JPH0117781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、粉末材料を蒸発残渣のない蒸発性分
散剤、特に水の中に懸濁させ、銅またはその合金
の遠心鋳造金属鋳型にスプレーして、ガスを発生
せず、かつ薄い多孔性の熱伝導性被覆を形成させ
るためのサスペンジヨンおよびその適用方法に関
するものである。 遠心鋳造で得られる銅またはその合金、特に青
銅からなる素材は、ソケツト、リング、および成
形物の素材として用いられるが、これには外側マ
ンテル層がかなりな厚さにわたつて、ガスを含ん
でおり、この範囲は使用不能として旋盤で削り取
らなければならず、それに対し内側の層は酸化物
含有の巣が形成されるという不利があつた。さら
に、従来用いられた銅または銅合金の遠心鋳造法
では、いわゆる吹き抜けをさけるため、比較的ゆ
つくりした、一部不均一な鋳型の充てんをしなけ
ればならなかつた。このことが鋳物の内側を不精
密にし、鋳型に不均一な温度負担をかけることに
なり、これがため材料の増加と鋳型の老化を早め
ていた。 このような不利を緩和ないし除去するため、始
めに述べたような塗型剤の製造に無機質バインダ
として二酸化ジルコニウム（ZrO₂）と非焼結
Al₂O₃からなるサスペンジヨンを作ることが提案
された。これによつて、遠心鋳造鋳型の内壁に熱
伝導性、ガス透過性でそれ自身ガスを発生しない
層が作られる。したがつてこの層は液状溶湯の熱
の影響をうけてもそれ自身ガスを発生しないが、
溶湯を冷却する場合これから遊離するガスを鋳型
壁に沿つて外方または鋳型正面に導き出させる状
態にある。この層はまた、注入された金属から鋳
型壁への熱移動に対し、この薄い被覆層が、取り
上げていうほどの抵抗をつくらないため、鋳物の
微細構造を作る目的で溶湯を急冷できるという状
態にある。これによつて、鋳造に際し、鋳物の外
壁に強固な金属層が急速に生じる。この強固な金
属層はいずれにせよ鋳物外壁に生じる僅かのガス
量が鋳物を通して内部へ進入するのを防止する。
吹き抜けが防止できるため、鋳物の質が実質的に
改善され、特に非常に均一な構造が達成され、そ
れによつて、銅またはその合金の通常の遠心鋳造
法における作業がいちじるしく軽減できる。その
ほか鋳造時の鋳型温度を比較的低くすることがで
きる。鋳造中に鋳型を十分に冷却する場合は、鋳
造後鋳型内面の温度は従来の鋳造法に対して比較
的低く保持され、それによつて被覆のわずかな断
熱を考慮し溶湯の特に速かな固化とその結果とし
て、素材の技術的価値の上昇が得られる。その上
鋳型の耐用時間（鋳型の寿命）がいちじるしく長
くなる。 本発明はこのような方法によつて得られる鋳物
の品質およびその技術的数値（なかんずく、引張
強度、破壊伸び率およびブリネル硬さ）が、なお
改善の余地のあるものであり、例えば銅またはそ
の合金からなる非常に薄い壁の鋳物でも欠陥なく
遠心鋳造できる塗型用サスペンジヨンおよびその
適用方法を提供することを目的とする。 本発明は、この課題を、塗型剤が粉状材料の主
成分または単一成分として二酸化チタン（TiO₂）
をもつことによつて解決するものである。このよ
うな塗型剤によつて、前述の二酸化ジルコニウム
の塗型剤が可能であつたよりも良好な結果、特に
良質の薄い壁の鋳物が得られることが示された。
鋳物の最小壁厚の減少は、二酸化チタン、特に純
粋の、好ましくは99％純度の二酸化チタンを塗型
剤の粉状材料の全部とするとき、いちじるしくな
る。 比重4.8から5.0までを示す、できるだけ高純度
の二酸化チタンを使用すると有利である。二酸化
ジルコンの比重はこれに対し9.0から9.5までであ
る。これによつて、鋳型内壁に形成される被覆の
重量が少ないばかりでなく、二酸化チタンは比重
が小さいため、サスペンジヨンの分散剤中に二酸
化ジルコンよりも長く浮遊する。 しかしながら、粉末形の二酸化チタンは粉塵を
形成する傾向が強い。これが邪魔のときは、本発
明により、二酸化チタンからなる粉状材料は50重
量％までの酸化ジルコニウム（ジルコニア）と５
重量％までの酸化アルミニウム（Al₂O₃）からな
るものを用いるのが好都合である。この場合、ジ
