JP3130962B2 - 高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法 - Google Patents
高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、チタン、チタン合金等
の高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法に関す
る。
の高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】チタン、チタン合金等の高融点活性金属
を鋳造するに際して用いるロストワックス鋳型は、通
常、溶湯と接するキャビティー面（フェースコート）
と、その外側に位置し、鋳型自体の形状を維持すると共
に鋳型に強度を付与するバックアップコートからなる。
を鋳造するに際して用いるロストワックス鋳型は、通
常、溶湯と接するキャビティー面（フェースコート）
と、その外側に位置し、鋳型自体の形状を維持すると共
に鋳型に強度を付与するバックアップコートからなる。
【０００３】このようなロストワックス鋳型の溶湯と接
するキャビティー面（フェースコート）には、通常は耐
火性材料が用いられており、そのような耐火性材料とし
ては、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属と、ＺｒＯ2 、ＣａＯ等
の酸化物が知られている。ところが、耐火性材料として
前者を用いると、鋳造前の鋳型焼成段階で水素還元を行
なう必要があるため、設備が大型化し、制御が複雑にな
るという問題点を有する。一方、後者のうち、ＺｒＯ2
を用いると、ＺｒＯ2 は鋳込み金属と反応して鋳造品表
面に多大の反応硬化層を生成するために、その除去に多
大の工数を必要とし、また、寸法精度を補償しえなくな
るという問題点を有し、ＣａＯを用いると、ＣａＯは吸
湿性が強いため、造型および造型後の取り扱いが難しい
という問題点を有している。そこで、鋳型フェースコー
トに用いる耐火性材料として、チタン合金等の高融点活
性金属との反応が極めて小さいといわれているイットリ
アの使用が提案された。
するキャビティー面（フェースコート）には、通常は耐
火性材料が用いられており、そのような耐火性材料とし
ては、Ｗ、Ｍｏ等の高融点金属と、ＺｒＯ2 、ＣａＯ等
の酸化物が知られている。ところが、耐火性材料として
前者を用いると、鋳造前の鋳型焼成段階で水素還元を行
なう必要があるため、設備が大型化し、制御が複雑にな
るという問題点を有する。一方、後者のうち、ＺｒＯ2
を用いると、ＺｒＯ2 は鋳込み金属と反応して鋳造品表
面に多大の反応硬化層を生成するために、その除去に多
大の工数を必要とし、また、寸法精度を補償しえなくな
るという問題点を有し、ＣａＯを用いると、ＣａＯは吸
湿性が強いため、造型および造型後の取り扱いが難しい
という問題点を有している。そこで、鋳型フェースコー
トに用いる耐火性材料として、チタン合金等の高融点活
性金属との反応が極めて小さいといわれているイットリ
アの使用が提案された。
【０００４】具体的に述べると、まず第一に、高融点活
性金属鋳造用鋳型のフェースコート用材料として、Ｙ2
Ｏ3 スラリーを用いるというSchulyerらの報告がある
(D.R.Schulyer, J.A.Petrusha and W.R.Keu, Proceedin
gs Vac. Metall.Conf., R.C.Krutenat 編，Scientific
発行，Princeton, NJ., 1977年，475 〜 503) 。Schuly
erらの報告では、細粒状イットリアを分散させたコロイ
ド状珪酸カリウム液に粗粒状イットリアを加えたもの
を、鋳型の表面被覆剤として用いている。Schulyerら
は、「この表面被覆剤によって形成された表面被覆層
は、工場の技術水準における正常品と比較してなめらか
ではなく、気泡やピットがあり、スタッコが各所に見ら
れた。」と報告している。
性金属鋳造用鋳型のフェースコート用材料として、Ｙ2
Ｏ3 スラリーを用いるというSchulyerらの報告がある
(D.R.Schulyer, J.A.Petrusha and W.R.Keu, Proceedin
gs Vac. Metall.Conf., R.C.Krutenat 編，Scientific
発行，Princeton, NJ., 1977年，475 〜 503) 。Schuly
erらの報告では、細粒状イットリアを分散させたコロイ
ド状珪酸カリウム液に粗粒状イットリアを加えたもの
を、鋳型の表面被覆剤として用いている。Schulyerら
は、「この表面被覆剤によって形成された表面被覆層
は、工場の技術水準における正常品と比較してなめらか
ではなく、気泡やピットがあり、スタッコが各所に見ら
れた。」と報告している。
【０００５】また、特開昭６２−１４３８６４号公報に
は、溶媒として水、バインダーとしてＹ2 Ｏ3 ゾルを使
用したフェースコート用材料（スラリー）が開示されて
いる。そして、特開昭６２−１４３８６４号公報では、
バインダーとしてＺｒＯ2 ゾルを使用した場合について
も言及している。特開昭６２−１４３８６４号公報によ
れば、このようなスラリーを使用して作製した鋳型で鋳
造された鋳造品は、表面の反応硬化層が薄いので良いと
記してある。しかし、バインダーとしてＺｒＯ 2 ゾルを
使用している前記公報の実施例をみると、鋳型焼成後の
フェースコートの組成は言及されていない。
は、溶媒として水、バインダーとしてＹ2 Ｏ3 ゾルを使
用したフェースコート用材料（スラリー）が開示されて
いる。そして、特開昭６２−１４３８６４号公報では、
バインダーとしてＺｒＯ2 ゾルを使用した場合について
も言及している。特開昭６２−１４３８６４号公報によ
れば、このようなスラリーを使用して作製した鋳型で鋳
造された鋳造品は、表面の反応硬化層が薄いので良いと
記してある。しかし、バインダーとしてＺｒＯ 2 ゾルを
使用している前記公報の実施例をみると、鋳型焼成後の
