JP6431853B2 - カルシウムヘキサアルミネート含有鋳型及びフェースコート組成物並びにチタン及びチタンアルミナイド合金を鋳造するための方法 - Google Patents
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Description
本開示の態様は、チタン及びチタン合金の構成要素を改善することができるインベストメント鋳型の組成物を提供する。1つの実施形態において、カルシウムヘキサアルミネートは、カルシウムモノアルミネートと組み合わせて本開示の鋳型を形成する。本開示の1つの態様において、カルシウムモノアルミネートは、カルシウムアルミネートセメントの形態で提供することができる。カルシウムアルミネートセメントは、「セメント」又は「バインダ」と呼ぶことができる。特定の実施形態において、カルシウムアルミネートセメントは、アルミナ粒子状物質と混合されて鋳造可能インベストメント鋳型ミックスを提供する。カルシウムアルミネートセメントは、鋳造可能鋳型ミックスにおいて約30重量%よりも多くすることができる。特定の実施形態において、カルシウムアルミネートセメントは、鋳造可能鋳型ミックスにおいて約30重量%〜約60重量%である。鋳造可能鋳型ミックス(鋳型組成物)中のカルシウムアルミネートセメントの約30重量%よりも多い使用は、本開示の特徴である。適切なカルシウムアルミネートセメント化学的性質及びアルミナ配合の選択は、鋳型の性能の要因である。
本開示の態様において用いられるカルシウムアルミネートセメントは、典型的には、酸化カルシウム及び酸化アルミニウムの3つの相又は構成要素、すなわち、カルシウムモノアルミネート(Al2O4)、カルシウムジアルミネート(CaAl4O7)、及びマイエナイト(Ca12Al14O33)を含む。カルシウムモノアルミネートは、典型的にはカルシウムアルミネートセメントに存在する水硬性無機質である。カルシウムモノアルミネートの水和反応は、インベストメント鋳型の高い初期強度をもたらす。マイエナイトは、水硬性結合の早期形成に起因して鋳型硬化の初期ステップ中に強度をもたらすので、セメントにおいて望ましいものである。しかしながら、マイエナイトは、典型的には鋳造前に鋳型の熱処理中に除去される。
特定の実施形態において、鋳型は、鋳型のバルクと鋳型キャビティとの間にフェースコートを含有する。1つの実施形態において、フェースコートは、連続フェースコートである。別の実施形態において、フェースコートは、内因性フェースコートである。更なる実施形態において、フェースコートは、連続フェースコート及び内因性フェースコートの両方である。鋳型は、鋳型製造中に鋳型強度を向上させる相を含有するように設計され、連続フェースコートは、鋳造中の耐反応性を増大させるように設計される。鋳型は、ネットシェイプ鋳造法にとって望ましい高圧で鋳造することができる。鋳型組成物、フェースコート組成物、並びにフェースコート及び鋳型のバルクにとって好ましい構成相は、鋳造物に改善された特性を提供することが分かっている。連続フェースコートが本明細書で説明され、設計基準に応じて特定の利点を有するが、フェースコートはまた、不連続であることもできる。
インベストメント鋳型は、セラミック成分のインベストメントミックスを形成し、消失性パターンを含有する容器にミックスを注入することによって形成される。パターン上に形成されたインベストメント鋳型は、完全に硬化されて、いわゆる「グリーン鋳型」を形成することを可能にする。内因性フェースコート及びインベストメント鋳型は、パターン上に形成され、これらは、完全に硬化されてこのグリーン鋳型を形成することを可能にする。典型的には、グリーン鋳型の硬化は、1時間〜48時間の間実施される。その後、消失性パターンは、溶融、溶解、点火、又は他の公知のパターン除去技術によってグリーン鋳型から選択的に除去される。ワックスパターン除去の典型的な方法は、オーブンワックス除去(150℃未満)、炉ワックス除去(150℃よりも高い)、蒸気オートクレーブワックス除去、及びマイクロ波ワックス除去を含む。
カルシウムヘキサアルミネート及びカルシウムアルミネートセメントをアルミナと混合して、インベストメント鋳型ミックスを生成し、インベストメント鋳型の化学的性質の範囲を試験した。1つの実施例におけるインベストメント混合物は、70%アルミナ及び30%カルシアを有するカルシウムヘキサアルミネート及びカルシウムアルミネートセメント、アルミナ粒子、水、及びコロイド状シリカから成っていた。
20 バルク
40 鋳型キャビティ
Claims (28)
- チタン含有物品を鋳造する鋳型(10)であって、
カルシウムヘキサアルミネートと、カルシウムモノアルミネート、カルシウムジアルミネート、及びマイエナイトを含むカルシウムアルミネートセメントと、を含むバルク(20)と、
チタン含有物品を鋳造するキャビティ(40)と、
前記バルクと前記キャビティとの間に配置された10ミクロン〜500ミクロンの内因性フェースコート(30)と
を備え、
前記内因性フェースコートは、カルシウムヘキサアルミネートと、カルシウムモノアルミネート、カルシウムジアルミネート、及びマイエナイトを含むカルシウムアルミネートセメントと、を含む、鋳型。 - 前記カルシウムヘキサアルミネートは、外形寸法が50ミクロン未満の粒子を含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記カルシウムヘキサアルミネートが、前記鋳型の15重量パーセント〜50重量パーセントを構成する、請求項1に記載の鋳型。
