JP4638802B2 - 離型剤又は鋳造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、鋳造の際に予め金型の成形面に塗布する離型剤と、この離型剤を用いた鋳造方法に関する。
ダイカスト金型用離型剤として、取り扱いが容易であることから、水溶性離型剤が多く採用されている。一般に、水溶性離型剤として、鉱物油、動植物油、シリコンオイル、ワックス又は脂肪酸等を界面活性剤で乳化させたものが流通している。この水溶性離型剤は、適宜量の水で希釈されて乳濁液となった状態で使用される。
水溶性離型剤は高温のダイカスト金型の金型成形面に吹き付けられ、塗布される。この際、水溶性離型剤に含まれた多くの水分が気化するため、金型成形面への水溶性離型剤の付着が促進され、また、金型の温度を低下させることができる。
水溶性離型剤が金型成形面に塗布されると、その水分により該金型成形面にオキシ水酸化鉄FeOOHを主成分とする反応物が生じ、乾燥によりこれが酸化されて三酸化鉄Fe2O3となる。このように、離型剤塗布後の金型成形面にはFe2O3の反応生成物が形成されることとなる。
水溶性離型剤が金型成形面に塗布されると、その水分により該金型成形面にオキシ水酸化鉄FeOOHを主成分とする反応物が生じ、乾燥によりこれが酸化されて三酸化鉄Fe2O3となる。このように、離型剤塗布後の金型成形面にはFe2O3の反応生成物が形成されることとなる。
ところで、鋳造時に、金型内に注湯した金属溶湯の表面に酸化皮膜が生じることによって金属溶湯の流動性が失われ、湯まわり不良などの鋳造欠陥が生じることがある。この不具合を解消するために、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウムなどの水素化金属を還元剤として含有した離型剤を金型内に塗布し、溶湯の熱により分解された前記還元剤により金属溶湯の酸化皮膜を還元しながら鋳造する技術が提案されている（特許文献１）。
また、水溶性離型剤を金型に吹き付ける際に、急激な水の蒸発と乾燥が生じるため、離型剤に含まれる不純物や劣化物が金型成形面へ付着し、金型汚れの原因となっている。この不具合を解消するために、特定の金属キレート剤を離型剤に配合し、離型剤としての機能を保持させながら、金型汚れを防止する技術が提案されている（特許文献２）。
特開２００４−１５４８３３号公報
特開２００３−２７５８４５号公報
水溶性離型剤が金型に塗布されることによって、金型成形面は一旦冷却されるが、該金型に金属溶湯が注入されることによって再び加熱される。このように、金型成形面は、冷却と加熱が繰り返されることにより、膨張と収縮を繰り返し、熱応力が生じる。このことから、金型成形面には熱疲労等に起因するヒートチェックが発生し易いが、金型成形面に形成されたFe2O3の反応生成物は、靭性が小さく硬いので、繰り返し鋳造すると剥離等が生じて金型が劣化する虞があり、劣化した部位に溶湯が侵入すると劣化が促進されてしまう。
つまり、水溶性離型剤を使用することは、金型の脆化を誘発し金型寿命を低下させる一因ともなっている
つまり、水溶性離型剤を使用することは、金型の脆化を誘発し金型寿命を低下させる一因ともなっている
また、鋳造サイクルを繰り返すことにより金型成形面に形成されたFe2O3の反応生成物により該金型成形面が孔食され、さらに、Fe2O3の反応生成物はきめが粗いことから、金型成形面には微小な凹凸が形成される。この凹凸に金属溶湯が食い込み固化するため、金型から鋳造品を離型するために大きな離型力が必要となっている。これに加え、金型成形面へ付着した金属を定期的に取り除く型磨きの作業において、金型成形面と金属とが強固に固着しているため削り取らねばならず、作業に時間がかかるとともに、金型成形面を削るので該金型成形面の形状が変化し金型寿命を低下させる一因ともなっている。
上述のような不具合を解消し、金型の劣化防止を図るために、金型の表面処理、離型剤の変更、離型剤の塗布方法の工夫等が為されてきた。
しかし、金型の表面処理は、コストが嵩んでしまい、また、鋳造前に処理を施すため、繰り返し行われる鋳造サイクルに耐えることができない場合が多かった。
また、上記背景技術に記載のように、湯流れ性を向上させるために水素化金属を還元剤として含有した離型剤や、離型剤中の重金属捕捉や金型汚れ防止のために金属キレート剤を含有した離型剤が知られている。その他、金型に対する付着性・湯流れ性・製品表面欠陥抑制等の鋳造性の向上のために、脂肪酸、炭素環、複素環カルボン酸又はポリカルボン酸等の有機酸を含有した離型剤も知られている。
しかし、従来の技術では何れも金型の劣化防止の効果は十分とは言えず、また、繰り返し行われる鋳造サイクルによって金型成形面の状況を向上させて、金型の寿命を積極的に延長させるものではなかった。
