JPH0587345B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、熱衝撃性、離型性、耐久性および耐
摩耗性の優れた鋳造用金型およびその製造方法に
関する。

［従来技術および発明が解決しようとする課題］ 従来、鋳造用金型は、200〜300シヨツト毎に市
販の軟塗型剤（セラミツクを水ガラスに練込んだ
もの）にて塗型をしながら使用される。しかし最
終的シヨツト数は銅合金鋳造用金型の場合、数千
シヨツトが限界である。これは、金型本体の表面
に歪みまたは摩耗が生じる為である。

近年、無機系成分と主とする接着剤が研究され
ている。例えば、特公昭50−33491号公報には、
微粒状高純度の酸化ジルコニウムとコロイド珪酸
並びにそれらの合計重量の２〜10％のアルミン酸
ナトリウムからなる混合物を1000℃以上で焼成し
て微粉砕して得られることを特徴とする高耐熱性
接着剤組成物の製造方法が開示されている。この
接着剤組成物は珪酸ナトリウム水溶液と混練して
塗布される。珪酸ナトリウムは接着剤組成物100
重量部当たり35〜50重量部（固形分含有量）の量
で使用され、そしてその水溶液の濃度は接着剤組
成物と混練することによりペースト状ないしミル
ク状物が得られるに足る量の水が加えられる。こ
の方法で製造される接着剤はキユアリング温度が
低く、250〜350℃で１時間のキユアリング時間で
充分であると報告されている。

更に無機材質研究所研究報告書第34号、“チタ
ン酸カリウム繊維の合成に関する研究”、科学技
術庁、1982年、１〜37頁には、優れた耐摩耗性を
有するチタン酸カリウム繊維が開示されている。

しかし従来には、上記の高耐熱性無機系接着剤
とこのチタン酸カリウム繊維とを組み合わせ、鋳
型に応用する技術は開発されていない。

本発明は、鋳型において上記の接着剤とチタン
酸カリウム繊維を利用することを鋭意研究して、
従来技術の鋳造用金型に比較して著しく優れた耐
摩耗、離型性、耐熱衝撃性を持つ鋳造用金型を開
発することを課題としている。

［発明の構成］ 即ち、本発明者は、無機系水性溶剤に５〜
200μmの長さおよび0.05〜5μmの直径のチタン酸
カリウム（K₂Ti₆O₁₃）繊維を分散させた分散物
を炭素繊維織物および−編物の群の少なくとも一
種の炭素繊維材料に50〜400μmの乾燥膜厚で塗布
された被覆生成物が金型の内面に無機系水性接着
剤にて貼り付けられており、上記無機系接着剤が
酸化ジルコニウムおよびシリカを主要成分とし且
つアルミン酸ナトリウムを少量成分として含有し
そして無機系溶剤がシリカを主要成分とし且つ酸
化ジルコニウムおよびアルミン酸ナトリウムを少
量成分として含有し、その際上記接着剤も溶剤も
適用時に少量の水を加えた珪酸ナトウム水溶液が
添加されていることを特徴とする、チタン酸カリ
ウム繊維含有被覆を持つ上記鋳造用金型が上記の
課題を解決し得ることを見出した。

更に本発明は、チタン酸カリウム繊維含有被覆
を持つ上記鋳造用金型の製造方法において、シリ
カを主要成分とし且つ酸化ジルコニウムおよびア
ルミン酸ナトリウムを少量成分として含有する無
機系溶剤に、少量の水を加えた珪酸ナトリウム水
溶液を添加した水性分散物に５〜200μmの長さお
よび0.05〜5μmの直径のチタン酸カリウム（K₂
Ti₆O₁₃）繊維を分散させ、その分散物を炭素繊
維織物および−編物の群の少なくとも一種の炭素
繊維材料に50〜400μの乾燥膜厚で塗布し、室温
から90℃の範囲内の温度で水分を除き、次いで
100〜350℃でキユアリング反応させた後にこれを
金型の内面に、酸化ジルコニウムおよびシリカを
主要成分とし且つアルミン酸ナトリウムを少量成
分として含有し且つ少量の水を加えた珪酸ナトリ
ウム水溶液を添加した無機系接着剤を用いて貼り
付け、室温から90℃で水分を除去しそして100〜
350℃でキユアリング反応させるか または上記手順とは逆に、先に金型内面に炭素
繊維材料を貼り付けてその後でチタン酸カリウム
繊維含有溶剤を塗布するように行い、その際のそ
の他の条件は上記と同じであることを特徴とす
る、上記チタン酸カリウム繊維含有被覆を持つ鋳
造用金型の製造方法にも関する。

