JP7504100B2 - Improved foundry slurry for shell mold manufacturing - Google Patents
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Description
本開示は、鋳造の分野、特にインベストメント（又はロストワックス）鋳造プロセスに関し、より詳細には、特に鋳造シェルモールドの製造のために、そのようなプロセスで使用されるスラリーに関するものである。 The present disclosure relates to the field of casting, particularly to investment (or lost wax) casting processes, and more particularly to slurries used in such processes, particularly for the production of casting shell molds.
インベストメント（又はロストワックス、もしくはロストモールド）鋳造プロセスは、それ自体は古代から知られていた。そのようなプロセスは、例えばＦＲ３０３１９２１に記載されている。そのようなプロセスは、複雑な形状の金属部品の製造に特に適している。インベストメント鋳造は、例えば、ターボマシンのブレードやインペラーセクターなどの製造に用いられる。インベストメント鋳造では、まず最初にワックスや樹脂などの比較的低融点の材料でモデルを作り、その周りに耐火物のシェルを作ることからなるシェルモールドの製造が一般的である。モデルを破壊した後、最も一般的な方法は、名前の由来となったシェルモールド中からモデルの材料を排出し、排出後にモールドの中にできたモデルの空洞を埋めるために、このモールドに溶かした金属を流し込む。金属が冷えて固まると、モールドを開いたり破壊したりして、モデルの形状に適合した金属部品を回収することができる。
The investment (or lost wax, or lost mould) casting process has been known per se since antiquity. Such a process is described, for example, in
甲羅のモールドを作るには、一般的にワックスモデルを鋳造用スラリーに浸した後、砂を塗って乾燥させる。これらの作業を繰り返すことで、複数の層を形成し、所望の厚さと機械的強度のシェルモールドを得ることができる。しかし、鋳造された金属部品の品質を左右するのは、接触スラリーと呼ばれる最初に使用されるスラリーの層である。実際、この接触スラリーによって、成形される金属部品の金属と直接接触するシェルモールドの内面が形成される。 To make a shell mold, a wax model is typically dipped into a casting slurry, then sanded and dried. These steps can be repeated to build up multiple layers to obtain a shell mold of the desired thickness and mechanical strength. However, it is the first layer of slurry used, called the contact slurry, that determines the quality of the cast metal part. In fact, this contact slurry forms the inner surface of the shell mold that is in direct contact with the metal of the metal part being cast.
航空分野では、タービンブレードなどの部品を製造する際に、このインベストメント鋳造法が用いられている。特に、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）をベースにした金属間化合物は、密度が低いため、これらのブレードの製造に頻繁に使用されている。このタイプの合金は、シェルモールドの成分と反応しやすく、シェルモールドが部品の金属と接触すると、部品の表面仕上げが損なわれるという特徴がある。この影響を抑えるために、酸化イットリウム粉末とコロイド状の酸化イットリウムを含むバインダーを含む接触スラリーを使用することが知られている。しかしながら、このスラリーは不安定であるという欠点がある。実際、この組成の接触スラリーは、数時間後、例えば３～４時間後にはすぐにゲル化する傾向がある。この欠点のため、このタイプのスラリーの産業用途は限られている。さらに、このタイプのスラリーは高価である。 In the aeronautical sector, this investment casting method is used to manufacture components such as turbine blades. In particular, intermetallic compounds based on titanium aluminide (TiAl) are frequently used to manufacture these blades due to their low density. This type of alloy is characterized by a tendency to react with the components of the shell mould, which, when in contact with the metal of the part, damages the surface finish of the part. To counter this effect, it is known to use a contact slurry containing yttrium oxide powder and a binder containing colloidal yttrium oxide. However, this slurry has the disadvantage of being unstable. In fact, contact slurries of this composition tend to gel quickly after a few hours, for example after 3-4 hours. Due to this disadvantage, the industrial application of this type of slurry is limited. In addition, this type of slurry is expensive.
代わりに、ある種の添加剤を使用することができたが、スラリーのあるパラメータの改善が、別のパラメータの許容できない回帰によって補償されない限り、これらの添加剤のいずれも満足できるものではなかった。 Alternatively, certain additives could be used, but none of these additives were satisfactory unless the improvement in one parameter of the slurry was compensated for by an unacceptable regression in another parameter.
そのため、経時的な安定性が向上した新しいタイプの接触スラリーが必要とされている。 Therefore, a new type of contact slurry with improved stability over time is needed.