しかし、金型の表面処理は、コストが嵩んでしまい、また、鋳造前に処理を施すため、繰り返し行われる鋳造サイクルに耐えることができない場合が多かった。
また、上記背景技術に記載のように、湯流れ性を向上させるために水素化金属を還元剤として含有した離型剤や、離型剤中の重金属捕捉や金型汚れ防止のために金属キレート剤を含有した離型剤が知られている。その他、金型に対する付着性・湯流れ性・製品表面欠陥抑制等の鋳造性の向上のために、脂肪酸、炭素環、複素環カルボン酸又はポリカルボン酸等の有機酸を含有した離型剤も知られている。
しかし、従来の技術では何れも金型の劣化防止の効果は十分とは言えず、また、繰り返し行われる鋳造サイクルによって金型成形面の状況を向上させて、金型の寿命を積極的に延長させるものではなかった。
そこで、本発明では、繰り返し行われる鋳造サイクルによって金型成形面の状況を向上させて、金型の寿命を積極的に延長させることのできる離型剤と、この離型剤を用いた鋳造方法を提案する。
また、これに伴い、製品離型力の低減、型磨き作業の簡易化、製品表面欠陥抑制を実現する。
また、これに伴い、製品離型力の低減、型磨き作業の簡易化、製品表面欠陥抑制を実現する。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項１においては、金型の成形面に塗布される水溶性の離型剤であって、還元性を有する有機酸又は有機酸塩を、使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上、且つ、原液濃度として離型剤エマルションの安定限界である所定濃度以下の割合で含有するものである。
請求項２においては、金型の成形面に塗布される水溶性の離型剤であって、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを、合わせて使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上、且つ、原液濃度として離型剤エマルションの安定限界である所定濃度以下の割合で含有するものである。
請求項３においては、請求項２に記載の離型剤において、前記還元性を有する有機酸又は有機酸塩と前記配位子との構成重量比率が、９９／１〜３０／７０の範囲内であるものである。
請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の離型剤において、前記有機酸は、クエン酸、マロン酸、酒石酸、ギ酸、シュウ酸、没食子酸、アスコルビン酸のうち、いずれか一つ又は複数の組合せであるものである。
請求項５においては、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の離型剤を金型の成形面に塗布し、該金型内に溶湯を注湯し、該溶湯の熱により、離型剤中の還元性を有する有機酸又は有機酸塩と金型成形面のFe 2 O 3 とを反応させて、金型成形面のFe2O3をFe3O4へ還元しつつ、鋳造する、鋳造方法である。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項１乃至請求項５においては、離型剤を金型成形面に塗布して鋳造を行うことによって、金型成形面の三酸化鉄Fe2O3が鋳造時に熱を受けて還元され、四酸化三鉄Fe3O4（黒錆・マグネタイト）となる。
つまり、金型成形面に存在する靭性の低いFe2O3が酸化されて、靭性を有するFe3O4に変化し、該金型成形面には緻密なFe3O4の表面皮膜が形成される。Fe3O4の表面皮膜で覆われた金型成形面は、発生した熱膨張・収縮に追随して変形することができ、ヒートクラックの発生を抑制して、金型寿命低下防止を図ることができる。
つまり、金型成形面に存在する靭性の低いFe2O3が酸化されて、靭性を有するFe3O4に変化し、該金型成形面には緻密なFe3O4の表面皮膜が形成される。Fe3O4の表面皮膜で覆われた金型成形面は、発生した熱膨張・収縮に追随して変形することができ、ヒートクラックの発生を抑制して、金型寿命低下防止を図ることができる。
また、繰り返し行われる鋳造サイクルによって、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜はより緻密なものとなり、金型成形面の状況をより向上させ、積極的に金型寿命の延長を図ることができる。
さらに、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜は、Fe2O3と比較してきめが細かいので、製品離型力の低減と、金属溶湯への気泡巻き込み低減による製品表面欠陥の抑制を実現する。また、Fe3O4の表面皮膜は溶融金属による溶損への耐性に優れ、型磨き作業において金型成形面を削る必要はなく、作業が簡易となるとともに、該金型成形面の形状を維持して金型寿命低下防止を図ることができる。
