JPH0373379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウム合金等の低融点金属を
鋳造する際に用いられる金型を、被覆する方法に
関する。 （従来の技術） 金型をアルミニウム合金の溶湯から保護するた
めに、被覆層を形成することは知られている。こ
の被覆層には次の要求を満たすことが望まれてい
る。 第１に、金型との密着性が良いこと。 第２に、熱衝撃に耐えられること。 第３に、溶湯が急速に凝固することがないよう
に、断熱性が良いこと。 第４に、アルミニウム合金鋳物に対して離型性
が良いこと。 従来の被覆方法として、耐火物粉末と、水ガラ
スやリン酸塩等の粘結剤とを、混合して水で薄
め、これをスプレーにより金型に付着させる方法
がある。また、ガス溶射によりNi系金属の溶射
皮膜を形成する方法がある。 （発明が解決しようとしている問題点） 上記スプレー方法によるものでは、断熱性およ
び離型性は良い。しかし、金型との密着性が弱
く、寿命はせいぜい300〜400シヨツト程度と短
い。特によく摩耗する部分（横型）では10〜15シ
ヨツト毎に補修が必要である。さらに、膜厚管理
が困難で作業者の熟練を必要とする。 上記ガス溶射による方法では、金型との密着性
が良く耐熱衝撃性があり、寿命が長い。しかし、
金属で形成されているため断熱性が悪い。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点を解消するためになされた
もので、その要旨は、金型の内面に、Niが70〜
90重量％でCrが30〜10重量％の組成からなり粒
度が10〜44μｍからなるNi−Cr合金の粉体を溶射
して、厚さ10〜100μｍの金属溶射皮膜を形成し、
この金属溶射皮膜の上に、Al₂O₃が97重量％で
TiO₂が３重量％の組成からなる混合セラミツク
材料、若しくは、Al₂O₃が90重量％でSi₃N₄が
10重量％の組成からなる混合セラミツク材料を、
溶射して、厚さ100〜200μｍのセラミツク溶射皮
膜を形成し、更にこのセラミツク溶射皮膜の上
に、ZrO₂−SiO₂化合物の粉体からなる封孔材料
をアルコールに混在させて塗布し、封孔層を形成
することを特徴とする低融点金属鋳造用金型の被
覆方法にある。 （作用） 金属溶射皮膜は、セラミツク溶射皮膜と金型と
の間の密着性を高めるとともに、耐熱衝撃性を高
めるのに寄与する。Al₂O₃−TiO₂、若しくは、
Al₂O₃−Si₃N₄の混合セラミツク材料からなるセ
ラミツク溶射皮膜は極めて熱伝導率が低く、ま
た、単一のセラミツク材料からなるセラミツク溶
射皮膜よりも更に多孔質である。したがつて、上
記混合セラミツク材料からなるセラミツク溶射皮
膜は断熱性を高めるのに寄与する。封孔材料はセ
ラミツク溶射皮膜の表面に形成された微細な孔を
封じる。アルコールは塗布後に気化するので、溶
射皮膜の表面に形成される封孔層はZrO₂−SiO₂
化合物の粉体で構成されることになる。その結
果、溶射皮膜と鋳造品との間に存在する上記封孔
層は離型性を高めるのに寄与する。 （実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。第１図中１０はアルミニウム合金を鋳造す
る際に用いる金型を示し、この金型１０はFe系
金属により形成されている。最初に、この金型１
０の内面に、粉状のNi−Cr合金をプラズマ溶射
することにより、金属溶射皮膜１１を形成する。
この金属溶射皮膜１１は、後述するセラミツク溶
射皮膜１２と金型１０との間の密着性を高めると
ともに、耐熱衝撃性を高めるのに寄与する。 なお、Ni−Cr合金の組成は、Niを70〜90重量
％、Crを30〜10重量％とするのが好ましい。Cr
が30重量％を越えると熱衝撃に対して弱くなるか
らであり、Crが10重量％以下であると金属溶射
皮膜１１が酸化し易くなるからである。 また、Ni−Cr合金の粉体の粒度は10〜44μｍと
するのが好ましい。10μｍ未満では、プラズマ炎
中への供給が難しくなり歩留りが低下する上、金
属溶射皮膜１１の形成に支障を来すからであり、
粒度が44μｍを越えると密着性が悪くなるからで
ある。 また、金属溶射皮膜１１の厚さは10〜100μｍ
とするのが好ましい。厚さが10μｍ未満では、必
要とする密着性、耐熱衝撃性を得ることができな
いからであり、100μｍを越えるような必要以上
の厚さはコストアツプにつながるからである。 次に、上記金属溶射皮膜１１の上に粉体あるい
はウイスカー状のセラミツク材料の２種を混合し
たものをプラズマ溶射して、セラミツク溶射皮膜
