(57)【要約】【課題】鋳造法により独立空孔を有する金属ブロックとする。【解決手段】硅フッ化ソーダからなる発泡剤の粉末とソーダガラスからなるガラス質の粉末を混合して、例えば平均粒径０．８ｍｍの発泡粒子を形成する。この発泡粒子を溶融金属中に混合した上で、凝固する。これにより、ガラス質の薄膜により覆われ、約１〜２ｍｍ程度の独立気泡が分散した金属ブロックを得た。この金属ブロックでは、ガラス質の薄膜により被覆された独立空孔を有しているために、金属ブロックの軽量化や、断熱効果をもたらす。なお、発泡粒子の粒径を調整することにより、分散する独立気泡の大きさを調整することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス質の薄膜により被覆された独立空孔を有することを特徴とする空孔を有する金属ブロック。
【請求項２】
独立空孔が分散していることを特徴とする請求項１記載の空孔を有する金属ブロック。
【請求項３】
ガラス質の薄膜は、ソーダガラスからなることを特徴とする請求項１、２記載の空孔を有する金属ブロック。
【請求項４】
発泡剤の粉末とガラス質の粉末を混合して発泡粒子を形成し、該発泡粒子を溶融金属中に混合して発泡させることを特徴とする空孔を有する金属ブロックを製造する製造方法。
【請求項５】
容器中に発泡粒子を入れた後に溶融金属を注入して、分散した独立空孔を有する金属ブロックを製造する製造方法。
【請求項６】
発泡剤は、硅フッ化ソーダからなることを特徴とする請求項４、５記載の空孔を有する金属ブロックを製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空孔を有する鋳物及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、鋳造した金属ブロック中に空孔が生じるのは鋳物欠陥として嫌われることが多い。一方、軽量化などを図る目的で、空孔を有する金属ブロックを得る方法として、通常は粉末冶金法が広く使用されている。さらには、特許文献１に記載された発明は、金属間化合物相と固溶体相からなる２相以上の組織をもつ合金を鋳造した後、熱処理を施し、これを酸又はアルカリ溶液で固溶体相のみを溶出させて、多孔質金属層を金属表面に形成している。
【特許文献１】特開平０６−２７１９５７号号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した粉末冶金法で得られる空孔は、空孔率が高いものでは、各空孔が連続して繋がっており、独立空孔になっていない。また、独立空孔にするためには、空孔率を著しく小さくする必要がある。また、特開平０６−２７１９５７号に開示された発明は、その適用が金属間化合物相と固溶体相からなる２相以上の組織をもつ合金に限られており、また、空孔が形成されるのは、表面の近傍に限定されている。
本発明は、鋳造法により独立空孔を有する金属ブロックとすることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、ガラス質の薄膜により被覆された独立空孔を有している。
独立空孔は溶湯時に添加された発泡剤が発泡するとともに、ガラス質が溶融・膨張して球状のガラス質膜になり、これが溶融金属が凝固するまで維持されて空孔になる。
【０００５】
ガラス質は、珪酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、およびこれらの混合系、など非晶質のものが、主として金属の溶融温度に対応して選択される（請求項３）。
請求項４の発明では、空孔を有する金属ブロックを製造するに際して、発泡剤の粉末とガラス質の粉末を混合して発泡粒子を形成し、発泡粒子を溶融金属に混合して発泡させている。また、特に、発泡剤粉末の周囲をガラス質粉末により包み込んだ二層構造にし、外面のガラス質が先に軟化、溶融してから発泡剤が発泡する構成とすることが望ましい。
【０００６】
発泡剤とガラス質膜は、金属の種類、主として溶湯温度に対応して種々のものが選択される。
