JPH02504264A - ケイ酸塩結合剤 - 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】 ケイ酸塩結合剤 １１立皇１ 本発明は例えば溶接棒及び砂型などのｌｊｌ造に有用性を有するケイ酸リチウム 結合剤溶液に関する。

発明の背景 ケイ酸塩は、例えばＲ，Ｋ、アイラー（１１ｅｒ）著ｒザ・ケミストリー・オブ ・シリカ（Ｔｈｅ　Ｃｈｅｓｉｓｔｒｙ　ｏｆ　５ｉｌｉｃａ）Ｊ［ワイリー・ インターサイエンス（Ｗｉｌｅｙ　Ｔｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）、１９７９年刊 １などの文献にその性質が十分に記載されており、結合剤として数多くの用途を 有する。かかる用途の例としては、金属鋳造用砂型におけるもの、保護被覆、シ ーラント、接着剤、及び溶接棒結合剤などがある。

最後に挙げた用途においては、金属コアーの周囲の配合物に機械的強度を与え、 かつ十分な耐湿性を有することがケイ酸塩結合剤に求められている。

さらに、溶接時に発生するクロムヒユームに与える結合剤の組成の効果が、１９ ７９年４月にアメリカン・つＩルディング・ソサエティ（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｗ ｅｌｄｉｎｇ　５ｏｃｉｅｔｙ）に提出され、ウェルディング・リサーチ・サブ ルメント（Ｉｌｌｅｌｄｉｎｇ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　５ｕｌ）ｐｌｅｌｅｎｔ） １９７９年７月号に公表されたキムテらの論文に記載されている。クロムヒユー ムは基材及び棒の両方から生じる。キムテらは水溶性結合剤組成物中のナトリウ ム及びカリウムの濃度を低下させるとクロムヒユームの発生が減少するが、リチ ウムが存在してもクロムの発生は見られないことを実証している。

従って、溶接棒結合剤としてはケイ酸リチウムのみを使用するのが有利である。

溶接に関する一般的基礎知謀は「カーク・オスナー（にｉｒｋ　０ｔｈｎｅｒ） Ｊ　［ワイリー・アンド・サンズ（Ｗｉｌｅｙ＆　Ｓｏｎ、）　、　１９７０年 刊〕２２巻２４１乃至２５２頁に見ることができる。本明細Ｓ中で溶接「棒」と いう用語を用いているが、使用する溶接棒は幾何学的に棒状以外の形状を有して いてもよい。

発明の概説 本発明は溶接棒組成物及び砂型などにおける単独ケイｌＩ！塩結合剤として機能 し得るケイ酸リチウムにして、ＳｉＯ２対しｉ、Ｏの重」比が約７．５乃至約９ ：１であるケイ酸リチウムを供する。本発明のケイ酸塩は格段と良好な強度を有 する鋳造用砂型をも供する。このケイ酸リチウムは好ましくは以下の特性を有す る溶液として得る。

２０℃ニオｔｔル比ｉ１　　　１．１９　乃至１．２１酸化リチウム　　　　　 ２．４乃至２．６％（ｗ／ｗ）シリカ　　　　　　　　２０．１乃至２１．０％ （ｗ／ｗ）Ｓ　ｉ　Ｏ，対しｉ、Ｏの′＠量比　　７．５乃至９：１固体含量　 　　　　　　２２乃至２６χ（重量）好ましくは固体含曾は約１８重１％以上（ 好ましくは約２２１量％以上で、約２６１１！　［１％以下である。２６％を上 回ると溶液は使用するには粘稠になりすぎ、１８％未満では溶液は結合剤として 有効に機能しない。

本発明はケイ酸リチウムの製造方法にして、シリカヒドロゲルを水酸化リチウム 溶液と、好ましくは剪断条件下において、約３５℃以下の温度で混合することを 特徴とする方法にまで拡張される。本発明で用いられる塊状シリカヒドロゲルは 例えば英国特許第１，２１５，９２８号（ユニリーバ−）に記載の１ｍ／ケイｉ ！塩反応によって得られ、約５重量％乃至約８０重量％、より通常には約２０重 間％乃至約５０重傷％のシリカを含むものである。

本出願人は特定の重旦比のケイ酸リチウムが、クロムヒユームを増加させる恐れ のある他の溶解性ケイ酸塩の存在を必要とせずとも、所望の強度及び耐水性を有 する溶接棒を与えることを発見した。本発明のケイ酸リチウムを単独ケイ酸塩結 合剤として使用すると溶接時に発生するヒユームの全量も減少させる。

