专利名称：还原浇铸方法
技术领域：
本发明涉及浇铸时对金属溶液表面形成的氧化被膜进行还原的浇铸的还原浇铸方法。
现有技术浇铸方法包括重力浇铸法(GDC)、低压浇铸法(LPDC)、模铸法(DC)、压实造型法(SC)和触变模制法等各种各样的方法。其中任何一种都是使金属溶液注入成形模穴内，以形成规定的形状而进行浇铸的方法。这些浇铸方法中，金属溶液表面易于形成氧化被膜，例如，在铝浇铸等时，由于在金属溶液表面形成氧化被膜，表面张力加大，金属溶液的流动性、液体的旋转性、熔敷性降低，产生金属溶液的未浇注、金属溶液起皱折等浇铸缺陷，这是个问题。
作为解决这些问题的方法，本申请人公开发出一种还原浇铸法，还原铝的金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸的方法。在该还原浇铸方法中，使用氮气和镁气体，生成具有强还原性的镁氮化合物(Mg3N2)，使该镁氮化合物作用于铝的金属溶液中，使金属溶液表面所形成的氧化被膜还原而进行浇铸。镁氮化合物以在成形模穴表面析出的状态注入金属溶液，在金属溶液接触成形模穴表面时，使金属溶液表面的氧化被膜还原，从而使金属溶液的表面张力降低，提高金属溶液的流动性和浸湿性，因此，可以容易地制造出浇铸无缺陷、金属溶液无皱折，具有良好外观的浇铸制品。
本发明拟解决的课题在上述还原浇铸方法中，其特征是使镁氮化合物这样的还原性化合物作用于金属溶液中，还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸。因此，在进行浇铸时，使镁金属和氮气反应，生成镁氮化合物后，使镁氮化合物作用于金属溶液。作为生成镁氮化合物的方法，包括用另一台与成形铸模不同的加热炉等预先生成镁氮化合物的方法和往成形铸模的模穴内分别导入氮气和镁气，在模穴内生成镁氮化合物的方法。
任何一种情况都要加热镁金属，使成为镁气体，使该镁气体和氮气反应，生成镁氮化合物。因为镁氮化合物的还原性极高，所以，在其生成阶段以及在金属溶液中作用的阶段，必须在非氧化性气氛中进行处理。然而，在现有的还原浇铸方法中，为了使镁气体和氮气反应，生成镁氮化合物，要使用金属气体和氮气。如上所述，使用还原浇铸方法，要求不损伤还原性化合物的还原性，与一般的浇铸装置相比，要注意浇铸操作。因此，只有使装置结构尽可能简化，要求随着装置结构的简化，也易于进行浇铸操作。
本发明为了解决上述问题，作为目的是提供一种还原浇铸方法，可还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而适当地浇铸，容易制造出具有优良外观的浇铸品，同时，浇铸装置的结构也进行了简化。
用于解决本课题的方法为了达到上述目的，本发明具有下列结构。
即，还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行还原浇铸的方法中，其特征是使成形铸模的模穴内达到非氧化性气氛后，使比上述金属溶液的金属还原性更强的还原性物质作用于金属溶液中，把还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸。
另外一个特征是，采用不与上述还原性物反应的载气输送还原性物质，使还原性物质作用于金属溶液中。
又一个特征是，作为使上述模穴内达到非氧化性气氛的方法，是把不与还原性物质反应的载气导入上述模穴内，置换模穴内的氧化性气氛，及真空抽吸上述模穴内。
还有一个特征是，作为上述还原性物质使用金属气体。
另外，在上述还原浇铸方法中，作为金属溶液使用铝或其合金的金属溶液，作为还原性物质使用镁气体，可以理想地进行铝的浇铸。
作为上述镁气的载气，优选使用氩气。
附图的简单说明
图1是使用本发明的还原浇铸方法进行浇铸的浇铸装置的全部结构的说明图。
本发明实施方案下面对本发明优选的实施方案，参照附图进行详细说明。
图1是使用本发明涉及的还原浇铸方法的浇铸装置总体结构的说明图。下面以铝的浇铸为例，但本发明又不限于铝的浇铸。