本発明で使用し得る鋳造用金型は一般に用いる
鉄製、銅合金のものである。本発明において金型
内面とは、金型本体の内面でけでなく、場合によ
つては湯口、上がり、押し湯および等の内面を含
めた意味である。

本発明で使用する溶剤は、シリカを主要成分と
し且つ酸化ジルコニウムおよびアルミン酸ナトリ
ウムを少量成分として含有しており、その使用時
に少量の水を加えた珪酸ナトリウム水溶液を添加
し、混練して使用される。珪酸ナトリウムは本発
明の溶剤100重量部当たり35〜50重量部（固形分
含有量）の量で使用され、そしてその水溶液の濃
度は溶剤組成物と混練することによりペースト状
ないしミルク状物が得られるに足る量の水が加え
られる。中でも、本発明の溶剤は、20〜40重量％
の酸化ジルコニウム、50〜65重量％のシリカおよ
び残量のアルミン酸ナトリウムより成る組成を有
し、そしてこれらの成分の総量を100重量部とし
て40〜50重量部の珪酸ナトリウムを使用する場合
が特に有利である。この組成比の場合には、チタ
ン酸カリウム繊維を高濃度で水に分散させること
ができ、且つ炭素繊維への被覆性も良好であるこ
とが判つている。この溶剤はキユアリング後、
1200℃までの耐熱性を有している。

チタン酸カリウム繊維は、上述の無機材質研究
所研究報告書第34号に説明されている。この繊維
の役割は、金型の耐熱性、耐摩耗性および離型性
を改善することである。この繊維は５〜200μm、
殊に10〜50μmの長さおよび0.05〜5μ、殊に0.1〜
1μmの直径を有している微細な繊維がよい。チタ
ン酸カリウム繊維の溶剤への添加量は、２〜30重
量％であるのが有利である。

チタン酸カリウム繊維を溶剤に分散させた分散
物の炭素繊維材料への塗膜の厚さは、乾燥膜厚で
50〜400μm、殊に200〜250μmであるあるのが好
ましい。

本発明で用いる炭素繊維織物および−編物の群
の少なくとも一種の炭素繊維材料は上記溶剤を良
好に塗布できるものであればよく。これらは市販
されている。この布状物、織物または編物の厚さ
は、特に制限はないが、成形体の精密な寸法とう
を考慮すると比較的に薄い100〜1000μm程度であ
るのが好ましい。

本発明で用いる接着剤は、酸化ジルコニウムお
よびシリカを主要成分とし且つアルミ酸ナトリウ
ムを少量成分として含有しており、使用時に少量
の水を加えた珪酸ナトリウム水溶液を添加し、混
練して使用される。珪酸ナトリウムは本発明の接
着剤100重量部当たり35〜50重量部（固形分含有
量）の量で使用され、そしてその水溶液の濃度は
接着剤組成物と混練することによりペースト状な
いしミルク状物が得られるに足る量の水が加えら
れる。中でも、殊に50〜70重量％の酸化ジルコニ
ウム、25〜35重量％のシリカおよび残量のアルミ
ン酸ナトリウムより成り、そして使用時にこれら
の成分の総量を100重量部として40〜50重量部の
珪酸ナトリウムを使用する場合が特に有利であ
る。この接着剤はキユアリング後に1300℃の耐熱
性を有している。

本発明で用いる溶剤も接着剤も、急激な水分の
蒸発によつて塗膜に凹凸が生じるので、これを避
ける為に空気乾燥または90℃程までの温度で乾燥
させる。キユアリングは、100〜350℃程で行うこ
とができる。

本発明の鋳造用金型の製造の有利な実施態様を
以下に示す： 最初に、水に分散させた珪酸ナトリウム含有の
無機系溶剤分散物中に該溶剤を基準としてとして
２〜15重量％の量のチタン酸カリウムを分散さ
せ、この分散液を炭素繊維織物に50〜250μmの乾
燥膜厚で塗布し、室温から90℃までの温度で１時
間以上乾燥させ、次いで130〜350℃の温度でキユ
アリングする。得られた被覆された炭素繊維織物
を非被覆面を金型の表面に向けて、珪酸ナトリウ
ム含有の上記接着剤を水に分散させた分散液にて
接着する。炭素繊維が貼り付けられる鋳型内面
は、鋳型の湯口、上がり、押し湯および鋳型本体
のそれである。貼り付けた後に、溶剤の場合と同
様に空気乾燥または90℃までの温度で乾燥しそし
て130〜350℃でキユアリングする。

