(57)【要約】【課題】より短時間での補修を実現するとともに、補修部の凹凸を小さくすることができる中子補修剤を提供する。【解決手段】鋳型製造に用いられる中子Ｎを補修するための中子補修剤１において、粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルと、シリカゾルに分散混合された粒径が０．１〜０．３μｍの超微粒子と、を備える中子補修剤１。また、この中子補修剤１を用いて補修された中子Ｎ、及び中子Ｎの補修方法も提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルと、
前記シリカゾルに分散混合された粒径が０．１〜０．３μｍの超微粒子と、を備えることを特徴とする中子補修剤。
【請求項２】
前記超微粒子は、シリカフュームであることを特徴とする請求項１に記載の中子補修剤。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の中子補修剤を用いて補修されたことを特徴とする中子。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の中子補修剤を中子の欠陥部分に塗布する中子補修剤塗布工程を有することを特徴とする中子の補修方法。
【請求項５】
前記超微粒子の添加量を調整することによって、中子表面に形成されるシリカ層の厚さを変化させることを特徴とする請求項４に記載の中子の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳型製造に用いられる中子を補修するための中子補修剤、この中子補修剤を用いて補修された中子、及び中子の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガスタービン用の動翼、静翼などの部品を製造する際に用いられる精密鋳造用中子（中子材）は、シリカ質の材料で製造されている。具体的には、精密鋳造用中子は、シリカ材料をワックスと混練したものを射出成型法により成形したのち、脱脂、焼成して得られる。
例えば、ガスタービン用の動翼、静翼などの部品を製造する際に用いられる中子は複雑な形状を有している。よって、中子成形時のわずかな流れの差による型内での接合不良により、成形体表面にわずかな凹み（くぼみ）が発生したり、あるいは、焼成時にクラックが発生したりする事がある。特許文献１には、これらの欠陥補修を低減するための精密鋳造方法に関して記載されている。
【０００３】
これらの欠陥のうち、クラックを補修する方法としては、図２に示すように、中子Ｎに形成されたクラックＣにセラミックスの接着剤１０１を充填した後、表面を削る方法で補修するのが一般的である。作業者は、中子ＮにクラックＣを確認した場合、クラックＣにセラミックス系の接着剤１０１を塗布した後、盛り上がった部分を削り取る作業を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２４６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記方法では、セラミックス系の補修剤は粘度が高すぎるため、余分な補修剤を削り取って平面とする作業が必要となり、補修に時間がかかるという課題があった。また、従来の補修剤は充填性が低く強度も低いという課題があった。
また、削り取る作業を行う際、セラミックスの粉が発生するため、粉を捕集する必要が生じるという課題があった。
【０００６】
この発明は、精密鋳造用中子を製造する際に中子に形成される欠陥部分の補修を行う際に使用される中子補修剤において、より短時間での補修を実現するとともに、補修部の凹凸を小さくすることができる中子補修剤を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、中子補修剤は、粒径１０〜４０ｎｍのＳｉＯ２粒子を分散したシリカゾルと、前記シリカゾルに分散混合された粒径が０．１〜０．３μｍの超微粒子と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、中子の欠陥部分を補修する際、中子補修剤を欠陥部分に塗布することによって、多孔体である中子に中子補修剤中の水分が吸収されるとともに、シリカゾル粒子及び超微粒子の層が残されることによって、欠陥部分を埋めることができる。この際、補修面に凸部が形成されないため、削り取り作業を不要とすることができる。
【０００９】
上記中子補修剤において、前記超微粒子は、シリカフュームである構成としてもよい。
上記構成によれば、本来は廃棄されるシリカフュームを有効利用することができる。
【００１０】
本発明の第二の態様によれば、中子は、上記中子補修剤を用いて補修されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第三の態様によれば、中子の補修方法は、上記中子補修剤を中子の欠陥部分に塗布する中子補修剤塗布工程を有することを特徴とする。
【００１２】
