(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つ以上の下位表面セラミック含有物が鋳物の外面下に存在する場合があり、且つ、前記鋳物の目視検査では検出不可能である、前記鋳物の製法において、Ｘ線検出能又は中性子光線検出能を有するエルビウム含有セラミックから少なくとも部分的に成る鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方を形成した鋳型を形成し、前記鋳型中に金属又は合金を鋳造し、前記鋳型から凝固済み鋳物を離脱させ、放射線写真が得られるＸ線ラジオグラフィと中性子光線ラジオグラフィの内の一方を含む非破壊試験を前記凝固済み鋳物に施し、下位表面セラミック含有物が前記鋳物の外面下に存在するか否かの判定を前記放射線写真から行うことを特徴とする、鋳物の製法。
【請求項２】
前記エルビウム含有セラミックとｐＨ抑制剤を含むべく鋳型フェイスコートを形成することを含むことを特徴とする、特許請求の範囲の請求項１に記載の鋳物の製法。
【請求項３】
前記エルビウム含有セラミックは、前記鋳型フェイスコート中に存在するセラミック成分の重量比約１０％乃至１００％の量だけ存在するエルビアから成ることを特徴とする、特許請求の範囲の請求項１に記載の鋳物の製法。
【請求項４】
前記エルビウム含有セラミックは、融解エルビアから成ることを特徴とする、特許請求の範囲の請求項１に記載の鋳物の製法。
【請求項５】
下位表面セラミック含有物がチタン又はチタン合金の鋳物の外面下に存在する場合があり、且つ、前記鋳物の目視検査では検出不可能である、前記チタン又はチタン合金の鋳物の製法において、高Ｘ線検出能又は高中性子光線検出能を有するエルビウム含有セラミックから少なくとも部分的に成る鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方を形成した鋳型を形成し、前記鋳型のフェイスコートに前記チタン又はチタン合金を接触させて鋳造し、凝固済み鋳物を前記鋳型から離脱させ、アルファケースを除去するために前記凝固済み鋳物をケミカルミリングし、放射線写真が得られるＸ線ラジオグラフィ又は中性子光線ラジオグラフィを前記ケミカルミリング済みの鋳物に施し、下位表面セラミック含有物が前記鋳物の外面下に存在するか否かの判定を前記放射線写真から行うことを特徴とする、チタン又はチタン合金の鋳物の製法。
【請求項６】
鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方の中にエルビアを前記エルビウム含有セラミックとして含有させることを含むことを特徴とする、特許請求の範囲の請求項５に記載のチタン又はチタン合金の鋳物の製法。
【請求項７】
エルビアが前記鋳型フェイスコートの重量比約１０％乃至１００％の量だけ存在することを特徴とする、特許請求の範囲の請求項６に記載のチタン又はチタン合金の鋳物の製法。
【請求項８】
前記鋳型フェイスコート中に融解エルビアを含有させることを含むことを特徴とする、特許請求の範囲の請求項６に記載のチタン又はチタン合金の鋳物の製法。
【請求項９】
下位表面セラミック含有物が、チタン又はチタン合金の機体構造部品鋳物の外面下に存在する場合があり、且つ、前記鋳物の目視検査では検出不可能である、前記チタン又はチタン合金の機体構造部品鋳物の製法において、前記部品と略同じ形状を有するとともに高Ｘ線検出能又は高中性子光線検出能を有するエルビウム含有セラミックから少なくとも部分的に成る鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方を形成した鋳型を形成し、前記鋳型中に前記チタン又はチタン合金を鋳造し、前記鋳型から凝固済み鋳物を離脱させ、アルファケースを除去するために前記凝固済み鋳物をケミカルミリングし、放射線写真が得られるＸ線ラジオグラフィ又は中性子光線ラジオグラフィを前記ケミカルミリング済みの鋳物に施し、下位表面セラミック含有物が前記鋳物の外面下に存在するか否かの判定を前記放射線写真から行うことを特徴とする、チタン又はチタン合金の機体構造部品鋳物の製法。
【請求項１０】
鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方の中にエルビアを前記エルビウム含有セラミックとして含有させることを含むことを特徴とする、特許請求の範囲の請求項９に記載のチタン又はチタン合金の鋳物の製法。
【請求項１１】
エルビアが前記鋳型フェイスコートの重量比約１０％乃至１００％の量だけ存在することを特徴とする、特許請求の範囲の請求項９に記載のチタン又はチタン合金の鋳物の製法。
【請求項１２】
前記鋳物が、１インチ（２．５４ｃｍ）乃至６インチ（１５．２４ｃｍ）の断面厚さを有することを特徴とする、特許請求の範囲の請求項９に記載のチタン又はチタン合金の機体構造部品鋳物の製法。
【請求項１３】
