JP5013349B2 - 超硬合金の鋳ぐるみ方法 - Google Patents

Description

本発明は主としてハイクロム鋳鉄からなる耐摩耗ライナの摩耗寿命を向上させる目的として、機械加工用刃物として使用されている真空薄膜付き超硬合金をハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法に関する。機械加工用の刃物として使用される超硬合金は使用後は廃棄されるケースが多く、高価なＷ、Ｃｏ、Ｎｉを大量に含有した超硬合金の再利用方法の開発が望まれていた。

従来、耐摩耗性が要求される設備の摩耗対策としては鋳造製の耐摩耗ライナ、硬化肉盛溶接や溶射による被覆あるいは超硬合金やセラミックス板のライニング施工が採用されている。硬化肉盛溶接や溶射による被覆は硬度が高く耐摩耗性に優れているが割れや剥離の欠点があるため被覆層を厚くできない問題がある。超硬合金は靭性が低く割損しやすい問題がある。またロウ付けや接着により施工するため剥離しやすい問題がある。鋳造製耐摩耗ライナとして優れているハイクロムライナは比較的厚く製造できるので摩耗に対する寿命が長く衝撃にも強いことから多くの設備に多用されている。しかしながら、ハイクロムライナは超硬合金に比べると摩耗寿命が短い。摩耗寿命を延長するためにはある程度厚みを厚くする必要があり高価な材料を大量に使用するためコストが高くなっている。またその分、重量が重たくなり現場での取り付け作業に多くの労力と時間を要していた。

ハイクロム鋳鉄の寿命を延長するには厚みを厚くする方法が主流であるが重量が重たくなるとともにＣｒなどの素材費が高価なこともありコスト高となっている。そのため超硬合金をハイクロム鋳鉄と一緒に鋳ぐるみ、超硬合金との複合体にする方法が提案されている。しかし、超硬合金は高価でありコスト高となるうえにハイクロム鋳鉄などとの接合が不十分な場合、超硬合金が脱落して最後まで超硬合金寿命を享受できないなどの問題があった。一方機械加工用の使用済みチップを回収した回収超硬チップは安価であるものの、回収超硬チップの表面にはＴｉＡＬＮなどの各種真空薄膜が処理してありハイクロム鋳鉄との接合が困難であるため鋳ぐるみ材料としてはほとんど使用されていなかった。

特許文献１においては、母材表面の所定の部位に耐摩耗材を鋳ぐるみによって溶着した鋳造複合材において、前記母材表面の所定部位には、前記耐摩耗材で形成された粒状体が母材を覆うように並べられて粒状体層が形成されており、前記耐摩耗材で形成された柱状体が、所定の間隔で前記粒状体層から母材へ埋め込まれていることを特徴とする鋳造複合材が提案されている。

特許文献２においては、超硬合金チップ、サーメットチップと高クロム鋳鉄との間の結合強度（界面接合力）を向上させるために、超硬合金チップ、サーメットチップの表面に鑞付け層を形成する材質として、無電解Ｎｉ−Ｐ鍍金を採用する方法が提案されている。

特許文献３においては、鋳造によって硬質層としての超硬粒子を鋳物で一体に成型して成る耐摩耗用焼結体において、該超硬粒子を多角形とし、かつ辺部に凹部を設けた事を特徴とする耐摩耗用焼結体が提案されている。

２００９−６３４７号広報「鋳造複合材」 ２００１−９６１８２号広報「鋳ぐるみ蝋付け法」 Ｈ６−３３１８２号広報「耐摩耗用焼結体及びその製造方法」 特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」 特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスと製造装置」 特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスと製造装置」 特開２００９−２５５１０５号広報「気化装置」

特許文献１の方法における問題点は、耐摩耗材で形成された粒状体の表面処理をしないままにハイクロム鋳鉄中に鋳込むことからハイクロム鋳鉄との接合性が悪く粒状体が剥離してしまうことである。

特許文献２の方法における問題点は、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ（カニゼンメッキ）を回収超硬合金チップに施す前に表面の真空薄膜などを複雑な工程を経て処理しなければならず多大な手間と費用を要していることである。また、フラックスの耐熱性をアップするために金属ホウ素を含有したフラックスが提示されているが金属ホウ素の融点は２３００℃であり１４００〜１４５０℃で鋳込むハイクロム鋳鉄においては十分なフラックス機能を果たすことができなかった。このため、超硬合金とハイクロム鋳鉄の境界には酸化物が生じてしまうために拡散接合できていなかった。

特許文献３の方法における問題点は、超硬粒子を多角形とし、かつ辺部に凹部を設けてハイクロム鋳鉄が冷却するときの収縮力で機械的に接合する方法があるが、超硬粒子とハイクロム鋳鉄はほとんど接合されておらず周辺のハイクロム鋳鉄が摩耗するにつれて超硬粒子を保持できなくなり超硬粒子が脱落することである。

以上のように超硬合金とハイクロム鋳鉄を鋳込む場合は超硬合金表面にカニゼンメッキして超硬合金とハイクロム鋳鉄の接合面に合金層を形成するかあるいは超硬合金を凹凸のある形状にしてハイクロム鋳鉄が収縮する際の機械的な収縮力で超硬合金を保持する接合方法が採用されている。超硬合金にカニゼンメッキを施しハイクロム鋳鉄との合金層を形成するのが最も信頼性の高い接合方法であるが、カニゼンメッキを保護するフラックスに問題があり完全な接合はできていなかった。すなわち、超硬合金をハイクロム鋳鉄と強固に接合するにはカーケンドール効果によりハイクロム鋳鉄と超硬合金の接合面に分子拡散層を形成するフラックスが必要である。また、回収超硬合金チップをハイクロム鋳鉄に鋳込む場合は、回収超硬合金チップにカニゼンメッキを施すために真空薄膜などのコーティングを除去しなければならない問題がある。真空薄膜は機械的なブラスト処理や化学処理が必要であり多大のコストや手間を要していた。このため、コーティングを除去せずに信頼性の高いカニゼンメッキをする方法が求められていた。本発明が解決しようとする課題は、超硬合金をハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、超硬合金の真空薄膜を除去することなく、真空薄膜の上に銅メッキを施して鋳ぐるみすることによりハイクロム鋳鉄との完全な接合体を具現化することである。回収超硬チップの真空薄膜の上に銅メッキができればカニゼンメッキしなくても直接回収超硬チップとハイクロム鋳鉄との鋳込みが可能である。

