JP2963242B2 - 溶湯鍛造用黒鉛離型剤 - Google Patents

溶湯鍛造用黒鉛離型剤

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温金型に均一な黒鉛
皮膜を形成する黒鉛離型剤、特に溶湯鍛造用に適した黒
鉛離型剤に関する。溶湯鍛造法とは、金型内に金属の溶
湯、例えばアルミニウム溶湯(溶湯鍛造法は主にアルミ
ニウムのダイカスト鋳造に使用されているので以下アル
ミニウムを例にして説明する)を低速で緩やかに注入
し、金型内の注入したアルミニウム溶湯に高圧を加えな
がら凝固させる鋳造法を意味する。溶湯鍛造法は、アル
ミニウム溶湯を低速で緩やかに金型内に注入するので、
空気の巻き込み等による気孔の発生がなく、またアルミ
ニウム溶湯に高い圧力を加えながら凝固させるので、鋳
造品の内部に欠陥の少ない鋳造法であり、加えて熱処理
の容易な、機械的に優れたダイカスト鋳造物を得ること
ができる利点を有している。
【0002】
【従来の技術】一般の鋳造法では、水に鉱物油、動植物
油、ワックス等を乳化分散させた水溶性離型剤が多用さ
れているが、溶湯鍛造法では、従来から黒鉛系の水溶性
離型剤が使用されている。それは、溶湯鍛造法において
一般の鋳造法で使用する水溶性離型剤を使用すると、鋳
造時に鉱物油、動植物油、ワックス等の蒸発、或いは熱
分解により発生するガス成分が気孔発生の原因になるこ
と、及び鉱物油、動植物油、ワックス等の塗布膜に比べ
て、黒鉛皮膜の方が高圧力伝達性、保温性、湯流れ性に
優れているからである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】鋳造物内部に気孔、そ
の他の内部欠陥が少なく、機械的特性の優れた鋳造物を
溶湯鍛造法により得るには、溶湯注入時の金型を100
〜450°C の範囲の温度に維持する必要がある。しか
し、従来の黒鉛離型剤は、このような高い温度の金型と
の付着性に乏しく、均一で所望の厚さの黒鉛皮膜を金型
に形成することが出来ないために、金型の鋳造物との離
型性が十分でなかった。そこで、離型性を改善するた
め、多量の離型剤を金型内部表面にスプレー塗布する
と、離型剤に含有された水の冷却作用により金型温度が
上記の100〜450°C の範囲より低下するため、気
孔及び内部欠陥の発生率が増大する。その結果、ダイカ
スト鋳造物の歩留りが低下した。更に、スプレー塗布さ
れた多量の黒鉛が金型内に堆積し、ダイカスト鋳造物に
欠肉が発生する原因となった。これを回避するために
は、堆積した黒鉛を金型から除去する作業が必要とな
り、ダイカスト鋳造工程の生産性を低下させた。上述の
従来の黒鉛離型剤の問題に鑑み、本発明の目的は、10
0〜450°Cの範囲の温度の金型に対しても良好な付
着性を有し、かつ金型内に黒鉛の堆積する程度が小さい
黒鉛離型剤を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、研究と実験
の結果、黒鉛離型剤の高温金型との付着性は、主として
黒鉛の粒径分布と、カルボキシメチルセルロースの重合
度とその添加量とに依存してる事を見出し、これらの事
実に基づき本発明の特徴とする離型剤の成分の配合比を
規定して上記目的を達成した。即ち、本発明の特徴と
は、(a )平均粒子径が0.1 μm から5μmの範囲にあ
って、粒子径が0,1 μm 以下の粒子が5重量%以下でか
つ粒子径が5μm 以上の粒子が5重量%以下の粒径分布
を有する天然黒鉛粉末を20から25重量%、(b)重
合度が100から1000のカルボキシメチルセルロー
スを1.0 から2.0 重量%、(c)芳香族系界面活性剤を
1.0 から2.0 重量%、及び(d)アンモニアを0.2 から
0.4 重量%、含有し、残部が水からなる混合液であっ
て、使用に際し天然黒鉛粉末の含有量が0.6 から1.0 重
量%になるように水で希釈する溶湯鍛造用黒鉛離型剤で
ある。
【0005】本発明において使用する天然黒鉛粉末は、
市販のものを使用できるが、平均粒子径が0.1 μm から
5μm の範囲であって、0,1 μm 以下の粒子径の粒子が
5重量%以下でかつ5μm 以上の粒子径の粒子が5重量
%以下の粒径分布を有する必要がある。平均粒子径が0.