一つ以上の下位表面セラミック含有物が鋳物の外面下に存在する場合があり、且つ、前記鋳物の目視検査では検出不可能である、前記鋳物の製法において、高Ｘ線検出能又は高中性子光線検出能を有するエルビウム含有セラミックから少なくとも部分的に成る鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方を形成した鋳型を形成し、前記鋳型中に金属又は合金を鋳造し、前記鋳型から凝固済み鋳物を離脱させ、エルビウムの放射性同位体を形成するために前記鋳物を照射することを含む非破壊検査を前記凝固済み鋳物に施し、前記鋳型フェイスコートあるいは鋳型バックアップ層から発生する下位表面セラミック含有物が前記鋳物の外面下に存在するか否かの検出を、エルビウムの前記放射性同位体の有無を検出することによって行うことを特徴とする、鋳物の製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳物上に存在する場合がある下位表面セラミック含有物の検出能が得られるようにセラミックモールドフェイスコートを用いた金属と合金の鋳造、特にチタンとチタン合金の鋳造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セラミックモールド中のチタンとチタン合金及び類似の反応性金属のインベストメント鋳造は、酸素や窒素及び炭素等の元素に対する金属の親和性によって困難になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
チタンとチタン合金は、高温時、通常では酸化セラミックから成るモールドフェイスコートと反応する場合がある。例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ等のチタン合金は、ジルコニア等の酸化セラミックフェイスコートを有するセラミックインベストメントシェルモールド中でインベストメント鋳造中の高温時、酸化セラミックと反応し、アルファケースとして周知の脆い酸素富化表面層を形成するが、この表面層は、鋳物の力学的特性に悪影響を与えるものであり、例えば米国特許第４  ７０３  ８０６号に記載した鋳造後ケミカルミリング作業で研削される。
【０００４】
さらに、前記モールドフェイスコートから生じる酸化セラミック粒子が、鋳造作業中、前記モールドフェイスコートの物理的剥離だけでなく、反応性溶湯と前記モールドフェイスコートの間の相互作用でも、鋳物中のアルファケース層下に下位表面含有物として一体化してしまう場合がある。この酸化下位表面含有物は、ケミカルミリング後でも、鋳物の目視調査では目に見えない。
【０００５】
セラミックインベストメントシェルモールド中にチタンとチタン合金をインベスト鋳造することによってチタン基の機体構造部品を製造する場合、鋳物上に存在するアルファケースの除去をケミカルミリング作業だけで済むようにすべく鋳物を準正味形状に鋳造する必要があるという点で問題を伴う。但し、鋳物中のアルファケース下に位置する下位表面セラミック含有物は、ケミカルミリング作業で除去されず、さらに鋳物の目視検査では見えない。したがって、鋳物の外面下に存在する場合がある下位表面セラミック含有物の検出能を強化させるようにセラミックインベストメントシェルモールド中にチタンとチタン合金をインベストメント鋳造することによって上記機体構造部品を製造する方法が技術的に必要である。
【０００６】
本発明の目的は、鋳物の外面下に存在する場合がある下位表面セラミック含有物を容易に検出することができる機能をもたせることによって上記必要性を満たす鋳型フェイスコートに、チタンとチタン合金の他に別の金属と合金も接触させて鋳造することによって、例えば機体構造部品鋳物等の鋳物を製造する方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、一つ以上の下位表面セラミック含有物が鋳物の外面下に存在する場合があり、且つ、前記鋳物の目視検査では検出不可能である、前記鋳物の製法において、Ｘ線検出能又は中性子光線検出能を有するエルビウム含有セラミックから少なくとも部分的に成る鋳型フェイスコートと鋳型バックアップ層の内の一方を形成した鋳型を形成し、前記鋳型中に金属又は合金を鋳造し、前記鋳型から凝固済み鋳物を離脱させ、放射線写真が得られるＸ線ラジオグラフィと中性子光線ラジオグラフィの内の一方を含む非破壊試験を前記凝固済み鋳物に施し、下位表面セラミック含有物が前記鋳物の外面下に存在するか否かの判定を前記放射線写真から行うことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの態様は、鋳物の外面下に存在する場合がある下位表面セラミック含有物のＸ線検出能や中性子光線検出能又はその他の非破壊検出能が得られるように、セラミックモールド中に金属又は合金、特にチタンとチタン合金、を鋳造することによって鋳物部品を製造する方法に関する。本発明は、１実施例において、エルビウム含有セラミック又はその他のＸ線検出性又は中性子検出性セラミック物質を含むフェイスコート（又は、その他の、鋳物中の含有物を惹起する場合がある鋳型層）を有するセラミックシェルモールドを形成し、前記セラミックシェルモールド中に金属又は合金を鋳造し、凝固済み鋳物を前記シェルモールドから取り出し、鋳物の目視検査では検出不可能な鋳物外面下の下位表面含有物を検出すべくＸ線ラジオグラフィ又は中性子光線ラジオグラフィを前記凝固済み鋳物に施すことによって実施することができる。
【０００９】
