铸造用型芯、其制造方法以及使用该型芯的铸造方法
【专利摘要】本发明涉及一种铸造用型芯，其中，在水溶性碱金属盐基质中分散有平均粒径为0.8～4mm的碱土金属氧化物颗粒。上述铸造用型芯的崩塌性良好，可以用下述方法高效地制造：使粒径为1～5mm的范围的碱土金属氢氧化物颗粒分散于水溶性碱金属盐的熔体中，通过脱水使其转变为碱土金属氧化物颗粒之后，注入到模具中，使其冷却硬化的方法。
【专利说明】铸造用型芯、其制造方法以及使用该型芯的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及在压铸铸造等铸造方法中，高效地制造改善了崩塌性的型芯的技术以及使用该型芯的铸造方法。
【背景技术】
[0002]在压铸制法的铸造中，希望成型具有复杂的内部形状的铸造物的情况下使用型芯。作为这种用于压铸制法的型芯，开发了使用盐类等而形成，在铸造后使其溶解于水中而从铸造品去除的水溶性型芯(参照专利文献I?3)。
[0003]使用上述的水溶性型芯进行压铸铸造的情况，特别是在高压下进行压铸铸造的情况下，铸造时金属熔液的速度快、对水溶性型芯的冲击力也大，因此对水溶性型芯要求高强度。所以，虽然能实现水溶性型芯的高强度化，但若提高水溶性型芯的强度，则从铸造品去除水溶性型芯时水溶性型芯的崩塌性恶化。
[0004]所以，为了促进以盐等水溶性成分作为主要成分的水溶性型芯的崩塌，考虑各种方法。提出了例如使用将生石灰(氧化钙)、氧化镁等碱土金属化合物粉末混合于作为主要的型芯成分的碱金属盐中的水溶性型芯，在金属的铸造后使其与水接触时，利用水使碱土金属化合物粉末膨胀，从而提高水溶性型芯的崩塌性的方法(参照专利文献4)。然而，根据本发明人等的研究，即便通过这样的碱土金属化合物的添加也不能得到期望的崩塌性的提高，反而发现损害型芯的铸造性(浇铸成型性)等的不良性。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开2005-131664号公报
[0008]专利文献2:日本特开2007-144460号公报
[0009]专利文献3:日本特开2007-296566号公报
[0010]专利文献4:日本特开2006-7234号公报
【发明内容】
[0011]发明要解决的问题
[0012]因此，本发明的主要的目的在于，提供提高了崩塌性的水溶性型芯、其高效的制造法、进而使用该型芯的高效的铸造方法。
[0013]用于解决问题的方案
[0014]根据本发明人等的研究，发现将以往以粉末状态使用的崩塌促进剂的碱土金属氧化物制成增大至恰当的粒径的粒状物，使其分散于碱金属盐基质中，从而利用通过与水的相互作用产生的状态变化以及与碱金属盐基质的相对的状态变化，对于达成上述目的是极其有效的。即，本发明的铸造用型芯的特征在于，使平均粒径为0.8?4_的碱土金属氧化物颗粒分散于水溶性碱金属盐基质中而成。
[0015]对于本发明人等以上述的目的进行研究达到本发明的经过进行简要说明。以往崩塌促进剂的碱土金属氧化物以粉末状态添加，理解这是因为若碱金属盐基质中分散的碱土金属氧化物为粒状，则担心在与所形成的型芯接触的金属熔体硬化时产生铸件表面(casting surface)的龟裂缺陷。然而，根据本发明人等的试验，作为崩塌促进剂而分散的碱土金属氧化物，平均粒径(本说明书中，若无特别限定则意味着通过基于沉降法的stokes当量直径(JIS Z8901)而求出的体积平均粒径)至4mm左右不引起显著的铸件表面的龟裂，使该粒径增大，从而得到以下那样的作用效果。(I)碱土金属氧化物颗粒与水接触时吸收I分子水而变化为碱土金属氢氧化物，此时，比重降低20?50%，随之粒径增大8?20%，其对碱金属盐基质赋予裂纹，促进在该水接触下的崩塌，该效果随着粒径变大而增大。
(2)增大粉末状态的碱土金属氧化物的添加量时，由于基质碱金属盐对熔体的粘度增大导致型芯的铸造性(浇铸成型性)降低，但通过进行粒状化从而抑制直接有助于粘度增大的表面积的增大，因此可以不损害铸造性地提高崩塌性。
