JPH03106558A

JPH03106558A - 鋳造用ノズル部材の製造方法

Info

Publication number: JPH03106558A
Application number: JP1244502A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Kuwabara; 光雄桑原; Nobuki Matsuo; 伸樹松尾; Takeshi Kokusho; 毅国生
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1989-09-20
Publication date: 1991-05-07
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JP2698186B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、良質の鋳造品を安定して得ることの出来る鋳
造用ノズル部材およびその製造方法に関する。

［従来の技術コ例えば、鉄性鋳造物等を製造する際におけるサイクルタ
イムの向上、あるいは、指向性凝固の達戒を実現する場
合、金型に対して供給される溶湯量および溶湯時間を正
確に制御することが良好な製品を得る上で極めて重要な
こととされている。

この場合、前記金型の注湯口に装着されるノズル部材の
材質が前記の目的を達或する上で特に重要である。すな
わち、前記ノズル部材は金型に対して所定量の溶湯を所
定時間で正確に供給するため、その径が常時一定で且つ
溶湯に対して濡れ性の低いものであることが必要である
。

また、ノズル部材は高温下で使用されるため耐熱性が要
求されるとともに瞬時に高温の溶湯と接触するため耐熱
衝撃性も要求される。

このような点から、その素材としては六方晶窒化ホウ素
（ｈ−ＢＮ）　、黒鉛、セラミックス等によるものが考
えられている。

［発明が解決しようとする課題コこの場合、ｈ−ＢＮによるものは、金属溶湯に対する濡
れ性が低く、耐熱衝撃性も良好であり、潤滑性も優れて
いるため、最も有望な素材とされているが、高価であり
、また、耐摩耗性にも問題がある。

黒鉛製は、安価で耐熱性、耐衝撃性に優れているが、金
属溶湯と反応してノズル部材に付着することでその径が
時間とともに変化するため、溶湯の流量制御等が出来な
いという問題がある。

また、セラミックスは、金属溶湯との濡れ性が低く、耐
熱性も高いが、熱衝撃性および繰り返しの使用に対する
耐性が弱く、瞬時に破壊されるという問題がある。

さらに、最近、窒化ケイ素（ｓｉ３Ｎ，）等の反応焼結
体とｈ−ＢＮ粉体とを複合させた戒形体が製造されてい
るが、この戒形体は多孔質であり、ノズル部材の溶湯通
路からの地金さし、スラグ或分の浸入に起因して繰り返
し使用時の耐用性がｈ−ＢＮの１／５〜１／３となると
いう問題がある。

この他、従来のノズル部材の素材には次のような問題が
あった。

先ず、溶湯の潤滑性および反応性はｈ−ＢＮが多い程よ
いが、その量が増加するにつれ耐摩耗性が低下する。ま
た、溶湯戒分によっては耐熱衝撃性が低下する。例えば
、Ｃｒ添加のものは、無添加のものに較べてｈ−ＢＮが
２〜５倍必要である。さらに、ノズル部材の溶湯通路の
欠陥やノズル部材内の開気孔にスラグが浸入したり、地
金さしがあり、膨張、収縮の繰り返しにより素材が破壊
するため、表面が緻密である必要がある。然しなから、
表面を緻密にすると溶湯戊分によっては注湯と同時にノ
ズル部材が破壊してしまう。

本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、表面粗さ、潤滑能、強度、耐熱衝撃性、耐摩耗
性等の諸性質を改良し、高品質である鋳造用ノズル部材
およびこのノズル部材を安定して生産することの出来る
製造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］前記の課題を解決するために、本発明は窒化ケイ素と六
方晶窒化ホウ素からなる複合材を母材とし、その外周表
面が、窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素に焼結助剤として
酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウ
ム等を用いて焼成したコーティング層で少なくとも開口
面が被覆されることを特徴とする。

また、本発明は窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素の複合材
を形成し、次いで、前記複合材の外周表面に酸化イットリウム、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム等を焼結助剤とする
窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素を塗設して焼戒すること
でコーティング層を形成する、ことを特徴とする。

