(57)【要約】【課題】鋳造完了後に周囲の凝固部と一緒に切り離して再使用するＡｌ鋳物用の溶解性フィルターのうち、Ｃｕ系フィルターでは溶湯中へ異種成分であるＣｕが多量に混入するという問題が、Ａｌ系フィルターでは高温時の構造強度が低いという問題があった。【解決手段】表面を耐熱性の粉体で被覆した多孔状の耐熱Ａｌ合金から溶解性フィルターを形成し、該耐熱Ａｌ合金は、Ｔｉ：３〜２０ｗｔ％，残部Ａｌ及び不可避不純物から成る合金組成を有し、前記粉体は、付着厚１０μｍ 以上１００μｍ 以下の酸化物系粉体、炭化物系粉体とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の鋳造の際、溶湯注入から凝固完了まではフィルター形状が保持され、鋳造完了後には、周囲の凝固部と一緒に切り離して加熱溶解可能な鋳物用フィルターにおいて、該鋳物用フィルターは、表面を耐熱性の粉体で被覆した多孔状の耐熱Ａｌ合金から成ることを特徴とする鋳物用フィルター。
【請求項２】
前記耐熱Ａｌ合金は、Ｔｉ：３〜２０ｗｔ％，残部Ａｌ及び不可避不純物から成る合金組成を有することを特徴とする請求項１記載の鋳物用フィルター。
【請求項３】
前記粉体が、付着厚１０μｍ 以上１００μｍ 以下の酸化物系粉体、炭化物系粉体であることを特徴とする請求項１記載の鋳物用フィルター。
【請求項４】
前記酸化物系粉体が、酸化Ｔｉ、酸化Ａｌから成ることを特徴とする請求項３記載の鋳物用フィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ又はＡｌ系合金鋳物の鋳造の際に、鋳型の湯口やせきに配置して溶湯中の不純物を取り除く鋳物用フィルターに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ又はＡｌ合金鋳物では、高い製品品質を確保するため、介在物の混入、湯じわの発生などを抑制する必要があるが、その中でも、金属間化合物、金属酸化物、煉瓦屑などの介在物が混入すると、鋳物に大きな内部欠陥が発生し製品として全く使用できなくなるため、このような介在物の混入防止は非常に重要である。
【０００３】
介在物の混入防止は、軟鋼などの鉄材を編んだフィルター（以下「Ｆｅ系フィルター」とする）を湯口などに配置し、該Ｆｅ系フィルターにより介在物をろ過することで行われている。そして、このＦｅ系フィルターを使用した場合、湯口に残った多量のＡｌ又はＡｌ合金を再利用するために、Ｆｅ系フィルターを含んだ湯口片を切り離して溶解炉で再溶解するようにしているが、この再溶解された溶湯から鉄製フィルターを分離・除去する必要があり、その分離・除去作業には多くの手間や時間を費やしていた。
【０００４】
そこで、溶湯注入から凝固完了まではフィルター形状が保持されるが、鋳造完了後に周囲の凝固部と一緒に切り離して溶解炉で加熱すると簡単に溶解され、Ａｌ又はＡｌ合金溶湯中に溶解混入する鋳物用フィルター（以下「溶解性フィルター」とする）が考えられている。
【０００５】
この溶解性フィルターには、フィルターへの加工や溶湯に混入した場合の品質に及ぼす影響を考慮し、素材としてＣｕ又はＣｕ合金を用いたフィルター（以下「Ｃｕ系フィルター」とする）があり、該Ｃｕ系フィルター上を適切な表面処理皮膜で被覆することによって、耐溶出性を確保しつつ、溶湯注入から凝固完了までの間はフィルター形状を保持可能とする技術（例えば、特許文献１参照。）が公知となっている。
【０００６】
また、溶解性フィルターには、溶湯中に混入した場合の品質に及ぼす影響を最小限に抑えるため、素材として、溶湯と同一又は同系のＡｌ又はＡｌ合金を用いたフィルター（以下「Ａｌ系フィルター」とする）があり、該Ａｌ系フィルターの表面に陽極酸化皮膜を形成することによって、融点を高めてフィルター機能を確保する技術（例えば、特許文献２参照。）が公知となっている。
【０００７】
