(57)【要約】【課題】ナトリウムなどの塩を溶融させてダイカスト法により成形する鋳造用塩中子の実用的な強度が、より安定して得られるようにする【解決手段】まず、混合塩を加熱して溶湯を作製する。次に、中子成形用の型を０．５２×Ｔｍより高く０．７×Ｔｍより低い温度の範囲に加熱する。なお、Ｔｍは、混合塩の液相線温度を絶対温度（Ｋ）であらわしたものである。次に、上述したように加熱した型に上記溶湯を圧入する。次に、型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成型する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナトリウムの塩を含む混合塩からなる溶融塩によって形成された鋳造用塩中子の製造方法において、
前記混合塩を加熱して溶湯を形成する第１工程と、
前記混合塩の液相線温度を絶対温度（Ｋ）でＴｍとすると、中子成形用の型を０．５２×Ｔｍより高く０．７×Ｔｍより低い温度の範囲に加熱する第２工程と、
加熱した前記型に前記溶湯を圧入する第３工程と、
前記型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成形する第４工程と
を少なくとも備えることを特徴とする鋳造用塩中子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の鋳造用塩中子の製造方法において、
前記型は、２２５℃〜２５０℃の温度範囲に加熱することを特徴とする鋳造用塩中子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の鋳造用塩中子の製造方法において、
前記混合塩は、Ｎａ+：Ｋ+＝７０ｍｏｌ％：３０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝４６．２ｍｏｌ％：５３．８ｍｏｌ％の組成とされていることを特徴とする鋳造用塩中子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水溶性を有する鋳造用塩中子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金ダイカストは、軽量高強度，高生産性，高寸法精度などの特徴のため自動車産業を中心に適用範囲が広がり、生産量は増加している。近年、より複雑な形状の部品への適応が求められている。例えば、内燃機関のシリンダブロックのような水冷用のウォータージャケットなどへの適用が求められている。しかしながら、このような中空構造や、アンダーカット形状を有する鋳造品の成形が困難であるという欠点がある。
【０００３】
このような中空構造や、アンダーカット形状の成形には、鋳造後に取り除くことができる崩壊性の中子が不可欠である。ただし、ダイカストによる鋳造で用いられる中子には、高速・高圧で射出される溶湯の衝撃に耐える高強度の中子が必要となる。具体的には、ＮＡＤＣＡ（The North American Die Casting Association）の推奨値であるゲート速度３８．７ｍ／ｓ、あるいはＮＡＤＣＡのＰＱ２マニュアルに推奨される２５．４ｍ／ｓから４０．６ｍ／ｓの溶湯の衝撃に耐えることが重要となる（非特許文献１，２参照）。また、ブローホールに起因する断熱性中子の表面に発生しやすい鋳巣を潰すため、７５Ｍｐａ以上の射出圧力に変形しないことが、ダイカスト用の中子に求められる条件となる。
【０００４】
しかし、よく知られているように、一般の砂中子では、強度と崩壊性は相反する特性であるため、バインダーの種類や量の調整による強度と崩壊性の最適化に重点が置かれている（非特許文献３，４参照)。
【０００５】
一方で、塩の適用も検討されつつある。塩は水溶性であり、高速高圧流水により容易に除去することが可能である。また、塩を用いた中子（塩中子）は、高強度化を行っても、著しく除去性を損なうことが少ない。これらのことにより、塩中子は、ダイカストプロセスへ適していると考えられる。ところで、塩は、セラミックスと同様の脆性を有する材料であり、高強度化には、高緻密化や結晶粒微細化などの組織制御が有効であることが知られている（特許文献５，６参照)。最近では、ムライトにより分散強化した塩中子の報告例がある（非特許文献７参照）。
【０００６】
また、発明者らは、塩中子のアルミニウムダイカストへの応用を目的に、溶融成形した塩の機械的性質と凝固組織等を系統的に研究してきた（非特許文献８〜１２参照）。例えば、ホウ酸アルミニウムウィスカが、アルカリ塩化物を用いた塩中子の分散強化に有効であることを示している（非特許文献８参照）。また、アルカリ塩化物とアルカリ炭酸塩の混合塩がウィスカなどの強化材なしで、２０−３０ＭＰａと非常に高い強度を示すことを明らかにした（非特許文献１０参照）。また、計算状態図と凝固組織の比較から、ＫＣｌ−ＮａＣｌ−Ｋ2ＣＯ3−Ｎａ2ＣＯ3の多元系混合塩において、高強度材料となる条件を明らかにしている（非特許文献１１参照）。これらの高強度混合塩は、重力鋳造法で作製してきたが、ダイカスト法により鋳造成形することにより、中子の寸法精度や生産効率の改善が期待できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】E.A.Herman  NADCA Gating Die Casting Dies Pub.#E-514 (1996),29.