第１の解決手段は特許請求項１に示すように、超硬合金をハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、前記超硬合金の表面に銅メッキを施し、該銅メッキの上に少なくとも複数のフッ化物とホウ化物を溶媒に溶解して生成した液体フラックスを塗布し、該液体フラックスを乾燥せしめてフラックス結晶を生成せしめて、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみするハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第２の解決手段は特許請求項２に示すように、前記銅メッキのメッキ浴はホウ酸水溶液とフッ化水素と銅からなるホウフッ化銅浴であり、該ホウフッ化銅浴に前記フッ化水素を連続的に添加しながら電気メッキするハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第３の解決手段は特許請求項３に示すように、前記銅メッキした前記超硬合金の上にマンガンメッキもしくはカニゼンメッキもしくはマンガンメッキとカニゼンメッキを施すハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第４の解決手段は特許請求項４に示すように、前記液体フラックスは、クリオライト（３ＮａＦＡｌＦ３）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、フッ化カリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）をアルコールやアセトンなどの溶媒に５ｗｔ％以上溶解して生成したものであるハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第５の解決手段は特許請求項５に示すように、前記鋳型の表面には前記液体フラックスを混合した塗型剤が塗布してあり、前記鋳型の空隙部には前記液体フラックスを気化せしめた前記気化フラックスを注入しているハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第６の解決手段は特許請求項６に示すように、前記塗型剤に混合する前記液体フラックスはホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ケイフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ３）、ホウ弗化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）をアルコールやアセトンの溶媒に５ｗｔ％以上溶解したものであるハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第７の解決手段は特許請求項７に示すように、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、前記超硬合金に貫通孔を設け、該貫通孔に串を通して複数の前記超硬合金を連結し、前記串を適宜間隔にて支持体で支持し、該支持体を基材３０に取り付けてモジュール化し、該モジュール全体を液体フラックスでコーティングせしめて鋳型にセットして鋳込むハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第８の解決手段は特許請求項８に示すように、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、前記基材に垂直もしくは斜め溝を形成し、該溝に前記超硬合金を差し込んで固定するハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第９の解決手段は特許請求項９に示すように、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、前記超硬合金の前記貫通孔に頭付きピンを貫通せしめて、該頭付きピンを鋳型底に突き刺して固定し、前記ピンを前記基材に固定するハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第１０の解決手段は特許請求項１０に示すように、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、前記超硬合金を金網に配列収納し、前記金網を前記鋳型に配設してハイクロム鋳鉄と鋳込むハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法である。

第１１の解決手段は特許請求項１１に示すように、前記超硬合金に銅メッキし、もしくは該銅メッキの上にマンガンメッキもしくはカニゼンメッキもしくはマンガンメッキとカニゼンメッキをした後、前記超硬合金をモジュール化し、該モジュールを前記液体フラックスに浸漬して前記液体フラックスを塗布し、前記液体フラックスを乾燥させてフラックス結晶を析出させた後、前記モジュールを前記鋳型にセットして前記ハイクロム鋳鉄と鋳込んだ耐摩耗ライナである。

第１の解決手段による効果は、（１）ハイクロム鋳鉄と超硬合金を液体フラックスの有する清浄作用、酸化防止作用、表面張力除去作用の機能により、ハイクロム鋳鉄と銅メッキ、ハイクロム鋳鉄とマンガンメッキ、ハイクロム鋳鉄とカニゼンメッキの間にカーケンドール効果を生じさせて拡散接合できる、（２）ハイクロム鋳鉄と超硬合金が一体化するので超硬合金がハイクロム鋳鉄から脱落しない、（３）耐摩耗ライナとしてのハイクロム鋳鉄の摩耗寿命を延長できることである。

第２の解決手段による効果は、回収超硬チップのように表面に真空薄膜などのコーティング材がある場合でも、コーティング材を剥ぐことなくコーティング材の上に直接銅メッキができることである。

第３の解決手段による効果は、マンガンメッキのマンガン（Ｍｎ）とカニゼンメッキのリン（Ｐ）が還元作用を助ける効果があり、カーケンドール効果が生じやすくなること及びカニゼンメッキのニッケル（Ｎｉ）がロウ材となり超硬合金とハイクロム鋳鉄をロウ付けすることである。

第４の解決手段による効果は、液体フラックスの有する清浄作用、酸化防止作用、表面張力除去作用の機能により、銅メッキカニゼンメッキとハイクロム鋳鉄の間にカーケンドール効果による拡散接合ができることである。

第５の解決手段による効果は、（１）液体フラックスを気化せしめた気化フラックスを前もって鋳型中に圧入することによりポーラス空間の水分や水素を除去できる、（２）気化フラックス及び塗布した液体フラックスは溶媒中の炭化水素により急熱されることで鋳型内の水分を還元して分子ガスに変えかつ生砂中にホウ酸ガラスを生成させるため溶湯接触部のピンホール、鋳巣、引けなどを防止できる、（３）塗型剤中のＦｅ２Ｏ３、ＫＭｎＯ２などの添加物は低融点反応剤としては弱いのでこれをカバーするために塩基性の液体フラックスを入れることで、鋳型表面に乾燥して張り付いた液体フラックス（溶媒は蒸発して個体部分だけが残存している状態）と鋳型に圧入した気化フラックスにより激しい酸化還元作用が生じ短時間で回収超硬チップとハイクロム鋳鉄の接合反応を完了できることである。

第６の解決手段による効果は、超硬合金とハイクロム鋳鉄のロウ付け接合に適した液体フラックスを生成することにより、（１）ハイクロム鋳鉄と超硬合金を液体フラックスの有する清浄作用、酸化防止作用、表面張力除去作用の機能により、ハイクロム鋳鉄と銅メッキ、ハイクロム鋳鉄とマンガンメッキ、ハイクロム鋳鉄とカニゼンメッキの間にカーケンドール効果を生じさせて拡散接合できることである。

第７の解決手段による効果は、（１）ハイクロム鋳鉄に比べて比重の大きな超硬合金の浮き上がりを防止して、ハイクロム鋳鉄の中に超硬合金を設計通り配置できる、（２）超硬合金を串刺しにして束ねているので衝撃に強い耐摩耗ライナを製造できることである。

第８の解決手段による効果は、（１）ハイクロム鋳鉄に比べて比重の大きな超硬合金の浮き上がりを防止して、ハイクロム鋳鉄の中に超硬合金を設計通り配置できる、（２）超硬合金をハイクロム鋳鉄の中に壁状に並べているので摩耗と衝撃に強い耐摩耗ライナを製造できることである。

第９の解決手段による効果は、（１）ハイクロム鋳鉄に比べて比重の大きな超硬合金の浮き上がりを防止して、ハイクロム鋳鉄の中に超硬合金を設計通り配置できる、（２）超硬合金をハイクロム鋳鉄の表面に平面的に並べることができるので面積の広い耐摩耗ライナを製造できることである。

第１０の解決手段による効果は、（１）ハイクロム鋳鉄に比べて比重の大きな超硬合金の浮き上がりを防止して、ハイクロム鋳鉄の中に超硬合金を設計通り配置できる、（２）超硬合金をハイクロム鋳鉄の表面に平面的に並べることができるので面積の広い耐摩耗ライナを製造できる、（３）金網の網目を通してハイクロム鋳鉄の溶湯が超硬合金の間に流入しやすいことである。

第１１の解決手段による効果は、ハイクロム鋳鉄と超硬合金を銅やマンガンやニッケルによってロウ付けした耐摩耗ライナの提供である。ハイクロム鋳鉄と超硬合金がカーケンドール効果によって一体的に接合しているので超硬合金がハイクロム鋳鉄から剥離する問題を解消したことである。

超硬合金の鋳ぐるみ前の断面図 超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみ断面図 超硬合金の鋳ぐるみ前の断面図 フラックス結晶のモデル図 超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみ断面図 超硬合金の鋳ぐるみ前の断面図 超硬合金とハイクロム鋳鉄の鋳ぐるみ断面図 超硬合金の鋳ぐるみ前の断面図

以下、本発明の実施の形態を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８に基づいて説明する。

第１の解決手段は、超硬合金１０をハイクロム鋳鉄２０に鋳ぐるみする方法において、前記超硬合金１０の表面に銅メッキ１２を施し、該銅メッキ１２の上に少なくとも複数のフッ化物とホウ化物を溶媒に溶解して生成した液体フラックス１５を塗布し、該液体フラックス１５を乾燥せしめてフラックス結晶１５を生成せしめて、前記超硬合金１０を前記ハイクロム鋳鉄２０に鋳ぐるみするハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

