JPH0824996B2

JPH0824996B2 - 水溶性中子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0824996B2
Application number: JP1281846A
Authority: JP
Inventors: 賢二松永; 道之鈴木; 允宏徳勢
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1989-10-31
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH03146240A; US5127461A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、金属鋳造用の水溶性中子の製造方法及び
これを用いた高圧鋳造法に関わるものである。

（従来の技術及びその問題点）水溶性中子の製造方法として、例えば、特開昭60−11
8350号公報には、塩化ナトリウムを主成分とする粒子を
加圧成形後に焼結する方法が開示されている。また、水
溶性中子の他の製造方法として、例えば、特公昭48−39
696号公報及び特公昭49−15140号公報には、塩化ナトリ
ウムを主成分とする粒子を溶融し、これを型に流し込ん
で製造する方法が開示されている。

しかし、上記の加圧成形により中子を製造する場合
は、複雑形状の中子を製造することは困難であり、ま
た、上記溶融により中子を製造する場合は、凝固する
際、収縮が起こり寸法変化が起きたり、ひび割れが発生
することがあり、従って、かかる中子を用いて金属の鋳
造を行っても、複雑形状で、高品質の鋳造品は得にくい
などの問題点がある。

また、上記両方法で製造した中子は高密度であるため
溶解するのに長時間を要すると共に製品内に残留した場
合、腐食の原因となる。

（問題を解決するための手段）本発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものである。

本発明によれば、耐火性粒子がNa₂CO₃、Na₂O・nSiO₂及びSiO₂を構成成分
とするバインダーにより結合されてなる水溶性中子が提
供される。なお、ｎは0.5〜４であり、以下、ｎはこの
数値を意味するものとする。

また、本発明によれば、耐火性粒子を水ガラスと混合し、成形後、CO₂ガスによ
り硬化させ、次いで、上記水ガラスの示差熱分析におけ
る吸熱ピーク温度以下で焼結することよりなる水溶性中
子の製造方法が提供される。

さらに、本発明によれば、上記中子を鋳造金属の融点温度より300℃低い温度から
上記吸熱ピーク温度の範囲の温度に予熱して用いること
を特徴とする金属の鋳型方法が提供される。

まず、本発明により得られる水溶性中子について説明
する。

本発明の水溶性中子は、Na₂CO₃、Na₂O・nSi₂及びSiO₂
を結合剤として、耐火性粒子が強固に結合されていて、
成形用型の形状に成形されている。

耐火性粒子は、けい砂、ジルコン砂、オリビン砂、ク
ロマイト砂、アルミナ砂、シャモット砂、マグネシアサ
ンド、炭化ケイ素粒、黒鉛粒子及び銅、鉄、ニッケル、
クロムなどの金属粒子からなる群から選ばれる少なくと
も一種よりなる粒子である。

上記耐火性粒子の平均粒度は、通常10μｍ〜200μｍ
である。

本発明の水溶性中子は、耐火性粒子を85.0重量％〜9
9.0重量％、Na₂CO₃を0.0015重量％〜2.5重量％、Na₂O・
nSiO₂を0.05重量％〜12.0重量％及びSiO₂を0.1重量％〜
12.0重量％含有していることが好ましい。なお、上記Si
O₂の含有量については、その全量が、原料である水ガラ
ス中に存在するSiO₂に由来する値である。

上記水溶性中子の耐火性粒子の含有量が99.0重量％よ
り多い場合かまたはNa₂CO₃及びNa₂O・nSiO₂の総含有量
が過度に少ない場合は、耐火性粒子表面にNa₂CO₃及びNa
₂O・nSiO₂及びSiO₂が均一に付着せず崩壊性が悪くな
る。また、上記水溶性中子中の耐火性粒子の含有量が8
5.0重量％より少ないか、またはNa₂CO₃及びNa₂O・nSiO₂
の総含有量が過度に多い場合は、中子の耐熱強度が低下
し好ましくない。

次に、本発明の水溶性中子の製造方法について説明す
る。

先ず、前記耐火性粒子と水ガラスより成形体を製造す
る。

耐火性粒子は、水分含有量の少ないものが好ましい。
耐火性粒子中に水分を多量に含むと混合中に耐火ガラス
が希釈されてうすくなり、CO₂ガスを通気した場合水分
の多いシリカゲルを生成し、強度の高い中子が得られな
い。

水ガラスとしては、通常のJIS1号、JIS2号及びJIS3号
を使用することができるが、これに限定されるものでな
く、これら以外の市販の鋳物用水ガラスも使用できる。

