(57)【要約】【課題】マグネシウムやマグネシウムを含む合金のように浸食性の強い溶湯に対する耐久性に優れる低融点金属鋳造装置用耐熱材料を簡便な方法により提供する。【解決手段】多孔質の耐熱性成形体に、フッ化物を溶解してなる処理液を含浸させた後、乾燥することを特徴とする低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質の耐熱性成形体に、フッ化物を溶解してなる処理液を含浸させた後、乾燥することを特徴とする低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項２】
多孔質の耐熱性成形体の気孔率が５〜９５％であることを特徴とする請求項１記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項３】
フッ化物を、フッ素分として、低融点金属鋳造装置用耐熱材料全量に対し０．０１質量％以上保持させることを特徴とする請求項１または２記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項４】
多孔質の耐熱性成形体がけい酸カルシウムを含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項５】
けい酸カルシウムがワラストナイト（ＣａＳｉＯ３）、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）及びゾノトライト(６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ)から選ばれる少なくとも１種を１０〜１００質量％含有することを特徴とする請求項４記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項６】
フッ化物がフッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）及びけいフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ６）から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項７】
多孔質の耐熱性成形体は、予め所望の形状に加工されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
【請求項８】
多孔質の耐熱性成形体の空孔内に、フッ化物が保持されていることを特徴とする低融点金属鋳造装置用耐熱材料。
【請求項９】
フッ化物の保持量が、フッ素分として、低融点金属鋳造装置用耐熱材料全量に対し０．０１質量％以上であることを特徴とする請求項８記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料。
【請求項１０】
マグネシウムまたはマグネシウムを含む合金の溶湯と接触する部位に使用されることを特徴とする請求項８または９記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、スズ、鉛、あるいはこれらの合金等のように概ね融点が８００℃以下である比較的低融点の金属を鋳造する鋳造装置において、これら低融点金属の溶湯と接触する部位に使用される耐熱材料、並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造装置において、上述のような金属の溶湯の移送や給湯、保持等を行う注湯ボックスや樋、保持炉等の内張り材、あるいはフロートやスパウト、ホット・トップリング、トランジションプレート等の付属部材として、種々の耐熱材料を加工したものが使用されるが、中でも耐熱性が良好で、軽量でありながらも強度が高く、更に加工性に優れることなどから、けい酸カルシウム質を炭素繊維で補強した耐熱材料が広く利用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特公昭６３−５３１４５号公報
【特許文献２】特公平３−３６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ、携帯電話、ノート型コンピュータ等のモバイル機器、あるいは自動車等の高重量物においても、軽量化のために、フレームや筐体をマグネシウム合金で形成する傾向にある。しかし、マグネシウムやマグネシウムを含む合金は活性が非常に高く、これらの溶湯と接触する材料を浸食する作用が極めて強い。そのため、従来のけい酸カルシウム質、またはアルミナ・シリカ系等からなる部品は数回使用しただけで、場合によっては１回の使用で交換しなけばならないという問題があった。
【０００５】