中央部に貫通孔（図示せず）を設けた超硬合金１０の鋳込みを例に挙げて説明する。図１において、超硬合金の貫通孔に串３２を通して複数の超硬合金１０を連結する。串３２を適宜間隔にて支持体３１で支持する。支持体３１を基材３０に溶接する。ハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の接触面積を大きくして接合性を強固にするために、超硬合金１０同士間にはスペーサ３３を配設して隙間ができるようにしている。超硬合金１０、基材３０、支持体３１、串３２、スペーサ３３は一体のモジュール６０となっている。モジュール６０化することにより超硬合金１０を鋳型４０内に設計通り配設できる。ハイクロム鋳鉄２０の溶湯はフィルタ５０を経由して鋳型４０に注がれる。基材３０は熱歪を考慮してあらかじめ鋳型４０の内側に向けて反らせておくのがよい。図２はハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０からなる耐摩耗ライナ７０である。基材３０の材質はハイクロム鋳鉄などの鋳鉄材、鋳鋼材、ＳＳ４００などの炭素鋼材、ＳＵＳ材などの金属材料が使用できる。支持体３１、串３２、スペーサ３３は炭素鋼材、ＳＵＳなどが使用できる。フィルタ５０材質はセラミックスなどが使用できる。

超硬合金１０は、タングステンカーバイト（ＷＣ）、ＭｏＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣなどの複合炭化物をＮｉやＣｏにて粒子間結合させたものである。超硬合金１０からなる工具表面には窒化チタン（ＴｉＮ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、チタンアルミナイトライド（ＴｉＡＬＮ）、アルミクロムナイトライド（ＡＬＣｒＮ）などの硬質物質を化学気相成長（ＣＶＤ）や物理気相成長（ＰＶＤ）した切削工具が主流になりつつある。

ハイクロム鋳鉄２０の化学成分は一般的に重量％で、Ｃ:２．５〜３．５％、Ｓｉ:０．３〜０．５％、 Ｍｎ:０．４〜０．６、Ｐ: ０．０２以下、Ｓ: ０．０２以下、Ｃｒ:２４〜２８、Ｎｉ:ｍａｘ２％、 残Ｆｅであり、炭化クロムＣｒ２Ｃ７を主力としている。用途に応じてＭｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、ＡＬなどを添加する場合がある。

従来のハイクロム鋳鉄２０の化学成分を基本にして、これに炭化物を形成する元素を添加してハイクロム鋳鉄２０の硬度向上を図ることも可能である。従来の主成分である炭化クロム（Ｃｒ２Ｃ７）に加えて、炭化ニオブ（ＮｂＣ２）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）などの炭化物を析出させた組織構造とすることによりハイクロム鋳鉄２０の硬度はＨｖ９００〜１２００を実現できる。添加元素の内、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏは硬度向上の他に結晶微細化剤としての働きもある。ハイクロム鋳鉄２０は急熱急冷すると針状炭化物となるため割れやすいがＴｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｍｏなどの結晶微細化を促進する元素を添加することにより、マルテンサイトやセメンタイト中にセミオーステナイトが生まれるので緩衝材の役割を果たし割れにくくなる。硬度向上のための主な炭化物はＣｒ２Ｃ７、ＮｂＣ２、ＷＣでありこれらがハイクロム鋳鉄２０中の炭化物の９５％程度を占めている。ハイクロム鋳鉄２０に各種炭化物形成元素を添加すると超硬合金１０との接合性が低下したりクラックが入りやすくなったりするなどの問題があったが、銅メッキ１２への液体フラックス１５塗布によりこれらの問題を解決できた。

ハイクロム鋳鉄２０の品質を確保するには溶湯の流動性をよくする必要があり、ジルコニアレンガの最大耐熱温度である１６００±５０℃近辺まで溶湯温度を上げて鋳込むのが望ましい。超硬合金１０は冷やし金として作用するので溶湯の急冷を緩和するために通常の鋳込みよりも溶湯温度は１００℃程度高くする。このためフラックスも１６５０〜１７５０℃の温度範囲において酸化防止や清浄作用の効果を発揮する必要がある。フラックスとして一般に使用されているケイ酸ソーダ（Ｎａ２ＳｉＯ３）の使用限界は最大１２００〜１４００℃であり、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）は８００〜１０００℃である。従って従来のフラックスは１４００℃が限界でありハイクロム鋳鉄用２０のフラックスとして必ずしも最良のものではない。本発明で使用する液体フラックス１５（フラックス結晶１５）は２００〜３００℃の低温域から１６５０〜１７５０℃の高温域までをカバーする幅広い温度範囲で機能を発揮するものである。

本発明による液体フラックス１５及び気化フラックスは、本発明者が発明した特開２００９−０９０３６８号広報「ガス切断用気化フラックス」（特許文献１）、特開２００９−２９７７８２号広報「液体フラックスの製造方法及びその装置」（特許文献２）、特開２０１０−１００４４１号広報「液体フラックスの製造方法と製造装置及び液体フラックス」（特許文献３）、特開２００９−２５５１０５号広報「気化装置」（特許文献４）よって製造することができる。少なくとも複数のフッ化物とホウ化物をアルコールやアセトンなどの溶媒に溶解して生成したものである。フッ化物とホウ化物は必須材料でありこの他に用途に応じて種々の化合物を配合できる。

ホウ化物はホウ素とそれより電気陰性度が小さい元素との間の化合物の総称である。例えば、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、酸化ホウ素（Ｂ２ＯＢ）、ホウ酸トリメチール（（ＣＨ３Ｏ）３Ｂ）、ホウ酸カリウム（Ｋ２Ｂ４Ｏ７）、ホウフッ化水素酸（ＨＢＦ４）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、ホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）などがありハイクロム鋳鉄の成分、鋳込み温度になどの条件に応じて選択することができる。

フッ化物は例えば、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、四フッ化珪素（ＳｉＦ４）、酸性フッ化ナトリウム（ＮａＨＦ２）、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）、ホウフッ化アンモニウム（ＮＨ４ＢＦ４）、テトラフルオロホウ酸（ＨＢＦ４）、ケイフッ化カリウム（Ｋ２ＳｉＦ６）、フッ化アルミナトリウム（液晶石、Ｎａ３ＡＬＦ６）、フッ化アルミカリウム（カリ永晶石、Ｋ３ＡＬＦ６）、ヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＨＦ６）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＨＦ６）などがありハイクロム鋳鉄の成分、鋳込み温度になどの条件に応じて選択することができる。フッ化物とホウ化物の共通の化合物であるホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）やホウフッ化ナトリウム（ＮａＢＦ４）はそれぞれのフッ化物とホウ化物の両方で例示した。

ハイクロム鋳鉄２０の溶湯は徐冷中の１０００〜１１００℃の温度領域で銅メッキ１２と液体フラックス１５の相互作用により超硬合金１０と溶着する。液体フラックス１５は鋳型４０の予熱時に焼成され溶媒は消失するが銅メッキ１２に固着したフラックス結晶１５（残留成分）は薄いフィルム状のフラックス膜となりハイクロム鋳鉄２０溶湯の表面張力除去、清浄作用、酸化防止作用により鋳ぐるみロウ付けを可能にする。

