(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金、亜鉛合金、又はマグネシウム合金からなる軽合金製品の表面処理に用いられるショットであって、
１．８〜１３．０質量％の銅と、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる亜鉛−銅二元合金によって構成され、
この亜鉛−銅二元合金の溶湯を分散流下させて冷却、凝固して得られた粒状体であり、
その金属組織は、溶湯が冷却される際に生じる包晶反応を利用して、硬質なε相の周囲をこれよりも軟質のη相で包囲させた包晶組織であり、
硬さがＨｖ６０超〜１５０、平均粒径が０．１〜３．５ｍｍであって、
硬質なε相によりショットとしての研掃効果と寿命を向上させ、かつ軟質なη相により被処理品の表面肌を荒らすことなく、表面肌の色調を完全な銀白色とすることができるものであることを特徴とするショット。
【請求項２】
平均粒径が０．６〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のショット。
【請求項３】
平均粒径が０．１〜０．６ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１記載のショット。
【請求項４】
平均粒径が１．２超〜３．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のショット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム合金、亜鉛合金、又はマグネシウム合金からなる軽合金製品のバリ、カエリ等の除去、スケールや砂落とし、鋳肌の改良、コーキングなどの表面処理などに投射材として使用されるショットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車部品等に使用されるアルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金製のダイカスト等の軽合金製品のバリ、カエリ等の除去、スケールや砂落とし、鋳肌の改良、コーキングなどの表面処理に対しては、被処理品にショットを高速で投射するショットブラスト法が広く採用されている。このショットブラストに使用される投射材として、アルミニウム、スチール、ステンレス鋼等のショットが使用されているが、アルミニウムショットは軟質で研掃効果が小さいうえに磨耗により発生した粉塵が爆発を起こす危険性があり、スチールショット、ステンレス鋼ショットにおいては、ショットの硬さが硬すぎるために被処理品の表面を荒らしてしまううえにやはり発生した粉塵が爆発を起こす危険性があるという問題があった。
【０００３】
アルミニウム、スチール、ステンレス鋼などのショットに比べて亜鉛製のショットは爆発感度が低く粉塵爆発の危険性が極めて低いのでショットとして好適であるが、ショットブラストを施した時に被処理品の表面の色が損なわれて全体的に灰色状に黒ずんだ色となってしまい、この黒ずみは洗浄などで除去することができず商品価値を下落させてしまうものであった。また、硬さがビッカース表示でＨｖ４０〜５０であって柔らかく、研掃効果が小さいために処理時間が長くなって生産性が劣るという問題があった。
【０００４】
上記した従来の亜鉛製ショットの問題点を解決するために、発明者らは、特開平９−７０７５８号公報に開示されているごとく、亜鉛に銅を０．０５〜２．００％含有させて硬さをＨｖ５０〜６０とした平均粒径０．４〜２．０ｍｍの亜鉛合金製ショットを先に発明した。しかしながら、このような亜鉛合金製ショットにおいてはショットブラスト処理後の被処理品の表面の灰色状の黒ずみは薄くなってかなり改善されてはいるものの、完全な銀白色とは言いがたく、なお不満の残るものであった。また、硬さをＨｖ５０〜６０と高くしたにも係わらず研掃効果がなお十分でなく、ショットブラスト処理に時間を要するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、粉塵爆発の危険がなくて研掃効果が高いうえに、ショットブラスト処理後の被処理品の表面肌の色を完全な銀白色とすることのできるショットを提供するためになされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、
アルミニウム合金、亜鉛合金、又はマグネシウム合金からなる軽合金製品の表面処理に用いられるショットであって、
１．８〜１３．０質量％の銅と、残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる亜鉛−銅二元合金によって構成され、
この亜鉛−銅二元合金の溶湯を分散流下させて冷却、凝固して得られた粒状体であり、
その金属組織は、溶湯が冷却される際に生じる包晶反応を利用して、硬質なε相の周囲をこれよりも軟質のη相で包囲させた包晶組織であり、
