精密鋳造用鋳型の製造方法

【課題】劣化スラリーを使用しても鋳肌が荒れることがなく、スラリーの使用寿命を大幅に延長してコスト低減を図ることができるとともに、鋳物の鋳肌改善を図ることができる精密鋳造用鋳型の製造方法を提供する。
【解決手段】ワックス模型をスラリーに浸漬した後乾燥させて緩衝層を形成し、当該緩衝層の表面に、スラリーへの浸漬とサンディング、および乾燥を繰り返して必要数の耐火物層を形成する。スラリーとしてジルコニア系スラリーを使用し、サンディングにはアルミナスタッコを使用する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は精密鋳造用鋳型の製造方法に関し、特にチタン系合金鋳物の鋳肌改善を図ることが可能な精密鋳造用鋳型の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタンアルミ合金等のチタン系合金の鋳物は軽量かつ耐熱性に優れるとともに、溶湯温度を高くして鋳型の内面形状に良く倣った精密鋳造品を製造するのに適していることから、自動車用のターボチャージャロータやエンジンバルブ等に多用されつつある。ところで、チタン系合金鋳物を鋳造するための鋳型は従来、ジルコニア系スラリーへの浸漬とアルミナスタッコのサンディング、および乾燥を繰り返して、ワックス模型の表面に必要数の耐火物層を積層形成することによって製造されている。
【０００３】
ここで、特許文献１にはワックス模型の表面に初層スラリーと初層スタッコの付着を行い、その後バックアップスラリーとバックアップスタッコの付着を所要回数繰り返して精密鋳造用鋳型を製造する方法が示されており、初層スラリーとしてジルコン酸カルシウムを含む耐火物粉末を配合したものを使用することによって、鋳造品表面の変質層の形成を抑制できることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２００２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チタン系合金鋳物の鋳型には、既述のようにジルコニア系スラリーと組み合わせるスタッコとしてはアルミナスタッコが、ジルコニアスタッコに比して安価であることから多用されている。しかし、アルミナスタッコを使用すると、ジルコニア系スラリーの劣化とともに鋳型で製造されたチタン系合金鋳物の鋳肌が荒れるという問題があり、従来は貯蔵されたジルコニア系スラリーを３０日程度の目安で劣化前に更新していた。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、劣化スラリーを使用しても鋳肌が荒れることがなく、スラリーの使用寿命を大幅に延長してコスト低減を図ることができるとともに、鋳物の鋳肌改善を図ることができる精密鋳造用鋳型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来、劣化したジルコニア系スラリーを使用すると鋳肌が荒れる理由は、ジルコニア系スラリーのｐＨ値が１０程度で、これはアルミナの等電点（ｐＨ９程度）に近いためにアルミナスタッコが凝集して上記スラリーの膜が収縮し、この結果鋳型の内面に複数の凹部が生じて、鋳造品の表面に上記凹部に倣った凸状欠陥を生じるものと思われる。これは以下の実験データからも証明される。
【０００８】
すなわち、図１の線Ｘは溶液ｐＨ値を変更した場合のδ−アルミナのゼータ電位変化を示すもので、ｐＨ値が９程度の時にゼータ電位が零となって、ここが等電点となる。これはジルコニア系スラリーのｐＨ値の１０に近く、この付近ではδ−アルミナが凝集してその粒径が大きくなっている（図１の線Ｙ）。
【０００９】
さらに図２〜図４にはガラスプレート検査法により各種スタッコの凝集状態を調べた例を示す。ここで、ガラスプレート検査法とは、ガラスプレート（プレパラート）の片面をマスキングした状態で、スラリーへの浸漬、サンディング、乾燥を繰り返して必要数の耐火物層をガラスプレートのマスキングされてない面に積層形成し、その後、マスキングを取り去って、透けたガラス面を通して初層の耐火物層の内側面を観察する方法である。図２はジルコニア系スラリー上に＃１００のアルミナスタッコをサンディングしたもの、図３はジルコニア系スラリー上に＃１００のジルコニアスタッコをサンディングしたもの、図４はジルコニア系スラリー上に０．１−０．５の溶融シリカスタッコをサンディングしたもので、それぞれ１５分間放置した後の状態を示す。
【００１０】
これから明らかなように、等電点がジルコニア系スラリーのｐＨ値（約１０）に近い約９であるアルミナスタッコの場合には、スタッコの凝集（図２中の黒色部）が明確に現れる。これに対して、ジルコニア系スラリーのｐＨ値（約１０）から離れた、等電点が約６のジルコニアスタッコや、等電点が約２の溶融シリカスタッコの場合にはスタッコの凝集（図中の黒色部）は明確には現れない。