１２を形成する。 上記セラミツク溶射皮膜１２は非常に熱伝導率
が低いので断熱性を高めるのに寄与する。特に、
このセラミツク溶射皮膜１２は２種類のセラミツ
ク材料が混合されて構成されているので、単一の
セラミツク材料からなる溶射皮膜に比べて気孔率
が非常に高い。ここで気孔率とは、溶射皮膜の表
面および内部に存在する微細な孔（以下、これを
気孔という）の存在割合のことをいう。この気孔
率の高さが断熱性をより向上させる。セラミツク
溶射皮膜１２の断熱性が向上することによつて、
アルミニウム合金の溶湯の凝固条件が改善され
る。また、セラミツク溶射皮膜１２は金属溶射皮
膜１１をアルミニウム合金の溶湯から保護するこ
とにも寄与している。 上記混合セラミツク材料としては、Al₂O₃の粉
体（90重量％）とTiO₂の粉体（３重量％）とを
混合してなる混合セラミツク材料が最も好まし
い。Al₂O₃に対するTiO₂の配合比率がこれより大
きいと、上記気孔率が小さくなつて断熱性が低下
し、TiO₂の配合比率がこれより小さいと、気孔
率は良好であるが、セラミツク溶射皮膜１２の表
面の気孔径が過大になつて、後述する封孔処理を
行つても上記気孔を埋めるのが困難になるからで
ある。 また、上記混合セラミツク材料としては、
Al₂O₃の粉体（90重量％）とSi₃N₄のウイスカー
（10重量％）とを混合してなる混合セラミツク材
料も好ましい。Al₂O₃に対するSi₃N₄の配合比率
がこれより大きいと、セラミツク溶射皮膜１２の
表面の気孔径が過大になつて、封孔処理を行つて
も上記気孔を埋めるのが困難になるからであり、
Si₃N₄の配合比率がこれより小さいと、気孔径及
び気孔率がともに小さくなつて、必要十分な断熱
性を得ることができないからである。 上記セラミツク溶射皮膜１２は厚さ100〜200μ
ｍであるのが好ましい。というのは、この金型１
０を用いての鋳造中は、急加熱、急冷が行われる
ので、この際にセラミツク溶射皮膜１２に熱応力
が加わり、また、金型１０と金属溶射皮膜１１と
セラミツク溶射皮膜１２はそれぞれ熱膨張率が異
なり、この熱膨張率の差に起因した力がセラミツ
ク溶射皮膜１２に加わる。このような状況の時
に、セラミツク溶射皮膜１２の厚さが200μｍを
越えていると、セラミツク溶射皮膜１２がこれら
の力に耐えられず損傷する可能性があるからであ
る。一方、セラミツク溶射皮膜１２の厚さが
100μｍ未満であると、上述の熱応力、熱膨張に
よる損傷はないが、セラミツク溶射皮膜１２に形
成される気孔がこのセラミツク溶射皮膜１２を貫
通するようになつて、封孔孔処理を行つてもこの
気孔を埋めるのが困難になるからである。 次に、上記のセラミツク溶射皮膜１２の上に、
ZrO₂−SiO₂化合物の粉体からなる封孔材料をア
ルコールに混在させて塗布する。ZrO₂−SiO₂化
合物の粉体はアルコールとともに塗布されるの
で、セラミツク溶射皮膜１２の表面に形成された
気孔に非常に侵入し易くなる。そして、この気孔
は上記粉体によつて封じられる。したがつて、セ
ラミツク溶射皮膜１２の表面の気孔にアルミニウ
ム合金の溶湯が侵入できなくなる。また、この気
孔を含みセラミツク溶射皮膜１２の全表面にアル
コールに混在された封孔材料が塗布されるが、こ
のアルコールは塗布後に気化するので、アルコー
ルが気化した後にはセラミツク溶射皮膜１２の上
に封孔材料であるZrO₂−SiO₂化合物の粉体だけ
が残り、これによつて封孔層１３が形成されるこ
とになる。この封孔層１３は非常に滑り易いの
で、金型にアルミニウム合金の溶湯を充填して凝
固させた後、鋳造品を離型させる際の離型性が非
常に向上する。 上記封孔層１３は厚さ10μｍ以下例えば5μｍ程
度とするのが好ましい。なお、封孔材料がZrO₂
−SiO₂化合物の粉体で構成されていれば、ZrO₂
とSiO₂の配合比率に拘わりなく、上述の作用効
果を得ることができる。 上述した材料選択は、密着性、耐熱衝撃性、断
熱性、離型性の試験結果に基づいて、決定され
た。以下、これを詳述する。まず、金型と同材料
の基材に、表１に示す材料の金属溶射皮膜および
セラミツク溶射皮膜を形成してなるサンプルＡ〜
Ｈについて、剥離するまでの最大引張応力を測定
することにより、密着性の試験を行なつた。この
試験結果を第２図に示す。なお、表１において、
サンプルＡ、Ｄ、Ｅの「金属材料」の欄における
括弧内は、Ni−Cr合金の粉体の粒度を示してい
る。 また、同サンプルＡ〜Ｈについて、1000℃に加
熱した後水冷し、この熱サイクルを繰り返して剥
離するまでの回数を測定することにより、耐熱衝
撃性の試験を行なつた。この試験結果を第３図に