耐食性を高めるために、耐熱性コーティング材を塗布することも試みられているが、窒化ホウ素質をはじめとして既存の耐熱性コーティング材はマグネシウムやマグネシウムを含む合金の溶湯に対して耐食性を改善する効果が少なく、また、溶湯の移動によりコーティング部に応力が掛かるとともに基材との熱膨張率の差に起因して、コーティング部が剥離して効果が全く無くなるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、マグネシウムやマグネシウムを含む合金のように浸食性の強い溶湯に対する耐久性に優れる低融点金属鋳造装置用耐熱材料を簡便な方法により提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の低融点金属鋳造装置用耐熱材料及びその製造方法を提供する。
（１）多孔質の耐熱性成形体に、フッ化物を溶解してなる処理液を含浸させた後、乾燥することを特徴とする低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（２）多孔質の耐熱性成形体の気孔率が５〜９５％であることを特徴とする上記（１）記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（３）フッ化物を、フッ素分として、低融点金属鋳造装置用耐熱材料全量に対し０．０１質量％以上保持させることを特徴とする上記（１）または（２）記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（４）多孔質の耐熱性成形体がけい酸カルシウムを含むことを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（５）けい酸カルシウムがワラストナイト（ＣａＳｉＯ３）、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）及びゾノトライト(６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ)から選ばれる少なくとも１種を１０〜１００質量％含有することを特徴とする上記（４）記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（６）フッ化物がフッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）及びけいフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ６）から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（７）多孔質の耐熱性成形体は、予め所望の形状に加工されていることを特徴とする上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料の製造方法。
（８）多孔質の耐熱性成形体の空孔内に、フッ化物が保持されていることを特徴とする低融点金属鋳造装置用耐熱材料。
（９）フッ化物の保持量が、フッ素分として、低融点金属鋳造装置用耐熱材料全量に対し０．０１質量％以上であることを特徴とする上記（８）記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料。
（１０）マグネシウムまたはマグネシウムを含む合金の溶湯と接触する部位に使用されることを特徴とする上記（８）または（９）記載の低融点金属鋳造装置用耐熱材料。
尚、本発明においてマグネシウムを含む合金とは、アルミニウムや亜鉛、スズ、鉛等のマグネシウム以外の低融点金属とマグネシウムとの合金全般を意味し、マグネシウムの含有率は問わないが、現実的には合金全量の０．１質量％〜９９．９質量％の範囲でマグネシウムを含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、塗布または含浸という簡便な方法により、マグネシウムやマグネシウムを含む合金のような浸食性が高い金属の溶湯に対して非常に優れた耐食性が付加された低融点金属鋳造装置用耐熱材料が得られる。そして、得られる低融点金属鋳造装置用耐熱材料は、例えば、鋳造装置の注湯ボックス等に使用した場合、部品の交換頻度が従来と比較して大幅に少なくて済み、材料自体のコストも従来品と比較してほぼ同等であるため、耐久時間と材料コストで、従来と比較してトータル的に非常に安価に鋳造が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１０】
