JPS61216833A - 純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型 - Google Patents

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】 本発明は、純チタン又はチタン合金鋳造用の鋳型材に関
する。

従来、各種金属用の金属鋳造用鋳型材としてシリカを主
成分とし、硬化剤としてリン酸塩並びに塩基性金属酸化
物を用いたものがある。このシリカとしては、砂石や珪
砂、リン酸塩としてはリン酸アンモニウム、塩基性金属
酸化物としては電融マグネシア又はマグネシアなどが用
いられている。

この従来の鋳型材にあっては、これらを混合成形した状
態で、常温から８００°Ｃ又は９０Ｑ’Ｃ程度まで温度
をと昇させて焼却し、その温度の状態で対象とする溶融
金属を鋳込む方法がとられている。

従来の金属１例えばコバルトクロム合金、ニッケルクロ
ム合金等の合金による鋳造の場合は、該金属の融点が１
３００°Ｃ〜１４００°Ｃなどで代表される如く、殆ん
どの金属、とりわけ歯科用金属では約１４００°Ｃ程度
までであった為に、前記主成分とするシリカの融点が１
５５０°Ｃ〜１６００°Ｃである為に充分使用に耐え得
る状態の鋳型材として存在した。しかし、純チタン及び
チタン合金用鋳造材としては、これからのチタン並びに
チタン合金の融点が１６００°Ｃ〜１７００°Ｃである
為、前記シリカを主成分とする鋳型材を用いた場合には
その融点を充分に超える為、溶融状態の物性的に不安定
なチタンはシリカの組成中に含む酸素と結合し、チタン
酸化物となって、純チタン並びにチタン合金のもつその
物性を利用できず、酸化によるこれら金属の劣化、並び
に鋳肌に焼き付は等が発生して使用に耐え得なかった。

本発明は、このような従来の鋳型材と純チタン並びにチ
タン合金の融点の関係において、これら純チタンやチタ
ン合金に対する鋳造可能な鋳型材を提供せんとするもの
であり、更にはこの鋳型材がこれら純チタン並びにチタ
ン合金を１６００°Ｃ〜１７００°Ｃの高温で溶解して
も、その溶解塗土鋳型材中の成分とこれら金属が反応し
て金属を酸化させたり変質をおこさないような鋳型材を
提供せんとするものであり、更にはこの鋳型材の操作並
びに鋳込み時の取扱いを容易にする為に、従来の鋳型材
にあっては、数１００℃の高温で保持しながらその中に
形成した鋳込み空間に溶融金属を鋳込んでいたのを、常
温で該鋳型材を利用可能とすることを開発せんとするも
のである。

本発明は、このような目的を前提に、純チタン並びにチ
タン合金の融点において、充分使用が可能でしかも常温
にて鋳造可能な材料を提供せんとして本発明を完成した
ものであり、 その要旨とするところは、１つは従来の鋳型材ｉｃｂけ
る主成分のシリカを、スピネルに買換することで、鋳型
材としての融点を上昇させる手段を与えると同時に鋳型
材の使用にあたっては、これらの練和したものを１００
０°Ｃ以りの温度で焼成しもって完成された鋳型が高温
における溶融金属に対する安定性を付与せしめたもので
ある。

・　以下１本発明の内容を更に詳細に説明する。

本発明は、スピネルを主成分とする主材と、リン酸塩と
塩基性金属酸化物で構成される硬化剤とで構成されるも
のであって、ここにスピネルは、マグネシウムとアルミ
ニウムの酸化物であり、ＭｇＯ°Ａ６２０ａで表わされ
その融点は２１３５’Ｃで。

