JPH0344866B2 - - Google Patents

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JPH0344866B2
JPH0344866B2 JP63110646A JP11064688A JPH0344866B2 JP H0344866 B2 JPH0344866 B2 JP H0344866B2 JP 63110646 A JP63110646 A JP 63110646A JP 11064688 A JP11064688 A JP 11064688A JP H0344866 B2 JPH0344866 B2 JP H0344866B2
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fluid
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casting
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Enu Sutatsuku Aaru
Efu Zatsukai Uikutaa
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Teledyne Industries Inc
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S239/00—Fluid sprinkling, spraying, and diffusing
    • Y10S239/07—Coanda

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コレクタ上に、コアンダ効果によつ
てつくられた金属粒子を鋳造する方法、及び前記
方法を実施するのに用いられる装置に関する。
［従来の技術］ 微小構造の優れた性質と精度をもつ超合金の製
造は種々の融解、粉末治金及び凝固技術を用いて
得られ、これらの技術は、真空誘導融解、真空電
弧再融解、粉末治金、高温均衡プレス、押出し、
鋳造及びVADER法を含む。
［発明が解決しようとする課題］ これらの方法は、それらの超合金上に課せられ
る厳密な要件が極めて高い純度と含有物の実質的
な除去を必要とするので、一般に、高価でありか
つ複雑な作業を含む。最も厳しい使用目的の多く
は、現在の粉末治金技術によつて達成できないと
考えられている。VADER法のような最近の発達
した技術では、２つの消耗電極から生成される半
液状粒滴の凝固（固体温度以上でしかも液体温度
以下）による粉末製造段階を省略できる。この作
業は、厳しい使用目的に対して要求される超合金
の製造を適当に改善するものと考えられる。この
方法は、本質的に一層大きい省エネルギー性をも
ち、かつ実質的に含有物をまたない細粒超合金材
料を製造できる。しかし、この方法は、その速度
がおそく、コストが高いので最も特殊な応用以外
には用いられない。
ゆえに、現在知られている方法よりも迅速かつ
廉価な特性をもつ鋳造品をつくる鋳造方法と装置
が必要とされ、さらに、従来の方法によつて生ず
る不純物と弱さを有しないこれらの特殊な超合金
の製造方法が求められている。また、従来の方法
よりも廉価でかつ迅速な方法、及びその方法を実
施する装置が要求されている。
［課題を解決するための手段］ 本発明による金属物品の鋳造方法は、環境流体
を供給するための環境流体ハウジング内におい
て、 主流体噴出部からコアンダ効果発生表面に沿つ
て主流体を噴出してコアンダ効果を発生させ、 前記コアンダ効果により前記コアンダ効果発生
表面に沿つて流れる主流体によつて環境流体を飛
沫同伴させ、 流動する前記主流体と環境流体間にその上方か
ら溶融金属を落下させ、前記コアンダ効果により
飛沫同伴させて、溶融金属を金属粒滴に粉砕さ
せ、 前記粉砕された金属粒滴を、該金属粒滴の流動
方向と同一であつてかつ前記コアンダ効果発生表
面から離反する方向に可動な前記環境流体ハウジ
ング内の成形型内に累積させることにより、金属
物品を鋳造するものである。
また、前記金属粒滴は、成形型内に累積される
ときに部分的に凝固された状態にある。
さらに、主流体および環境流体は不活性または
化学反応性を有するものが用いられる。
なお、溶融金属は単一の金属、合金または金属
の混合物が使用できる。
本発明はさらに、本発明の方法を実施する装置
を含み、該装置は、加圧された主流体の導入部
と、一方の側部に形成されたコアンダ効果発生表
面と、該表面に隣接して配置された主流体噴出部
とを含むケーシングを有するコアンダ効果発生装
置と、前記コアンダ効果発生表面の上方に配置さ
れかつ該表面に指向された粒出部を具備した溶融
金属の供給装置とが、環境流体と連通された環境
流体ハウジング内に収容されており、さらに、前
