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技術 分散液、スラリー、および該スラリーを使用した精密鋳造のための鋳造鋳型の製造方法

出願人 エボニックデグサゲーエムベーハーセンターフォーアブレイシヴズアンドリフラクトリーズリサーチアンドディヴェロプメントシー.エイ.アール.アール.ディー.ゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 クリストフトントループヴォルフガングロアツガブリエレペアレートエーリヒシュミット-クルーゲダニロフルリ
出願日 2010年3月30日 (10年8ヶ月経過) 出願番号 2012-507662
公開日 2012年10月22日 (8年1ヶ月経過) 公開番号 2012-525260
状態 特許登録済
技術分野 鋳型又は中子及びその造型方法 鋳型又は中子の材料
主要キーワード 導入完了後 アルミニウム酸化物粒子 支持層用 英国規格 耐火性繊維 被覆段階 火炎酸化 流出ノズル
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課題・解決手段

a)平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子50〜80質量%、b) 平均粒径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子5〜35質量%、c) 水 5〜35質量%を含有し、且つ、d) pH5〜12を有するスラリー。分散液を使用するスラリーの製造方法、およびさらに該分散液それ自体。鋳造鋳型の製造方法、およびさらに鋳造鋳型それ自体。

概要

背景

概要

a)平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子50〜80質量%、b) 平均粒径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子5〜35質量%、c) 水 5〜35質量%を含有し、且つ、d) pH5〜12を有するスラリー。分散液を使用するスラリーの製造方法、およびさらに該分散液それ自体。鋳造鋳型の製造方法、およびさらに鋳造鋳型それ自体。

目的

本発明の課題は、先行技術の欠点を有さない、精密鋳造のためのスラリーおよび鋳造鋳型の製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

a)平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子50〜80質量%、b)平均粒子直径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子5〜35質量%、c)水5〜35質量%を含有し、且つ、d)pH5〜12を有することを特徴とするスラリー

請求項2

アルミニウム酸化物粒子が凝集していることを特徴とする、請求項1に記載のスラリー。

請求項3

アルミニウム酸化物粒子が熱分解法アルミニウム酸化物粒子であることを特徴とする、請求項1または2に記載のスラリー。

請求項4

緩衝されていることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のスラリー。

請求項5

追加的に、スラリーの総質量に対して10質量%以下の、消泡剤湿潤剤ポリマーポリリン酸塩金属有機化合物および抗菌剤からなる群から選択される追加的な添加剤を含有することを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載のスラリー。

請求項6

平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子が、アルミニウム酸化物ジルコニウム酸化物ムライトアンダルサイトジルコニウムムライト、安定化ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物コバルトアルミニウムスピネルコバルト酸化物および希土類酸化物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載のスラリー。

請求項7

請求項1から6までのいずれか1項に記載のスラリーの製造方法であって、a1)平均粒径300nm未満を有する、固体としてのアルミニウム酸化物粒子を含有し、且つa2)15質量%より多くのアルミニウム酸化物粒子含有率を有し、且つa3)pH5〜12を有する水性分散液が、b)平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子、およびc)適宜、添加剤と、混合されることを特徴とする、製造方法。

請求項8

アルミニウム酸化物粒子の水性分散液であって、a)アルミニウム酸化物粒子が平均粒径300nm未満を有し、b)アルミニウム酸化物粒子の含有率が15質量%より多く、c)追加的に該分散液が、消泡剤、湿潤剤、ポリマー、ポリリン酸塩、金属有機化合物、および抗菌剤からなる群から選択される1つまたはそれより多くの添加剤を含有し、且つ、d)該分散液が緩衝液系を含有し、且つ、pH5〜12を有することを特徴とする、アルミニウム酸化物粒子の水性分散液。

