JP2000094090A - Casting mold and method of manufacturing the same - Google Patents
Casting mold and method of manufacturing the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 活性金属を含む金属材料などを鋳造する際に
用いられる鋳造用鋳型において、溶融金属などに対する
耐食性を向上させ、その上でインゴットの剥離性を高め
て、繰り返し使用することを可能にする。
【解決手段】 高融点金属マトリックス中に希土類酸化
物粒子を分散配置した複合材料で鋳型本体２を作製す
る。このような複合材料からなる鋳型本体の溶湯と接す
る面に、酸化物コーティング層３を形成する。鋳造用鋳
型１は、このような鋳型本体２と酸化物コーティング層
３とにより構成される。
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the corrosion resistance to a molten metal and the like, and to enhance the peelability of an ingot in a casting mold used for casting a metal material containing an active metal, for repeated use. To be able to SOLUTION: The mold main body 2 is made of a composite material in which rare earth oxide particles are dispersed and arranged in a high melting point metal matrix. The oxide coating layer 3 is formed on the surface of the mold body made of such a composite material, which is in contact with the molten metal. The casting mold 1 is composed of such a mold body 2 and the oxide coating layer 3.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、各種材料を鋳造す
る際に用いられる鋳型およびその製造方法に係り、特に
Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒなどの活性金属を含む金属材料用として
好適な鋳造用鋳型およびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mold used for casting various materials and a method for producing the same, and more particularly to a casting mold suitable for a metal material containing an active metal such as Y, Ti, and Zr. It relates to the manufacturing method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子の配線材料や各種機能部品の
素材として用いられているＴｉやＺｒ、あるいは希土類
磁石などに用いられる希土類金属の単体もしくは合金な
どの活性金属を含む金属材料のインゴットを鋳造する際
の鋳型には、従来、シリカやアルミナなどのセラミック
ス材料が用いられてきた。2. Description of the Related Art An ingot of a metal material containing an active metal such as Ti or Zr used as a wiring material of a semiconductor element or a material of various functional parts, or a simple or alloy of a rare earth metal used for a rare earth magnet or the like is cast. Conventionally, a ceramic material such as silica or alumina has been used for the casting mold.
【０００３】セラミックス材料からなる鋳型は、鋳込ん
だ金属との剥離性がよく、かつ安価であるという利点を
有している。しかし、溶融金属に対する耐食性が必ずし
も十分ではないため、比較的形状の小さいインゴットを
作製する場合には、鋳型からのコンタミが問題となって
いた。また、耐食性の低さやセラミックス材料の脆さな
どに起因して鋳型の交換頻度が高く、鋳込んだ金属に汚
染された廃棄物が大量に発生するため、近年の環境問題
に鑑みて対策が求められている。[0003] A mold made of a ceramic material has the advantages of good releasability from the cast metal and low cost. However, since corrosion resistance to molten metal is not always sufficient, when producing an ingot having a relatively small shape, contamination from a mold has been a problem. In addition, the frequency of mold replacement is high due to low corrosion resistance and brittleness of ceramic materials, etc., and a large amount of waste contaminated by the cast metal is generated, so measures are required in view of recent environmental problems. Have been.
【０００４】一方、活性金属を含む金属材料などを鋳造
する際の鋳型には、ＷやＴａなどの高融点金属も用いら
れている。高融点金属からなる鋳型は、鋳込む金属材料
に対して高耐食性を示すため、コンタミなどが問題とな
るような径の小さなビレットなどの作製に適している。
しかし、高融点金属は鋳込む金属材料との濡れ性がよ
い、すなわち剥離性が悪いため、インゴットを取り出す
際にしばしば問題が起こっている。[0004] On the other hand, a high melting point metal such as W or Ta is used as a mold for casting a metal material or the like containing an active metal. A mold made of a high melting point metal has high corrosion resistance to a metal material to be cast, and is therefore suitable for producing a billet having a small diameter where contamination or the like becomes a problem.
However, a high melting point metal has good wettability with a metal material to be cast, that is, poor releasability, so that a problem often occurs when taking out an ingot.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、希土類金属などの活性金属を含む金属材料を
鋳造する際の鋳型には、シリカやアルミナなどの各種セ
ラミックス材料、あるいはＷやＴａなどの高融点金属が
用いられている。As described above, T
As a mold for casting a metal material containing an active metal such as i, Zr, or a rare earth metal, various ceramic materials such as silica and alumina, or high melting point metals such as W and Ta are used.