［作用コ本発明では、窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素からなる母
材の外周表面にコーティング層を形戒してノズル部材と
することにより、溶湯通路の耐摩耗性が向上するととも
に表面粗さが低減し、溶湯の流通性が改善される。また
、前記コーティング層を焼戒によって形成する際、圧縮
応力が前記母材に印加される。この結果、耐用性の高い
極めて優良な鋳造用ノズル部材が得られる。

［実施例］次に、本発明に係る鋳造用ノズル部材およびその製造方
法について実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

本発明による製造方法では、先ず、母材として窒化ケイ
素（ＳｉｓＮａ）と六方晶窒化ホウ素（ｈ−ＢＮ）　、
あるいはサイアロンとｈ−ＢＮの複合材を鋳造用ノズル
部材の形状に形成する。

すなわち、複合材は、シリコンとアルミニウム、あるい
はこれらの焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ２０，
）、酸化アルミニウム（Ａｆ＊Ｏｓ）酸化マグネシウム
（ＭｇＯ）等を混合してｈ−ＢＮと複合化し、ｈ−ＢＮ
含有量を５〜６０重量％として、Ｎ２雰囲気中、１４０
０℃〜１６５０℃の温度で反応焼結することにより得ら
れる。なお、原料中に少量のカーボンを添加しておき、
シリコンの窒化効率の向上を図る場合もある。

このとき得られる複合材には１０〜４０％程度の閉気孔
がある。その最大寸法は１００〜３００μｍに達してお
り、この複合材の強度は低い。

本発明ではこの複合材にコーティングが施される。コー
ティングの或分としては、ｈ−ＢＮが２〜４０重量％、
ＹｉＯａ　、Ａ１ｚＯｓ、Ｍｇ○、ＺｒＯ２、ＣｅＯ，
、ＬａｚＯｓから選択される少なくとも一種以上を１〜
４５重量％含有し、残部が３　ｒ　３　Ｎ　ｍであるも
のが使用される。

これらの或分を水、アルコール、ヘキサン等で分散させ
、スラリー化し、これを刷毛塗り、スプレー等で前記複
合材の外周表面に塗布して焼成する。

このように、鋳造用ノズル部材における複合材の全外周
表面または複合材の中、溶湯の通路のみにコーティング
層を設けると、前記通路の内周面が滑らかになり、表面
粗さが低減され、溶湯の流通性が改良される。また、複
合材の全外周面にコーティング層を設けた場合には、前
記複合材にコーティング層による圧縮応力が印加される
ため、熱衝撃抵抗を高くすることが出来る。この場合、
溶湯流人に伴って発生する熱応力は引張応力であり、こ
れは素材強度より遥かに大きく、従って、圧縮応力の印
加は非常に有効であり、ノズル部材の機能の向上ととも
にその寿命も大幅に向上させ得る。コーティング層の材
質は高強度で収縮率の大きいものが要求されるので、そ
の原料は１０μｍ以下の粒子で構戒されたものが望まし
い。

なお、コーティング層の厚みが１μｍ以下では複合材中
の閉気孔を埋めることは殆ど不可能であり、また、複合
材表面に多数のマイクロクラックが生或される。また、
１０００μｍ以上では収縮の際に表面にクラブクが発生
し、製品として使用出来ないだけでなく、クラブクが使
用時拡大し、耐用性の悪化が著しくなる。

？ーティング後の焼戒は、十分乾燥させた後、１６００
〜１８００℃の温度で？１ｔ２　、Ｎ２　＋Ａｒ等の不
活性雰囲気中においてなされる。

このようにして得られたものの面粗さはＲ■８で１０μ
ｍ以下、および１〜２μｍの範囲に入る。従って、反応
焼結体である複合材の面粗さが大幅に改良されているこ
とが判る。

次に、Ｓ　ｉ，　Ｎ．粉体を出発原料として比較的緻密
な３１３Ｎ４　　　（ｈ　　ＢＮ）複合材を使用した場
合について説明する。

緻密質の複合材は極めて厳密に制御された製造技術によ
り製造され、かさ比重が２．１〜３．２ｇ／ａｍ’のも
のが得られる。ｈ−ＢＮ含量は２〜４０重量％とじ、こ
のときのかさ比重は２．５〜３．２ｇ／ｃｍ”となる。