記コアンダ効果により飛沫同伴されてつくられた
金属粒滴流の下流に配置され、かつ、前記金属流
滴流の流動方向と同一であるが、実質的に前記コ
アンダ効果発生表面から離反する方向に可動な、
鋳型支持装置を具備している。
この方法は、種々のサイズの溶融金属流滴を発
生させる装置を用いて、発生された粒滴に特定の
性質を与えるために、種々の気状雰囲気を導入さ
せることができる。この雰囲気はまた、粒状また
は液状の他の調整要素用の担体としても用いるこ
とができる。
本発明は、既知の従来方法よりも大いにすみや
かに微細な粒子構造をもつ金属鋳物をつくること
ができる。本発明は、コアンダ効果の使用と組合
わせて凝固形態に鋳造される金属粒子を製造す
る。
急冷によつて分離している金属分子を製造しか
つ回収するためにコアンダ効果を利用すること
は、本出願人による米国特許第4374789号に記述
されているが、この特許には、本明細書に述べた
目的に対してはなんらの記述も提案示されていな
い。
コアンダ効果とは、たとえ壁が噴流軸線から離
れる方に湾曲していても、噴口から到来する気体
または液体が壁の輪郭に接近して流動する傾向で
あると言うことができる。そうのようにすること
によつて、負圧が発生し（飛行機の翼と類似した
現象により）隣接する環境流体を飛沫同伴させ
る。この飛沫同伴現象は、境界層において激しい
擾乱を生ぜしめる。もし流動金属流がこの飛沫同
伴帯域内に導入されると、該流体はこのシステム
の一部となり、飛沫同伴現象のもつ力によつて激
しく取り込まれる。もしこの導入された流体が溶
融金属流であれば、この流れはコアンダ効果発生
表面から放出された擾乱気体によつて噴霧状に分
解される。
本発明による装置は簡単かつ取扱い容易であ
る。
本装置に用いられるコアンダ効果発生装置の主
要な要素は、加圧された主流体（ガス）が押込ま
れる室と、所望の速度でこの流体を流出させるた
め適切なサイズをもつスリツトと、主流体が接触
して上述の飛沫同伴現象を誘起させる前記スリツ
トに隣接する湾曲表面とを含む。
広範囲の方法成果が、本発明による装置及び方
法に利用できる多くの各因子を用いることによつ
て達成できる。
コアンダ効果発生装置によつてつくられた粒子
は、溶融もしくは凝固状態の単一の相をもち、あ
るいは軟らかくて部分的に凝固した粒子となる二
相をもつことができる。これらの粒子は鋳造品を
製造するため鋳型内に累積される。
さらに、本発明は、単一相（溶融状態）、また
は好ましくは二相（柔軟状態）溶融金属流滴を滴
切な形状の液体流から高率で生成し、次いで非金
属粒子による凝固物の汚染を最小とした状態で、
極めて細かい微細構造の凝固物を得るように種々
の形状に凝固させる装置を含む。この方法は、溶
融金属粒滴を製造するためにコアンダ効果の適用
を具体化するものである。もちろん、鋳造金属物
体の形状は、粒滴製造装置とこれと組合わされる
コレクタ面との滴切な配置、幾何学形状及び構成
の使い方によつて変更できる。ビレツトまたはイ
ンゴツトも、コアンダ効果発生装置から離反する
方向へ移動するコレクタを含む装置から製造する
ことができる。
他の実施例は、コレクタ面上に所望の鋳造物を
得るために、コアンダ効果発生装置の組合わせ配
列装置を提供する。種々の方向への吹き付けによ
つて、種々の形状をもつ装置がインゴツトを造る
ことができる。
［実施例］ 図面を参照しつつ、以下に本発明を説明する。
第１図に示すコアンダ効果発生装置１０は、コ
アンダ効果発生表面を形成する湾曲表面３０を一
方の側にもつケーシング２２によつて包囲された
室１２を含む。湾曲表面３０の曲率はここの使用
目的に対する要求事項に適合するように設計する
ことができる。ケーシング２２は、開口４０を有
し、この開口を通つて主流体（以下第一流体と称
する）が、第一流体を湾曲表面３０に付着させる
ために、スリツト５０を通る滴切な流速を達成す
るのに必要な圧力で導入される。ハウジング６０
によつて包囲された環境流体（以下第二流体と称
する）は境界層において激しい乱れを生ずる第一
流体によつて飛沫同伴される。
第２図に示す飛沫同伴区域Ｐ内に導入された第
三流体Ｍは、システムの一部となり、かつ飛沫同
伴の力によつて激しく引き込まれる。この導入さ
れた第三流体が溶融金属流であるときには、湾曲
表面３０から放出されるスプレーとして分解され
る。このような溶融金属流Ｍは、この流れを溶融
金属の供給を維持するタンデイツシユ８０から流
出させる穴、スリツトまたは他のオリフイス形状
部７０を通つて飛沫同伴区域Ｐ内に導入される。
タンデイツシユ８０は、この使用目的に適合す
るように形状づけられ（下向き形態）、かつ溶融
材料を直線状、円形状または目的が必要とする任
意の他の形態で排出するように設計される。溶融
金属流が細ければ細い程、得られる粒滴スプレー
は一層細かく、より一様となることができる。ゆ
えに、溶融金属は例えば種々の直径の穴及び溝孔