これを発明の主材として用いるものである。

リン酸塩並びに塩基性金属酸化物は、前記主材に対する
硬化剤として用いられ、該硬化剤としてのリン酸塩は、
リン酸アンモニウムを常用される。

しかし該リン酸アンモニウム以外にリン酸ナトリウム、
リン酸アルミニウム、リン酸マグネシウム、リン酸カル
シウム、リン酸カリウム等のものも適宜自由な選択対象
とされる。しかし、リン酸塩としてのリン酸アンモニウ
ムは、その硬化時に膨張する所要凝固膨張の性質を保有
し、チタン又はチタン合金が鋳込み時に硬化収縮するこ
とから、鋳型材の膨張と溶融金属の硬化時の収縮の度合
いが近似することがその製造条件として要求される。

両条件を勘案すると、凝固膨張の特性を有するリン酸ア
ンモニウムを本純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型材と
して用いることは好ましいのである。

ただ、前記した他の各種リン酸塩においては、このよう
な凝固膨張の特性を保有しないものがあるが、これらを
採用するときには当然鋳込み空間の設計においてやや大
きい状態で設定し、且つ鋳型を作らなければならない。

次に、硬化剤としての塩基性金属酸化物としては、酸化
マグネシウム、電融マグネシア、マグネシアクリンカ−
などから選ばれたものが利用される。マグネシアは融点
が２８００°Ｃ程度と高いので、純チタン並びにチタン
合金の鋳造用鋳型材として用いるには、その物性からし
て耐火度は充分である。

尚、これらの主材並びに硬化剤を鋳型として用い製造す
るときには、ここに練和液を用いるが。

この練和液としては通常鋳型強度並びに凝固膨張をあげ
る為にコロイダルシリカを用いる。コロイダルシリカと
してはシリカ含有量が２０％〜４０９６のものを使用す
る。現在、コロイダルシリカとしては、シリカ含有量２
０９６〜４０９６のものが市販されていることから、こ
れらを選ぶのがそのコスｌ−ｈ使用し易いものの％４０
％、以りのコロイダルシリカを用いることは何等制限事
項ではない。

このような本発明に係る純チタン又はチタン合金鋳造用
鋳型材は、スピネルを主成分とする主材と、リン酸塩と
塩基性金属酸化物で構成される硬化剤とで構成され、実
際の使用時にはこれに練和液としてのコロイダルシリカ
が用いられるものである。これらの配合比は主材として
のスピネルは９５〜５０重量％とじ、硬化剤としてのリ
ン酸塩は２．５〜１５重量％、塩基性金属酸化物は２．
５〜３０重量％とじた巾の中で用いられることが望まれ
る。主材としてのスピネルが９５〜５０重ｊ１９６であ
ることの意味は９５重量％以上においてはリン酸塩と塩
基性金属酸化物は凝固膨張の制約と最低２・５重量％づ
つは必要であることがらスピネルが９５重量％以下とし
なければならないことから除去され、又５０重量％以下
の範囲についてはリン酸と塩基性金属酸化物の和が４５
重量％以上は、凝固膨張が出すぎ、又鋳肌荒れが著しく
なるので、硬化剤が４５重量％以　　　−下となると主
材としてのスピネルは５５重量％以下は考えられず不純
物等を入れると５０重量％以下は除かれる。更に硬化剤
としてのリン酸塩は、２．５〜１５重量％を使用するが
、２・５重量％以下の範囲については凝固膨張が不足し
１寸法端度に問題が出ることから、又、１５重量％以と
の範囲については凝固膨張が大きくなり、異常膨張の原
因となるとともに鋳肌荒れが著しくなることから用いら
れず、更に塩基性金属酸化物は２．５〜３０重量％用い
るが、この２．５重量％以下の範囲についてはリン酸塩
との化学反応が不足し鋳型強度の不足、硬化時間が長く
なるので作業性が悪くなり、更に３０重量％以との範囲
については、硬化時間が短かくなり、リン酸塩との化学
反応が制御できなくなることから除外される。