本発明の別の実施例においては、チタン金属又はチタン合金を、エルビウム含有セラミック又はその他のＸ線検出性フェイスコート成分を含む鋳型フェイスコート及び／又はバックアップ層に接触させて鋳造し、インベストメントシェルモールド中にチタン金属又は合金を鋳造し、前記シェルモールドから凝固済み鋳物を取り出し、前記鋳物上に存在するアルファケースを除去すべく前記鋳物のケミカルミリングを行い、鋳物の外面下に存在する下位表面セラミック含有物を検出すべくＸ線ラジオグラフィ又は中性子光線ラジオグラフィを前記凝固済みケミカルミリング済み鋳物に施す。
【００１０】
本発明の別の態様によるモールドフェイスコートスラリーは、エルビウム含有セラミックと、望ましくは融解エルビア粉末と、オプションの無機バインダーと、モールドフェイスコートを形成するために鋳造予定の部品のパターンに塗布される１０よりも高いスラリーｐＨになる量だけ存在する無機ｐｈ抑制剤と、から成る。この無機ｐＨ抑制剤は、約１０．２乃至約１０．４のスラリーｐＨになる量だけ存在するアンモニア又はその他の水酸化物から成る。さらに、前記フェイスコートスラリーは、エルビウム含有セラミック微粒子と組み合わせて、ジルコニア、アルミナ、イットリア、及びシリカの微粒子から成るグループから選ばれた１つ以上の別のセラミック微粒子を含む。通常、前記スラリーは、セラミックシェルモールドを形成する周知のロストワックス法において、鋳物の一過性パターンに１つ以上のコーティングとして塗布される。
【００１１】
【実施例】
本発明の上記目的と長所は、以下の詳細な説明から更に一層容易に明白になるであろう。
【００１２】
本発明は、１つの態様において、鋳物の外面下に存在する場合がある下位表面フェイスコート含有物のＸ線検出能又は中性子光線検出能を強化させるように、反応性金属又は合金、特にチタンとチタン合金、のインベストメント鋳造に使うシェルモールドの形成に使用されるセラミックフェイスコートスラリーに関する。その他の適用可能な反応性金属又は合金には、ニッケル基超合金とコバルト基超合金と鉄を主成分とする超合金とであって、ハフニウムとイットリウムとその他とを含む反応性合金元素から成る前記超合金と、ジルコニウム及びジルコニウム合金と、反応性合金元素を含むアルミニウム合金と、その他の合金と、が含まれるが、これに限定するものではない。
【００１３】
本発明が特に有用なのは、セラミックシェルモールド中にチタンとチタン合金をインベストメント鋳造することによってチタンを主成分とする大型の機体構造鋳造部品を製造する場合であり、部品を準正味形状に鋳造し、アルファケースを除去するためにケミカルミリングを施し、この後に続いて、このケミカルミリングした外面下の下位表面セラミック含有物が容易に検出できるようになっている。通常、かかる大型のチタン基機体構造鋳造部品は、例えば、１インチ（２．５４ｃｍ）乃至３インチ（７．６２ｃｍ）以上等の厚さ１インチ（２．５４ｃｍ）以上から厚さ６インチ（１５．２４ｃｍ）までの断面厚さを有する。
【００１４】
本発明の１実施例においては、前記セラミック・モールド・フェイスコート・スラリーは、エルビウム含有セラミック微粒子、及び、オプションの無機バインダ中に混合されたオプションの別のセラミック微粒子と、１０よりも高いスラリーｐＨになる量だけ存在する無機ｐＨ抑制剤と、から成る。
【００１５】
前記エルビウム含有セラミック微粒子は、融解、か焼き、又は焼結のエルビア（酸化エルビウム）粉末と、融解状のエルビウム・アルミナざくろ石（原子式Ｅｒ3 Ａｌ5 Ｏ12）と、から選択することができる。融解エルビア粉末は、か焼きエルビア粉末又は焼結エルビア粉末よりも密度が濃くてチタン又はチタン合金の溶湯と化学反応しにくいという点で、融解エルビア粉末がエルビアスラリー成分として好適であるが、但し、本発明の実施において、か焼きエルビア粉末又は焼結エルビア粉末を使用することができる。本発明を実施するのに特に有用な融解エルビア粉末は、Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ａｕｅｒｍｅｔ  ＧｍｂＨ、  Ａ−９３３０  Ｔｒｅｉｎｂａｃｈ−Ａｌｔｈｏｆｅｎ、オーストリア国（Ａｕｓｔｒｉａ）から、粉末粒径−３２５メッシュ（４４ミクロン未満）のＡｕｅｒｃｏａｔ  ４／３として入手できる。また、本発明を実施するのに有用なか焼きエルビア粉末も、Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ａｕｅｒｍｅｔ  ＧｍｂＨから、粒径−３２５メッシュ（４４ミクロン未満）のＡｕｅｒｃｏａｔ  ４／４として入手できる。メッシュサイズは、米国スタンダード・スクリーン・システム（Ｕ．Ｓ．Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｓｃｒｅｅｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）に準じる。
【００１６】