硬さがＨｖ６０超〜１５０、平均粒径が０．１〜３．５ｍｍであって、
硬質なε相によりショットとしての研掃効果と寿命を向上させ、かつ軟質なη相により被処理品の表面肌を荒らすことなく、表面肌の色調を完全な銀白色とすることができるものであることを特徴とするものである。
なお、請求項２の発明では平均粒径が０．６〜１．２ｍｍであり、請求項３の発明では平均粒径が０．１〜０．６ｍｍ未満であり、請求項４の発明では平均粒径が１．２超〜３．５ｍｍである。
【０００７】
本発明のショットは銅が添加された亜鉛合金溶湯が冷却される際に起こる包晶反応を利用して、硬質なε相の周囲を軟質なη固溶体相で包囲して、硬質なε相により研掃効果を高めるとともに、軟質なη固溶体相がクッションの役目を果して被処理品の表面を荒らすことなく表面の色を完全な銀白色とすることを可能としたものであって、以下に本発明を詳細に説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のショットは銅を含有する亜鉛合金であり、以下に示すように１．８〜１３．０質量％の銅と残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる亜鉛−銅二元合金によって構成される。図１は金属亜鉛の寿命を１００％として、寿命に及ぼす合金元素の影響を示したものであるが、Ｍｎ、Ｎｉなどの合金元素を亜鉛に添加した場合には銅よりも割れやすく硬さの増加とともに寿命が短くなる。これに対して亜鉛に銅を添加した場合には硬さの増加とともに寿命は長くなることが判る。なお、亜鉛および銅の純度は一般の工業用材料として流通しているものでよいが、亜鉛中の銅の含有量は１．８〜１３．０％とする。亜鉛−銅二元合金の亜鉛側の平衡状態図の一部を図２に示すが、図に示した濃度域において亜鉛と銅は約４２４℃で包晶反応を起こす。従って、例えば３００℃において２％弱のＣｕまではη相を形成し、１３％まではη＋εの包晶組織、それ以上ではε単相の組織となる。包晶組織の一例を図３に示すが、この組織は比較的硬質なε相を軟質なη相が包み込んだ組織となっている。従って、組織をこのような包晶組織とすることにより、硬質なε相がバリ取りなどに際して研掃効果を発揮し、一方、軟質なη相がショットブラストに際してクッションの作用を果たすために被処理品の表面を荒らすことがないという利点がある。
【０００９】
しかしながら、亜鉛中の銅の含有量が１．８％未満では金属組織中のη相の割合が多くε相が少なくて硬さが不足して十分な研掃効果を発揮することができない。一方、亜鉛中の銅の含有量が１３．０％を超えると組織がε相主体となってショットが硬くなりすぎ靱性が不足してショットが割れたりして寿命が短くなる。また、表面の肌荒れを起こしたりする。従って、亜鉛中の銅の含有量は１．８〜１３．０％、特に好ましくは２．０〜１３．０％とする。
【００１０】
また、ショットの硬さをＨｖ６０超〜１５０とする理由は、硬さがＨｖ６０以下では研掃効果が劣るとともに被処理品の表面肌が黒ずんで完全な銀白色とすることができないからであり、硬さがＨｖ１５０を超えるとショットが割れたりして寿命の低下を招いたり表面の肌荒れを起こしたりするからである。なお、ショットの硬さをＨｖ６０超〜１２５とするのが望ましい。ショットの硬さをＨｖ６０超〜１２５とすることにより良好な研掃効果と長寿命が得られ、且つ、処理後のアルミニウム合金、亜鉛合金、マグネシウム合金からなる軽合金製品の表面肌を銀白色の美麗なものとすることができる。
【００１１】
また、ショットの平均粒径は０．１〜３．５ｍｍとする。ショットの平均粒径が０．１ｍｍ未満では衝突力が小さく大きな研掃効果を得ることができないからであり、３．５ｍｍを超えると逆に衝突力が大きくなって表面の肌荒れが大きくなるからである。なお、ショットの平均粒径を０．１〜０．６ｍｍ未満とした場合には、若干研掃効果は低下するが肌荒れの少ない美麗な表面肌を得ることができ、このような平均粒径の小さいショットは小物の部品の処理に適する。ショットの平均粒径を１．２超〜３．５ｍｍとした場合には、若干表面性状は劣るものの高い研掃効果を発揮して短時間に被処理品にバリ取り等の表面処理を行うことができ、このような平均粒径の大きいショットは塗装ハンガー等の塗装落としに適する。そして、ショットの平均粒径を０．６〜１．２ｍｍとすることにより高い研掃効果と良好な表面性状の両立したブラスト加工を行うことができる。即ち、高い研掃効果により短時間で被処理品に処理を施すことができて、且つ、被処理品の表面の肌荒れを引き起こすことなく銀白色の美麗な肌を被処理品に形成することができる。
【００１２】
ショットの製造に当たっては、先ず亜鉛中に銅を所定量配合して得られる亜鉛−銅二元合金の溶湯を非酸化性雰囲気の下にて分散流下させて冷却、凝固して粒状体とする。この粒状体を回収して篩分け等により分級、形選して粒度別に区分することによって、所定の銅含有量で粒径の揃ったショットを得ることができる。