而して、これらのスピネル並びに硬化剤としてのリン酸
塩、塩基性金属酸化物の組合せのものが純チタン又はチ
タン合金鋳造用鋳型材として用いられる。

本発明においては、鋳型材の主材として、スピネルを用
いていることから、熱処理をすることによりチタンの融
点１６００°Ｃ〜１７００°Ｃよりも高い融点であるム
ライト（融点：約１８５０°Ｃ）の結合体が鋳型材中に
形成され、鋳型材が純チタン又はチタン合金の鋳造用に
用いてもこれら金属が型材中の酸素分子と結合して酸化
したり又変色、鋳肌荒れなどをおこすことはないのであ
る。この鋳型材を用いて鋳型を作成するときは、前記の
如き組成を作る為に硬化後熱処理をしなければならない
。

この熱処理をして前記の如き結合体が形成された状態で
は、従来のシリカを主成分とする鋳型材の如く溶融金属
を鋳込む時の温度が約１４００’Ｃである。よってムラ
イトの必要は全くないのである。

したがって、純チタン並びにチタン合金を溶融状態で鋳
込む際の鋳型材料として本発明のスピネルを主成分とす
る主材と、リン酸塩、塩基性金属酸化物の硬化剤とで構
成するならば、チ速ンの物性を変えることなく鋳込みす
ることができるのである。又純チタン並びにチタン合金
は硬化時に体積収縮するが、本発明の鋳型は加熱時と凝
固時に膨張して、その結果としての全体膨張率は純チタ
ン並びにチタン合金の冷却時の収縮率とほぼ同等となる
から、最終製品を形どったワックスパターンを該鋳型中
に埋没しておけば、一方の膨張率と他方の収縮率の相殺
関係で適正な鋳込み空間を得ることができる。

次に、本発明に係る純チタン並びにチタン合金鋳造用鋳
型の製造について、実施例をあげながら説明する。

先ず、本発明による鋳型材を用いて鋳型を作成する一般
的製法を述べる。

主材としてのスピネルは５０〜９５重量％の巾で、リン
酸塩は２．５〜１５重量％、塩基性金属酸化物としては
酸化マグネシウムを２．５〜３０重量％計量し、これら
をコロイダルシリカ（シリカ含有量：２０〜４０重量９
６）のものと、又は水と練和し、鋳型空間を構成するワ
ックスパターンを容器中埋設した状態で前記練和物を充
填し、自然硬化させる。

この操作は従来の鋳型１例えば歯科関係の鋳型形成と同
様である。

本発明においては、この硬化させた鋳型を加熱脱ロー後
、更に加熱焼成する為適宜な加熱方法、例えば電気炉に
入れて１０００’Ｃ以上、好ましくはｔ２ｏｏ　”ｃ程
度まで焼成する。焼成された鋳型は常温まで冷却して鋳
造に供する。通常この鋳型は４００°Ｃ以下であれば鋳
造可能なものとして用いられる。

従来の鋳型は、殆んど加熱状態で鋳型に供されるが、本
発明においてはこれを冷却して常温状態で鋳造し得るも
ので、鋳型の強度が鋳込むべき溶融金属の融点よりも高
く且つ物性的に安定していなければならない。

次に本発明に係る鋳型材を用いて鋳型を作成し、純チタ
ンとチタン合金を鋳造したところ以下の実験例のとおり
の結果を得た。

°実験例１ 第１表 別表のものは、鋳型材中の主材が重量で４５〜１０％を
変化させて又硬化剤は主材ｌζ反比例して変化させ、総
和を１０ｔ）９６として、鋳型強度、鋳肌の焼付状態、
引張強度、伸び、硬度を測定し、使用可否の判定を行っ
た。

なお、判定中でＸは使用不可の状態、○は使用可能の状
態、△は問題は少しあるが使用可能の状態を示す。以下
の実験例も同じ。

実験例２ 重量比で主材が９０９６％硬化剤が１０９６のものを水
にて真空練和し、巾２０＋ｓ、奥行３０鵡、高さ２０脇
の下端両側から高さ１５鵡の二等辺三角形の溝を形成し
た形状のワックスパターンを埋歇し、通法通り鋳型を作
り、硬化させた後電気炉にてこれを１２００°Ｃで焼成
し、さらに常温に降下させた鋳型に溶融した純チタンを
鋳込んだところ、第２表の通りの結果であった。