文　　　献 ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、及びケイ酸ナトリウムの混合物を溶接棒結合 剤溶液として使用することは英国特許第１，５３２，８４７号［ヴアン・バルジ （ＶａｎＢｅａｒｌｅ）　］に記載されている。シリカヒドロゲルをケイＭ溶液 中に溶解させ、次に水酸化リチウムを混合させることによるケイ！［混合物の製 造方法は米国特許第３、５２２．０６６号［リチウム・コーポレーション（Ｌｉ ｔｈｉｕｍＣｏｒｄ、　）　］に記載されている。ケイ酸リチウムの用途はエレ クトリカル・マニュファクチャー（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒ ｅ）１９６４年９月号に記載されている。英国特許第１，１８３，１２０号［ヘ ンケル（Ｈｅｎｋｅｌ　）　］にはケイ酸を水酸化リチウムと８０℃を超える温 度で混合することによるケイ酸リチウムの製造方法が記載されている。英国特許 第１，５８１，１８２号（株式会社神戸製鋼所）は溶接時のクロムヒユームの問 題に関するものであるが、結合剤中にコロイド状の特定酸化物を使用することを 教示している。

ｌ豆立且亙皇ｌｊ 以下に本発明のケイ酸リチウムの製造例、及び溶接及び砂型におけるその用途を 例示するが、これらの例は本発明を限定するものではない。

■−−ユ 本例におけるケイＩ！塩溶液は、高速撹拌Ｎ［モーリッツ（ＭＯｒｉｔＺ）　、 英国キングストンアポンテムズ、モーリッツ・ケミカル・エンジニアリング（Ｈ ｏｒｉｔｚ　Ｃｈｅｗ＋ｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　）から市販コを用い て１５分間絶えず撹拌しながら、水酸化リチウム−水塩を脱イオン水（２０℃に おいて１１６３ａｄ）中に溶解させて製造した。次に酸で洗浄したシリカヒドロ ゲル塊（３３％個体）を撹拌しながら２段階に分けて添加した。半分を１５分間 にわたって添加し、１０分間溶液を静置してから残りのヒドロゲルを２０分間に わたって加えた。最大で３時間撹拌を続けて、ｇ！に終生酸物を使用可能な状態 にした。

四つのバッチのケイＭ溶液を、より高いｍ比の比較用ケイ酸リチウム溶液（Ｖ） と共に、表１に示す量の反応体及び性質で製造した。

表　　１ ＬｉＯＨ，Ｈ２Ｏ（ＳＦ＞　　２４０　２５５　２６０　２９０　１１９シリカ ヒドロゲル（９）　　２１７３　　　２３７５　　　２１４０　　　２４６０　 　　１４５０全固体量　　　　　　　　　２２．４２　　２３．４６　　２２． ８４　　２３．７３　　１９．０５１ｉ２０（重２％）　　　２．３７２．３９ ２，６０２，６５１．５５３ｉＯ＊　（ｉ量％）　　　２０．０５２１．０７２ ０．２４２１．０ｇ　１７．５０重量比　　　　　　　　　　８．４６　　　８ ．８２　　　７．７９　　　７．％　　１１３０比重　　　　　１．１９３２　 １．２００３　１．１９Ｂ９　１．２０７４　１．１５例　　　　２ これら四つのバッチのケイ酸リチウム溶液を、インダストリアル・ミネラルズ（ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｍｉｎｅｒａｌｓ　）　１９８５年３月号に記載のＪ、 グリフイス（ＧｒｉｆｆｉｔｈＳ）の溶接棒標準組成物の調製及び方法における 結合剤として使用した。

これらの棒は良好な構造強度及び結合力、及び十分な耐水性を有しており、ケイ 酸リチウムを単独水溶性ケイ酸塩結合剤として使用した。

試験に用いた溶接棒はパブコック（Ｂａｂｃｏｃｋ）Ｓ″３１６［レギュラー（ 溶接棒Ａ）［英国のパブコック・ウェルディング・プロダクツ・リミテッド（Ｂ ａｂｃｏｃｋ　ＷｅｌｄｉｎＯＰｒｏｄｕｃｔｓ　Ｌｔｄ、　）から市販コ及び 本発明のケイ酸リチウム溶液を単独ケイＷ１塩結合剤として用いた同等の溶接棒 （溶接棒Ｂ）である。比較用溶接棒（溶接棒Ｄ）はケイ酸リチウム（Ｖ）を用い て製造したものであり、標準溶接棒（溶接棒Ｃ）（パブコック　スタンダードＳ ｔ　）と共に試験した。これらの溶接棒はステンレス鋼であって、手製金属溶接 棒は３．２５履の直径を有するものであった。

すべての試験は５０ａ＊Ｘ１０ａｍのタイプ３１６ステンレス鋼でできた２５０ ａｍ長の水平−垂直すみ陶土で行った。

溶接はおよそ１２０Ａの直１（ＤＣ）の正の極性で行った（表１）。各々の試験 は、溶接工が試験中の溶接棒に関して「正常」であると定めたアークの長さで、 水平−垂直すみ肉を溶接することから成る。電圧、電流、及びアーク時間はザ・ ウェルディング・インステイチュート（ＴｈｅＷｅｌｄｉｎｇ　１ｎｓｔ＋ｔｕ ｔｅ）系［ウェルディング・インステイチュート・リサーチ・プルテン（Ｗｅｌ ｄｉｎｇ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）２５巻１ 号（１９８４年１月）１４頁］を用いて電子機器で測定した。

