JP4518256B2

JP4518256B2 - 真空ダイカスト鋳造品及びその製造方法

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Description

本発明は、機械的強度に優れたアルミニウム合金の真空ダイカスト鋳造品及びその製造方法に関し、特に高強度及び高靭性を有する輸送機器用に好適なアルミニウム合金の真空ダイカスト鋳造品及びその製造方法に関する。

ダイカスト鋳造法は高速・高圧で金型内へ溶融金属を充填することにより鋳造品を製造する技術であり、他の鋳造法に比べて寸法精度が高く、鋳肌が美しく、生産性が高いという利点がある。しかしながら溶湯の高速充填により周囲のガスを溶湯中に巻き込んでしまい、鋳造品の内部にガスが充填された多量の気泡や、ガスと金属との反応によりできた酸化物等の介在物が存在するという問題がある。これらの欠陥は鋳造品の機械的強度を低下させるだけでなく、特にガスが充填された気泡は、熱処理や溶接時に内部ガスの膨張によりブリスターとなり、機械的強度を著しく低下させる。従って、ダイカスト鋳造品の構造用部材としての用途は限られていた。

ダイカスト鋳造品に内在するガスには、大気成分の他、プランジャ用の潤滑剤や金型キャビティ用の離型剤の燃焼ガス等も含まれる。これらのガスの巻き込みを低減するため、金型キャビティ内を減圧して鋳造する真空ダイカスト法が実用化されている。

キャビティ内を減圧して溶湯を射出スリーブ内に装填する真空ダイカスト装置として、例えば特開平6-126415号は、固定プラテンに取り付けられた固定型と、固定型とともにキャビティを形成する可動型と、キャビティに連通する射出スリーブと、射出スリーブ内を前後進するプランジャと、射出スリーブの下方にあって溶湯を収容する保持炉と、一端が射出スリーブの給湯口に連結し、他端が保持炉内の溶湯に没入する給湯管と、キャビティ内を真空状態に減圧して保持炉内の溶湯を給湯管を介して射出スリーブ内に装填する減圧手段とを有する真空ダイカスト装置を開示している。

しかしながらこの真空ダイカスト装置を用いた真空ダイカスト法でも、内在する残存ガスを減らせても、皆無にすることは不可能である。それは、(1) 金型キャビティを完全に真空状態にするのは工業的に困難であり、また(2) 離型剤及び潤滑剤から発生するガスを完全に除去することも困難であるという理由による。

特にアルミニウムダイカストの場合、その機械的特性を向上させるには、(a)溶湯に溶解した水素が凝固時に排出されて、鋳造品に気孔が形成されるのを防止すること、(b) 水素による脆化を防ぐため、溶湯から水素を除去すること、(c) 酸化物等の介在物の生成を抑制するため、酸素を除去すること等が重要である。特に酸化膜や介在物がアルミニウム鋳造品中に存在する場合、それらの端部周辺は大きな切欠係数を持つので、応力集中により亀裂の原因になり、鋳造品の靱性を大きく低下させる。

従来アルミニウム合金のダイカストには、シリコーン系エマルジョン型の離型剤が用いられている。シリコーン系エマルジョン型の離型剤は水を媒体とし、変成シリコーンオイルを乳化剤により乳化させたものである。しかしエマルジョン型の離型剤では、鋳造品に残存するガスの総量が多いのみならず、残存ガスのうち30％超がH₂、C₂H₆、CH₄等であることが分かった。特にCO₂ガスよりH₂ガスが多いので、熱処理や溶接時に鋳造品が脆化するという問題があった。

これは以下の理由によると考えられる。すなわち、金型キャビティは300℃程度であるので、水性離型剤を使用しても水分はほとんど蒸発するが、大量に塗布するため可動型と固定型のあわせ面にも相当量の離型剤が付着する。あわせ面の表面温度は低いので、離型剤中の水分は蒸発しきらずに残留する。このため、型締め後に減圧しても可動型と固定型の隙間から離型剤がキャビティ内に吸い込まれ、蒸発し続ける。入れ子の奥の可動部分に水性離型剤が付着しても同様の現象が起きる。これによりキャビティ内の真空度が低下しないばかりか、水素ガスの発生量が多くなる。