請求項9

分散液に対して、0.05〜2.0質量%のトリポリリン酸ナトリウムを含有することを特徴とする、請求項8に記載の水性分散液。

請求項10

鋳造鋳型の製造方法であって、以下の段階:a)予備成形された溶融可能な型を請求項1から6までのいずれか1項に記載のスラリー内に浸す段階、b)スラリーによって被覆された該型の表面を、平均粒径>50μm〜1000μmを有する粗い耐火性粒子を用いたサンディングによって被覆する段階、およびc)被覆された表面を乾燥させる段階を含み、段階a)〜c)を、鋳造鋳型に必要とされる被覆層の数に達するまで必要なだけ繰り返す、鋳造鋳型の製造方法。

請求項11

平均粒径>50μm〜1000μmを有する粗い耐火性粒子が、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ムライト、アンダルサイト、ジルコニウムムライト、安定化ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物、コバルト−アルミニウムスピネル、コバルト酸化物および/または希土類酸化物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項10に記載の方法。

請求項12

請求項10または11に記載の方法によって製造された鋳造鋳型。

請求項13

98質量%より多くのアルミニウム酸化物を含むことを特徴とする、請求項12に記載の鋳造鋳型。

請求項14

本質的に二酸化ケイ素を含まないことを特徴とする、請求項12または13に記載の鋳造鋳型。

請求項15

平均粒子直径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子が、熱分解法由来であることを特徴とする、請求項12から14までのいずれか1項に記載の鋳造鋳型。

技術分野

0001

本発明は、分散液、スラリー精密鋳造のための鋳造鋳型の製造方法、およびこの方法によって得ることのできる鋳造鋳型に関する。

0002

金属の精密鋳造の1つの形態は、「インベストメント鋳造」であり、ロストワックス法としても知られている。ここで、後で製造される加工物の型が、まず、ワックスまたは容易に成形および溶融される他の材料、例えばプラスチックまたはウレアから製造される。その際、該型は、鋳込みまたはチャネルベントして準備され、引き続き成型された材料に入れられる。該型を、ここで成形された未処理の型から溶かし出して、適宜、次に焼成され得る中空型を製造する。溶融金属をその後、型内のこの中空空間流し込み、且つ、鋳造鋳型内で固化させ、鋳造鋳型を除去した後に粗鋳造物を得ることができる。

0003

鋳造物を得るために、鋳造鋳型を壊し、そして粗鋳造物を引き続き、仕上げに供する。この鋳造技術は、特に、加工物が、精密度の点で厳しい要求を満たさなければならず、多数回の再現が必要とされ、且つ、複雑な形状が製造されなければならない場合に使用される。

0004

鋳造鋳型の製造は、ワックスまたはプラスチック、結合剤を含むスラリー、耐火性粒子、および適宜、添加剤、およびさらに「スタッコ」と称されるサンディング用の耐火性粒子(即ち、スラリーで濡らされたワックス型被覆するため)からかたどられる、鋳造物のポジ(positive)を必要とする。

0005

金属鋳造物の種類に依存して、鋳造鋳型は種々の要求を満たさなければならない。従って、高耐火性および耐熱性セラミックの鋳造鋳型が、特に超合金鋳造のために、または単結晶鋳造のために使用される。

0006

様々な出版物が、高温インベストメント鋳造法に適した多くの鋳造鋳型組成物を記載している。例えば、US4188450号は、鋳造鋳型のための耐火性組成物であって、本質的にアルミニウム酸化物および二酸化ケイ素に基づく結合剤からなり、鋳造鋳型の製造において1400℃より高い焼結段階の間に形成されたムライトを有する、耐火性組成物を記載している。かかる鋳造鋳型の欠点は、二酸化ケイ素またはムライトが、しばしば合金成分と反応し、従って多くの造形工程については除外されるか、または鋳造物の複雑な表面処理が必要であることである。

0007

US4247333号は、アルミニウム酸化物を、同様に耐火性粉末として使用し、且つ、二酸化ケイ素に基づく結合剤は、鋳造鋳型の焼成の間に、還元性条件下で焼成が行われることの結果として取り除かれる、鋳造鋳型の製造方法を記載している。全部がアルミニウム酸化物からなる鋳造鋳型をこの方法で製造できると記載されている。この方法の欠点は、高価であり、且つ時間がかかることである。