更に、Ａｌ系フィルターの素材に純Ａｌを使用することによって、溶湯中への異種成分の混入を完全に防止するとともに、鋳造完了後にはＡｌ系のいかなる溶湯材料にも再利用可能とする技術（例えば、特許文献３参照。）が公知となっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１６２３６６号公報
【特許文献２】特開平８−２５０２６号公報
【特許文献３】特開平８−１３２１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前記Ｃｕ系フィルターの場合、溶解炉で再溶解して溶湯材料として再利用できるものの、エンジンのシリンダーブロックやホイール等のように低Ｃｕが要求されるＡｌ合金鋳物の場合には、溶湯中に多くのＣｕが混入するために、鋳造作業時での利用も、鋳造後の溶湯材料としての再利用も難しい、という問題があった。
【００１０】
これを回避するには、溶湯成分に近い前記Ａｌ系フィルターの適用が考えられるが、Ａｌ系フィルターにおける前者の技術では、フィルター本体の表面の融点を陽極酸化皮膜で高めているだけで、フィルター本体の高温時の構造強度を十分には確保できておらず、過負荷のかかる取り付け時や注入開始時などにはフィルターが変形する、という問題があった。また、陽極酸化皮膜の形成には、工業的に、前処理、電解、後処理等の多くの工程や設備が必要となり、処理時間が長く、製造コストも高くなる、という問題があった。
【００１１】
更に、Ａｌ系フィルターにおける後者の技術では、確かに溶湯中への異種成分の混入は防げるものの、フィルター本体に、溶湯の温度以下の融点しかない純Ａｌを使用するため、鋳造時の溶湯への溶出や高温による変形の回避は一層難しい、という問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者等は上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の鋳造に用いる前記溶解性フィルターとして、表面を耐熱性の粉体で被覆した耐熱Ａｌ合金が、
再利用性、耐変形性、生産性、製造コスト等の観点から最適であることを見出したのである。
すなわち、請求項１においては、Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の鋳造の際、溶湯注入から凝固完了まではフィルター形状が保持され、鋳造完了後には、周囲の凝固部と一緒に切り離して加熱溶解可能な鋳物用フィルターにおいて、該鋳物用フィルターは、表面を耐熱性の粉体で被覆した多孔状の耐熱Ａｌ合金から成るものである。
【００１３】
請求項２においては、前記耐熱Ａｌ合金は、Ｔｉ：３〜２０ｗｔ％，残部Ａｌ及び不可避不純物から成る合金組成を有するものである。
【００１４】
請求項３においては、前記粉体が、付着厚１０μｍ 以上１００μｍ 以下の酸化物系粉体、炭化物系粉体とするものである。
【００１５】
請求項４においては、前記酸化物系粉体が、酸化Ｔｉ、酸化Ａｌから成るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示す効果を奏する。
すなわち、請求項１においては、Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の鋳造の際、溶湯注入から凝固完了まではフィルター形状が保持され、鋳造完了後には、周囲の凝固部と一緒に切り離して加熱溶解可能な鋳物用フィルターにおいて、該鋳物用フィルターは、表面を耐熱性の粉体で被覆した多孔状の耐熱Ａｌ合金から成るので、フィルター本体の素材が溶湯成分に近いため、溶湯中への異種成分の混入を低減することができ、鋳物用フィルターの適用可能な溶湯の種類を大きく拡大することができる。更に、フィルター本体に耐熱材を用いるため、溶湯中への溶出を抑制しつつ高温時の構造強度を十分に確保して、取り付け時や注入開始時のフィルターの変形を確実に防止できると共に、フィルター本体表面に粉体を付着させるだけであり、大がかりな設備を用いることなく短時間の処理によってフィルター本体表面の耐溶出性を向上できるため、鋳物用フィルターの製造コストの低減や製造効率の向上を図ることができる。