本発明では、多孔質の耐熱性成形体に、フッ化物を溶解させた処理液を含浸させ、乾燥することで、耐熱性成形体の空孔内にフッ化物を保持させる。このフッ化物により、マグネシウムやマグネシウムを含む合金のような浸食性が高い金属の溶湯に対して非常に優れた耐食性が付与される。そのため、多孔質の耐熱性成形体は、耐熱性や強度を維持しつつ、フッ化物の保持量を多くするために、その気孔率が５〜９５％であることが好ましい。また、多孔質の耐熱性成形体は、使用箇所に応じて次のように適宜選択されてもよい。例えば、取鍋内張り、保持炉内張り、樋のような比較的高い強度が要求される箇所では、気孔率５〜６０％、例えば、フロート、スパウト、ホットトップリング、トランジションプレートのような強度と断熱性と両方を求められるような箇所では、気孔率５０〜８０％、例えば、タップコーンやクッション材のような強度よりも断熱性を要求されるような箇所では、気孔率７０〜９５％の耐熱性成形体が好適に使用される。気孔率５〜６０％の耐熱性成形体としてはキャスタブル質耐火物、気孔率５０〜８０％の耐熱性成形体としてはけい酸カルシウム質断熱材、気孔率７０〜９５％の耐熱性成形体としては例えばボード状、ブランケット状、ペーパー状等の無機繊維質断熱材が挙げられる。
【００１１】
多孔質の耐熱性成形体の種類には制限がなく、これまで低融点金属用の鋳造装置に用いられたり、市販されているものの中から多孔質のもの、好ましくは上記の気孔率のものを選んでそのまま使用してもよいが、中でも、断熱性能や比強度、加工性等に優れることからけい酸カルシウムを含むものが好ましい。けい酸カルシウムは、特に制限はないが、ワラストナイト（ＣａＳｉＯ３）、トバモライト（５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）及びゾノトライト(６ＣａＯ・６ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ)から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、これらを１０〜１００質量％の割合で含有することが好ましい。
【００１２】
また、けい酸カルシウム単体であってもよいが、必要に応じて、従来から耐熱材料に配合されている公知の材料を添加してもよい。中でも、補強繊維の添加は好ましく、ガラス繊維や炭素繊維、セラミックス繊維等を０．１〜３質量％の割合で含有させることができる。尚、これら補強繊維の繊維径や繊維長は、繊維径３〜１５μｍ、繊維長３〜１０ｍｍのものが補強効果に優れ、好ましい。
【００１３】
けい酸カルシウムを含む多孔質の成形体を得るには、公知の製造方法を用いることができ、例えば、抄造法や脱水プレス法が用いられればよい。具体的には、けい酸カルシウム原料や補強用繊維を含む水性スラリーを脱水成形して例えば板状の脱水成形物とし、脱水成形物を水熱処理してけい酸カルシウムを生成させればよい。尚、けい酸カルシウム原料は、石灰原料とけい酸原料との混合物であり、石灰、ゾノトライト、ワラストナイト、けい石等で構成される。また、水性スラリーには消泡剤や凝集剤を添加することが好ましく、それぞれスラリー中に固形物換算で０．０１〜０．３質量％の割合で添加することができる。尚、消泡剤は、得られる低融点金属鋳造装置用耐熱材料に残留しない方が好ましく、そのため水溶性のものを用いて脱水成形時に水とともに排出することが好ましい。
【００１４】
水熱処理は、脱水成形物をオートクレーブに入れ、水蒸気雰囲気下で加熱すればよい。この水熱処理はけい酸カルシウムの合成が完了するまで行う必要があり、けい酸カルシウム原料の組成、脱水成形物の大きさ、生成させるけい酸カルシウムの種類に応じて適宜設定されるが、水蒸気圧０．９〜１．８ＭＰａ、処理時間２〜２０時間が適当である。
【００１５】
水熱処理後に乾燥して低融点金属鋳造装置用耐熱材料が得られ、そのまま使用に供することができるが、この状態でのけい酸カルシウムの結晶形態はワラストナイトとゾノトライトの混合であり、より耐食性を高めるためにゾノトライトの結晶水を脱水させる目的で焼成することが好ましい。焼成は、結晶水を脱水できれば制限がなく、例えば窒素雰囲気中で６００〜８００℃、２〜５時間行うのが適当である。焼成後のけい酸カルシウムの結晶形態はゾノトライトが脱水しているため、ワラストナイトが主成分となっている。
【００１６】
尚、けい酸カルシウムを含む多孔質の成形体は、上記に限らず、市販品を使用することもできる。
【００１７】
フッ化物は、溶媒に対して０．１質量％以上溶解すれば、特に制限はなく、例えば、けいフッ化水素酸（Ｈ２ＳｉＦ６）、モノフルオロリン酸ナトリウム（Ｎａ２ＰＯ３Ｆ）、フッ化スズ（ＳｎＦ２）、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、けいフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ６）、けいフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）等の無機フッ化物が挙げられる。本発明においては、特に安価であることから、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）及びけいフッ化ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＦ６）から選ばれる少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００１８】