本開示は、金属合金を含む部品を鋳造するためのシェルモールドを製造するための鋳造用スラリーに関し、このスラリーは、粉末粒子とバインダーとを含み、このバインダーは、コロイド状酸化イットリウムを含み、この粉末粒子は、カルシア安定化ジルコニアを含む。 The present disclosure relates to a casting slurry for producing a shell mold for casting a part including a metal alloy, the slurry including powder particles and a binder, the binder including colloidal yttrium oxide, and the powder particles including calcia-stabilized zirconia.
鋳造用スラリーは、溶融金属が注がれるシェルモールドの形成に使用するのに適したスラリーである。特に、任意の懸濁液とは異なり、このようなスラリーは、バインダー、すなわち、粉末粒子間の凝集力を確保し、焼結中及び焼結後のシェルモールドに機械的強度を付与する化合物を含む。このバインダーは無機物であってもよい。従来、この粉末粒子は、砂粒子（「フラワー」としても知られている）、特に耐火性粒子であり、一般に、１マイクロメートルから１００マイクロメートルの間の直径を有する。 A foundry slurry is a slurry suitable for use in forming a shell mold into which molten metal will be poured. In particular, unlike any suspension, such a slurry contains a binder, i.e. a compound that ensures cohesion between the powder particles and gives the shell mold mechanical strength during and after sintering. This binder may be inorganic. Conventionally, the powder particles are sand particles (also known as "flour"), especially refractory particles, generally having a diameter between 1 micrometer and 100 micrometers.
本開示で用いる鋳造用スラリーは、コロイド状の酸化イットリウムを含むバインダーと、ジルコニアを含む粉末粒子とを含む。驚くべきことに、粉末粒子中にカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）が存在することで、酸化イットリウムを含むスラリーが有意に安定化し、十分な流動性、すなわち低粘度が維持されることが本発明者らによって確認された。逆に、本開示の組成、すなわち、カルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）を含む粉末粒子とコロイド状の酸化イットリウムを含むバインダー、を有さない先行技術のスラリー（例えば、酸化イットリウムを含む粉末粒子とコロイド状の酸化イットリウムを含むバインダー）は、経時的に粘度が上昇し、スラリーがゲル化する傾向があることがわかった。 The casting slurry used in the present disclosure includes a binder containing colloidal yttrium oxide and powder particles containing zirconia. Surprisingly, the present inventors have found that the presence of calcia-stabilized zirconia (CSZ) in the powder particles significantly stabilizes the yttrium oxide-containing slurry and maintains sufficient fluidity, i.e., low viscosity. Conversely, it has been found that prior art slurries (e.g., powder particles containing yttrium oxide and a binder containing colloidal yttrium oxide) that do not have the composition of the present disclosure, i.e., powder particles containing calcia-stabilized zirconia (CSZ) and a binder containing colloidal yttrium oxide, tend to increase in viscosity over time and gel the slurry.
本開示のスラリーでは、カルシア安定化ジルコニアを用いることで、バインダーと粉末粒子との間の相互作用を修正してスラリーを安定化させつつ、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）合金などの成形される金属との反応性を低く保ち、酸化イットリウム粉末とコロイド状酸化イットリウムを含むバインダーとを含むスラリーよりもさらに反応性を低く保つことができる。このようにして得られたスラリーは、寿命が長く、再利用することができる。また、使用する浴は、ロスにつながることなく大きくすることができる。 The disclosed slurries use calcia-stabilized zirconia to modify the interactions between the binder and the powder particles, stabilizing the slurry while keeping it less reactive with the metal being formed, such as titanium aluminide (TiAl) alloys, and even less reactive than slurries containing yttrium oxide powder and a binder containing colloidal yttrium oxide. The resulting slurries have a long life and can be reused. Also, the baths used can be large without leading to losses.
いくつかの実施形態では、スラリーは、成形される部品の金属と接触するように構成された接触スラリーである。In some embodiments, the slurry is a contact slurry configured to contact the metal of the part being molded.
成形時に部品の金属と直接接触する、最初に使用されるスラリーは接触スラリーと呼ばれ、これに対して後続のスラリーは補強スラリーと呼ばれ、成形されるシェルモールドの前の層を覆うものである。接触スラリーは、成形品の形状に適合し、変化しないように構成されている。接触スラリーは、より早く消費される補強スラリーよりも長い期間保持されることが多く、それゆえ、接触スラリーの安定性の必要性が高まる。したがって、本開示によるスラリーは、その経時的な安定性及びＴｉＡｌなどの特定の金属との非反応性のため、接触スラリーとして使用するのに特に適している。 The first slurry used, which comes into direct contact with the metal of the part during molding, is called the contact slurry, whereas the subsequent slurry is called the reinforcing slurry, which covers the previous layers of the shell mold to be molded. The contact slurry is configured to conform to the shape of the molded part and not change. The contact slurry is often kept for a longer period than the reinforcing slurry, which is consumed more quickly, thus increasing the need for stability of the contact slurry. Thus, the slurries according to the present disclosure are particularly suitable for use as contact slurries due to their stability over time and non-reactivity with certain metals, such as TiAl.
