JPS62502455A - 型および消耗型中子用被覆 - 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】 型および消耗型コア用塗料 発明の背景 本発明は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、銅、鉄およびそれらの合金の如 き金輌のダイカスト鋳造法およびダイカスト鋳造法における長い間の問題、すな わち、アンダーカット領域を有する鋳物を製造するための商業的に実施可能なダ イカスト鋳造法が存在しないという問題の解決に主として関する。更に詳しく云 えば、本発明は消耗型の（ｅｘｐｅｎｄａｂｌｅ　）ダイカストコア、特に加圧 °ダイカスト法において有用である塗料組成物に関する。

発明の周囲 従来の加圧ダイカスト鋳造法においては、高い温度と圧力に耐えることができる 型あるいはダイか必要である。鉄系の材料がこのような型に一般的に使用されて いる。上記の材料からなる型またはコア（中子）は、複雑なアンダーカットやレ リーフを有するダイカスト物の製造に使用すると、アンダーカットおよびレリー フ用のコアを＠物から取シはずすことができないので使用することができない。

このような複雑なアンダーカットおよびレリーフを達成するためには、消費し得 る且つ脆い砂コアが３０　ｐｓｉａ以下の圧力下で、すなわち重力供給鋳型法で 使用されている。

高圧ダイカストに砂コアが使用されておシ、この砂コアは結合剤と混合された砂 から構成されている。該混合物を所望のコア形状に成形し、熱または化学反応を 用いて硬化させかつ結合させている。硬化したコアはダイカスト法で使用するこ とができる。

高圧ダイカスト法における上記の如き消耗型コアの大きな問題は、単一のバイン ダー系を使用して４つのコア条件を満足させることができないことである。これ らの４つの条件とは、（ａ）良好な型はらし性（砂落し性）　（ｓｈａｋｅ　ｏ ｕｔ　）　（ｂ）良好な酎洗い出し性（ｗａｓｈ　ｏｕｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ）、（Ｃ）　ｆｆ面滲透性の無いことおよび（ｄ）強度るために必要である。

耐洗い出し性は、溶融金属の注入中に生じる高い金輌速夏による浸蝕にコアが酎 える能力である。洗い出された砂は、この砂が鋳物内に埋没されることになるの で、完成部品の許容性に悪影響を与える。

表面浸透性あるいは硬度は、島温と高圧とによって生じ、これによってコア表面 が破壊され且つ金属が砂粒子の間に浸透して鋳物の表面に砂／金属混合物界面を 生じる。この状態は以後の機械加工および機械工具寿命にとって好ましくないも のである。更に、搬送された砂が鋳物の表面から分離して、組立後に自動車エン ジンの潤滑系の如き関連部品に損傷を生じ得る。

コアの強度は使用した砂の結合剤によって主とじて決定される。従って、適当な 塗料とその組成社所望の強度を有する結合剤と絢立するものでなければならない 。

従来技術 多数のコアおよび型用塗料が一般的な鍋物製造用に、すなわち重力供給鋳型用に 開発されているが、消耗型の高圧ダイカストに関する比較的苛酷な条件に対して は極く少数の塗料が提案されているにすぎない。従来公知の塗料を示せば次の通 シである。

米国特許第４　、０９６　、２９３号［１９７８，６，２０発行、タイトル；“ 型およびコア用塗料″（”Ｍｏ１ｄ　ａｎｄ　ＣｏｒｅＷａｓｈ　’　）、Ｍｉ ｃｈａｅｌ　Ｊ、　５ｋｕｂｏｎ等〕は加圧ダイカスト法に有用な、炭化水素溶 剤、７マール酸樹脂、微粒状アルミン酸カルシウムおよび懸ｇｉＪ剤からなるコ ア用塗料（（−ｏｒｅ　ｗａｓｈ　）を開示している。該組成物は５〜９０重量 −の溶剤、０．５〜５重ｔ％の衝脂、５〜８０重量−のアルミン酸カルシウム、 および０．１〜ＺＸｔ％の懸濁剤からなっている。フマール酸衝脂はフマール酸 、ガムロジンおよびペンタエリスリトールの反応生成物であると記載されている 。触濁剤＃ｉ高分子賃ポリマー、ポリアクリレート、コロイドシリカ、クレー、 植物ゴムおよびアミン処理ベントナイトを包含すると記載されている。湿潤剤は 米国特Ｍ’Ｆ第４　、０９６　、２９３号によればメチルアルコール、水および アニオン性、カチオン性、界面活性剤を包含すると記載されている。