特に、請求項２乃至請求項５においては、離型剤に配位子を加えることによって、還元性を有する有機酸又は有機酸塩によるFe2O3の還元にて生じるFe3O4の量を増大させる相乗効果を得ることができる。
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は鋳造サイクルと金型表面の変化の関係を説明する図、図２は模擬鋳造サイクル数の異なる鉄板表面皮膜の状態を示す図、図３はシリコンエマルションを離型主剤とした場合の安定限界を示す図である。
図１は鋳造サイクルと金型表面の変化の関係を説明する図、図２は模擬鋳造サイクル数の異なる鉄板表面皮膜の状態を示す図、図３はシリコンエマルションを離型主剤とした場合の安定限界を示す図である。
図１に示すように、本発明に係る離型剤をダイカスト金型に塗布して鋳造を行うと、金型への離型剤塗布により生じる金型形成面の三酸化鉄Fe2O3は、金属溶湯の熱と離型剤の作用によって四酸化三鉄Fe3O4に還元される。これにより、金型形成面にはFe3O4の表面皮膜（黒錆）が生じる。
本発明に係る離型剤は、離型主剤と、還元性を有する有機酸又は有機酸塩とを少なくとも含有するものであり、より高い表面皮膜形成能を得るために、更に配位子を含むものである。
なお、上記離型剤には、ｐＨ緩衝剤、防腐剤、防錆剤、防黴剤、極圧潤滑剤、などを適宜添加配合してもよい。
なお、上記離型剤には、ｐＨ緩衝剤、防腐剤、防錆剤、防黴剤、極圧潤滑剤、などを適宜添加配合してもよい。
前記離型主剤は、離型剤に離型性を付与するための成分であり、離型剤の主成分となるものである。
離型主剤は、鉱物油、動植物油などの潤滑成分に、耐熱性や付着性向上のための成分としてシリコンオイル、ワックス、脂肪酸等を加え、界面活性剤にて乳化させたものである。この離型主剤のうち、水分以外の部分を、以下の説明では有効分と記載する。
なお、前記離型主剤は本発明の成分に限定されるものではなく、離型主剤として、一般に広く使用されているベースオイルを主成分とする水溶性離型剤を採用することができる。
離型主剤は、鉱物油、動植物油などの潤滑成分に、耐熱性や付着性向上のための成分としてシリコンオイル、ワックス、脂肪酸等を加え、界面活性剤にて乳化させたものである。この離型主剤のうち、水分以外の部分を、以下の説明では有効分と記載する。
なお、前記離型主剤は本発明の成分に限定されるものではなく、離型主剤として、一般に広く使用されているベースオイルを主成分とする水溶性離型剤を採用することができる。
前記還元性を有する有機酸として、クエン酸、マロン酸、酒石酸、ギ酸、シュウ酸、没食子酸、アスコルビン酸のうち、いずれか一つ又は複数の組合せを、例示することができる。但し、還元性を有する有機酸であれば、前述した以外の有機酸を採用することもできる。
また、有機酸塩の塩としては、Na、K、Ca、Mgなどの金属や、アンモニウム、アミンのうち、いずれか一つ又は複数の組合せを、例示することができる。但し、還元性を有する有機酸塩を構成する塩であれば、前述した以外の塩を採用することもできる。
前記配位子は、金属イオンに配位結合をする電子供与体であり、キレート剤と呼ばれるものが一般的である。配位子として、N、S、O、Pなどを含むものを、例示することができる。
配位子は、２座配位子以上の多座配位子のものが、少量で大きな効果を得ることができるので望ましい。
配位子は、２座配位子以上の多座配位子のものが、少量で大きな効果を得ることができるので望ましい。
前記配位子を配合しない場合は、前記還元性を有する有機酸又は有機酸塩を、使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上となるように、離型剤に配合する。また、前記配位子を配合する場合は、前記還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを合わせて使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上となるように、離型剤に配合する。
これらの配合割合が使用時濃度として０．０１ｗｔ％未満の場合は、金型成形面のFe2O
3を還元するために十分な還元効果や、Fe3O4の表面皮膜形成促進の十分な効果が得られな
いからである。
なお、上記『使用時濃度』とは、水などで希釈した後の使用状態における濃度を意味する。
これらの配合割合が使用時濃度として０．０１ｗｔ％未満の場合は、金型成形面のFe2O
3を還元するために十分な還元効果や、Fe3O4の表面皮膜形成促進の十分な効果が得られな
いからである。
なお、上記『使用時濃度』とは、水などで希釈した後の使用状態における濃度を意味する。