を通つて流出されてもよい。
タンデイツシユ８０に関しては、コアンダ効果
発生装置１０は極めて広い範囲にわたる形態に設
計できる。その形態としては、直線、円形、方
形、不規則形、らせん形あるいは使用目的を満足
する任意の他の形態を用いることができる。
コアンダ効果発生装置１０の湾曲表面３０は、
装置の室１２の一部分として構成することがで
き、あるいは、スプレー方向を変えるのに付加的
な融通性を要求されれば、室と別個に造ることも
できる。湾曲表面３０の姿勢を調節することによ
り、スプレーの方向は直線下向き以外の種々の方
向とを構成できるように変化させることができ
る。
スリツト５０のサイズは、或る条件下で流出す
る第一流体の飛沫同伴または速度及び流量に対す
る所望の効果を得るように調整できる。湾曲表面
３０に対するスリツト５０の位置は、所与の使用
目的に対して要求される第一流体速度及び飛沫同
伴特性と適合するように用いられる別の可変因子
となる。この技術分野における熟練者は、特定の
要求に対する可変因子を調節する方法を知るであ
ろう。
通常はガスである第一流体は、特定の使用目的
に対して要求される第一流対流量を得るために
種々の圧力で、室１２内に導入される。
第一流体の温度は、このプロセスに対する冷却
効果を遅延させたりあるいは加速させるために、
所要に応じて調節できる。同様にして、供給され
る溶融金属の温度は、粒子または流滴の冷却に必
要な時間を吹き延ばしあるいは短縮するように調
節できる。
上述のように、本発明によるコアンダ効果を利
用する装置は、慣用の熱間スプレー方法をはるか
に超えて高い累積速度が得られるばかりでなく、
元素やセラミツクあるいは金属タイプの化学化合
物を添加することができ、しかも、これらの添加
物は熱力学的制約とは全く無関係である。
これらの不活性または化学的に活性の粒子は、
凝固する瞬間に合金に添加させることができる。
或る例では、例えは小量の化学的活性化ガスを凝
固中の粒滴に添加することが望まれる。この特徴
は熱安定性酸化物分散質を含む新規な耐クリープ
性アルミニウム合金をつくるのに特に好適であ
る。さらに、多量の炭化物、硼化物または珪化物
は付加的に耐摩耗性と改良された切削性能を得る
ため、高速度鋼に混入させることもできる。これ
らの酸化物、炭化物、硼化物または珪素物を、例
えばアルミニウム、チタニウム、ジルコニウム、
鉄及びニツケル基合金のような鉄及び非鉄金属の
いずれにも添加することができる。
コアンダ効果を利用する累積方法の融通性は広
い種類の合金設計と凝固機会を与える。例えば、
既述のように、不活性または化学的に活性の粒子
は、スリツトから流出するガス粒に飛沫同伴さ
れ、あるいは添加され、次いで過度の分離や密集
を伴わずに液状粒摘内に混合されることができ
る。多量の硬質炭化物、硼化物または珪化物が、
鉱山用または大形土木器械用のクラツド板の耐研
摩性を向上させるために、高合金網に添加され
る。
このシステムの本来の速度は、所要の高粒摘衝
撃速度と極めて細かい粒摘への分解を可能とす
る。プラズマアークのような他の技術との組み合
わせ使用によりこの方法を促進できる。
本発明による鋳造システムに対する装置は第３
図に示すように、５つの基本構成要素、すなわち
室２００、炉３００、タンデイツシユ４００、コ
アンダ発生装置５００及びコレクタ６００を含
む。室２００の実際の物理的配置は、コレクタ６
００の運動方向の相違によつて変化する。もちろ
ん、室２００の好適な形態は、特定の使用目的及
び開示された方法の使用によつて定まり、かつ一
つの特定形式の鋳造用、またはインゴツト鋳造用
として設計されかつ製造された単一目的の室か
ら、種々の異なる使用目的に対して処理できる汎
用目的の室にまでわたつて変化する。しかし、い
ずれの室に対しても基本的な用件事項が必要とさ
れる。室２００は、すべてのプロセスを収容し、
進行させることが必要であり、かつ正確で精密な
雰囲気制御ができなければならず、かつ鋳造され
る種々の形態物を収容するのに適合するサイズと
形状をもたなければならない。
炉要素３００は、これに関係する金属材料、使
用ガスの種類、所定温度の程度、実施すべき雰囲
気制御などによつて定まる。既知の多数の金属融
解技術が用いられ、かつ治金技術分野において既
に知られている金属融解のための炉が、本発明に
よる炉構造に対して満足に適合される。
第４図は、概略的に、コアンダ効果発生装置に
よつて鋳造形式のインゴツトまたはビレツトを鋳
造する引込式コレクタ６２０を示す。この場合、
コアンダ効果発生装置５２０は円形構造のもので
ある。対象物は、スプレー粒子がその中に累積す
る適切な鋳型７２０を備えることによつて特定の
形状に鋳造される。
上記の特定実施例から分かるように、コレクタ
の極めて多数の組み合わせ及び変形が可能で、か
つ上記の実施例は、必ずしも本発明を限定するも
のではなく、本発明により用いられる単なる実施