ルコニアとは天然のジルコン土であつて、主成分
は二酸化ジルコニウム（ZrO₂）と二酸化けい素
（SiO₂）である、この混合物を本発明による塗型
剤の粉状材料として使用する場合、始めに述べた
二酸化ジルコニウムで作られた塗型剤よりも良好
な結果が得られる。二酸化ジルコニウム塗型剤に
対する最小壁厚の減少は、それほど目立たず、鋳
物の薄い壁厚をそれ以上薄く鋳造できないが、鋳
物の清浄が容易で、特にAl₂O₃または、ジルコニ
アに添加することにより粉塵の生成が避けられ
る。 本発明では二酸化チタンは平均粒径が約15ミク
ロンのものが好都合である。このような二酸化チ
タン粉末の見掛密度は3.9付近で、63ミクロンの
メツシユのふるい残は0.01％で、44ミクロンのそ
れは、0.05％よりいくらか多い。 DIN−規格53195により測定したふるい残粒子
の径はほヾ63ミクロン以上である。しかし二酸化
チタンは始めに述べた粒径から離れた、特に大き
な粒子が良好な結果をもつて鋳物に用いられる。
粒のあらい二酸化チタンを用いる場合は鋳型の塗
型がいくらか弱くなる、そこで鋳型上の被覆の厚
さを大きく選ばなければならず、それによつて塗
型剤によつて形成される被覆の熱伝導抵抗がたか
くなる。 いずれにしても、主成分または単一成分として
二酸化チタンを含む塗型剤コーテイングは、それ
自身ガスを全く発生しないことがわかつた。この
原因は、二酸化チタンの融点が非常に高く（1800
℃以上）、したがつて二酸化チタンが約1400℃ま
では分解現象が全く起らず、ガスを発生しないた
めであると見られる。鋳型内壁に形成された被覆
はそれ自身からガスを生じないため、被覆の厚さ
が溶湯から出るガスの輸送に完全に役立つ。さら
に、塗型剤被覆から注入金属へのガスの移行はな
くなる。 すでに述べたように、注湯操作における遠心鋳
造鋳型の始発温度は、本発明の塗型剤を用いると
き一層低くすることができる。これにより、鋳型
を冷却するときに観察される、いわゆるスチーム
クツシヨン作用を低減させ、更にこの作用を回避
させることさえできる。スチームクツシヨン作用
は、鋳型と冷却水との間につくられるスチーム層
の形成にその原因があり、実質的に鋳型からの熱
の除去を低下させる。この不都合な作用が低下す
ると、鋳型の冷却は他の条件が等しい場合には強
く烈しいものとなる。これは溶湯をより急速に固
化させ、その結果、微細な肌をもつ良好な性質の
鋳造品が得られる。周知のように、溶湯の急速冷
却を避けなければならない鋼などの遠心鋳造とは
異なり、銅またはその合金の遠心鋳造では、注入
溶湯の固化は可及的速かに行われる。この場合、
本発明の塗型剤によつて鋳型壁に多孔性被覆がで
き、それが実質的にガス透過性に寄与することも
重要である。この塗型剤は鋳造中溶湯が塗型剤に
よつて作られた薄い層の微小な孔の一部に侵入す
るけれども、実質的に多孔性を保持し、それによ
つて溶湯部分が鋳型壁より近くなり、溶湯から鋳
型への熱伝導をよくする。必要なガス透過性を確
保するため、多孔部分が十分に残つているので、
鋳物外壁に生じる若干のガスは塗型剤によつて形
成された被覆に沿つて鋳型端部から外部へ導き出
される。 本発明による、塗型剤を用いて銅またはその合
金を鋳造するための遠心鋳造鋳型の被覆方法は、
実質的に、鋳型をまず、それ自体公知の方法で、
好ましくは約140℃から170℃に予熱し、ついで塗
型剤を結合剤、界面活性剤（湿潤剤）を含まない
サスペンジヨンとしてできるだけ一様な薄い層、
特には厚さ0.1〜0.3mmの層として軸まわりを回転
する鋳型内壁にスプレーし、多孔性層を作るため
分散剤を、残りなく蒸発させることからなるもの
である。これによつて、始めに述べた本発明によ
る塗型が最も有利になされ、塗型剤の有利な性質
が最も有効に保持される。この場合、結合剤また
は湿潤剤は、本発明の塗型剤の有利な作用にとつ
て重要な多孔性に対してこれが影響するかもしれ
ないので、塗型剤またはこれから得られる被覆層
はできる限り結合剤および湿潤剤を含まないこと
が重要である。同じ理由で塗型中鋳型温度を約
140〜170℃に保持する。さらに、回転する鋳型壁
に塗型剤をスプレーすることは、回転する鋳型に
