JP2010284661A - 金属ガラス成形用離型剤及び金属ガラス成形体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属ガラスの鋳造成形に用いる金属ガラス成形用離型剤であって、粒子径が1マイクロメートル以上100マイクロメートル以下からなる金属ガラスの粉体を含むことを特徴とし、金型の内面に塗布する離型剤塗布工程と、前記金属ガラス製形用離型剤に含まれる金属ガラスの粉体と同系の金属ガラスを成形材料として前記金型に投入する成形材料投入工程とを備える。
【選択図】図1
Description
また、粉体離型剤に使用される粉体が核となって、金属ガラスの溶湯が固化する際に結晶化を誘発してしまい、結晶化の度合いの低い良好な金属ガラスを得ることが困難になるという問題がある。
本発明の他の目的は、表面状態が良好で、かつ非晶質性の高い金属ガラス成形体を製造することができる金属ガラス成形体の製造方法を提供することである。
また、前記粉体の粒子径は、1マイクロメートル以上100マイクロメートル以下に設定されてもよい。
さらに、前記粉体は、有機溶媒中に分散されてもよい。
また、本発明の金属ガラス成形体の製造方法によれば、表面状態が良好で、かつ非晶質性の高い金属ガラス成形体を製造することができる。
本実施形態の金属ガラス成形用離型剤は、非晶質の金属ガラスの粉体を含んで構成されている。このような粉体は、金属ガラスの塊を作製し、この塊を例えば特開2005−256074に記載されているように、特定の環境下で粉砕することによって得ることができる。この他、アモルファス合金粒子のように、金属のドラムに溶射、急冷する方式や、アトマイズ法などの微粒子の製造方法を適用して作製することも可能である。
なお、上述の記載及び以降の記載において、金属ガラスの組成中の数字は、原子%(at%)を示す。また、上述の組成比の差10%とは、最低3種類ある金属ガラス中の主要元素についての組成比(at%)を指している。例えば、上述のZr55Cu30Al10Ni5の場合、Zrの組成比は45%から65%程度の範囲であれば許容されるということを意味する。
したがって、粉体の粒子径としては、1μm以上100μm以下が好ましく、10μm以上50μm以下がより好ましい。
付着性助剤の添加量が多くなると、鋳造時に付着性助剤が熱分解されることによりガスが発生して鋳巣欠陥が発生したり、不純物としての炭素量が増加したりすることがある。そのため、付着性助剤の添加量は、できるだけ少なくするのが好ましい。付着性助剤を添加しないと、金属ガラス成形用離型剤の金型への付着効率は下がるが、本発明の金属ガラス成形用離型剤は、後述するように粉体が不純物とならないため多量に塗布することが可能である。したがって、付着性助剤は添加しないか、僅かな添加でも十分な効果を発揮する。
上述した付着性助剤のほかに、各種ワックス類や、粘土類等の付着性助剤も使用可能である。
たとえば、シランカップリング剤等のカップリング剤や界面活性剤等の分散剤を添加すると、金属ガラス粉体の表面と結合し、溶媒との親和性を大きく向上することで溶媒中への分散性が向上される。その結果、離型剤中に粉体粒子を均一に分散させ、粉体粒子の沈下・分離を避けることができ、塗布性を好適に向上させることができる。
分散剤の添加量は0.1から5%程度が有用で、多すぎると不純物として成形体の品質を変化させ、少なすぎると分散性が不足することから1%前後が特に好ましい。
粉体の粒子径にも影響されるが、一般に金属ガラス粉体の添加量(すなわち混合比率)が増えれば塗布性は低下するが、粉体を多量に付着させることができるため離型性は向上する。金属ガラス粉体の添加量を減らすと逆の現象が発生するので、所望の離型性と塗布性とを考慮して、これらの比率は適宜決定することが可能である。
具体的には、溶媒を用いる場合、金属ガラス粉体の比率として、5〜50重量パーセント(wt%)程度が好ましく、6〜20wt%程度が離型性と分散性とのバランスがよく、さらに好ましい。また、助剤については、すべての助剤を合計した比率が1〜10wt%程度の範囲に調整されるのが好ましい。したがって、残りの部分が溶媒の比率となり、40〜94wt%程度の範囲で適宜設定される。
使用される金型の材質に特に制限はなく、SKD材、ステンレス鋼(SUS)、銅、各種セラミックなど各種の公知材料を、耐久性やコスト、加工性等を考慮して適宜選択することができる。また、塗布方法にも特に制限はなく、スプレー塗布、ディッピング、滴下、はけ塗り等、公知の各種方法を採用することができる。
さらに、適用される鋳造法にも特に制限はなく、ダイカスト、遠心鋳造、重力鋳造、傾斜鋳造、金属射出成形など公知の各種鋳造技術に適用可能である。