ガスの巻き込みは金型キャビティの表面近くで起こりやすいので、ガスを含有する気孔は鋳造品の表面近傍にあることが多い。このようなガス含有気孔を有する鋳造品に対して熱処理とか溶接を行うと、気孔中のガスが膨張し、気孔はいわゆるブリスターとなって鋳造品表面から突出した膨れとなる。ブリスターは負荷がかかったときに亀裂や破断の起点となるおそれがある。

気孔に封止されたガスが水素の場合、熱処理や溶接の際に鋳造品に吸蔵され、鋳造品の劣化の原因となる。従って、真空ダイカストの際にガスの巻き込みを低減するだけでなく、巻き込まれたガスのうち水素の割合を低減することも必要であることが分かった。

従って本発明の目的は、ガスが残留する気泡が少ないのみならず、気泡内ガス中の水素の割合も少なく、もって輸送用機器の足回り部品や車体構成部品等に好適な真空ダイカスト鋳造品を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、かかる真空ダイカスト鋳造品を確実に製造する方法を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、真空ダイカストの際に溶湯に巻き込まれるガスの発生量が少ないのみならず、水素ガスの発生量も少ない離型剤を使用することにより、熱処理や溶接をしてもブリスターの発生や水素脆性の問題が起こらない真空ダイカスト鋳造品が得られることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明のアルミニウム合金の真空ダイカスト鋳造品は、気泡中に残存するガスが、鋳造品の溶解により放出させた後にガスクロマトグラフィにより測定した場合、H ₂ ガスの割合が15％以下であり、CO ₂ ガスの割合が50％以上である組成を有することを特徴とする。

残存ガスの総量はいずれの箇所でも20 cm³/100 g以下であるのが好ましく、鋳造品全体の平均として10 cm³/100 g以下であるのが好ましい。

残存ガスのうちCO₂ガスは鋳造品全体の平均として9 cm³/100 g以下であるのが好ましい。またH₂ガス、CH₄ガス及びC₂H₆ガスの合計量は鋳造品全体の平均として5 cm³/100 g以下であるのが好ましい。

残存ガスのうちH₂ガスの割合は10％以下であるのが好ましい。またCH₄ガス、C₂H₆ガス及びCOガスの合計量は鋳造品全体の平均として20％以下であるのが好ましい。

本発明の真空ダイカスト鋳造品は輸送用機器の足回り部品又は車体構成部品に使用するのが好ましい。

本発明の真空ダイカスト鋳造品の製造方法は、金型キャビティ内を減圧することによりアルミニウム合金溶湯を射出スリーブ内に装填した後、射出スリーブに嵌合するプランジャを前進して射出スリーブ内の溶湯をキャビティ内に充填するもので、真空ダイカスト鋳造品の気泡中に残存するガスが、鋳造品の溶解により放出させた後にガスクロマトグラフィにより測定した場合、H ₂ ガスの割合が15％以下であり、CO ₂ ガスの割合が50％以上である組成を有するように、離型剤として実質的に水分を含まない化学合成油を金型キャビティに塗布した後鋳造を行い、前記化学合成油がシリコーンオイルを70質量％以上含み、残部がポリオレフィン又はパラフィンであることを特徴とする。

化学合成油の動粘度は200×10^-2m²/s以下であるのが好ましい。また射出スリーブ内に実質的に水分を含まない潤滑剤を塗布するのが好ましい。

図1は本発明に用いる真空ダイカスト鋳造装置（型開きした状態）の一例を示す概略断面図であり、
図2は図1の真空ダイカスト鋳造装置を型締めし、射出スリーブ内にアルミニウム合金溶湯を装入した状態を示す概略断面図であり、
図3は型締めした真空ダイカスト鋳造装置のプランジャを射出スリーブ内に押し込んで、アルミニウム合金溶湯を金型キャビティ内に注入した状態を示す概略断面図であり、
図4は給湯開始から射出完了までのキャビティ内の真空度を示すグラフであり、
図5は本発明の真空ダイカスト鋳造品の一例を示す概略斜視図であり、
図6は真空状の引け巣を有する真空ダイカスト鋳造品の金属組織を示す顕微鏡写真であり、
図7はガスが残存するボイドを有する真空ダイカスト鋳造品の金属組織を示す顕微鏡写真であり、
図8はガスが残存するボイドが熱処理によりブリスターとなった状態を示す顕微鏡写真である。