超硬合金１０表面には液体フラックス１５塗布後、アルコール分が蒸発して均一に０．１ｍｍ程度のフラックス結晶１５（液体フラックス１５）が析出する。液体フラックス１５中には複数の電解質がアルコール中最大３０ｗｔ％濃度にて溶解しているためである。鋳ぐるみ母材となる超硬合金１０はモジュール６０化するため熱容量が大きくなることから鋳込み前にあらかじめ２００〜３００℃程度に予熱する。超硬合金１０が冷やし金となって溶湯が固まるのを防ぐためである。液体フラックス１５は、乾燥後溶媒が蒸発してフラックス結晶１５となっている。このフラックス結晶１５を２００〜３００℃にて予熱するとガラス状に固まり強固に超硬合金１０に張り付いて剥離しない。フラックス結晶１５はガラス状に固まることで１４００〜１４５０℃の溶湯が鋳型に流れ込んできても超硬合金１０に張り付いたまま剥離しない。即ち、液体フラックス１５はフラックスとしての機能を果たすために２００〜１４５０℃までの温度範囲で超硬合金１０に張り付く機能が必要である。液体フラックス１５の役割は、（１）超硬合金１０表面の酸化物を除去し清浄作用を有すること、（２）銅メッキ１２のロウ付け温度（１０８６℃）まで活性化を保持できること、（３）ロウ付けの流動性と拡延性を保持することである。これら条件が満たされることにより、１４００〜１４５０℃のハイクロム鋳鉄２０溶湯を流し込んだときに超硬合金１０表面のフラックス結晶１５がフラックス機能を発揮し、一瞬にしてハイクロム鋳鉄２０の表面張力を破り安定して銅メッキ１２とロウ付け接合することが可能となる。

第２の解決手段は、前記銅メッキ１２のメッキ浴はホウ酸水溶液とフッ化水素と銅からなるホウフッ化銅浴であり、該ホウフッ化銅浴に前記フッ化水素を連続的に添加しながら電気メッキするハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

銅メッキ浴は硫酸銅浴、ピロリン酸銅浴、シアン化銅浴、ホウフッ化銅浴があるが、ホウフッ化銅浴は安定剤が不要であり温度調整範囲が広いので作業性に優れている。ホウフッ化銅（Ｃｕ（ＢＦ４）２）はホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）水溶液に銅粉を混入した液体にフッ化水素を吹き込んで生成する。反応式はＣｕ（銅粉）＋２Ｈ３ＢＯ３（ホウ酸）＋８ＨＦ（フッ化水素）→Ｃｕ（ＢＦ４）２＋６Ｈ２Ｏ＋２Ｈとなる。銅メッキ１２の電流密度は６〜３０Ａ／ｄｍ２とする。電圧は３〜１２Ｖとする。

１０ｗｔ％濃度のフッ化水素液をホウフッ化浴に連続的に添加する。フッ化水素はＰＨ１の強酸である。フッ化水素をホウフッ化浴に連続的に添加する理由は、超硬合金１０の真空薄膜１１を連続的にフッ化水素の泡衝撃と強酸で酸洗いをするためである。ホウフッ化浴中のフッ化水素とホウ酸の作用で真空薄膜１１を剥ぐことなく真空薄膜１１上に銅メッキ１２が可能となる。銅メッキ１２する前に超硬チップを５０〜８０℃の苛性ソーダ（ＮａＯＨ、ＰＨ２）で脱脂する。銅メッキ完了後は、使用済みのホウフッ化浴と苛性ソーダを混合することにより中和することができるので排水処理も簡単である。

ハイクロム鋳鉄２０に超硬合金１０を鋳込んだ耐摩耗ライナ７０は従来のハイクロム鋳鉄単品ライナと比較すると３〜１０倍の長寿命品となるが、ハイクロム鋳鉄２０に鋳込むための超硬合金１０を新規製作するのはコスト高となる。コストを低減するには回収超硬チップ１０を再利用する方法が最良である。しかしながら回収超硬チップ１０の表面には硬い真空薄膜１１が０．０３〜０．０５ｍｍ程度の厚みでコーティングされているためこの膜を剥離するか特殊な前処理と下地メッキしないことには銅メッキ１２を強力に付着させることは不可能であった。回収超硬チップ１０は旋盤、フライス、中グリ盤、プラノミラー、セーパーと重衝の重摩耗が刃先にかかるため非常に複雑な切削逃げ角度がついており、機種に沿った複雑な刃物形状をしている。回収超硬チップ１０には高硬度材質の真空薄膜１１がＣＶＤ、ＰＶＤ、またはＡＩＰなどによる真空薄膜処理にて形成されている。これらの真空薄膜１１は回収超硬チップ１０とハイクロム鋳鉄２０の間の相互拡散を抑制するため、回収超硬チップ１０とハイクロム鋳鉄２０との間には相互拡散層に基づく強固な接合は生じないことになり、回収超硬チップ１０を単純に鋳ぐるむだけでは回収超硬チップ１０はハイクロム鋳鉄２０の凝固収縮時の収縮応力で機械的に保持されるだけとなる。真空薄膜１１の上に直接銅メッキ１２しても付着強度が弱く、急加熱するだけで剥離してしまう。

特開２００１−９６１８２号広報では回収超硬チップ１０の表面に特殊な前処理と下地メッキを経てカニゼンメッキ１４をする方法が開示されている。この方法は工程が多く複雑であり高コストであった。銅メッキ１２を回収超硬チップ１０上に強固にコーティングするにはあらかじめ真空薄膜１１を除去する必要があった。真空薄膜１１の除去方法は機械的にはバレルサンドショットがある。化学処理としてはアルカリ溶液（例えばＮａＯＨの１５〜２０％溶液など）中で３０〜６０分間、１００℃に加熱した後過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を注入してバッハ効果による衝撃波を数回繰り返す方法がある。真空薄膜１１がチタンベースの場合、ＴｉＮ（Ｈｖ２５００）、ＴｉＣ（Ｈｖ３０００）はＮａＯＨなどによるアルカリ溶解も可能であるが、中間層にＣｒ―Ｎ（Ｈｖ１８００）、ＴｉＡＬＮ（Ｈｖ３０００）などがコーティングされているとアルカリ溶解では除去できない。また、ＰＶＤ（物理蒸着）による真空薄膜１１は除去しやすいが、回収超硬チップ１０の真空薄膜１１は大部分ＣＶＤ（真空化学蒸着）によってコーティングされている。従ってＮａＯＨによる溶解だけでは除去できず手間のかかる機械的な除去工程が不可欠であった。しかも、ブラストによる真空薄膜１１除去費用は高額なので、通常はまずアルカリによる溶解工程を経て残存した真空薄膜１１をブラスト処理するという２回の除去工程をとっていた。回収超硬チップ１０は小物のためバレル回転装置内でブラストしているが、バレル自体の鋼の摩耗も大きく手間のかかる大仕事であった。回収超硬チップ１０は真空薄膜１１を剥離しない限り銅メッキ１２の付着力は小さい。回収超硬チップ１０の再利用が進んでいないのは真空薄膜１１の剥離技術が無かったことや真空薄膜１１の上に直接強固な銅メッキ１２ができなかったからである。

第３の解決手段は、前記銅メッキ１２した前記超硬合金の上にマンガンメッキ１３もしくはカニゼンメッキ１４もしくはマンガンメッキ１３とカニゼンメッキ１４を施すハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

本手段は、超硬合金１０に銅メッキ１２を施し、銅メッキ１２の上にマンガンメッキ１３を施し、マンガンメッキ１３の上にカニゼンメッキ１４を施し、カニゼンメッキ１４の上に液体フラックス１５を塗布して、ハイクロム鋳鉄２０と鋳ぐるみするものである。回収超硬チップ１０の表面に施されている真空薄膜１１を除去することなくハイクロム鋳鉄２０に鋳ぐるみ、ハイクロム鋳鉄２０と回収超硬チップ１０の良好な接合を実現するものである。