塗型剤を流しこんだり、刷毛ぬりするよりも実質
的に良好な結果が得られることがわかつた。すな
わち、流しこみは被覆が不均一になり、刷毛ぬり
はぬりあとが残るのを避けることができない。鋳
型内への塗型剤のスプレーは圧縮空気によつて行
われる。この場合、本発明による方法の有利な実
施態様では、塗型剤がスプレノズルから鋳型壁上
に多層にスプレーされ、スプレーノズルは前記鋳
型壁から間隔をおいて数回往復運動させ、前の層
が乾燥したのち、次の層が形成されるようにスプ
レーされる。これによつて表面に作られた被覆層
の乾燥が二酸化チタン粒子の追加よりも早く行な
われ、被覆の多孔性が最大に保証される。この場
合鋳型は塗型剤をスプレーする間、公知の方法で
その軸まわりを、溶湯の鋳込み中に用いられる回
転数よりも少ない回転数で回転させることが本発
明の範囲内で有利である。遠心力による鋳型剤の
凝縮効果はこれによつて制限される。 本発明による塗型剤の分散剤は水が用いられる
が、アルコールのような蒸発しやすく、蒸発残渣
のない溶剤を併用することもできる。本発明によ
れば分散剤の水は泡を形成しながら速かに蒸発
し、被覆層の構造が、被覆層を通して内方へ逃れ
る水蒸気または泡によつてゆるむ可能性が生じ、
これによつて被覆層の多孔性が増加する。 比較的微細な二酸化チタン粒子は比較的粗い表
面または不規則な形をして、互いを支え、からみ
合つて同等であるから、ゆるんだ構造は水蒸気ま
たは泡が逃散した後に収縮する。液状溶湯を注ぐ
と被覆のわずかな圧縮が起るが、多孔性は依然と
して残るので、被覆によつて形成される層に沿つ
て、ガスの完全な排出が行われる。 前記泡を形成させるためには鋳型の温度を約
140〜170℃に保つことが重要である。 140℃より低い鋳型温度では蒸発する水の泡立
ちは起らない。170℃以上の温度、たとえば200℃
では液状サスペンジヨンを熱い鋳型表面にかけて
も、もはやこれをぬらさない。本発明の方法にお
いては、サスペンジヨンの媒体として低カルシウ
ム含量の蒸留水が用いられるが、できるだけ不純
物のないドイツ硬度8゜d以下の水が最適である。
このような水は飲料水の水質で、石灰分が少な
い。 なお、ドイツ硬度1゜dは、100の水に溶解して
いるカルシウム成分がCaOに換算して１ｇのもの
をいい、8゜dの水は、100の水中にCaOに換算し
て８ｇのカルシウム分を溶存していることを意味
する。 実施例 実施例 １ DIN1705の赤黄銅、溶融組成Gz−Rg7（Gzは遠
心鋳造、Rgは赤色青銅、７はすず含有量を意味
する。）からなる素材から遠心鋳造で、すべり軸
受け製造用に設計された外径162mm、内径150mm、
肉厚６mm、長さ660mmの鋳物をつくる。 水平に置かれた鋼鋳型を約155℃に予熱し、約
300回／分でゆつくり回転しながら平均粒径約
15μｍの純二酸化チタンからなる水性分散液で内
面をコーテイングした。これによつて結合剤およ
び湿潤剤を含まないかくはんされた二酸化チタン
分散剤がスプレノズルから圧縮空気で鋳型表面上
にスプレーされ、約0.2mmの厚さの多層コーテイ
ングができた。この場合スプレノズルは鋳型軸に
沿つて数回往復運動させた。スプレーされた分散
液の水分は泡となつて急速に蒸発し、水蒸気また
は水泡が消散して鋳型内壁に互いにもつれ合つた
二酸化チタン粒子からなる高度の多孔質層が不規
則な形で生成した。この場合スプレノズルは加熱
された鋳型壁から間隔を置いて往復運動し、鋳型
温度はスプレノズルの往復運動ごとに次の分散層
の形成されないうちに分散層が乾燥される程度の
温度である。被覆層の所望の厚さが全体で約0.2
mmになつた後、分散液の供給を終了させ、被覆層
を乾燥後、鋳型を閉じ溶融物の鋳入装置をつけ
た。この鋳湯装置で計量されて1150℃以上に加熱
された溶湯が鋳型に注入された。このときの回転
数はコーテイングの場合の回転数よりも非常に多
く、約500回／分である。鋳造は、約200mmの溶湯
鏡面の高さに保たれた鋳造じようごを用いて行わ
れ、鋳型中へ導く注入どいに接続された、鋳造じ
ようごの流出管内が一定に流通し、鋳型内への溶
湯の一様な鋳込みが行われた。鋳造時間は約４時
