(57)【要約】      （修正有）【課題】ロストワックス鋳造法において、柱状晶構造方向性凝固、単結晶構造方向性凝固、又は等軸性凝固のタイプにかかわらず使用可能な「シングル」シェル鋳型を提供する。【解決手段】セラミック粒子と結合剤とを含む第１のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、接触層を乾燥させて前記接触層を形成させる操作と；セラミック粒子と結合剤とを含む第２のスリップ中にディップし、中間層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて前記中間層を形成させる操作と；セラミック粒子と結合剤とを含む少なくとも第３のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて補強層を形成させる、所定厚さのシェル鋳型が得られるまで繰り返される補強層形成操作とを実施する。スリップのセラミック粒子が、耐火性酸化物または非ジルコン耐火性酸化物の混合物を含み、かつどの層にもジルコンがまったく含まれていないことを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の連続操作：
セラミック粒子と結合剤とを含む第１のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、接触層を乾燥させて前記接触層を形成させる操作と、
セラミック粒子と結合剤とを含む第２のスリップ中にディップし、中間層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて前記中間層を形成させる操作と、
セラミック粒子と結合剤とを含む少なくとも第３のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて補強層を形成させる、所定厚さのシェル鋳型が得られるまで繰り返される補強層形成操作と
を実施することからなり、
スリップのセラミック粒子が、耐火性酸化物または非ジルコン耐火性酸化物の混合物を含み、かつどの層にもジルコンがまったく含まれていないことを特徴とする、
少なくとも１つの接触層と、１つの中間層と、いくつかの補強層とからなり、ワックスマスターパターンまたはその他の類似の材料から形成される多層セラミックシェル鋳型の製造方法。
【請求項２】
耐火性酸化物が、ムライトまたはアルミナである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
異なるスリップに用いられる結合剤が、鉱物性コロイド溶液、特にコロイドシリカをベースとする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記砂粒子が、非ジルコン耐火性酸化物細粒、特にムライト細粒から構成される請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
細粒が、８０から１０００ミクロンの範囲のサイズ分布のものである請求項４に記載の方法。
【請求項６】
特定の層、好ましくは最初の３つの層における砂粒子が、散布によって適用される請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
特定の層、好ましくは四番目の層における砂粒子が、流動床によって適用される請求項４、５または６に記載の方法。
【請求項８】
シェルの焼成後の孔隙率が２０から３５％の範囲となるように砂粒子が適用される請求項４から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
２つの連続した層間の乾燥が、部位およびその形状にかかわらず、同じ範囲にしたがって実現される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ディップが、各部品の形状にかかわらず同じ動きをするようにプログラムされたロボットによって行われる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
鋳型上への砂粒子の堆積が、各部位の形状にかかわらず同じ動きをするようなロボットによって自動的に行われる請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
シェル鋳型完成体の焼成サイクルが、部位にかかわらず独特のものであり、１０００から１１５０℃、好ましくは１０３０から１０７０℃の温度範囲まで昇温させることからなる請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