また、配位子を配合しない場合の還元性を有する有機酸又は有機酸塩の配合割合の上限、及び、配位子を配合する場合の還元性を有する有機酸又は有機酸塩と配位子とを合わせた配合割合の上限は、離型剤の原液濃度としてエマルションの安定限界である所定濃度以下の割合とする。
これらの配合割合がエマルションの安定限界を超えると、離型剤の乳化状態が安定せず、離型主剤の有効分と水とが分離してしまうからである。
なお、上記『原液濃度』とは、使用時に水などで希釈される前の離型剤（原液）における濃度を意味する。
これらの配合割合がエマルションの安定限界を超えると、離型剤の乳化状態が安定せず、離型主剤の有効分と水とが分離してしまうからである。
なお、上記『原液濃度』とは、使用時に水などで希釈される前の離型剤（原液）における濃度を意味する。
希釈前の離型剤（原液）のエマルションの安定限界は、該離型剤に含有される離型主剤の有効分の割合よって定まる。
図３は、シリコンエマルションを離型主剤とした場合の安定限界を示す図表である。この図表より、離型主剤の有効分の割合によってエマルションの安定限界に該当する、配位子を配合しない場合の還元性を有する有機酸又は有機酸塩の配合割合、又は、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と配位子の配合割合は、変化することがわかる。
図３は、シリコンエマルションを離型主剤とした場合の安定限界を示す図表である。この図表より、離型主剤の有効分の割合によってエマルションの安定限界に該当する、配位子を配合しない場合の還元性を有する有機酸又は有機酸塩の配合割合、又は、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と配位子の配合割合は、変化することがわかる。
そして、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との、構成重量比率（還元性を有する有機酸又は有機酸塩／配位子）は、９９／１〜３０／７０の範囲内とする。望ましくは、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との、構成重量比率は、９５／５〜６０／４０の範囲内とする。
上記構成重量比率を満たす場合に、鋳造にて金型成形面のFe2O3が還元されてFe3O4となる反応が生じる。そして、構成重量比率が、９５／５〜６０／４０の範囲内である場合に、金型成形面のFe2O3に十分な還元反応が生じ、また、金型形成面にFe3O4の表面皮膜が安定して形成されるので、望ましい。
上記構成重量比率を満たす場合に、鋳造にて金型成形面のFe2O3が還元されてFe3O4となる反応が生じる。そして、構成重量比率が、９５／５〜６０／４０の範囲内である場合に、金型成形面のFe2O3に十分な還元反応が生じ、また、金型形成面にFe3O4の表面皮膜が安定して形成されるので、望ましい。
続いて、上記離型剤を用いた鋳造方法について説明する。
図１ａに示すように、先ず、型開きされたダイカスト用金型の金型成形面に、離型剤を吹き付けて塗布する。
離型剤が塗布されると、該離型剤に含有される水分によって、金型成形面に酸化水酸化鉄FeOOHが生成する。そして、図１ｂに示すように、金型成形面に塗布された離型剤が乾燥されることによって、前記FeOOHがさらに酸化されて、三酸化鉄Fe2O3となる。
離型剤が塗布されると、該離型剤に含有される水分によって、金型成形面に酸化水酸化鉄FeOOHが生成する。そして、図１ｂに示すように、金型成形面に塗布された離型剤が乾燥されることによって、前記FeOOHがさらに酸化されて、三酸化鉄Fe2O3となる。
そして、上述のように離型剤を塗布した金型を型閉じして、金型成形面により形成されるキャビティに金属溶湯を注湯する。本実施例に係る金属溶湯は、アルミニウム合金の溶湯である。
図１ｃに示すように、金属溶湯の熱を受けて、Fe2O3が還元されて四酸化三鉄Fe3O4となり、金型成形面にFe3O4の表面皮膜が形成される。Fe3O4は、いわゆる「黒錆」である。このとき、配位子が存在することで、還元を阻害する因子を除去し、金型成形面へのFe3O4の表面皮膜形成能が強化される。
なお、金型内に金属溶湯を注湯する際に、金属溶湯中のマグネシウムやアルミニウムに起因して酸化マグネシウムMgOや酸化アルミニウムAl2O3などの酸化皮膜が金属溶湯に形成されても、金型成形面に塗布された離型剤に含有された還元性を有する有機酸により還元されて、皮膜が消失し、金属溶湯の流動性が確保され湯回り性が向上する。 また、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜は、Fe2O3の反応生成物と比較してきめが細かいので、金属溶湯への気泡巻き込みを低減することができる。
これらの理由により、製品の表面欠陥の発生を抑制することができる。