しかしながら、本発明の金属ガラス成形用離型剤では、金属ガラスの粉体粒子を用いているため、鋳造後には成形体と一体となってほとんど区別がつかない状態となる。そのため、成形体の形状や表面の品質に及ぼす影響が一般的な離型剤に比べてはるかに少ないため、例えば、ある程度多めに塗布してもほとんど問題はない。その結果、上述した塗布量の精密な管理は必要なく、より容易に金属ガラスの成形を行うことができる。
本発明の金属ガラス成形用金型では、金属ガラスの粉体を用いているため、上述のような場合に粉体粒子が微細凹凸に進入しても、最終的には金属ガラス材料と一体となって金型から取り出され、成形体の一部となる。したがって、離型性を向上させつつ高い型転写性を保持するという、Zr系金属ガラスの鋳造時における相矛盾する要求をも好適に達成して金属ガラス成形体の製造を好適に行うことができる。
(離型剤の作成)
図1に、本発明の金属ガラス成形用離型剤の実施例1ないし11及び比較例1ないし3の組成を示し、以下にも簡潔に記す。いずれの例についても、各成分を適正な容器に入れて予備混合を行った後、適正な混合機、たとえばボールミルによって十分に混合を行うことにより、それぞれの離型剤を作成した。
なお、図1には鋳造に使用した金属ガラス材料が記載されているが、これについては後述する。
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径1μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(商品名KBM−503、信越化学工業(株)製)1%
(実施例2)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径1μm、10%、溶媒:エタノール90%
(実施例3)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径10μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
(実施例4)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径0.1μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
(実施例5)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径0.1μm、20%、溶媒:エタノール79%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
(実施例6)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径100μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
(実施例7)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径100μm、20%、溶媒:エタノール79%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径10μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
(実施例9)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径10μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
(実施例10)
金属ガラス粉体:Zr55Cu30Al10Ni5、粒子径10μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
なお、実施例8ないし10は、離型剤としては実施例1と同一であるが、いずれも鋳造に使用した金属ガラス材料が実施例1と異なるため、それぞれ別実施例としている。
金属ガラス粉体:Ni53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3、粒子径10μm、10%、溶媒:エタノール89%、分散剤:シランカップリング剤(KBM−503)1%
粉体:タルク5%、溶媒:水80%、付着性助剤:シリコーンオイル10%、分散剤:界面活性剤5%
比較例1は、従来の離型剤の例として、特開2001−71092号公報に記載のものと同様のものを用いた。
(比較例2)
粉体:シリカ粒子、粒子径0.007μm、90%、付着性助剤:ポリエチレンワックス10%
