JP4672266B2 - 鋳造用塗型剤組成物 - Google Patents

Description

本発明は、砂型や消失模型等に塗布される耐火性骨材等を含む鋳型用塗型剤組成物に関する。

鋳型用塗型剤組成物は、鋳型表面を保護し、同時に溶融金属と鋳型表面との化学反応や鋳物の焼着欠陥の発生を防止するための耐火性塗料であり、一般的に耐火性骨材、粘結剤、焼結剤、水を主体とする溶媒等が含有される。

かかる塗型剤組成物には、塗型膜としての表面硬度の向上、鋳造時の塗型剤から由来するスス発生や焼着抑制などの鋳物品質の改善が求められ、特に消失模型用塗型ではかかる性能の改善が重要である。そのため、鋳物の残渣欠陥や焼着を防止するために特定吸熱ピーク温度を有する鉱石を使用すること（特許文献１）、塗型膜のヒビ割れや鋳物の焼着欠陥を防止するために粒径の大きなシリカゾルを使用すること（特許文献２）、鋳物の焼着を防止するためにカルシウムベントナイトや雲母を使用すること（特許文献３）などが開示されている。
特開２００３−２９０８６９号公報 特開２００２−３２１０３６号公報 特開２００１−３３４３４６号公報

上記特許文献の技術により、焼着欠陥については比較的良好な効果は得られているが、鋳造時のスス発生（スス欠陥）やガス欠陥についても更なる改善が望まれる。また、塗型膜硬度の向上も望まれる。

特に、塗型膜硬度が高く、スス欠陥、ガス欠陥及び焼着欠陥の防止に優れた水性の塗型剤が要望されている。

本発明は、砂型や消失模型等に塗布される、耐火性骨材、及び有機カルボン酸又は無機酸のマグネシウム塩を含有する鋳造用塗型剤組成物に関する。

本発明によれば、塗型膜硬度が高く、スス欠陥、ガス欠陥及び焼着欠陥の防止に優れた塗型剤組成物が得られる。本発明の塗型剤組成物は、従来の粘結剤を用いた塗型剤に比べて塗型膜硬度が高く、スス発生やガス発生量が抑制されるため、前記欠陥の極めて少ない高品質な鋳物が得られ、鋳物製造に有益なものとなると推察される。

本発明に用いられるマグネシウム塩は、有機カルボン酸のマグネシウム塩及び無機酸のマグネシウム塩から選択され、有機カルボン酸としては炭素数２〜１０の有機カルボン酸が好ましく、無機酸としては硫酸、塩酸、硝酸及びリン酸から選ばれる無機酸が好ましい。

具体的には、炭素数２〜１０の有機カルボン酸のマグネシウム塩としては、例えば蟻酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、乳酸マグネシウム等が挙げられる。また、無機酸のマグネシウム塩としては、例えば硫酸マグネシウム、硝酸マグネシウム、塩化マグネシウム等が挙げられ、これらは無水物でも或いは結晶水を持った塩でも何れでもよい。

本発明では、無機酸のマグネシウム塩がより好ましく、硫酸マグネシウムが最も好ましい。硫酸マグネシウムとしては、無水硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウムの一、二、四、五、六、七水塩（エプソム塩）等が挙げられ、一水塩、七水塩が好ましい。

本発明に用いられるマグネシウム塩は、特に本発明の塗型剤組成物が水性である場合に、水に対する溶解度が、２５℃において、１ｇ／水１００ｍｌ以上、更に１０ｇ／水１００ｍｌ以上のものが、塗膜の表面強度の点で好ましい。

マグネシウム塩の組成物中の含有量は、耐火性骨材の合計１００重量部に対し、０．１〜４０重量部が好ましく、更に１〜３０重量部が好ましく、特に３〜１５重量部が好ましい。

本発明では、これらのマグネシウム塩を使用することにより、鋳型又は消失模型表面に塗布された塗型膜の硬度が極めて高くなり、また、鋳造時の高温に対する熱分解によるスス発生や焼着発生量を低減できるため、鋳物品質が改善できる。

本発明の塗型剤組成物に使用される耐火性骨材は塗型基材であり、鋳物と鋳型界面の焼着防止を主目的として用いられるものであり、シリカ、ジルコン、アルミナ、ムライト、クロマイト、マグネシア、黒耀石、黒鉛等の粉末（フラワー）が挙げられ、天然物や人工（合成）的に加工した骨材を用いることができる。また、耐火性骨材の粒度としては平均粒子径で２００μｍ以下、特に１〜１５０μｍが好ましいが、必要性に応じて平均粒子径が２００μｍ以上の耐火性骨材を用いても差し支えない。なお、本発明では、砂型用としては粒径１〜３０μｍの骨材が、また消失模型用としては粒径３０〜２００μｍの骨材が、それぞれ塗型剤組成物に使用される耐火性骨材中の５０重量％以上を占めることが好ましい。