【非特許文献２】J.Wronowicz, M.Cox and R.Fish NADCA PQ2 EC700 (July 2006), 8.
【非特許文献３】T. Manabe, M. Nitta and M. Yaguchi: SOKEIZAI, 44(2003) 12, 26.
【非特許文献４】T. Komasaki, T. Miyamoto and M. Nitta: J. JFS, 78(2006), 533.
【非特許文献５】H.G. Muller: Z. Physik, 96(1935), 321.
【非特許文献６】T. Sata: J. Ceram. Soc. Jpn, 107(1999), 166.
【非特許文献７】C. Hayashi, T. Yamazaki, T. Ishikuro and A. Urakami: ALUTOPIA, 35(2006)6, 22.
【非特許文献８】J. Yaokawa, K. Anzai, Y. Yamada, H. Yoshii and H. Fukui: J. JFS, 76(2004), 823.
【非特許文献９】J. Yaokawa, T. Sawada, K. Anzai, Y. Yamada, H. Yoshii and H. Fukui: J. JFS, 78(2006), 59.
【非特許文献１０】J. Yaokawa, D. Miura, K. Anzai, Y. Yamada and H. Yoshii: J. JFS, 78(2006), 516.
【非特許文献１１】J. Yaokawa, D. Miura, K. Oikawa, K. Anzai, Y. Yamada and H. Yoshii: J. JFS, 79(2007), 184.
【非特許文献１２】Y.Yamada, J. Yaokawa, H. Yoshii, K. Anzai, Y. Noda, A. Fujiwara, T. Suzuki and H. Fukui: 20076584(JSAE).
【非特許文献１３】J. Yaokawa, K. Oikawa and K. Anzai: CALPHAD, 31(2007), 155.
【非特許文献１４】R. Danzer, T. Lube, P. Supancic and R. Damani: Adv. Eng. Mater., 10(2008), 275.
【非特許文献１５】A.G. Evans and T.G. Langdon: Progress in Mater. Sci., 21(1976), 171.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ダイカスト法により形成した塩中子は、強度にばらつきが多く、完全な実用化には至っていないという問題がある。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ナトリウムなどの塩を溶融させてダイカスト法により成形する鋳造用塩中子の実用的な強度が、より安定して得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る鋳造用塩中子の製造方法は、ナトリウムの塩を含む混合塩からなる溶融塩によって形成された鋳造用塩中子の製造方法において、混合塩を加熱して溶湯を形成する第１工程と、混合塩の液相線温度を絶対温度（Ｋ）でＴｍとすると、中子成形用の型を０．５２×Ｔｍより高く０．７×Ｔｍより低い温度の範囲に加熱する第２工程と、加熱した型に溶湯を圧入する第３工程と、型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成形する第４工程とを少なくとも備える。
【００１１】
上記鋳造用塩中子の製造方法において、型は、２２５℃〜２５０℃の温度範囲に加熱すればよい。
また、混合塩は、Ｎａ+：Ｋ+＝７０ｍｏｌ％：３０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝４６．２ｍｏｌ％：５３．８ｍｏｌ％の組成とされているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、混合塩の液相線温度を絶対温度（Ｋ）でＴｍとすると、中子成形用の型を０．５２×Ｔｍより高く０．７×Ｔｍより低い温度の範囲に加熱し、この加熱した型に混合塩の溶湯を圧入するようにしたので、ナトリウムなどの塩を溶融させて成形する塩のダイカスト法による鋳造品よりなる水溶性を有する鋳造用塩中子の実用的な強度が、より安定して得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における鋳造用塩中子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態における実験で作製した試験片を得るための成形品の状態を示す写真である。