フェースコートの組成は言及されていない。
【０００６】何らかの形でＺｒＯ2 を含むスラリーをフ
ェースコートスラリーとして使用する場合、鋳型焼成後
にＺｒＯ2 単体がフェースコート中に存在しないように
することが必要である。なぜなら、フェースコート中に
一部でもＺｒＯ2 単体が存在していると、そのＺｒＯ2
単体は鋳込み金属と反応して、鋳造品表面に多大の反応
硬化層を生成させるからである。そして、特開昭６２−
１４３８６４号公報での実験の名称Ｇ，Ｆ，Ｉ，Ｊ，Ｋ
は、そのスラリー組成から判断して鋳型焼成後のフェー
スコートにはＺｒＯ2 単体が多少なりとも存在してい
る。
ェースコートスラリーとして使用する場合、鋳型焼成後
にＺｒＯ2 単体がフェースコート中に存在しないように
することが必要である。なぜなら、フェースコート中に
一部でもＺｒＯ2 単体が存在していると、そのＺｒＯ2
単体は鋳込み金属と反応して、鋳造品表面に多大の反応
硬化層を生成させるからである。そして、特開昭６２−
１４３８６４号公報での実験の名称Ｇ，Ｆ，Ｉ，Ｊ，Ｋ
は、そのスラリー組成から判断して鋳型焼成後のフェー
スコートにはＺｒＯ2 単体が多少なりとも存在してい
る。
【０００７】前述のように、フェースコート中に一部で
もＺｒＯ2 単体が存在していると、その部分に接した鋳
造品表面に多大の反応硬化層が生成するのでよくない。
従って、特開昭６２−１４３８６４号公報に示されてい
る方法では、鋳造品表面に生成する反応硬化層が一部で
多大に厚くなるという問題点があった。
もＺｒＯ2 単体が存在していると、その部分に接した鋳
造品表面に多大の反応硬化層が生成するのでよくない。
従って、特開昭６２−１４３８６４号公報に示されてい
る方法では、鋳造品表面に生成する反応硬化層が一部で
多大に厚くなるという問題点があった。
【０００８】さらに、特開昭６３−１１５６４４号公報
には、Ｙ2 Ｏ3 、溶媒としてのアルコールおよびバイン
ダーとしてのＳｉＯ2ゾルを使用したフェースコート用
材料（スラリー）が開示され、比較例として、溶媒を水
にかえた例が記載されている。この公報によれば、この
ようなスラリーを使用して作製した鋳型で鋳造された鋳
造品は、表面の反応硬化層が薄いので良いと記されてい
る。しかし、ＳｉＯ2 はチタンおよびチタン合金溶湯に
対する安定性がＺｒＯ2 より劣るので、ＳｉＯ 2 ゾルを
使用した場合はＺｒＯ2 ゾルを使用した場合よりもよく
ないと考えられる。
には、Ｙ2 Ｏ3 、溶媒としてのアルコールおよびバイン
ダーとしてのＳｉＯ2ゾルを使用したフェースコート用
材料（スラリー）が開示され、比較例として、溶媒を水
にかえた例が記載されている。この公報によれば、この
ようなスラリーを使用して作製した鋳型で鋳造された鋳
造品は、表面の反応硬化層が薄いので良いと記されてい
る。しかし、ＳｉＯ2 はチタンおよびチタン合金溶湯に
対する安定性がＺｒＯ2 より劣るので、ＳｉＯ 2 ゾルを
使用した場合はＺｒＯ2 ゾルを使用した場合よりもよく
ないと考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】前記特開昭６３−１１
５６４４号公報には、Ｙ2 Ｏ3 粉末またはＹ2 Ｏ3 −Ｚ
ｒＯ2 固溶体粉末とＺｒＯ2 ゾルを用いたフェースコー
ト用材料（スラリー）が開示されている。しかしこの方
法では、ＺｒＯ2 ゾル中のＺｒＯ2 が鋳型焼成後にフェ
ースコート層中に残留し、その残留したＺｒＯ2 が鋳型
内表面に析出している部分では、ＺｒＯ2と鋳込み金属
が反応して、その部分の鋳造品表面に生成する反応硬化
層が厚くなるという問題点があった。
５６４４号公報には、Ｙ2 Ｏ3 粉末またはＹ2 Ｏ3 −Ｚ
ｒＯ2 固溶体粉末とＺｒＯ2 ゾルを用いたフェースコー
ト用材料（スラリー）が開示されている。しかしこの方
法では、ＺｒＯ2 ゾル中のＺｒＯ2 が鋳型焼成後にフェ
ースコート層中に残留し、その残留したＺｒＯ2 が鋳型
内表面に析出している部分では、ＺｒＯ2と鋳込み金属
が反応して、その部分の鋳造品表面に生成する反応硬化
層が厚くなるという問題点があった。
【００１０】本発明は、フェースコートスラリー中にＺ
ｒＯ2 ゾルを用いた場合でも鋳型焼成後に鋳込み金属溶
湯と接するキャビティー面（フェースコート）にＺｒＯ
2 単体が析出しないようにし、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12、または
Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＹ2 Ｏ3 とからなるようにし、チタ
ン、チタン合金等の高融点活性金属溶湯とフェースコー
ト耐火材の反応により生成する反応硬化層を減少させた
高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法を提供す
ることを目的としている。
ｒＯ2 ゾルを用いた場合でも鋳型焼成後に鋳込み金属溶
湯と接するキャビティー面（フェースコート）にＺｒＯ
2 単体が析出しないようにし、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12、または
Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＹ2 Ｏ3 とからなるようにし、チタ
ン、チタン合金等の高融点活性金属溶湯とフェースコー
ト耐火材の反応により生成する反応硬化層を減少させた
高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法を提供す
ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１の態様によれば、高融点活性金属溶湯を
鋳造するためのロストワックス鋳型であって、前記溶湯
と接するキャビティー面となるフェースコートの組成
が、実質的にＺｒＯ2 単体を含まず、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12、
またはＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＹ2 Ｏ3 からなることを特徴と
する高融点活性金属鋳造用鋳型が提供される。また、本
発明の第２の態様によれば、フェースコートを形成する
に際し、Ｚｒ 3 Ｙ4 Ｏ12粉末、Ｙ2 Ｏ3粉末およびバイ
ンダーであるＺｒＯ2 ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ
2 に対しモル比で２／３以上であるスラリーをワックス
模型表面に塗布して第１被覆層を形成し、この第１被覆
層上にセラミックス粒状物を付着させる工程を１回以上
行ったのち、その表面に耐火性材料による第２被覆層を
形成して乾燥する工程と、これに続いてワックスを溶出
し、１４００℃以上の温度で焼成する工程とを有してな
ることを特徴とする高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方
法が提供される。また、本発明の第３の態様によれば、
前期フェースコートを形成するに際し、Ｙ2 Ｏ3 粉末、
ＺｒＯ2 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2 ゾルを含
有し、Ｙ 2 Ｏ3 がＺｒＯ2 に対しモル比で２／３以上で
あるスラリーをワックス模型表面に塗布して第１被覆層
を形成し、この第１被覆層上にセラミックス粒状物を付
着させる工程を１回以上行ったのち、その表面に耐火性
材料による第２被覆層を形成して乾燥する工程と、これ
に続いてワックスを溶出し、１４００℃以上の温度で焼
成する工程とを有してなることを特徴とする高融点活性
金属鋳造用鋳型の製造方法が提供される。また、本発明
の第４の態様によれば、前期フェースコートを形成する
に際し、Ｙ2 Ｏ3 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2
ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ 2 に対しモル比で２／
３以上であるスラリーをワックス模型表面に塗布して第
１被覆層を形成し、この第１被覆層上にセラミックス粒
状物を付着させる工程を１回以上行ったのち、その表面
に耐火性材料による第２被覆層を形成して乾燥する工程
と、これに続いてワックスを溶出し、１４００℃以上の
温度で焼成する工程とを有してなることを特徴とする高
融点活性金属鋳造用鋳型の製造方法が提供される。ここ
で、前記バインダーであるＺｒＯ2 ゾルは、ｐＨ７．０
以上であるのが好ましい。
に本発明の第１の態様によれば、高融点活性金属溶湯を
鋳造するためのロストワックス鋳型であって、前記溶湯
と接するキャビティー面となるフェースコートの組成
が、実質的にＺｒＯ2 単体を含まず、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12、
またはＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＹ2 Ｏ3 からなることを特徴と
する高融点活性金属鋳造用鋳型が提供される。また、本
発明の第２の態様によれば、フェースコートを形成する
に際し、Ｚｒ 3 Ｙ4 Ｏ12粉末、Ｙ2 Ｏ3粉末およびバイ
ンダーであるＺｒＯ2 ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ
2 に対しモル比で２／３以上であるスラリーをワックス
模型表面に塗布して第１被覆層を形成し、この第１被覆
層上にセラミックス粒状物を付着させる工程を１回以上
行ったのち、その表面に耐火性材料による第２被覆層を
形成して乾燥する工程と、これに続いてワックスを溶出
し、１４００℃以上の温度で焼成する工程とを有してな
ることを特徴とする高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方
法が提供される。また、本発明の第３の態様によれば、
前期フェースコートを形成するに際し、Ｙ2 Ｏ3 粉末、
ＺｒＯ2 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2 ゾルを含
有し、Ｙ 2 Ｏ3 がＺｒＯ2 に対しモル比で２／３以上で
あるスラリーをワックス模型表面に塗布して第１被覆層
を形成し、この第１被覆層上にセラミックス粒状物を付
着させる工程を１回以上行ったのち、その表面に耐火性
材料による第２被覆層を形成して乾燥する工程と、これ
に続いてワックスを溶出し、１４００℃以上の温度で焼
成する工程とを有してなることを特徴とする高融点活性
金属鋳造用鋳型の製造方法が提供される。また、本発明
の第４の態様によれば、前期フェースコートを形成する
に際し、Ｙ2 Ｏ3 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2
ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ 2 に対しモル比で２／
３以上であるスラリーをワックス模型表面に塗布して第
１被覆層を形成し、この第１被覆層上にセラミックス粒
状物を付着させる工程を１回以上行ったのち、その表面
に耐火性材料による第２被覆層を形成して乾燥する工程
と、これに続いてワックスを溶出し、１４００℃以上の
温度で焼成する工程とを有してなることを特徴とする高
融点活性金属鋳造用鋳型の製造方法が提供される。ここ
で、前記バインダーであるＺｒＯ2 ゾルは、ｐＨ７．０
以上であるのが好ましい。
【００１２】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【００１３】まず、本発明の第１の態様について説明す
る。
る。
【００１４】本発明は、高融点活性金属として、例えば
チタン、チタン合金等の溶湯を鋳造するためのロストワ
ックス鋳型の材質を規定することにより、この鋳型を用