[0016]此外，本发明的铸造用型芯可以以平均粒径为0.8?4_的碱土金属氧化物颗粒作为直接原料来形成，但优选将粒径稍大的碱土金属氢氧化物作为前体来使用。即，本发明的铸造用型芯的制造方法的特征在于，使粒径为I?5_的范围的碱土金属氢氧化物颗粒分散于水溶性碱金属盐的熔体中，通过脱水转变为碱土金属氧化物颗粒之后，注入到模具中，使其冷却硬化。作为前体的碱土金属氢氧化物颗粒在比水溶性碱金属盐的熔点即约400?1100°C低的350?800°C下失去I分子水并且发生若干收缩，从而变化为更小粒径的碱土金属氧化物颗粒，形成高效的崩塌促进剂。不直接使用碱土金属氧化物颗粒而将碱土金属氢氧化物作为前体来使用时，经过使用水的硬化/粉碎等，防止崩塌促进剂的微粉化并且可以高效地粒状化。
[0017]此外，本发明也提供使用上述铸造用型芯的高效的铸造方法，更详细而言，其特征在于，在配置有上述本发明的铸造用型芯的铸模中注入金属熔体，进行冷却硬化，将内置型芯的金属铸造物自铸模取出，然后，使型芯与水接触，利用碱土金属颗粒向碱土金属氢氧化物颗粒的转变产生的膨胀在水溶性碱金属盐中产生龟裂，促使型芯的崩塌以及溶解并除去型芯，回收金属铸造物制品。
【具体实施方式】
[0018]以下，对于本发明的铸造用型芯，主要按照优选制造法的本发明的铸造用型芯的制造方法的实施方式依次说明。
[0019](水溶性碱金属盐)
[0020]本发明的铸造用型芯的主要成分为形成基质的水溶性碱金属盐。作为其优选的具体例子，可列举出钠和/或钾的氯化物、硝酸盐以及硫酸盐中的至少一种。这些水溶性碱金属盐根据需要混合二种以上而低熔点化，优选制成约400?1000°C的熔点。尤其，作为优选的具体例子，可列举出氯化钠(熔点:约800°C)和氯化钾(熔点:约776°C)的混合物(例如，其约55:45(重量比)(=约0.6:0.4(摩尔比))；混合物的熔点为约672°C )。这些水溶性碱金属盐通常以粉粒体形状供给，由于均被熔融，因此其粒径没有特别限定。
[0021 ](碱土金属氢氧化物)
[0022]本发明的铸造用型芯中，在水溶性碱金属盐基质中作为崩塌促进剂而分散的为碱土金属氧化物颗粒，但如上所述，根据本发明的方法，它们优选经由碱土金属氢氧化物颗粒而形成。作为碱土金属氢氧化物，有铍(Be)，镁(Mg)，钙(Ca)、锶(Sr)，钡(Ba)等的氢氧化物，以不具有毒性、化学稳定性的观点，优选使用氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化钡(Ba(OH)2)。它们分别被加热至350°C以上、580°C以上以及408°C以上时，即在具有调节为约400?1000°C的熔点的水溶性碱金属盐的熔体中，失去I分子水变化为氧化镁(MgO ;熔点:2852°C )、氢氧化钙(CaO ;熔点:2570°C )、氢氧化钡(BaO ;熔点:1918°C )，以各自的颗粒的方式分散。
[0023]这些碱土金属氢氧化物通常以粒径为100?200 μ m左右的粉末状贩卖，优选以粒径增大至I?5mm的颗粒的方式供给到本发明法中。该粒径增大的方法是任意的，也可以使用通过吹送雾状的水使具有粘接性的粉末聚集等方法，更优选的是，在碱土金属氢氧化物或者氧化物中加入水，混和直至糊状，然后，干燥、硬化，适宜地进行粉碎之后，进行筛选，对粒径进行调整的方法，由于能够得到均匀的粒径的致密的碱土金属氢氧化物颗粒且不含微粉，因此优选。作为粉碎方式，使用任意的粗粉机或者中粉机，简便而言即便铁锤或者木锤也可以容易地粒状化，微粉的产生也少。筛分通过采取例如基于JIS标准筛(JISZ8801-1982)的Imm网眼筛的筛上物且约5mm网眼筛的筛下物(更具体而言,5.66mm网眼或者4.76mm网眼筛的筛下物)、优选为4_筛的筛下物而得到期望的粒径范围的碱土金属氢氧化物颗粒。
[0024]碱土金属氢氧化物颗粒优选以每100重量份水溶性碱金属盐为40重量份以下、特别为23?31重量份的比例来使用。过少时，所得到的型芯的崩塌性促进效果缺乏，过多时，铸造性恶化。结果，得到的型芯中分散有与碱土金属氢氧化物颗粒相比重量减少10%?30% (Ca (OH)2 — CaO的情况减少24%)的碱土金属氧化物颗粒。