0008

DE2909844号は、繊維質コロイド状アルミナゾルを結合剤として使用する、鋳造鋳型の製造方法を開示している。この方法の欠点は、アルミナゾルが狭いpH範囲でのみゲル化に対する適切な安定性を示すという事実である。基本的な特性を示す耐火性材料と、酸性アルミナゾルとを含む、鋳造鋳型の製造のための混合物は、不安定性を引き起こす。その不安定性は、例えば、該混合物の完全なゲル化において明らかである。さらに、その不安定性は、受け容れられる品質の鋳造鋳型をもたらさず、例えば、不均質な形態およびひび割れが生じる。とにかく、それらの問題は、連続的なpHの測定、および酸の投与によるその修正によって減少され得る。かかる手順は、実際には実行可能ではない。

0009

従って、本発明の課題は、先行技術の欠点を有さない、精密鋳造のためのスラリーおよび鋳造鋳型の製造方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、スラリーを製造するための分散液を提供することである。本発明のさらなる課題は、この方法によって製造された鋳造鋳型を提供することである。

0010

本発明は、
a)平均粒径0.5μm〜150μm、好ましくは5〜40μmを有する耐火性粒子50〜80質量%、好ましくは60〜75質量%、
b)平均粒子直径300nm未満、好ましくは10〜200nm、特に好ましくは60〜120nmを有するアルミニウム酸化物粒子5〜35質量%、好ましくは10〜20質量%、
c) 水 5〜35質量%、好ましくは10〜25質量%
を含有し、且つ、
d) pH5〜12、好ましくは7.5〜11
を有するスラリーを提供する。

0011

質量パーセントは、成分a)〜c)の合計に基づいている。該スラリーは追加的にさらなる成分を含有できる。

0012

本発明のスラリーは、粘度上昇、沈降、およびゲル化に関して、極めて高い安定性を有するスラリーである。該スラリーの安定性は、恐らく、大部分は粒子直径の特徴的とpHとの組み合わせのおかげである。

0013

本発明のスラリー中に存在する、平均粒子直径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子のBET表面積は、決定的ではない。一般に、BET表面積は20〜200m2g/、好ましくは50〜120m2/gである。該粒子は、単離された個々の粒子または凝集粒子のいずれかとして存在できる。同様に、混合された形態が可能である。

0014

平均粒子直径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子として、例えばベーマイトまたは擬ベーマイトを使用できる。本発明のスラリーが鋳造鋳型の製造のために使用された場合の最良の結果は、熱分解法アルミニウム酸化物粒子を用いた場合に得られる。その際、それらは、凝集した形態で、ほとんど、またはもっぱら存在する。本発明の目的では、凝集物とは、互いの上にしっかりと成長した一次粒子である。それらの凝集物は、分散装置によって、破壊するのが困難であるか、または全く破壊できない。複数の凝集物が互いにゆるく接して、凝塊を形成でき、且つ、この現象は、適切な分散工程によって逆行させることができる。平均凝集直径を、当業者に公知の方法、例えば光散乱、または透過型電子顕微鏡写真での凝集物の計数によって測定できる。

0015

本発明の目的では、熱分解法とは、粒子が火炎加水分解または火炎酸化法によって得られたことを意味する。ここで、非常に微細に分割された、非多孔質の一次粒子がまず形成され、それらが一緒に成長して、反応のさらなる過程の間に凝集物を形成する。これらの粒子の表面は、酸サイトまたは塩基イトを有していてよい。

0016

本発明のスラリーの安定性をさらに高めるために、緩衝されたpHが有利であることが判明した。1つまたはそれより多くの少なくとも1つの二塩基性カルボン酸および少なくとも1つの二(アルカリ金属)のリン酸水素塩および/またはアルカリ金属のリン酸水素塩を含む緩衝液が、この目的のために特に適している。緩衝液の成分の割合は、好ましくはそれぞれ互いに独立して、アルミニウム酸化物の比表面積の0.3〜3×10-6mol/m2である。