【００１７】
請求項２においては、前記耐熱Ａｌ合金は、Ｔｉ：３〜２０ｗｔ％，残部Ａｌ及び不可避不純物から成る合金組成を有するので、溶湯注入から凝固完了までは、溶湯中への溶出が大きく抑制されるのはもちろん、フィルター形状も確実に保持され、更に、鋳造完了後には、周囲の凝固部と溶解炉で加熱すると容易に溶解させることができ、優れた溶解性フィルターを提供することができるのである。
【００１８】
請求項３においては、前記粉体が、付着厚１０μｍ 以上１００μｍ 以下の酸化物系粉体、炭化物系粉体であるので、粉体層が十分な密着性を保つと共に粉体自身も溶融金属のはじき性に優れているため、良好な耐溶出性を得ることができる。
【００１９】
請求項４においては、前記酸化物系粉体が、酸化Ｔｉ、酸化Ａｌから成るので、溶融金属のはじき性に優れると共に高温安定性も高い粉体層を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は溶解性フィルターの溶湯中への溶出量に及ぼすＴｉ含有率の影響の説明図、図２は溶解性フィルターの溶湯中への溶出量に及ぼす粉体の付着厚の影響の説明図である。
【００２１】
まず、溶解性フィルターの素材には、耐熱Ａｌ合金を用いる。これは、Ａｌ合金であるため、溶湯成分に近い組成をしており、Ａｌ又はＡｌ合金溶湯中に溶解しても品質をそれほど劣化させることがなく、しかも、耐熱材であるため、高温時の構造強度が高く、フィルターの変形を確実に防止することができ、フィルターの構成材料として極めて好適だからである。なお、このような耐熱性をＡｌ母材に付与する合金元素としては、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｒ等があるが、フィルター本体の高温時の構造強度や耐溶出性を向上させてフィルターの溶解をある程度抑制しつつ、Ａｌ又はＡｌ合金溶湯中に溶出しても製品の所定品質を阻害しない化学成分であればよく、特に限定されるものではない。
【００２２】
このうちのＴｉは耐熱性向上効果が特に優れている。そこで、本発明者らが、後述する粉体と併用した際に、溶解性フィルターとしての機能を十分発揮可能なＴｉ含有率について詳細に検討した結果、３ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下のＴｉ含有率が好ましいことが判明した。
【００２３】
Ｔｉ含有率が３ｗｔ％未満では、融点も材料強度も低いため、フィルター本体の表面をたとえ後述する耐熱性の粉体で覆ったとして、溶解性フィルターが短時間で溶湯中に溶出すると共に、軟化して簡単に変形しフィルター構造を維持できないからである。一方、Ｔｉ含有率が２０ｗｔ％超えでは、フィルター本体の耐熱性が上がりすぎるため、鋳造終了後に周囲の凝固部と一緒に切り離して溶解炉で再加熱しても、簡単には溶解できず、溶解性フィルターとしての使用が難しいからである。
【００２４】
また、該溶解性フィルターの形状としては、複数の線材を編み込んだ織金網であって縦線と横線とでＴｉ含有率が異なるものやＴｉ含有率が同じもの、粉体金属を焼結する等して多数の孔を設けた多孔体、板に多数の円形孔を貫通したパンチングプレート、及び板に略同一形状の菱形孔を一定の配列パターンで有するラス網などがあるが、フィルター本体の構造強度が確保されて鋳造作業時の溶湯の圧力等で変形することがなく、金属間化合物、金属酸化物等の介在物を確実にろ過できる形状であればよく、特に限定されるものではない。
【００２５】
粉体の材料としては、金属Ｔｉのような耐熱金属や、滑石のような鉱物など、耐熱性を有するものであれば特に限定されるものではないが、酸化Ｔｉ、酸化Ａｌ、酸化Ｚｒ、ケイ酸塩のような酸化物系や、Ｃ−Ｓｉ系、Ｃ−Ｔｉ系のような炭化物系の粉体が好ましい。これらは、いずれも、一般に溶融金属との濡れ性が悪く、言い換えると、溶湯のはじき性が良好なため、Ａｌ又はＡｌ合金溶湯がフィルター本体の表面に濡れるのを確実に防止でき、溶湯中への溶出を最小限に抑制することができるからである。特に、酸化Ｔｉ、酸化Ａｌは、高温安定性に優れ入手も容易な点から非常に好適といえる。