更に米国特許第４　、００１　、４６８号（１９７７、１，４発行、タイトル： “砂コアおよび砂型を被覆する方法、”５ｋｕｌｏｎ寺〕　には別の従来技術が 開示されておシ、この米国＃ｆ訂にはコアの浸蝕を防ぐのに有用な塗料（ｗａｓ ｈ　ｃｏａｔｉｎｇ）が−示されている。該蜜科の組成中には有機ベヒクル、懸 濁剤、耐火材料および有機ポリマーまたはコポリマーが包含されている。該有機 ベヒクルは３６あるいはそれ以上のカウリブタノール値（ＡＳＴＭＤ１１３３） を有すると記載されている。懸濁剤はクレー、植物ガムおよびアミン処理ベント ナイトを、懸濁剤：ベヒクルの比がｌ：８０〜１　：　２５０となる範囲で包含 すると記載されている。耐火材粉末はグラファイト、コークス、マイカ、シリカ 、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、メルクおよびジルコン微粉末を、耐火 材二ベヒクルの重量比が１：２．５〜１　：　３．５となる範囲で包含すると記 載されている。有機ポリマーまたはコポリマーは、ビニルトルエンブタジエンボ リマー、スチレン／ブタジェンコポリマー、ビニルトルエン／アクリレートコポ リマー、スチレン／アセチレンコポリマー、アクリレートホモポリマー、および スチレン／ブタジェンコポリマーを包含し、ポリマー／コポリマー二ベヒクルの 重量比は１：５０〜１　：　２００である。

上記５ｋｕｂｏｎ　の発明の欠点は、加熱した時にガスを放出してこのガスによ り鋳物中に孔が生じ、強度を失ぅ有機バインダーを使用することである。更に５ ｋｕｂｏｎの２料は典型的には粉末であシ、低い耐スクラッチ性あるいは硬度を 有するものである。硬度は金属浸透または金属の燃焼および浸蝕に対する抵抗性 を示すものである。

発明の賛約 本発明の一つの要旨は、 （ａ）　微粒状耐火材料 （ｂ）　無機結合剤および （Ｃ）　液状ベヒクル 好ましくは （ａ）　耐火材料 Φ）結合剤および （Ｃ）　液状ベヒクル からなる、第２の組成の異る仕上塗料（ｔｏｐ　ｗａｓｈ　ｃｏａ−ｔｉｎｇ） である。

第２の要旨によれは本発明はサンドニアまたは型の表面を前記組成の塗料で被掻 することによシ鋳物用コアまたは型を処理する方法である。

第３の要旨によれば本発明は前記の組成物で被棲した型および消耗型コアである 。

発明の詳細な説明 本発明の第１の型およびコア用浬料（ａｃｏｒｅ　ａｎｄｆｉｒｓｔ　ｍｏ］ｄ 　ｗａｓｈ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　）は微粒状耐火材料、無機結合剤および 液状ベヒクルからなる。この塗料は、ダイカスト並ひに重電供給鋳造に有用であ る砂コアおよび型に使用するのに適している。本発明は、型はらし性、耐洗い出 し性および耐表面浸透性を強化する塗料／バインダー系を有するコアシステムを 使用することによシコアについての４つの条件を満足させる。本発明の塗料（ｗ ａｓｈ　ｃｏａｔｉｎｇ　）は殺菌剤、湿潤剤および消泡剤の如き副成分も包含 することができる。

