アルミニウム溶湯清浄度評価基準策定のための溶湯調査＊
岩清水 康二**、池 浩之**、高川 貫仁**
岩手県内のアルミニウム合金鋳造企業を対象にアルミニウム溶湯の清浄度の調査とその評価基準の策定を試みた。その結果、溶湯の清浄度を確認はできたが、細かい評価基準の策定には至らなかった。アルミニウム溶湯の清浄度を評価するために必要な基準を策定するには、溶解条件や溶湯処理条件、合金別にそれぞれサンプル数を増やし、データを蓄積することが必要であることがわかった。
キーワード：アルミニウム合金鋳造、溶湯清浄化、Examination of Purity Standard of Aluminum Casting
IWASHIMIZU Koji, IKE Hiroyuki and TAKAGAWA Takahito
Purity of molten aluminum was investigated for aluminum alloy casting company of Iwate, andplanning of evaluation standard of molten aluminum was attempted. As a result, the purity of molten
aluminum was able to be checked, but evaluation standard was not able to be made. To plan evaluation
standard of purity of molten aluminum, it is necessary to accumulate the data of every aluminum alloy
made by varying melt conditions and treatment conditions of molten aluminum.
key words : aluminum alloy, casting,1緒

言アルミニウム合金溶湯中の介在物は、溶湯成分が大気中の酸素と反応して生成するMgAl 2OB4、Al2O3、MgO等の酸本報では、岩手非鉄金属加工技術研究会の協力を得、現状における溶湯の清浄度について調査した結果を報告する。

化被膜、酸化物が多いと考えられる。更に介在物は合金成分の酸化物だけではなく、溶解炉や溶解設備に使用さ2れる耐火物の混入もある。混入した介在物は大きさや形

岩手県内企業において鋳造、ダイカストで主に使われ調査方法も様々であり、切削加工時にハードスポットとして問題ているアルミニウム合金 ADC12、AC4C、AC7A の溶湯を調となる場合がある。そのような介在物を除去するため、査対象した（表 1）。ADC12 は 6 企業、AC4C は 1 企業、AC7A

一般にNaCl、KCl、NaFを主成分とするフラックスが添加

は 2 企業の溶解炉よりサンプルを採取し、2 種類の介在される。添加されたフラックスは、酸化物等の介在物と物測定と水素ガス含有量判定を行った。また、岩手県内

反応し湯面へ浮上し、垢とりなどで除去される。更に、企業での調査結果と比較のため、先端企業においても溶湯は介在物だけではなく、大気中の水分や燃焼ガス中ADC12、AC4C について同様の調査を行った。の水分、耐火物中の水分と反応して水素ガスが溶け込む
ことにより、ポロシティ（気泡）となって品質への問題となる場合がある。この脱ガスの方法としては、溶湯へアルゴン、窒素等の不活性ガスを吹き込み、気泡に水素ガスを拡散させ除去するのが一般的である。以上の方法
により現場では介在物、水素ガスの除去を行うが、清浄化された溶湯についての評価が確立されていないことか
ら、どの程度、清浄化されているかや品質に適切な溶湯となっているかについては不明な点が多い。そのため、

表 1 調査対象としたアルミニウム合金の記号、特色記号
合金系
鋳型区分
合金の特色
ADC12 Al-Si-Cu ダイカスト
機械的性質、被削性および鋳造性がよい。
AC4C
Al-Si-Mg 金型、砂型鋳造性がよく、靭性に優れ強度が要求される大型鋳物に用いられる。
AC7AAl-Mg
金型、砂型
耐食性が優れ、靭性がよく、陽極酸化性がよい、鋳造性はよくない。

アルミニウム合金の鋳造現場において清浄度を確認している企業は少ない。
このことから、溶湯清浄度についての評価の策定と具体的な研究開発テーマの絞り込みを目的に調査を行った。
* 東北経済産業局委託事業** 材料技術部

2-1

K モールド法

採取溶湯は、板状に鋳造（図 1）し、ハンマーで 5,6

岩手県工業技術センター研究報告第 14 号（2007）

片に破断して介在物について破面観察を目視で行った。1

実験結果を表3に示す。目視観察で確認できる介在物は種の溶湯に対して板状に鋳造したものを 3 本とり、15 片100μm程度であるが、介在物は300μmより大きくなるとについて介在物数を測定し、K 値を求め、日軽金㈱判定

機械的性質に影響を及ぼすといわれている １） 。

表（表 2）に基づき、A～E のランクに判定をした。

AC7Aは砂型鋳造用の溶湯でありK値は高めであるが、脱滓前、脱滓後を比較すると大きな差があった。ADC12は鋳・K 値＝S/n
K：1 小片に認められる介在物数（ヶ/片）

造可能なA、B判定以外の結果が多いことから脱滓の効果S：n ヶの小片に認められた介在物数の合計（ヶ）が十分ではなく、100μm以上の介在物が残っていること

n：観察した小片の数（片）思われる。
この方法は炉前においての清浄度の確認には簡便で適しているが、目視による判断のため経験ならびに個人差が出やすいことに注意しなければならない。
表2

図12-2

K モールド試験片鋳型

減圧凝固法

減圧凝固法は、炉前のガス含有量測定の手段として現K 値による清浄度判定基準

級
K値
A＜0.1
B 0.1～0.5

清浄度の判定清浄な溶湯
ほぼ清浄な溶湯

鋳造可否の判定
鋳造しても良い
できれば処理したほうが良い
C 0.5～1.0 やや汚れている溶湯 処理の必要がある
D 1.0～10
汚れている溶湯〃
E＞10 著しく汚れている溶湯〃場で利用可能な方法である。アルミニウム溶湯を鉄製小坩堝に約 50cc 入れ、720mmHg の減圧下で凝固させ、溶湯