【０００６】これらのうち、セラミックス材料は溶融金
属に対して耐食性が低く、インゴット中のコンタミが問
題となっており、また鋳型の交換頻度が高いことから、
鋳込んだ金属に汚染された廃棄物が大量に発生するとい
う問題を有している。一方、高融点金属は耐食性に優れ
るものの、インゴットの剥離性が悪いという問題を有し
ていた。[0006] Of these, ceramic materials have low corrosion resistance to molten metal, contaminants in ingots are a problem, and the frequency of mold replacement is high.
There is a problem that a large amount of waste contaminated by the cast metal is generated. On the other hand, the high melting point metal has a problem that the ingot is not easily peelable, although the corrosion resistance is excellent.
【０００７】本発明はこのような課題に対処するために
なされたもので、溶融金属などに対して良好な耐食性を
示し、かつインゴットの剥離性に優れると共に、繰り返
し使用することを可能にした鋳造用鋳型およびその製造
方法を提供することを目的としている。[0007] The present invention has been made to address such problems, and has a good corrosion resistance against molten metal and the like, has excellent ingot peelability, and is capable of being used repeatedly. It is an object of the present invention to provide a casting mold and a method for producing the same.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の鋳造用鋳型は、
請求項１に記載したように、高融点金属マトリックス
と、前記高融点金属マトリックス中に分散配置された希
土類酸化物粒子とを有する複合材料からなる鋳型本体
と、前記鋳型本体の溶湯と接する面に形成された酸化物
コーティング層とを具備することを特徴としている。The casting mold of the present invention comprises:
As described in claim 1, a mold body made of a composite material having a high-melting-point metal matrix and rare-earth oxide particles dispersed in the high-melting-point metal matrix, and a surface of the mold body that is in contact with the molten metal. And a formed oxide coating layer.
【０００９】本発明の鋳造用鋳型において、酸化物コー
ティング層には請求項２に記載したように、高融点金属
マトリックス中に分散配置された希土類酸化物粒子と同
種の酸化物を用いることが好ましい。また、希土類酸化
物粒子は請求項３に記載したように、高融点金属マトリ
ックスに対して20体積% 以下の範囲で分散配置すること
が好ましい。希土類酸化物粒子の平均粒子径は、請求項
４に記載したように0.1〜20μm の範囲とすることが好
ましい。さらに、酸化物コーティング層の厚さは請求項
５に記載したように、 1〜2000μm の範囲とすることが
好ましい。In the casting mold of the present invention, it is preferable to use the same oxide as the rare earth oxide particles dispersed and arranged in the high melting point metal matrix for the oxide coating layer. . In addition, as described in claim 3, the rare earth oxide particles are preferably dispersed and arranged in a range of 20% by volume or less with respect to the high melting point metal matrix. The average particle diameter of the rare earth oxide particles is preferably in the range of 0.1 to 20 μm as described in claim 4. Further, the thickness of the oxide coating layer is preferably in the range of 1 to 2000 μm.
【００１０】本発明の鋳造用鋳型は、請求項８に記載し
たように、例えば金属材料を鋳造する際の鋳型として用
いられ、特に請求項９に記載したように、活性金属を含
む金属材料用の鋳造用鋳型として好適である。[0010] The casting mold of the present invention is used, for example, as a casting mold for casting a metal material, as described in claim 8, and particularly as described in claim 9, for a metal material containing an active metal. It is suitable as a casting mold.
【００１１】また、本発明の鋳造用鋳型の製造方法は、
請求項１０に記載したように、高融点金属と希土類酸化
物とを混合し、高融点金属マトリックス中に平均粒子径
1〜20μm の希土類酸化物粒子を分散させた複合材料か
らなる鋳型母材を作製する工程と、前記鋳型母材を焼結
した後、この焼結材を 30%以上の加工率で塑性加工しつ
つ、所望の鋳型形状に加工する工程と、前記鋳型形状を
有する鋳型母材の溶湯と接する面に、酸化物コーティン
グ層を形成する工程とを具備することを特徴としてい
る。[0011] The method for producing a casting mold according to the present invention comprises:
The refractory metal and the rare earth oxide are mixed as described in claim 10, and the average particle size is contained in the refractory metal matrix.
A step of preparing a mold base material made of a composite material in which rare earth oxide particles of 1 to 20 μm are dispersed, and after sintering the mold base material, the sintered material is plastically processed at a processing rate of 30% or more. In addition, the method includes a step of processing into a desired mold shape, and a step of forming an oxide coating layer on a surface of the mold base material having the mold shape that is in contact with the molten metal.