いて高融点活性金属を鋳造した際に、鋳造品表面に反応
硬化層が一部で厚く形成するのを防止したものである。
すなわち、本発明の鋳型は、前記溶湯と接するキャビテ
ィー面となるフェースコートが実質的にＺｒＯ2 単体を
含まず、全て化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12またはＺｒ 3 Ｙ4 Ｏ
12とＹ2 Ｏ3となるようにしたものである。つまり、鋳
型キャビティー面にＺｒＯ2単体が一部でも析出してい
ると、その部分に接した鋳造品表面に生成する反応硬化
層が厚くなるという現象があったが、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12は
ＺｒＯ2 単体よりチタンおよびチタン合金等の高融点活
性金属溶湯に対して安定であるので、上記の現象が抑え
られる。
チタン、チタン合金等の溶湯を鋳造するためのロストワ
ックス鋳型の材質を規定することにより、この鋳型を用
いて高融点活性金属を鋳造した際に、鋳造品表面に反応
硬化層が一部で厚く形成するのを防止したものである。
すなわち、本発明の鋳型は、前記溶湯と接するキャビテ
ィー面となるフェースコートが実質的にＺｒＯ2 単体を
含まず、全て化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12またはＺｒ 3 Ｙ4 Ｏ
12とＹ2 Ｏ3となるようにしたものである。つまり、鋳
型キャビティー面にＺｒＯ2単体が一部でも析出してい
ると、その部分に接した鋳造品表面に生成する反応硬化
層が厚くなるという現象があったが、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12は
ＺｒＯ2 単体よりチタンおよびチタン合金等の高融点活
性金属溶湯に対して安定であるので、上記の現象が抑え
られる。
【００１５】Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12がＺｒＯ2 単体より高融点
活性金属溶湯に対して安定であるという知見は以下の実
験により得られた。ａ）ＺｒＯ2 粉、ｂ）Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ
12粉、ｃ）Ｙ2 Ｏ3 粉をプレス成形（圧力２００Kgf/cm
2 ）し、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍのペレットとし
た。それを電気炉にて１６００℃に３時間保持し、十分
に焼結させ焼成体試料を得た。そして、上記３種類の焼
成体試料を埋めこんだ鋳型をロストワックス法で作製し
た後、電子ビーム溶解炉によりチタン合金（Ｔｉ−６Ａ
ｌ−４Ｖ）を溶解・鋳造し、鋳造試験片を作製した。こ
の試験片のマイクロビッカース硬度変化を焼成体との反
応面から深さ方向に測定し、前記試験片の鋳造体表面の
最高硬度および反応硬化層深さを求めた。その結果を表
１に示す。表１より、チタン合金溶湯を鋳造する際、溶
湯がＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12ペレットと接触した方がＺｒＯ2 ペ
レットと接触したものより鋳造品表面に生成する反応硬
化層深さが浅く、また、最高硬度の値も小さいことがわ
かる。このことよりＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12はＺｒＯ2 単体より
チタン合金等の高融点活性金属溶湯に対して安定である
ことがわかる。また、その安定性はＹ2 Ｏ3 の場合と大
きな差はないことがわかる。
活性金属溶湯に対して安定であるという知見は以下の実
験により得られた。ａ）ＺｒＯ2 粉、ｂ）Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ
12粉、ｃ）Ｙ2 Ｏ3 粉をプレス成形（圧力２００Kgf/cm
2 ）し、直径２０ｍｍ、高さ１０ｍｍのペレットとし
た。それを電気炉にて１６００℃に３時間保持し、十分
に焼結させ焼成体試料を得た。そして、上記３種類の焼
成体試料を埋めこんだ鋳型をロストワックス法で作製し
た後、電子ビーム溶解炉によりチタン合金（Ｔｉ−６Ａ
ｌ−４Ｖ）を溶解・鋳造し、鋳造試験片を作製した。こ
の試験片のマイクロビッカース硬度変化を焼成体との反
応面から深さ方向に測定し、前記試験片の鋳造体表面の
最高硬度および反応硬化層深さを求めた。その結果を表
１に示す。表１より、チタン合金溶湯を鋳造する際、溶
湯がＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12ペレットと接触した方がＺｒＯ2 ペ
レットと接触したものより鋳造品表面に生成する反応硬
化層深さが浅く、また、最高硬度の値も小さいことがわ
かる。このことよりＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12はＺｒＯ2 単体より
チタン合金等の高融点活性金属溶湯に対して安定である
ことがわかる。また、その安定性はＹ2 Ｏ3 の場合と大
きな差はないことがわかる。
【００１６】次に本発明の第２〜４の態様について説明
する。本発明の第２〜４の態様は、上記本発明の第１の
態様の高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方法である。す
なわち、高融点活性金属溶湯を鋳造するためのロストワ
ックス鋳型の前記溶湯と接するキャビティー面となるフ
ェースコートの好適な形成方法である。
する。本発明の第２〜４の態様は、上記本発明の第１の
態様の高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方法である。す
なわち、高融点活性金属溶湯を鋳造するためのロストワ
ックス鋳型の前記溶湯と接するキャビティー面となるフ
ェースコートの好適な形成方法である。
【００１７】本発明によれば、チタン、チタン合金等の