[1] 真空ダイカスト鋳造品
真空ダイカスト鋳造品中の残存ガスの総量は鋳造方案だけでなく、鋳造品の形状にも依存する。例えば単純な平板形状等にすれば残存ガスの総量を低減できるが、複雑な形状が求められるダイカスト鋳造品では残存ガスの総量だけで鋳造方案が最適であったかどうかを判定することは難しい。従って、残存ガスの総量だけでなく残存ガス中のCO₂ガス及びH₂ガスの割合が真空ダイカスト鋳造品の良否を判定する上で重要である。

離型剤及び潤滑剤の熱分解により発生した残存ガスの総量及び組成は鋳造品の気泡に残存するガスを取り出した後でなければ測定できないが、残存ガスを完全に取り出すには鋳造品を溶解しなければならない。しかしながら、アルミニウム合金の溶湯は酸素や水蒸気と反応して、酸化アルミニウムを生成し、酸素を消費するとともに水蒸気を還元して水素ガスにすると考えられるので、鋳造品の溶解により取り出した残存ガスの総量及び組成は、鋳造品中に存在していたガスの総量及び組成と完全に一致する訳ではない。従って本明細書において単に「残存ガスの総量及び組成」という場合、特に断りがなければ、鋳造品の溶解により取り出した残存ガスの総量及び組成を表すものとする。

具体的には、4×10^-3 kPaに減圧したAr雰囲気で鋳造品を700℃で溶解させ、発生したガスを50 ml/minの流量のArキャリアガスにより、ガスクロマトグラフィ分析装置（GC-8AIT、島津製作所（株）製）の並列分流カラムに流し入れ、ガスクロマトグラフィ分析をした。分析時間は15秒である。残存ガスの総量及び組成は、特に断りがなければ上記条件で測定したものである。

残存ガスは鋳造品に均一に含まれるのではなく、部位により異なる。具体的には、鋳造品のうち湯口近傍部分では残存ガスの総量が少なく、かつ残存ガスのうちのCO₂ガスの割合が高いが、湯口から最も遠い部分（真空ポンプ側）では残存ガスの総量が多く、かつ残存ガスのうちのCO₂ガスの割合が低い傾向がある。従って、湯口近傍部分、湯口から最も遠い部分及び途中の部分における3〜10箇所から試験片をサンプリングし、各試験片について残存ガスの量及び組成を測定し、各部分の測定値及びそれらの平均値を求める必要がある。

残存ガスの総量については、最も多い湯口近傍部分では20 cm³/100 g以下であるのが好ましく、また鋳造品全体の平均として10 cm³/100 g以下であるのが好ましい。残存ガスの総量がこれらの上限値を超えると、鋳造品の熱処理や溶接時にブリスターが発生し、外観不良を起こすのみならず、機械的強度の低下を引き起こす。残存ガスの総量は平均で8.0 cm³/100 g以下であるのがより好ましい。なお、ガス量は、ガスの種類に関係なく、特に断りがなければ標準状態（20℃、1気圧）における量として表す。

CO₂ガスの量の上限も、鋳造品全体の平均として9 cm³/100 gであるのが好ましい。CO₂ガスの量の下限は限定的ではないが、多くの場合鋳造品全体の平均として2.5 cm³程度であるのが好ましい。COガスは、ダイカストのような高速充填の場合、10μm以下と非常に細かい気泡になって鋳造品内に分散する。このような気泡は球形のため切欠係数が非常に小さく、応力集中も非常に小さい。