【図３】ダイカストプロセス中のランナー部および試験片部における典型的な圧力変化の１例を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態における実験で作製した試験片の形状を示す構成図である。
【図５】平均曲げ強度と型温度との関係を示す相関図である。
【図６】型温度が１７５℃と２５０℃の試料の平均曲げ強度を射出圧力に対してプロットした特性図である。
【図７】試験片の硬さと型温度との関係を示す特性図である。
【図８】染色浸透探傷法により試験片の表面欠陥を目視観察した結果である。
【図９】試験片底部表面のＳＥＭ像を示す写真である。
【図１０】長手方向に垂直な断面の試料表面付近および内部中心付近のＳＥＭ像を示す写真である。
【図１１】本実施の形態の試料の曲げ試験における累積破壊確率と曲げ応力の関係を示すワイブルプロットである。
【図１２】アルミニウム合金ダイカスト製クローズドデッキ型シリンダーブロックの構成を示す斜視図である。
【図１３】各試料の平均抗折強度とワイブル係数との関係を示す相関図である。
【図１４】染色浸透探傷法により組成Ａの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。
【図１５】染色浸透探傷法により組成Ｂの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。
【図１６】染色浸透探傷法により組成Ｃの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。
【図１７】染色浸透探傷法により組成Ｄの試験片の表面欠陥を目視観察した結果を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における鋳造用塩中子の製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、混合塩を加熱して溶湯を作製する。次に、ステップＳ１０２で、中子成形用の型を０．５２×Ｔｍより高く０．７×Ｔｍより低い温度の範囲に加熱する。なお、Ｔｍは、混合塩の液相線温度を絶対温度（Ｋ）であらわしたものである。次に、ステップＳ１０３で、上述したように加熱した型に上記溶湯を圧入する。次に、ステップＳ１０４で、型の内部で溶湯を凝固させて鋳造用塩中子を成型する。
【００１５】
ここで、混合塩は、例えば、Ｎａ2ＣＯ3を５０ｍｏｌ％とし、ＮａＣｌを２０ｍｏｌ％とし、ＫＣｌを３０ｍｏｌ％として混合したものである。この混合塩の組成を分析すると、イオンの組成比で、Ｎａ+：Ｋ+＝８０ｍｏｌ％：２０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％である。この場合、型は、２２５℃〜２５０℃の温度範囲に加熱すればよい。このようにした本実施の形態によれば、得られる塩中子の強度のバラツキが低減され、また、より高い強度が得られるようになる。
【００１６】
以下、実験例を基により詳細に説明する。
【００１７】
以下では、ＫＣｌ−ＮａＣｌ−Ｎａ2ＣＯ3系混合塩をダイカスト法で鋳造成形し，金型温度および溶湯の射出圧力の曲げ強度への影響を調査するとともに，応用例として単気筒クローズドデッキ型シリンダブロック用塩中子の試作を行った結果について示す。
【００１８】
［実験方法］
［試料の作製］
純度９９．５％のＮａＣｌ, ＫＣｌ, Ｎａ2ＣＯ3を素材とし，抵抗加熱炉を用いてアルミナルツボ中で溶解を行った。溶解の際の雰囲気は大気とし，溶解温度は６８８℃とした。溶解した試料組成は、高強度になることが報告されている組成領域にある５０ｍｏｌ％Ｎａ2ＣＯ3−２０ｍｏｌ％ＮａＣｌ−３０ｍｏｌ％ＫＣｌである。計算状態図（非特許文献１３参照）によれば、初晶はナトリウムイオン濃度が高い炭酸塩で、共晶温度以下で炭酸塩と塩化物の共晶反応が生じる．液相線温度、共晶開始温度、共晶終了温度は、各々６３８℃、５７４℃、５７３℃と計算された。また、溶解時の過熱度は約５０℃（６８８℃）である。