【００１２】本発明の鋳造用鋳型においては、高融点金
属マトリックス中に希土類酸化物粒子を分散配置した複
合材料からなる鋳型母材を用い、その溶湯と接する面に
酸化物コーティング層を形成している。酸化物コーティ
ング層は溶融金属などの各種の溶湯に対して良好な耐食
性を示し、さらには各種の溶湯に対して良好な剥離性を
示すため、従来の高融点金属からなる鋳型の剥離性が悪
いという欠点を解消することができる。ただし、高融点
金属基材上に単に酸化物コーティング層を形成した場合
には、酸化物コーティング層自体が容易に剥離してしま
い、鋳造用鋳型の繰り返し使用回数を向上させることは
できない。In the casting mold of the present invention, a mold base material made of a composite material in which rare earth oxide particles are dispersed and arranged in a high melting point metal matrix is used, and an oxide coating layer is formed on a surface in contact with the molten metal. I have. The oxide coating layer shows good corrosion resistance to various molten metals such as molten metal, and also shows good peelability to various molten metals, so that the conventional mold made of high melting point metal has poor peelability. The disadvantage described above can be eliminated. However, when the oxide coating layer is simply formed on the high melting point metal substrate, the oxide coating layer itself is easily peeled off, and the number of times the casting mold is repeatedly used cannot be improved.
【００１３】これに対して、本発明の鋳造用鋳型におい
ては、鋳型本体として高融点金属マトリックス中に希土
類酸化物粒子を分散配置した複合材料を使用しているた
め、希土類酸化物粒子により鋳型本体と酸化物コーティ
ング層との結合力を十分に高めることができ、その結果
として酸化物コーティング層の剥離を抑制することがで
きる。従って、鋳造用鋳型の繰り返し使用回数を向上さ
せることが可能となる。酸化物コーティング層は、特に
希土類酸化物粒子と同種の酸化物を用いた場合に、鋳型
本体との結合力をより一層高めることができる。On the other hand, in the casting mold of the present invention, a composite material in which rare earth oxide particles are dispersed and arranged in a high melting point metal matrix is used as the mold body. The bonding force between the oxide coating layer and the oxide coating layer can be sufficiently increased, and as a result, peeling of the oxide coating layer can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the number of times the casting mold is repeatedly used. The oxide coating layer can further enhance the bonding force with the template body, particularly when an oxide of the same type as the rare earth oxide particles is used.
【００１４】また、本発明の鋳造用鋳型の製造方法にお
いては、高融点金属マトリックス中に分散させる希土類
酸化物粒子の平均粒子径が 0.1〜20μm の範囲となるよ
うに、高融点金属と希土類酸化物とを混合しているた
め、鋳型母材の塑性加工性を著しく向上させることがで
き、高融点金属マトリックス中に希土類酸化物粒子を分
散配置した複合材料からなる鋳型母材を用いているにも
かかわらず、所望形状の鋳型本体を容易に作製すること
ができる。さらに、上記したような鋳型母材の焼結材を
30%以上の加工率で塑性加工しているため、焼結孔など
の欠陥が減少し、酸化物コーティング層の密着強度をよ
り一層高めることができる。In the method for producing a casting mold according to the present invention, the high melting point metal and the rare earth oxide are mixed so that the average particle diameter of the rare earth oxide particles dispersed in the high melting point metal matrix is in the range of 0.1 to 20 μm. Since the material is mixed with the material, the plastic workability of the mold base material can be remarkably improved, and the use of a mold base material made of a composite material in which rare earth oxide particles are dispersed and arranged in a high melting point metal matrix. Nevertheless, a mold body having a desired shape can be easily produced. Furthermore, the sintered material of the mold base material as described above is used.
Since plastic working is performed at a working ratio of 30% or more, defects such as sintered holes are reduced, and the adhesion strength of the oxide coating layer can be further increased.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１６】図１は、本発明の一実施形態による鋳造用
鋳型の概略構造を示す断面図である。同図に示す鋳造用
鋳型１は、所望の鋳型形状を有する鋳型本体２と、この
鋳型本体２の溶湯と接する面に形成された酸化物コーテ
ィング層３とにより構成されている。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a casting mold according to one embodiment of the present invention. The casting mold 1 shown in FIG. 1 includes a mold body 2 having a desired mold shape, and an oxide coating layer 3 formed on a surface of the mold body 2 which is in contact with the molten metal.