その他のガス（CH₄、C₂H₆及びH₂）の合計量は、鋳造品全体の平均として5 cm³/100 g以下であるのが好ましい。N₂ガスは不活性であるが、ブリスターの発生を防止するために、鋳造品全体の平均として7 cm³/100 g以下であるのが好ましく、1 cm³/100 g以下であるのがより好ましい。N₂ガスが7 cm³/100 g超であると、金型キャビティの減圧が不十分である。

残存ガスの組成としては、H₂ガスがCO₂ガスより少なく、残存ガスの総量の50％以上がCO₂ガスである必要がある。これらの条件を満たすことにより、気泡中のガスの大部分が不活性であるために、熱処理や溶接時に鋳造品が脆化することはない。

H₂が局部的にも平均的にも15％超では水素脆性による鋳造品の機械的強度の低下が激しいので、残存ガスの総量に対するH₂の割合は15％以下であり、10％以下であるのが好ましい。また離型剤の分解生成物であるCH₄、C₂H₆及びCOについては、残存ガスの総量を低減して安定した機械的強度を得るために、できるだけ少ない方が好ましい。具体的には、CH₄、C₂H₆及びCOの合計量は残存ガスの総量に対して20％以下の範囲であるのが好ましい。

[2] 真空ダイカスト鋳造法
(1) 離型剤
本発明では、ガス発生源である離型剤として実質的に水分を含まない化学合成油を使用する。この非水系離型剤は従来の水性エマルジョン型の離型剤に比べて、塗布量を著しく低減できるので、得られる真空ダイカスト鋳造品の残存ガス量を低減することができる。

実質的に水分を含まない化学合成油はシリコーンオイルを70質量％以上含み、残部はポリオレフィン又はパラフィンである。シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、α-オレフィン変性シリコーンオイル、α-メチルスチリルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキルアリール変性シリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル等が好ましい。またポリオレフィンとしては、低分子量のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン-1、ポリ4-メチルペンテン-1等が挙げられる。ポリオレフィンは、必要に応じて、酸化反応により分子量を低減させるとともに、シリコーンオイルとの相溶性を向上させるのが好ましい。これらの成分は炭素量が多いため、分解により発生するガス中でCO₂ガスの割合が多くなる。

金型キャビティ表面への噴霧を考慮して、化学合成油の40℃での動粘度は200×10^-6 m²/s（200 cSt）以下、好ましくは100×10^-6m²/s（100 cSt）以下、より好ましくは50×10^-6 m²/s（50 cSt）以下である。本明細書に記載の動粘度は、田中科学機器製作所（株）のAKV-201を用いて、JIS K 2283に基づき測定したものである。動粘度が200×10^-6 m²/sを超えると、離型剤として金型キャビティ表面に薄く均一に塗布できず、単位面積あたりの塗布量が増える。その結果、溶湯により揮発するガスの総量が10 cm³/100 gを超えてしまう。また上記範囲内の動粘度を有する離型剤を使用すれば、可動型と固定型のあわせ面に塗布された離型剤が型締めの際に可動型と固定型の隙間を塞ぎ、外部雰囲気がキャビティ内に侵入するのを防止し、金型キャビティ内の真空度を高める役割を果たす。

化学合成油への添加剤として、界面活性剤、防腐剤、防錆剤、潤滑剤、粘度調節剤等が挙げられる。これらの添加剤の量は、化学合成油の機能を損なわないように、化学合成油全体に対して3質量％以下とするのが好ましい。

離型剤を金型キャビティの表面に薄く均一に塗布するために、離型剤を噴霧するのが好ましい。そのため、黒鉛、雲母、タルク、カオリン、窒化ホウ素、フッ化黒鉛等の粉体を使用しないか、もしくは噴霧するのを妨げない程度の粒径及び添加量とするのが好ましい。

(2) 潤滑剤
スリーブとプランジャの潤滑性を保つため、実質的に水分を含まない粉体潤滑剤を用いるのが好ましい。例えば、PbO等の金属酸化物、二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の硫化物、セラミックス、黒鉛、高分子化合物等を、ワックスやパラフィンに適量添加し、0.1〜2 mm程度の粒状粉体にしたものが好ましい。