1 μm 以下であるか、又は粒子径が0,1 μm 以下の粒子
が5重量%以上含まれていると、アルミニウム溶湯注入
時に黒鉛が酸化し、CO2 ガスとなって鋳造物に気孔とし
て残留し、鋳造物を不良品にするからである。一方、平
均粒子径が5μm 以上であるか、又は粒子径が5μm 以
上の粒子が5重量%以上含まれていると、金型への黒鉛
粉末の堆積量が増大する。そのまま放置して使用し続け
るとそれにより鋳造物の欠肉等の欠陥が増大するため、
金型に堆積した黒鉛を除去する必要が生じ、それにより
生産性が低下する。本発明においては、使用するカルボ
キシメチルセルロースの重合度を100〜1000と規
定し、かつカルボキシメチルセルロースの添加量を1.0
から2.0 重量%と限定する。カルボキシメチルセルロー
スの重合度が100以下であると、離型剤の粘性が不足
するため離型剤と高温度の金型との付着性が低下し、均
一な黒鉛の皮膜が得られないので、離型性に難点が生じ
てカジリ、ハリツキ等が発生する。逆にカルボキシメチ
ルセルロースの重合度が1000以上であると、離型剤
の粘性が増大するため離型剤に含有された水分が蒸発せ
ず離型剤の乾燥性が低下し、アルミニウム溶湯注入時に
水分が蒸発して鋳造物に気孔が発生する原因となる。カ
ルボキシメチルセルロースの添加量が1.0 重量%以下で
あると、離型剤の粘性が不足するため離型剤と高温度の
金型との付着性が低下し、均一な黒鉛の皮膜が得られな
いので、離型性に難点が生じてカジリ、ハリツキ等が発
生する。逆にカルボキシメチルセルロースの添加量が2.
0 重量%以上であると、アルミニウム溶湯注入時にカル
ボキシメチルセルロースが熱分解し、発生したガスは鋳
造物の気孔発生の原因となる。更に、カルボキシメチル
セルロースのバインダー効果により黒鉛粉末の金型内の
堆積が増大する。
【0006】本発明では黒鉛粉末の分散性を確保するた
めに芳香族系界面活性剤を1.0 から2.0 重量%使用す
る。使用する界面活性剤としては、特別なものを使用す
る必要はなく市販の芳香族系界面活性剤を使用すること
できる。芳香族系界面活性剤の添加量を1.0 から2.0 重
量%としたのは、2重量%以上入れてもその効果は余り
上がらず却って本発明の効果を害する結果となり、1.0
重量%以下では添加の効果が薄いからである。また、本
発明では黒鉛の分散安定性と離型剤の劣化防止のために
市販の濃度25%のアンモニア水を添加してアンモニア
の濃度を0.2 から0.4 重量%とする。アンモニアの添加
量を0.2 から0.4 重量%としたのは、0.4 重量%以上入
れてもその効果は余り上がらず却って本発明の効果を害
する結果となり、0.2 重量%以下では添加の効果が薄い
からである。本発明に係る離型剤の配合の残部は水であ
り、水は分散媒として使用されている。更に、使用に際
して離型剤の塗布性と黒鉛の分布性の見地から、天然黒
鉛粉末の含有量が0.6 から1.0 重量%になるように水で
希釈して水溶液として使用する。尚、本発明において離
型剤の天然黒鉛粉末の含有量を20〜25重量%として
いるのは、良好な混合により天然黒鉛粉末の均一な懸濁
状の分散を得るためである。また、離型剤の使用時にお
いて天然黒鉛粉末の含有量を所定の0.6 から1.0 重量%
に希釈するするのは、離型剤の製造当初から天然黒鉛粉
末の含有量を所定の重量%に希釈すると離型剤の嵩が増
え、運搬等に不便であるからである。
【0007】本発明に係る黒鉛離型剤の製造は、特別な
装置或いは特別な方法を必要とせず、上記配合剤を適当
な容器に入れて予め予備混合を行った後、適当な回文式
混合機、例えばボールミルにより常温常圧で十分に混合
して本発明に係る溶湯鍛造用水溶性離型剤を調製する。