在图1中，10是成形铸模，12是模穴，14是流道，16是金属直浇口，18是开关流道14的开口部的栓。打开栓18，从直浇口16把铝溶液注入模穴12中，在模穴12内使金属溶液凝固，浇铸成规定形状。
20是用于供应作为载体的氩气的氩气的高压贮气瓶。氩气贮气瓶20，通过安装有阀门22的管道24，与成形铸模10的模穴12连通。26为流量计。
30是金属供应槽，在本实施方案中，贮存镁粉32。供应槽30，一方面通过管道34，和连通氩气高压贮气瓶20的管道24的阀门22的上流一侧的位置相连，另一方面，通过管道36，连接在加热炉40和氩气贮气瓶20相连的配管46的中间。38是安装在管道36中间的阀门。
40是加热金属以形成金属气体的加热炉。在本实施方案中，加热炉40的炉内温度设定在镁粉32升华的800℃以上。
氩气贮气瓶20和加热炉40，通过其间安装有阀门42的管道46相连通。管道46的端部46a，以延伸至加热炉40内底部附近而设置。阀门42在管道46上，配置在管道36和管道46连接部分的上流一侧。44为流量计。
加热炉40和成形铸模10，通过管道50连通。管道50的端部50a配置在加热炉40内的上部，而管道50的前端连接在成形铸模10的流道14上。
使用本实施方案的铸造装置的铝的还原浇铸按下法进行。
首先，在阀门38及阀门42关闭的状态下打开阀门22，使氩气从氩气贮气瓶20流入成形铸模10的模穴12内，从模穴12内排出空气，使模穴12内成为非氧化性气氛。在操作中，流入模穴12的氩气流量，可通过流量计进行控制。往模穴12内充填氩气，使模穴12内成为非氧化性气氛的状态，运时通过栓18封住流道14。
还有，作为使模穴12内成为非氧化性气氛的方法，除了本实施方案的使非氧化性的氩气流入模穴内12以置换模穴12内的空气的方法外，也可以使用真空装置真空抽吸模穴12内，以从模穴12排出空气使达到非氧化性气氛的方法。用真空装置从模穴12内排气时，封住成形铸模10的排气孔(未图示)，在模穴12内处于密闭的状态下进行。
然后，关闭阀门22及阀门42，打开阀门38，从氩气贮气瓶20使氩气流入供应槽30，往加热炉40内供给镁粉32。还有，往加热炉40供给镁粉32时，事先必须使加热炉40的内部成为非氧化性气氛。因此，在阀门22及阀门38关闭的状态下，打开阀门42，使氩气从氩气贮气瓶20流入加热炉40中，使加热炉40内的空气排出，然后，往加热炉40供给镁粉32。
还有，每次往加热炉40供给镁粉32，使氩气流入加热炉40中，使加热炉40内成为非氧化性气氛之外，在管道50上安装阀门，开关适当的阀门，从外部经常隔断加热炉40的内部，也可以保持非氧气氛状态。
往加热炉40供给镁粉32后，关闭阀门38。用加热炉40加热镁粉32，使之升华，制成镁气体。在本实施方案中，该镁气体是作为还原性物质而起作用。
然后，打开阀门42，使氩气从氩气贮存瓶流入加热炉40中，以氩气作为载气，把加热炉40内的镁气体送至成形铸模10的模穴12内。氩气作为载气，把加热炉40内的镁气体供给模穴12时，通过流量计44测量氩气流量，可适当控制氩气流量。
还有，在往成形铸模10的模穴12导入镁气体时，一般方法是用加热炉40使发生镁气体用氩气等载气使镁气体导入模穴12内。作为从加热炉40使镁气体供给模穴12的方法，可以举出每次铸造操作时，从供给槽30，把一定量的镁粉供给加热炉40，以产生镁气体的方法；控制载气流量以控制从加热炉40供给模穴12的量的方法等。通过载气流量而控制镁气体的供给量时，可随时往加热炉40供给镁。不言而喻，除粉末状镁外，也可以供给颗粒状或小片状的镁等。这时，在加热炉40内镁处于熔融状态。
在将镁气体导入成形铸模10的模穴12中以后，从直浇口，通过流道14把铝溶液注入模穴12。把栓18从模浇口取下，从直浇口16把金属溶液注入模穴12内。
从流道14注入模穴12的铝金属溶液，至少要充填模穴12，然而，因为镁比铝的氧化活性强，所以，通过导入模穴12中的镁气体的作用，还原铝的金属溶液表面所形成的氧化被膜，从氧化被膜夺取氧使金属溶液表面还原成纯的铝而进行浇铸(还原浇铸法)。