これらの理由により、製品の表面欠陥の発生を抑制することができる。
そして、所定のダイタイムを経て金属溶湯を冷却したのち、金型を型開きして製品を離型する。
このとき、図１ｄに示すように、金型成形面には薄くきめ細かいFe3O4の表面皮膜が形成されているため、Fe2O3の反応生成物が存在するときのように金属溶湯が金型成形面と強固に固着することがないので、離型抵抗が低く、離型力を低減させることができる。
このとき、図１ｄに示すように、金型成形面には薄くきめ細かいFe3O4の表面皮膜が形成されているため、Fe2O3の反応生成物が存在するときのように金属溶湯が金型成形面と強固に固着することがないので、離型抵抗が低く、離型力を低減させることができる。
上述のように、離型剤塗布、注湯、冷却、離型から成る鋳造サイクルが、実際のダイカスト製品鋳造において繰り返される。
鋳造サイクルが繰り返されることによって、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜は、緻密な膜へと成長していく。すなわち、鋳造サイクルが繰り返されることによって、金型成形面のFe3O4が増加し、Fe3O4の表面皮膜はより緻密なものとなり、保護膜としての性能を高めていくこととなる。
鋳造サイクルが繰り返されることによって、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜は、緻密な膜へと成長していく。すなわち、鋳造サイクルが繰り返されることによって、金型成形面のFe3O4が増加し、Fe3O4の表面皮膜はより緻密なものとなり、保護膜としての性能を高めていくこととなる。
金型成形面に形成された靭性を有するFe3O4の表面皮膜は、該金型成形面に熱疲労に起因して発生した熱膨張・収縮に追随して変形することができ、ヒートクラックの発生を抑制して、金型寿命低下防止を図ることができる。
また、金型成形面を型磨き作業で研磨した場合にも、鋳造サイクルにより生成されるFe3O4により、表面状態を回復させる。これにより、金型の溶損や焼き付きの少ない金型となっていく。
従って、本発明に係る離型剤を採用すれば、鋳造サイクルを経ることにより、金型成形面の状況をより向上させ、積極的に金型寿命の延長を図ることができる。
従って、本発明に係る離型剤を採用すれば、鋳造サイクルを経ることにより、金型成形面の状況をより向上させ、積極的に金型寿命の延長を図ることができる。
さらに、Fe3O4の表面皮膜は溶融金属による溶損の耐性に優れる。従って、型磨き作業において金型成形面を削る必要はなく、作業が簡易となるとともに、金型成形面の形状を維持して金型寿命低下防止を図ることができる。
続いて、発明者らにより行われた実験とその結果について記載する。
［実験１］
離型剤に含有される離型主剤、還元性を有する有機酸又は有機酸塩、配位子のそれぞれについて、Fe2O3の還元効果との関係について調べるために、実験１を行った。
実験１では、材質としてＳＫＤ−６１を用いた鉄板製の模擬金型（以下、鉄板と記載する）の表面にFe2O3を発生させて２００℃まで昇温し、ここに配合の異なる複数種の離型剤を滴下して、前記鉄板の表面が黒色化する様子を観察した。鉄板表面の黒色化により、Fe2O3がFe3O4（黒錆）に還元されたか否かを知ることができる。
離型剤に含有される離型主剤、還元性を有する有機酸又は有機酸塩、配位子のそれぞれについて、Fe2O3の還元効果との関係について調べるために、実験１を行った。
実験１では、材質としてＳＫＤ−６１を用いた鉄板製の模擬金型（以下、鉄板と記載する）の表面にFe2O3を発生させて２００℃まで昇温し、ここに配合の異なる複数種の離型剤を滴下して、前記鉄板の表面が黒色化する様子を観察した。鉄板表面の黒色化により、Fe2O3がFe3O4（黒錆）に還元されたか否かを知ることができる。
下記表１は、実験１の結果を示すものである。表１に示す数値は、希釈前の離型剤における各成分の配合を示し、これをそのまま希釈せずに実験に供した。
また、表１に示すＡは鉄板表面の黒色化が濃い、同じくＢは鉄板表面の黒色化が薄い、同じくＣは鉄板表面が黒色化しない、の各評価を示す。
なお、シリコンエマルションは離型主剤に相当し、その有効分は２５ｗｔ％とした。オレイン酸ナトリウムは還元性を有さない離型剤に相当する。クエン酸３Na、没食子酸、酒石酸NaCa・４H2Oは、還元性を有する有機酸又は有機酸塩に相当する。ジエチレントリアミン、エチレンジアミン四酢酸・H・３Na・３H2O（以下、『EDTA・３Na・３H2O』と記載する）は、配位子に相当する。
また、表１に示すＡは鉄板表面の黒色化が濃い、同じくＢは鉄板表面の黒色化が薄い、同じくＣは鉄板表面が黒色化しない、の各評価を示す。