0017

さらには、本発明のスラリーは、スラリーの総質量に対して10質量%までの1つまたはそれより多くの添加剤を含有できる。これは、消泡剤湿潤剤、例えば分散液の形態でのポリマーポリリン酸塩金属有機化合物および抗菌剤を含む。消泡剤、湿潤剤、ポリリン酸塩、金属有機化合物および抗菌剤の割合は、好ましくは、それぞれ、0.01〜5質量%、特に好ましくは0.1〜1質量%であってよい。ポリマーの割合は好ましくは1〜5質量%である。

0018

特に好ましい実施態様において、本発明のスラリーは、1つまたはそれより多くのポリリン酸塩を含有する。本様式の作業に関連して、特に、鋳造鋳型の強度を、追加的な添加剤としてのポリリン酸塩の添加によって高めることができることが見出された。この効果は、恐らく、鋳造鋳型の製造の間に、ポリリン酸塩が、300nm未満の平均粒子直径を有するアルミニウム酸化物粒子と三次元ポリマーネットワークを形成することに起因する。本発明の特に有利な実施態様において、スラリーは0.05質量%〜2.0質量%のトリポリリン酸ナトリウムを含有する。

0019

適したポリマーは、ネオプレンポリマー、ウレタンポリマーアクリルラテックスポリマーおよびスチレンブタジエンラテックスポリマーである。

0020

本発明のスラリー中に存在する平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子は、好ましくはアルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ムライト、アンダルサイトジルコニウムムライト、安定化ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物コバルト酸化物コバルトアルミニウムスピネルおよび希土類酸化物からなる群から選択される。特に好ましくは、α−アルミニウム酸化物、例えばフューズドアルミナの形態のものである。非常に特に好ましくは、灰化残留物に対するアルミナ酸化物含有率が99%よりも高い白色の高純度α−アルミナ、または、アルミニウム酸化物の含有率が95%より高い色の標準的なα−アルミナを使用する。さらには、灰化残留物に対する二酸化ケイ素含有率が0.1%未満であるおかげで、白色の高純度α−アルミナは、特定の金属の鋳造のために、茶色のα−アルミナよりも好ましい。両方のフューズドアルミナのグレードは、事実上、開孔が完全にないことによって特徴付けられる。

0021

本発明のスラリーの特定の利点は、粘度、ゲル化、沈殿および細菌性の分解に関するその安定性である。

0022

通常、本発明によるスラリーは、少なくとも12時間、好ましくは少なくとも2日間の安定性を示す。

0023

本発明はさらに、本発明のスラリーの製造方法であって、
a1)平均粒子直径300nm未満を有する固体としてのアルミニウム酸化物粒子を含有し、且つ
a2) 15質量%より多く、好ましくは25〜70質量%、特に好ましくは35〜60質量%のアルミニウム酸化物粒子含有率を有し、且つ、
a3) pH5〜12、好ましくは7.5〜9、より好ましくは7.5〜8.5を有する、
水性分散液を、
b)平均粒径0.5μm〜150μmを有する耐火性粒子、および
c) 適宜、添加剤
と混合する、製造方法を提供する。

0024

アルミナ粒子固体含有率が高いので、本発明による方法は、鋳造鋳型を製造する場合、スラリーを速く乾燥させることができる。さらに、本発明による方法は、低い剪断条件を用いて、スラリーを速く仕上げることができる。

0025

従って、通常、最大12時間、好ましくは5時間未満の時間内で、スラリーを速く仕上げることが実現できる。これは、スラリーを仕上げるために少なくとも1日が必要な従来技術を上回る著しい改善である。

0026

アルミニウム酸化物粒子は好ましくは、凝集されたアルミニウム酸化物粒子および特に好ましくは熱分解法アルミニウム酸化物粒子である。さらには、使用される分散液を緩衝することができる。1つまたはそれより多くの少なくとも二塩基性カルボン酸、例えばクエン酸または酒石酸、および少なくとも1つの二(アルカリ金属)リン酸水素塩および/またはアルカリ金属リン酸水素塩を含む緩衝液を、この目的のために使用でき、ここで、該緩衝液成分の割合はそれぞれ互いに独立して、アルミニウム酸化物の比表面積の0.3〜3×10-6mol/m2である。