【００１９】
ダイカスト鋳造機は、型締め力１１０トンのコールドチャンバー式を用い、図２に示すような矩形試験片を２本取りできるような金型で鋳造した。鋳造条件は、金型温度は、１７５℃、２００℃、２２５℃、２５０℃の４条件とし、射出圧力は、３９．２ＭＰａ、５８．８ＭＰａ、７８．４ＭＰａの３条件とし、系統的に変化させた。成型は、金型温度および射出速度が低い方から順番に行った。他の成型条件は、スリーブ径５０ｍｍ、射出速度３４ｍｍ／秒、充填率約６０％であった。低速充填のため、空気巻き込みの問題は少ないものと考えられ、一般のダイカストで行われるような２段射出は行っていない。
【００２０】
また、スリーブ表面に生成するチル層（破断チル）を除くために、スリーブの後（湯口）にコア（仕切板）を挿入している。スリーブで発生する破断チルが、型内に浸入すると、成形品の抗折強度に大きなバラツキを発生させる要因となる。この破断チルの型内への浸入を抑制するために、スリーブの湯口に、湯口の周端部に突出するコアを挿入している。コアの挿入により、成形品の抗折強度のバラツキを抑制できるようになる。
【００２１】
なお、金型温度は、２つの試験片の間の上型および下型の各々に熱電対を挿入して温度測定を行い、この温度測定の結果で制御した。また、スリーブ温度も、金型温度と同じになるように制御を行った。
【００２２】
図３は、ダイカストプロセス中のランナー部および試験片部における典型的な圧力変化の例を示している。プランジャーにより与えられた圧力は、溶融塩が完全に充填された後、保圧時に最大値となり徐々に低下していく。このとき、ランナー部、試験片部の最大値は同じ程度であり、凝固時には、プランジャーの圧力が試験片部まで充分に伝わっていると考えられる。
【００２３】
［試験方法］
次に、試験方法について説明する。上述したように鋳造したダイカスト材をゲート部で切断し、図４に示した形状の試験片を得る。このようにして得られた試験片の機械的強度を、４点曲げ試験で評価する。曲げ試験機のクロスヘッド速度は１ｍｍ／ｍｉｎとし、支点直径は４ｍｍとした。力を加えていく中で試験片が破断したときの最大荷重Ｆ［Ｎ］から、曲げ強さσを以下の（１）式より求める。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
（１）式において、Ｌ1は下部支点間隔であり、５０ｍｍである、また、Ｌ2は上部支点間隔であり、１０ｍｍである。また、Ｗは試験片の幅であり、２０ｍｍ、Ｔは試験片の高さであり１８ｍｍである。上述した各鋳造条件で１０〜２０本程度試験片を作製し、各々の条件において平均曲げ強さを算出した。
【００２６】
また、曲げ試験片の一部を切断し、切断面の表面観察およびミクロ組織観察を行った。ミクロ組織観察の際には、断面を＃４０００番の耐水研磨紙で乾式研磨し、アセトン中で超音波洗浄し、この後、真空カーボン蒸着を施して走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。また、マイクロビッカースにより硬さ試験を行った。試験条件は、荷重４．９Ｎ、荷重保持時間を３０秒とした．表面付近と中心部で各々１０回ずつ測定し、各測定結果の平均値を求めた。更に、染色浸透探傷法により表面欠陥の目視観察を行った。
【００２７】
［結果］
［曲げ試験］
次に、曲げ試験の結果について説明する。図５は、平均曲げ強度と型温度との関係を示す相関図である。図５において、エラーバーは標準偏差を示している．各射出圧力において型温度が１７５℃から２２５℃までは型温度が高くなるほど平均曲げ強度が高くなる傾向がある。型温度が２２５℃、２５０℃で鋳造した材料では、曲げ強度に多少の大小はあるが有意な差でなく、ほぼ同等の値と言える。型温度が２２５℃および２５０℃では各射出圧力で、平均曲げ強度が２５ＭＰａを超え、重力鋳造材とほぼ同等の高い値を示している（非特許文献９参照）。
【００２８】
図６は、型温度が１７５℃と２５０℃の試料の平均曲げ強度を射出圧力に対してプロットした特性図である。多少のばらつきはあるが、誤差範囲と考えられ、この射出圧力の範囲では曲げ強度に大きな影響がないと言える。型温度が２００℃、２２５℃の場合も同様であった。
【００２９】
［硬さ試験］