なお、シリコンエマルションは離型主剤に相当し、その有効分は２５ｗｔ％とした。オレイン酸ナトリウムは還元性を有さない離型剤に相当する。クエン酸３Na、没食子酸、酒石酸NaCa・４H2Oは、還元性を有する有機酸又は有機酸塩に相当する。ジエチレントリアミン、エチレンジアミン四酢酸・H・３Na・３H2O（以下、『EDTA・３Na・３H2O』と記載する）は、配位子に相当する。
この実験１の結果より、配位子を配合せず還元性を有する有機酸又は有機酸塩を含有する離型剤を用いた場合にも鉄板表面が黒色化するが、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と配位子とを共に含有する離型剤を用いた場合に、鉄板表面が顕著に黒色化する様子が観察された。
また、還元性を有する有機酸又は有機酸塩のみではなく、配位子も合わせて含有する離型剤の方が還元効果が高く、配位子を添加することにより、金型成形面へのFe3O4の表面皮膜形成能が強化されるという相乗効果を得ていることがわかる。
そして、配位子のみを含有する離型剤を用いた場合、及び還元性を有しない有機酸を含有する離型剤を用いた場合には、何れも鉄板表面の黒色化は殆ど見られず、Fe2O3の還元反応が生じない又は生じても微小であることがわかる。
また、還元性を有する有機酸又は有機酸塩のみではなく、配位子も合わせて含有する離型剤の方が還元効果が高く、配位子を添加することにより、金型成形面へのFe3O4の表面皮膜形成能が強化されるという相乗効果を得ていることがわかる。
そして、配位子のみを含有する離型剤を用いた場合、及び還元性を有しない有機酸を含有する離型剤を用いた場合には、何れも鉄板表面の黒色化は殆ど見られず、Fe2O3の還元反応が生じない又は生じても微小であることがわかる。
［実験２］
還元性を有する有機酸又は有機酸塩と配位子との配合量と、Fe2O3の還元効果との関係を調べるために、実験２を行った。
実験２では、Fe2O3を発生させた鉄板を２００℃まで昇温し、希釈濃度の異なる離型剤をスプレー塗布し、アルミニウム合金溶湯を流し込んで鋳造を行い、前記鉄板の表面（溶湯が接触した部分）が黒色化する様子を観察した。
離型剤は、希釈前において、水…１７ｗｔ％、シリコンエマルション…８０ｗｔ％、酒石酸NaCa・４H2O…２ｗｔ％、EDTA・３Na・３H2O…１ｗｔ％、をそれぞれ配合したものであり、これを適宜希釈して使用した。
還元性を有する有機酸又は有機酸塩と配位子との配合量と、Fe2O3の還元効果との関係を調べるために、実験２を行った。
実験２では、Fe2O3を発生させた鉄板を２００℃まで昇温し、希釈濃度の異なる離型剤をスプレー塗布し、アルミニウム合金溶湯を流し込んで鋳造を行い、前記鉄板の表面（溶湯が接触した部分）が黒色化する様子を観察した。
離型剤は、希釈前において、水…１７ｗｔ％、シリコンエマルション…８０ｗｔ％、酒石酸NaCa・４H2O…２ｗｔ％、EDTA・３Na・３H2O…１ｗｔ％、をそれぞれ配合したものであり、これを適宜希釈して使用した。
下記に示す表２は、実験２の結果を示しており、表中の数値は、希釈後の使用状態での離型剤における各成分の重量濃度である。なお、離型剤をスプレー塗布しただけでは黒色化は生じず、アルミニウム合金溶湯を用いて鋳造を行うことにより、表２の結果が得られた。
実験２の結果より、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを合わせて使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上配合した離型剤でなければ、殆ど鉄板表面の黒色化が生じない、すなわち、鉄板表面でFe2O3の還元反応が生じないか、生じても微小であることがわかる。従って、離型剤には、希釈後の使用時濃度として、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを合わせて０．０１ｗｔ％以上配合する必要があることがわかる。
［実験３］
配位子を配合しない場合の、還元性を有する有機酸又は有機酸塩の配合量とFe2O3の還元効果との関係を調べるために、実験３を行った。
実験３では、Fe2O3を発生させた鉄板を２００℃まで昇温し、希釈濃度の異なる離型剤をスプレー塗布し、アルミニウム合金溶湯を流し込んで鋳造を行い、前記鉄板の表面（溶湯が接触した部分）が黒色化する様子を観察した。
離型剤は、希釈前において、水…１７ｗｔ％、シリコンエマルション…８０ｗｔ％の配合のものに、酒石酸２Na又はクエン酸３Naを添加したものであり、これを適宜希釈して使用した。
配位子を配合しない場合の、還元性を有する有機酸又は有機酸塩の配合量とFe2O3の還元効果との関係を調べるために、実験３を行った。
実験３では、Fe2O3を発生させた鉄板を２００℃まで昇温し、希釈濃度の異なる離型剤をスプレー塗布し、アルミニウム合金溶湯を流し込んで鋳造を行い、前記鉄板の表面（溶湯が接触した部分）が黒色化する様子を観察した。