本発明の塗料は良好な型ばらし特性を与えるが、過当な洗い出し表面、耐浸透性 および強度に欠ける、未被覆の無機および有機砂および結合剤からなるコアに有 用である。好ましくはコアの結合剤は硬化性の有機樹脂である。より好ましくは この結合剤＃ｉ酸硬化性有機情脂および二酸化硫黄に対する暴鋸によシ硬化する 酸化剤である。

本発明に適当な耐火性材料は結合剤と反応すべきではなく、グラファイト、マイ カ、ヒューズドシリ力、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、カーボンブラッ クおよびジルコン粉末（これらに限定されない）を包含する。好ましい耐火性材 料はヒューズドシリカ、ジルコン粉末および酸化アルミニウムからなる群から選 ばれる。最も好ましい耐火性材料はヒューズドシリカである。耐火性材料は好ま しくは約１〜１００ミクロンのＭ、囲の粒子径を有すべきである。約１〜約４５ ミクロンの範囲内の粒子径を有するヒューズドシリヵが最も好ｌしい。ヒューズ ドシリ力は湿式粉砕したものであることが好ましい。

コロイドシリカ、クレー、アミン処理ベントナイトあるいはそれらを組合せたも のの如く市場から入手できる無機結合剤はいずれも使用することができる。好ま しい懸濁剤はコロイドシリカ、クレーおよびベントナイトからなる群から選ばれ る。最も好ましいものはコロイドシリカである。

液状ベヒクルは水性でも有機性でもよい。ベヒクルの選択Ｆｉ鉤動物用コアよび 型の砂を結合するのに使用する結合剤の種類に従って行うのが普通である。コア 結合剤が水性である場合には、鼠料のベヒクルは好ましくは有機性であるべきで ある。コア結合剤が有機性である場合は、塗料用のベヒクルは水性であるのが好 ましい。

本発明のコア用塗料の組成は好ましくは約３０〜約８０菖ｉ％の耐火性材料、約 １〜約２５重量−の結合剤および約２０〜約７ｏ：ｋｍ％の液状ベヒクルの範囲 であるべきである。史に好ましい組成は約５０〜７０］［貨−の耐火性材料、約 ５〜約１２重量％の結合剤および約２５〜約４０重に％の液状ベヒクルの範囲で ある。

最も好ましい組成は約６２重量−の耐火性材料、Ｆ１８重重チの結合剤および３ ＯＮ−ｊｔ−の液状ベヒクルである。

不発明のコア用塗料は好ましくは砂コア上に約２５０〜約ｓ、ｏｏｏ　ミクロン の範囲の厚さを有する被接を形成すべきである。厚さの好ましい範囲は１，００ ０〜約３，０００ミクロンである。

本発明の消耗型コアを調製するためには、砂と結合剤とを混合し、コアの所望の 形状を有している箱型（ｃｏｒｅ　ｂｏｘ　）中に空気で吹込むかあるいは手作 業で詰め込む。コアを、箱型を加熱するか箱型中に適当なガスを通して硬化させ る。ついでコアを固体塊として箱型から取出す。

次に、浸漬あるいは噴霧の如き慣用の技術によシコアに被覆を施すことができる 。３被覆は単−被αまたは多層被覆として施し得る。次にコアおよび被覆を乾燥 させる。

本発明の塗料は場合により、耐火性材料、結合剤、懸濁剤および液状ベヒクルを 含有する仕上塗料（表面処理塗料）　（ｔｏｐ　ｗａｓｈ　ｃｏａｔｉｎｇ　） で被覆することが好ましい。この第２の塗料はコアの保護を改良し且つ鋳型から コアの取出しを容易にする。