【００１７】所望の鋳型形状を有する鋳型本体２は、高
融点金属マトリックス中に希土類酸化物粒子を分散配置
した複合材料からなるものである。高融点金属マトリッ
クスには、例えばＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｒｅ、Ｃｒ、
Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少なくとも 1種を主
成分とする金属材料が用いられる。高融点金属マトリッ
クスは適用する溶湯温度などに応じて適宜選択される。The mold body 2 having a desired mold shape is made of a composite material in which rare earth oxide particles are dispersed and arranged in a high melting point metal matrix. For example, W, Mo, Ta, Nb, Re, Cr,
A metal material mainly containing at least one selected from Ni, Co and Fe is used. The refractory metal matrix is appropriately selected according to the temperature of the molten metal to be applied.
【００１８】このような高融点金属マトリックス中に希
土類酸化物粒子が分散配置されており、鋳型本体２と酸
化物コーティング層３との結合力を高めている。希土類
酸化物粒子は高融点金属マトリックスの粒界強度の向上
などにも寄与し、これにより鋳造用鋳型１の強度の向上
が図られている。希土類酸化物粒子としては、例えば
Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｔｈおよび
Ｕから選ばれる少なくとも 1種の金属の酸化物が用いら
れる。The rare earth oxide particles are dispersed and arranged in such a high melting point metal matrix to enhance the bonding force between the mold body 2 and the oxide coating layer 3. The rare earth oxide particles also contribute to the improvement of the grain boundary strength of the refractory metal matrix, and thereby the strength of the casting mold 1 is improved. As the rare earth oxide particles, for example, Y, La, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, T
An oxide of at least one metal selected from b, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th and U is used.
【００１９】上記したような希土類酸化物粒子は、高融
点金属マトリックスに対して20体積% 以下の範囲で含有
させることが好ましい。希土類酸化物粒子の分散量が多
いほど酸化物コーティング層３との結合力を高めること
ができるが、あまり分散量が多いと鋳型母材を焼結した
後に塑性加工する際の加工性が低下するため、高融点金
属マトリックスに対して20体積% 以下とすることが好ま
しい。ただし、あまり少ないと鋳型本体２と酸化物コー
ティング層３との結合力を高めるという本来の効果が損
われるため、高融点金属マトリックスに対して 2.5体積
% 以上含有させることが好ましい。希土類酸化物粒子は
高融点金属マトリックスに対して 2.5〜10体積% の範囲
で含有させることがさらに好ましい。The rare earth oxide particles as described above are preferably contained in a range of 20% by volume or less based on the high melting point metal matrix. The larger the amount of dispersion of the rare earth oxide particles, the higher the bonding force with the oxide coating layer 3 can be. However, if the amount of dispersion is too large, the workability in performing plastic working after sintering the mold base material is reduced. Therefore, the content is preferably 20% by volume or less based on the high melting point metal matrix. However, if the amount is too small, the original effect of increasing the bonding force between the mold main body 2 and the oxide coating layer 3 is impaired, so that 2.5 volume
% Is preferably contained. More preferably, the rare earth oxide particles are contained in the range of 2.5 to 10% by volume based on the high melting point metal matrix.
【００２０】また、高融点金属マトリックス中に分散配
置された希土類酸化物粒子の平均粒子径は 0.1〜20μm
の範囲とすることが好ましい。希土類酸化物粒子の平均
粒子径が20μm を超えると、希土類酸化物粒子を多量に
分散させた場合と同様に、鋳型母材の塑性加工性が低下
する。一方、希土類酸化物粒子の平均粒子径が 0.1μm
未満であると、結晶粒界で溶湯からの腐食を防ぐための
希土類酸化物粒子が小さすぎるために、耐食性が劣化す
る。The rare earth oxide particles dispersed in the high melting point metal matrix have an average particle diameter of 0.1 to 20 μm.
It is preferable to be within the range. When the average particle diameter of the rare earth oxide particles exceeds 20 μm, the plastic workability of the mold base material is reduced as in the case where the rare earth oxide particles are dispersed in a large amount. On the other hand, the average particle diameter of the rare earth oxide particles is 0.1 μm
If it is less than 1, the rare earth oxide particles for preventing corrosion from the molten metal at the crystal grain boundaries are too small, so that the corrosion resistance deteriorates.