【００２６】
更に、前記フィルター本体にこれらの粉体を付着させて耐溶出性を高めるのに適した付着厚について詳細に検討した結果、粉体の種類等にかかわらず、１０μｍ 以上１００μｍ 以下の付着厚が好ましいことが判明した。
【００２７】
付着厚が１０μｍ未満では、粉体層の薄い部分が破れてフィルター本体表面が溶湯に直接接触したり、粉体層のはじき性が不十分なために、耐溶出性を十分に確保できず、早めにフィルター形状が崩れてフィルター機能を発揮できなくなるからである。１００μｍを超えると、粉体層が、フィルター本体表面との密着性が低下して剥がれやすくなり、注入中の溶湯の流動で脱落するからである。
【００２８】
また、これらの耐熱性の粉体の被覆方法としては、前処理としてフィルター本体の表面に、脱脂、化学エッチング、ショットブラストなどを施した後、単純に粉体を分散させた水溶液中にフィルター本体を浸漬して引き上げ・乾燥させる方法や、あるいは粉体をフィルター本体に機械的に押しつける方法などがあるが、前述の如く密着性は付着厚に大きく影響されることから、均一な粉体層が形成できる方法であれば特には限定されない。
【実施例】
【００２９】
以下に、本発明の実施例について説明する。
まず、織金網形状のフィルター本体の材料となる線材サンプルを作製する。
Ｔｉ含有率の高いＡｌ−Ｔｉ母合金を組み合わせて溶解することにより、所定のＴｉ含有率から成る溶湯を造り、該溶湯に脱ガス脱不純物処理を施した後、連続鋳造圧延を行い、直径１０ｍｍの線径に伸線する。この線材の表面にショットブラストをかけたものを、線材サンプルとする。
【００３０】
そして、該線材サンプルを、酸化Ｔｉ（ＴｉＯ2）の粉体を分散させた水溶液に浸漬して引き上げて乾燥させ、粉体被覆線材サンプルを作製する。なお、粉体の付着厚は、該粉体被覆線材サンプルの直径と前記線材サンプルの直径とをマイクロメータ等で測定し、その差を算出して粉体の付着厚とする。
【００３１】
次に、この粉体被覆線材サンプルのＡｌ合金溶湯中での溶出実験を行う。
Ａｌ合金溶湯を実操業温度の７１０℃に恒温保持した浴槽内に、１０ｍｍφの前記粉体被覆線材サンプルを浸漬し、６０秒経過後に引き上げて、溶湯中への粉体被覆線材サンプルの溶出量を調査した。
【００３２】
ここで、溶湯中への溶出量とは、浸漬前後における線材サンプルの重量差の、浸漬前の線材サンプルの重量に対する割合を、百分率で表したものである。
【００３３】
なお、本実験に使用したＡｌ合金としては、ＪＩＳ  ＡＣ２Ｂ相当品（Ｃｕ：２〜４％、Ｓｉ：５〜７％、Ｍｇ：０．５％以下、Ｎｉ：０．３５％以下、Ｚｎ：１％以下、Ｆｅ：１％以下、残部Ａｌ）のものを使用した。
【００３４】
次に、溶出実験を行った後の線材サンプルを、再溶解温度の７５０℃に恒温保持した浴槽内に浸漬し、１５分経過後に引き上げて再溶解されているか否かを調査した。
【００３５】
次に、調査結果を表１、及び該表１の結果に、種々の条件を変えて求めた実験結果を加え、溶解性フィルターの溶湯中への溶出量に及ぼす、フィルター本体のＴｉ含有率とＴｉ酸化物粉体の付着厚との影響をまとめたものを、それぞれ図１と図２に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１の比較例１３及び本発明例１をみると、耐熱Ａｌ合金（本例ではＡｌ−Ｔｉ合金）を耐熱性の粉体（本例ではＴｉＯ2）で被覆すると、純Ａｌ単体の場合とは異なり、溶湯中への溶出が全く検出されず、しかも溶出実験後は再溶解可能であることがわかる。
【００３８】