仕上塗料の耐火性材料はヒューズドシリカ、ジルコン粉末および酸化アルミニウ ムからなる群から選択する仁とができる。好ましい材料はジルコン粉末である。

仕上塗料の懸濁剤は、高分子貨ポリマーおよびコポリマー、シリカ、他物ガム、 クレーおよびそれらの混合物からなる群から選ばれるが、これらに限定されるも のではない。仕上塗料の好ましい懸濁剤は、コロイドシリカ、クレーおよびベン トナイトからなる群から選ばれる。最も好ましい懸濁剤はコロイドシリカである 。

仕上塗料の結合剤は有機物でも無機物でもよく且つポリマー樹脂およびホウ酸ア ルミニウムの如き適当な結合剤から選択することができる。

仕上塗料の液状ベヒクルは水性でもＭ根性でもよい。

ベヒクルの選択は、鋳物用コアの砂を結合させるのに使用する結合剤のａ類、型 並びに第１の被覆に基づいて行うのが普通である。結合剤が水性である場合には 塗料用のベヒクルは好ましくは有機溶剤であるべきである。更に好ましくは仕上 塗料はケイ酸ジルコニウム、樹脂結合剤およびイソプロピルアルコールからなる 。

仕上塗料は好ましくは、約１００〜約２，０００　ミクロン、好ましくは約２５ ０〜１．０００ミクロンの範囲の厚さを有する砂コア上に硬化被覆を形成すべき である。

第２の堕料は単Ｉ−あるいは多層として施すべきである。

実施例１ ９７、９０　！童−の鋳物用シリカ砂（ＡＦＳ粒度晃６５）、１．４７ｆｉｉ％ のフランジおよび０．５９重飯チのメチルエチルケトンノζ−オ干シトおよび０ ．０４ｍ’ｉ％のシラ／から消耗型砂コアを作成した。該コアを２秒間周囲温度 と圧力下、二酸化硫黄で処理した。

独々のｍＦＫのヒューズドシリカ、コロイドシリカおよび水を含有するコア用塗 料組成物を調製した。ヒューズドシリカ粒子は１〜４５ミクロンの粒子径範囲を 有していた。上記組成物を該組成物の容器中に磁性ボールを入れ２〜３時間容器 を回転させて磨砕して大きな凝集粒子を破壊した。磨砕した組成物を布製はイン ドストレーナ−を通して注いだ。次に組成物の比重をチェックし且つホーメの読 みが５６〜６２の範囲に入るまでヒューズドシリカまたはコロイドシリカのスラ リーを添加して調整した。約１０容量チのメタノールを加えた。追加量のカオリ ンを組成物に加え、次に最低１時間撹拌した。次に組成物を２４時間放置した。

核種し硬化したコアを使用して、アンダーカット領域を有する複雑なアルミニウ ム合金ダイカストを製造した。次に慣用の機械的型ばらし技術を用いてコアをダ イカストから取シ出した。コアおよびダイカストについて型ばらし性、洗い出し 性および浸透性をテストし、各々の特性を評価した。

実施例２ 実施例１の硬化被覆コアをコア用塗料組成物中に約１０秒間浸漬し、取シ出しつ いで水切シした。′ｇｃＳを乾燥させた。乾燥被覆コアを再度コア用塗料組成物 中に約５秒間浸漬し、水切シしついで１７５’Ｆの循環空気深中で少なくとも３ 分間乾燥させた。該コアを用いて鋳物を作成し、両省を実施例１における如く評 価した。

実施例３ 実施例１における如くして未被覆の消耗型コアを作製し、鋳物をそれから調製し 、ついでコアと鋳物を実施例１における如く評価した。

実施例４ 実施例１における如くして消耗型コアを作製した。

このコアを少なくとも２分間冷却し、ケイ酸ジルコニウム、樹脂結合剤およびイ ンプロピルアルコール（Ａｒｃｏｌｉｔｅ　＋　４１２、アトランチツクライヒ ホールドＣ００）を含有する仕上塗料組成物中に２〜３秒間浸漬した。コアから 排液し、３０分間乾燥した。該コアを用いて鋳物を作成した。