次に、硬さ試験の結果について説明する。上述したように、曲げ強度への射出圧力の影響はほとんどなかった。このため、ビッカース硬さについては、射出圧力が７８．４ＭＰａの試料を中心に調査した。図７は、試験片の硬さと型温度との関係を示す特性図である。試料表面近傍（黒丸）では、多少のバラツキはあるが、硬さは型温度に大きく依存せず、ほぼ同じ値である。一方、試料内部中心（黒三角）では、型温度が一番低い１７５℃の時が、一番高い。また、型温度が１７５℃の時は、表面および内部で硬さに大きな変化はない。これに対し、他の型温度においては、試料内部中心より表面のほうが明らかに硬かった。
【００３０】
［表面およびミクロ組織観察］
次に、表面およびミクロ組織の観察結果について説明する。染色浸透探傷試験およびＳＥＭによる組織観察に関しても射出圧力が７８．４ＭＰａの試料を中心に調査した。図８は、染色浸透探傷法により試験片の表面欠陥を目視観察した結果である。図中、着色している部分がひび割れの部分である。型温度が一番低い１７５℃では、図８（ａ）に示すように表面に大きなひび割れが多数確認される。図８（ｂ）に示す型温度が２００℃の試料も、１７５℃ほどではないが、大きなひび割れが観察される。一方、型温度が２２５℃および２５０℃では、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、表面に鮮明なひび割れは殆ど観察されない。溶融塩の凝固の際，初期に金型表面で生成する凝固殻が，凝固時に収縮しようとするが、加圧がかかっているために収縮できずに表面に引張り応力が発生する。型温度が低い場合、凝固殻が変形できないために引張り応力により表面ひびが生成するものと考えられる。
【００３１】
図９は、試験片底部表面のＳＥＭ像を示している。型温度が一番低い１７５℃では、図９（ａ）に示すように、湯皺のような模様が観察され、この模様の近傍にマイクロクラックが生成していた。型温度が２００℃、２２５℃、２５０℃と上昇すると、１７５℃の試料に比較して湯皺のような模様が著しく減少する。また、型温度の上昇に伴いマイクロクラックの数も減少していた。更に、表面に数ミクロンサイズのマイクロピットが見られる領域もあった。このマイクロピットは、潮解により生じたものと推察される。これらの表面の欠陥は、曲げ強度に大きく影響すると考えられる。湯皺のような模様は、凝固の際の表面の急冷効果などが原因と考えられる。
【００３２】
図１０は、長手方向に垂直な断面の試料表面付近および内部中心付近のＳＥＭ像を示している。型温度が１７５℃では表面および中心で殆どミクロ組織も変化がない。これに対し、型温度が２００℃、２２５℃、２５０℃では、表面と比較して、内部で粗大な初晶デンドライトが明瞭に観察される。また、表面の組織は、型温度により大きな変化は見られない。表面付近の組織は、凝固初期に金型表面で凝固殻が急速にできたチル層のようなものと考えられる。金型温度が高くなるほど内部はゆっくりと凝固するため、デンドライトが粗大化したと考えられる。また、硬さの傾向は、組織の粗大さの傾向と合致していると言える。
【００３３】
［考察］
上述した実験の結果より、型温度が高いほど平均曲げ強度が高くなることが確認された。また、曲げ強度の変化は、表面のひび割れなどと関連していることが示唆された。曲げ強度の変化についてより詳細に検討するために、脆性材料の分野で用いられるワイブル統計により曲げ強度の解析を試みる（非特許文献１２参照)。
【００３４】
解析の精度を向上させるため、曲げ試験の回数を２０回と多くした。また、（条件１）射出圧力７４．８ＭＰａ、型温度２５０℃と（条件２）射出圧力７４．８ＭＰａ、型温度２００℃の２つの条件で解析した。前者は型温度が高く、平均曲げ強度が強い例であり、後者は型温度が低く平均曲げ強度が低い例である。
【００３５】
脆性材料に用いられる２母数パラメータワイブル分布関数は、以下の（２）式で与えられる（非特許文献１２参照)。
【００３６】
【数２】
2010279951.tif 000004
【００３７】
（２）式において、ここでＦ（σ）は累積破壊確率、ＶEは有効体積、σ0は尺度母数、σfは曲げ応力、ｍは形状母数である。形状母数ｍが大きいほど、強度のばらつきが小さく信頼性が高いことを意味する。一般のセラミックスではｍは５〜２０程度の値をとる。実験データσiからＦ（σ）を求めるのには、平均値ランク法を用いた。個々のデータに対応する累積破壊確率Ｆ（σi）は、以下の（３）式で与えられる（非特許文献１３参照)。
【００３８】
【数３】