【００２１】上述したような高融点金属マトリックスと
希土類酸化物粒子との複合材料（鋳型母材）からなる鋳
型本体２の少なくとも溶湯と接する面には、酸化物コー
ティング層３が形成されている。酸化物コーティング層
３には各種の酸化物材料を使用することができるが、特
に高融点金属マトリックス中に分散配置した希土類酸化
物粒子の少なくとも 1種と同種の酸化物を使用すること
が好ましい。これによって、鋳型本体２と酸化物コーテ
ィング層３との結合力をより一層高めることができる。An oxide coating layer 3 is formed on at least a surface of the mold body 2 made of a composite material (mold base material) of the high melting point metal matrix and rare earth oxide particles as described above, in contact with the molten metal. Various oxide materials can be used for the oxide coating layer 3, and it is particularly preferable to use an oxide of the same kind as at least one of the rare earth oxide particles dispersed and arranged in the high melting point metal matrix. Thereby, the bonding force between the mold main body 2 and the oxide coating layer 3 can be further increased.
【００２２】また、酸化物コーティング層３の厚さは 1
〜2000μm の範囲とすることが好ましい。酸化物コーテ
ィング層３の厚さが 1μm 未満であると、鋳造金属の良
好な剥離性を十分に得ることができず、また2000μm を
超えると酸化物コーティング層３自体の密着性が低下し
たり、またコーティング層の不均一により鋳造したイン
ゴットの形状不良などが発生するおそれがある。酸化物
コーティング層３の厚さは10〜1000μm の範囲とするこ
とがさらに好ましい。The thickness of the oxide coating layer 3 is 1
It is preferably in the range of 20002000 μm. If the thickness of the oxide coating layer 3 is less than 1 μm, good releasability of the cast metal cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds 2000 μm, the adhesion of the oxide coating layer 3 itself may decrease, In addition, the unevenness of the coating layer may cause a defective shape of the cast ingot. More preferably, the thickness of the oxide coating layer 3 is in the range of 10 to 1000 μm.
【００２３】このような本発明の鋳造用鋳型は、例えば
以下のようにして作製される。Such a casting mold of the present invention is manufactured, for example, as follows.
【００２４】すなわち、まず上述したような高融点金属
と希土類酸化物とを混合し、高融点金属マトリックス中
に希土類酸化物粒子を分散させた複合材料からなる鋳型
母材を作製する。ここで、高融点金属と希土類酸化物と
は、ドープ法またはボールミルなどを用いた機械的混合
法により十分に混合し、希土類酸化物粒子の平均粒子径
が 0.1〜20μm となるように、高融点金属マトリックス
中の希土類酸化物粒子を微細化する。That is, first, a high-melting-point metal and a rare-earth oxide as described above are mixed to prepare a mold base material made of a composite material in which rare-earth oxide particles are dispersed in a high-melting-point metal matrix. Here, the high melting point metal and the rare earth oxide are sufficiently mixed by a doping method or a mechanical mixing method using a ball mill or the like, and the high melting point metal is mixed so as to have an average particle diameter of the rare earth oxide particles of 0.1 to 20 μm. Refine the rare earth oxide particles in the metal matrix.
【００２５】このように、高融点金属マトリックス中の
希土類酸化物粒子を微細化することによって、後工程で
鍛造加工や圧延加工などの塑性加工を実施する際の加工
性を著しく向上させることができる。As described above, by making the rare-earth oxide particles in the high-melting-point metal matrix finer, the workability at the time of carrying out plastic working such as forging or rolling in the subsequent step can be remarkably improved. .
【００２６】次に、上記した鋳型母材を不活性雰囲気中
または還元性雰囲気中で焼結した後、鍛造や圧延もしく
は転打などにより塑性加工する。この際の加工率が高い
ほど焼結孔などの欠陥が減少し、酸化物コーティング層
３の密着強度が向上するため、鍛造などによる塑性加工
は加工率が 30%以上となるように実施する。Next, after sintering the above-mentioned mold base material in an inert atmosphere or a reducing atmosphere, it is plastically worked by forging, rolling or rolling. The higher the processing rate at this time, the more defects such as sintering holes and the like, and the better the adhesion strength of the oxide coating layer 3. Therefore, plastic working such as forging is performed so that the processing rate is 30% or more.
【００２７】上述したような塑性加工による鋳型本体２
の作製は、例えばマンドレルなどを使用した型鍛造によ
り実施してもよいし、またフリー鍛造した後に機械加工
や放電加工で所望の鋳型形状に仕上げてもよい。The mold body 2 formed by the plastic working as described above
May be carried out, for example, by die forging using a mandrel or the like, or may be finished into a desired mold shape by machining or electric discharge machining after free forging.