(3) アルミニウム合金
本発明に使用し得るアルミニウム合金は特に限定的でなく、Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Mg等のアルミニウム合金、例えばADC3、ADC5、ADC10、ADC12等が挙げられる。例えば、質量基準で5〜20％のSi、1％以下のMg、10％以下のCu、1％以下のTi、1％以下のFe、1％以下のMn、残部Al及び不可避不純物からなるアルミニウム合金、又は2％以下のSi、1％以下のMg、10％以下のCu、1％以下のTi、1％以下のFe、1％以下のMn、残部Al及び不可避不純物からなるアルミニウム合金が使用可能である。

アルミニウム合金溶湯に溶存する水素は、脱ガス処理により0.2 cm³/100 g以下に減少させることができる。アルミニウム合金溶湯中の酸素及び炭素の量は0.1 cm³/100 g以下である。

(4) 真空ダイカスト装置及び金型キャビティの減圧
金型キャビティの減圧が十分であれば、鋳造品中の残存ガスに窒素はほとんど含まれない。従って、金型キャビティの減圧度は以下にするのが好ましい。

真空ダイカスト装置は、金型キャビティ内を減圧することにより保持炉内の溶湯を射出スリーブ内に装填する機構を具備するものが好ましい。具体的には、図1〜3に例示する真空ダイカスト装置10が好ましい。

真空ダイカスト装置10は、固定プラテン16aに取り付けられた固定型16cと、可動プラテン16bに取り付けられた可動型16dと、固定型16c及び可動型16dにより形成されたキャビティ16に連通するように固定型16cに取り付けられた射出スリーブ11と、射出スリーブ11内を前後進するプランジャ12と、射出スリーブ11の下方でアルミニウム合金溶湯Mを収容する保持炉13と、一端が射出スリーブ11に形成した給湯口11aに連通し、他端14aが保持炉13内の溶湯Mに没入する給湯管14と、キャビティ16に連通するカットオフバルブ18aと、パイプ18bを介してキャビティ16に連通し、キャビティ16内を真空状態に減圧して保持炉13内の溶湯Mを射出スリーブ11内に吸引する真空ポンプ18とを有する。

保持炉13は昇降台15上に載置されており、昇降台15を上下することにより溶湯Mの湯面が一定に保たれる。給湯管14は、溶湯Mとの反応を防止するために内面にBNコーティングを施したセラミック製であり、下端14aはオリフィス状である。給湯管14の外周はヒータ（図示せず）で包囲されており、給湯管14を溶湯Mの温度近くに保持している。

図1に示すように、真空ダイカスト装置10は、金型キャビティ16に水分を含まない化学合成油からなる離型剤を塗布する装置20と、スリーブ11に非水系潤滑剤を塗布する装置30を有する。離型剤の塗布装置20はアーム22の先端に離型剤を噴霧するノズル21を具備し、可動型16dが固定型16cから開いた状態で金型キャビティ16の表面に離型剤を噴霧する。離型剤の1サイクルごとの使用量は金型キャビティ16の表面積に対して好ましくは0.3〜50 g/ m²であり、より好ましくは1.0〜25 g/ m²である。潤滑剤の噴出装置30は、型開きされた時にスリーブ11の金型キャビティ側開口部から粉体潤滑剤31を噴霧するノズル32を有する。潤滑剤の1サイクルごとの使用量はスリーブ11の内周面積に対して好ましくは0.3〜30 g/ m²であり、より好ましくは0.5〜20 g/ m²である。

図4に示すように、可動型16dと固定型16cを閉じた状態で、キャビティ16内を真空状態に減圧（例えば50 kPa以下、好ましくは20 kPa以下、より好ましくは10 kPa以下、特に5 kPa以下）にする。キャビティ16内の減圧により射出スリーブ11内も減圧になり、保持炉13内の溶湯Mは給湯管14を介して射出スリーブ11内に装填される（図2）。2〜10秒間でキャビティ16内を排気した後、プランジャ12をスリーブ11内に押し込み、溶湯Mをキャビティ16内に充填する（図3）。射出後プランジャ12を後退させるとともに、可動型16dを固定型16cから離隔させ、キャビティ16から凝固した鋳造品を取り出す。