高融点活性金属を鋳造するロストワックス鋳型の作製に
おいて、まずフェースコートスラリー中のバインダーと
してＺｒＯ2 ゾルを用いた場合、それに対応する所定量
以上のＹ2 Ｏ3 粉末をスラリー中に配合し、このスラリ
ーをワックス模型表面に塗布して第１被覆層を形成す
る。次にこの第１被覆層上にセラミックスとして、例え
ばイットリア粉（平均粒径２５０μｍ）をスタッコとし
て付着させる。以上の工程（フェースコートの形成）は
特別なものではなく公知の方法でよい。つまり、目的と
する鋳造品と同じ大きさ、形状のワックス模型を１個以
上準備し、これをワックス製の湯口、湯道に接着し、い
わゆるツリーとする。ここで用いるワックスは、パラフ
ィンを主体とする公知のものでよいが、それに限定され
るものではない。前記ツリーに前記スラリーを塗布し、
ワックス模型表面に第１被覆層を形成させる。
高融点活性金属を鋳造するロストワックス鋳型の作製に
おいて、まずフェースコートスラリー中のバインダーと
してＺｒＯ2 ゾルを用いた場合、それに対応する所定量
以上のＹ2 Ｏ3 粉末をスラリー中に配合し、このスラリ
ーをワックス模型表面に塗布して第１被覆層を形成す
る。次にこの第１被覆層上にセラミックスとして、例え
ばイットリア粉（平均粒径２５０μｍ）をスタッコとし
て付着させる。以上の工程（フェースコートの形成）は
特別なものではなく公知の方法でよい。つまり、目的と
する鋳造品と同じ大きさ、形状のワックス模型を１個以
上準備し、これをワックス製の湯口、湯道に接着し、い
わゆるツリーとする。ここで用いるワックスは、パラフ
ィンを主体とする公知のものでよいが、それに限定され
るものではない。前記ツリーに前記スラリーを塗布し、
ワックス模型表面に第１被覆層を形成させる。
【００１８】ワックス模型表面に形成された第１被覆層
が乾く前に、前記第１被覆層上にセラミックス粒状物
（スタッコ）を万遍なく付着させる。ここで用いるセラ
ミックス粒状物は、耐火度の高い耐火性材料であればそ
の種類は問わない。上記の工程を、必要によりさらに１
回以上繰返す。
が乾く前に、前記第１被覆層上にセラミックス粒状物
（スタッコ）を万遍なく付着させる。ここで用いるセラ
ミックス粒状物は、耐火度の高い耐火性材料であればそ
の種類は問わない。上記の工程を、必要によりさらに１
回以上繰返す。
【００１９】本発明では上記スラリー中にＺｒ3 Ｙ4 Ｏ
12粉末、Ｙ2 Ｏ3 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2
ゾルを含有し（第２の態様）、またはＹ2 Ｏ3粉末、Ｚ
ｒＯ 2 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2 ゾルを含有
し（第３の態様）、またはＹ 2 Ｏ3 粉末およびバインダ
ーであるＺｒＯ2 ゾルを含有し（第４の態様）ている。
これら各態様においてＹ2 Ｏ3 はＺｒＯ2 に対しモル比
で２／３以上とする。Ｙ2 Ｏ3 が２／３未満では後工程
で焼成した後に実質的にＺｒＯ2 単体が残留してしま
う。
12粉末、Ｙ2 Ｏ3 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2
ゾルを含有し（第２の態様）、またはＹ2 Ｏ3粉末、Ｚ
ｒＯ 2 粉末およびバインダーであるＺｒＯ2 ゾルを含有
し（第３の態様）、またはＹ 2 Ｏ3 粉末およびバインダ
ーであるＺｒＯ2 ゾルを含有し（第４の態様）ている。
これら各態様においてＹ2 Ｏ3 はＺｒＯ2 に対しモル比
で２／３以上とする。Ｙ2 Ｏ3 が２／３未満では後工程
で焼成した後に実質的にＺｒＯ2 単体が残留してしま
う。
【００２０】上記フェースコートの形成に続いてバック
アップコートの形成が行なわれる。フェースコートを形
成したワックス模型を、コロイダルシリカまたはエチル
シリケート加水分解液、およびアルミナ粉末または溶融
シリカフラワー等のセラミックス粒状物を含有する公知
のバックアップコート用スラリーに浸漬した後、ムライ
ト質のセラミックス（耐火性材料）にて第２被覆層を形
成する（バックアップコートの形成）。上記の工程を、
第２被覆層が所定の厚さとなるまで繰返す。第２被覆層
を十分に乾燥する。
アップコートの形成が行なわれる。フェースコートを形
成したワックス模型を、コロイダルシリカまたはエチル
シリケート加水分解液、およびアルミナ粉末または溶融
シリカフラワー等のセラミックス粒状物を含有する公知
のバックアップコート用スラリーに浸漬した後、ムライ
ト質のセラミックス（耐火性材料）にて第２被覆層を形
成する（バックアップコートの形成）。上記の工程を、
第２被覆層が所定の厚さとなるまで繰返す。第２被覆層
を十分に乾燥する。
【００２１】次に、約１８０℃程度でワックスを溶出さ
せた後、１４００℃以上の温度で鋳型を焼成する（焼
成）。ＺｒＯ2 に対しＹ2 Ｏ3 をモル比で２／３以上と
することにより、１４００℃以上の鋳型焼成でスラリー
中のＺｒＯ2 単体が全て化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となるよ
うにしたので、鋳型キャビティー面にＺｒＯ2 単体は析
出することがなくなった。その結果、チタンおよびチタ
ン合金等の高融点活性金属を鋳造した際に鋳造品表面に
生成する反応硬化層が、一部で厚くなるという現象を防
止することができる。１４００℃未満の焼成温度では、
スラリー中に存在するＺｒＯ2 単体が、フィラー中のＹ
2 Ｏ3 と十分に反応せず、スラリー中のＺｒＯ2 単体が
全て化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12とならないからである。
せた後、１４００℃以上の温度で鋳型を焼成する（焼
成）。ＺｒＯ2 に対しＹ2 Ｏ3 をモル比で２／３以上と
することにより、１４００℃以上の鋳型焼成でスラリー
中のＺｒＯ2 単体が全て化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となるよ