【００２８】この後、鋳型本体２溶湯と接する面に、酸
化物コーティング層３を所望の厚さで形成する。酸化物
コーティング層３の形成には、例えば溶射法を適用する
ことができる。溶射法によれば、比較的厚い酸化物コー
ティング層３を良好に形成することができる。ただし、
溶射法以外の方法、例えばＰＶＤ法、ＣＶＤ法、熱分解
法、塗布・焼成法などによって、酸化物コーティング層
３を形成することも可能である。Thereafter, the oxide coating layer 3 is formed to a desired thickness on the surface of the mold body 2 which is in contact with the molten metal. For forming the oxide coating layer 3, for example, a thermal spraying method can be applied. According to the thermal spraying method, a relatively thick oxide coating layer 3 can be favorably formed. However,
It is also possible to form the oxide coating layer 3 by a method other than the thermal spraying method, for example, a PVD method, a CVD method, a thermal decomposition method, a coating / firing method, or the like.
【００２９】上述したような鋳型本体２と酸化物コーテ
ィング層３とにより構成された鋳造用鋳型１において
は、高融点金属マトリックス中に分散配置した希土類酸
化物粒子によって、酸化物コーティング層３を鋳型本体
２に対して良好に密着させることができる。このような
酸化物コーティング層３は溶融金属などの溶湯に対して
濡れ性が低く、かつ耐食性に優れるため、高融点金属単
体で使用する際に問題となっていた鋳造材の剥離性が悪
いという欠点を解消することができる。In the casting mold 1 composed of the mold body 2 and the oxide coating layer 3 as described above, the oxide coating layer 3 is formed by the rare earth oxide particles dispersed in a high melting point metal matrix. Good contact with the main body 2 can be achieved. Since such an oxide coating layer 3 has low wettability to molten metal such as molten metal and excellent corrosion resistance, the cast material, which has been a problem when used alone with a high melting point metal, has poor peelability. The disadvantages can be eliminated.
【００３０】このように、鋳型本体２に対して良好に結
合し、それ自体の剥離が抑制された酸化物コーティング
層３によって、鋳造用鋳型１の溶湯に対する耐食性およ
び鋳造材の剥離性を改善することができるため、コンタ
ミなどの発生を抑制した上で、鋳造用鋳型１の繰り返し
使用回数を従来の鋳型に比べて大幅に向上させることが
可能となる。As described above, the corrosion resistance of the casting mold 1 to the molten metal and the peelability of the cast material are improved by the oxide coating layer 3 which is well bonded to the mold main body 2 and whose peeling is suppressed. Therefore, the occurrence of contamination and the like can be suppressed, and the number of times the casting mold 1 is repeatedly used can be greatly improved as compared with the conventional mold.
【００３１】本発明の鋳造用鋳型１は、各種金属材料の
インゴットを鋳造法を適用して作製する場合に使用する
ことができる。特に、腐食性が強いＴｉやＺｒ、あるい
はＹやＳｍのような希土類金属などの活性金属を含む金
属材料のインゴットを鋳造する際に、本発明の鋳造用鋳
型１は好適である。なお、本発明の鋳造用鋳型１は金属
材料に限らず、ガラスなどを鋳造する際においても使用
することができる。The casting mold 1 of the present invention can be used for producing ingots of various metal materials by applying a casting method. In particular, the casting mold 1 of the present invention is suitable for casting an ingot of a metal material containing an active metal such as Ti or Zr, or a rare earth metal such as Y or Sm, which is highly corrosive. The casting mold 1 according to the present invention is not limited to a metal material, and can be used when casting glass or the like.
【００３２】[0032]
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例およびその評
価結果について述べる。Next, specific examples of the present invention and evaluation results thereof will be described.
【００３３】実施例１〜８ まず、平均粒径 2μm のＷ粉末と平均粒径 1μm のＹ2
Ｏ3 粉末とを、種々の組成でボールミルを用いて混合し
た。なお、混合後のＷマトリックス中のＹ2 Ｏ3 粒子の
平均粒子径はいずれも 0.5〜20μm であった。Examples 1 to 8 First, W powder having an average particle diameter of 2 μm and Y 2 powder having an average particle diameter of 1 μm
And O 3 powder were mixed using a ball mill in a variety of compositions. The average particle diameter of the Y 2 O 3 particles in the W matrix after mixing was 0.5 to 20 μm in all cases.
【００３４】上記した各種組成の複合材料をそれぞれ用
いて、ＣＩＰ成形で直径30mmの形状の成形体を作製し
た。これら各成形体をハンドリングしやすいように1300
℃で仮焼結し、続いて通電焼結にて直径20mm×長さ 500
mmの焼結体をそれぞれ得た。Using the composite materials having the various compositions described above, molded articles having a diameter of 30 mm were produced by CIP molding. 1300 for easy handling of each of these compacts
Temporary sintering at ℃, followed by current sintering, diameter 20mm × length 500
mm sintered bodies were obtained.