上記中子の補修方法において、前記超微粒子の添加量を調整することによって、中子表面に形成されるシリカ層の厚さを変化させる構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、中子の欠陥部分を補修する際、中子補修剤を欠陥部分に塗布することによって、多孔体である中子に中子補修剤中の水分が吸収されるとともに、シリカゾル粒子及び超微粒子の層が残されることによって、欠陥部分を埋めることができる。この際、補修面に凸部が形成されないため、削り取り作業を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の中子補修剤を用いた中子の補修方法を説明する断面図である。
【図２】従来の中子補修剤を用いた中子の補修方法を説明する断面図である。
【図３】シリカフュームの添加量とコーティング厚さの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の中子補修剤について詳細に説明する。
本実施形態の中子補修剤の補修対象となる中子は、精密鋳造用中子であり、鋳型の製造工程におけるワックス型射出成形の際に金型とともに用いられる。中子は、原料としてシリカやジルコン等を用いることが好ましい。原料中には、溶湯と反応して溶融してしまう酸化鉄などの鉄分や、酸化チタン、酸化ナトリウム等の不純物を含んでいても構わない。
【００１６】
中子の製造方法は、特に限定されないが、まず、中子の成形工程として、例えば、原料と１８０℃のワックスを混合して、これを金型に圧入して成形し、生中子を成型する。次に、中子の焼成工程としては、ワックスを除去するため、生中子を約４００〜５００℃まで加熱し、さらに、中子の強度を上げるため、約１３００℃で焼成する。約１５００℃で焼成すると、生中子の形状が変形してしまうため、好ましくない。これにより、本実施形態の中子補修剤の補修対象となる多孔体の中子を得ることができる。 
【００１７】
本実施形態の中子補修剤は、シリカゾル（例えば、日産化学（株）製のスノーテックス３０（登録商標））と、シリカフューム（超微粒子）とを分散混合して形成されている。
【００１８】
シリカゾルは、水を分散媒体とし、粒子径１０ｎｍ〜４０ｎｍ、好ましくは粒子径２０ｎｍ程度のＳｉＯ２粒子を水中に分散させたコロイド溶液（エマルジョン）である。ＳｉＯ２粒子の濃度は、１０ｗｔ％（重量パーセント濃度）〜４０ｗｔ％が好ましく、３０ｗｔ％程度が最も好ましい。
ＳｉＯ２粒子の濃度が低すぎるとスラリー本体の粘度が低くなり好ましくない。ＳｉＯ２粒子の濃度が高すぎると、粒子の凝集が発生するため好ましくない。ＳｉＯ２粒子は球形（粒形）をなしている。
【００１９】
シリカフュームは、アーク式電気炉などにより金属シリコンやフェロシリコンを精錬する際の排ガス中に含まれる副産物で電気集塵器により捕集される。その成分は８０％以上が非晶質のＳｉＯ２である。シリカフュームの粒子径は０．１μｍ〜０．３μｍである。
【００２０】
（中子補修剤の製造方法）
次に、本実施形態の中子補修剤の製造方法について説明する。中子補修剤の製造方法は、シリカフュームを混合するシリカフューム混合工程と、シリカゾルとシリカフュームとを混ぜて練り合わせる混練工程と、を有する。
まず、シリカフューム混合工程として、シリカゾル１００重量部に対し、シリカフューム２０重量部を混合する。これにより、シリカゾル・シリカフューム混合体が生成される。
【００２１】
次いで、混練工程として、上記シリカゾル・シリカフューム混合体に、ジルコニアボール（超微紛体原料の粉砕・分散に使用される球体）を適量入れた後、２４時間、シリカゾルとシリカフュームとを混ぜて練り合わせる。これによって、シリカゾルにシリカフュームが分散混合される。この際、ボールミルを用いて撹拌することが好ましい。
以上の工程を経て、中子補修剤として使用可能なスラリーが生成される。このようにして生成された中子補修剤は、密閉容器での常温静置による保存が可能である。
【００２２】
（中子の補修方法）
次に、本実施形態の中子の補修方法について説明する。本発明の中子の補修方法は、欠陥部分確認工程と、補修剤塗布工程と、を有する。
欠陥部分確認工程において、作業者は、中子を目視により検査し、図１に示すような欠陥部分（クラックＣ）を確認する。クラックＣの深さは例えば、２００μｍ以下が想定されている。
【００２３】
作業者は、筆（又は刷毛、長さ５ｍｍ程度）を用いて中子表面ＳのクラックＣ周辺に中子補修剤１を塗布する。中子Ｎは多孔体であるため、表面Ｓに塗布された中子補修剤１中の水分は中子Ｎに吸収される。この際、僅かに中子Ｎに吸収されなかった中子補修剤１が表面Ｓに薄い膜（コーティング層）を形成するが、この膜厚（コーティング厚さ）は１００μｍ以下となる。
【００２４】
一方、高い流動性を有する中子補修剤１は、クラックＣ内にシリカゾル粒子及びシリカフュームの微粒の層（シリカ膜）を形成する。乾燥すると、シリカゾルはゲル化し、強固な膜が形成される。クラックＣに塗布された中子補修剤は流動性が高いため、塗布するのみで補修が完了する。
【００２５】
また、本実施形態の中子補修剤は、クラックの補修のみならず、中子の表面に形成されたくぼみにも使用することができる。くぼみに対して使用する際は、くぼみ全体に中子補修剤を塗布することで完了する。これにより、くぼみを保護することができる。
【００２６】