前記エルビウム含有セラミック微粒子に加えて、前記セラミックスラリーは、例えば、１つ以上のアルミナ、イットリア、ジルコニア、安定化ジルコニア又は、カルシア部分安定化ジルコニア等の部分安定化ジルコニア、シリカ及ジルコン粉末等から選んだ別のセラミック微粒子を含むことができる。前記スラリーのこれら別のセラミック微粒子成分は、鋳造する予定の金属又は合金にしたがって使用する。チタンとチタン合金の場合、粒径−３２５メッシュのジルコニア粉末は、チタン湯とチタン合金湯に対して低コストで低反応性であるため、好適な追加セラミックスラリー成分である。本発明を実施する際、例えば僅か−２００メッシュ乃至−４００メッシュ等の比較的細かいセラミック粉末又は比較的粗いセラミック粉末を使用することができる。
【００１７】
前記スラリーが上記追加セラミック微粒子の内の１つ以上を含む場合、エルビウム含有セラミック微粒子は、前記スラリーの重量比約１０％乃至１００％未満の量だけ存在することが望ましく、さらに望ましくは、前記スラリーの重量比１５％乃至６０％の量だけ存在することである。チタン合金を鋳造する際、重量比５０対５０のＥｒ2 Ｏ3 ／Ｚｒ2 Ｏ3 のスラリーが好適である。
【００１８】
オプションの無機バインダは、デュポン（ＤｕＰｏｎｔ）のコロイドシリカ「ルドックスＨＳ−３０」（Ｌｕｄｏｘ  ＨＳ−３０）として入手できるコロイドシリカから成るものが望ましい。このコロイドシリカバインダが存在すると、当該コロイドシリカバインダによってエルビウム含有粒子の他に焼結モールドフェイスコートの別のセラミック粒子成分も高温結合する。本発明の実施に使用できる他のバインダには、ケイ酸エチル、及び、その他の当業者に周知なもの、が含まれる。エルビウム含有粒子とその他のセラミック粒子成分は、バインダが要らないような自己焼結を選ぶことができる。
【００１９】
前記スラリーには少量の脱イオン水が含まれ、Ｚａｈｎ  ＃４のカップ粘度測定法で定まるディップコートの場合、通常、スラリー粘度を１５秒〜５０秒以内に調節するように、望ましくは２０秒〜２５秒以内に調節するようになっている。前記スラリーに含まれる水の量は、シェルモールドの生強度又は焼成強度を減じさせないように制限される。
【００２０】
前記スラリーに含まれる前記無機ｐＨ抑制剤は、１０よりも高いスラリーｐＨになる量だけ存在する試薬等級水酸化アンモニウムから成るものが望ましく、さらに、約１０．２乃至約１０．４のスラリーｐＨになる量だけ存在する試薬等級水酸化アンモニウムから成るものが望ましい。この水酸化アンモニウムのｐＨ抑制剤は、スラリーｐＨを上記値の範囲内に抑えるために前記スラリー中にコロイドシリカと一緒に含有し、前記スラリーのゲル化を防いでポットライフが長くなるようにしている。
【００２１】
また、前記セラミックフェイスコートスラリーは、以下の範例セラミックフェイスコートスラリーに例示したように、鋳型フェイスコートの生強度のためのラテックスと、粘度抑制剤と、界面活性剤と、消泡剤と、デンプンと、ゴムと、細粒結晶の核生成剤と、を含む等、他に有利な成分も含むことができるが、これに限定するものではない。
【００２２】
本発明による次の好適な四例のセラミックフェイスコートスラリーを、有用なスラリーを例示するために説明するが、これに限定するものではない。
【００２３】
下記実例において、「ルドックスＨＳ−３０」（Ｌｕｄｏｘ  ＨＳ−３０）は、米国デラウェア州（Ｄｅｌａｗａｒｅ）、ウイリントン市（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ）のデュポン（ＤｕＰｏｎｔ）から入手できるコロイドシリカである。「ラテックス」（ＬＡＴＥＸ）は、米国ノースカロライナ州（Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）、リサーチトライアングルパーク市（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｐａｒｋ）のレイチェルド（Ｒｅｉｃｈｈｏｌｄ）から入手できる鋳型生強度のスチレン・ブタジエン・ラテックスである。「アルジナイト・アンモニア」（ＡＭＭＯＮＩＵＭ  ＡＬＧＩＮＡＴＥ）は、市販の粘度抑制剤である。
【００２４】
ＤＩ  Ｈ２Ｏは、脱イオン水である。「１４１０」は、米国ミシガン州（Ｍｉｃｈｉｇａｎ）、ミッドランド市（Ｍｉｄｌａｎｄ）のデューコーニング（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ）から入手できる消泡剤である。「ミンフォーム  １Ｘ」（ＭＩＮＦＯＡＭ  １Ｘ）は、米国コネチカット州（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）、ダンベリ市（Ｄａｎｂｕｒｙ）のユニオンカーバイドコーポレーション（Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手できる界面活性剤である。ＮＨ４ＯＨは、試薬等級濃縮水酸化アンモニアである。
【００２５】
