アルミニウム溶湯の清浄度改善による鋳造品の品質向上技術の開発＊
岩清水

康二＊＊、池浩之＊＊、高川貫仁＊＊

アルミニウム合金溶湯の酸化物の発生に及ぼす、溶湯保持温度の変化の影響について検討した。その結果、溶湯温度を 680℃から 585℃まで低下させ再度 650℃まで上げると溶湯中の酸化物量が増加することが分かった。また、生成された酸化物は、アルミニウム合金の構成成分による複酸化物であることが分かった。
キーワード：アルミニウム合金、介在物

Development of Quality Improvement Technology of The CastingAluminum Products by The Purity Improvement of The AluminumMolten
IWASHIMIZU Koji, IKE Hiroyuki, TAKAGAWA Takahito
The influence of the molten temperature of aluminum alloy on formation of oxides in themolten was investigated. As a result, the oxides formed in the molten increased when themolten temperature was once lowered to 585 ℃ and was raised to 650 ℃ again. It wasalso found that the oxides were double oxides that consisted of component of the aluminumalloy.
key words: aluminum alloy, oxide
１

緒言

アルミニウム合金は、酸化傾向が強いため、溶解すると大気中の酸素や水分と反応し、酸化物を生成しやすで清浄化された溶湯を維持できないのが現状である。
本報では、溶湯の保持温度の変化が酸化物生成に及ぼす影響について検討を行った。

い。また、同時に水分の分解による水素ガスを溶湯内に２吸収する。生成された酸化物は介在物として、溶湯内に残留し、機械的性質の低下や製品の外観不良などにな方法

原材料は、表 1 に示す㈱大紀アルミニウム工業所製る。特に、Mg、Si が含まれる合金は、MgO、SiO2 さらにダイカスト用アルミニウム合金地金（JIS 記号 AD12.1）

は、MgAl2O3、Al-Si-O 系の酸化物が生成される。MgO、に同材種の戻り材を 50wt％加えた 1.3 ㎏を用いた。戻MgAl2O3 は安定系であることから、還元できないため、鋳り材には、ビスケット付ランナー部分を使用した。原

造現場では、フラックスなどによる脱滓処理で炉外へ排材料は、♯10 黒鉛ルツボに入れ、抵抗式電気炉にて除するのが現状である。また、溶湯内の水素ガスは、不680℃で加熱し溶解した。溶解後、保持温度を 680℃で活性ガスの吹き込みにより除去し、溶湯を清浄化してい一定にした溶湯と保持温度を変化させた溶湯について、る。

それぞれ K モールド法（図 1）により、目視観察にて一般的にダイカスト鋳造は、合金溶解後、溶解したア介在物の測定と評価を行った。更に、完全に溶融し 3ルミニウム合金を保持炉に移し、一定温度で保持したの時間後、市販の KCI、Na2SO4 を主成分とするフラックち、ラドルで汲みだしダイカストマシンにて鋳造するとス剤を溶湯重量の 0.5wt％添加し、3 分攪拌後、脱滓処いう工程で行われる。溶湯の清浄化は主に、保持炉での理を施した。K モールドによる評価は、日本軽金属㈱脱滓処理が行われる。保持炉の溶湯は、表面に Al2O3 被で作成している表 2 の基準を用いた。K モールド法に膜が形成され、大気と遮断することにより酸素や水分のより確認された介在物は電子顕微鏡で観察、分析を行吸収が防がれる。しかし、ダイカスト鋳造は、連続的なった。

鋳造作業のため、保持炉への溶湯供給やラドルの可動により保持溶湯の温度低下や Al2O3 被膜が破壊されること＊＊＊基盤的・先導的技術研究開発事業「アルミニウム溶湯の清浄度改善による鋳造品の品質向上技術の開発」
材料技術部