[0025](碱土金属氧化物以外的耐火物颗粒)
[0026]在本发明的铸造用型芯中，可以在上述的碱土金属氧化物的基础上，以提高型芯的强度为目的添加硅石、氧化铝、多铝红柱石等碱土金属氧化物以外的耐火物颗粒。以这样的目的添加的耐火物颗粒的平均粒径优选为1.0mm以下，其下限优选为40 μ m以上。此外，其添加量相对于每100重量份水溶性碱金属盐为50重量份以下、特别优选为32?44重量份的范围。添加超过50重量份时，铸造性恶化。
[0027](型芯的制造)
[0028]为了基于本发明法制造铸造用型芯，使如上述操作而得到的碱土金属氢氧化物颗粒分散于水溶性碱金属盐的熔体中，使其转变为碱土金属氧化物颗粒。为此，将碱土金属氢氧化物颗粒添加到预先形成的水溶性碱金属盐的熔体中即可，但为了得到更良好的分散状态，以粉粒体状态混合水溶性碱金属盐的粉粒体、由上述而得到的碱土金属氢氧化物颗粒和根据需要而加入的其它的耐火物颗粒等添加物，将得到的混合物在炉中加热，使水溶性碱金属盐熔融，形成在其熔体中分散碱土金属氢氧化物颗粒分散的状态，结果使通过碱土金属氢氧化物的脱水而形成的碱土金属氧化物颗粒分散于碱金属盐的熔体中即可。如上所述，碱金属盐的熔点可以调节到约400?1000°C左右，其比通常的碱土金属氢氧化物的脱水温度即350?600°C高，因此通常快速地形成分散有碱土金属氧化物颗粒(以及其它的耐火物颗粒)的碱金属盐的熔体。
[0029]接着，将由上述形成的碱金属盐的熔体注入到型芯的铸模中，冷却硬化后，使其脱模，从而形成包含分散有作为崩塌性促进剂的碱土金属氢氧化物颗粒的水溶性碱金属盐的本发明的型芯。
[0030](铸造)
[0031]本发明的型芯如下使用:将其配置到压铸铸造用铸模中之后，注入金属熔体，进行冷却硬化将内置型芯的金属铸造物从铸模中取出，然后，使型芯与水接触，利用碱土金属颗粒向碱土金属氢氧化物颗粒转变时所产生的膨胀使水溶性碱金属盐产生龟裂，促使型芯的崩塌以及溶解，并除去型芯，由此回收金属铸造物制品。本发明的铸造用型芯的耐压性高，因此适于铝合金、镁合金、铜合金的加压铸造。
[0032]实施例
[0033]以下，通过预备实验例、实施例、比较例来更具体地说明本发明。
[0034]《预备实验》
[0035][制备型芯]
[0036]制备作为原料包含以下的组成的型芯。
[0037].水溶性碱金属盐=NaCl:KC1=6:4 (摩尔比)混合物、(熔点=约672°C ) (NaCl:大冢化学株式会社、KCl:和光纯药工业株式会社制造)100重量份
[0038].碱土金属氢氧化物:Ca (OH)2粉末(平均粒径:150 μ m) (Maruai LimeIndustries, C0.，Ltd.，制造)23重量份、31重量份以及38重量份的3级别
[0039].其它耐火物
[0040]Sera beads (溶点=约 1825°C、粒径=约 0.2mm ~1.0mm) (NA I GA I C0., Ltd.制造的 “NAIGAI Sera beads60”)21 重量份
[0041]多铝红柱石粉末(熔点=约17500C ) (INAGAKI CLAY MINING C0.，LTD.制造的“mullite Flower”)21 重量份
[0042]<制备碱土金属氢氧化物粉粒体>
[0043].Ca(OH)2粉末(1):直接使用上述Ca(OH)2粉末。
[0044]-Ca(OH)2块(2):对上述Ca(OH)2粉末吹送雾状的水，在粘接性的凝集颗粒中混合其它的原料(NaCl:KC1混合物、Sera beads、多招红柱石)，从而形成粒径大致3_的块状物。
[0045].Ca (OH) 2块(3):对上述Ca (OH) 2粉末吹送雾状的水，将粘接性的凝集颗粒干燥，形成粒径大致3mm的Ca(OH)2凝集块。