本発明の方法の別の実施態様は、先に上記の無
機系接着剤で上記炭素繊維材料を金型内面に貼り
付け、上記条件で乾燥し、キユアリングし、その
後に上記チタン酸カリウム繊維を分散含有する上
記無機系溶剤水性分散物を、貼り付けたれた炭素
繊維の上に塗布し、乾燥しそしてキユアリング反
応させるものである。

このようにして製造されるチタン酸カリウム繊
維含有被覆を持つ金型は、鋳造に必要とされる耐
熱性を充分に有している他に、耐摩耗性に優れ且
つ鋳造後に成形体を金型から取り出す際の離型性
も卓越している。更に、軟塗型をせずに10000シ
ヨツトの成形を実施しても、成形体の表面状態に
異常が生じず、充分に使用に耐える優れた耐久性
を持つものである。

本発明を以下に実施例を用いて差に詳細に説明
する： 実施例 １ 29.6重量％の酸化ジリコニウム、58.0重量％の
シリカおよび2.4重量％のアルミン酸ナトリウム
より成る溶剤50ｇに、10mlの水を加えたJIS2号の
珪酸ナトリウム（22ｇ）の水溶液を加え粘稠なペ
ースト状になるまで混練し、これを水40mlに分散
させる。この分散物に平均長さ20μm平均直径
0.9μmのチタン酸カリウム繊維10ｇを分散させ
る。この分散物を、厚さ500μm炭素繊維織物にウ
エツト塗膜厚さで400μmの厚さに塗布する（乾燥
塗膜厚；約215μm）。これを90℃で１時間乾燥し、
次いで150℃のキユアリング温度で１時間キユア
リングする。

次に、64.0重量％の酸化ジリコニウム、31.2重
量％のシリカおよび4.8重量％のアルミン酸ナト
リウムより成る接着剤50ｇに、少量の水を加えた
JIS2号の珪酸ナトリウム（22ｇ）の水溶液を加え
粘稠なペースト状になるまで混練し、これを40ml
の水に加え分散させた分散物を用いて、上記のキ
ユアリングした炭素繊維織物を自動車エンジンの
ケーシング用銅合金鋳型の内面、湯口内面等に貼
り付ける。これを、同様に90℃で１時間乾燥し、
次いで150℃のキユアリング温度で１時間キユア
リングする。

こうして製造された上記の鋳型を、350〜400℃
に冷却しながら自動車エンジンのケーシングの鋳
造に用いたところ、10000シヨツト行つても、未
だ表面に変化がなかつく、成形体の表面状態も良
好であつた。離型は非常に容易である。

実施例 ２ 65.6重量％の酸化ジリコニウム、32.0重量％の
シリカおよび2.4重量％のアルミン酸ナトリウム
より成る接着剤50ｇに、10mlの水を加えたJIS2号
珪酸ナトリウム23ｇを添加し、これを40mlの水に
分散させた分散物を用いて、厚さ500μm炭素繊維
織物を自動車エンジンのケーシング用銅合金鋳型
の内面、湯口内面等に貼り付ける。これを、90℃
で１時間乾燥し、次いで150℃のキユアリング温
度で１時間キユアリングする。

38.7重量％の酸化ジリコニウム、56.5重量％の
シリカおよび4.8重量％のアルミン酸ナトリウム
より成る溶剤50ｇに、５mlの水を加えた珪酸ナト
リウム11ｇの混練物を加え、それを水45mlに分散
させる。この分散物に平均長さ20μm平均直径
0.9μmのチタン酸カリウム繊維10ｇを分散させ
る。

この分散物を、金型内面に貼り付けられた炭素
繊維材料の表面にエツト塗膜厚さで450μmの厚さ
に塗布する（乾燥塗膜厚；約230μm）。

こうして製造された上記の鋳型を、350〜400℃
に冷却しながら自動車エンジンのケーシングの鋳
造に用いたところ、10000シヨツト行つても、未
だ表面に変化がなかつく、成形体の表面状態も良
好であつた。離型は非常に容易である。