離型剤は、希釈前において、水…１７ｗｔ％、シリコンエマルション…８０ｗｔ％の配合のものに、酒石酸２Na又はクエン酸３Naを添加したものであり、これを適宜希釈して使用した。
下記に示す表３は、実験３の結果を示しており、表中の数値は、希釈後の使用状態での離型剤における酒石酸２Na又はクエン酸３Naの重量濃度である。なお、離型剤をスプレー塗布しただけでは黒色化は生じず、アルミニウム合金溶湯による鋳造により、表３の結果が得られた。
実験３の結果より、配位子を配合しない場合は、還元性を有する有機酸又は有機酸塩を使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上配合した離型剤でなければ、殆ど鉄板表面の黒色化が生じない、すなわち、鉄板表面でFe2O3の還元反応が生じないか、生じても微小であることがわかる。従って、配位子を配合しない場合、離型剤には、希釈後の使用時濃度として還元性を有する有機酸又は有機酸塩を０．０１ｗｔ％以上配合する必要があることがわかる。
［実験４］
還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との構成比率と、Fe2O3の還元効果との関係を調べるために、実験４を行った。
実験４では、Fe2O3を発生させた鉄板を２００℃まで昇温し、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との構成重量比率の異なる離型剤をスプレー塗布しアルミニウム合金溶湯による鋳造をして、前記鉄板の表面が黒色化する様子を観察した。
離型剤は、還元性を有する有機酸又は有機酸塩としてクエン酸３Naを、配位子としてEDTA・３Na・３H2Oを、合わせて１ｗｔ％となるように、それぞれの構成重量比率を変化させて配合した。
還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との構成比率と、Fe2O3の還元効果との関係を調べるために、実験４を行った。
実験４では、Fe2O3を発生させた鉄板を２００℃まで昇温し、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との構成重量比率の異なる離型剤をスプレー塗布しアルミニウム合金溶湯による鋳造をして、前記鉄板の表面が黒色化する様子を観察した。
離型剤は、還元性を有する有機酸又は有機酸塩としてクエン酸３Naを、配位子としてEDTA・３Na・３H2Oを、合わせて１ｗｔ％となるように、それぞれの構成重量比率を変化させて配合した。
下記に示す表４は、実験４の結果を示しており、表中の数値は離型剤中の重量割合を示すものである。また、表４に示すＡは鉄板表面の黒色化が濃い、同じくＢは鉄板表面の黒色化が薄い、同じくＣは鉄板表面が黒色化しない、の各評価を示すものである。
実験４の結果より、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との構成重量比率が、１００／０〜１０／９０の範囲内である場合に、鉄板表面でFe2O3がFe3O4に還元されたことがわかる（外観判定Ｂ以上）。また、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子との構成重量比率が、９９／１〜３０／７０の範囲内である場合に、鉄板表面の黒色化がかなり濃く表れ（外観判定Ａ〜Ｂ又はＡ）、特に、９５／５〜６０／４０の範囲内である場合には、鉄板表面の黒色化が顕著に表れたため（外観判定Ａ）、この範囲の構成重量比率で離型剤を配合することが、Fe2O3の十分な還元反応が生じ、また、鉄板表面にFe3O4の表面皮膜が安定して形成されるので、望ましいことがわかる。
［実験５］
鋳造工程を繰り返した場合の、本発明に係る離型剤が与える金型成形面への影響について調べるために、実験５を行った。
実験５では、離型剤α、β、γを用意し、それぞれについて、下記（１）〜（４）の作業からなる模擬鋳造工程を繰り返した。
（１）鉄板表面に離型剤を塗布する。
（２）鉄板を３５０℃まで昇温する。
（３）６８０℃のアルミニウム合金溶湯を鉄板上に流す。
（４）アルミニウム合金を冷却し、鉄板から除く。
鋳造工程を繰り返した場合の、本発明に係る離型剤が与える金型成形面への影響について調べるために、実験５を行った。
実験５では、離型剤α、β、γを用意し、それぞれについて、下記（１）〜（４）の作業からなる模擬鋳造工程を繰り返した。
（１）鉄板表面に離型剤を塗布する。
（２）鉄板を３５０℃まで昇温する。
（３）６８０℃のアルミニウム合金溶湯を鉄板上に流す。
（４）アルミニウム合金を冷却し、鉄板から除く。
離型剤α、β、γはそれぞれ以下の配分のものを、水で８０倍に希釈したものである。