うにしたので、鋳型キャビティー面にＺｒＯ2 単体は析
出することがなくなった。その結果、チタンおよびチタ
ン合金等の高融点活性金属を鋳造した際に鋳造品表面に
生成する反応硬化層が、一部で厚くなるという現象を防
止することができる。１４００℃未満の焼成温度では、
スラリー中に存在するＺｒＯ2 単体が、フィラー中のＹ
2 Ｏ3 と十分に反応せず、スラリー中のＺｒＯ2 単体が
全て化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12とならないからである。
【００２２】また、ＺｒＯ2 ゾルのｐＨを７．０以上と
する理由は、ｐＨ７未満のＺｒＯ2 ゾルを使用するとス
ラリーが非常に短時間に固化してしまい、使用できるス
ラリーが調整できないからである。
する理由は、ｐＨ７未満のＺｒＯ2 ゾルを使用するとス
ラリーが非常に短時間に固化してしまい、使用できるス
ラリーが調整できないからである。
【００２３】次に、チタンまたはチタン合金等の高融点
活性金属を溶解し、前記鋳型に注湯する（鋳造）。前記
金属の溶融方法は問わないが、真空または非酸化性雰囲
気中での溶解が望ましい。鋳型内で金属が冷却、凝固し
た後、鋳型を除去して鋳造品を取出し、湯道、湯口等を
除去して製品とする。
活性金属を溶解し、前記鋳型に注湯する（鋳造）。前記
金属の溶融方法は問わないが、真空または非酸化性雰囲
気中での溶解が望ましい。鋳型内で金属が冷却、凝固し
た後、鋳型を除去して鋳造品を取出し、湯道、湯口等を
除去して製品とする。
【００２４】なお、上記工程のうちバックアップコート
の形成以下の工程は、従来から実施されている公知の方
法がいずれも適用可能である。
の形成以下の工程は、従来から実施されている公知の方
法がいずれも適用可能である。
【００２５】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づき具体的に説
明する。
明する。
【００２６】（実施例１）フィラーとしてＺｒ3 Ｙ4 Ｏ
12粉９４．５重量部とＹ2 Ｏ3 粉１７．５重量部とをボ
ールミルに入れ、これにＺｒＯ2 ゾル（ＺｒＯ2 濃度２
７重量％）３５重量部、イオン交換水１０重量部、アク
リルスチレン系樹脂エマルジョン５重量部、界面活性剤
０．１重量部、消泡材０．０５重量部を添加して５０分
間混練し、スラリーを作製した。次に、３０ｍｍ×１０
０ｍｍ×２０ｍｍのワックス製の模型を準備し、前記ス
ラリーにこの模型を浸漬し、模型表面に第１被覆層を形
成させ、スラリーが乾く前に、この第１被覆層の上から
イットリア粉（平均粒径２５０μｍ）をスタッコとして
付着させ、フェースコートを形成した。そのあとは、従
来から実施されている公知の方法に基づいて処理を行っ
た。すなわち、フェースコート形成後の模型について、
これをコロイダルシリカおよびアルミナ粉末からなるス
ラリーに浸漬した後、ムライト質スタッコにより第２被
覆層を形成するという工程を７回行い、バックアップコ
ートを形成した。乾燥後、オートクレーブで１８０℃に
て脱ロウし、続いて電気炉にて１４００℃で６時間焼成
して試験鋳型を得た。１４００℃で焼成することによ
り、ＺｒＯ 2 ゾル中のＺｒＯ2 は全てフィラー中のＹ2
Ｏ3 と反応して、化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となった。
12粉９４．５重量部とＹ2 Ｏ3 粉１７．５重量部とをボ
ールミルに入れ、これにＺｒＯ2 ゾル（ＺｒＯ2 濃度２
７重量％）３５重量部、イオン交換水１０重量部、アク
リルスチレン系樹脂エマルジョン５重量部、界面活性剤
０．１重量部、消泡材０．０５重量部を添加して５０分
間混練し、スラリーを作製した。次に、３０ｍｍ×１０
０ｍｍ×２０ｍｍのワックス製の模型を準備し、前記ス
ラリーにこの模型を浸漬し、模型表面に第１被覆層を形
成させ、スラリーが乾く前に、この第１被覆層の上から
イットリア粉（平均粒径２５０μｍ）をスタッコとして
付着させ、フェースコートを形成した。そのあとは、従
来から実施されている公知の方法に基づいて処理を行っ
た。すなわち、フェースコート形成後の模型について、
これをコロイダルシリカおよびアルミナ粉末からなるス
ラリーに浸漬した後、ムライト質スタッコにより第２被
覆層を形成するという工程を７回行い、バックアップコ
ートを形成した。乾燥後、オートクレーブで１８０℃に
て脱ロウし、続いて電気炉にて１４００℃で６時間焼成
して試験鋳型を得た。１４００℃で焼成することによ
り、ＺｒＯ 2 ゾル中のＺｒＯ2 は全てフィラー中のＹ2
Ｏ3 と反応して、化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となった。
【００２７】その結果、鋳型キャビティー面の組成はＺ
ｒ3 Ｙ4Ｏ12単一相となった。電子ビーム溶解炉にて、
Ａｌ６ｗｔ％とＶ４ｗｔ％とを含むチタン合金を溶解
し、これを鋳込み温度１９５０℃で、真空（１０-3Ｔｏ
ｒｒ）にて上記試験鋳型に注湯した。チタン合金が冷
却、凝固後、試験鋳型を除去し、サンドブラストにて鋳
造品表面を仕上げた後、鋳造品の表面から深さ方向の硬
さをマイクロビッカース硬度計にて測定し、反応硬化層
深さを求め、その結果を表２に示した。
ｒ3 Ｙ4Ｏ12単一相となった。電子ビーム溶解炉にて、
Ａｌ６ｗｔ％とＶ４ｗｔ％とを含むチタン合金を溶解
し、これを鋳込み温度１９５０℃で、真空（１０-3Ｔｏ
ｒｒ）にて上記試験鋳型に注湯した。チタン合金が冷
却、凝固後、試験鋳型を除去し、サンドブラストにて鋳
造品表面を仕上げた後、鋳造品の表面から深さ方向の硬
さをマイクロビッカース硬度計にて測定し、反応硬化層
深さを求め、その結果を表２に示した。
【００２８】（実施例２）フィラーとしてＹ2 Ｏ3 粉７
０重量部、ＺｒＯ2 粉４２重量部を用いた以外は実施例
１と同様に実施した。なお、試験鋳型を１４００℃で焼
成することにより、ＺｒＯ2 ゾル中のＺｒＯ 2 とフィラ
ーとして添加したＺｒＯ2 は、全てフィラー中のＹ2 Ｏ