第１のスリップが、その部品の製造工程が方向性凝固または等軸性凝固のいずれのタイプかにしたがって異なるアルミナおよびムライト組成を有する請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
第２および第３のスリップがアルミナおよびムライト粉末の混合物ならびにムライト粒子を含み、方向性または等軸性凝固法のいずれにも共通のものである請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
方向性凝固用の第１のスリップが、その大部分をなす４０から８０重量％の範囲の量のムライト粉末と、場合によってはアルミナ粉末と、コロイドシリカをベースとする結合剤と、有機混和剤とを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
等軸性凝固用の第１のスリップが、それぞれ４０から８０重量％および２から３０重量％の範囲の量のアルミナおよびムライト粉末の混合物と、コロイドシリカをベースとする結合剤と、発芽剤と、有機混和剤とを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
第２および第３のスリップが、あらゆる凝固法に共通し、４５から９５重量％の範囲の量のアルミナおよびムライト粉末の混合物と、０から２５重量％の範囲の量のムライト細粒とを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
柱状構造方向性凝固、単晶構造方向性凝固、または等軸性凝固のタイプにかかわらず、溶融金属のキャスティングによって部品を製造するための請求項１から１７のいずれかに記載の「シングル」シェル鋳型の使用。
【請求項１９】
請求項１から１８のいずれかに記載の鋳型製造ステーションおよび異なる凝固法用のキャスティングステーションからなり、前記ステーションには単一の中間層および補強層を示す鋳型が供給される、溶融金属をシェル鋳型にキャスティングすることにより部品を製造するための設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な形状の金属ベーンやシュラウドなどの部品の、ロストワックス鋳造法として知られている技法による製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータまたはステータのようなターボジェットエンジン用のベーンやシュラウド、あるいは構造用部品を本技法によって製造するためには、最初に、ワックスまたはその他の、後工程において簡単に除去できる類似の材料を用いてマスターパターンを作製する。必要な場合には、数個のマスターパターンを合体させてクラスタとする。このマスターパターンのまわりにセラミック鋳型を作製するのであるが、それには第１のスリップにディップし、その表面に接触する材料からなる第１の層を形成する。前記層の表面を、続く層が接着しやすいようにサンディングによって補強し、全体を乾燥させる：各々スタッコ飾りと乾燥操作から構成される。続いて、スリップ中へのディップ操作を繰り返すが、これは場合によっては異なった組成であってもよく、この操作は常に引き続いてのスタッコ飾りと乾燥操作を伴う。こうして、複数の層から形成されるセラミックシェルが供される。スリップは、セラミック材料の粒子、とりわけアルミナやムライト、ジルコンまたはその他の粉末と、コロイド状鉱物結合剤と、要求されるレオロジーにしたがって必要な場合には混和剤とから構成される。これらの混和剤は、異なるタイプの層の性質を調整し安定化させることを可能にするものであり、またスリップを形成する原材料の異なった物理的、化学的特性を克服するものでもある。これらは、湿潤剤、液化剤、またはテクスチャ付与剤であってもよく、後者は堆積物に要求される厚みに比例する。
【０００３】
続いて、シェル鋳型からワックスを除去するが、この操作によって最初のマスターパターンを形成していた材料が処理される。マスターパターンを処理した後に、その空洞にマスターパターンをすべての細部にいたるまで複製したセラミック鋳型が得られる。続いて、鋳型は高温の熱処理にさらされるか、「焼成（ｂａｋｅｄ）」され、必要とされる機械的性質が付与される。
【０００４】
こうして、キャスティングによって金属部品を製造するためのシェル鋳型の準備が整う。シェル鋳型の内部および外部に欠点がないことを確認した後に続く段階は、溶融金属を鋳型の空洞中にキャスティングし、続いて中の前記金属を凝固させることからなる。ロストワックス鋳造の分野においては、現在いくつかの凝固法が知られているが、合金の性質およびキャスティング操作の結果として得られる部品に期待される性質によって、いくつかに分類されている。これらは、それぞれ柱状構造方向性凝固（ＤＳ）、単晶構造方向性凝固（ＳＸ）または等軸凝固（ＥＸ）とすることができる。最初の２つの部品類はともに、ＨＰタービンベーンなどターボジェットエンジン中でも熱的ならびに機械的に高い負荷に曝される超合金に関連する。