但し主材は全材料中９０％をしめ、これを１００９６と
してスピネルの一部を酸化ジルコニウムに置き換えて行
い、色・表面の焼付・あらさ・巣（数の多少）をチェッ
クした。

第２表 実験結果より酸化ジルコニウムは主材の５０９６までは
使用可能であり、好ましくは２０〜４０％であるという
結果が知見された。又、酸化ジルコニウムを添加するこ
とにより鋳型の耐火温度を更に向上させ焼付を防止した
のである。

これは、酸化ジルコニウムの融点が２８５σＣである結
果、全体の耐火温度を高くできた結果であろうと推測さ
れる。従って、他の下記の各物質も高融点であるところ
から酸化ジルコニウムと同様にスピネルの一部と置換し
て又は添加して使用することができるものである。

（融点） 酸化ベリリウム　　　　　２５３０°Ｃジ　　ル　　コ
　　　ン　　　　　　　　　　　２８５０　°Ｃ酸化カ
ルシウム　　　　　２５７０°Ｃ酸化マグネシウム　　
　　２８００’Ｃ実験例３ 重量比で主材か９０９６．硬化剤が１０％のものを水に
て真空練和し、鋳型強度テスト用のテストピースを作成
し電気炉にて１２００℃で焼成し、さらに常温に降下さ
せたテストピースを圧縮試験を行ない線環強度を調べた
ところ、第３表の通りであった。

但し主剤はスピネルを０〜６０％をアルミナに置かえて
その変化を見る。

第３表 第３表から、鋳型強度として使用可能な範囲は１０ＫＰ
／ｉであるので、アルミナ添加量は５０％までが使用可
能であることが知見された。

又本実験ではアルミナを使用したが、シリカ・ムライト
を用いても同様の結果が得られた。

これによりアルミナを添加すれば鋳型強度は弱くなり鋳
型中から鋳造物を取り出しやすくなったことが知見され
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）スピネルを主成分とする主材と、 リン酸塩並びに塩基性金属酸化物で構成される硬化剤と
   、 よりなる純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型材。 ２）主材としてスピネルを９５〜５０重量％とし、硬化
   剤としてリン酸塩を２．５〜１５重量％、塩基性金属酸
   化物を２．５〜３０重量％としてなる特許請求の範囲第
   １項記載の純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型材。 ３）リン酸塩として、リン酸アンモニウム、リン酸カリ
   ウム、リン酸アルミニウム、リン酸ソーダから選んだ１
   種以上を用いてなる。特許請求の範囲第１項〜第２項記
   載の純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型材。 ４）塩基性金属酸化物として、酸化マグネシウム、電融
   マグネシア、マグネシアクリンカーから選んだ１種以上
   のものを用いてなる特許請求の範囲第１項〜第３項記載
   の純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型材。 ５）第１項記載の鋳型材に練和液としてコロイダルシリ
   カ液を混入してなる純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型
   材。 ６）主材としてのスピネルには、酸化ジルコニウムジル
   コン、酸化カルシウム、酸化マグネシウムから選んだ一
   種以上のものを含有させてなる特許請求の範囲第１項〜
   第５項記載の純チタン又はチタン合金鋳造用鋳型材。 ７）スピネルへの含有物がムライト全量の５０重量％ま
   でである特許請求の範囲第６項記載の純チタン又はチタ
   ン合金鋳造用鋳型材。 ８）主材としてのスピネルに、スピネル全量の５０％ま
   でを酸化アルミニウム又はシリカに置換してなる特許請
   求の範囲第１項〜第６項記載の純チタン又はチタン合金
   鋳造用鋳型材。