0027

使用される分散液のゼータ電位は、好ましくは−15mV未満である。特に好ましくは、−25〜−40mVの範囲のゼータ電位である。ゼータ電位は、粒子上の表面電荷尺度であり、それは表面に結合してくる物質によって影響され得る。本発明の目的では、ゼータ電位とは、分散液中電気化学的なアルミニウム酸化物粒子/電解質の二重層内での剪断面での電位である。ゼータ電位は例えば、分散液のコロイド振動電流CVI)を測ることによって、または電気泳動移動度を測定することによって測定できる。

0028

さらには、1つまたはそれより多くの添加剤を使用することが可能である。それらは、消泡剤、湿潤剤、先に述べられたポリマー、結合剤、ポリリン酸塩、金属有機化合物、耐火性繊維および抗菌剤を包含する。消泡剤、湿潤剤、ポリリン酸塩、金属有機化合物、および抗菌剤は、それぞれスラリーに対して、好ましくは0.01〜5質量%の割合で、特に好ましくは0.1〜1質量%の割合で使用される。特に好ましい実施態様においては、0.05〜2質量%のトリポリリン酸ナトリウムが使用される。該ポリマーを好ましくは、スラリーに対して1〜5質量%の割合で使用できる。

0029

適した耐火性繊維はアラミド繊維カーボン繊維金属繊維セラミック繊維、窒化物繊維、カーバイド繊維、ガラス繊維ポリマー繊維またはセルロース繊維であってよい。

0030

本方法の特別な実施態様において、個々または全ての添加剤は分散液の成分である。

0031

本発明はさらに、アルミニウム酸化物粒子の水性分散液であって、
a) アルミニウム酸化物粒子が平均粒子直径300nm未満を有し、
b) アルミニウム酸化物粒子の含有率が15質量%より多く、好ましくは25〜75質量%、特に好ましくは35〜60質量%であり、
c) 該分散液が追加的に、消泡剤、湿潤剤、ポリマー、ポリリン酸塩、金属有機化合物、および抗菌剤からなる群から選択される1つまたはそれより多くの添加剤を含有し、且つ、
d) 該分散液が緩衝液系を含有し、且つ、pH5〜12、好ましくは7.5〜9、より好ましくは7.5〜8.5を有する、
アルミニウム酸化物粒子の水性分散液を提供する。

0032

適した緩衝液系は、例えば1つまたはそれより多くの少なくとも二塩基性のカルボン酸と、少なくとも1つの二(アルカリ金属)リン酸水素塩および/またはアルカリ金属リン酸水素塩とを含有し、その際、その割合はそれぞれ互いに独立して、アルミニウム酸化物の表面積の0.3〜3×10-6mol/m2である。

0033

本発明の分散液のゼータ電位は、好ましくは−15mV未満である。特に好ましい実施態様において、ゼータ電位は−25〜−140mVである。

0034

本発明による分散液は、ポリマーとの特に良好な適合性を示す。

0035

本発明はさらに、特に精密鋳造のための鋳造鋳型の製造方法であって、
a)予備成形された溶融可能な型を本発明のスラリー内に浸す段階、
b) スラリーによって被覆された該型の表面を、平均粒径>50μm〜1000μm、好ましくは>100μm〜400μmを有する粗い耐火性の粒子を用いたサンディングによって被覆する段階、
c) 被覆された表面を乾燥させる段階
を含み、段階a)〜c)を、鋳造鋳型に必要とされる被覆層の数に達するまで必要なだけ繰り返す、製造方法を提供する。

0036

スラリーで被覆された表面のサンディングのために使用される平均粒径>50μm〜1000μmを有する粗い耐火性粒子は、好ましくは同様に、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、ムライト、アンダルサイト、ジルコニウムムライト、安定化ジルコニウム酸化物、イットリウム酸化物および希土類酸化物からなる群から選択される。