【０００５】
合金をキャスティングした後、シェルを砂落とし操作によって破壊し、金属部品の製造が完了する。
【０００６】
成型段階においては、いくつかの方法によっていくつかのタイプのシェルを用いることができる。それぞれのシェルは所望のタイプの凝固を可能にする特定の特性を有している。例えば、等軸凝固ではいくつかの異なった方法を導入することができるが、１つはエチルシリケート結合剤を用いるものであり、他のものではコロイドシリカ結合剤を用いる。方向性凝固では、異なったバッチ、シリカ−アルミナ、シリカ−ジルコン、またはシリカをベースとするバッチからシェルを得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
実施する方法を簡素化し標準化するため、凝固が異なる場合での使用をも可能にするような特性の、いわゆる「シングル（ｓｉｎｇｌｅ）」構造シェルと称されるものへの需要がある。
【０００８】
一方で、環境面およびコスト基準における条件を満たすために、エチルシリケートなどのアルコールをベースとする結合剤を使用しないものへの需要もある。
【０００９】
廃棄物関連のコストの理由から、ジルコンをまったく含まないシェル構造を開発することも望まれている。このような材料は、放射性が非常に低いものでも廃棄物処理法を確立する必要があり、これは産業的にも、また同時に経済的にも負担が非常に大きい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の方法によってこれらの目標を達成する。
【００１１】
少なくとも１つの接触層と、１つの中間層と、いくつかの補強層とからなり、ワックスマスターパターンまたはその他の類似の材料から形成される多層セラミックシェル鋳型の製造方法は、以下の操作：
セラミック粒子と結合剤とを含有する第１のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて接触層を形成させる操作と、
セラミック粒子と結合剤とを含有する第２のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて中間層を形成させる操作と、
セラミック粒子と結合剤とを含有する少なくとも第３のスリップ中にディップし、層上に砂粒子を堆積させ、前記層を乾燥させて補強層を形成させる操作と
を実施することからなる。補強層の形成は、所定厚さのシェル鋳型が得られるまで繰り返される。
【００１２】
本発明によれば、この方法は、スリップのセラミック粒子が、耐火性酸化物または非ジルコン耐火性酸化物の混合物を含み、かつどの層にもジルコンがまったく含まれていないことを特徴とする。
【００１３】
補強層を形成するためのスリップは、より流動的であり、第２のスリップであることが好ましい。
【００１４】
このような組成およびこのような構造を示すシェル鋳型は、接触層を変えることにより、上述した技法によるあらゆるタイプのキャスティングに共通するものとして設計することができる。したがって、鋳型の機械的特性、特に温度衝撃への感度は、様々な凝固法（ＥＸ、ＤＳまたはＳＸ）のストレスに合わせたキャスティング条件に応じて有利なように調整することができる。
【００１５】
また経済的および環境的要求に応じるために、様々なスリップの結合剤は、コロイドシリカなどの鉱物コロイド溶液とすることが好ましい。同様に、廃棄物に関連した経済的要求に応じるために、接触、中間および補強層用のスタッコ細粒は、ジルコンではなくムライト細粒から構成するものとする。
【００１６】
鋳型の孔隙率を調整し、ひいては温度衝撃に対するシェルの感度を調整するために、８０と１０００ミクロンの間からなる細粒度分布範囲をカバーするようなスタッコ細粒を用いてスタッコ飾り操作を行う。なお、スタッコは、散布によって第１の層に適用することが好ましく、また流動床によって四番目の層に適用することが好ましい。ロボットの動きによって焼成後の孔隙率が２０から３５％の範囲を示すようなシェル鋳型を実現することが可能となるように、自動的にスタッコを適用する。シェルがより多孔質となるにつれ、例えば異なったタイプのキャスティング操作において生産されるもののように、その温度衝撃に対する感度のモードが低下する。
【００１７】
特に、２つの異なった凝固モードに適用可能なものとするには、鋳型の焼成サイクルは１０００から１１５０℃、好ましくは１０３０から１０７０℃の温度範囲まで昇温することからなる。
