pty社製；平均粒径３０μｍ、粒径分布１μｍ以上１００μｍ以下）、分散剤としてポリカルボン酸（ポイズ５３２Ａ）が用いられ、超高純度アルミナ紛体３０００（ｇ）とポリカルボン酸３０（ｇ）を水２０００（ｇ）に分散させて作成した。この被膜スラリ５０を基層２３の内側空間１１に注入した後、３０秒間待機（放置）し、被膜スラリ５０を排出した後、乾燥した。これにより、基層２３の内側空間１１側の面（内表面）２３Ｂに、０．４ｍｍの厚みの被膜層２１が形成された。また、待機した時間を６０秒とした場合には、被膜層２１の厚みは０．７ｍｍであった。

このように、セラミックスＣをアルミナ、金属酸化物Ｏを超高純度アルミナに変更した場合であっても、被膜スラリ５０を注入した状態で待機する時間を調整することにより、被膜層２１を所望の厚みに調整することができた。また、超高純度アルミナ（高純度アルミナ）を用いた構成では、希土類元素酸化物、ＹＳＺ、高純度アルミナの中で最も強度の高い鋳型を作製できる。

以上、説明したように、本実施形態の精密鋳造用鋳型１０の製造方法によれば、チタンアルミニウム基合金の溶湯を貯留可能な内側空間１１を画定する基層２３をセラミックスＣで形成する基層形成工程と、セラミックスＣよりも酸素との結合が強い金属酸化物Ｏの粉体と溶媒とを混合した被膜スラリ５０を、基層２３の内側空間１１内に貯留する被膜スラリ貯留工程と、被膜スラリ５０を排出した後に、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂに付着したスラリ膜５１を乾燥して被膜層２１を形成する被膜層形成工程と、を備えたため、基層２３の内側空間１１側の面２３Ｂの形状によらず、該面２３Ｂの全域に亘って被膜する被膜層２１を簡単に形成することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、本実施形態では、金属酸化物Ｏの一例として、イットリア（酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３））、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、もしくは高純度アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を例示したが、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）及び酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）等の希土類元素酸化物を用いても同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、精密鋳造用鋳型１０は、一例としてタービン翼を鋳造するものとして説明したが他の部品を鋳造するものであってもよい。

１０ 精密鋳造用鋳型
１１ 内側空間
１２ 隔壁
２１ 被膜層
２３ 基層
２３Ａ 単位基層
２３Ｂ 基層の内側空間側の面（内表面）
４０ ワックス模型
４０Ａ 外周面
４６ 乾燥成形体
５０ 被膜スラリ
５１ スラリ膜
Ｃ セラミックス
Ｏ 金属酸化物

Claims (8)

1. チタンアルミニウム基合金の精密鋳造に用いられる精密鋳造用鋳型の製造方法であって、
   前記チタンアルミニウム基合金の溶湯を貯留可能な内側空間を画定する基層をセラミックスで形成する基層形成工程と、
   前記セラミックスよりも酸素との結合が強い金属酸化物の粉体と溶媒とを混合した被膜スラリを、前記基層の内側空間内に貯留する被膜スラリ貯留工程と、
   該被膜スラリを排出した後に、前記基層の前記内側空間側の内表面に付着したスラリ膜を乾燥して該内表面に被膜層を形成する被膜層形成工程と、を備えたことを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。
2. 前記金属酸化物は、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのうち、希土類元素酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
3. 前記金属酸化物は、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのうち、ジルコニアであることを特徴とする請求項１に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
4. 前記金属酸化物は、希土類元素酸化物、ジルコニア、高純度アルミナのうち、高純度アルミナであることを特徴とする請求項１に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
5. 前記金属酸化物の紛体は、平均粒径が０．５μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
6. 前記被膜層は、厚さが０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
7. 前記被膜スラリは、前記金属酸化物の紛体を、溶媒としての水に分散させて形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
8. 前記被膜スラリは、分散剤としてポリカルボン酸塩を用いて形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。

Images