(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造用アルミニウム合金の溶湯にフッ化カルシウムを添加することにより、リン化カルシウムを生成する第１の工程と、
前記第１の工程においてリン化カルシウムが生成された前記溶湯に塩化カリウムを添加することにより、該塩化カリウムに前記溶湯内のリン化カルシウムを付着させる第２の工程と、
前記第２の工程においてリン化カルシウムが付着した塩化カリウムを滓として前記溶湯の液面上に浮上させる第３の工程と、
を備え、
前記第１の工程におけるフッ化カルシウムの添加及び前記第２の工程における塩化カリウムの添加は、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとによって形成されるフラックスが前記溶湯に散布されることにより実現されることを特徴とする鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法。
【請求項２】
鋳造用アルミニウム合金からリンを除去するために用いられる脱リン用フラックスであって、
６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとからなることを特徴とする脱リン用フラックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去するうえで好適な鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法及び脱リン用フラックスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えばＪＩＳ規格ＡＣ４ＣＨ合金に代表されるアルミニウム合金は、高い靱性を有することから、アルミニウムホイールなどの重要保安部品に多用されている。しかし、アルミニウム合金の鋳物中にリン（Ｐ）が多量に含まれていると、靱性が低下するという不都合が生ずる。そこで、アルミニウム合金の靱性を確保すべく、その溶湯段階においてリンを除去する脱リン処理を行うことが必要である。アルミニウム合金の脱リン処理としては、塩素ガスを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）と共に、添加剤としてナトリウムを含むフラックスを用いたものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−０８０９２０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】森中真行，豊田充潤  日本鋳造工学会，「鋳造工学」第８５巻，第５号，２６２ページ
【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、上記した特許文献１記載の如くアルミニウム合金の脱リン処理として塩素ガスを用いる手法では、塩素ガスを処理する設備を用意する必要があるので、製造設備が大掛かりとなる。
【０００６】
また、上記した非特許文献１記載の如くアルミニウム合金の脱リン処理としてフラックスを用いる手法では、そのフラックスがナトリウム（Ｎａ）を含む混合塩であるので、かかるフラックスがアルミニウム合金の溶湯に散布されると、その溶湯中にナトリウムが混入する。ナトリウムが上記の溶湯中に混入すると、溶湯の流動性が低下するので、その溶湯が鋳型に充填され難くなる。このため、かかる手法では、アルミニウム合金の鋳物を製造するうえで、鋳型への未充填不良が発生し易い。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、大規模な設備を用いることなくアルミニウム合金の溶湯からリンを除去することができると共に、その溶湯を鋳型へ適切に充填させることが可能な鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法及び脱リン用フラックス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】
【０００８】
本発明の一態様は、鋳造用アルミニウム合金の溶湯にフッ化カルシウムを添加することにより、リン化カルシウムを生成する第１の工程と、前記第１の工程においてリン化カルシウムが生成された前記溶湯に塩化カリウムを添加することにより、塩化カリウムに前記溶湯内のリン化カルシウムを付着させる第２の工程と、前記第２の工程においてリン化カルシウムが付着した塩化カリウムを滓として前記溶湯の液面上に浮上させる第３の工程と、を備え、前記第１の工程におけるフッ化カルシウムの添加及び前記第２の工程における塩化カリウムの添加は、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとによって形成されるフラックスが前記溶湯に散布されることにより実現される鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、鋳造用アルミニウム合金からリンを除去するために用いられる脱リン用フラックスであって、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとからなる脱リン用フラックスである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、大規模な設備を用いることなくアルミニウム合金の溶湯からリンを除去することができると共に、その溶湯を鋳型へ適切に充填させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態である鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法の工程図である。