【００１８】
接触層を凝固モードにあわせれば十分である。したがって、最初のスリップはムライト粉末と非ジルコンアルミナから形成してもよく、発芽剤は有していても有していなくてもよい。
【００１９】
ＤＳまたはＳＸタイプの凝固での特定のケースでは、接触層は、大部分をなす４０から８０重量％の範囲の量のムライト粉末と、場合によってはアルミナ粉末、コロイドシリカをベースとする結合剤と、有機混和剤とから構成することができる。
【００２０】
等軸凝固での特定のケースでは、接触層は、それぞれ４０から８０重量％の範囲の量のアルミナおよび２から３０重量％の範囲の量のムライト粉末の混合物から構成され、残りにはコロイドシリカをベースとする結合剤、発芽剤、有機混和剤が含まれる。
【００２１】
その他の特性によれば、第２および第３のスリップは、あらゆる凝固法に共通であり、４５から９５重量％の範囲の量のアルミナおよびムライト粉末の混合物と、０から２５重量％の範囲の量のムライト細粒とが含まれる。
【００２２】
このようにして規定される鋳型構造には、例外なく、以下のような用途が見出される：
大部分がムライト粉末から形成される接触層は、柱状構造方向性凝固による部品の製造用途、
大部分がムライト粉末から形成される接触層は、単晶構造方向性凝固による部品の製造用途、あるいは
アルミナとムライト粉末の混合物から形成される接触層は、等軸凝固による部品の製造用途。
【００２３】
本発明はまた、柱状構造方向性、単晶構造方向性、または等軸などの凝固タイプにかかわらず、使用される鋳型が共通の中間層および補強層などの共通のシェル骨格を示すような溶融金属のキャスティングによる部品の製造方法に関する。
【００２４】
本発明はまた、鋳型製造ステーションと、異なる凝固用のキャスティングステーションとを含み、前記ステーションが同等の補強層を示す鋳型とともに供されるような、溶融金属のシェル鋳型中でのキャスティングによる部品の製造用設備に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に、この方法についてより詳細に記載する。
【００２６】
あらゆるタイプの部品に共通して使用することを可能にするシェル鋳型の製造方法には、ワックスまたはその他の当技術分野において知られている類似の材料からマスターパターンを作製することからなる第１段階が含まれる。最も一般的に知られているものはワックスである。部品のタイプによっては、それらのいくつかを同時に製造するためにマスターパターンをクラスタにグループ化してもよい。合金の収縮を考慮にいれた上で、マスターパターンを最終製品のサイズに成形する。
【００２７】
シェルの製造段階は、実現する堆積物の質に最適の動作をするように、また異なったベーンやシュラウドの形状寸法を克服するようにプログラムされた、あらゆるタイプの部品に共通の動きをするロボットによって実施されることが好ましい。
【００２８】
スリップは平行に準備し、マスターパターンまたはクラスタを連続してディップし、セラミック材料を堆積させる。
【００２９】
第１のスリップは、ＥＱＸ凝固用のものが識別される。
【００３０】
これは以下の重量パーセントのものを含む：
−  アルミナ（４０〜８０％）およびムライト（２〜３０％）粉末の混合物；
−  発芽剤、アルミン酸コバルト（０〜１０％）；
−  コロイドシリカ結合剤（１８〜３０％）；
−  水（０〜５％）；
−  ３つの混和剤：湿潤剤、液化剤およびテクスチャ付与剤。
【００３１】
柱状または単晶構造方向性凝固用のものでは、第１のスリップの重量パーセント組成は以下のとおりである：
−  アルミナ（２〜３０％）およびムライト（４０〜８０％）粉末の混合物；
−  コロイドシリカ結合剤（１８〜３０％）；
−  水（０〜５％）；
−  ３つの混和剤：湿潤剤、液化剤およびテクスチャ付与剤。
【００３２】
第２の中間スリップはあらゆるタイプの凝固に共通であり、重量パーセントで示した以下の成分を含む：
−  アルミナ（５０〜７５％）およびムライト（５〜２０％）粉末の混合物；
−  コロイドシリカ結合剤（２０〜３０％）；
−  水（０〜５％）；
−  ３つの混和剤：湿潤剤、液化剤およびテクスチャ付与剤。
【００３３】
第３の補強スリップはあらゆるタイプの凝固に共通であり、重量パーセントで以下のものを含む：
−  アルミナ（３０〜４５％）およびムライト（１５〜３０％）粉末の混合物；
−  ムライト細粒（１４〜２４％）；
−  コロイドシリカ結合剤（１０〜２０％）；
−  水（５〜１５％）；
−  ４つの混和剤：湿潤剤、液化剤、テクスチャ付与剤、および焼結剤。
【００３４】