0037

本発明の方法の特に好ましい実施態様において、アルミニウム酸化物粒子が、平均粒径5μm〜40μmを有する耐火性粒子として、および平均粒径>100μm〜200μmを有する粗い耐火性粒子としての両方に使用される。

0038

一般に、本発明の方法は、最後の乾燥段階の後に焼結段階を含む。これは、後の使用のために充分な強度を得た鋳造鋳型をもたらす。しかしながら、該工程を追加の焼結段階なく行うこと、および得られる鋳造鋳型を精密鋳造の間に「インサイチューで」強化することもまた可能である。

0039

本発明のスラリーの使用は、非常に一定の乾燥速度を達成することを可能にする。これは、鋳造鋳型の乾燥が非常に穏やかに起きるので、鋳造鋳型がいかなる損傷も受けないことを意味する。

0040

本発明はさらに、この方法によって得ることができる、特に精密鋳造のための鋳造鋳型を提供する。

0041

本発明は3種類の粒子、即ち、平均粒径0.5〜150μmを有する耐火性粒子、平均粒径>50〜1000μmを有する粗い耐火性粒子、および平均粒径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子を包含する。

0042

該鋳造鋳型は好ましくは、灰化残留物に対して少なくとも99質量%のアルミニウム酸化物を含む。

0043

さらには、本質的に二酸化ケイ素のない鋳造鋳型が有利であることがある。本目的では、これは、二酸化ケイ素の割合が2質量%未満、好ましくは0.5質量%未満、および特に好ましくは0.1%未満であることを意味する。

0044

さらには、平均粒子直径300nm未満を有するアルミニウム酸化物粒子が熱分解法アルミニウム酸化物粒子である鋳造鋳型が有利であることがある。

0045

本質的にアルミニウム酸化物からなる、即ち少なくとも98質量%のアルミニウム酸化物を含む、本発明による鋳造鋳型のために必要な焼結温度は、通例、約900〜1400℃、好ましくは約1350℃であり、且つ、二酸化ケイ素含有結合剤に基づいて通常製造される鋳造鋳型の機械的特性匹敵する、鋳造鋳型の機械的特性は、約3時間の焼結時間後に達成できる。しかしながら、本発明の鋳造鋳型には、従来の鋳造鋳型を上回る利点があり、それは大いに化学的に不活性であり、従って事実上、全ての超合金のために使用できることである。

0046

実施例
分散液1の製造:
脱イオン水を60lのステンレス鋼製容器内に入れる。アルミニウム酸化物粉末(1)を引き続き、剪断条件下でYstral Conti−TDS 3の吸上管を用いて吸い込む(ステータースリット:4mm環および1mm環、ローターステーター間隔約1mm)。無水クエン酸と、リン酸水素二ナトリウムと水との緩衝液をその後、添加し、そしてさらにアルミニウム酸化物粉末(2)を吸引する。導入完了後吸込部を閉じ、そして該混合物を3000rpmでさらに10分間、剪断する。ミリング完了後、保存料を添加する。

0047

この予備分散液を2回、2500barで、且つ、ダイアモンドノズルが直径0.3mmを有する、Sugino Ultimaizer HJP−25050高エネルギーミルを通過させ、且つ、この方法でさらに強力なミリングに供する。

0048

表1: 分散液1

0049

スラリーの製造
スラリー2a: スラリーを製造するために、実施例1からの3kgを反応容器内に入れ、且つ、0〜325メッシュわれた合計7kgの電気溶融α−アルミナ(アルミニウム酸化物白色WRG、Treibacher Schleifmittel)を、小出しに添加する。0.075質量%のアルコールアルコキシドに基づく湿潤剤(TEGO SURTEN W 111、EVONIK Industries)および0.02質量%の消泡剤(Burst 100、REMET)を、引き続き添加する。