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【００３９】
（３）式において、Ｎはデータ数、ｉはデータの順位である。
【００４０】
図１１に、上述した試料の曲げ試験における累積破壊確率と曲げ応力のワイブルプロットを示す。高強度を示す条件１（黒四角）では、ワイブルプロットが一本の直線からなり、一種類の破壊源から試料が破壊したと考えられる。また、ワイブルプロットを最小２乗法で解析した結果、ｍ＝８．４９と高い値が得られた。塩のｍ値の例としてＮａＣｌの焼結材の曲げ試験でｍ＝５．３４（非特許文献４参照)と報告があるが、これと比較しても信頼性が高いと考えられる。
【００４１】
一方、低強度を示す条件２（白丸）では、ワイブルプロットは１６ＭＰａ近傍で屈折し、明らかに複数の破壊源から試料が破壊したことを示唆している。破壊源を２種類と仮定し、図１１に示すように領域Ｉ，領域ＩＩにわけて最小２乗法解析を行った。領域Ｉ，領域ＩＩのｍ値は、各々１．０４，  ６．７５と得られた。領域Ｉは、著しくｍが小さく、信頼性が低いことを示している。一方、領域ＩＩは比較的ｍ値が大きく、信頼性が比較的高いと考えられる。
【００４２】
一般にセラミックスのような脆性材料では、強度は欠陥と破壊靭性値に支配され，それらの関係は、以下の（４）式で与えられることが知られている。
【００４３】
【数４】
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【００４４】
（４）式において、ＫICは破壊靭性値、σcは破壊時の応力、ｃは亀裂の深さである。曲げ試験では表面に引っ張り応力が加わるため、曲げ強度は表面付近の破壊靭性値と欠陥に支配されていると考えられる。破壊靭性値ＫICは、亀裂先端の弾性定数や亀裂伝播エネルギーで決まる値である。表面のミクロ組織や硬さは、型温度に大きく影響されないため、ＫICは型温度では大きく変化しないと推察される。従って、表面の欠陥が型温度による曲げ強度変化の支配的原因と考えられる。
【００４５】
条件２では、図８に示すように、染色浸透探傷試験により数ミリ以上の深い亀裂が不規則に生じることが観察されている。これが、信頼性および強度が低い領域Ｉの破壊源となるものと考えられる。形状母数ｍ値が高い領域ＩＩは、曲げ強度も高く、破壊源となるクラックの深さはより小さいものとなる。このような破壊源として、ＳＥＭにより観察されるようなマイクロクラックが考えられる。このマイクロクラックの深さは、高々数１０μｍである。従って、領域ＩＩでは、染色浸透探傷試験で明瞭に観察される大きな亀裂が支点間になかったときに、マイクロクラックが破壊源ととなり破断したと考えられる。
曲げ強度が高い(条件１)においても、数は少ないがマイクロクラックが観察され、観察されるマイクロクラックが、曲げ試験の破壊源と考えられる。このマイクロクラックが小さくなるほど、曲げ強度も強くなると期待される。従って、今後、より詳細に、マイクロクラックと型温度の関係を検討することが重要となる。
【００４６】
［シリンダブーロック用中子への応用］
本願発明は、アルミニウム合金ダイカスト製クローズドデッキ型シリンダーブロックへの適用などを目的としている。例えば、図１２（ａ）に示すような単気筒シリンダーブロックが対象である。ウォータージャケット部がアンダーカット形状を有している。このようなウォータージャケット部を形成するための中子として、図１２（ｂ）に示すように、本発明のダイカスト法により単気筒シリンダーブロックのウォータージャケット部用中子を作製することに成功している。表面は滑らかで、目視できる欠陥もなく、アルミニウム合金ダイカスト製品への応用に適していると期待される。
【００４７】
［結論］
ダイカスト法によりアルミニウム合金ダイカスト用塩中子（鋳造用塩中子）を作製し、射出圧力、型温度の曲げ強度、ビッカース硬さへの影響を調べるとともに、表面欠陥やミクロ組織観察を行い、次のような結論を得た。
【００４８】
（１）型温度が高くなると曲げ強度は強くなる。一方、本研究で行った射出圧力の範囲では曲げ強度は大きく変化しない。
（２）型温度が低いときには、染色浸透探傷試験により大きなひびが表面に観察され、これが曲げ強度を著しく低くする原因と考えられる。一方、ＳＥＭによる表面観察より型温度が低いときは表面皺とマイクロクラックがみられ、型温度が高くなると減少した。これらが、曲げ試験の際の破壊の起点になると考えられる。溶融塩の凝固の際，初期に金型表面で生成する凝固殻が，凝固時に収縮しようとするが、加圧がかかっているために収縮できずに表面に引張り応力が発生する。型温度が低い場合、凝固殻が変形できないために引張り応力により表面ひびが生成するものと考えられる。