比較例 チタン酸カリウム繊維含有被覆を設けてない従
来の銅合金製金型について鋳造試験を行つたとこ
ろ、200シヨツト毎に市販の塗型剤（セラミツク
を水ガラスに練込んだもの）にて塗型をしながら
8000シヨツトを行つたところ、金型表面に摩耗が
生じ、使用できない状態となつた。

［発明の効果］ 本発明の鋳造用金型は、従来の金型と比べて、
優れた耐熱性、耐摩耗性および離型性を有し、塗
型を行う煩雑さが省略でき、優れた耐久性を示
し、産業への貢献は顕著なものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 無機系水性溶剤に５〜200μmの長さおよび
   0.05〜5μmの直径のチタン酸カリウム（K₂Ti₆
   O₁₃）繊維を分散させた分散物を炭素繊維織物お
   よび−編物の群の少なくとも一種の炭素繊維材料
   に50〜400μmの乾燥膜厚で塗布した被覆生成物
   が、金型の内面に無機系水性接着剤にて貼り付け
   られており、上記無機系接着剤が酸化ジルコニウ
   ムおよびシリカを主要成分とし且つアルミン酸ナ
   トリウムを少量成分として含有しそして無機系溶
   剤がシリカを主要成分とし且つ酸化ジルコニウム
   およびアルミン酸ナトリウムを少量成分として含
   有し、その際上記接着剤も溶剤も使用時に少量の
   水を加えた珪酸ナトリウム水溶液が添加されてい
   ることを特徴とする、チタン酸カリウム繊維含有
   被覆を持つ鋳造用金型。 ２ 請求項１に記載のチタン酸カリウム繊維含有
   被覆を持つ鋳造用金型の製造方法において、シリ
   カを主要成分とし且つ酸化ジルコニウムおよびア
   ルミン酸ナトリウムを少量成分として含有する無
   機系溶剤に、少量の水を加えた珪酸ナトリウム水
   溶液を添加した水性分散物に５〜200μmの長さお
   よび0.05〜5μmの直径のチタン酸カリウム（K₂
   Ti₆O₁₃）繊維を分散させ、その分散物を炭素繊
   維織物および−編物の群の少なくとも一種の炭素
   繊維材料に50〜400μの乾燥膜厚で塗布し、室温
   から90℃の範囲内の温度で水分を除き、次いで
   100〜350℃でキユアリング反応させた後にこれを
   金型の内面に、酸化ジルコニウムおよびシリカを
   主要成分とし且つアルミン酸ナトリウムを少量成
   分として含有し且つ少量の水を加えた珪酸ナトリ
   ウム水溶液を添加し混練した無機系接着剤を用い
   て貼り付け、室温から90℃で水分を除去しそして
   100〜350℃でキユアリング反応させることを特徴
   とする、上記チタン酸カリウム繊維含有被覆を持
   つ鋳造用金型の製造方法。 ３ 請求項１に記載のチタン酸カリウム繊維含有
   被覆を持つ鋳造用金型の製造方法において、酸化
   ジルコニウムおよびシリカを主要成分とし且つア
   ルミン酸ナトリウムを少量成分として含有し且つ
   少量の水を加えた珪酸ナトリウム水溶液を添加し
   混練した無機系接着剤を用いて炭素繊維織物およ
   び−編物の群の少なくとも一種の炭素繊維材料を
   金型内面に貼り付け、室温から90℃で水分を除去
   しそして100〜350℃でキユアリング反応させ、 シリカを主要成分とし且つ酸化ジルコニウムお
   よびアルミン酸ナトリウムを少量成分として含有
   する無機系溶剤に、少量の水を加えた珪酸ナトリ
   ウム水溶液を添加した水性分散物に５〜200μmの
   長さおよび0.05〜5μmの直径のチタン酸カリウム
   （K₂Ti₆O₁₃）繊維を分散させ、その分散物を、金
   型内面に貼り付けられた炭素繊維材料の表面に50
   〜400μの乾燥膜厚で塗布し、室温から90℃の範
   囲内の温度で水分を除き、次いで100〜350℃でキ
   ユアリング反応させることを特徴とする、上記チ
   タン酸カリウム繊維含有被覆を持つ鋳造用金型の
   製造方法。