岩手県工業技術センター研究報告

SiFeZnMgMn

Ni

wt%

2.22

11.34

0.71

0.77

0.27

0.220.08

元素名

Ti

PbSnCrCa

Cd

Al

wt%

0.04

0.04

0.020.05.0001.0006

残部

表125700
680

20680

680

680

680

660
640

15

アルミニウム合金地金の成分

温度(℃）

Cu

620

K値

元素名

第 15 号（２００８）

600

10580
560

50.2 520

脱 滓 処 理 1 0分 後K値

K モールド試験片鋳型

図2
表23 ｈ経 過1 ｈ経 過

図1

溶解直後

0540

1.60.8温度

一定の保持温度図 3 は、溶解後、680℃から 1 時間で 585℃に低下さ

K 値による清浄度判定基準

級

K値

清浄度の判定鋳造可否の判定

A＜0.1

清浄な溶湯

鋳造しても良いB0.1～0.5

ほぼ清浄な溶湯

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〃（日本軽金属㈱品質判定表より）せ、その後、2 時間で 650℃に温度を変化させた溶湯とK 値の結果を示す。溶解直後 K 値は、3.4 であり、溶解当初から介在物が混入していたと思われる。3 時間経過した時点での K 値は、溶解直後の 7 倍以上（判定 E級）であった。1 時間かけて、保持温度を約 100℃低下させた溶湯は、表面が半凝固状態となった。その後、再加熱により、①表面に形成された酸化物が介入したこと、②空気中の水蒸気や酸素を吸収したことにより酸化が進み K 値が上昇したと考えられる。発生した介在物をフラックスによる除去を試みたが、K 値の高い

３結果と考察

溶湯の判定は D 級に留ったこと。

図 2 は、溶解後、保持温度を 680℃で一定にしたと70025K 値は表 2 より C 級と判定された。時間の経過にとも20ない、K 値が上昇し、3 時間後には、溶解直後に比べ K

22.4680684

値が 2 倍となり判定も D 級となった。表面に Al2O3 の酸化が防止される。しかし、溶湯内には、Mg など酸化傾向が強い元素が含まれることから酸化が進行したと62060010580585 ち考えられる。
53 540脱 滓 処 理 1 0分 後

3 ｈ経 過1 ｈ経 過K値

図35603.4
溶解直後

0660
640

65015K値

被膜が形成され、溶湯と大気を遮断されることにより、

680

温度

保持温度変化有520温度(℃）

きの溶湯温度ならびに K 値の結果を示す。溶解直後のアルミニウム溶湯の清浄度改善による鋳造品の品質向上技術の開発
図 4 は、3 時間経過後の K モールド破断面を目視観察したものを示す。保持温度を変化させたものは介在４

結言

物量が明らかに多く、介在物のサイズも大きい。また、溶湯保持温度を一定にした場合と変化させた場合の破断面を観察するとポロシティも確認できた。介在物介在物の発生を K モールド法で検討した。得られた結だけではなく残留ガスの影響もあったと考えられる。

果は、次の通りである。
1）溶解直後、K 値 0.8（C 級）だった溶湯は、3 時間一定の温度で保持すると K 値 1.6（D 級）となった。
2）溶解直後、K 値 3.4 だった溶湯の保持温度を一旦、585℃まで下降させて、その後 680℃に上昇させると、K 値は 22.4 に上昇した。
3）この理由としては、表面に形成された酸化物が介入

温度変化なし図4

保持温度変化ありしたことと、空気中の水蒸気や酸素を吸収したことにより酸化が進み K 値が上昇したが考えられる。

K モールド破断面

4）発生した介在物は、Mg を中心とする複酸化物であ更に、温度変化を加えた溶湯について K モールド法った。また、分析結果では、Fe を確認したが、合金構で確認した介在物を電子顕微鏡で観察ならびに面分析成元素であるのか、溶解中に混入したものかは分からした結果を図 5 に示す。介在物は、合金構成元素であなかった。

る Mg を中心とする複酸化物であることが分かった。ま5）発生した介在物は、フラックスによる除去を試みた

た、面分析結果から酸化物中には、Fe も確認できた。

が、K 値の高い溶湯を処理後した結果は判定 D 級に留しかし、合金構成元素であるのか、溶解中に混入したった。

ものかは分からなかった。本実験では、黒鉛ルツボを用いたが、黒鉛ルツボからの C の混入は確認できなかった。

文献１）神尾 彰彦：研究会講演「アルミニウムの溶解と溶湯品質」(2006、2007)
２）山田盛雄：アルミニウム鋳鍛造技術便覧（カロス×50AlSiCuFeMg

O介在物

図5

電子顕微鏡による表面観察及び面分析出版）（1991）