「ジルコニア「Ｑ」」（ＺＩＲＣＯＮＩＡ  ”Ｑ”）と「ジルコニア「Ｉ」」（ＺＩＲＣＯＮＩＡ  ”Ｉ”）は、米国マサチューセッツ州（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）、ウォーセスト市（Ｗｏｒｃｅｓｔｏｒ）のノートンカンパニー（Ｎｏｒｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できる−３２５メッシュのジルコニア粉末である。「カルサインド・エルビア」（ＣＡＬＣＩＮＥＤ  ＥＲＢＩＡ）は、前記Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ａｕｅｒｍｅｔ  ＧｍｂＨから入手できる−３２５メッシュのエルビア粉末である。また、「ヒューズド・エルビア」（ＦＵＳＥＤ  ＥＲＢＩＡ）も、Ｔｒｅｉｂａｃｈｅｒ  Ａｕｅｒｍｅｔ  ＧｍｂＨから入手できる−３２５メッシュのエルビア粉末である。
【００２６】
エルビアフェイスコート成分
１．
か焼エルビア＋ジルコニア「Ｑ」スラリー
成分                                            量（ｇｍ）
ＨＳ−３０                                      １３９２
ラテックス（ＬＡＴＥＸ）                            ９１
アルジナイト・アンモニウム                        １３５
（ＡＭＭＯＮＩＵＭ  ＡＬＧＩＮＡＴＥ）
ＤＩ  Ｈ２Ｏ                                       ３００
ミンフォーム  １Ｘ（ＭＩＮＦＯＡＭ  １Ｘ）          １１
１４１０                                              ５
ＮＨ４ＯＨ                                          ２５
カルサインド・エルビア                          ４１００
（ＣＡＬＣＩＮＥＤ  ＥＲＢＩＡ）
ジルコニア「Ｑ」（ＺＩＲＣＯＮＩＡ”Ｑ”）      ４１００
２．
か焼エルビア＋ジルコニア「Ｉ」スラリー
成分                                            量（ｇｍ）
ＨＳ−３０                                      １３９２
ラテックス（ＬＡＴＥＸ）                            ９１
アルジナイト・アンモニウム                        １３５
（ＡＭＭＯＮＩＵＭ  ＡＬＧＩＮＡＴＥ）
ＤＩ  Ｈ２Ｏ                                       ３００
ミンフォーム  １Ｘ（ＭＩＮＦＯＡＭ  １Ｘ）          １１
１４１０                                              ５
ＮＨ４ＯＨ                                          ２５
カルサインド・エルビア                          ４１００
（ＣＡＬＣＩＮＥＤ  ＥＲＢＩＡ）
ジルコニア「Ｉ」（ＺＩＲＣＯＮＩＡ”Ｉ”）      ４１００
３．
融解エルビア＋ジルコニア「Ｑ」スラリー
成分                                            量（ｇｍ）
ＨＳ−３０                                      １３９２
ラテックス（ＬＡＴＥＸ）                            ９１
アルジナイト・アンモニウム                        １３５
（ＡＭＭＯＮＩＵＭ  ＡＬＧＩＮＡＴＥ）
ＤＩ  Ｈ２Ｏ                                       ３００
ミンフォーム  １Ｘ（ＭＩＮＦＯＡＭ  １Ｘ）          １１
１４１０                                              ５
ＮＨ４ＯＨ                                          ２５
ヒューズド・エルビア                            ６７５０
（ＦＵＳＥＤ  ＥＲＢＩＡ）
ジルコニア「Ｑ」（ＺＩＲＣＯＮＩＡ”Ｑ”）      ６７５０
４．
融解エルビア＋ジルコニア「Ｉ」スラリー
成分                                            量（ｇｍ）
ＨＳ−３０                                      １３９２
ラテックス（ＬＡＴＥＸ）                            ９１
アルジナイト・アンモニウム                        １３５
（ＡＭＭＯＮＩＵＭ  ＡＬＧＩＮＡＴＥ）
ＤＩ  Ｈ２Ｏ                                       ３００
ミンフォーム  １Ｘ（ＭＩＮＦＯＡＭ  １Ｘ）          １１
１４１０                                              ５
ＮＨ４ＯＨ                                          ２５
ヒューズド・エルビア                            ６７５０
（ＦＵＳＥＤ  ＥＲＢＩＡ）
ジルコニア「Ｉ」（ＺＩＲＣＯＮＩＡ”Ｉ”）      ６７５０