真空ダイカスト装置10により溶湯Mを大気と接触させずに鋳造できるので、溶湯Mの酸化やガスの巻き込みが低減される。真空ダイカスト鋳造の終了後、再度開いた固定型16c及び可動型16dのキャビティ表面に離型剤を噴霧するとともに、スリーブ11の内面に潤滑剤を噴霧する。この操作を繰り返すことにより、所望の数の真空ダイカスト鋳造品を作製する。

[3] 用途
本発明の真空ダイカスト鋳造法により得られた鋳造品は、残存ガス量が少ないのみならず、熱処理や溶接時に脆化の原因となる水素ガスの割合が少ないので、熱処理や溶接によりブリスターが発生するおそれが少なく、かつ機械的強度の低下もない。また本発明の真空ダイカスト鋳造品は靱性低下の大きな要因である酸化物や介在物が少ない。従って、高強度及び高靭性が要求される輸送機器用の足回り部品や車体構成部品等に使用できる。

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

実施例1
図1〜3に示す構造を有する1000トンのダイカスト装置を使用し、質量基準で9.3％のSi、0.5％のMg、0.9％のFe、0.1％のMn、0.05％のCu、0.07％のNi及び0.2％のZnを含有するアルミニウム合金（ASTM B85のA360）を真空ダイカスト鋳造して、図5に示すスノーモービル用の座席部品40を作製した。ダイカスト鋳造した溶湯の鋳込み温度は670℃であり、溶湯のゲート速度は高速時に20〜40 m/秒であった。

離型剤は、220℃で溶融したアタクチックポリプロピレンに空気を吹き込んで酸化反応させたものを100℃まで冷却し、シリコーンオイル[Wacker-Chemie GMBH製Wacker TN]を完全に攪拌混合したものである。この混合物に少量の殺菌剤を加えた。各成分の添加量は、シリコーンオイルが85質量％、アタクチックポリプロピレンが14.9質量％、殺菌剤が0.1質量％であった。この離型剤の40℃での動粘度は5 x 10^-6 m²/s〜1.0 x 10^-4 m²/s（5〜100 cSt）であった。この離型剤を1サイクル当たり2.5 g/ m²の割合で金型キャビティ16の表面に噴霧した。

粉体潤滑剤として、タルク、天然黒鉛及び合成ワックスを含有するアストロルブGW-23（花野商事株式会社製）を、1サイクル当たり1.5 g/ m²の量でスリーブ11の内周面に噴霧した。

図4に示す減圧条件で得られた真空ダイカスト鋳造品を金型から取りだし、鋳造品の湯口近傍部分P₁、バルブ18a近傍部分P₂及び中央部分P₃を切り出して試験片とし、各試験片を4×10^-3 kPaに減圧した真空チャンバ内のAr雰囲気中で700℃で溶解させ、発生したガスを50 ml/minの流量のArキャリアガスにより、ガスクロマトグラフィ分析装置（GC-8AIT、島津製作所（株）製）の並列分流カラムに流し入れ、ガスの総量及び組成を15秒間ガスクロマトグラフィーにより測定した。湯口近傍部分P₁及びバルブ近傍部分P₂における残存ガスの総量（標準状態）及び組成、並びに残存ガスの総量（標準状態）及び組成の平均値Paを表1に示す。

同様に製造した真空ダイカスト鋳造品の湯口近傍部分P₁から切り出した幅6.5 mm、厚さ3 mm及び長さ100 mmの板状の試験片に対して、JIS規格（JIS Z 2241）に従って引張り強さ、0.2％耐力及び伸びを、標点距離を25 mmとして測定した。結果を表2に示す。

比較例1
離型剤としてシリコーンオイルエマルジョン［商品名TSM6352、GE東芝シリコーン（株）製］を用いた以外実施例1と同様にして、真空ダイカスト鋳造を行なった。このシリコーンオイルエマルジョンは、15質量％の変性シリコーンオイル、2.0質量％の乳化ポリプロピレン、0.3質量％のエトキシ化アルコール乳化剤、2.0質量％の腐食防止剤、残部水からなる組成を有していた。このシリコーンオイルエマルジョンをさらに水で40倍に希釈し、金型キャビティの表面に1サイクル当たり300 g/ m²の割合で噴霧した。