本発明の主着目点は液体フラックス１５の溶媒を蒸発させて均一なフィルム状のフラックス結晶１５にして、その中に均一にフラックス機能を持たせたことにある。フラックス結晶１５は酸化防止機能、清浄機能、表面張力除去機能を有する個別の化合物を一旦溶媒に溶解し再び析出させたものである。フラックス結晶１５の作用によりハイクロム鋳鉄２０と銅メッキ１２、ハイクロム鋳鉄２０とマンガンメッキ１３、ハイクロム鋳鉄２０とカニゼンメッキ１４の境界面に円滑にカーケンドール効果を生じさせることができるので、銅メッキ１２、マンガンメッキ１３、カニゼンメッキ１４をロウ材として超硬合金１０とハイクロム鋳鉄２０の拡散接合が可能になった。

図３によりメッキの概要を示す。超硬合金１０の表面に銅メッキ１２を施し、銅メッキ１２の上にマンガンメッキ１３を施し、マンガンメッキ１３の上にカニゼンメッキ１４（無電解Ｎｉ−Ｐメッキ１４）を施し、カニゼンメッキ１４の上に液体フラックス１５（フラックス結晶１５）を塗布している。超硬合金１０が回収超硬チップ１０の場合は真空薄膜１１を剥がずに直接真空薄膜１１上に銅メッキ１２、マンガンメッキ１３、カニゼンメッキ１４を施す。液体フラックス１５の還元作用、清浄作用、表面張力除去効果により、カーケンドール効果が生まれ一瞬にしてハイクロム鋳鉄２０溶湯と超硬合金１０の鋳ぐるみが完了する。カニゼンメッキ１４のＮｉは回収超硬チップ１０の銅メッキ１２及びハイクロム鋳鉄２０の溶湯とＮｉの合金層を作り溶着する。マンガンメッキ１３中のマンガンは酸化マンガン（ＭｎＯ２）として還元作用を発揮する。カニゼンメッキ１５中のリンは五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）として還元作用を発揮する。リン（Ｐ）とマンガン（Ｍｎ）の還元反応で超硬合金１０をハイクロム鋳鉄２０に完全ロウ付けの状態で鋳込むことができる。

硝酸マンガン（２）六水和物（Ｈ１２ＭｎＮ２Ｏ１２）や硫酸マンガン（２）五水和物（Ｈ１０ＭｎＯ９Ｓ）の溶液によりマンガンメッキ１３は可能である。

本発明は、超硬合金１０の表面に少なくとも銅メッキ１２を施した後にマンガンメッキ１３もしくはカニゼンメッキ１４もしくはマンガンメッキ１３とカニゼンメッキ１４を施し、カニゼンメッキ１４の上に液体フラックス１５を塗布してハイクロム鋳鉄２０と鋳込むものである。液体フラックス１５は超硬合金１０に塗布後すぐに溶媒が蒸発するのでフラックス結晶１５が残る。超硬合金１０とハイクロム鋳鉄２０の中間にカニゼンメッキ（無電解Ｎｉ−Ｐメッキ）１４と液体フラックス１５の残留物であるフラックス結晶１５を存在させることでハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０との間にロウ付け接合面が形成され接合強度が向上する。超硬合金１０とカニゼンメッキ１４の間に銅メッキ１２する理由は、ハイクロム鋳鉄２０と銅メッキ１２の拡散接合強度が高いからである。また、本発明による銅メッキ１２方法によれば、真空薄膜１１の有無に関わらず超硬合金１０に強固に銅メッキ１２できるからである。

液体フラックス１５は酸化防止作用、清浄作用、表面張力除去作用があり、このフラックス機能を利用することにより銅メッキ１２、マンガンメッキ１３、カニゼンメッキ１３とハイクロム鋳鉄２０のロウ付けは可能になる。鋳ぐるみ専用のフラックスとして液体フラックス１５を塗布し、液体フラックス１５を乾燥させた際のフラックス結晶１５の厚み０．１±０．０５ｍｍを目標に均一に薄く塗布する。この厚みは液体フラックス１５の濃度を３０ｗｔ％程度にすれば可能である。本発明者はすでに常温で３０ｗｔ％濃度の液体フラックス１５製造方法を具現化した。

銅メッキ１２、マンガンメッキ１３、カニゼンメッキ１３の上に液体フラックス１５を塗布する。液体フラックス１５の塗布厚みは乾燥後のフラックス結晶１５厚みにおいて、０．１±０．０５ｍｍが望ましい。

特開２００１−９６１８２号広報では超硬合金１０にカニゼンメッキ１４を施し、このカニゼンメッキ１４の上にホウ酸、ホウ砂、フッ化物、金属ホウ素１〜２ｗｔ％を含有するフラックスを塗布してハイクロム鋳鉄２０と鋳込む方法が提案されている。従来のフラックスは複数の化合物を単純に混合しただけのものであり、フラックス化合物は化合物単体毎にカニゼンメッキ１４の上にまばらに分布しているのに対して、液体フラックス１５は完全に均一なフィルム状態で析出する。例えば、図４（Ａ）は液体フラックス１５が乾燥してフラックス結晶１５が析出した状態を表している。フラックス結晶１５は均一なフィルム状になって超硬合金１０に張り付いている。液体フラックス１５の化合物は溶媒中に一旦完全に溶解し溶媒が蒸発した後、化合物同士が部分的に新たな化合物を形成したりしながら超硬合金１０表面に均一にフィルム状のフラックス結晶１５として析出する。そのため、ミクロ的にみた場合、フラックス結晶１５はフラックスとしての機能を果たす成分がどの微小部分においても均一に分布しており、ハイクロム鋳鉄２０の溶湯が注入された瞬間、超硬合金１０表面で均一にフラックスとしての機能を果たしカーケンドール効果によりハイクロム鋳鉄２０とカニゼンメッキ１４の間に分子拡散層を生成することができる。図４（Ｂ）は従来のフラックスの塗布状態であり、例えばホウ酸１５ａ、ホウ砂１５ｂ、フッ化物１５ｃ、金属ホウ素１５ｄが単体毎にまばらに分布している。そのため、ミクロ的にみた場合、超硬合金１０表面で瞬間的に均一なフラックス機能を果たすことができない。従来多種のフラックスが生み出されているが本発明のように液体フラックス１５を塗布してフラックス結晶１５として均一なフィルム状にするフラックスはなかった。

第４の解決手段は、前記液体フラックス１５は、クリオライト（３ＮａＦＡｌＦ３）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、フッ化カリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）をアルコールやアセトンなどの溶媒に５ｗｔ％以上溶解して生成したものであるハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

フッ化物としては、クリオライト（３ＮａＦＡＬＦ３）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、フッ化カリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）を含有している。ホウ化物としてはホウ酸カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（ＮａＢ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）を含有している。その他還元促進剤としてＰを接種するためにリン酸（Ｈ３ＰＯ４）を含有している。

超硬合金１０の鋳ぐるみにおいて、超硬合金１０は溶湯に対して冷やし金となる。１４００〜１４５０℃の湯が冷えるといくら押し湯しても湯流れは悪くなる。湯流れを良くするのがリン（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（ＡＬ）である。リンやマンガンは鋳鋼、鋳鉄、ステンレス鋳物などの一般鋳造品には必ず入っている。酸化したものが還元すると発熱する。この作用を保持するため鋳ぐるみ用の液体フラックス１５の成分は例えば重量％で、Ｋ：１２．９９、Ｎａ：１１．０９、Ｓｉ：１．７４、Ｐ：２．１０、ＡＬ：１．８３、Ｂ：８．７７、Ｈ：１．４３、Ｏ：３１．１０、Ｆ：２８．９５である。Ｓｉ、Ｐ、ＡＬ、Ｂの含有量は１４．４４％である。還元作用がありかつ表面張力除去による湯流れをよくし発熱効果のある元素を入れることで超硬合金１０が冷やし金となる欠点を防いでいる。