耐火性粒子に対し、水ガラスを１〜15重量％混合する
のが好ましく、そのうち、水ガラスを３〜６重量％混合
するのが特に好ましい。

上記水ガラスの混合割合が１重量％以下では、CO₂ガ
スを通しても、前記中子用成形体の保形が十分でなく、
また、15重量％以上では、CO₂ガスを通しても、前記中
子用成形体が硬化しにくい。

耐火性粒子と水ガラスは、通常、一般的な混練機によ
り混練し、所望の型により成形する。

成形用の型としては、一般形状の型はむろん、例えば
ピストン、シリンダーブロックの冷却孔のような複雑形
状のものにも好適に使用することできる。

上記成形圧力は、鋳造時加えられる圧力により異なる
が、一般に、０〜2000kg/cm²の範囲であり、鋳造時加え
られる圧力が高圧になるほど高い圧力で成形することが
好ましい。なお、上記成形圧力を2000kg/cm²以上として
も、高くすることによる効果はなく、非効率である。

次に、上記成形体にCO₂ガスを吹き込み硬化させる。

吹き込み方法やその他条件については、特に制限はな
い。

好適な吹き込み条件は上記成形体の形状、大きさ等に
より異なり、一概に言えないが、CO₂ガスの吹き込み
は、成形体が硬化するまで続ける。

上記のCO₂ガスの吹き込みの結果、水ガラスとCO₂ガス
との間に以下に記すの反応が起こり、その結果成形体
が硬化する。

Na₂O・nSiO₂・（mn＋ｘ）H₂O＋CO₂→Na₂CO₃・ｘH₂O＋ｎ
（SiO₂・ｍH₂O） …… n;0.5〜４ x;1〜10 m;5〜10 CO₂ガスにより硬化した成形体は、100℃から水ガラス
の吸熱ピーク温度の範囲の温度で焼結し、水溶性中子を
得る。

上記の水ガラスの吸熱ピーク温度は、例えば、示差熱
分析（DTA）から知ることができる。

一例として、第１図にJIS2号の水ガラスの示差熱分析
（DTA）結果の一例を示す。この示差熱分析（DTA）用の
試料は、前処理として、700℃で加熱・脱水処理したも
のであり、第１図には、脱水に基づく吸熱ピークは現れ
ていない。

本発明で言う「水ガラスの吸熱ピーク温度」は、上記
100℃付近から200℃付近の間に現れる脱水に基づく吸熱
ピークではなく、これより高温側に現れる吸熱ピークの
温度である。この図より、JIS2号の水ガラスの吸熱ピー
ク温度は740〜750℃であることがわかる。

前記焼結温度が100℃より低ければ焼結できず、水ガ
ラスの吸熱ピーク温度より高い温度で焼結すれば、式
に示した反応生成物間の反応及び未反応の水ガラスと反
応生成物間の反応により中子が水に不溶な成分に変化し
好ましくない。

次いで、上記の水溶性中子を用い金属の鋳造を行う。

上記鋳造に用いられる金属としては、アルミニウム、
アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等
が挙げられる。

鋳造に際し、水溶性中子は、予め、鋳造金属の融点温
度より300℃低い温度から前記吸熱ピーク温度の範囲の
温度で予熱する。一般に、中子の予熱温度は、中子への
溶湯の差し込みが起こらない予熱温度以下にするが、溶
湯の差し込みが起こる場合には、溶湯の差し込みを防ぐ
ため、中子表面を耐熱性物質でコーティングすることも
できる。

予熱温度が鋳造金属の融点温度より300℃低い温度よ
り低ければ、金型と中子の空間部分の肉厚が薄い場合、
金属溶湯が充分に回らず、ひけ巣や湯回り不良を起こし
製品に欠陥を生じ、予熱温度が水ガラスの吸熱ピーク温
度より高い場合は、前記したように中子が水に不溶とな
り本発明の目的を達成できない。

焼結温度と予熱温度の関係については、焼結温度を予
熱温度より高い値に設定したほうが以下の理由により好
ましい。即ち、焼結時に発生することがある中子の寸法
変化に対して、焼結後に寸法修正を行えば、焼結温度よ
り低い予熱温度による予熱時には、寸法変化は発生せ
ず、寸法の安定した製品が得られる。

中子の寸法変化が発生しない場合には、焼結と予熱を
同時に行ってもよい。この場合には、工程が省略でき、
経済的である。

アルミニウム合金の鋳造の場合を一例として挙げれ
ば、予熱温度を400〜650℃の範囲の温度に設定し、焼結
温度を450〜700℃の範囲の温度とすることが好ましい。