本発明の鋳造用塗型剤組成物に使用される溶媒としては、水性、油性いずれでもよいが、水性が好ましい。水性塗型剤の場合は水が主溶媒となり、水が溶媒中５０〜１００重量％、好ましくは８０〜１００重量％、特には１００重量％使用され、他の成分として水溶性アルコール、好ましくは低級アルコール（後述のもの）が使用できる。油性塗型剤の場合は、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の低級アルコール系溶剤、キシレン、トルエン等の芳香族系溶剤、ミネラルスピリット等の炭化水素系溶剤が使用できる。好ましくは低級アルコール系溶剤であり、特にメタノールが好ましい。芳香族溶剤及び炭化水素系溶剤は補助溶剤として使用してもよい。いずれの場合も、溶媒の組成物中の含有量は、耐火性骨材の合計１００重量部に対し、１０〜２００重量部が好ましい。

更に、組成物に焼結剤を含有させることが好ましく、耐火性骨材粒子間の焼結作用により鋳造時における高温強度（熱間強度）が向上する。

焼結剤としては、従来から用いられるものとして、コロイドシリカやコロイドアルミナ或いはセピオライト、モンモリロナイト鉱物群であるベントナイト類、アタパルジャイト等が用いることができる。このうち性能或いは経済性からＮａベントナイトやＣａベントナイト、特にはＣａベントナイトが最も優れる。

焼結剤の組成物中の含有量は、耐火性骨材の合計１００重量部に対し、０．１〜３０重量部が好ましく、更に１〜１０重量部が好ましく、特に２〜８重量部が好ましい。

また、本発明の塗型剤組成物には粘結剤を併用することができる。水性塗型剤の粘結剤の代表的なものとして、有機物系では酢酸ビニルエマルジョン、デキストリン、ポリビニルアルコール、無機物系では水ガラス、コロイドシリカが挙げられる。また、アルコール系塗型剤では、アルコールに可溶もしくは分散する各種樹脂を添加するのが、塗膜強度の点から好ましい。いずれの場合も、粘結剤は、耐火性骨材１００重量部に対して１〜２０重量部、更に２〜１０重量部の比率で用いられることが好ましい。

また、塗型剤組成物のスラリーの沈降が問題となる場合は、増粘剤であるヒドロキシプロピルセルロースなどの高分子増粘剤を用いることができる。

また、本発明の塗型剤組成物は、アルミニウム、マグネシウム等の非鉄金属系鋳物や鋳鉄、鋳鋼の鉄系鋳物、或いは銅鋳物、或いはセラミックスを溶融したセラミクス鋳物やその他耐火物の鋳造に関して用いることができる。

また、消失模型鋳造法の発泡模型表面に本発明の塗型剤組成物を施し鉄系鋳物や非鉄系鋳物を製造することができる。

一般的に、塗型は最初に溶剤濃度が低く、固形分濃度の高い組成物（保存用組成物）としておき、使用時に更に適正なスラリー粘度、好ましくは１０〜１００ボーメに希釈して使用される。

実施例１〜５、比較例１
＜塗型剤組成物の調製＞
５Ｌボール内に耐火性骨材としてシリカ粉（平均粒子径５μｍ）８０重量部及び黒鉛（平均粒子径５０μｍ）２０重量部を投入し、続いて耐火性骨材１００重量部に対し、表１に示す重量部の硫酸マグネシウム・一水塩を投入し、更に耐火性骨材１００重量部に対し４０重量部の水を添加した後、カントーミキサーで１５分間混練し、表１に示すそれぞれの塗型剤組成物を得た。比較例１は硫酸マグネシウムを無添加とした以外は上記と同様にして塗型剤組成物を得た。

＜塗型膜硬度測定試験＞
５０ボーメに水希釈された塗型剤スラリーを、フラン鋳型表面に刷毛により塗布し、バーナー乾燥後、常温になった塗型膜の硬度を、鉛筆硬度で測定した。

＜砂型を用いた鋳物品質試験＞
フラン鋳型を用いて、横１５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×高１５０ｍｍの中子を有する横２００ｍｍ×幅２００ｍｍ×高２００ｍｍの鋳鉄鋳物（材質：ＦＣ−２５０、注湯温度１３８０℃、単重約３６ｋｇ）の鋳込み試験を行った。中子は、中子底面が鋳型底面の中央に面一に設置し、溶湯の受け口の開口面から鋳型底面までの距離は３００ｍｍとした。尚、中子の塗型剤は、表１の塗型剤組成物を水で５０ボーメに調整したものを刷毛塗布して、１５０℃×３０分乾燥したものを主型にセットした試験用鋳型として用いた。その際の、スス欠陥、ガス欠陥及び焼着欠陥を以下の方法で評価した。結果を表１に示す。