比較例2は、従来の離型剤の例として、特開2000−301287号公報に記載のものと同様のものを用いた。
(比較例3)
粉体:粉末状黒鉛、粒子径2μm、2%、溶媒:代替フロン97.8%、付着性助剤:炭化水素樹脂0.2%
比較例3は、従来の離型剤の例として、特開2000−33457号公報に記載のものと同様のものを用いた。
なお、各比較例における粉体についても、上述の面積平均粒子径を粒子径として記載している。
上述した各離型剤を用いて同一の射出成形機及び金型を使用して円筒状の成形体の鋳造を行い、有用性を検討した。
まず、金型に中子ピンを取り付けて型開きした状態で、離型剤を金型及び中子ピンの表面に対してスプレーガンで噴霧した。離型剤中の溶媒を揮発させた後に型締めを行い、金型内に金属ガラスの溶湯を注入して鋳造を行った。
鋳造に使用した金属ガラス材料は図1に示されている。実施例1ないし7、及び比較例1ないし3ではZr55Cu30Al10Ni5を使用し、実施例8ではZr65Cu17.5Al7.5Ni10を、実施例9ではZr48Cu36Al8Ag8を、実施例10ではZr55Cu30Al10Ni2.5Ti2.5を、実施例11ではNi53Nb20Ti10Zr8Co6Cu3をそれぞれ使用した。
1.離型性
成形体の金型への焼き付き及び中子ピンがスムーズに引き抜けたかどうかについて官能評価を行い、良好:◎、良い:○、やや良い:△、不良:×の4段階で評価した。
2.成形体表面状態
成形体の表面を観察し、表面の粗さ、金型の表面状態を良好に転写しているか、表面除去加工が必要かどうかの3点について評価し、良好:○、成形体の用途や規格等によっては後加工不要:△、必ず後加工が必要:×の3段階で評価した。
3.結晶化の有無
蛍光X線分析装置(XRD)を用いて、成形体に結晶化が見られるどうかを分析し、結晶化なし:○、結晶化あり:×の2段階で評価した。
4.総合判定
上述の1ないし3の評価結果に基づき、良好に成形が行えた(△及び×のいずれもなし):◎、概ね問題ない成形が行えた(△があるが×はなし):○、成形において問題があった(×がある):×の3段階で評価した。結果を図2に示す。
一方、比較例はいずれも成形体の表面に金属ガラスでない粒子の残留が相当認められ、サンドブラストや切削加工等による表面除去加工が必要な状態であった。
また、離型剤中の金属ガラスと鋳造する金属ガラス材料とが同一元素で構成され、混合比率が異なる場合(実施例8)でも、同一系であって互いに異なる構成元素であっても(実施例9、10)、問題なく成形を行うことができた。
さらに、実施例11に示すように、Ni系の金属ガラスでも、問題なく成形を行うことができた。
以上より、本発明の金属ガラス成形用離型剤の有用性が確認された。
Claims (7)
- 金属ガラスの鋳造成形に用いる金属ガラス成形用離型剤であって、
金属ガラスの粉体を含むことを特徴とする金属ガラス成形用離型剤。 - 前記粉体は、ジルコニウム系金属ガラスからなることを特徴とする請求項1に記載の金属ガラス成形用離型剤。
- 前記粉体の粒子径は、1マイクロメートル以上100マイクロメートル以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の金属ガラス成形用離型剤。
- 前記粉体は、有機溶媒中に分散されていることを特徴とする請求項1に記載の金属ガラス成形用離型剤。
- 分散剤をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載の金属ガラス成形用離型剤。
- 付着性助剤をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の金属ガラス成形用離型剤。
- 請求項1から6のいずれか1項に記載の金属ガラス成形用離型剤を、金型の内面に塗布する離型剤塗布工程と、
前記金属ガラス製形用離型剤に含まれる金属ガラスの粉体と同系の金属ガラスを成形材料として前記金型に投入する成形材料投入工程と、
を備えることを特徴とする金属ガラス成形体の製造方法。
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| JP2008100264A (ja) * | 2006-10-20 | 2008-05-01 | Tohoku Univ | 急冷凝固金属製の中空体の製造方法および急冷凝固金属製の中空体の製造装置 |
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2009
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