【図２】本実施形態の脱リン方法を用いて鋳造用アルミニウム合金からリンを分離・除去するうえで用いる脱リン装置の構成図である。
【図３】本実施形態の脱リン方法を用いた試験の結果を表す成分表の一例である。
【図４】本実施形態の脱リン方法を用いた試験の結果を表す溶湯のミクロ組織の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明に係る鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法及び脱リン用フラックスの具体的な形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態である鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法の工程図を示す。図２は、本実施形態の脱リン方法を用いて鋳造用アルミニウム合金からリンを分離・除去するうえで用いる脱リン装置１０の構成図を示す。
【００１４】
本実施形態において、脱リン対象の鋳造用アルミニウム合金は、車両のアルミニウムホイールなどの鋳物に適用されるものであって、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のＡＣ４ＣＨ合金である。
【００１５】
本実施形態の脱リン方法においては、先ず、上記のアルミニウム合金を、脱リン装置１０が備える加熱炉で溶融させてそのアルミニウム合金の溶湯１２を生成する（ステップ１００）。尚、生成されるアルミニウム合金の溶湯１２の重量は、例えば５００ｋｇである。また、このアルミニウム合金の溶湯１２を生成するうえで用いる加熱炉は、るつぼ１４を備えた例えばガス炉を用いるものである。この加熱炉は、例えば約５００ｋｇのアルミニウム合金の溶融に適したものである。この加熱炉は、アルミニウム合金を例えば溶湯温度７００℃〜８００℃程度まで加熱する。
【００１６】
また、上記のアルミニウム合金の溶湯１２には溶融当初から酸化物が含まれていることがあるため、その酸化物（主にアルミナ）を除去する処理を行う（ステップ１１０）。具体的には、上記の溶湯１２の表面に浮上した酸化物（主にアルミナ）を治具を用いて掬って系外へ排出する。
【００１７】
次に、上記の如く酸化物を除去したアルミニウム合金の溶湯１２の液面上に脱リン用のフラックス１６を散布する（ステップ１２０）。このフラックス１６は、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）と塩化カリウム（ＫＣｌ）とによって形成されている。このフラックス１６は、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとを物理的にミキシングした混合物である。尚、散布されるフラックス１６の重量は、アルミニウム合金の溶湯１２中に含まれていると想定される量のリンを分離・除去するのに十分な量であればよく、例えばその溶湯１２の重量に対して１％以下（尚、０．０２％〜０．０５％であってもよい。）である。かかる散布が行われると、上記のフラックス１６は、アルミニウム合金の溶湯１２中に溶融される。
【００１８】
鋳造用アルミニウム合金の溶湯１２において、リン（Ｐ）は、固体のリン化アルミニウム（ＡｌＰ）を形成して懸濁している。かかる溶湯１２に上記フラックス１６の散布によりフッ化カルシウムが添加されると、以下の式（１）及び（２）に示す反応が生じて、溶湯１２中のリンがカルシウムと結合してリン化カルシウム（具体的には、二リン化三カルシウム）を形成する。
【００１９】
３ＣａＦ２＋２Ａｌ→２ＡｌＦ３＋３Ｃａ    ・・・（１）
２ＡｌＰ＋３Ｃａ→Ｃａ３Ｐ２＋２Ａｌ      ・・・（２）
【００２０】
上記したフラックス１６中に含まれる塩化カリウムは、上記のリン化カルシウムを付着する機能を有している。このため、上記の溶湯１２に上記フラックス１６の散布により塩化カリウムが添加されると、その塩化カリウムに上記の如く形成されるリン化カルシウムが付着される。
【００２１】