（１）スス欠陥試験評価
鋳造された鋳物の中子面及び主型面のスス欠陥状態を観察し、以下の基準で評価した。
◎：中子面及び主型面ともにスス欠陥が全くない
○：中子面及び主型面ともにススすす欠陥がほとんどない
△：中子面及び主型面ともにスス欠陥が少しある
×：中子面及び主型面ともにスス欠陥が多い

（２）ガス欠陥試験評価
鋳造された鋳物の中子面及び主型面のガス欠陥状態を観察し、以下の基準で評価した。
◎：中子面及び主型面ともにガス欠陥が全くない
○：中子面及び主型面ともにガス欠陥がほとんどない
△：中子面及び主型面ともにガス欠陥が少しある
×：中子面及び主型面ともにガス欠陥が多い

（３）焼着欠陥試験評価
鋳造された鋳物の中子面及び主型面の焼着欠陥状態を観察し、以下の基準で評価した。
◎：中子面及び主型面ともに焼着欠陥が全くない
○：中子面及び主型面ともに焼着欠陥がほとんどない
△：中子面及び主型面ともに焼着欠陥が少しある
×：中子面及び主型面ともに焼着欠陥が多い

実施例６〜１１、比較例２〜４
５Ｌボール内に耐火性骨材としてシリカ粉（平均粒子径５μｍ）８０重量部及び黒鉛（平均粒子径５０μｍ）２０重量部を投入し、続いて耐火性骨材１００重量部に対し、表２に示すマグネシウム塩を５重量部投入し、続いて耐火性骨材１００重量部に対し、表２に示す焼結剤を３重量部投入し、更に耐火性骨材１００重量部に対し４０重量部の水を添加した後、カントーミキサーで１５分間混練し、表２に示すそれぞれの塗型剤組成物を得た。比較例２は粘結剤として酢酸ビニルエマルジョン（表２の重量部は固形分換算）を、比較例３は粘結剤として２号水ガラス（表２の重量部は固形分換算）を、比較例４は粘結剤として硫酸カルシウムを用い、比較例２〜４の焼結剤はＮａベントナイトを用いた以外は上記と同様にして塗型剤組成物を得た。

得られた塗型剤組成物について実施例１等と同様の評価を行った。結果を表２に示す。

実施例１２〜１３、比較例５
＜塗型剤組成物の調製＞
５Ｌボール内に耐火性骨材として黒耀石粉（平均粒子径９５μｍ）８０重量部及び黒鉛（平均粒子径３０μｍ）２０重量部、耐火性骨材１００重量部に対し硫酸マグネシウム・一水塩５重量部を投入し、続いて耐火性骨材１００重量部に対し、表３に示す焼結剤３重量部を添加し、更に耐火性骨材１００重量部に対し、４０重量部の水を添加した後、カントーミキサーで１５分間混練し、表３に示す塗型剤組成物を得た。比較例５はマグネシウム塩の代わりに酢酸ビニルエマルジョン（表３中の重量部は固形分換算）及び焼結剤としてＮａベントナイトを用いた以外は上記と同様にして塗型剤組成物を得た。

＜発泡模型を用いた鋳物品質試験＞
模型の外側サイズとして横２００ｍｍ×幅２００ｍｍ×高２００ｍｍ、中空部の大きさを横１５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×高１５０ｍｍとなるような凹形状（凹部は外側面の中央に形成される）の発泡倍率５０倍の発泡ポリスチレン模型を作製し、表３の塗型剤組成物を７０ボーメに調整し刷毛塗布を行い、乾燥温度５０℃×１時間乾燥したものをフラン鋳型に埋設し、実施例１等と同サイズの鋳物形状となるように消失模型鋳造法で鋳造し鋳物を得た。その際、発泡ポリスチレン模型に塗布した塗型膜の硬度、スス欠陥、ガス欠陥及び焼着欠陥を実施例１等と同様に評価した。結果を表３に示す。

Claims (3)

1. 耐火性骨材、及び硫酸マグネシウムを含有する鋳造用水性塗型剤組成物。
2. 耐火性骨材１００重量部に対する硫酸マグネシウムの比率が０．１〜４０重量部である請求項１記載の鋳造用水性塗型剤組成物。
3. 溶媒を含有し、溶媒中、水の割合が５０〜１００重量％である請求項１又は２記載の鋳造用水性塗型剤組成物。