JPH021220B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、非鉄金属の精練もしくは鋳造などに
おいて、金属の溶解、或いは溶湯を流す、移す、
ならびに鋳込むなどの工程において使用される装
置に使用される、例えば、溶融炉の鍋、取鍋、湯
道、堰、注入ノズル、ストツパー、ガスバブリン
グ用ランス、ポーラスプラグ、測温管、鋳型等
（以下、単に「非鉄金属の精練もしくは鋳造用用
具」という）に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする問題
点） 金属の精練もしくは鋳造などにおいて、金属の
溶解、或いは溶湯を流す、移す、ならびに鋳込む
などの工程において使用される装置の用具の材料
として耐火物が常に重要な役割を果たしてきた。

しかしながら、アルミニウム、銅合金などの非
鉄金属工業では、当然溶融温度に差があることか
ら、これら耐火物に代えて金属系の材料からなる
「非鉄金属の精練もしくは鋳造用用具」の使用が
多くなつている。例えば、低融点合金の鍋炉の鍋
は、鋳鉄または鋼板をリベツトして作られてい
る。

また、底部にノズルをつけストツパーを用いて
直接鋳造できるようにしたり、ポンプで溶湯を汲
み出すなどで工程の機械化、自動化が進めば進む
ほど、溶湯に接する材料は従来の耐火物でもつて
は対応しきれなくなつているのが現状である。

ダイカスト（金型鋳造）はその典型例で、鋳込
んだ製品の外観、品質が優れているだけでなく、
ダイカスト用の機械は手動から自動まで数百種類
といわれ、溶湯に接する装置はほとんど100％金
属材料が使用されている。

金型（die）を例にとつて、これらの装置の材
料の条件を考えると、まず、反復使用されること
から耐用寿命が最も重視される。すなわち、下記
の(a)〜(d)の条件を満足することが重要である。

(a) 繰り返して加えられる熱応力に耐えること、 (b) 溶湯との化学反応による劣化がないこと、 (c) 高温に耐え、且つ耐摩耗性に優れているこ
と、 (d) 硬度が高いこと、 ここで、(d)に掲げた硬度であるが、金型として
は硬度が高い程寿命があるのは当然であるが、複
雑な彫刻（切削）をすることもあるのであまりに
硬すぎるのも金型としての工作を困難にする。

適当な硬度としてはブリネル硬さで、 錫、鉛合金には170〜220 亜鉛合金には200〜400 マグネシウム合金には400前後 アルミニウム、銅合金には400〜500 といわれている。

特に、アルミニウムは鉄や鋼などを侵蝕するの
で、工作性が悪くコスト的にも高いにもかかわら
ず、Cr−Ｖ鋼、Ｗ鋼などがあえて使用されてい
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上述した点に鑑み発明なされたもので
あつて、入手加工が容易で、したがつて低コスト
で且つ耐用寿命の長い「非鉄金属の精練もしくは
鋳造用用具」を提供しようというものであつて、
その構成要旨とするところは、窒化珪素10〜40重
量部、アルミニウム、マグネシウム、珪素及びジ
ルコニウムから成るグループから選択した非鉄金
属の酸化物もしくはこれらの非鉄金属の複合酸化
物90〜60重量部から成る粒状の複合溶射材料を溶
射することにより、前記窒化珪素と非鉄金属の酸
化物もしくはこれらの非鉄金属の複合酸化物とが
均一に分散混在した、耐熱性、耐蝕性、耐摩耗
性、及び硬度に優れた複合溶射被膜によつて主材
の溶湯に接する面が被覆されていることを特徴と
する非鉄金属の精練もしくは鋳造用用具である。

すなわち、本発明による非鉄金属の精練もしく
は鋳造用用具はまず、その主材が入手加工の容易
な材料で形成されることと、主材の溶湯に接する
面が、窒化珪素と、アルミニウム、マグネシウ
ム、珪素及びジルコニウムから成るグループから
選択した非鉄金属の酸化物もしくはこれらの非鉄
金属の複合酸化物とから調製した粒状の複合溶射
材料を溶射した耐熱性、耐蝕性、耐摩耗性、及び
硬度に優れた複合溶射被膜で被覆されていること
の２点から構成されている。さらに、前記窒化珪
素が窒化珪素ウイスカーの形態であることが最も
発明の効果を発揮するとして第３点としている。

本発明において、非鉄金属の精練もしくは鋳造
用用具が形成されるところの主材を、入手加工の
容易なるものとして表現しているのは、前述のよ
うに現状ではアルミニウム合金用にCr―Ｖ鋼、
Ｗ鋼などの特殊鋼が使用されているのに代えて、
鋳鉄のように加工容易な材料で充分、用が達せら
れるということである。勿論、セラミツクスやサ
ーメツトなどであつても、それが所望の熱的、機
械的な強度を満足させるものならな何ら差し支え
ない。