特定の実施形態では、カルシア安定化ジルコニア中の酸化カルシウムの質量含有率は、１％～３０％、好ましくは３％～２０％、より好ましくは５％～１０％で構成される。 In a particular embodiment, the mass content of calcium oxide in the calcia-stabilized zirconia is comprised between 1% and 30%, preferably between 3% and 20%, and more preferably between 5% and 10%.
特定の実施形態では、スラリー中のカルシア安定化ジルコニアの質量比は、６５％～７５％、好ましくは６８％～７２％、より好ましくは７０％に等しい値で構成される。 In a particular embodiment, the mass ratio of calcia-stabilized zirconia in the slurry is comprised between 65% and 75%, preferably between 68% and 72%, and more preferably equal to 70%.
特定の実施形態では、スラリー中のバインダーの質量比は、２０％～４０％、好ましくは２５％～３５％、より好ましくは２９．８％に等しい値で構成される。 In a particular embodiment, the weight ratio of the binder in the slurry is comprised between 20% and 40%, preferably between 25% and 35%, and more preferably equal to 29.8%.
特定の実施形態では、スラリー中の添加剤の質量比は１０％未満、好ましくは０．１％～５％、より好ましくは０．５％～２％である。 In certain embodiments, the mass ratio of the additive in the slurry is less than 10%, preferably 0.1% to 5%, and more preferably 0.5% to 2%.
特定の実施形態では、スラリーの粘度は０．１～２Ｐａ・ｓで構成される。 In a particular embodiment, the viscosity of the slurry is comprised between 0.1 and 2 Pa·s.
より正確には、スラリーの粘度は、少なくとも２４時間の間、０．１～２Ｐａ・ｓの間で構成される値に維持される。特に、これらの値は、モデルの特定の狭いゾーンへのスラリーのアクセスを容易にする。 More precisely, the viscosity of the slurry is maintained at a value comprised between 0.1 and 2 Pa·s for at least 24 hours. In particular, these values facilitate the access of the slurry to certain narrow zones of the model.
特定の実施形態では、鋳造スラリーは、チタンアルミナイドベースの金属合金を含む部品を鋳造するためのシェルモールドの製造のために構成される。 In certain embodiments, the casting slurry is configured for the manufacture of a shell mold for casting a part comprising a titanium aluminide-based metal alloy.
開示によるスラリーは、経時的な安定性と、チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）ベースの金属合金との非反応性のため、接触スラリーとして使用するのに特に適している。 The disclosed slurries are particularly suitable for use as contact slurries due to their stability over time and non-reactivity with titanium aluminide (TiAl) based metal alloys.
本開示はまた、シェルモールドの製造のための、先行する実施形態のいずれか１つに従った鋳造スラリーの使用に関するものである。 The present disclosure also relates to the use of a casting slurry according to any one of the preceding embodiments for the manufacture of a shell mold.
本開示は、部品を鋳造するためのシェルモールドを製造する方法にも関しており、この方法は、以下の工程を含む。
製造されるべき部品のモデルを提供することと
前述の実施形態のいずれかに従った接触スラリーにモデルを浸漬することと
浸漬したモデルを、酸化イットリウムを含む接触砂でサンドブラストすることと
前記工程で得られた層を乾燥させることと
モデルを補強用スラリーに浸漬し、浸漬したモデルを補強用砂でサンドブラストし、得られた層を所望のシェルモールドの厚さが得られるまで乾燥することと
部品モデルを取り出すこと。
The present disclosure also relates to a method of manufacturing a shell mold for casting a part, the method comprising the steps of:
providing a model of the part to be manufactured; immersing the model in a contact slurry according to any of the previous embodiments; sandblasting the immersed model with contact sand containing yttrium oxide; drying the layer obtained in said step; immersing the model in a reinforcing slurry, sandblasting the immersed model with reinforcing sand and drying the layer obtained until the desired shell mould thickness is obtained; and removing the part model.
特定の実施形態では、補強用スラリーは、バインダーと粉末粒子とを含み、バインダーは、エチルシリケート、シリケートナトリウム、又は、特にコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、コロイダル酸化イットリウム、もしくはコロイダルジルコニアを含むコロイドより選ばれる。 In a particular embodiment, the reinforcing slurry includes a binder and powder particles, the binder being selected from ethyl silicate, sodium silicate, or a colloid including colloidal silica, colloidal alumina, colloidal yttrium oxide, or colloidal zirconia, among others.