【００１３】
【実施例】
以下に実施例に従い本発明をさらに詳細に説明する。
表１に示すような種々の組成、硬さ、粒径の亜鉛合金製ショットを製造した。製造方法は上記した亜鉛−銅二元合金の溶湯を非酸化性雰囲気の下にて分散流下させて冷却、凝固させる方法とした。製造したショット７５ｋｇを５ＨＰの遠心投射機により投射速度６０ｍ／ｓｅｃでアルミニウム合金製ダイカストに投射してショットの性能を試験調査した。その結果を表１に示す。
【００１４】
表１において、ブラスト時間が３０秒でバリ取りを行うことができて結果が極めて良好なものをブラスト時間◎、バリ取り効率◎、６０秒でバリ取りを行うことができ良好なものをブラスト時間○、バリ取り効率○、９０秒でバリ取りを行うことができやや不良なものをブラスト時間△、バリ取り効率△、９０秒ブラストしてもバリを取ることができず不良なものをブラスト時間×、バリ取り効率×と判定した。また１５時間ショットをブラストして微粉となって消耗される量の極めて少なかったものを◎、少なかったものを○、やや多かったものを△、多かったものを×とした。また、処理後の表面肌が黒ずんでいたものを×、少し黒ずんでいたものを○、銀白色に輝いていたものを◎とし、以上のブラスト時間、バリ取り効率、ショットの寿命、表面肌の色調を総合的に加味して判定し、総合評価が極めて良好なものを◎、良好なものを○、やや不良なものを△、不良であるものを×として判定した。
【００１５】
【表１】
0004165794.tif 000002
【００１６】
表１において、Ｎｏ．１のショットは銅が添加されていない亜鉛製ショットであって、そのため硬さが低くブラスト時間を長くしてもバリを効果的に除去することができなかったばかりか、ショットの磨耗も大きくその寿命が短いものであった。また、処理後の表面肌の色調も光沢のない黒ずんだものとなってしまい、総合評価も不良であった。また、Ｎｏ．２、４、５のショットは何れも銅の含有量が本発明の範囲より低く、硬さも本発明の範囲より低い比較例である。このためブラスト時間、バリ取り効率、ショットの寿命、表面肌の色調の何れにおいても結果は○ないし△であって、従って、総合評価も○ないし△に留まってしまった。以上の比較例に対し、Ｎｏ．３および６〜１０の本発明の実施例であるショットは銅の濃度、硬さ何れも本発明の範囲内であってすべての項目に渡って極めて良好で総合的にも極めて良好なショットであった。
【００１７】
さらに、表１に示したショットのバリ取り性能を詳細に試験調査した。表２、はショットの投射速度が４５ｍ／ｓｅｃの場合のアルミニウムダイカストのバリ厚みとバリ取り時間との関係を調査した試験結果、表３はショットの投射速度が６０ｍ／ｓｅｃの場合のバリ厚みとバリ取り時間との関係を調査した試験結果であって、ブラスト時間３０秒でバリ取りを行うことができものを◎、６０秒でバリ取りを行うことができたものを○、９０秒でバリ取りを行うことができたものを△、９０秒ブラストしてもバリを取ることができなかったものを×と判定した。
【００１８】
【表２】
0004165794.tif 000003
【００１９】
【表３】
0004165794.tif 000004
【００２０】
表２、表３より本発明の実施例であるＮｏ．３および６〜１０のショットは比較例であるＮｏ．１、２、４、５のショットよりバリ取り効果が格段に優れていることが判る。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のショットは、１．８〜１３．０質量％の銅と残部が亜鉛及び不可避的不純物からなる亜鉛−銅二元合金の溶湯が凝固する際に起こる包晶反応を利用して、金属組織を硬質なε相の周囲を軟質なη相が包囲したものとすることによって、硬質なε相により研掃効果を高めて従来よりも短時間でバリを除去することができるうえショットの消耗による寿命の低下を防止して寿命を延長することができる。また、軟質なη相がクッションの役目を果して被処理品の表面を荒らすことがなく、表面肌の色調を完全な銀白色のものとすることができる。従って、本発明のショットは、粉塵爆発の危険がなくて研掃効果が高く寿命が長いうえに、処理後の表面肌の色調を完全な銀白色とすることのできるものとして工業的価値大なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ショットの硬さと寿命比との関係図である。
【図２】  亜鉛−銅二元系平衡状態図の一部を示す説明図である。
【図３】  包晶組織の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  ε相
２  η相
【図１】
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【図２】
0004165794.tif 000006
【図３】
0004165794.tif 000007