上記の如くフラックス１６を散布した後、不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを用いた回転翼脱ガス処理を行う（ステップ１３０）。この回転翼脱ガス処理は、図２に示す脱リン装置１０を用いて行われる。脱リン装置１０は、るつぼ１４と、回転翼１８と、バッフルプレート２０と、を備えている。回転翼１８は、中空筒状に形成されている。回転翼１８は、上部に設けられたガスが注入される注入口と、下部に設けられたガスが流出する流出口と、を有している。回転翼１８は、るつぼ１４に収められるアルミニウム合金の溶湯１２を攪拌するため、その溶湯１２に浸漬されると共に回転される部材である。バッフルプレート２０は、回転翼１８の回転時にるつぼ１４内での溶湯１２の流れを妨げるために設けられた板である。尚、脱リン装置１０は、バッフルプレート２０を備えていなくても、後述の脱リン効果を得ることは可能である。
【００２２】
上記の脱リン装置１０を用いた回転翼脱ガス処理は、回転翼１８をアルミニウム合金の溶湯１２中に浸漬させた状態で回転させつつ、その回転翼１８の下方にアルゴンガスを噴出させることによって行われる。この回転翼脱ガス処理は、回転翼１８を例えば４００ｒｐｍで回転させつつアルゴンガスを噴出させる状態を例えば８分間以上継続させるものであって、その後に作動停止される。
【００２３】
上記の回転翼脱ガス処理が行われると、るつぼ１４内の溶湯１２及びフラックス１６が攪拌されることで、アルミニウム合金の溶湯１２中に混入している水素（Ｈ２）ガスが除去されると共に、その溶湯１２中の酸化物がその溶湯１２の液面に浮上され、また、その溶湯１２中のリン化カルシウムが付着された塩化カリウムが滓としてその溶湯１２の液面に浮上される。
【００２４】
そこで次に、溶湯１２の液面に浮上した酸化物を炉外へ取り出してその溶湯１２から除去すると共に、上記したリン化カルシウムが付着された塩化カリウムを滓として炉外へ取り出して溶湯１２の中のリンをその溶湯１２から除去する（ステップ１４０）。この除去は、例えば治具（例えば鉄製の柄杓）などで酸化物や塩化カリウムの滓を掬うことにより実現されることとすればよい。
【００２５】
そして、上記の如く水素ガスや酸化物，リンが除去されたアルミニウム合金の溶湯１２を鋳型に流し込むことにより、所望形状の鋳造物（例えばアルミニウムホイールなど）を鋳造する（ステップ１５０）。尚、かかる鋳造は、上記の溶湯１２を柄杓でるつぼ１４から掬って鋳型へ流し込む重力鋳造法で行われるものとしてもよいし、或いは、低圧鋳造法やダイキャスト法などの他の鋳造方法で行われるものとしてもよい。
【００２６】
上記の鋳造が行われれば、水素や酸化物，リンが除去された溶湯１２によって鋳造物を成形することができる。このため、成形される鋳造物中に水素や酸化物，リンが混入しない或いはその量が少なくなるので、良質な鋳造物を鋳造することができる。特に、リンが混入しない或いはそのリン量が少なくなるので、鋳造物の靱性を向上させることができる。
【００２７】
また、本実施形態の脱リン装置１０による脱リン方法においては、鋳造用アルミニウム合金の溶湯１２からリンを除去するうえで塩素ガスを用いることは不要である。このため、本実施形態によれば、塩素ガスを処理する大掛かりな設備を用意する必要はないので、鋳造用アルミニウム合金の溶湯１２からのリン除去を大規模な設備を用いることなく実現することができる。
【００２８】
更に、ナトリウムは、カリウムに比べて流動性の低い物質であるので、溶湯１２に混入していると、その溶湯１２が鋳型に充填され難くなる。これに対して、本実施形態の脱リン装置１０による脱リン方法においては、鋳造用アルミニウム合金の溶湯１２からリンを除去するうえでその溶湯１２に添加するフラックスにナトリウムを用いない。このため、本実施形態によれば、上記の溶湯１２にナトリウムが混入しないので、その溶湯１２の流動性が低下するのを抑制することができる。
【００２９】
従って、本実施形態の脱リン装置１０による脱リン方法によれば、大規模な設備を用いることなく鋳造用アルミニウム合金の溶湯１２からリンを除去しつつ、ナトリウム混入に伴うその溶湯１２の流動性低下を抑止して、その溶湯１２を鋳型へ適切に充填させることができる。
【００３０】
また、本実施形態の脱リン装置１０による脱リン方法においては、鋳造用アルミニウム合金の溶湯１２からリンを除去するうえでその溶湯１２に添加するフラックス１６に、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとの混合物が用いられる。フッ化カルシウムの配合量が６０重量％を下回る場合は脱リン効果が低下する。また、塩化カリウムの配合量が１０重量％を下回る場合はリン化カルシウムを付着させる効果が低下する。この点、脱リン効果とリン化カルシウムの付着効果とを両立させるうえでは、溶湯１２に添加するフラックスを、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとの混合物とすることが有効である。従って、本実施形態によれば、フッ化カルシウムによる脱リン効果と塩化カリウムによるリン化カルシウムの付着効果との両立を図ることができる。
【００３１】