このため、水中投下による耐熱衝撃は極めて高い値とな
り、ΔＴで６００〜１１００℃となる。然しなから、実
際に使用した場合は、加工傷や製造傷等が破壊原因とな
ったり、また溶湯或分に影響され、瞬時に破壊すること
もある。この原因については詳細な理由は不明であるが
、生戒するクラックのピン止めや吸収が出来ないためと
推察される。

そこで、複合材内部に故意に閉気孔を導入し、使用面を
緻密化した。この場合、緻密部位の厚みは０．３〜２ｆ
ｌｌｆｌ１前後であり、最外表面では１０μｍ以下で殆
ど観察されない。最外表面の厚みは１００〜５００μｍ
で、これを越えると１０〜１００μｍ程度の閉気孔が漸
次増大していく。中央部には１００μｍ以上の閉気孔が
存在し、調整により３００μｍ程度の閉気孔まで導入可
能である。このような閉気孔の導入は、形成しようとす
る複合材を予め水またはアルコール、あるいはアルコー
ルー水系の溶媒を用いて発泡させることによりなされる
。通常の発泡剤を使用すると、大量の気泡を導入出来る
と考えられ易いが、泡の強度が小さく、且つ寿命も短い
ので、戊形時に大きな密度差を原因とするクラックが入
り、使用出来ない。また、焼戒時にも発泡前の悪影響が
あるので、強度等の劣化がある。

実施例では、反応性の泡を利用している。すなわち、ス
ラリーを脱泡し、石膏型により形戒すると、先ず、型の
面が着肉して緻密層が形戒され、内部では着肉の遅れに
より反応性の泡が発生する。このため、そのままゆっく
り固化させることで外周部が緻密で内部に比較的大きな
閉気孔を有した複合材が得られる。

このように、内部を多孔質化し、外周部を緻密化するこ
とにより次のような２つの利点が得られる。先ず、強度
が極めて高くなり、また耐熱衝撃性が向上する。ここで
の耐熱衝撃性とは、見掛けのものであり、耐用性の兼ね
合いで定まるもので、水中投下後の物性値測定のもので
はない。

一峻に、耐熱衝撃温度Δ’ｒ＋ａａＭは、で与えられる
。但し、ν：ポアソン比、萼：ヤング率、α：熱膨張係
数、ｈ：熱伝達係数、ｋ：熱伝導率、σ：強度、である
。

？れらから判るように、耐熱衝撃温度ΔＴ■８を高くす
るには、強度σを大きくし、ヤング率Ｅを下げればよい
ことになるが、実際にはこのようにすると破壊がカタス
トロフィックになり、瞬時に破壊するという問題が生じ
る。従って、本実施例では、内部を多孔質化し、クラブ
クの伝搬能を低下させるようにした。これは、あくまで
もノズル部材の耐熱衝撃性の向上に主眼を置いた結果で
あり、このようにすると強度は低いが、破壊は瞬間的な
ものではなくなり、条件が揃えば反応焼結体以上の耐用
性が得られる。

次に、具体的実施例について説明する。

第１図は本実施例の鋳造用ノズル部材の概略断面図、第
２図は第１図に示すノズル部材を適用した鋳造システム
の構或を示す概略断面図、第３図は第１図のノズル部材
の製造プロセスを示す説明図である。

第２図の鋳造システムにおいて、ラドルｌＯより供給さ
れる溶湯１２は、ホッパ−１４に一旦注湯された後、ラ
ンナ１６の湯口に装着されたノズル部材ｌ８を介して金
型２０に画威されたキャビテイ（図示せず）に注湯され
る。次いで、前記キャビテイに注湯された溶湯１２が冷
却固化された後、型開きして金型２０から製品の取り出
しが行われる。この場合、第１図に示すノズル部材１８
は、第３図に示すように、複合材をノズル部材１８の形
状に或形した後、石膏型を用いて反応焼結させることで
、内部に比較的大なる径の閉気孔２３を有し表面側が緻
密化された反応焼結体２２が得られる。次いで、この反
応焼結体２２の全外周表面にコーティング層２４を塗設
し、これを焼成することでノズル部材１８が得られる。