例として図示、説明されるものに過ぎない。
通常、第一及び第二流体はガスである。上述の
ように、種々の混合ガスが或る所望の効果を達成
するために用いられ、かつ、もちろん付加液体、
気体または液体までも混合ガスの組成を変えるた
めにこれらのガスに添加される。
既述の発明は、鉛、錫、鋳鉄及び不銹鋼（300
系）のような種々の金属の粒子を形成するのに用
いられており、錫粉末は、数ミクロン程度の小さ
い寸法の範囲でつくられ、かつ不銹鋼粉末と同じ
ように、圧密に適している。
本発明の使用例を以下に示す。この実施例は単
なる例に過ぎず、本発明を境界づけて限定するも
のではない。
例 錫粉末の製造 湾曲表面：０℃姿勢 スリツト：湾曲表面上０軸線から30°方向 スリツト開口量：0.031cm 材 料：錫 錫の温度：345℃ 第一流体：N2（室温） 室内圧力：345Kp 第二流体：N2（室温） 溶融流オリフイス：内径0.32cm オリフイスからスリツトまでの落下距離：0.95cm 上記実施例の結果を要約すれば、本発明は、金
属部品を鋳造するため、鋳型内にコアンダ効果を
利用してつくられた金属粒滴を累積させる新規な
方法と装置を提供する。
［発明の効果］ 以上説明したように、コアンダ効果発生装置
は、その本来からもつ速度と、本装置が寸法的に
拡大または延長するのが容易であるから、これら
の粒子の製造速度は極めて高く、それにより真空
電弧再融解法、粉末治金法及びVADER法の従来
技術を、生産速度及び経済性の両方で上まわる性
能が得られる。
さらに、製造された粒子は、装置の独特な優秀
さのため製造中に付与された種々の品質と特性を
もつことができ、数多くの製品を製造することが
できる。
また、コアンダ効果発生装置を使用することに
より円形、あるいは他の複雑な形状を含み、種々
の形態の鋳造品が製造できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明において用いられるコアンダ効
果発生装置の一実施例の斜視図、第２図は、第１
図の線２−２に沿つてとられた断面図、第３図
は、本発明において用いられる装置形態の概略
図、第４図は引込み型コレクタで鋳込み中の本発
明の一実施例の概略図である。 １０……コアンダ効果発生装置、１２……室、
２２……ケーシング、３０……フオイル表面、４
０……開口、５０……スリツト、６０……ハウジ
ング、７０……オリフイス形状部、８０……タン
デイツシユ、２００……室、３００……炉、４０
０……タンデイツシユ、５００，５２０……コア
ンダ効果発生装置、６００……コレクタ、６２０
……コレクタ、７２０……鋳型。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 環境流体を供給するための環境流体ハウジン
    グ内において、 主流体噴出部からコアンダ効果発生表面に沿つ
    て主流体を噴出してコアンダ効果を発生させ、 前記コアンダ効果により前記コアンダ効果発生
    表面に沿つて流れる主流体によつて環境流体を飛
    沫同伴させ、 流動する前記主流体と環境流体間にその上方か
    ら溶融金属を落下させ、前記コアンダ効果により
    飛沫同伴させ、溶融金属を金属粒滴に粉砕させ、 前記粉砕された金属粒滴を、該金属粒滴の流動
    方向と同一であつてかつ前記コアンダ効果発生表
    面から離反する方向に可動な前記環境流体ハウジ
    ング内の成形型内に累積させることを特徴とする
    金属粒滴による金属物品の鋳造方法。 ２ 成形型内に累積されたとき、前記金属粒滴が
    部分的に凝固された状態である請求項１記載の金
    属分物の鋳造方法。 ３ 主流体および環境流体が、それぞれ不活性ま
    たは化学反応性を持ち、かつ微粒子を含み得る請
    求項１または２記載の金属物品の鋳造方法。 ４ 溶融金属が単一の金属、合金または金属の混
    合物である請求項１乃至３のいずれか一項に記載
    の金属物品の鋳造方法。 ５ 加圧された主流体の導入部と、一方の側部に
    形成されたコアンダ効果発生表面と、該表面に隣
    接して配置された主流体噴出部とを含むケーシン
    グを有するコアンダ効果発生装置と、 前記コアンダ効果発生表面の上方に配置されか
    つ該表面に指向された流出部を具備した溶融金属
    の供給装置とが、環境流体と連通された環境流体
    ハウジング内に収容されており、さらに、 前記コアンダ効果により飛沫同伴されてつくら
    れた金属粒滴流の下流に配置され、かつ、前記金
    属粒滴流の流動方向と同一であるが、実質的に前
    記コアンダ効果発生表面から離反する方向に可動
    な、鋳型支持装置を具備することを特徴とする金
    属粒滴による金属物品の鋳造装置。
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