0050

この方法で得られた混合物を、低い剪断速度で、「ザーン4」フローカップによって測定された粘度が、18〜23秒の値に達するまで攪拌する。

0051

この種の粘度測定において、測定される液体は、特定の充填高さまで、水平に並べられた粘度カップ内に導入され、該粘度カップは液体の導入後、初めは例えばガラス板によって閉じられている流出ノズルを下面に有する。時間の測定は、ガラス板の除去によって流出ノズルが開けられるとすぐに開始する。流出流が初めに途切れるまでの時間にわたって、動粘度を秒数で測定し、その後、センチストークス(cST)に変換できる。かかる粘度測定において、測定範囲または測定方法に依存して、種々の種類のカップを使用できる。当該の場合においては、ノズルサイズ4を有するELCOMETER登録商標)2210ザーンフローカップを使用した。粘度の安定化は、分散液、水または耐火性粒子の目標となる添加によって行われた。

0052

この方法で製造されたスラリーを、慣例的なやり方で、鋳造鋳型の製造のために使用できる。

0053

スラリー2b: スラリー2aと同様であるが、しかし、0.1質量%のトリポリリン酸ナトリウムを添加する。

0054

スラリー2c: スラリー2bと同様であるが、しかし、0.43質量%のトリポリリン酸ナトリウムを用いる点で異なる。

0055

鋳造鋳型の製造
鋳造鋳型3a: 鋳造鋳型の製造のために、ハンドルと共に提供され、且つ寸法50mm×80mm×3mmを有するRW161に基づくワックス型(REMET製)を使用し、且つ第一の被覆段階において、実施例2aからのスラリー中に8秒間浸漬させ、ハンドル部は、後でワックスを溶かし出すことを可能にするために、スラリーで完全には被覆されない。この方法でスラリーによって被覆された型を、約18秒間、水切りし、その後、約30cmの高さから降る、アルミニウム酸化物ALODUR(登録商標) ZWSK90 (Treibacher Schleifmittel)の粗い耐火性粒子の砂流に、もはや粒子が表面に付着しなくなるまで晒す。後続の乾燥を12時間、室温且つ大気湿度30〜60%で行う。その後、該型をスラリーに再度浸漬させ、且つ、スラリーで被覆された型を同一の条件下で、幾分、より粗い耐火性粒子でサンディングする(アルミニウム酸化物 ALODUR(登録商標) ZWSK 60、Treibacher Schleifmittel)。室温および大気湿度30〜60%での、引き続く乾燥を3時間に短縮する。

0056

この中間層後、2つのさらなる支持層を、より粗い耐火性粒子(アルミニウム酸化物ALODUR(登録商標) ZWSK30、Treibacher Schleifmittel)を使用して適用する。該支持層を3時間乾燥させる。最終層を引き続き、型をスラリー中に単純に浸漬させることによって施与し、粗い耐火性粒子でのさらなるサンディングはしない。

0057

これにより、ワックスのコアが100℃のオーブン中で溶かし出された、層厚3.7〜4.2mmを有する鋳造鋳型がもたらされる。

0058

鋳造鋳型3b: 実施例3aと同様であるが、スラリー2bを使用する。

0059

鋳造鋳型3c: 実施例3aと同様であるが、スラリー2cを使用する。

0060

比較例
第一の層のためのスラリー(4ba): 第一の層のためのスラリーを製造するために、18質量%の市販の完成した結合剤を、0〜325メッシュに篩われた82質量%のジルコンサンド(ZrSiO4)と混合する。結合剤として、本質的に約30質量%のコロイド状シリカおよび約70質量%の水からなるREMASOL(登録商標) ABOND(登録商標) (REMET製)を使用する。

0061

中間層および支持層のためのスラリー(4bb): スラリーを製造するために、コロイド状シリカに基づく18質量%の市販の完成品の結合剤(REMASOL(登録商標) SP−ULTRA 2408、REMET製)を、200メッシュに篩われた82質量%のモロカイト(molochite)(アルミニウムシリケート)と混合する。該結合剤は34質量%のコロイド状シリカと66%の水とを含む。