3 と反応して化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となった。その結
果、鋳型キャビティー面の組成はＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12単一相
となった。
０重量部、ＺｒＯ2 粉４２重量部を用いた以外は実施例
１と同様に実施した。なお、試験鋳型を１４００℃で焼
成することにより、ＺｒＯ2 ゾル中のＺｒＯ 2 とフィラ
ーとして添加したＺｒＯ2 は、全てフィラー中のＹ2 Ｏ
3 と反応して化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となった。その結
果、鋳型キャビティー面の組成はＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12単一相
となった。
【００２９】（実施例３）フィラーとしてＹ2 Ｏ3 粉１
１２重量部を用いた以外は実施例１と同様に実施した。
なお、試験鋳型を１４００℃で焼成することにより、Ｚ
ｒＯ2 ゾル中のＺｒＯ 2 は全てフィラー中のＹ2 Ｏ3 と
反応して化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となった。その結果、鋳
型キャビティー面の組成は化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＹ2
Ｏ3 単体の混在物となった。
１２重量部を用いた以外は実施例１と同様に実施した。
なお、試験鋳型を１４００℃で焼成することにより、Ｚ
ｒＯ2 ゾル中のＺｒＯ 2 は全てフィラー中のＹ2 Ｏ3 と
反応して化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12となった。その結果、鋳
型キャビティー面の組成は化合物Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＹ2
Ｏ3 単体の混在物となった。
【００３０】（比較例１）フィラーとしてＺｒＯ2 粉１
３０重量部を用いた以外は実施例１と同様に実施した。
３０重量部を用いた以外は実施例１と同様に実施した。
【００３１】（比較例２）試験片鋳型の焼成温度を１３
００℃とする以外は実施例１と同様に実施した。この
際、鋳型キャビティー面の組成はＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＺｒ
Ｏ2 とＹ2 Ｏ3の混在物となった。
００℃とする以外は実施例１と同様に実施した。この
際、鋳型キャビティー面の組成はＺｒ3 Ｙ4 Ｏ12とＺｒ
Ｏ2 とＹ2 Ｏ3の混在物となった。
【００３２】（比較例３）試験片鋳型の焼成温度を１３
００℃とする以外は実施例２と同様に実施した。この
際、鋳型キャビティー面の組成はＹ2 Ｏ3 とＺｒＯ2 の
混在物となった。
００℃とする以外は実施例２と同様に実施した。この
際、鋳型キャビティー面の組成はＹ2 Ｏ3 とＺｒＯ2 の
混在物となった。
【００３３】（比較例４）試験片鋳型の焼成温度を１３
００℃とする以外は実施例３と同様に実施した。この
際、鋳型キャビティー面の組成はＹ2 Ｏ3 とＺｒＯ2 の
混在物となった。
００℃とする以外は実施例３と同様に実施した。この
際、鋳型キャビティー面の組成はＹ2 Ｏ3 とＺｒＯ2 の
混在物となった。
【００３４】（比較例５）フィラーとして、溶融４０Ｙ
2 Ｏ3 −６０ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ４０重量％およびＺｒ
Ｏ2 ６０重量％の溶融混合物）１２０重量部を用いて、
試験片鋳型の焼成温度を１３７０℃とする以外は実施例
１と同様に実施した。この比較例５は特開昭６２−１４
３８６４号公報の実験名称Ｋ（スラリー番号４１０）に
準じるものである。ただし、ＺｒＯ2 ゾルのｐＨは８の
ものを使用した。その理由は、酸性タイプのゾルを使用
したところ、スラリーがすぐ固化してしまったらであ
る。この際、鋳型キャビティー面の組成はＹ2 Ｏ3 −Ｚ
ｒＯ2 固溶体とＺｒＯ2 の混在物となった。
2 Ｏ3 −６０ＺｒＯ2 （Ｙ2 Ｏ3 ４０重量％およびＺｒ
Ｏ2 ６０重量％の溶融混合物）１２０重量部を用いて、
試験片鋳型の焼成温度を１３７０℃とする以外は実施例
１と同様に実施した。この比較例５は特開昭６２−１４
３８６４号公報の実験名称Ｋ（スラリー番号４１０）に
準じるものである。ただし、ＺｒＯ2 ゾルのｐＨは８の
ものを使用した。その理由は、酸性タイプのゾルを使用
したところ、スラリーがすぐ固化してしまったらであ
る。この際、鋳型キャビティー面の組成はＹ2 Ｏ3 −Ｚ
ｒＯ2 固溶体とＺｒＯ2 の混在物となった。
【００３５】以上のようにして得られた各サンプルにつ
いての作製条件および結果を表２に示す。
いての作製条件および結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、チタン・チタン合金等の高融点活性金属を
鋳造するに際して用いるロストワックス鋳型の作製にお
いて、フェースコートスラリー中のバインダーとしてＺ
ｒＯ2 ゾルを用いた場合、それに対応する所定量以上の
Ｙ2 Ｏ3 粉末をスラリー中に配合し、１４００℃以上で
の鋳型焼成によりスラリー中のＺｒＯ2 が全て化合物Ｚ
ｒ3 Ｙ4 Ｏ12となるようにしたので、チタンおよびチタ
ン合金等の高融点活性金属を鋳造した際に鋳造品表面に
生成する反応硬化層がうすくて均一な鋳造品が得られる
ようになった。
ているので、チタン・チタン合金等の高融点活性金属を
鋳造するに際して用いるロストワックス鋳型の作製にお
いて、フェースコートスラリー中のバインダーとしてＺ
ｒＯ2 ゾルを用いた場合、それに対応する所定量以上の
Ｙ2 Ｏ3 粉末をスラリー中に配合し、１４００℃以上で
の鋳型焼成によりスラリー中のＺｒＯ2 が全て化合物Ｚ
ｒ3 Ｙ4 Ｏ12となるようにしたので、チタンおよびチタ