示す。 第２図、第３図に示す試験結果から、金属溶射
皮膜の材料としてNi−Cr合金を使用し、セラミ
ツク溶射皮膜としてAl₂O₃−TiO₂の混合セラミツ
ク材料を用いたサンプルＡが、最も良好な密着
性、耐熱衝撃性を有することが明らかとなつた。
また、金属溶射皮膜の材料としてNi−Cr合金を
使用し、セラミツク溶射皮膜としてAl₂O₃−
Si₃N₄の混合セラミツク材料を用いたサンプルＤ
が２番目に良好な密着性、耐熱衝撃性を有すこと
が明らかとなつた。 上記サンプルＡ、Ｄと同様の材料および方法に
より内面を被覆されたモデル金型A₁，D₁に、ア
ルミニウム合金の溶湯を充填してその凝固時間を
測定したところ、第４図の試験結果が得られた。
この第４図から、本発明方法によるモデル金型
A₁，D₁が、従来技術であるスプレー方式により
被覆されたモデル金型X₁の試験結果と比較して
遜色なく優れた断熱性を有することが明らかとな
つた。 また、前記サンプルＡ、Ｄと同様の材料、方法
によつて被覆したモデル金型A₂′，D₂′と、モデル
金型A₂′，D₂′にZrO₂−SiO₂化合物の封孔材料を
塗布したモデル金型A₂，D₂と、スプレー方式の
モデル金型X₂とに、アルミニウム合金の溶湯充
填して凝固させ、この鋳物を離型させるのに要す
る引き抜き荷重を測定したところ、第５図に示す
試験結果が得られた。この第５図から、ZrO₂−
SiO₂化合物の封孔材料を塗布したモデル金型A₂，
D₂がスプレー方式のモデル金型X₂と遜色ない良
好な離型性を有することが明らかとなつた。

【表】

【表】 本発明は上記実施例に制約されず種々の態様が
可能である。例えば、本発明は、アルミニウム合
金鋳造用金型のスプルービツシユ（金型の一部と
解釈する）にも適用できる。また、他の低融点金
属を鋳造する金型にも適用することができる。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明方法によつて金型
に形成された被覆層は、密着性、耐熱衝撃性に優
れているため、寿命が長くなつて補修回数を減ら
すことができ、鋳造の生産性を向上できる。ま
た、混合セラミツク材料からなるセラミツク溶射
皮膜は単一のセラミツク材料からなる溶射皮膜に
比べて多孔質となり、より断熱性に優れたものと
なるので凝固条件を改善できる。また、セラミツ
ク溶射皮膜の表面の気孔が封孔材料であるZrO₂
−SiO₂化合物の粉体によつて封じられ、さらに
封孔層はアルコールの気化に伴いZrO₂−SiO₂化
合物の粉体によつて構成されることになるので、
滑り易く離型性に優れたものとなる。また、各皮
膜は溶射によるので膜厚管理が簡単で、安定した
鋳物品質を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法によつて形成された金型
の被覆層を示す拡大断面図、第２図は密着性の試
験結果を示すグラフ、第３図は耐熱衝撃性の試験
結果を示すグラフ、第４図は断熱性の試験結果を
示すグラフ、第５図は離型性の試験結果を示すグ
ラフである。 １０……金型、１１……金属溶射皮膜、１２…
…セラミツク溶射皮膜、１３……封孔層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金型の内面に、Niが70〜90重量％でCrが30
   〜10重量％の組成からなり粒度が10〜44μｍから
   なるNi−Cr合金の粉体を溶射して、厚さ10〜
   100μｍの金属溶射皮膜を形成し、この金属溶射
   皮膜の上に、Al₂O₃が97重量％でTiO₂が３重量％
   の組成からなる混合セラミツク材料を溶射して、
   厚さ100〜200μｍのセラミツク溶射皮膜を形成
   し、更にこのセラミツク溶射皮膜の上に、ZrO₂
   −SiO₂化合物の粉体からなる封孔材料をアルコ
   ールに混在させて塗布し、封孔層を形成すること
   を特徴とする低融点金属鋳造用金型の被覆方法。 ２ 金型の内面に、Niが70〜90重量％でCrが30
   〜10重量％の組成からなり粒度が10〜44μｍから
   なるNi−Cr合金の粉体を溶射して、厚さ10〜
   100μｍの金属溶射皮膜を形成し、この金属溶射
   皮膜の上に、Al₂O₃が90重量％でSi₃N₄が10重量
   ％の組成からなる混合セラミツク材料を溶射し
   て、厚さ100〜200μｍのセラミツク溶射皮膜を形
   成し、更にこのセラミツク溶射皮膜の上に、
   ZrO₂−SiO₂化合物の粉体からなる封孔材料をア
   ルコールに混在させて塗布し、封孔層を形成する
   ことを特徴とする低融点金属鋳造用金型の被覆方
   法。