使用する場合には、本発明に係る黒鉛離型剤を水で希釈
して天然黒鉛粉末の含有量が0.6 〜1.0 重量%の水溶液
とし、スプレー又は刷毛で金型に塗布する。以下に、本
発明を実施例に基づきより詳細に説明する。
【0008】
【実施例】
実施例1 以下に挙げる配合剤を以下に示す配合量で配合し、配合
物を実験用ボールミルで常温で十分に混合して実施例1
の黒鉛離型剤を得た。 天然黒鉛粉末(その粒度分布を表1に示す) 4.8 Kg カルボキシメチルセルロース 重合度 100 160 g カルボキシメチルセルロース 重合度 800 80 g (ニチリン化学工業(株)製) 芳香族系界面活性剤(ナフタリンスルホン酸ソーダ) 300 g (花王(株)製) 濃度25%のアンモニア水 300 g 水 14.36 Kg 計 20.0 Kg
【0009】表1 実施例1で使用した天然黒鉛粉末の粒径分布 D(μm) F(%) R(%) 5.00< 0.0 0.0 5.00〜1.00 36.3 36.3 1.00〜0.10 60.4 96.7 0.10〜0.00 3.3 100.0 尚、上記粒度分布は、堀場遠心式自動粒度分布測定装置
CAPA-500にて測定され、Dは粒径を、Fは粒径区分毎の
粒子重量%を、Rは粒径区分毎の粒子重量%の累計を示
す。上述のようにして得た実施例1の黒鉛離型剤の性能
を評価するため、水で30倍ないし40倍に希釈し、次
の条件で金型との付着性及び黒鉛の金型内に堆積する程
度の少なさ、即ち黒鉛非堆積性を試験して、その結果を
○と×との2段階評価により表2に示した。更に、溶湯
鍛造を1回行う毎に実施例1の黒鉛離型剤を塗布して1
000回溶湯鍛造を行い、鋳造物の不良率を算出し、そ
の結果を同じく表2に示した。 性能試験の条件 金型温度 200 °C 〜350 °C 溶湯の成分 アルミニウム 鍛造圧力 98 MPa
【0010】 表2 評価結果 付着性 黒鉛非堆積性 製品不良率 実施例1 ○ ○ 2% 実施例2 ○ ○ 1.5 % 比較例1 ○ ○ 25% 比較例2 ○ × 20% 比較例3 ○ × 18% 比較例4 × ○ 21% 比較例5 × ○ 10%
【0011】実施例2 重合度800 のカルボキシメチルセルロースを120g、水を
14.32 Kg配合したこと以外は、実施例1と同様にして本
発明に係る黒鉛離型剤を調製して実施例2とし、更に実
施例1と同様にその性能を評価し、その結果を表2に示
した。 比較例1 実施例1において使用した表1に示す粒度分布の天然黒
鉛粉末の代わりに、平均粒子径が0.08μm の天然黒鉛粉
末を使用したこと以外は、実施例1と同様に調製した黒
鉛離型剤を比較例1とし、実施例1と同様にその評価を
行い、その結果を表2に示した。 比較例2 実施例1において使用した表1に示す粒度分布の天然黒
鉛粉末の代わりに、平均粒子径が7μm の天然黒鉛粉末
を使用したこと以外は、実施例1と同様に調製した黒鉛
離型剤を比較例1とし、実施例1と同様にその評価を行
い、その結果を表2に示した。
【0012】比較例3 重合度100 のカルボキシメチルセルロースを250g及び重
合度800 のカルボキシメチルセルロースを同じく250g計
500g使用したこと以外は実施例1と同様に調製した黒鉛
離型剤を比較例1とし、実施例1と同様にその評価を行
い、その結果を表2に示した。 比較例4 重合度100 のカルボキシメチルセルロースを80g 及び重
合度800 のカルボキシメチルセルロースを同じく80g 計
160g使用したこと以外は実施例1と同様に調製した黒鉛
離型剤を比較例1とし、実施例1と同様にその評価を行
い、その結果を表2に示した。
【0013】比較例5 以下に挙げる配合剤を以下に示す配合量で配合し、配合