放出率試験のためのヒユーム試料はガラス繊維フィルター（タイプＧＦ／Ｃ２４ ０ｍ直径）上に回収し、溶接の前と後のフィルターの重量を秤量して回収したヒ ユームの重量を決定した。溶着した溶接金属の重量も決定した。スウェーデン式 ヒユーム箱を試験に用いたが、このヒユーム箱はウェルディング・インステイチ ュート・リサーチ・プルテン２５巻７号１９８４年７月２３０頁、及び国際溶接 学会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｒ　Ｗｅｌｄｉｎ ｇ）記録１１Ｅ−２３３−７７に記載されている。

上記のようにして、°以下の単位のヒユーム放出率を計算することができる。

ηヒユーム／秒 ■ヒユーム／ｇ溶ＩＩ溶接金属 十分量のヒユームは溶接を繰返すことによってワットマン（Ｗｈａｔｍａｎ）４ １）！１紙上に回収した（ブランクの値が低いのでガラスフィルターよりも濾紙 を用いた）。

回収したヒユームの主たる分析技術はＸ線蛍光分光法であった。この場合、１ｇ の試料を、２９の酸化ランタンと９ｇの四ホウ酸リチウムとの混合物と１０００ ℃において１２分間溶融させた。＃Ｒられた溶融混合物を分析に適した大きさの ビーズに鋳造した。６価クロムは５ｙｓ−ジフェニルカルバジドを発色試薬とし て用いる分光光度法によって分析した。

表２は、ヒユーム放出率の結果を、関連する溶接パラメーター及び試験を行った 回数と共に示す。ケイ酸リチウムを単独ケイ酸塩結合剤として使用すると６価ク ロムの放出が減少するが、本発明のケイ酸リチウムを使用するとヒユームの全放 出量をも減少させる。

円柱状ステンレス鋼の棒の周囲に形成させる溶接棒配合物は典型的には以下の成 分を含む（重量部）フェロクロム合金粉末　　　　　　　　　１３．５炭酸カル シウム　　　　　　　　　　　　２２５カルボキシメチルセルロースナトリウム 　４．５本発明のケイ酸リチウム　　　　　　　　１０．０１００．０ 本発明のケイ酸リチウムを添合するためには被覆法に幾つかの修正（例えば焼成 ）を加えなくてはならないことがあるが、このような修正は実験によってきめる ことができる。

表　　２ 溶接パラメータ及びヒユーム放出割合 Ａ　　　５　　ｏｃ＋　　８０　１１８　２３　３．５　１１．７　　　４．９ Ｂ　　　　　　　　　Ｓ　　　　　　ＤＣ−８０１１７２４１，６４，７０，５ Ｃ５ＤＣ＋　　８０　１３４　２６　４．６　１２．６　　　５．３Ｄ６ＤＣ÷ 　８０　１３２　３０　４．４　１２．２　　　０．１１−−ユ 砂型に対する本発明のケイ酸リチウムの有用性は、バッチの一つを１５０９とっ て１幻の砂に加え１分間十分に混合させることによって実証した。

その一部を型に入れ、３回圧縮してその生強度を測定した。多数のコアーを作っ て５８乃至３５０℃の範囲の様々な温度において１時間加熱した。コアーを１晩 冷却して強度を測定した。表３に載せた結果はケイ酸リチウム結合剤が十分なコ アー強度を与えることを実証するものである。

表　　３ 温度（’Ｃ）　　　　　　　　生　　５８　１００　１２５　１５０　２００　 ２５０　３００　３５０コア一強度 （ボンド／平方インチ）　　１　１６０　２６０　９３０　３２０　２１０　１ ７０　１４０　１５０国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　溶接棒及び砂型などの単独ケイ酸塩結合剤としての用途に適したケイ酸リチ ウム溶液にして、ＳｉＯ２対Ｌｉ２Ｏの重量比が約７．５：１乃至約９：１であ ることを特徴とするケイ酸リチウム溶液。 ２　固体含量が約１８％以上、好ましくは約２２％以上で、約２６％以下である 請求項１記載の溶液。 ３　ＳｉＯ２対Ｌｉ２Ｏの重量比が約７．５：１乃至約９：１であるケイ酸リチ ウムの、溶接棒及び砂型などの単独ケイ酸塩結合剤としての用途。 ４　溶接棒及び砂型などの製造方法にして、単独ケイ酸塩結合剤としてのＳｉＯ ２対Ｌｉ２Ｏの重量比が約７．５：１乃至約９：１のケイ酸リチウム溶液の有効 量存在下に、成分を混合する方法。 ５　ＳｉＯ２対Ｌｉ２Ｏの重量比が約７．５：１乃至約９：１のケイ酸リチウム 溶液の製造方法にして、シリカヒドロゲルを水酸化リチウムと、好ましくは剪断 条件下に、３５℃以下の温長で混合する方法。