0062

鋳造鋳型4a: 2つの上述の場合において、粗い耐火性粒子の量をまず小分けし、その後、第一の被覆層用のスラリー4baの粘度を18〜24秒に設定して(ELCOMETER(登録商標)2210 ザーン4フローカップによって測定)、小出しに添加する一方、中間層および支持層用のスラリー4bbの粘度を8〜10秒に設定した。粘度の設定の間に蒸発した液体の量を、水を添加することによって置き換える。pHは8〜10.5である。

0063

鋳造鋳型を、鋳造鋳型3aと同様に製造し、同等の型をまず、第一の層のために8秒間スラリー中に浸漬させ、引き続き、浸漬させた後に粒径100〜200μmの耐火性粒子としてのジルコンサンドでサンディングする。モロカイト30〜80メッシュを、中間層用の粗い耐火性粒子として使用する一方、モロカイト16〜30メッシュを2つの支持層用に使用する。最終層を、スラリー4bbを使用して、追加的なサンディングをしないで形成した。

0064

ここでもまた、層厚は3.7〜4.2mmであった。ワックスコアをオーブン内で、100℃で溶かし出す。

0065

焼結された鋳造鋳型: 鋳造鋳型3a、3b、3cおよび4aを乾燥させ、そして様々な温度で焼結させて鋳造鋳型3aa、3ba、3caおよび4aaを形成し、その後、試験して、それらの機械的特性およびガス透過性を測定した。相応する試験結果を、表2および3に要約する。

0066

表2:鋳造鋳型の冷破断計数(Cold Modulus Of Rupture)(CMOR)

0067

表3:鋳造鋳型3aaおよび4aaのガス透過率

0068

120℃で乾燥された、または1100℃あるいは1350℃で焼結された試験試料を使用した3点曲げ試験において、強度を測定する。0.43質量%の三リン酸ナトリウムを含有する試料は、全ての処理温度で、全ての試料の中で最高強度値を示す。

0069

しかしながら、強度は精密鋳造のための鋳型の適性について唯一判断基準ではないことに留意すべきである。高い強度は、鋳造鋳型の使用のための必須の前提条件である、鋳造中の鋳型の耐久性保証するのだが、同時に、強度が過度に高いと、引き続く鋳型の除去がより難しくなる。

0070

充分な強度を有する比較試料4aaを、精密鋳造のために必要とされる強度に対する基準として使用できる。

0071

要約すると、本発明の方法は、狙い通りの熱処理、および適宜、添加剤、例えばトリポリリン酸ナトリウムを添加することによって、精密鋳造のために充分な強度であり、且つ、事実上、二酸化ケイ素のない鋳造鋳型を得ることを可能にすると言うことができる。

0072

US5297615号内に開示される方法と比較して、本発明は、アルミニウム酸化物で構成され且つ良好な強度値を有する鋳造鋳型のより単純な製造を可能にする。

0073

US5297615号内で使用されるスラリーと比較して、本発明のスラリーは高い安定性を有する。

0074

英国規格BS1902; Section 10.2; 1994)に基づく方法によって行われた測定に基づく、表3に示される結果から、鋳造鋳型用の標準的な材料のものに匹敵するガス透過率値も達成されることが理解できる。

0075

実施例5: 乾燥速度
表4は、本発明によるスラリー2bおよび比較スラリー4baについてのトップコート(即ち、ワックス型上の第一の層)の乾燥速度を示す。該乾燥速度は、温度25℃および相対大気湿度75%での湿潤層の質量における減少のパーセンテージを記載している。

0076

表4: 乾燥速度(質量%)

0077

スラリー4baの層の質量における減少は、初めの100秒間でより速く(即ち、高い乾燥速度で)進むが、しかしその後、本発明によるスラリー2bにものに近づくことが、表4から明らかである。初めの数分間の非常に速い乾燥速度は望ましくなく、なぜなら、これは大規模な熱吸着およびワックスパターン収縮、ひいては鋳造鋳型の損傷をもたらすからである。この理由のために、初めの数分間で著しくより低い質量損失を伴って生じるスラリー2bの層の乾燥は、著しくより穏やかであり、従って、より少ない欠陥しか有さない鋳造鋳型が得られるとみなすことができる。

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