（実施例）以下、実施例により詳細に説明する。

実施例１平均粒径100μｍのジルコンサンドにJIS2号の水ガラ
スを５重量％の割合で混合し、混練したものを鉄製の型
に入れ、これに1000kg/cm²の圧力をかけて、直径20mm、
長さ150mmの棒状の中子用成形体を得た。その後、該成
形体にCO₂ガスを通して硬化、造形し、大気中650℃で１
時間焼結し、第２図に示す中子１を製造した。

この中子１を大気中550℃で30分間予熱し、第３図に
示すように、金型２のキャビティ内に、金型と中子１の
間に1mmの薄肉部を有するように配置した。次いで、あ
らかじめプランジャ４の上に注湯しておいたアルミニウ
ム合金（JIS AC8A）の700℃の溶湯をプランジャ４を上
昇させてキャビティ内に1000kg/cm²の圧力で圧入した。
凝固後、鋳造体を型から取出し、ゲート部を切断して円
柱の鋳造品を得た。この鋳造品の中子部分にジェット水
流を流し混むと容易に中子は崩壊し、バリ等の欠陥のな
い鋳肌の円筒状製品が得られた。

上記製品の1mmの薄肉部を切断し、その切断を観察し
たところ、ひけ巣等の欠陥は発見できなかった。さら
に、中子を崩壊した状態で１週間放置したが円筒の内側
に変化は見られなかった。

比較例１平均粒径100μｍの塩化ナトリウムを上記と同じ鉄製
の型に入れ、これに2000kg/cm²の圧力をかけて直径20m
m、長さ150mmの棒状の中子用成形体を得た。その後、該
成形体を大気中、700℃で２時間焼結し中子を製造し
た。この中子を室温のまま、実施例１と同様にして、第
３図に示すように、金型２のキャビティ内に配置し、70
0℃のアルミニウム合金（JIS AC8A）の溶湯を1000kg/cm
²の圧力で圧入した。凝固後、鋳造体を型から取出し、
ゲート部を切断して円柱の鋳造品を得た。この鋳造品の
中子部分にジェット水流を流し込んでも、中子は簡単に
は溶解せず、溶解するのに、実施例１と比べ、さらに３
時間程度の時間を要した。

実施例１と同様に、中子を溶解して得た円筒状製品の
1mmの薄肉部を切断し、その断面を観察したところ、特
にキャビティの上方に相当する部分でひけ巣や、湯回り
不良部が多数観察された。さらに、中子を溶解させた状
態で１週間放置すると、円筒の内側の数カ所で腐触部分
が認められた。

比較例２中子製造用の成形体の焼結温度を800℃とした以外は
実施例１と同様にして円柱の鋳造品を得た。この鋳造品
の中子部分にジェット水流を流し込んだが、中子は崩壊
せず、所望形状の製品は得られなかった。

（発明の効果）本発明によれば、本発明により得られる製品の腐食や
品質の悪化をもたらすことがなく、寸法の安定した、ひ
び割れのない中子が得られ、従ってこの中子を用いるこ
とにより腐食等の問題の生じない、しかも、寸法安定性
の良い、高品質の製品が得られる。

また、本発明により得られる中子は、フェノール樹脂
などの有機ポリマーからなる中子と異なり予熱が可能で
あるため、中子を予熱することにより、ひけ巣、湯回り
不良等の欠陥のない、薄肉の複雑形状の良質な鋳造品が
得られる。

一方、上記した中子の主成分は水溶性ではないが、前
記したように、成形体中の水ガラスと炭酸ガスとの間に
前記した式の反応が進行し、中子中に水溶性のNa₂CO₃
が生成するため、中子は水により容易に崩壊する。

【図面の簡単な説明】

第１図はJIS2号水ガラス（前処理として、700℃で加熱
・脱水処理を施した試料である。）の示差熱分析の結
果、第２図は実施例１で得られた中子、第３図は実施例
において、円筒を鋳造するための鋳造装置の要部縦断面
図、第４図は第３図におけるａ−ａ面の横断面図であ
る。１……中子２……金型３……アルミニウム溶湯４……プランジャ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火性粒子85.0〜99.0重量％が、Na₂CO₃、
Na₂O・nSiO₂（n;0.5〜４）及びSiO₂を構成成分とするバ
インダー1.0〜15.0重量％により結合されてなる水溶性
中子であり、水溶性中子中のバインダイー構成成分の割
合が、Na₂CO₃:0.0015〜2.5重量％、Na₂O・nSiO₂:0.05〜
12.0重量％、SiO₂:0.1〜12.0重量％である、水溶性中
子。
【請求項２】耐火性粒子を水ガラスと混合し、成形後、
CO₂ガスにより硬化させ、次いで、上記水ガラスの示差
熱分析における吸熱ピーク温度以下で焼結することを特
徴とする請求項１の水溶性中子の製造方法。