希釈前離型剤α（水…１７ｗｔ％、シリコンエマルション…８０ｗｔ％、クエン酸３Na…２ｗｔ％、EDTA・３Na・３H2O…１ｗｔ％）。
希釈前離型剤β（シリコンエマルション…１００ｗｔ％）。
希釈前離型剤γ（水…１００ｗｔ％）。
希釈前離型剤α（水…１７ｗｔ％、シリコンエマルション…８０ｗｔ％、クエン酸３Na…２ｗｔ％、EDTA・３Na・３H2O…１ｗｔ％）。
希釈前離型剤β（シリコンエマルション…１００ｗｔ％）。
希釈前離型剤γ（水…１００ｗｔ％）。
下記表５は、最初の離型剤塗布後、模擬鋳造工程１サイクル経過後、（離型剤α、βについては、加えて１０サイクル経過後、１００サイクル経過後）のそれぞれにおいて、Ｘ線回折装置を用いて、鉄板の離型剤塗布範囲の略中央部表面より検出された成分を示すものである。
表５において、二重丸は化合物同定結果のピークが強く、丸はピークが明瞭、三角はピークが確認できる程度、空欄はピークが確認できない、をそれぞれ意味する評価である。
表５において、二重丸は化合物同定結果のピークが強く、丸はピークが明瞭、三角はピークが確認できる程度、空欄はピークが確認できない、をそれぞれ意味する評価である。
上記実験５の結果より、離型剤β、γでは、Fe、Fe3O4、Fe2O3の全てが、模擬鋳造工程を繰り返しても常に現れているのに対し、離型剤αでは、離型剤を塗布したのみの状態ではFe2O3が存在するが、少なくとも１サイクルの模擬鋳造工程を経るとFe2O3が存在しなくなる。
これにより、離型剤α、つまり、離型主剤と、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを含有する本発明に係る離型剤では、模擬鋳造工程を経ることによりFe2O3が消失し、Fe3O4に改質されたことがわかる。
これにより、離型剤α、つまり、離型主剤と、還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを含有する本発明に係る離型剤では、模擬鋳造工程を経ることによりFe2O3が消失し、Fe3O4に改質されたことがわかる。
また、図２は、前記離型剤αを用いて、模擬鋳造工程を繰り返した場合の、鉄板の表面の変化を示すものである。
この図より、模擬鋳造工程を繰り返すことにより、黒色部分が濃くなっていること、つまり、鉄板表面に形成されたFe3O4の表面皮膜がより緻密となっていくことがわかる。従って、実際のダイカスト鋳造金型においても、本発明の離型剤を用いて鋳造を繰り返すことにより、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜は、より緻密な膜に成長していくことがわかる。
この図より、模擬鋳造工程を繰り返すことにより、黒色部分が濃くなっていること、つまり、鉄板表面に形成されたFe3O4の表面皮膜がより緻密となっていくことがわかる。従って、実際のダイカスト鋳造金型においても、本発明の離型剤を用いて鋳造を繰り返すことにより、金型成形面に形成されるFe3O4の表面皮膜は、より緻密な膜に成長していくことがわかる。
Claims (5)
- 金型の成形面に塗布される水溶性の離型剤であって、
還元性を有する有機酸又は有機酸塩を、使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上、且つ、原液濃度として離型剤エマルションの安定限界である所定濃度以下の割合で含有することを特徴とする、離型剤。 - 金型の成形面に塗布される水溶性の離型剤であって、
還元性を有する有機酸又は有機酸塩と、配位子とを、合わせて使用時濃度として０．０１ｗｔ％以上、且つ、原液濃度として離型剤エマルションの安定限界である所定濃度以下の割合で含有することを特徴とする、離型剤。 - 請求項２に記載の離型剤において、
前記還元性を有する有機酸又は有機酸塩と前記配位子との構成重量比率が、９９／１〜３０／７０の範囲内であることを特徴とする、離型剤。 - 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の離型剤において、
前記有機酸は、
クエン酸、マロン酸、酒石酸、ギ酸、シュウ酸、没食子酸、アスコルビン酸のうち、いずれか一つ又は複数の組合せであることを特徴とする、離型剤。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の離型剤を金型の成形面に塗布し、該金型内に溶湯を注湯し、該溶湯の熱により、離型剤中の還元性を有する有機酸又は有機酸塩と金型成形面のFe 2 O 3 とを反応させて、金型成形面のFe2O3をFe3O4へ還元しつつ、鋳造することを特徴とする、鋳造方法。
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