- 前記内因性フェースコートが、連続内因性フェースコート又は不連続内因性フェースコートである、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク及び前記内因性フェースコートが異なる組成物を有し、前記内因性フェースコートが、50ミクロン未満の粒子サイズを有するカルシウムアルミネートセメントを含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク及び前記内因性フェースコートが異なる組成物を有し、前記バルクが、50ミクロンよりも大きなアルミナ粒子を含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルクが、50ミクロンよりも大きなアルミナ粒子を含み、前記内因性フェースコートが、50ミクロン未満のサイズのカルシウムアルミネートセメント粒子を含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記内因性フェースコートが、重量分率で、前記バルクに比べて少なくとも20パーセント多いカルシウムモノアルミネートを有する、請求項1に記載の鋳型。
- 前記内因性フェースコートが、重量分率で、前記バルクに比べて少なくとも20パーセント少ないアルミナを有する、請求項1に記載の鋳型。
- 前記内因性フェースコートが、重量分率で、前記鋳型のバルクに比べて少なくとも20パーセント多いカルシウムモノアルミネート、少なくとも20パーセント少ないアルミナ、及び少なくとも50パーセント少ないマイエナイトを有する、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク中の前記カルシウムモノアルミネートが、0.05〜0.95の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記カルシウムモノアルミネートが、0.30〜0.95の重量分率を含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク中の前記カルシウムジアルミネートが、0.05〜0.80の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記カルシウムジアルミネートが、0.05〜0.30の重量分率を含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク中の前記マイエナイトが、0.01〜0.30の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記マイエナイトが、0.01〜0.05の重量分率を含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク中の前記カルシウムモノアルミネートが、0.05〜0.95の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記カルシウムモノアルミネートが、0.3〜0.95の重量分率を含み、
前記バルク中の前記カルシウムジアルミネートが、0.05〜0.80の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記カルシウムジアルミネートが、0.05〜0.30の重量分率を含み、
前記バルク中の前記マイエナイトが、0.01〜0.30の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記マイエナイトが、0.01〜0.05の重量分率を含む、請求項1に記載の鋳型。 - 前記バルク中に外形寸法が500ミクロン未満の酸化アルミニウム粒子を更に含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記カルシウムアルミネートセメントが、前記鋳型を作るのに用いられる前記組成物の30重量パーセントよりも多く含む、請求項1に記載の鋳型。
- 酸化マグネシウム粒子、酸化カルシウム粒子、酸化ジルコニウム粒子、酸化チタン粒子、又はこれらの組成物を更に含む、請求項1に記載の鋳型。
- 前記バルク中に酸化アルミニウムの中空粒子を更に含む、請求項1に記載の鋳型。
- 酸化カルシウムを10重量パーセントよりも多く及び50重量パーセント未満を更に含む、請求項18に記載の鋳型。
- シリカを更に含む、請求項1に記載の鋳型。
- 5重量パーセント未満の量のケイ酸塩を更に含む、請求項1に記載の鋳型。
- チタン含有物品を鋳造するのに用いられる鋳型のフェースコートであって、該フェースコートが、
カルシウムヘキサアルミネート、カルシウムモノアルミネート、カルシウムジアルミネート、及びマイエナイトを含み、前記フェースコートが、内因性フェースコートで10ミクロン〜500ミクロン厚であり、前記鋳型のバルクと、前記鋳型キャビティに開放した前記鋳型の表面との間に位置する、フェースコート。 - 前記カルシウムヘキサアルミネートは、外形寸法が50ミクロン未満の粒子を含む、請求項22に記載のフェースコート。
- 前記フェースコートは、50ミクロン未満の粒子サイズを有するカルシウムアルミネートセメントを含む、請求項22に記載のフェースコート。
- 前記内因性フェースコートが、重量分率で、前記鋳型のバルクに比べて少なくとも20パーセント多いカルシウムモノアルミネート、少なくとも20パーセント少ないアルミナ、及び少なくとも50パーセント少ないマイエナイトを有する、請求項22に記載のフェースコート。
- 前記内因性フェースコート中のカルシウムモノアルミネートの前記重量分率が0.30よりも多く、マイエナイトの前記重量分率が0.10未満である、請求項22に記載のフェースコート。
- 前記内因性フェースコート中の前記カルシウムヘキサアルミネートが、0.01〜0.20の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記カルシウムモノアルミネートが、0.30〜0.95の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記カルシウムジアルミネートが、0.05〜0.30の重量分率を含み、前記内因性フェースコート中の前記マイエナイトが、0.01〜0.05の重量分率を含む、請求項22に記載のフェースコート。
- 前記フェースコートが、シリカを更に含む、請求項22に記載のフェースコート。
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