【００２７】
前記セラミックフェイスコートスラリーは、上述したスラリー成分を、プロペラミキサー等の通常の混合機器を使って通常の方法で混合することによって作られる。前記フェイスコート成分を混合する順番は、当該成分を上述した順番になる。このフェイスコートスラリーの粘度は、上述した液体又はセラミック粉末を添加することによって調節する。
【００２８】
通常、前記セラミックフェイスコートスラリーは、周知のロストワックス法にしたがって作られる予定の鋳物と同じ形状を有するワックスパターン等の一過性パターンに一つ以上のコーティングとして塗布される。例えば、ワックス、プラスチック、又はその他の（全収縮率を考慮して）所望の形状を有する適切な取り外し可能な材料、で作られたパターンを、通常のワックス又はプラスチックダイ噴射法で形成し、次に、前記セラミックモールドフェイスコートスラリー中に浸漬させる。また、このスラリーは、フローコーティングや噴霧又は流込みによって前記パターンに塗布することもできる。前記モールドフェイスコートが二つのディップコート又は二層から成る場合、同様に前記パターンをセラミックフェイスコートスラリー中に浸漬させて部分的に乾燥及び／又は硬化させる。
【００２９】
次に、この部分乾燥及び／又は硬化の単層（又は、複数の層）フェイスコートを比較的粗いセラミックスタッコで被覆するとともに、それに続いて、このパターン上に所望のシェルモールド厚さが肉盛りするまで互い違いにしたセラミックスラリーディップコートとセラミックスタッコから成るモールドバックアップ層で被覆する。チタンとチタン合金を鋳造するシェルモールドは、１００メッシュ乃至１２０メッシュの粒径範囲を有するアルミナスタッコで被覆するとともに、次に、互い違いのバックアップディップコート／スタッコ層であって、ジルコン基ディップコート（例えば、ジルコンと、コロイドシリカバインダと、その他の通常の成分と、から成るジルコン基バックアップスラリー）と、アルミナ又はケイ酸アルミナから成るとともに０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）乃至１．０インチ（２．５４ｃｍ）の範囲内のシェルモールド全厚まで肉盛りすべく１４メッシュ乃至２８メッシュのスタッコ粒径範囲を有するセラミックスタッコと、から成る前記互い違いのバックアップディップコート／スタッコ層で被覆した前記セラミックフェイスコートを含むことができる。
【００３０】
また、一つ以上の前記モールドバックアップ層は、例えば、鋳型の焼成及び／又は鋳造の作業中にシェルモールドのクラッキングによって前記（各）バックアップ層から発生してしまったかもしれない凝固鋳物中の含有物を検出しやすくするために、Ｘ線検出性エルビウム含有セラミック成分も含むことができる。前記（各）バックアップ層は、Ｘ線ラジオグラフィ又は中性子光線ラジオグラフィ又はその他の非破壊試験中に前記含有物の検出を強化するぐらい充分なＸ線検出性セラミック成分を含有する。
【００３１】
前記パターン上に形成したシェルモールドは、徹底的に乾燥させて水抜きするとともに、所謂、生シェルモールドを形成することができる。次に、前記一過性パターンを、融解、溶解、点火、又はその他既知のパターン取出し法によってこの生鋳型から選択的に取り出す。チタンとチタン合金を鋳造する場合、次に、この生鋳型を華氏１２００度（摂氏６４８．８８度）よりも高い温度で、望ましくは華氏１４００度（摂氏７６０度）乃至華氏２１００度（摂氏１１４８．８８度）で、１時間を超える期間、望ましくは２時間乃至４時間の期間、焼成して、鋳造の鋳物強度を持たせるようにする。焼成のガス体は、不活性ガス又は還元ガス体を使用することができるが、通常、周囲空気である。
【００３２】
溶湯を鋳造する前に、通常、前記シェルモールドを、鋳造する予定の金属又は合金にしたがって鋳型鋳込み温度まで予熱する。例えば、チタンとチタン合金の鋳造においては、シェルモールドを華氏６００度（摂氏３１５．５５度）乃至華氏１２００度（摂氏６４８．８８度）の範囲内の温度まで予熱する。溶湯は、重力法と、逆重力法と、圧力法と、遠心法と、その他の当業者にとって既知の鋳造法であって、真空、空気、不活性ガス、又はその他のガス体を含む通常の鋳造ガス体を用いた前記既知の鋳造法と、を含むことができる通常の方法によって、前記シェルモールド中に注湯する。一般に、チタンとチタン合金は、周知のように周囲空気中の酸素と反応しないようするために、相対的に減圧された状態で鋳造する。この凝固済み金属又は合金の鋳物を、通常、室温まで冷却させた後に、この鋳物を前記シェルモールドから取り出して、特定の鋳造金属又は合金に採用される通常の方法によって仕上げする。例えば、チタン又はチタン合金の鋳物の場合、凝固済み鋳物にケミカルミリング作業を施して、鋳物の外面に存在するアルファケースを除去する。
【００３３】
本発明の態様によると、前記凝固済み鋳物は、鋳物外面の目視検査では検出不可能な鋳物内の箇所の下位表面セラミック含有物粒子を検出するために仕上げした後に、Ｘ線ラジオグラフィを施す。例えば、チタン又はチタン合金の鋳物の場合、周知のようにアルファケースの深さは鋳物の厚さ（即ち、断面サイズ）に左右されるが、凝固済み鋳物にケミカルミリング作業を施して、鋳物の外面に存在するアルファケースを研削する。次に、このケミカルミリング済みの鋳物にＸ線ラジオグラフィを施して、ケミカルミリング済み鋳物の外面下に滞留する下位表面セラミック含有物を検出する。