二ｌ被榎したコアと鋳物の型ばらし性、洗い出し性および浸透性を評価した。

実施例５ 実施例３における如くして調製した未被覆の消耗型コアを、実施例４のケイ酸ジ ルコニウム／樹脂結合剤被′＆組成物中に浸漬し、乾燥させた。被覆したコアか ら鋳物を作成し、該鋳物を評価した。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（Ａ）結合剤によつて結合された砂からなるベース：（Ｂ）（ａ）グラフア イト、マイカ、ヒユーズドシリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、カー ボンブラツクおよびジルコン粉末からなる群から選らばれた無機耐火性材料約３ ０〜８０重量％：および （ｂ）コロイドシリカ、クレーおよびアミン処理ベントナイトからなる群から選 らばれた無機結合剤約１〜２５重量％； からなる第１の被覆 （ｃ）（ａ）ヒユーズドシリカ、ジルコン粉末、酸化アルミニウムからなる群か ら選らばれた耐火性材料、 （ｂ）コロイドシリカ、クレーおよびベントナイトからなる群から選らばれた懸 濁剤；および （ｃ）有機樹脂結合剤； からなる付加的な第２の表面被覆 からなる、高圧ダイカスト機械のダイ中で溶融金属塊から形成される鋳物につい てアンダーカツト部分を形成するのに使用するための高い耐圧性および耐高温性 、良好な耐洗い出し性、表面非浸透性および良好な型ばらし性を有する強度の大 きいダイカスト用砂コア。 ２．溶融金属塊がアルミニウムからなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂コア 。 ３．ベース砂がシリカ砂からなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂コア。 ４．ベース結合剤が有機樹脂からなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂コア。 ５．有機樹脂が酸で硬化し得る、特許請求の範囲第１項に記載の砂コア。 ６．有機樹脂がフランからなる、特許請求の範囲第４項に記載の砂コア。 ７．第１の塗料が約５０〜７０重量％の無機耐火性材料を含有する、特許請求の 範囲第１項に記載の砂コア。 ８．第１の塗料の耐火性材料がヒユーズドシリカからなる、特許請求の範囲第１ 項に記載の砂コア。 ９．第１の塗料の結合剤がクレーからなる、特許請求の範囲第１項に記載の砂コ ア。 １０．クレーがカオリンクレーである、特許請求の範囲第９項に記載の砂コア。 １１．第１の塗料のバインダーがコロイドシリカからなる、特許請求の範囲第１ 項に記載の砂コア。 １２．第２の仕上塗料の耐火性材料がジルコン粉末からなる、特許請求の範囲第 １項に記載の砂コア。 １３．第１の被覆が約２５０〜５，０００ミクロンの厚さである特許請求の範囲 第１項に記載の砂コア。 １４．第２の被覆が約１０〜２，０００ミクロンの厚さである、特許請求の範囲 第１項に記載の砂コア。 １５．特許請求の範囲第１項に記載のコアで形成した高圧ダイカスト。 １６．（Ａ）（ａ）グラフアイト、マイカ、ヒユーズドシリカ、酸化アルミニウ ム、酸化マグネシウム、カーボンブラツクおよびジルコン粉末からなる群から選 らばれた無機耐火性材料約３０〜８０重量％； （ｂ）コロイドシリカ、クレーおよびアミン処理ベントナイトからなる群から選 らばれた無機結合剤約１〜２５重量％；および （ｃ）水性液状ベヒクル； からなる組成物を用いて、硬化した砂コアを最初に被覆し； （Ｂ）上記第１の塗料を乾燥し、ついで（Ｃ）（ａ）ヒユーズドシリカ、ジルコ ン粉末、酸化アルミニウムからなる群から選らばれた耐火性材料、 （ｂ）コロイドシリカ、クレーおよびベントナイトからなる群から選らばれた懸 濁剤； （ｃ）有機樹脂結合剤；および （ｄ）有機液状ベヒクル； からなる第２の仕上塗料で上記の乾燥させた塗料を被覆する； 各被覆工程からなる、高圧ダイカスト機械のダイ中で溶融金属塊から形成した鋳 物についてアンダーカツト部分を形成するのに使用するための高い耐圧性および 耐高温性、良好な耐洗い出し性、表面非浸透性および良好な型ばらし性を有する 、バインダーで結合させた砂からなる砂コアを被覆する方法。 １７．溶融金属塊がアルミニウムからなる、特許請求の範囲第１６項に記載の方 法。 １８．ベース砂がシリカ砂からなる、特許請求の範囲第１６項に記載の方法。 １９．ベース結合剤が有機樹脂からなる、特許請求の範囲第１６項に記載の方法 。 ２０．有機樹脂が酸で硬化し得る、特許請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２１．有機樹脂がフランからなる、特許請求の範囲第１９項に記載の方法。 ２２．第１の塗料が約５０〜７０重量％の無機耐火性材料を含有する、特許請求 の範囲第１６項に記載の方法。 ２３．第１の塗料の耐火性材料かヒユーズドシリカからなる、特許請求の範囲第 １６項に記載の方法。 ２４．第１の塗料の懸濁剤がクレーからなる、特許請求の範囲第１６項に記載の 方法。 ２５．クレーがカオリンクレーである、特許請求の範囲第２４項に記載の方法。 ２６．第１の塗料のバインダーがコロイドシリカからなる、特許請求の範囲第１ ６項に記載の方法。 ２７．第２の仕上塗料の耐火性材料がジルコン粉末からなる、特許請求の範囲第 １６項に記載の方法。 ２８．水性液状ベヒクルが水である、特許請求の範囲第１６項に記載の方法。 ２９．有機液状べヒクルがイソプロピルアルコールである、特許請求の範囲第１ ６項に記載の方法。 ３０．第１の被覆が約２５０〜５，０００ミクロンの厚さである、特許請求の範 囲第１６項に記載の方法。 ３１．第２の被覆が約１０〜２，０００ミクロンの厚さである、特許請求の範囲 第１６項に記載の方法。 ３２．特許請求の範囲第１６項の方法で被覆した被覆砂コアで形成したダイカス ト。 ３３．アンダーカツト領域を有するダイカストを形成させる方法において、 （Ａ）アンダーカツト領域を形成する消耗型砂コアであつてかつ良好な型ばらし 性、良好な耐洗い出し性、表面非浸透性、良好な耐用寿命および１平方インチ当 り数百ポンドを越える圧力に耐える高いコア強度を有する砂コアの少なくとも１ つを包含する、かつ、鋳造表面を有するダイカストダイを形成し： （Ｂ）（ａ）バインダーで結合させた砂からなるベース；（ｂ）（１）グラフア イト、マイカ、ヒユーズドシリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、カー ボンブラツクおよびジルコン粉末からなる群から選らばれた無機耐火性材料３０ 〜８０重量％； （２）コロイドシリカ、クレーおよびアミン処理ベントナイトからなる群から選 らばれた無機結合剤約１〜２５重量％；からなる第１の被覆；および （ｃ）（１）ヒユーズドシリカ、ジルコン粉末、酸化アルミニウムからなる群か ら選らばれた耐火性材料、 （２）コロイドシリカ、クレーおよびベントナイトからなる群から選らばれた懸 濁剤；および （３）有機樹脂結合剤からなる追加的な第２の表面被覆； からなる前記コアを形成し： （Ｃ）上記で形成したコアを前記ダイカストダイ中に装入し； （Ｄ）上記ダイカストダイ中に溶融金属を注入し；（Ｅ）上記で注入した金属を 固化して前記のアンダーカツト領域を有するダイカストを形成し；（Ｆ）上記ダ イカストを前記ダイから取り出し；ついで （Ｇ）上記ダイカスト内の上記消耗型コアを上記アンダーカツト領域から分離す る； ことからなるアンダーカツト領域を有するダイカストの形成方法。