すなわち、Ａｌ又はＡｌ合金鋳物の鋳造の際、溶湯注入から凝固完了まではフィルター形状が保持され、鋳造完了後には、周囲の凝固部と一緒に切り離して加熱溶解可能な鋳物用フィルターにおいて、該鋳物用フィルターは、表面を耐熱性の粉体で被覆した多孔状の耐熱Ａｌ合金から成るので、フィルター本体の素材が溶湯成分に近く、溶湯中への異種成分の混入を低減することができ、鋳物用フィルターの適用可能な溶湯の種類を大きく拡大できるのはもちろん、フィルター本体に耐熱材を用いるため、溶湯中への溶出を抑制しつつ高温時の構造強度を十分に確保して、取り付け時や注入開始時のフィルターの変形を確実に防止できる。更に、フィルター本体表面に粉体を付着させるだけで耐溶出性を向上させることができ、鋳物用フィルターの製造コストの低減や製造効率の向上を図ることができるのである。
【００３９】
また、比較例１４〜１７と本発明例１〜４をみると、フィルター本体のＴｉ含有率が３ｗｔ％未満では、耐溶出性が不十分なため、粉体で被覆しても溶湯中への溶出を防止できず、Ｔｉ含有率が２０ｗｔ％を超えると、溶湯中への溶出は防げるが再溶解が困難となり、溶解性フィルターとして利用できないことがわかる。これに対し、Ｔｉ含有率が３〜２０ｗｔ％では、溶湯中への溶出が全く検出されず、しかも溶出実験後には再溶解が可能である。
【００４０】
ここで、図１の曲線１〜４をみると、Ｔｉ含有率が増加すると溶湯中への溶出は減少する傾向にあるものの、再溶解可能な低Ｔｉ含有率において溶湯中への溶出が全く検出されない適正含有率範囲５は、所定厚以上の粉体があって初めて存在することがわかる。
【００４１】
すなわち、耐熱Ａｌ合金は、Ｔｉ：３〜２０ｗｔ％，残部Ａｌ及び不可避不純物から成る合金組成を有するので、溶湯中への溶出が大きく抑制されるのはもちろんのこと、フィルター形状も確実に保持される一方、溶解炉で加熱すると容易に溶解させることができるのである。ただし、これには所定厚以上の粉体が必要とされる。
【００４２】
また、比較例１８〜２０と本発明例１、５〜８をみると、粉体ＴｉＯ2の付着厚が１０μｍ未満では、フィルター本体の耐熱性が高くても溶湯中への溶出を防止できないことがわかる。これに対し、粉体ＴｉＯ2の付着厚が１０μｍ 以上１００μｍ 以下では、溶湯中への溶出が全く検出されない。
【００４３】
ここで、図２の曲線６〜１０をみると、粉体ＴｉＯ2の付着厚が増加すると溶湯中への溶出は減少する傾向にあるが、フィルター本体表面との密着性が良好な付着厚において溶湯中への溶出が全く検出されない適正付着厚範囲１１は、耐熱用の合金元素が所定の含有率（Ｔｉの場合は３ｗｔ％以上）があって、初めて存在することがわかる。
【００４４】
すなわち、前記粉体が、付着厚１０μｍ 以上１００μｍ 以下あるので、密着性を保ちつつ良好な耐溶出性を得ることができるのである。ただし、これには、フィルター本体に、所定値以上の合金元素を含む必要がある。
【００４５】
また、本発明例９〜１２をみると、フィルター本体に、Ｔｉ以外の耐熱用合金元素であるＣｒを添加した耐熱熱Ａｌ合金を使用した場合であっても、また、耐熱性の粉体に、ＴｉＯ2以外のＡｌ2Ｏ3、Ｃ、滑石を使用した場合であっても、所定の合金含有率と付着厚さえ確保すれば、溶湯中への溶出が全く検出されないことがわかる。
【００４６】
すなわち、前記粉体が、酸化物系粉体、炭化物系粉体であるので、粉体自身も溶融金属のはじき性に優れているため、良好な耐溶出性を得ることができる。特に、酸化物系粉体が、酸化Ｔｉ、酸化Ａｌから成る場合には、溶融金属のはじき性に優れると共に高温安定性も高く、良好な粉体層を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】溶解性フィルターの溶湯中への溶出量に及ぼすＴｉ含有率の影響の説明図である。
【図２】溶解性フィルターの溶湯中への溶出量に及ぼす粉体の付着厚の影響の説明図である。
【図１】
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【図２】
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