なお、本発明の中子補修剤の塗布方法は、中子補修剤を中子の表面に均一に配することができれば、筆を用いた方法に限ることはない。例えば、スプレー法（スプレーガン、エアブラシなど）により、中子補修剤を欠陥部分に塗布してもよい。スプレー法を用いる場合は、１０ｃｍ／ｓ程度の移動速度でスプレーを操作することが好ましい。
スプレー法を用いることによって、効率よく広い面積を補修することができる。
【００２７】
（鋳型の製造方法）
次に、本実施形態の中子補修剤を用いた鋳型の製造方法について説明する。
鋳型の製造方法は、中子材と金型とを用いてワックス型を射出成形する射出成形工程と、ワックス型を本実施形態の鋳型形成用スラリーに浸漬した後、耐火砂をまぶして乾燥させる鋳型造型工程と、鋳型内のワックス型を溶出する脱ろう工程と、鋳型を焼成する鋳型焼成工程と、を有する。
【００２８】
射出成形工程として、まず、中子を用意する。作業者は、本実施形態の中子補修剤を用いて中子に形成された欠陥部品の補修を行う。次いで、中子を金型に埋め込み、金型にろうを射出成形する。次いで、金型を外し、中子の外側がろうで覆われたろう成形部品を取り出す。ろう成形部品に、ろう成形の湯口とセキを取り付けて、ワックス型を組み立てる。
【００２９】
鋳型造形工程として、ワックス型をスラリーに浸漬させた後、引き上げて耐火砂をまぶし、数時間乾燥させる。スラリー浸漬から乾燥までの一連の作業を約１０回繰り返し、ワックス型の表面上に約１０ｍｍの層を形成させて、鋳型を造形する。
【００３０】
そして、脱ろう工程として、鋳型を、約１０気圧、約１５０℃の加熱蒸気により、鋳型内のろうを溶かして除去する。これによって、鋳型と中子材との間にタービン翼の形状をした空間を形成することができる。
鋳型焼成工程として、ろうを除去した鋳型を約９００〜１２００℃の温度で、約１〜１０時間に亘り焼成する。
【００３１】
例えばタービン翼などの鋳物を製造する際には、鋳型内に溶湯を流し込む鋳込み工程と、鋳型をばらした後、得られた鋳造物内の中子材を高温アルカリ溶液中にて溶出する中子除去工程とを含む。 
【００３２】
鋳型の焼成後、鋳込み工程として、鋳型を予熱して、炉内に素早くセットする。そして、真空中にて、約１５００℃の溶融合金（溶湯）を、鋳型内に流し込む。
最後に、中子除去工程として、鋳型をばらし、湯口とセキを切断して、仕上げ作業を行った後、得られた合金を高温アルカリ溶液の中に入れる。高温アルカリ溶液は、例えば、約１８０℃の温度に熱した約４０〜５０ｗｔ％のＮａＯＨ又はＫＯＨ溶液を用いることができる。この溶液に約１２〜２４時間に亘って浸し、加圧・減圧を繰り返すことにより、合金内の中子材と、中子材の表面上のコーティングとを溶出させて、合金からなる中空構造を有するタービン翼を得ることができる。タービン翼は、サンドブラストやグラインダーにより仕上げを行い、寸法検査、ザイグロ検査、Ｘ線検査等を行う。
【００３３】
本実施形態の中子補修剤１を用いて補修を行った中子を使用して鋳型形成し、鋳込み試験を実施したところ、補修の効果が大きく表れた。クラックの部分は差し込みが入るが、補修の結果、差し込みは全くなかった。また、表面のくぼみについては、補修の結果、凹凸が小さくなることが確認された。
【００３４】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の中子補修剤について説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の中子補修剤は、第一実施形態の中子補修剤がシリカゾル１００重量部に対し、シリカフューム２０重量部を混合したことに対し、シリカフュームの量を変更したことを特徴としている。
【００３５】
具体的には、シリカゾル１００重量部に対し、シリカフュームの量を１０、２０、３０、４０、５０重量部と変化させた。図３に示すように、シリカフュームの添加量によって、コーティング厚さが変化することがわかった。即ち、中子補修剤を塗布した場合に形成されるコーディング層の厚さは、シリカフュームの量が増えるほど厚くなった。
【００３６】
上記実施形態によれば、シリカゾルに添加するシリカフュームの量を調整することによって、コーティング厚さを変化させることができる。即ち、補修する欠陥部分の状態に応じてコーティング厚さを調節することができる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例について説明したが、これらの実施形態、実施例は、あくまで本発明の要旨の範囲内の一つの例に過ぎず、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。すなわち本発明は、前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、その範囲内で適宜変更可能であることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３８】
１  中子補修剤
Ｃ  クラック
Ｎ  中子
Ｓ  表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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