【００１１】
そこで、本発明はかかる知見に基づいてなされたもので、ワックス模型をスラリーに浸漬した後乾燥させて緩衝層を形成し、当該緩衝層の表面にスラリー浸漬とサンディング、および乾燥を繰り返して必要数の耐火物層を形成することを特徴としている。
【００１２】
本発明は特に、チタン系合金鋳物を鋳造するための鋳型を製造するために、前記スラリーとしてジルコニア系スラリーを使用し、前記サンディングに、ジルコニア系スラリーのｐＨに近い等電点を有するアルミナスタッコを使用する場合に有用である。なお、チタン系合金鋳物の一例はチタンアルミ製タービンホイールである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、緩衝層を形成したことによって、サンディングされたスタッコの凝集が耐火物層で生じてもこれに伴う凹部の生成が鋳型内面には及ばず、溶湯と直に接する緩衝層の表面、すなわち鋳型の内面は平滑に保たれる。これにより、鋳造された鋳物の表面に凸状欠陥を生じることはなく、鋳肌の改善を図ることができる。ここで、長期保存によりスラリーが劣化してくると上記凹部が生じやすいが、緩衝層の存在によって凹部の生成の影響が鋳型内面に及ばずこれが平滑に保たれるから、長い期間貯蔵した劣化スラリーも使用でき、スラリーの使用寿命が大幅に延長されてコスト低減が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ｐＨ値の変化に伴うδ−アルミナのゼータ電位と平均粒径の変化を示すグラフである。
【図２】アルミナスタッコの凝集状態を示す図である。
【図３】ジルコニアスタッコの凝集状態を示す図である。
【図４】溶融シリカスタッコの凝集状態を示す図である。
【図５】本発明方法による鋳型製造工程を示す図である。
【図６】本発明方法により製造された鋳物表面を示す図である。
【図７】従来方法により製造された鋳物表面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図５には本発明に係る鋳型の製造方法を、従来のものと比較した工程図を示す。本発明においては、鋳型の耐火物層を形成するのに先立って緩衝層を形成するところが従来と異なる。すなわち、本実施形態においてはツリー状のワックス模型をジルコニア系スラリーに浸漬してワックス模型の表面に当該スラリーを付着させ、その後これを所定時間（例えば１０〜３０分）乾燥させて緩衝層を形成する。なお、ジルコニア系スラリーの一例は、ジルコニアフィラーと酢酸ジルコニルバインダーを主としたものであり、本実施形態では作成から１００日程度を経過して、いわゆる劣化したスラリーを使用した。
【００１６】
続いて上記緩衝層を形成したワックス模型を再びジルコニア系スラリーに浸漬して、緩衝層の表面に当該スラリーを付着させ、続いてアルミナスタッコをサンディングする。その後、所定時間（例えば２時間）乾燥して第１層の耐火物層を形成する。その後は、ジルコニアスラリーへの浸漬、アルミナスタッコのサンディング、乾燥の手順を繰り返して必要数の耐火物層を形成する。
【００１７】
こうして製造された原鋳型から、従来と同様にロストワックス工程と焼成工程を経て最終的な鋳型を製造した。このような鋳型を使用して鋳造した製品（鋳物）の一部の表面を図６に示す。これより明らかなように、従来であれば使用できない、長時間貯蔵した劣化スラリーを使用した場合にも、鋳物の表面に凸部は生じておらず、鋳肌が良好に保たれている。これに対して、緩衝層を形成しない従来の製造方法では、同様の劣化スラリーを使用すると図７に示すように、鋳物の表面に多数の凸部が生じて鋳肌が荒れる。
【００１８】
緩衝層を形成したことにより鋳肌が良好に保たれる理由は、耐火物層でアルミナスタッコの凝集が生じてもこれに伴う凹部の生成が緩衝層の存在によって鋳型内面には及ばず、溶湯と直に接する緩衝層の表面、すなわち鋳型の内面が平滑に保たれることによる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワックス模型をスラリーに浸漬した後乾燥させて緩衝層を形成し、当該緩衝層の表面にスラリー浸漬とサンディング、および乾燥を繰り返して必要数の耐火物層を形成することを特徴とする精密鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項２】
前記スラリーとしてジルコニア系スラリーを使用し、前記サンディングにアルミナスタッコを使用する請求項１に記載の精密鋳造用鋳型の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法によって製造された精密鋳造用鋳型をチタンアルミ製タービンホイールの製造に使用することを特徴とするタービンホイールの製造方法。

【図１】