【００３５】次いで、これら各焼結体を直径10mmまで鍛
造加工した。この際の加工率は 84%である。この後、セ
ンタレス加工および放電加工により外径 8mm×内径 6mm
×長さ 500mmのパイプ形状の鋳型本体を作製した。この
ようにして作製した各鋳型本体の内面に、Ｙ2 Ｏ3 コー
ティング層を溶射法により形成した。Ｙ2 Ｏ3 コーティ
ング層の膜厚は、表１に示す通りである。Next, each of these sintered bodies was forged to a diameter of 10 mm. The processing rate at this time is 84%. After this, outer diameter 8mm x inner diameter 6mm by centerless machining and electric discharge machining
× A pipe-shaped mold body having a length of 500 mm was prepared. A Y 2 O 3 coating layer was formed on the inner surface of each of the thus prepared mold bodies by a thermal spraying method. The thickness of the Y 2 O 3 coating layer is as shown in Table 1.
【００３６】このようにして得た本発明の鋳造用鋳型を
それぞれ用いて、Ａｒ雰囲気中で高周波溶解した金属イ
ットリウムを鋳造した。この際、溶融イットリウムを何
回流し込むことができたかで、鋳型の寿命を測定した。
寿命測定は、Ｙ2 Ｏ3 コーティング層が剥離したり、あ
るいは金属イットリウムが母材に濡れたり侵食した場合
に中止し、それまでの鋳造回数で評価した。その結果を
表１に示す。Using each of the thus obtained casting molds of the present invention, metallic yttrium melted by high frequency melting in an Ar atmosphere was cast. At this time, the life of the mold was measured based on how many times the molten yttrium could be poured.
The life was stopped when the Y 2 O 3 coating layer peeled off or when the metal yttrium wetted or eroded the base material, and the number of castings up to that point was evaluated. Table 1 shows the results.
【００３７】なお、表１中の比較例は本発明との比較の
ために記載したものであり、比較例１は純Ｗからなる鋳
型本体にＹ2 Ｏ3 コーティング層を形成した鋳型、比較
例２アルミナからなる鋳型である。これら各比較例の鋳
型についても、実施例と同様にして寿命を測定した。The comparative examples in Table 1 are provided for comparison with the present invention. Comparative Example 1 is a mold in which a Y 2 O 3 coating layer is formed on a pure W mold body. This is a mold made of 2 alumina. The life of the molds of these comparative examples was measured in the same manner as in the examples.
【００３８】[0038]
【表１】 表１から明らかなように、本発明の鋳造用鋳型は腐食性
の強い溶融イットリウムを繰り返し鋳造することがで
き、寿命特性に優れることが分かる。さらに、イットリ
ウムに対する鋳型素材のコンタミは、アルミナを用いた
比較例２では2000ppm 、純Ｗを用いた比較例１では50pp
m であったのに対して、本発明の鋳造用鋳型では上記し
た各組成において、いずれも5ppm以下であった。[Table 1] As is clear from Table 1, the casting mold of the present invention can repeatedly cast highly corrosive molten yttrium, and has excellent life characteristics. Further, contamination of the mold material with respect to yttrium was 2000 ppm in Comparative Example 2 using alumina, and 50 pp in Comparative Example 1 using pure W.
m was 5 ppm or less for each of the above compositions in the casting mold of the present invention.
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の鋳造用鋳
型によれば、溶融金属などの各種溶湯に対する耐食性に
基づいてコンタミの発生などを防止した上で、鋳造材の
剥離性を向上させることができる。従って、本発明の鋳
造用鋳型は、例えば活性金属を含む金属材料などを鋳造
する際においても、健全に繰り返し使用することが可能
である。As described above, according to the casting mold of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of contamination, etc. based on the corrosion resistance to various molten metals such as molten metals and to improve the releasability of the cast material. be able to. Therefore, the casting mold of the present invention can be soundly and repeatedly used, for example, when casting a metal material containing an active metal.
【図１】 本発明の一実施形態による鋳造用鋳型の概略
構造を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a casting mold according to an embodiment of the present invention.