[0046]<Ca(0H)2颗粒(4):将在上述Ca(OH)2粉末中加入水、在托盘上混和至糊状、并用烘箱干燥从而形成的石板状的Ca(OH)2块用铁锤和擂钵进行粉碎，得到平均粒径约为3_的Ca(OH)2 颗粒。
[0047]<制备型芯>
[0048]将由上述而得到的3种(其中，对于Ca(OH)2快（2），已经与所有其它的原料混合完毕)Ca(OH)2粉粒体分别与其它的原料、即NaCl =KCl混合物、Sera beads以及mulliteFlower干式混合，将所得到的各Ca(OH)2配合级别3种、计12种的型芯原料分别在740°C的炉中加热，从而得到分散有Ca(OH)2等的碱金属熔融盐，分别浇铸成型到400°C的型芯成型用模具(SKD61)，硬化后进行脱型，得到长度90mm、截面10mm见方的型芯。
[0049]对于由上述而得到的12种型芯，分别进行以下的评价。
[0050](铸造性)[0051]用目视确认将熔融盐注入到模具时的熔融盐的状态与注入模具时的流动状态，用以下的基准评价铸造性。
[0052].A:熔融盐的粘度非常低，容易注入到模具中。
[0053].B:熔融盐的粘度没有问题，能够铸造。
[0054].C:熔融盐的粘度高但能够铸造。
[0055].D:熔融盐的粘度高，不能铸造。
[0056](崩塌性)
[0057]使型芯浸溃于200ml的水中I小时，观察型芯的崩塌状态，用以下的基准评价。
[0058].A:崩塌性非常良好，型芯一半崩塌。
[0059].A-:发现铸造次品变多的倾向，但能够铸造品的崩塌性非常良好，型芯一半崩塌。
[0060].B:从型芯的表面开始崩塌。
[0061].C:在型芯的表面产生小裂纹。
[0062].D:不能铸造(粘度过高，因此不能铸造出满意的型芯。)
[0063]将结果总结示于下表1。
[0064]
【权利要求】
1.一种铸造用型芯，其是平均粒径为0.8?4_的碱土金属氧化物颗粒分散于水溶性碱金属盐基质中制成的。
2.根据权利要求1所述的铸造用型芯，其中，碱土金属氧化物为钙、镁以及钡中的至少一种的氧化物。
3.根据权利要求1所述的铸造用型芯，其中，碱土金属氧化物为钙的氧化物。
4.根据权利要求1?3中任一项所述的铸造用型芯，其中，水溶性碱金属盐为钠和/或钾的氯化物、硝酸盐以及硫酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的铸造用型芯，其中，水溶性碱金属盐为氯化钠和氯化钾的混合物。
6.根据权利要求1?5中任一项所述的铸造用型芯，其中，除了碱土金属氧化物颗粒外，还分散有碱土金属氧化物以外的耐火物颗粒。
7.权利要求1?6中任一项所述的铸造用型芯的制造方法,其中，使粒径为I?5mm范围的碱土金属氢氧化物颗粒分散于水溶性碱金属盐的熔体中，通过脱水使其转变为碱土金属氧化物颗粒之后注入到模具中，使其冷却硬化。
8.根据权利要求7所述的铸造用型芯的制造方法，其中，对碱土金属氢氧化物颗粒和水溶性碱金属盐的粉粒体的混合物进行加热，通过使水溶性碱金属盐熔融，形成分散有碱土金属氢氧化物或由其脱水而成的氧化物颗粒的水溶性碱金属盐的熔体。
9.根据权利要求7或8所述的铸造用型芯的制造方法，其中，粒径为I?5mm范围的碱土金属氢氧化物颗粒可通过如下的方法获得:将水加入碱土金属氢氧化物或者氧化物中，对其进行混合直至成为糊状，然后进行干燥、硬化，在进行适当粉碎之后，进行筛选，对粒径进行调整。
10.一种回收金属铸造物制品的铸造方法，其中，将金属熔体注入到配置有权利要求1?6中任一项所述的铸造用型芯的铸模中，进行冷却硬化后，从铸模中将内置有型芯的金属铸造物取出，然后使型芯与水接触，利用碱土金属颗粒向碱土金属氢氧化物颗粒转变时所产生的膨胀使水溶性碱金属盐产生龟裂，促使型芯的崩塌以及溶解并除去型芯，回收金属铸造物制品。
【文档编号】B22C9/10GK103889615SQ201280051593
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2011年10月19日
【发明者】小谷尧史, 水村雄一, 铃木彦太郎, 野村雅也 申请人:铃木株式会社