最初の３つの混和剤は、それぞれ以下の機能を満たす。
【００３５】
−  液化剤は、層の製造に要求される流動性をより迅速に得ることを可能にする：これは分散剤として作用する。これはアミノ酸のファミリー、ポリアクリル酸アンモニウムの範囲、またはアルコール基含有カルボン三酸のファミリーに属するものであってもよい；
−  湿潤剤は、ディップ工程における層のコーティングを促進する。これはポリアルキレン脂肪アルコールまたはアルコキシレートアルコールのファミリーに属するものであってもよい；
−  テクスチャ剤は、適切な堆積物を得るために層を最適化することを可能にする。これはエチレンオキシドポリマー類、キサンタンガム、またはグアーガムのファミリーに属するものであってもよい。
【００３６】
接触層１では、浸漬相後に第１のスリップからマスターパターンを一度回収し、このようにして被覆されたマスターパターンは、続いて滴下、コーティングに供される。続いて、薄い接触層を阻害しないように、散布によって「スタッコ（ｓｔｕｃｃｏ）」細粒を適用する。このスタッコ飾り操作では、この第１の層におけるサイズ分布の小さなムライトを使用する。これは８０から２５０ミクロンの範囲のものである。完成部品の表面状態は、ある程度これに左右される。
【００３７】
層１を乾燥させる。
【００３８】
続いて、第２のスリップ中でのディップ相を実施して、いわゆる「中間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）」層２を形成させる。この組成は、適用する凝固モードにかかわらず同じである。
【００３９】
前と同じように、散布によって「スタッコ」を堆積させ、その後に乾燥させる。このスタッコ飾り操作では、中程度のサイズ分布のムライトを使用する。これは１２０から１０００ミクロンの範囲のものであってもよい。完成シェル表面の孔隙率は、部分的にはこれに依存する。
【００４０】
続いて、マスターパターンを第３のスリップにディップし、いわゆる補強層である層３を形成させる。
【００４１】
続いて、層２と同じスタッコを散布によって適用し、その後に乾燥させる。このディップ、スタッコ適用、および乾燥操作は、いわゆる「補強（ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ）」層が形成されるまで第３スリップ中で繰り返す。前記補強層では、スタッコ適用は流動床によって行う。
【００４２】
最後の層では、つやだし操作を実施するが、これにはスタッコ適用は含まれない。
【００４３】
最後のシェルは、５から１２の層から構成することができる。
【００４４】
異なった層のディップ操作は個別に行われるが、これらは均一な厚み分布を得、特にトラップ部における気泡の形成を防止するようなされている。
【００４５】
ディッププログラムは、異なったタイプの部品の形状寸法に対応させる手間を省くために各タイプの層用に最適化されおり、したがってあらゆるレファレンスに共通のものである。
【００４６】
層間の乾燥範囲は、異なったタイプの部品の形状寸法に対応させる手間を省くためにあらゆるタイプの層用に最適化されている。それ故に、その範囲は共通である。実際にその範囲は、各タイプの層の、可動のベーン、分配器または構造部品などに応じて異なる形状を有する鋳型を乾燥させることを可能にする。
【００４７】
あらゆるタイプの部品に共通して、形成された最後の層は最終的に乾燥させる。
【００４８】
鋳型の焼成サイクルはあらゆるタイプの凝固について同じであり、その結果、部品のタイプに対応させる手間が省かれる。焼成サイクルには、温度上昇相、焼成温度でのソーク時間、および冷却相が含まれる。焼成サイクルは、破損の危険性のない冷却ハンドリングを可能にし、またその様々なキャスティング相中に生じ得る温度衝撃に対する感度を最小化するべく、シェルの機械特性を最適化するように選択する。
【００４９】
異なったキャスティング鋳型において、ＥＱＸ、ＤＳおよびＳＸシェルを作製するために、過去に実施されていたいずれの焼成タイプの代わりにも、シングルの焼成サイクルが実現できることが認められている。
【外国語明細書】
2005324253.tif 000002
2005324253.tif 000003
2005324253.tif 000004
2005324253.tif 000005
2005324253.tif 000006
2005324253.tif 000007
2005324253.tif 000008
2005324253.tif 000009
2005324253.tif 000010
2005324253.tif 000011
2005324253.tif 000012
2005324253.tif 000013