（３）曲げ試験の結果をワイブル統計で解析した結果、型温度が高くなると曲げ強度が強くなるだけでなく、曲げ強度の信頼性も高くなることが明らかとなった。
（４）上記の知見をもとに、単気筒クローズドデッキタイプシリンダーブロックのウォータージャケット部用中子を作製することに成功した。
【００４９】
ここで、上述した型温度による塩中子の強度上昇は、混合塩の液相線温度Ｔｍ（絶対温度Ｋ）の０．５２×Ｔｍより高く０．７×Ｔｍより低い温度の範囲に加熱することで得られるものと考えられる。例えば、上述の例に示したように、Ｎａ2ＣＯ3を５０ｍｏｌ％とし、ＮａＣｌを２０ｍｏｌ％とし、ＫＣｌを３０ｍｏｌ％として混合した混合塩の場合、２２５〜２５０℃の範囲で、実用的な曲げ強度が得られるようになっている。この混合塩の液相線温度Ｔｍは、９１１Ｋ（６３８℃）であり、この０．５２×Ｔｍの温度が約４７４Ｋ（２０１℃）であり、０．７×Ｔｍの温度が約６３８Ｋ（３６５℃）である。この範囲に、「２２５〜２５０℃の範囲」は入っている。
【００５０】
次に、混合塩の組成比を変化させた鋳造用中子について実験した結果について説明する。
【００５１】
［試料］
まず、試料について説明する。以下に示すイオン組成の比とした組成の試料を作製する。
【００５２】
組成Ａ：Ｎａ+：Ｋ+＝７０ｍｏｌ％：３０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝４６．２ｍｏｌ％：５３．８ｍｏｌ％
【００５３】
組成Ｂ：Ｎａ+：Ｋ+＝８０ｍｏｌ％：２０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝４５ｍｏｌ％：５５ｍｏｌ％
【００５４】
組成Ｃ：Ｎａ+：Ｋ+＝８０ｍｏｌ％：２０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％
【００５５】
組成Ｄ：Ｎａ+：Ｋ+＝１００ｍｏｌ％：０ｍｏｌ％、Ｃｌ-：ＣＯ3-＝５０ｍｏｌ％：５０ｍｏｌ％
【００５６】
［試料の作製］
前述同様に、各組成Ａ，組成Ｂ，組成Ｃ，組成Ｄの組成の混合塩よりダイカスト法で、各試料を作製する。この作製において、射出圧力および型温度を各々変化させる。
【００５７】
［試験方法］
前述同様に、各条件で作製した各組成の試料の試験を行う。
【００５８】
［結果］
［曲げ試験］
前述同様に曲げ試験を行う。各組成に対して射出圧力を変化させた試料について曲げ試験をした結果を以下の表１に示す。この場合、型温度は２５０℃としている。また、各組成に対して型温度を変化させた試料について曲げ試験をした結果を以下の表２に示す。この場合、射出圧力は、７８．４ＭＰａとしている。なお、表１，２における各試料の結果は、平均抗折強度（ＭＰａ）である。
【００５９】
【表１】
2010279951.tif 000007
【００６０】
【表２】
2010279951.tif 000008
【００６１】
表１に示すように、射出圧力が高いほど、高強度が得られている。また、表２に示すように、いずれの組成においても、型温度が高いほど高強度が得られている。また、組成Ａにおいては、試験した２００〜２６５℃の全ての型温度範囲において、２０ＭＰａ後半以上と、アルミダイカスト用の中子としての強度の最低要件（１５ＭＰａ）を満たしている。組成Ｂは、１７５℃を除いた２００℃、２２５℃以上で、２０ＭＰａ後半以上と、上述した最低要件（１５ＭＰａ）を満たしている。組成Ｃは、１７５℃、２００℃を除いた２２５℃、２５０℃以上で、２０ＭＰａ以上と、上述した最低要件を満たしている。組成Ｄは、１７５℃、２００℃を除いた２２５℃、２５０℃以上で、上記最低要件を満たしている。組成Ｃおよび組成Ｄは、２００℃で最低要件を僅かに下回っている。この結果より、各組成とも、型温度が２０１℃以上であれば、最低要件（１５ＭＰａ）を満たすものと考えられる。
【００６２】
次に、各組成に対するワイブル統計により曲げ強度の解析結果について表３に示す。なお、表３中の数値は、ワイブル係数である。
【００６３】
【表３】
2010279951.tif 000009
【００６４】