得られた鋳造品の湯口近傍部分P₁から切り出した試験片に対して、実施例1と同じ測定を行った。結果を表1及び2に示す。比較例１の鋳造品に残存するガスは、8.8 cm³/100 gと実施例1より多かっただけでなく、H₂ガス、C₂H₆ガス及びCH₄ガスを多量に含有する組成を有していた。これは水性離型剤を使用したためであると考えられる。比較例１の鋳造品の機械的強度は実施例1の鋳造品と比較して低かった。

実施例2
残存ガス量を比較例1とほぼ同じになるように増やすために化学合成油系離型剤の使用量を4.5 g/m²と多くした以外実施例1と同様にして、真空ダイカスト鋳造品を作製し、残存ガスの組成と鋳造品の機械的強度との関係を調べた。湯口近傍部分P₁から切り出した試験片における残存ガス量は7.7 cm³/100 gであった。実施例1と同様にして測定した残存ガス組成及び機械的強度を表1及び2に示す。表1及び2から、残存ガス量が比較例1とほぼ同程度であるにもかかわらず、比較例1より明らかに機械的強度が向上していることが分かる。

実施例3
実施例１より複雑な形状の真空ダイカスト鋳造品を作製し、実施例1と同じ方法で残存ガスの総量及び組成を測定した。結果を表1に示す。残存ガスの総量は7.1 cm³/100 gに抑えられ、かつH₂ガスがCO₂ガスより少なかった。なお実施例1と異なり残存ガスのほとんとがN₂であったが、これは、金型キャビティが実施例1より複雑形状であったために、キャビティ中の真空度が25 kPa程度であり、排気が必ずしも十分ではなかったためと考えられる。

比較例2
溶湯をスリーブ内に供給してから減圧する従来の真空ダイカスト鋳造法により、実施例1と同一形状の真空ダイカスト鋳造品を製造し、残存ガスの総量及び組成並びに機械的性質を測定した。先ず実施例1と同じアルミニウム合金溶湯を射出スリーブ内に直接注湯し、射出スリーブを気密状態にした後不活性ガス及び実施例1で用いたのと同じ離型剤を供給し、射出スリーブ内を以下に減圧した。その後プランジャを前進させ、溶湯を金型キャビティ内に充填した。サイクルタイムは実施例1と同じであった。

得られた真空ダイカスト鋳造品の湯口近傍部分P₁での残存ガスの総量及び組成並びに機械的強度を実施例1と同様に測定した。結果を表1及び2に示す。比較例2ではスリーブ内に注湯してから金型キャビティ内を減圧したために、減圧時間は短かった。そのためスリーブ内が十分に排気されず、N₂やH₂の量が増えていることが分かる。残存ガス量は21.75 cm³/100 gであった。比較例2の鋳造品の機械的強度は非常に低かった。

実施例4
実施例1で作製した真空ダイカスト鋳造品を大気雰囲気の500℃の熱処理炉内に4時間載置した後、60℃の温水に投入し、溶体化処理（T6処理）を施した。次いで鋳造品に150℃で2時間の時効処理を施した。このようにして熱処理した鋳造品の表面にはブリスターが発生していなかった。これは、引け巣内部がほとんど真空であるために、引け巣が熱処理により膨張しなかったためであると考えられる。

熱処理した鋳造品から試験片を切り出し、鋳造品内部のボイドを調べた。図6は鋳造品の金属組織を示す顕微鏡写真であり、図6中央の濃色部分がボイドである。ほとんどのボイドはアルミニウム合金溶湯の凝固収縮の際にできた引け巣であった。引け巣はなめらかな形状を有し、かつほとんど真空状態であるために、機械的強度の低下の原因にはならないことが分かる。

熱処理によるブリスターの発生の有無を調べるため、熱処理による鋳造品の体積膨張率を測定した。結果を表3に示す。熱処理後の体積膨張率が小さいことから、ブリスターとなる残存ガスを含有する気泡が少ないことが分かる。また実施例1の鋳造品を溶接したもブリスターの発生は認められなかった。これらの結果から、実施例1の鋳造品は強度のばらつきが著しく小さいことが分かる。