間である。鋳造終了後鋳入装置を引き離し鋳型を
水で冷却し、鋳物は固化後鋳型から取り出され
た。 次の表は技術的性質の改良、特に壁の厚さが薄
い場合のブリネル硬さが要求されるDIN−値に
比較して、実質的に増していることを示してい
る。 比較のために用いたサスペンジヨン用粉末物質
は、TiO₂が主成分ではなく他の鉱物粉末物質を
主成分とする混合粉末物質であつて、数値は、そ
のサスペンジヨンを用いて全く同様に塗型し、鋳
造したものについての測定値である。

【表】 上記測定値を対比して明らかなように、本発明
の方法によれば、銅合金の薄壁の鋳物に要求され
る高いブリネル硬度が効果的に得られることが判
る。 このように、本発明方法は、銅が本質的成分ま
たは主成分である銅および銅合金を繰返し使用さ
れる鋳型または耐久性鋳型で鋳造するのに特に適
している。 実施例 ２ 実施例１と同じように12mmの壁厚を示す素材を
製造するために、二酸化チタン70重量％、酸化ジ
ルコニウム30重量％の水性分散液組成が選ばれ
た。 実施例 ３ 実施例１と同じように、壁厚16mmを示す素材を
製造するため、二酸化チタン50重量％、酸化ジル
コニウム（主成分ZrO₂とSiO₂、痕跡のAl₂O₃）50
重量％をもつて被覆するための水性分散液組成が
選ばれた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳型を予熱し、次いで、低カルシウム含量の
   蒸留水からなる液体分散剤に二酸化チタンを主成
   分とする粉末状物質を懸濁させたものであつて、
   結合剤および表面活性剤を実質的に含まないサス
   ペンジヨンを、上記予熱された鋳型を回転させな
   がら、その内表面にスプレーして薄層を形成さ
   せ、かつその分散剤の水蒸気や水泡をその層を通
   つて内側方向に逃散させ、それにより層の組織を
   ほぐし、それが多孔性となるように該液体分散剤
   を急速に蒸発させることを特徴とする銅またはそ
   の合金類を鋳造するための金属遠心鋳造鋳型の内
   表面に熱伝導性、ガス透過性で、かつ多孔性の被
   覆を形成させる方法。 ２ 二酸化チタンが、粉末状物質の単独成分であ
   る特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 上記粉末状物質が、純粋な二酸化チタンを含
   む特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 上記粉末状物質が、99％の純度の二酸化チタ
   ンを含む特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５ 上記粉末状物質が、二酸化チタン、酸化ジル
   コニウムおよび５重量％までのアルミニウム酸化
   物からなる特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ６ 上記二酸化チタンが、平均粒径約15μｍを有
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７ 上記層が、上記内表面に実質的に均一な厚さ
   に適用される特許請求の範囲第１項に記載の方
   法。 ８ 上記サスペンジヨンが、遠心鋳造鋳型の内表
   面に、0.1〜0.3mmの厚さに適用される特許請求の
   範囲第７項に記載の方法。 ９ 上記鋳型が、140〜170℃の温度に予熱される
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 １０ サスペンジヨンをスプレーノズルにより上
   記内表面に適用する方法において、そのスプレー
   ノズルを、すぐ前に適用した層が、次の層形成に
   適用される前に乾燥するように、予熱鋳型の表面
   から離して繰り返し往復運動させ、鋳型の内表面
   に複数の層を形成させる特許請求の範囲第１項に
   記載の方法。 １１ 上記水が、ドイツ硬度8゜d以下の硬度を有
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。