表３に示すように、型温度が高いほどワイブル係数が大きいことがわかる。組成Ａは、型温度２６５℃では、ワイブル係数が低い。これは、型温度が高く、型との焼き付きを起こし、形成した試料の表面に欠陥が生じたためと推定される。
【００６５】
ここで、組成Ａの２２５℃、２５０℃は、ワイブル係数が大きく信頼性が高く、表面欠陥もない。組成Ａの２００℃は、ワイブル係数が２つ存在し、しかも小さいため、信頼性が低い。
【００６６】
組成Ｂの２００℃は、ワイブル係数がｍ＝５．８５で、組成Ａの２２５℃、２５０℃のワイブル係数よりも小さい。また、組成Ｂの１７５℃は、ワイブル係数が２つ存在して信頼性が低い。
【００６７】
組成Ｃの２５０℃は、ワイブル係数がｍ＝８．５９と、組成Ａに比較すると小さいが、信頼性もかなりよい。組成Ｃの２００℃は、ワイブル係数が２つ存在し、信頼性が低い。
【００６８】
組成Ｄの２５０℃、２００℃は、ワイブル係数が２つ存在し、信頼性が低い。組成Ｄの２２５℃は、ワイブル係数がｍ＝４．５６と組成Ａに比較して小さく、信頼性も劣る。組成Ｄの１７５℃は、ワイブル係数がｍ＝１．８１と小さい。
【００６９】
次に、各試料の平均抗折強度（表２）とワイブル係数（表３）との関係を図１３に示す。ダイカスト法で作成するソルト中子の材料としては、グラフの右上の方にある組成ほど最適なものと考えられる（楕円で囲んだ領域）。右上にある組成は組成Ａであり、平均強度とワイブル係数の上では、組成Ａで、鋳造圧７８．４ＭＰａ、型温度２５０℃と２２５℃が最適組成および条件と言える。
【００７０】
以上に説明したように、全ての組成において、型温度が高いほど高い強度および信頼性が得られていることがわかる。ただし、２６５℃の型温度の場合は、型との焼き付きにより、高い強度が得られない場合が発生することがわかる。また、上述した組成の範囲では、組成Ａにおいて、特に高い強度および信頼性が得られている。
【００７１】
［浸透探傷試験］
次に、各組成の試料における染色浸透殺傷試験の結果について説明する。図１４，図１５，図１６，図１７は、染色浸透探傷法により各組成Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの試験片の表面欠陥を目視観察した結果である。図中、着色している部分がひび割れの部分である。また、図中の数字（温度）は、型温度を示している。また、各組成Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの図１４〜図１７の観察結果による欠陥量の大まかな程度（評価結果）について以下の表４に示す。
【００７２】
【表４】
2010279951.tif 000010
【００７３】
図１４〜図１７よりわかるように、全ての組成において、型温度が上昇するほど、表面のひび欠陥が減少していることがわかる。組成Ａは、型温度２００℃のものに表面ひびが多く見られ、２５０℃以上では表面ひびがほとんど見られない。同様に、組成Ｂは、型温度２００℃以上、組成Ｃは型温度２２５℃以上で、表面ひびがほぼ見られない。これらに対し、Ｄ組成に関しては、型温度が２５０℃のものでも欠陥が残っており、すべての表面欠陥をなくすには、さらに高い型温度が必要であると予想される。これらの結果より、まず、型温度を高めると表面欠陥が減少することがわかる。この理由は、前述したように、型温度が低い場合に発生する引張り応力が緩和するためと考えられる。
【００７４】
また、組成によって、表面ひびが多く発生する型温度の閾値があるものと考えられる。表４に示すように、欠陥（表面ひび）の量と凝固区間には相関があるように思える。表４を見ると、表面ひびがほぼ消滅する型温度は、組成の条件が、Ｂ，Ｃ，Ａ，Ｄの順に低い温度であり、これはひびの発生しにくさの順位とも言える。さらにこの順位は、凝固区間の広さの序列と一致しているものと考えられる。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１１】
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【図１３】
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【図２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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