第５の解決手段は、前記鋳型４０の表面には液体フラックス１５を混合した塗型剤４１が塗布してあり、前記鋳型４０の空隙部には前記液体フラックス１５を気化せしめた気化フラックスを注入しているハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

鋳型４０表面に塗布した塗型剤４１に含まれているベンガラ（Ｆｅ２Ｏ３）、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）などは低融点反応剤としては弱いために塩基の複合作用を持った液体フラックス１５を塗型剤４１中に最大２０％入れて補完している。鋳型４０中の水分を追い出すために、液体フラックス１５を気化せしめた気化フラックスを注入してあらかじめ鋳型４０に圧入する。フラックス結晶１５は砂型（鋳型）４０中で２００〜３００℃に予熱するのでその際の熱で焼成され超硬合金１０に薄く張り付く。予熱により砂型４０中の水分も１００％近くまで除去される。フラックス結晶１５は注湯時に次のような働きをする。（１）注湯中の酸化物を除去し清浄作用をする。（２）カニゼンメッキ１４表面の酸化を防止する。（３）注湯の流動性をよくし、拡延性を広げ表面張力を低減するので鋳巣、ピンホールの発生を抑制する。

注湯の際鋳型４０の表面は溶湯の熱に晒され破壊されやすい状態になる。この状態を防ぐため鋳型４０の表面に種々の塗型剤４１を塗布する。この塗装工程を塗型という。またこの材料を塗型剤４１という。超硬合金１０をハイクロム鋳鉄２０に鋳ぐるむには塗型剤４１の役割が重要である。塗型剤４１は耐熱性、付着性、被覆性、通気性、反応性、粘性が必要である。塗型剤４１には黒鉛、木炭分、石炭粉、コークス粉、雲母粉、ベンガラ（Ｆｅ２Ｏ３）、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ２）、シリコン、ジルコンフラワーなどがある。従来の石炭、コークス粉、Ｆｅ２Ｏ３、ＫＭｎＯ２などの固体フラックスに液体フラックス１５を加えて、ホウ酸ガラスのシールド効果や還元作用を付加した。濃度２０〜３０ｗｔ%の液体フラックス１５を個体フラックスに対して１５〜３５ｗｔ%加えてよく混合する。液体フラックス１５の溶媒が蒸発するとフラックス結晶１５が塗型剤４１に残留する。フラックス結晶１５は１４００〜１４５０℃の溶湯温度にてホウ酸ガラスを形成して溶湯に水素ガスが侵入するのを防止する。液体フラックス１５（フラックス結晶１５）の還元作用にて酸素を除去し、生砂型４０中の水分（水素）を石炭、コークス粉にてアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２）に転換し燃焼せしめ、塗型剤４１中のＦｅ２Ｏ３やＫＭｎＯ２などの熱分解にて水酸基ＯＨを作り生砂型中の水分を総合的に除去する。

塗型剤４１を塗布する場合の塗布量は０．０１〜０．１０ｇ／ｃｍ２以内にする。鋳型４０にきちんと固着し、しかも型ばらしの後再生砂として再使用可能にするにはこの範囲内を保持する必要がある。また、鋳型４０に直接液体フラックス１５を刷毛塗りまたはエアスプレーにて塗布することも可能である。液体フラックス１５は電解質をアルコールやアセトンなどの溶媒中に最大３０％重量比溶解させものであり、溶湯中の還元作用にて酸化物を浮かし水素吸収を抑制するとともに生砂回収も可能にした。

湯口４２は鋳造湯が高温（１４００〜１７００℃）になるほど酸化物を形成しやすくなるためＺｒＯ２やＡＬ２Ｏ３で作られたポーラスセラミックスのフィルタ５０（網状物体）を湯口４２に設置し酸化物を除去しているが、このフィルタ５０に液体フラックス１５を塗布し乾燥せしめる（アルコール成分のため１〜２分で自然乾燥する）。塗布１回当り０．００５〜０．０８ｍｍの厚みのフラックス結晶１５を付加する。これは数回繰り返すことで平均０．１ｍｍ厚みのフラックス結晶１５をフィルタ５０に沿って付着させる。湯口４２でのフラックスの酸化発熱作用にてハイクロム鋳鉄２０溶湯の酸化物を軽くし押し湯と共に浮き上がらせる。この作用を受け持つ元素として塗型剤４１に１５〜３５ｗｔ％混合した液体フラックス１５の成分であるＰ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂが使われる。塗型剤４１を湯道、堰、押し湯口塗布することにより、わずか数秒という短時間の注湯中でも反応が激しく進むため複雑な鋳ぐるみが可能となった。

液体フラックス１５及び気化フラックスに含まれる溶媒のメタノール（ＣＨ３ＯＨ）の炭化水素のため急熱されることで鋳型４０内の水分を還元して水素と酸素の分子ガスに変えかつ生砂中にホウ酸ガラスを生成させて溶湯接触部のピンホール、鋳巣、引けなどを防止する。高温の溶湯の熱量にて超硬合金１０表面の銅メッキ１２やマンガンメッキ１３やカニゼンメッキ１４などを溶解しハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０をロウ付けする。ハイクロム鋳鉄溶湯（Ｍ）+Ｈ２Ｏ→ＭＯ+２Ｈ↑、２Ｈ＋２Ｃ→Ｃ２Ｈ２↑（アセチレンガス）となる。Ｍはメタルである。発生燃焼するアセチレンガスにて生砂中の水分はさらに除去され、生砂中に残留したホウ酸ガラスにて砂粒が結合されるため鋳造内圧にも十分耐えることが可能である。

一般に低温１４００〜１４５０℃の溶湯だと高温酸化が少なく鋳造欠陥として湯回り切れの原因となるが、結合剤としてフラン樹脂などが使われるため生砂の再生使用が可能である。逆に１４５０〜１７００℃の高温となると高温酸化が激しいためフラックスによる酸化物の浮上技術が必要となる。高温用結合剤としてケイ酸ソーダ（ＮａＳｉＯ２）を使用すると湯回りはよくなるがＣＯ２により生砂が硬くなるので生砂の再生が困難となる。鋳砂の再生はコスト的に大切であり無機質に対して有機質結合剤が主として使われる最大の理由である。この塗型剤４１に使用する液体フラックス１５の濃度は最大３０ｗｔ％であり低濃度であることから生砂を水洗浄する際に溶解してくれるので生砂の再生は簡単であり、生砂洗浄後の排水も無害である。フッ化物は１００％フッ化水素ガスとして抜けているためホウ酸ガラスのみ残った生砂となる。

生砂型４０を用いて鋳ぐるみを作るためには鋳肌近辺のピンホール、鋳巣、引巣と呼ばれる欠陥をなくすことが重要である。小物鋳込みの場合は鋳型４０を生砂の入ったまま４００〜５００℃程度に乾燥させているが、大物鋳込みとなると完全な生砂の乾燥ができないので、鋳造欠陥をなくすために鋳ぐるみ材の加熱（２００〜３００℃）や塗型剤４１の塗布を行っている。また、酸化剤（ＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ、ＮｉＯ、ＭｎＯ２、ＺｎＯ、ＺｒＯ２など）を２０％程度炭酸塩（ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＡＬ２Ｏ３、一般ガラスなど）と混合したものや石炭粉あるいはコークス粉を生砂中に添加する方法が特許文献１や特許文献２に提案されている。