事先使模穴12内成为非氧化性气氛，残留在模穴12内的氧与镁气体反应，以氧化镁或氢氧化镁状态进入金属溶液中。残留在模穴12中的氧量少，所以，生成氧化镁或氢氧化铝的量也少，由于这些化合物稳定，所以，它们对铝铸件的质量不产生影响。
在本实施方案中，镁气体作为还原性物质而起作用，从铝的金属溶液表面所形成的氧化被膜夺取氧，使铝的金属溶液表面成为纯铝而进行浇铸。在大气中，铝的金属溶液极易氧化，金属溶液表面所形成的氧化被膜的表面张力加大，阻碍金属溶液的旋转性，而在本实施方案的情况下，由于铝表面已成为钝铝，金属溶液的表面张力变小，金属溶液的润湿性和液体旋转性良好，与模穴12的内壁面的转移性(平滑性)也良好，金属溶液没有皱折可以得到外观良好的浇铸品、因金属溶液的充填性良好，所以，金属溶液的未充填等缺陷也消失，可以在短时间(数秒左右)内充填模穴12。
还有，上述实施方案适用于铝的浇铸，然而，同样也适于铝合金的浇铸。另外，除铝以外，也可适用于镁或铁等金属，或者，它们的合金的浇铸中。
在上述实施方案中，使作为还原物质的镁气体作用于铝的金属溶液中，然而，只要是对金属溶液表面所形成的氧化被膜具有还原作用的还原性物质即可，而并不限于镁气体，可以使用适当的金属气体或适当的化合物。还有，只要是对金属溶液表面形成的氧化被膜具有还原作用的还原性物质，其还原特性可按照与铸造中所使用的金属的关系而进行选择。另外，还原性物质，可适当使用通过加热而生成气体状或颗粒状的物质，并易于用载气将其输送的金属或化合物。
发明的效果本发明涉及的是还原浇铸方法，如上所述，是使模穴成为非氧化性气氛后，通过还原性物质作用于金属溶液，可还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸，使金属溶液的表面张力降低，可以提高金属溶液的流动性、与金属模具的润湿性。因此，金属溶液的液体旋转性良好，确保金属溶液的液体旋转性的保温、绝热脱模剂的使用都可以减少或废除，可以提供作为廉价、高质量的浇铸方法。另外，为了使金属溶液发生还原作用，必须使金属气体和氮气反应，生成还原性化合物，在简化浇铸装置的结构的同时，可容易而有效的进行浇铸操作。
权利要求
1.一种还原浇铸方法，其特征是，还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而浇铸的还原浇铸方法中，使成形铸模的模穴内成为非氧化性气氛后，使比所述金属溶液的金属还原性更强的还原性物质作用于金属溶液，还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸。
2.权利要求1中所述的还原浇铸方法，其特征是，采用不与还原性物质反应的载气输送还原性物质，使还原性物质作用于金属溶液中。
3.权利要求1或2中所述的还原浇铸方法，其特征是，作为使模穴内成为非氧化性气氛的方法，将不与还原性物质反应的载气导入所述模穴内，以置换模穴内的氧化性气氛。
4.权利要求1或2中所述的还原浇铸方法，其特征是，作为使模穴内成为非氧化性气氛的方法，是真空抽吸所述模穴内部。
5.权利要求1、2、3、4中所述的还原浇铸方法，其特征是，作为还原性物质使用金属气体。
6.一种还原浇铸方法，其特征是，在权利要求1、2、3或4中所述的还原浇铸法中，作为金属的溶液使用铝或其合金的金属溶液，作为还原性物质使用镁气体。
7.权利要求6中所述的还原浇铸方法，其特征是，作为镁气体的载气使用氩气。
全文摘要
本发明提供一种使金属溶液的表面张力降低，提高金属溶液的流动性、与金属模具有润湿性，减少或废除因确保了溶液液体的旋转性的保温和绝热脱模剂的价廉、高质量的浇铸方法。还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸的浇铸方法中，使成形铸模10的模穴12内成为非氧化性气氛后，使比所述金属溶液的金属还原性更强的还原性物质作用于金属溶液，还原金属溶液表面所形成的氧化被膜而进行浇铸。
文档编号B22D21/00GK1393309SQ02122690
公开日2003年1月29日 申请日期2002年6月20日 优先权日2001年6月20日
发明者伴惠介 申请人:日信工业株式会社