これは非常に重要なことであつてたとえば、本
願出願人による特開昭60−215566号にかかる非鉄
金属用耐蝕耐火断熱材料の発明と本発明との内容
を比較した場合でも、本発明の方が価格的に大幅
な低廉をもたらすことが明らかである。

つぎに、主材の溶湯に接する面が、窒化珪素
と、アルミニウム、マグネシウム、珪素及びジル
コニウムから成るグループから選択した非鉄金属
の酸化物もしくはこれらの非鉄金属の複合酸化物
とから調製した粒状の複合溶射材料を溶射するこ
とにより、窒化珪素と非鉄金属の酸化物もしくは
これらの非鉄金属の複合酸化物とが均一に分散混
在した、耐熱性、耐蝕性、耐摩耗性、及び硬度に
優れた複合溶射被膜で被覆されていることがもう
一つの構成上の必須要件である。

これは、G.A.Yasinskaya（Ornoupory，
Vol.30，pp.20，1965）、およびJ.F.Collns，R.W.
Gerdy等（J.Metals，Vol.7，pp.612，1955）が
報告しているごとく、特に非鉄金属に対しては酸
化物に比べて窒化物、炭化物のほうが耐蝕性に優
れているものが認められ、本発明者も多くの実験
を繰り返し、前記の出願と本出願の技術的根拠と
して、窒化珪素が非鉄合金に対し耐蝕性から最も
有効な材料として複合化したものである。

また、本出願人は、本出願人の出願による特開
昭60−174862号の方法（下記の実施例参照）に従
つて製造した上記の複合溶射材料を溶射すること
により、複合溶射被膜中で窒化珪素と非鉄金属の
酸化物もしくはこれらの非鉄金属の複合酸化物と
が均一に分散混在し、これによつて、上記(a)〜(d)
の条件、すなわち、耐熱性、耐蝕性、耐摩耗性、
及び硬度に優れた複合溶射被膜が形成されること
を見出し、本発明を完成したものである。

次に、窒化珪素が複合溶射被膜の中にウイスカ
ーの形態で含まれることが一層望ましいという点
について説明する。

本出願人は先に、特公昭61−56312号、特公昭
61−56313号、特開昭60−174862号において、プ
ラズマおよびガス溶射で溶射材料にウイスカーを
含有させること、およびそれを溶射することによ
つて溶射被膜にウイスカーが含まれ、いわゆる繊
維強化されることできわめて密着性が強くなるこ
と、硬度が硬くなること、耐摩耗性が向上するこ
と、および熱衝撃に耐えることなどを証明した。

これらの特性が発揮されることは、金型寿命を
もたせるための条件として、前記した(a)〜(d)の条
件と全く一致するものであつて、本発明の第３点
の構成はいわば、前記の特公昭61−56312号、特
公昭61−56313号、特開昭60−174862号の応用を、
非鉄金属の精練および鋳造用用具として一層その
効果を明確にしたものである。

また、窒化珪素ウイスカーは、本出願人による
特開昭57−196711号、特開昭57−200299号、特開
昭58−172298号に開示した製造方法で作られたよ
うな、α―Si₃N₄98％以上、直径0.5〜1μｍ、長さ
100〜200μｍのものの使用が望ましい。

（実施例） 次に、本発明を実施例によつてその効果を説明
する。

この場合の溶射材料は、本出願人の出願による
特開昭60−174862号の方法に従つて製造したもの
を用いた。

すなわち、簡単に述べれば、粉末状もしくは粒
状又はウイスカーの形態の窒化珪素と、粉末状も
しくは粒状のアルミニウム、マグネシウム、珪素
及びジルコニウムから成るグループから選択した
非鉄金属の酸化物もしくはこれらの非鉄金属の複
合酸化物とを、均一に混合し、それをさらに、前
記窒化珪素と非鉄金属の酸化物もしくはこれらの
非鉄金属の複合酸化物との間に実質的に反応が起
こらないような、温度、時間の条件下で焼成し、
それをさらに150メツシユ以下（好ましくは200メ
ツシユ以下）に粉砕し、5μｍ以下（好ましくは
10μｍ以下）の微粒子を分級することにより除去
して溶射材料を調製した。

尚、下記の種々の実施例では便宜上、窒化珪素
と、アルミニウム、マグネシウムの酸化物ならび
にこれらの複合酸化物についての実施例を記載し
たが、当業者であれば、これらの実施例の記載か
らこれ以外の非鉄金属、例えば、珪素、ジルコニ
ウムに適用可能であることは容易に理解可能であ
ろう。