ハイクロム鋳鉄２０溶湯の場合は、ＣｒＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣｒＯ２＋２Ｈ↑となり、酸化クロムが生砂中の水分と反応し水素ガスが発生しやすく、ハイクロム鋳鉄２０の溶湯が凝固時に水素を吸収してピンホールとなっていた。このような欠陥を防止するために、塗型剤４１としてＦｅ２Ｏ３（ベンガラ）を入れると、３Ｆｅ２Ｏ３+２Ｈ２Ｏ→２Ｆｅ３Ｏ+２Ｈ２↑+４Ｏ２↑、２Ｆｅ３Ｏ+２Ｈ２+４Ｏ２+Ｃ２→２Ｆｅ３Ｏ＋２ＣＯ２＋２Ｈ２＋２Ｏ２、２Ｆｅ３Ｏ＋２ＣＯ２＋２Ｈ２＋２Ｏ２＋４Ｃ→２Ｃ２Ｈ２↑（アセチレンガス）＋２ＣＯ２↑（炭酸ガス）＋２Ｆｅ３Ｏとなりアセチレンガスや炭酸ガスが発生する。生砂中に石炭粉やコークス粉を入れることで炭酸ガスやアセチレンガスとして生砂中の水分を除去できるのでピンホールが除去されていた。

Ｆｅ２Ｏ３（ベンガラ）、ＫＭｎＯ２（過マンガン酸カリウム）は１４５０〜１７００℃のように高い温度範囲の鋳造湯の場合は水分除去効果を発揮する。しかし、１４００〜１４５０℃のように低い温度範囲の鋳造湯の場合は、Ｆｅ２Ｏ３（ベンガラ）、ＫＭｎＯ２（過マンガン酸カリウム）などの酸化物は熱分解反応が弱くピンホール、鋳巣、引巣の原因となる欠陥率を抑えることが困難であり高品質の鋳ぐるみを提供できなかった。

本発明の目的は１４００〜１４５０℃のように比較的低温範囲の鋳造湯でも、超硬合金１０をハイクロム鋳鉄２０に精密に鋳ぐるみロウ付けすることにある。それには液体フラックス１５に空気、窒素、アルゴンなどを吹き込んで気化せしめた気化フラックスを生砂型４０に圧入する。生砂型４０には約２０％の空間（気孔率２０％）があり気化フラックスはこの空間に充満する。気化フラックスに含まれている成分同士が鋳造熱にて結合し、生砂型４０中にホウ酸ガラスを生成する。ホウ酸ガラスによるシールド作用で生砂中から溶湯に水素が入り込むのを防止する。従来は生砂中にアルゴンガスを封入して水素ガスが溶湯に侵入するのを防いでいたが、生砂をホウ酸ガラスでシールドするので略完全に溶湯への水素ガス侵入をシャットアウトできるようになった。

塗型剤用個体フラックスとして、従来一般に使用されているケイ酸ソーダ（Ｎａ２ＳｉＯ３）の耐熱は最大１２００〜１４００℃、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）は８００〜１０００℃、クリオライト（３ＮａＦＡＬＦ３）は１４００〜１８００℃である。従来の塗型剤４１はこれら個体フラックスを粉末状態で液体と混合して金属母材や鋳型４０表面に塗布するが、ある程度の塗布厚みが必要であることから塗布厚みが厚くなったり不均一になったりする問題があり、ピンホールや鋳巣の原因となっている。この改善タイプとして濃度５〜１０％程度の水ガラス（Ｎａ２ＳｉＯ３）とフッ化物を混合して噴射する方法などもあるが、水ガラスが溶湯の急熱により膨らみ気泡となり湯回りの悪い所に集積して空間として残ってしまう問題がありハイクロム鋳鉄２０の品質としては甚だ好ましくなかった。

１４５０〜１７００℃の高温溶解となると鋳型４０の主成分はジルコニア（ＺｎＯ２）となるため非常に高価となる。コスト低減のためには１４００〜１４５０℃の温度範囲で黒鉛坩堝を使用しての溶解で鋳込みできるようにする必要がある。溶解温度の高い溶湯ほど保有熱エネルギーが大きいため湯流れはよいが、生砂中の水分が急熱・急膨張するため鋳型４０内圧が高くなる。鋳型４０内圧に対応して生砂も強く固くする必要があるためガス抜きが悪くなり欠陥率のアップにつながる。鋳造欠陥を少なくするには湯の温度管理、湯道設計、ガス抜き、肉厚差、冷やし金使用方法などの工夫が必要であり経験が大きく作用する。塗型剤用の液体フラックス１５を塗型剤４１と混合して鋳型４０に塗布したり、塗型剤用の液体フラックス１５を生砂中に注入したりすることにより１４００〜１４５０℃の低温鋳造が可能となりコスト低減となった。

第６の解決手段は、前記塗型剤４１に混合する前記液体フラックス１５はホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ケイフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ３）、ホウ弗化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）をアルコールやアセトンの溶媒に５ｗｔ％以上溶解したものであるハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

第７の解決手段は図１及び図２に示すように、前記超硬合金１０をモジュール化して鋳込む方法において、前記超硬合金１０に貫通孔１６を設け、該貫通孔１６に串３２を通して複数の前記超硬合金１０を連結し、前記串３２を適宜間隔にて支持体３１で支持し、該支持体３１を基材３０に取り付けてモジュール６０化し、該モジュール６０全体を液体フラックス１５でコーティングせしめて鋳型４０にセットして鋳込むハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

超硬合金１０をモジュール６０化する理由は、ハイクロム鋳鉄２０の溶湯を鋳型４０に注入する際に超硬合金１０が流動したり浮き上がったりするのを固定するためである。回収超硬チップ１０は通常機械切削用のバイトとして使用されるため専用の貫通孔１６を設けたものがあり活用できる。

モジュール６０化した超硬合金１０を液体フラックス１５に浸漬して均一に塗布するのがよい。液体フラックス１５を刷毛や霧吹きで塗布してもよい。液体フラックス１５を塗布後液体フラックス１５の溶媒を蒸発させて乾燥させ、超硬合金１０の表面にフラックス結晶１５を析出させる。フラックス結晶１５の厚みは０．１±０．０５ｍｍを目標とする。液体フラックス１５を塗布する前に、組み立てモジュール６０は市販の界面活性剤入り洗剤で洗浄して表面張力を除去しておくとよい。液体フラックス１５に超硬合金１０のモジュール６０を浸漬することで支持材３１を含めて全体に均一に液体フラックス１５を塗布できる。基材３０、支持体３１、串３２は炭素鋼材やＳＵＳなどが使用できる。フラックス結晶１５を基材３０、支持体３１、串３２などに析出させることによりカーケンドール効果が生まれ、ハイクロム鋳鉄２０と金属材料との拡散接合ができ、モジュール６０とハイクロム鋳鉄２０が完全一体となった耐摩耗ライナ７０ができる。基材３０、支持体３１、串３２はハイクロム鋳鉄との接合性をよくするため銅メッキするのがよい。

第８の解決手段は図５に示すように、前記超硬合金１０をモジュール６０化して鋳込む方法において、前記基材３０に垂直もしくは斜め溝３４を形成し、該溝３４に前記超硬合金１０を差し込んで固定するハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