上記した本実施形態の脱リン方法に従って試験を行った。すなわち、脱リン対象の鋳造用アルミニウム合金としてＡＣ４ＣＨ合金（７％のシリコン（Ｓｉ）含む）を用いることとし、５００ｋｇのＡＣ４ＣＨ合金の溶湯１２に、その溶湯重量に対する０．０５％のフラックス１６を散布した。この際、ＡＣ４ＣＨ合金中のリン含有量は、フラックス１６の散布前は１３ｐｐｍであり、溶湯１２の温度は７３０℃であった。次に、脱リン装置１０の回転翼１８を溶湯１２中に浸漬させ、アルゴンガスを注入しながらその回転翼１８を４００ｒｐｍで回転させた。そして、その回転翼１８を８分間回転させた後にその回転を停止させ、その後に溶湯１２の液面に浮遊する滓を除去した。
【００３２】
かかる脱リン試験の結果、図３に示す如く、ＡＣ４ＣＨ合金中のリン含有量が１３ｐｐｍから３ｐｐｍへ低下した。この際、ＡＣ４ＣＨ合金のミクロ組織は、図４に示す如く、リン含有量が比較的多いときの針状のものからリン含有量が比較的少ないときの微細粒状のものへ変化した。従って、鋳造用アルミニウム合金であるＡＣ４ＣＨ合金からリンを除去できる効果が検証されたと共に、そのリン除去を実現するうえで大規模な設備が不要であることが検証された。
【００３３】
尚、上記の実施形態においては、アルミニウム合金の溶湯１２中でリン化カルシウムが付着される塩化物として、塩化カリウムを用いている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、アルミニウム合金の溶湯１２中でリン化カルシウムが付着される塩化物として、塩化カリウムと塩化ナトリウムとからなる混合塩や更に他の塩を含む混合塩を用いることとしてもよい。
【００３４】
尚、以上の実施例に関し、更に以下を開示する。
【００３５】
［１］鋳造用アルミニウム合金の溶湯にフッ化カルシウムを添加することにより、リン化カルシウムを生成する第１の工程と、前記第１の工程においてリン化カルシウムが生成された前記溶湯に塩化カリウムを添加することにより、塩化カリウムに前記溶湯内のリン化カルシウムを付着させる第２の工程と、前記第２の工程においてリン化カルシウムが付着した塩化カリウムを滓として前記溶湯の液面上に浮上させる第３の工程と、を備える鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法。
【００３６】
上記［１］記載の構成によれば、鋳造用アルミニウム合金の溶湯にフッ化カルシウムを添加して、その溶湯内のリンをそのカルシウムと結合させてリン化カルシウムを形成することができる。また、そのリン化カルシウムが生成された溶湯に塩化カリウムを添加して、その塩化カリウムに溶湯内のリン化カルシウムを付着させることができる。そして、そのリン化カルシウムが付着された塩化カリウムを滓として溶湯の液面上に浮上させることができる。従って、溶湯の液面上に浮上した、リン化カルシウムが付着された塩化カリウムを滓として外部に取り出すことで、鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去することができる。
【００３７】
かかる手法によれば、鋳造用アルミニウム合金の溶湯からリンを除去するうえで塩素ガスを用いないと共にナトリウムを添加しない。従って、本発明によれば、大規模な設備を用いることなくアルミニウム合金の溶湯からリンを除去することができると共に、その溶湯を鋳型へ適切に充填させることができる。
【００３８】
［２］上記［１］記載の鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法において、前記第１の工程におけるフッ化カルシウムの添加及び前記第２の工程における塩化カリウムの添加は、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとによって形成されるフラックスが前記溶湯に散布されることにより実現される鋳造用アルミニウム合金の脱リン方法。
【００３９】
上記［２］記載の構成によれば、フッ化カルシウムによる脱リン効果と塩化カリウムによるリン化カルシウムの付着効果とを両立させることができる。
【００４０】
［３］鋳造用アルミニウム合金からリンを除去するために用いられる脱リン用フラックスであって、６０重量％〜９０重量％のフッ化カルシウムと１０重量％〜４０重量％の塩化カリウムとからなる脱リン用フラックス。
【００４１】
上記［３］記載の構成によれば、大規模な設備を用いることなくアルミニウム合金の溶湯からリンを除去することができると共に、その溶湯を鋳型へ適切に充填させることができる。また、フッ化カルシウムによる脱リン効果と塩化カリウムによるリン化カルシウムの付着効果とを両立させることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  脱リン装置
１２  鋳造用アルミニウム合金の溶湯
１４  るつぼ
１６  フラックス
１８  回転翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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