１……鋳造用鋳型 ２……鋳型本体 ３……酸化物コーティング層 1. Casting mold 2. Mold body 3. Oxide coating layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4E093 NB08 NB09 4K018 AA07 AA10 AA19 AA21 AA24 AA40 AB01 AC01 BB04 BC12 DA11 EA52 FA02 FA24 KA07 KA70 4K031 AA03 AA08 AB08 AB11 CB42 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4E093 NB08 NB09 4K018 AA07 AA10 AA19 AA21 AA24 AA40 AB01 AC01 BB04 BC12 DA11 EA52 FA02 FA24 KA07 KA70 4K031 AA03 AA08 AB08 AB11 CB42
Claims (12)
金属マトリックス中に分散配置された希土類酸化物粒子
とを有する複合材料からなる鋳型本体と、 前記鋳型本体の溶湯と接する面に形成された酸化物コー
ティング層とを具備することを特徴とする鋳造用鋳型。1. A mold body made of a composite material having a high melting point metal matrix and rare earth oxide particles dispersed and arranged in the high melting point metal matrix, and an oxidation formed on a surface of the mold body in contact with the molten metal. A casting mold, comprising: an object coating layer.
クス中に分散配置された前記希土類酸化物粒子と同種の
酸化物を含むことを特徴とする鋳造用鋳型。2. The casting mold according to claim 1, wherein the oxide coating layer includes an oxide of the same type as the rare earth oxide particles dispersed in the high melting point metal matrix. Casting mold.
に対して20体積% 以下の範囲で分散配置されていること
を特徴とする鋳造用鋳型。3. The casting mold according to claim 1, wherein said rare earth oxide particles are dispersed and arranged in a range of 20% by volume or less with respect to said high melting point metal matrix. .
径を有することを特徴とする鋳造用鋳型。4. The casting mold according to claim 1, wherein said rare earth oxide particles have an average particle diameter in a range of 0.1 to 20 μm.
であることを特徴とする鋳造用鋳型。5. The casting mold according to claim 1, wherein said oxide coating layer has a thickness in the range of 1 to 2000 μm.
ｂ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅから選ばれる少
なくとも 1種の金属を含むことを特徴とする鋳造用鋳
型。6. The casting mold according to claim 1, wherein the refractory metal matrix is W, Mo, Ta, N
A casting mold containing at least one metal selected from b, Re, Cr, Ni, Co and Fe.
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、ＴｈおよびＵから選ばれる少なくとも
1種の金属の酸化物からなることを特徴とする鋳造用鋳
型。7. The casting mold according to claim 1, wherein the rare earth oxide particles are Y, La, Pr, Nd, P
m, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, T
at least selected from m, Yb, Lu, Th and U
A casting mold comprising one kind of metal oxide.
記載の鋳造用鋳型において、 金属材料を鋳造する際に用いられることを特徴とする鋳
造用鋳型。8. The casting mold according to claim 1, wherein the casting mold is used for casting a metal material.
鋳型。9. The casting mold according to claim 8, wherein said metal material includes an active metal.
し、高融点金属マトリックス中に平均粒子径 0.1〜20μ
m の希土類酸化物粒子を分散させた複合材料からなる鋳
型母材を作製する工程と、 前記鋳型母材を焼結した後、この焼結材を 30%以上の加
工率で塑性加工しつつ、所望の鋳型形状に加工する工程
と、 前記鋳型形状を有する鋳型母材の溶湯と接する面に、酸
化物コーティング層を形成する工程とを具備することを
特徴とする鋳造用鋳型。10. A high melting point metal and a rare earth oxide are mixed, and an average particle diameter of 0.1 to 20 μm is contained in a high melting point metal matrix.
m, a step of preparing a mold base material composed of a composite material in which rare earth oxide particles are dispersed, and after sintering the mold base material, while plastically processing the sintered material at a processing rate of 30% or more, A casting mold, comprising: a step of processing into a desired mold shape; and a step of forming an oxide coating layer on a surface of the mold base material having the mold shape that is in contact with the molten metal.
法において、 前記高融点金属と希土類酸化物とを、ドープ法または機
械的混合法により混合することを特徴とする鋳造用鋳型
の製造方法。11. The method for manufacturing a casting mold according to claim 10, wherein the high melting point metal and the rare earth oxide are mixed by a doping method or a mechanical mixing method. .
法において、 前記酸化物コーティング層を溶射法により形成すること
を特徴とする鋳造用鋳型の製造方法。12. The method for manufacturing a casting mold according to claim 10, wherein the oxide coating layer is formed by a thermal spraying method.
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1998
- 1998-09-21 JP JP10266688A patent/JP2000094090A/en not_active Withdrawn
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