基材３０は炭素鋼材、ＳＵＳなどが使用できる。基材３０にはハイクロム鋳鉄との接合性をよくするため銅メッキするのがよい。図５は溝を垂直溝３４にしているため超硬合金は垂直になっているが、斜め溝３４にすることにより超硬合金１０を材料の流れる方向に傾斜させることができる。超硬合金１０を傾斜させることにより超硬合金１０の投影面積が広くなり耐摩耗ライナ７０の寿命を延長できる。

第９の解決手段は図６、図７に示すように、前記超硬合金１０をモジュール化して鋳込む方法において、前記超硬合金１０の前記貫通孔１６に頭付きピン３５を貫通せしめて、該頭付きピン３５を鋳型底４０ａに突き刺して固定し、前記頭付きピン３５を前記基材３０に固定するハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

頭付きピン３５は炭素鋼材、ＳＵＳなどが使用できる。

第１０の解決手段は図８に示すように、前記超硬合金１０を前記ハイクロム鋳鉄２０に鋳込む方法において、前記超硬合金１０を金網３６に配列収納し、前記金網３６を前記鋳型４０に配設してハイクロム鋳鉄２０と鋳込むハイクロム鋳鉄２０と超硬合金１０の鋳ぐるみ方法である。

金網３６はハイクロム鋳鉄２０の流動性をよくするためにできるだけ網目を大きくし、線形を細くするのがよい。溶湯の流れで超硬合金１０が動かないように選定することが重要である。金網３６に配列収納することにより超硬合金２１０は用途に応じて複層にすることも容易である。金網３６はハイクロム鋳鉄２０との接合性をよくするため銅メッキを施すのがよい。

第１１の解決手段は図２、図５、図７に示すように、前記超硬合金１０に銅メッキ１２し、もしくは該銅メッキ１２の上にマンガンメッキ１３もしくはカニゼンメッキ１４もしくはマンガンメッキ１３とカニゼンメッキ１４をした後、前記超硬合金１０をモジュール６０化し、該モジュール６０を前記液体フラックス１５に浸漬して前記液体フラックス１５を塗布し、前記液体フラックス１５を乾燥させてフラックス結晶１５を析出させた後、前記モジュール６０を前記鋳型４０にセットして前記ハイクロム鋳鉄２０と鋳込んだ耐摩耗ライナ７０である。

モジュール６０の形態は例えば第７、第８、第９の解決手段による形態がある。このほかにも各種の形態が考えられるがいずれの形態においても、超硬合金１０に銅メッキ１２を施して液体フラックス１５を塗布しているか、もしくは銅メッキ１２の上にマンガンメッキ１３、カニゼンメッキ１４などを施してその上に液体フラックス１５を塗布してあればすべて本発明に含まれるものである。

１０ ：超硬合金
１１ ：真空薄膜
１２ ：銅メッキ
１３ ：マンガンメッキ
１４ ：カニゼンメッキ
１５ ：フラックス結晶
１５ａ：ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）
１５ｂ：ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）
１５ｃ：フッ化物
１５ｄ：金属ホウ素
１６ ：貫通孔
２０ ：ハイクロム鋳鉄
３０ ：基材
３１ ：支持体
３２ ：串
３３ ：スペーサ
３４ ：溝
３５ ：頭付きピン
３６ ：金網
４０ ：鋳型、生砂型
４０ａ：鋳型底
４１ ：塗型剤
４２ ：湯口
５０ ：フィルタ
６０ ：モジュール
７０ ：耐摩耗ライナ

Claims (11)

1. 超硬合金をハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみする方法において、前記超硬合金の表面に銅メッキを施し、該銅メッキの上に少なくとも複数のフッ化物とホウ化物を溶媒に溶解して生成した液体フラックスを塗布し、該液体フラックスを乾燥せしめてフラックス結晶を生成せしめて、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみすることを特徴とするハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
2. 前記銅メッキのメッキ浴はホウ酸水溶液とフッ化水素と銅からなるホウフッ化銅浴であり、該ホウフッ化銅浴に前記フッ化水素を連続的に添加しながら電気メッキすることを特徴とする請求項１記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
3. 前記銅メッキした前記超硬合金の上にマンガンメッキもしくはカニゼンメッキもしくは前記マンガンメッキと前記カニゼンメッキを施し、前記マンガンメッキもしくは前記カニゼンメッキの上に前記液体フラックスを塗布し、該液体フラックスを乾燥せしめてフラックス結晶を生成せしめて、前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳ぐるみすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
4. 前記液体フラックスは、クリオライト（３ＮａＦＡｌＦ３）、ケイフッ化ナトリウム（ＮａＳｉＦ６）、フッ化カリウム（ＫＦ）、酸性フッ化カリウム、ホウフッ化カリウム（ＫＢＦ４）、ホウ砂（Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）、ホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）をアルコールやアセトンの溶媒に５ｗｔ％以上溶解して生成したものであることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
5. 前記超硬合金を鋳込むための鋳型の表面には前記液体フラックスを混合した塗型剤が塗布してあり、前記鋳型の空隙部には前記液体フラックスを気化せしめた前記気化フラックスを注入していることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
6. 前記塗型剤に混合する液体フラックスはホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）、ケイフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ３）、ホウ弗化カリウム（ＫＢＦ４）、酸性フッ化カリウム（ＫＨＦ２）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）をアルコールやアセトンの溶媒に５ｗｔ％以上溶解したものであることを特徴とする請求項５記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
7. 前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、銅メッキもしくは銅メッキとマンガンメッキもしくは銅メッキとカニゼンメッキもしくは銅メッキとマンガンメッキとカニゼンメッキを施した前記超硬合金に貫通孔を設け、該貫通孔に串を通して複数の前記超硬合金を連結し、前記串を適宜間隔にて支持体で支持し、該支持体を基材に取り付けてモジュール化した後に、該モジュール全体を前記液体フラックスに浸漬してコーティングせしめて鋳型にセットして前記ハイクロム鋳鉄と鋳込むことを特徴とする請求項１又は請求項３記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
8. 前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、基材に垂直もしくは斜め溝を形成し、該溝に銅メッキもしくは銅メッキとマンガンメッキもしくは銅メッキとカニゼンメッキもしくは銅メッキとマンガンメッキとカニゼンメッキを施した前記超硬合金を差し込んで固定してモジュール化した後に、該モジュール全体を前記液体フラックスに浸漬してコーティングせしめて鋳型にセットしてハイクロム鋳鉄を鋳込むことを特徴とする請求項１又は請求項３記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
9. 前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、銅メッキもしくは銅メッキとマンガンメッキもしくは銅メッキとカニゼンメッキもしくは銅メッキとマンガンメッキとカニゼンメッキを施した前記超硬合金の貫通孔に頭付きピンを貫通せしめて、該頭付きピンを鋳型底に突き刺して固定し、前記ハイクロム鋳鉄と鋳込むことを特徴とする請求項１又は請求項３記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
   
10. 前記超硬合金を前記ハイクロム鋳鉄に鋳込む方法において、銅メッキもしくは銅メッキとマンガンメッキもしくは銅メッキとカニゼンメッキもしくは銅メッキとマンガンメッキとカニゼンメッキを施した前記超硬合金を金網で挟むことにより配列収納し、前記金網を鋳型に配設して前記ハイクロム鋳鉄と鋳込むことを特徴とする請求項１又は請求項３記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法。
    
11. 請求項７又は請求項８又は請求項９又は請求項１０記載のハイクロム鋳鉄と超硬合金の鋳ぐるみ方法によって製造された耐摩耗ライナ。

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