比較例3
比較例1の鋳造品に対して実施例4と同様に熱処理を行い、ブリスターの有無及び体積膨張率を測定した。結果を表3に示す。またこの鋳造品の金属組織を図7に示す。図7から、ほとんどのボイドが残存ガスを含有し、ほぼ粒状であることが分かる。そのため、図8に示すように、熱処理後の鋳造品にはブリスターが認められた。このような鋳造品は、輸送用機器の足回り部品又は車体構成部品のような激しい振動を受ける条件下で使用するのに必要な機械的強度を有さない。また比較例1の鋳造品に溶接を行うと、ブリスターが発生した。

比較例4
比較例2の鋳造品に対して実施例4と同様に熱処理を行い、ブリスターの有無及び体積膨張率の測定を行った。結果を表3に示す。比較例4では比較例3より多くブリスターが発生した。

以上詳細に説明したように、本発明により、残存ガス量が少ないのみならず、残存ガス中の水素量が低減したアルミニウム合金の真空ダイカスト鋳造品を得ることができる。このような真空ダイカスト鋳造品は、高強度及び高靭性が要求される輸送機器用の足回り部品や車体構成部品等に好適である。

Claims

アルミニウム合金の真空ダイカスト鋳造品であって、前記真空ダイカスト鋳造品の気泡中に残存するガスは、前記鋳造品の溶解により放出させた後にガスクロマトグラフィにより測定した場合、H ₂ ガスの割合が15％以下であり、CO ₂ ガスの割合が50％以上である組成を有することを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項１に記載の真空ダイカスト鋳造品において、前記残存ガスの総量がいずれの箇所でも20 cm³/100 g以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項1又は２に記載の真空ダイカスト鋳造品において、前記残存ガスの総量が前記鋳造品全体の平均として10 cm³/100 g以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項１〜３のいずれかに記載の真空ダイカスト鋳造品において、前記残存ガスのうちCO₂ガスが前記鋳造品全体の平均として9 cm³/100 g以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項１〜４のいずれかに記載の真空ダイカスト鋳造品において、H₂ガス、CH₄ガス及びC₂H₆ガスの合計量が鋳造品全体の平均として5 cm³/100 g以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項１〜５のいずれかに記載の真空ダイカスト鋳造品において、前記残存ガスのうちH₂ガスの割合が10％以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項１〜６のいずれかに記載の真空ダイカスト鋳造品において、前記残存ガスの総量に対して、CH₄ガス、C₂H₆ガス及びCOガスの合計量が鋳造品全体の平均として20％以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
請求項１〜７のいずれかに記載の真空ダイカスト鋳造品において、輸送用機器の足回り部品又は車体構成部品に使用されることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品。
金型キャビティ内を減圧することによりアルミニウム合金溶湯を射出スリーブ内に装填した後、前記射出スリーブに嵌合するプランジャを前進して前記射出スリーブ内の溶湯を前記キャビティ内に充填することにより真空ダイカスト鋳造品を製造する方法であって、前記真空ダイカスト鋳造品の気泡中に残存するガスが、前記鋳造品の溶解により放出させた後にガスクロマトグラフィにより測定した場合、H ₂ ガスの割合が15％以下であり、CO ₂ ガスの割合が50％以上である組成を有するように、離型剤として実質的に水分を含まない化学合成油を前記金型キャビティに塗布した後鋳造を行い、前記化学合成油がシリコーンオイルを70質量％以上含み、残部がポリオレフィン又はパラフィンであることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品の製造方法。
請求項９に記載の真空ダイカスト鋳造品の製造方法において、前記化学合成油の動粘度が200×10^-2 m²/s以下であることを特徴とする真空ダイカスト鋳造品の製造方法。
請求項９又は10に記載の真空ダイカスト鋳造品の製造方法において、前記射出スリーブ内に実質的に水分を含まない潤滑剤を塗布することを特徴とする真空ダイカスト鋳造品の製造方法。