実施例 １ アルミナ粉末（300メツシユ）90重量部と窒化
珪素粉末（200メツシユ）10重量部の複合溶射材
料をつくり、プラズマダイン社製のプラズマ溶射
装置によつて鋳鉄製金型の内面に溶射膜厚約
100μｍになるように溶射した。

この場合、金型はまずサンドブラストし、ニツ
ケル―クロム（Ni80、Cr20）のアンダーコート
を施した上に溶射膜を形成させた。同材質、同方
法による試験片（60×60×1.2mm）に対し、径17
mm、重量10.5ｇのアルミナボールを300mmの高さ
より落下し、亀裂、剥離を調べるテストを繰り返
したところ、45回にして５mm程度の局部的な亀裂
が起こりはじめ、55回で剥離を生じた。

この試験片を900℃、30分→水中投下の熱衝撃
繰り返しテストをしたところ、27回で剥離を生じ
た。

金型によるアルミニウム溶湯を実際に鋳造する
テストでは、金型との離型および製品面に外観は
良好であり、繰り返し鋳造50回以上で金型に変化
が認められず、そのまま連続作業に差し支えを生
じないことがわかつた。

ちなみに、鋳鉄型は鋳造１回毎に塗型剤をスプ
レーする必要があり、しかも製品面は本例に溶射
型によつたものに比べて、非常に粗雑で荒れが目
立つている。

実施例 ２ アルミナ粉末（300メツシユ＞）90重量部と窒
化珪素ウイスカー（径0.5〜1μｍ、長さ100〜200μ
ｍ、α―Si₃N₄98％以上）10重量部の複合溶射材
料をつくり、実施例１と同じ方法で鋳型および試
験片をつくつた。

この場合、実施例１のアンダーコートは省略し
た。ボール落下試験100回で異常なく、熱衝撃テ
スト50回でも亀裂、剥離は認められなかつた。金
型による鋳造は、200回繰り返しても変化を生ぜ
ず、連続鋳造用連続型としての耐用が充分認めら
れた。

実施例 ３ アルミナ微粉末33重量部、塩基性乳酸アルミミ
ニウム（商品名タキセラム、分析値Al₂O₃36％：
乳酸51％）61重量部、窒化珪素ウイスカー６重量
部によりAl₂O₃：Si₃N₄＝90：10になるように溶
射材をつくり、低炭素鋼_ssの1/2インチパイプ、
長さ65cmの外部表面に実施例１に準じて溶射した
（アンダーコートあり）。

アルミニウム溶湯用ガスバブリングランスとし
て溶湯に１時間浸漬し、窒素ガスを吹き込んで溶
湯バブリングしたところ、50回の使用でも溶湯に
よる侵蝕はほとんどなかつた。

比較するうえにおいて溶射をしないパイプをラ
ンス使用する場合、２回、すなわち、２時間の使
用でこれ以上の使用に耐えない程の侵蝕が認めら
れる。

実施例 ４ スピネル（MgO・Al₂O₃）85重量部、窒化珪素
ウイスカー15重量部になるような溶射材をつく
り、先端を閉じたSUS3041/2インチパイプ（長
さ１ｍ）に実施例１に準じて溶射した。この中に
MgO碍管で絶縁した白金−白金ロジウム熱電対
を装填し、銅合金の溶湯1200℃の中に浸漬して測
温することを繰り返したところ、浸漬２分間、
500回の測温でも表面に侵食はほとんどなく、保
護管として有用であることが認められた。

実施例 ５ 窒化珪素粉末13重量部、窒化珪素ウイスカー20
重量部、アルミナ短繊維（商品名サフイル
Al₂O₃36％）54重量部を用いてSi₃N₄：Al₂O₃＝
50：50でしかも全体の50wt％が短繊維であり、
かつ窒化珪素ウイスカーとして30wt％が入つて
いる溶射材を調製し、実施例１に準じて鋳鉄性金
型の内面に、溶射膜の厚み約300μｍになるよう
に溶射した（但し、アンダーコートなし）。

銅合金の実際の鋳込み繰り返しテストで200回
鋳湯で異常がなかつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素10〜40重量部、アルミニウム、マグ
   ネシウム、珪素及びジルコニウムから成るグルー
   プから選択した非鉄金属の酸化物もしくはこれら
   の非鉄金属の複合酸化物90〜60重量部から成る粒
   状の複合溶射材料を溶射することにより、前記窒
   化珪素と非鉄金属の酸化物もしくはこれらの非鉄
   金属の複合酸化物とが均一に分散混在した、耐熱
   性、耐蝕性、耐摩耗性、及び硬度に優れた複合溶
   射被膜によつて主材の溶湯に接する面が被覆され
   ていることを特徴とする非鉄金属の精練もしくは
   鋳造用用具。 ２ 前記窒化珪素が窒化珪素ウイスカーの形態で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の非鉄金属の精練もしくは鋳造用用具。