【００３４】
一般に、前記セラミック含有物は、鋳造作業中、反応性溶湯とモールドフェイスコート及び／又はモールドフェイスコートの物理的スポーリング又はクラッキング及び／又はモールドバックアップ層の間の反応によって、シェルモールドフェイスコートから発生する。チタン鋳物及びチタン合金鋳物の場合、前記セラミック含有物粒子が、鋳物表面のアルファケース下に下位表面含有物として存在する場合がある。前記セラミック含有物粒子は、ケミカルミリング作業後、不規則なサイズの下位表面含有物として、このケミカルミリング済み外面下の不規則な箇所に不規則な深さで存在する場合がある。このため、この下位表面酸化セラミック含有物は、ケミカルミリング済み鋳物の目視検査では目に見えない。
【００３５】
前記鋳物に通常のＸ線機器でＸ線ラジオグラフィを施してＸ線ラジオグラフを撮るとともに、次に、このＸ線ラジオグラフの検査又は分析を行い、鋳物内に下位表面含有物が存在するか否かを判定する。
【００３６】
多くの場合、下位表面酸化セラミック含有物は、前記モールドフェイスコートから発生するので、フェイスコートに含まれる含有物は、本発明にしたがって使用される当該セラミックモールドフェイスコートによってＸ線検出性がある。特に、上述したモールドフェイスコートは、エルビウム含有セラミック（又は、その他のＸ線検出性セラミック）だけから成るとともに、あるいは、その他の１つ以上のセラミック物質から成る。エルビウムは、鋳物中に含有するチタン又は合金よりも高いＸ線密度を呈するだけでなく、鋳物に通常含まれるその他のセラミック成分よりも高いＸ線密度を呈するとともに、また、鋳造作業中、融解済みチタン及びチタン合金との反応に対して許容抵抗力を呈するので、前記エルビウム含有セラミックは、チタン鋳物及びチタン合金鋳物を作る場合、前記フェイスコートに好適である。
【００３７】
Ｘ線ラジオグラフィの代わりに、又は、Ｘ線ラジオグラフィに加えて、例えば、通常の中性子光線ラジオグラフィを実施する別の非破壊検査を前記凝固済み鋳物に施すことができる。存在するエルビウム同位体をカウントするために通常の放射性検出装置で検出可能な場合があるモールドフェイスコートセラミック成分であって、前記モールドフェイスコートセラミック成分のエルビウムの放射性同位体を形成するのに有効な鋳物の中性子放射を伴う中性子活性化を、前記凝固済み鋳物に施すことができる。
【００３８】
本発明は、詳細に上述したエルビウム含有セラミックモールドフェイスコート以外のモールドフェイスコートを使って実施することができる。例えば、別のＸ線検出性スラリー成分を含むモールドフェイスコートスラリーを使用することができる。例えば、使用可能な別のセラミックフェイスコートスラリーは、ＷＯ2 、ＴｈＯ2 、ＨｆＯ2 、ＵＯ2 、及びＹｂ2 Ｏ3 、といったＸ線検出性スラリー成分を含む。詳細に上述したエルビウム含有セラミックスラリーは、上述したように、他の元素に比べて比較的高いエルビウムのＸ線検出能と、別の高Ｘ線密度セラミック物質には見られない鋳造中の融解チタン及びチタン合金との反応に対するエルビアの高抵抗力と、により好適である。さらに、前記エルビウム含有フェイスコートは、ＴｈＯ2 及びその他の放射性セラミック含有フェイスコートと比べて放射性がないので、したがってこのため有利である。
【００３９】
次の実例は、例示のために説明するが、これに限定するものではない。
【００４０】
図１に示すように、穴の深さがまちまちな平底部の円柱状穴（直径０．１２５インチ（０．３１７５ｃｍ））から成る三角アレイ又はパターン「１．」、「２．」、及び「３．」を含むように、市販のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖチタン合金から成るテストクーポン（ｔｅｓｔ  ｃｏｕｐｏｎｓ）を製造した。例えば、パターン「１．」が有した穴の深さは０．００５インチ（０．０１２７ｃｍ）であり、パターン「２．」が有した穴の深さは０．０１０インチ（０．０２５４ｃｍ）であり、パターン「３．」が有した穴の深さは０．０２０インチ（０．０５０８ｃｍ）であった。図１に、穴と穴の間の間隔（インチ寸法）を図示している。前記テストクーポンが有した厚さは、０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）、０．９０インチ（２．２８６ｃｍ）、及び２．１インチ（５．３３４ｃｍ）、とまちまちであった。
【００４１】