物を実験用ボールミルで常温で十分に混合して比較例5
の黒鉛離型剤を調製した。得た比較例5の黒鉛離型剤に
ついて実施例1と同様にその評価を行い、その結果を表
2に示した。比較例5は、0.1 μm 以下の粒子径の天然
黒鉛粉末を5重量%以上含み、かつカルボキシメチルセ
ルロースの配合が2.0 重量%以上であることから本発明
に係る黒鉛離型剤とは異なり、そのため付着性、黒鉛非
堆積性、製品不良率とも実施例に比べて劣っている。 天然黒鉛粉末(その粒度分布を表3に示す) 5.0 Kg カルボキシメチルセルロース 重合度 100 400 g カルボキシメチルセルロース 重合度 800 100 g (ニチリン化学工業(株)製) 芳香族系界面活性剤(ナフタリンスルホン酸ソーダ) 100 g (花王(株)製) 濃度25%のアンモニア水 300 g 水 14.1 Kg 計 20.0 Kg
【0014】表3 比較例5で使用した天然黒鉛粉末の粒径分布 D(μm) F(%) R(%) 5.00< 0.0 0.0 5.00〜1.00 14.4 14.4 1.00〜0.10 77.9 92.3 0.10〜0.00 7.7 100.0 尚、上記粒度分布は、実施例1と同様に堀場遠心式自動
粒度分布測定装置CAPA-500にて測定され、Dは粒径を、
Fは粒径区分毎の粒子重量%を、Rは粒径区分毎の粒子
%の累計を示す。表2に示すとおり、実施例の黒鉛離型
剤は、金型との付着性及び金型内の黒鉛非堆積性が共に
良好で、更に鋳造物製品の不良率が従来品に比べて遙か
に低い。一方、比較例は、金型との付着性、金型内の黒
鉛非堆積性又は鋳造物製品の不良率の全部或いはそのい
ずれかが好ましくない。
【0015】
【発明の効果】本発明は、上述の本発明に係る天然黒鉛
粉末の特定粒度分布と離型剤成分とその特定配合比によ
り金型との付着性、離型性及び黒鉛非堆積性が良好で1
00°C 〜450°C の金型に均一な膜厚の黒鉛皮膜を
形成する黒鉛離型剤を提供する。それにより、本発明は
ダイカスト鋳造物の気孔及び内部欠陥等によるダイカス
ト鋳造物製品の歩留低下を防止すると共に、金型内での
黒鉛の堆積によるダイカスト鋳造物の欠肉の防止及び堆
積黒鉛の除去作業による生産性の低下を回避する効果を
奏する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 育夫 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 関 章 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−224136(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22C 3/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a )平均粒子径が0.1 μm から5μm
    の範囲にあって、粒子径が0,1 μm 以下の粒子が5重量
    %以下でかつ粒子径が5μm 以上の粒子が5重量%以下
    の粒径分布を有する天然黒鉛粉末を20から25重量
    %、 (b)重合度が100から1000のカルボキシメチル
    セルロースを1.0 から2.0 重量%、 (c)芳香族系界面活性剤を1.0 から2.0 重量%、及び (d)アンモニアを0.2 から0.4 重量%、 含有し、残部が水からなる混合液であって、使用に際し
    天然黒鉛粉末の含有量が0.6 から1.0 重量%になるよう
    に水で希釈することを特徴とする溶湯鍛造用黒鉛離型
    剤。
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