例えば、金属がアルミニウムやアルミニウム合金の場合には、溶湯温度の３５０〜８００°Ｃで分解してガスを発生して発泡する苛性ソーダ、５分子のホウ砂、水ガラス、硅フッ化ソーダなどが発泡剤として選択される。また、ガラス質としては、ソーダガラスに溶湯温度で十分に軟化させるために軟化点を下げる酸化リチウム、ホウ酸、フッ化物などを添加することもできる。
【０００７】
また、ステンレス鋼などの鉄系の金属の場合には、溶湯温度の１３００〜１８００°Ｃで分解してガスを発生して発泡するソーダ灰、水ガラス、酸化鉄とカーボン粉の混合物などが発泡剤として選択される。また、ガラス質としては、ガラス粉などが適用される。
【０００８】
空孔は、溶湯に添加されて発泡剤が発泡することによって得られ、一つの空孔の大きさは、発泡剤が分解して発泡する量に依存する。このため発泡剤の粒子径を調整することによって種々の大きさの空孔が得ることができる。また、空孔の数は発泡剤粒子の数に依存し、複数の発泡粒子を添加・分散することによって、相互に連続していない複数の独立空孔が分散する（請求項２）。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明では、ガラス質の薄膜により被覆された独立空孔を有しているために、金属ブロックの軽量化や、断熱効果をもたらす。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、ステンレス鋼（ＪＩＳ規格  ＳＣＳ１３）を金属ブロックとする一実施例を詳細に説明する。
【００１１】
発泡剤として、７５重量％ＦｅＯ＋２５重量％Ｃの粉末に１０重量％の水ガラスを添加し、直径０．５ｍｍの粒状とした。７０重量％Ａｌ２Ｏ３＋２５重量％ＣａＣＯ３＋１０重量％ＬｉＯの粉末のガラス質により、粒状の発泡剤の外面を被覆して、平均粒径０．８ｍｍの粒状の発泡粒子を作成した。この粒径では約１〜２ｍｍ程度の空孔の形成が予定される。
【００１２】
シャモットレンガにより内張りされた取鍋中に、発泡粒子１０ｇｒを投入し、底面からアルゴンガスを２０×１０−３ｍ３／ｍｉｎの量で吹き込みながら、注湯温度１６００°Ｃのステンレス鋼を１０ｋｇ注湯し、アルゴンガスによりバブリング撹拌をした。この後直ちに、アルミナ煉瓦を内張りをした円柱形の鋳型に鋳込み、自然冷却してインゴットを得た。
【００１３】
図１は、得られたインゴットの上部を幅約４５ｍｍ、厚さ約１０ｍｍに切り出したブロックの外観を示し、約１〜２ｍｍ程度の球形の独立空孔が均一に分散している結果が得られた。この独立空孔を拡大して模式的に表したのが図２に示す断面図であって、金属地１内に形成された空孔２の内面がガラス質の薄膜３（図面上、薄膜の存在を明確にするために、その厚さを実際よりも著しく厚く表している。）により覆われていた。なお、このブロックの空孔率を測定したところ１８％であった。
【００１４】
図３は、発泡粒子を投入していない点を除き、実施例と同じ条件で鋳造した比較例であって、空孔が形成されている部分を切り出したものである。図３に示すように従来から「巣」と称せられて、よく知られた不規則な空孔の形成が確認され、本実施例と空孔の形状に大きな相違を示した。この理由は、溶融金属中で発生した気泡は、ガラス質が存在していないために、溶融金属中に拡散したり、急激に成長して巨大な気泡となり、急速に溶融金属中から放出するためである。
【００１５】
なお、ステンレス鋼によるこの実施例においては、インゴットの下部よりも上部に空孔が多く存在しており、空孔の分布に不均一が見られたが、撹拌条件等の改善によりさらに均一な分布になると思われる。また、アルミニウムなど比重の軽い金属により実施すれば、比重差、溶融温度の相違などから、この実施例よりも均一な分布が得られると予測される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のインゴットを切り出した外観図
【図２】空孔を模式的に示す断面図
【図３】従来例のインゴットを切り出した外観図
【符号の説明】
１…金属地
２…空孔
３…ガラス質の薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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