フェイスコートセラミック粉末から成る様々な混合物を混ぜ合わせた。以下、説明するように、前記混合物を前記穴の中に充填充塞した他に、エルビア粉末を単独で穴の中に充填充塞し、ジルコニア粉末を単独で穴の中に充填充塞し、イットリア粉末を単独で穴の中に充填充塞した。特に、各々の三角アレイ又はパターンの穴を乾燥セラミック粉末又はその混合物で充填し、セラミックフェイスコート物質をシュミレートし、この場合、各コーナの穴を、「Ｅｒ」と明示した穴に対して１００％のエルビア粉末として指示した重量比１００％のセラミック粉末（−３２５メッシュ）で充填し、「Ｚｒ」と明示した穴に対して１００％のジルコニア粉末として指示した重量比１００％のセラミック粉末（−３２５メッシュ）で充填し、「Ｙ」と明示した穴に対して１００％のイットリア粉末として指示した重量比１００％のセラミック粉末（−３２５メッシュ）で充填した。上記セラミック粉末の混合物は、コーナの穴に隣接する７５／２５の混合物から始まって、次に５０／５０の混合物を、その次に２５／７５の混合物を、前記三角パターン周りに介在する各々の穴の中に充填した。例えば、「Ｅｒ」のコーナ穴と、「Ｚｒ」のコーナ穴と、の間において、「Ｅｒ」のコーナ穴近傍の最初の穴が、７５％のエルビア粉末／２５％のジルコニア粉末を含み、次の中間穴が５０％のエルビア粉末／５０％のジルコニア粉末を含み、「Ｚｒ」のコーナ穴近傍の最後の穴が２５％のエルビア粉末／７５％のジルコニア粉末を含んだ。
【００４２】
使用したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖのクーポンの厚さの場合、Ｘ線パラメータが標準生産パラメータに近似したので、以下、列記する。
【００４３】
クーポンの厚さ      フィルム        露光時間        キロボルト
０．２５インチ        Ｄ３            ２分            １２５
（０．６３５ｃｍ）
０．９０インチ        Ｄ５            ２分            ２００
（２．２８６ｃｍ）
２．１インチ          Ｄ７            ２分            ２５０
（５．３３４ｃｍ）
【００４４】
Ｘ線検出能テストの結果を図２乃至図４に示すが、この場合、１００％のエルビウムフィラー粉末とエルビウム含有セラミックフィラー混合物は、上述した非最適化Ｘ線パラメータを使用しても、他のシミュレートしたフェイスコートセラミック物質よりも、即ち、ジルコニア単独、イットリア単独、又はこれら相互の混合物よりも、もっとはるかにＸ線検出性があった。特に、２５％のエルビア／７５％のイットリア粉末混合物と、２５％のエルビア／７５％のジルコニア粉末混合物と、で充填した深さ０．００５インチ（０．０１２７ｃｍ）の穴でも、放射線写真を図４に示した厚さ２．１インチ（５．３３４ｃｍ）のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖのテストクーポンに関するＸ線ラジオグラフで容易に検出可能であった。対照的に、ジルコニア、イットリア、及び混合物で充填した深さ０．００５インチ（０．０１２７ｃｍ）の穴は、容易に検出することができない。
【００４５】
特定の鋳物のＸ線ラジオグラフから下位表面セラミック含有物を発見した場合、この鋳物に研削溶接補修作業を施して不快な含有物を除去するとともに前記含有物を除去するに充分な材料を取り替えることができるし、あるいは、（各）含有物が大きすぎる場合、及び／又は、（各）含有物が、鋳物から材料を余分に取り除く必要がある深さまで延出している場合、鋳物を擦り取ることができる。
【００４６】
この発明を一定の実施例と態様に基づいて上述したが、当業者には、この発明がこの中で述べた特定の実施例と態様に限定するものではないことを正しく認識できるであろう。付帯の特許請求の範囲に記述したように、この発明の精神と範囲から逸脱せずにこの発明の様々な改変を行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は、目視検査では検出不可能な鋳物の表面下近傍の下位表面セラミック含有物であって、特に、チタン基鋳物のアルファケース層の下に位置する場合があるとともに鋳造後ケミカルミリング作業では除去されない前記下位表面セラミック含有物の検出能を強化するように鋳物をセラミックインベストメントモールド中に生成することができるという点が有利である。さらに、この発明を実施すると、チタン基鋳物上のアルファケース形成を更に一層促進させたりしないので、通常のケミカルミリング方式は、アルファケースを鋳物から除去するために未だ使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シミュレートしたモールドフェイスコートセラミック材料のＸ線検出能を判定するために使われるテストクーポンの平面図である。
【図２】  シミュレートしたモールドフェイスコートセラミック材料で平底部の穴を充填した厚さ０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）のテストクーポンのＸ線ラジオグラフである。
【図３】  シニュレートしたモールドフェイスコートセラミック材料で平底部の穴を充填した厚さ０．９インチ（２．２８６ｃｍ）のテストクーポンのＸ線ラジオグラフである。
【図４】  シミュレートしたモールドフェイスコートセラミック材料で平底部の穴を充填した厚さ０．２１インチ（０．５３３４ｃｍ）のテストクーポンのＸ線ラジオグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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