ン合金等の高融点活性金属を鋳造した際に鋳造品表面に
生成する反応硬化層がうすくて均一な鋳造品が得られる
ようになった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−8534（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−207777（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−247037（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−54543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22C 1/00 - 3/00 B22C 9/04
Claims (5)
- 【請求項１】 高融点活性金属溶湯を鋳造するためのロ
ストワックス鋳型であって、前記溶湯と接するキャビテ
ィー面となるフェースコートの組成が、実質的にＺｒＯ
2 単体を含まず、Ｚｒ3 Ｙ4 Ｏ12、またはＺｒ3 Ｙ4 Ｏ
12とＹ2 Ｏ3 からなることを特徴とする高融点活性金属
鋳造用鋳型。 - 【請求項２】 請求項１に記載のフェースコートを形成
するに際し、Ｚｒ3Ｙ 4 Ｏ12粉末、Ｙ2 Ｏ3 粉末および
バインダーであるＺｒＯ2 ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺ
ｒＯ2 に対しモル比で２／３以上であるスラリーをワッ
クス模型表面に塗布して第１被覆層を形成し、この第１
被覆層上にセラミックス粒状物を付着させる工程を１回
以上行ったのち、その表面に耐火性材料による第２被覆
層を形成して乾燥する工程と、これに続いてワックスを
溶出し、１４００℃以上の温度で焼成する工程とを有し
てなることを特徴とする高融点活性金属鋳造用鋳型の製
造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載のフェースコートを形成
するに際し、Ｙ2 Ｏ3 粉末、ＺｒＯ2 粉末およびバイン
ダーであるＺｒＯ2 ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ2
に対しモル比で２／３以上であるスラリーをワックス模
型表面に塗布して第１被覆層を形成し、この第１被覆層
上にセラミックス粒状物を付着させる工程を１回以上行
ったのち、その表面に耐火性材料による第２被覆層を形
成して乾燥する工程と、これに続いてワックスを溶出
し、１４００℃以上の温度で焼成する工程とを有してな
ることを特徴とする高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方
法。 - 【請求項４】 請求項１に記載のフェースコートを形成
するに際し、Ｙ2 Ｏ3 粉末およびバインダーであるＺｒ
Ｏ2 ゾルを含有し、Ｙ2 Ｏ3 がＺｒＯ2 に対しモル比で
２／３以上であるスラリーをワックス模型表面に塗布し
て第１被覆層を形成し、この第１被覆層上にセラミック
ス粒状物を付着させる工程を１回以上行ったのち、その
表面に耐火性材料による第２被覆層を形成して乾燥する
工程と、これに続いてワックスを溶出し、１４００℃以
上の温度で焼成する工程とを有してなることを特徴とす
る高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方法。 - 【請求項５】 前記バインダーであるＺｒＯ2 ゾルは、
ｐＨ７．０以上である請求項２〜４のいずれかに記載の
高融点活性金属鋳造用鋳型の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03162796A JP3130962B2 (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03162796A JP3130962B2 (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH057977A JPH057977A (ja) | 1993-01-19 |
| JP3130962B2 true JP3130962B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=15761376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03162796A Expired - Fee Related JP3130962B2 (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | 高融点活性金属鋳造用鋳型およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3130962B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108623315A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-09 | 苏州卫优知识产权运营有限公司 | 一种钛合金冶炼用氧化钇粉的制备工艺 |
| CN117403141B (zh) * | 2023-10-24 | 2024-05-31 | 上海交通大学 | 一种高强耐腐蚀氧化物弥散强化钢及其制备方法 |
-
1991
- 1991-07-03 JP JP03162796A patent/JP3130962B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH057977A (ja) | 1993-01-19 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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