表3中の溶存ガスを、気泡として放出させた。凝固した試料

番号
あを切断、研磨後、限度見本を基に目視により測定を行っ

材質
ＡＤＣ12Ｋ値
1.5級
Ｄ脱滓処理なし

ＡＤＣ120.4

Ｂあり

ＡＤＣ122.7

Ｄ

ＡＤＣ122.4

Ｄ

ＡＤＣ124.4

Ｄう

ＡＤＣ122.3

Ｄえ

ＡＤＣ125.9

Ｄ

ＡＤＣ124.9

Ｄ

ＡＤＣ120.5

Ｂあり

ＡＤＣ120.9Ｃあり

ＡＤＣ120.9Ｃあり

ＡＤＣ120.7Ｃあり

きＡＣ7Ａ

4.3

Ｄあり

くＡＣ7Ａ

24.9

Ｅなし

ＡＣ7Ａ

0.6Ｃあり

ＡＣ4Ｃ

6.6

Ｄなし

ＡＣ4Ｃ

3.3

Ｄあり

た（図 2）。気泡の発生が少ない状態（1 級）＜多い状態（7 級）とし、気泡状態を観察して、アルミニウム溶湯い中のガス量を判定した。介入するガスとして多く考えられるのは水素、窒素等であるが、目視により溶湯の良否を判定するため、ガスの特定はできない。しかし、炉前で溶湯のガス量を確認するためには有効である。

おか

図22-3

試料切断面（エミリー紙♯600 研磨後）

溶湯清浄度評価装置による残渣率の測定

アルミニウム合金の溶湯をフィルターを通し、溶湯の試験前後の重量差を残渣率として清浄度を評価する方法

判定結果である。溶湯中の酸化物等の介在物が多いと残渣率が上がり、溶湯が汚れていることが理解できる。ADC12 の場合は残渣率が 1.0％以上の場合、清浄化が必要であるとされている。
残渣率＝（試験重量－濾過重量）/試験重量×100

3-2

減圧凝固法による調査結果

アルミニウム合金が凝固する際、気泡を形成しない限界固溶量は、ダイカスト用合金で 0.3cc/100g、砂型用合金で 0.15cc/100gといわれている2）。材種毎の判定結果の割合を図 3 に示す。脱ガス処理を行っている企業は少

33-1

調査結果

なく、その結果、ADC12 種に関しては、5～7 級（ガスのK モールド法による調査結果固溶量は 0.3cc/100gを越える）が多かった。このため、

アルミニウム溶湯清浄度評価基準の策定脱ガスの処理が必要であると考えられる。AC4C、AC7Aは清浄度を評価する方法として、K モールド法、減圧凝砂型鋳造用の合金であり、坩堝にて十分に脱ガス処理を固法、溶湯清浄度評価装置を使用し、清浄度の測定がで行うことから、処理前後に気泡の発生に大きく差が見らきた。その結果、岩手県内の企業は、先端企業に比べ、れた。

K 値が大幅に高いことから、K 値による判定基準 B ラン
ク（ほぼ清浄な溶湯）、溶湯清浄度評価装置による残渣率は 1.0％以下を目標に脱滓処理する必要があることが処理あり

AC4C分かった。今後、評価基準を策定するには、溶解条件の違い、材種の違いなどにより各測定のサンプル数を増やすことが必要であり、疲労試験や引張試験などの強度試処理あり

AC7A

験の測定結果や不良発生率と介在物測定結果との関係を含め検討していくことで信頼性の高い評価基準を策定できると考える。

処理あり

ADC12

また、介在物の形成とその除去方法や脱ガスの方法に0%

20%

40%
1級

図3

2級

3級

60%
4級

5級

80%
6級

100%

ついても検討を進めていくことが必要である。

7級

本調査を実施するにあたり、サンプル調査で御協力を減圧凝固判定結果頂いた岩手非鉄金属加工技術研究会会員企業様、先端企
3-3

業様、スタッフに深く感謝いたします。また、御指導・溶湯清浄度評価装置による結果

岩手県内企業で採取した溶湯の平均残渣率を表 4 に示御助言をいただいた東京工業大学名誉教授

す。ADC12 に関しては、残渣率が 1.0％を超えていること

東京都立産業技術研究所から、介在物の混入があることが示唆される。AC7A、AC4Cます｡

神尾彰彦氏、佐藤健二氏に深く感謝いたしは、坩堝炉で溶解を行うため、大気との接触が多く、溶湯表面に酸化被膜が形成されやすいと思われる。

文献１）神尾 彰彦：研究会講演「アルミニウムの溶解と溶表4湯品質」(2006)

溶湯清浄度評価装置結果

材種

平均残渣率（％）

サンプル数（個）ADC121.4312AC7A2.93AC4C

1.2223-4

先端企業における調査結果

アルミニウム合金の鋳造、ダイカストを行う先端企業にて県内企業と同じ方法で調査を行った。その結果を表5 に示す。減圧凝固法や溶湯清浄度評価装置に結果は岩手県内企業と大きな差が見られないが、K モールド法の結果に関しては、A、B ランクであり、介在物の粒子が小さいことが理解できた。先端企業の殆どは、炉前にて Kモールドにより、溶湯の清浄度を測定していた。このことにより安定した品質を保っているとのことであった。
表5種別

先端企業調査結果
K モールド
材質ABC

ADC12ADC12AC4C4結言K値
0.30.20.06

級
BBA

減 圧 凝固法級
471

溶湯清浄度
評価装置
残渣率（％）
0.56
1.06
0.78２）山田盛雄：アルミニウム鋳鍛造技術便覧（カロス出版）（1991）