溶媒は、水の他に、エタノール、メタノール等のアルコールやトルエン等の有機溶媒が挙げられるが、扱いやすいといった観点からは水を用いることが好ましい。
【００１９】
そして、上述したフッ化物を溶媒に溶解して所定の濃度とし、処理液を調製する。
【００２０】
ところで、本発明の低融点金属鋳造装置用耐熱材料におけるフッ化物の保持量は、十分な耐食性を得るためには、フッ素分で０．１質量％以上であることが好ましく、０．０１〜５質量％であることがより好ましく、更に好ましくは０．１〜２．５質量％、特に好ましくは０．１〜１．５質量％である。そのため、処理液におけるフッ化物の濃度をこのような保持量となるように適宜調整する。
【００２１】
上記の処理液を多孔質の耐熱性成形体に含浸させるには、塗布やスプレー噴射、浸漬等の公知の手段が何れも可能である。中でも、処理液を多孔質の耐熱性成形体のより深部まで十分に含浸させるためには浸漬法が効率的である。
【００２２】
処理液を含浸させた後、乾燥して処理液中の水分を蒸発させて空孔内にフッ化物を保持させることで、本発明の低融点金属鋳造装置用耐熱材料が得られる。本発明の低融点金属鋳造装置用耐熱材料は、フッ化物により優れた耐食性が付与されており、特にマグネシウムやマグネシウムを含む合金の溶湯と接触する部位に最適である。また、多孔質の耐熱性成形体としてけい酸カルシウムを用いた場合には、加工性に優れ、切削加工等により容易に所望形状に加工することができるようになる。そのため、マグネシウムやマグネシウムを含む合金を鋳造する装置の注湯ボックスや樋、保持炉等の内張り材、あるいはフロートやスパウト、ホット・トップリング、トランジションプレート等の付属部材として好適である。
【００２３】
上記において、耐熱性成形体は、予め所望の形状に成形されていてもよい。フッ化物を保持させた後に耐熱性成形体を切削加工してもよいが、予め所望の形状とした耐熱性成形体にフッ化物を保持させる方が、含浸作業において塗布面積が少なくて済み、浸漬容器も小さくてよく、それに伴い塗布量や含浸量も少なくなるという利点が得られる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明について更に説明するが、本発明はこれにより制限されるものではない。
【００２５】
（実施例１〜１４、比較例１〜２）
表１及び表２に示す配合にて、フッ化物処理液を調製した。尚、用いたフッ化物のフッ素分比率及び水に対する溶解度は以下のとおりである。また、これらフッ化物は、和光純薬工業株式会社製の試薬を用いた。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
また、多孔質の耐熱性成形体として、ニチアス株式会社製「ルミボード  ＬＨ−２００Ｓ」（気孔率７１％）またはニチアス株式会社製「ルミサル  ＬＤ」（気孔率５２％）を用意し、処理液に１時間浸漬した後、１０５℃で２４時間乾燥して試験体を得た。尚、耐熱性成形体の気孔率はＪＩＳ  Ｒ２６１４に準じて測定した。
【００２８】
各試験体について、処理前後の重量差からフッ化物の保持量を測定し、更にフッ素分を算出した。また、下記に示す浸食試験を行った。測定結果及び試験結果を同表に示す。
＜浸食試験＞
試験体から一辺が約７０ｍｍの正方形で、厚さが２５ｍｍの試験片を切り出し、図１に模式的に示すように、セッター上に配置された試験片のほぼ中心部にマグネシウム合金（ＡＺ３１）からなる直径８ｍｍで高さ１０ｍｍの円柱を置き、円柱の上面に０．２ＭＰａの荷重を加えた状態で、アルゴン雰囲気中で室温から２時間かけて８００℃まで昇温してマグネシウム合金を溶融させ、その後、マグネシウム合金融液の液面上に同荷重を負荷した状態で、アルゴン雰囲気中、８００℃にて１時間保持し、マグネシウム合金融液と試験片との接触状態を保った。１時間後、開圧してマグネシウム合金融液を試験片の表面から回収し、室温まで冷却した後、試験片の断面を観察してマグネシウム合金融液との接触により浸食された部分の面積を測定した。また、全く問題なしを「◎」、実用上特に問題なしを「○」、多少問題があるが実用上問題なしを「△」、実用上問題ありを「×」とし、同表に記した。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
【表３】
2007268598.tif 000004
【００３１】
実施例の各試験体は、フッ化物を保持してない比較例の試験体と比較して耐食性が向上している。特に、フッ素分として０．２質量％以上の保持量になると、浸食は殆ど見られず、優れた耐食性が付与されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例において、浸食試験の試験方法を説明するための模式図である。
【図１】
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