［実施例１コこの実施例ｌでは、溶湯１２の或分としてＦ３０にＭｏ
　　２％、Ｖ０．５％、Ｃｒｔ．Ｏ％を添加したものを
使用し、サイクルタイムを１２秒、戒形したノズル部材
１８の溶湯通路１９の径を１２ｍｇ＋とした。第４図に
示す各供試体において、瞬間破壊に対する耐用性は、Ｄ
，Ｇが良好で、次に、ＣＳＥ，Ｆ，Ｈも比較的良好であ
ったが、Ａ１Ｂは不良であった。また、耐用性はＣＯＤ
＞、ＩＣＥであり、ｈ−ＢＮ９７重量％では時に目詰ま
りが見られた。

［実施例２コこの実験例２では、溶湯１２の戊分としてＦＣＤ４５を
使用し、サイクルタイムを９０秒、ノズル部材１Ｂの溶
湯通路１９の径を１７ｍとした。第５図に示す供試材は
Ａ−Ｈは実施例１と同じである。その結果は、Ａ−Ｇに
対する瞬時破壊性は不良（ＮＧ）であったが、Ｈ，Ｊは
比較的良好、■は加工傷により破断した。また、耐用戒
績はＪ＞Ｈであり、機能もＪ＞Ｈであった。但し、Ｈに
は時に原因不明の目詰まりが生じた。

［発明の効果コ以上のように構或される本発明に係るノズル部材および
その製造方法では、Ｓ　１　ｓ　Ｎ　４　とｈ−ＢＮと
の複合材に対し、３ｉ３Ｎ４およびｈ−ＢＮと焼結助剤
からなるコーティング層を形成して焼結し、これにより
圧縮応力を複合材全体に加えるとともに、前記複合材中
に閉気孔を導入している。この結果、耐摩耗性、耐熱性
に優れ、且つ循環性能が改善され、従って、ノズル部材
の寿命も改善され、かくして溶渦流量、流通時間を正確
に制御出来るとともに、高品質のノズル部材の製造が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって得られた鋳造用ノズル部材の断
面構或図、第２図は本発明によって得られたノズル部材を鋳造シス
テムに装着した場合の構戊概略断面図、第３図は本発明におけるノズル部材の製造プロセスの説
明図、第４図および第５図は本発明によって得られたノズル部
材の実施例と比較例とを示す図表である。１８・・・ノズル部材２３・・・閉気孔２２・・・反応焼結体２４・・・コーティング層１ｎＦＩＧ．２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素からなる複合材を
母材とし、その外周表面が、窒化ケイ素と六方晶窒化ホ
ウ素に焼結助剤として酸化イットリウム、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム等を用いて焼成したコーティン
グ層で少なくとも開口面が被覆されることを特徴とする
鋳造用ノズル部材。
（２）窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素の複合材を形成し
、次いで、前記複合材の外周表面に酸化イットリウム、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム等を焼結助剤とする
窒化ケイ素と六方晶窒化ホウ素を塗設して焼成すること
でコーティング層を形成する、ことを特徴とする鋳造用ノズル部材の製造方法。
（３）請求項２記載の方法において、複合材は、シリコンまたはシリコンとアルミニウムに焼
結助剤を混合したものに、さらに、六方晶窒化ホウ素を
５乃至６０重量％混合し、次いで、これらを反応焼結し
て形成することを特徴とする鋳造用ノズル部材の製造方
法。
（４）請求項２記載の方法において、複合材は、窒化ケイ素の粉体に六方晶窒化ホウ素を２乃
至４０重量％混合して形成することを特徴とする鋳造用
ノズル部材の製造方法。
（５）請求項２または４記載の方法において、５０乃至
３０００μｍの閉気孔を有する複合材を形成した後、前記複合材の外周表面に焼結助剤を含む窒化ケイ素と六
方晶窒化ホウ素を塗設し、次いで、これらを前記閉気孔の気孔量が５乃至４５体積
％となるよう焼成する、ことを特徴とする鋳造用ノズル部材の製造方法。
（６）請求項２乃至５のいずれかに記載の方法において
、コーティング層は、厚みが１乃至１０００μｍで、六方
晶窒化ホウ素を２乃至４０重量％、酸化イットリウム、
酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウ
ム、酸化セシウム、酸化ランタンから選択される少なく
とも一種以上を１乃至４５重量％含有し、残りを窒化ケ
イ素とすることを特徴とする鋳造用ノズル部材の製造方
法。