特定の実施形態では、粉末粒子は、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ムライト-ジルコニア複合体のうちの少なくとも１つの化合物を含む。 In certain embodiments, the powder particles include at least one compound of alumina, mullite, zirconia, and mullite-zirconia composite.
本開示はまた、先の実施形態のいずれか１つに従った方法によって得られたシェルモールドに関するものである。 The present disclosure also relates to a shell mold obtained by a method according to any one of the preceding embodiments.
本開示による方法によって得られたシェルモールドは、このシェルモールドで鋳造された航空エンジンブレードなどの金属部品の表面に形成される酸素リッチな反応層を制限する。ここで、反応層とは、酸素濃度がベース合金で測定された濃度の少なくとも２倍以上になる厚さと定義される。特に、１６００℃で５分間の等温接触を行った場合、このようにして得られた部品では、この反応層が１５μm未満に留まっている。 The shell mold obtained by the method of the present disclosure limits the formation of an oxygen-rich reaction layer on the surface of a metal part, such as an aircraft engine blade, cast in the shell mold. Here, the reaction layer is defined as the thickness at which the oxygen concentration is at least twice that measured in the base alloy. In particular, when subjected to isothermal contact at 1600°C for 5 minutes, the reaction layer remains less than 15 μm in the parts thus obtained.
本発明とその利点は、非限定的な例として与えられた本発明の様々な実施形態の以下の詳細な説明を読むことで、よりよく理解されるであろう。この説明は、添付された図のページを参照している。 The invention and its advantages will be better understood on reading the following detailed description of various embodiments of the invention, given as non-limiting examples. This description refers to the attached figure pages.
航空部品、特にタービンブレード又はタービンブレードクラスタを製造するための方法は、鋳造プロセスである。このプロセスの様々な工程は、例えば、文献ＦＲ３０３１９２１に記載されている。
A method for manufacturing aeronautical parts, in particular turbine blades or turbine blade clusters, is the casting process. The various steps of this process are described, for example, in the
このプロセスの最初の工程では、「非永久的クラスター」とも呼ばれるワックス・クラスター・モデルを作成する。第２の工程では、ワックス・クラスターからシェルモールドを作る。この作業の最後に、クラスターモデルを構成するワックスをモールドから除去する。このワックスの除去は、オートクレーブなどでシェルモールドをワックスの溶融温度よりも高い温度で加熱することによって行われる。第３の工程では、シェルモールドに溶かした金属を流し込むことで、シェルモールド内に金属ブレードクラスターを形成する。第４の工程では、金属がシェルモールド内で冷えて固まった後、クラスターをシェルモールドから取り出す。最後に、第５工程において、各ブレードをクラスターの他の部分から分離し、機械加工などの仕上げ処理を行う。 The first step in the process is to create a wax cluster model, also known as a "non-permanent cluster." In the second step, a shell mold is made from the wax cluster. At the end of this process, the wax that makes up the cluster model is removed from the mold by heating the shell mold, for example in an autoclave, above the melting temperature of the wax. In the third step, the metal blade cluster is formed within the shell mold by pouring molten metal into it. In the fourth step, the cluster is removed from the shell mold after the metal has cooled and solidified within the shell mold. Finally, in the fifth step, each blade is separated from the rest of the cluster and finished, for example by machining.
本発明は、特に、金属鋳造が行われるシェルモールドの製造に関するものであり、より具体的には、このモールドの製造に使用される接触スラリーに関するものである。このプロセスの様々な工程は、図１に示されている。 The present invention is particularly directed to the manufacture of shell molds in which metal casting takes place, and more particularly to the contact slurries used in the manufacture of said molds. The various steps of this process are illustrated in Figure 1.
第１の工程（工程Ｓ１）は、部品の、ワックス又は後で容易に排出できる他の同等の材料で作られたモデルを提供することを含む。第２の工程では、ワックスモデルを、粉末粒子とバインダーとを含む第１のスラリーである接触スラリーに浸す（工程Ｓ２）。その後、サンドブラスト、すなわちコンタクトスタッコと呼ばれる砂粒子の堆積が行われ、その後、得られた層の乾燥が行われる（工程Ｓ３）。このサンドブラスト工程により、層が補強され、次の層の接着が容易になる。 The first step (step S1) involves providing a model of the part, made of wax or another equivalent material that can be easily removed later. In the second step, the wax model is immersed in a contact slurry, a first slurry containing powder particles and a binder (step S2). This is followed by sandblasting, i.e. the deposition of sand particles, called contact stucco, followed by drying of the layer obtained (step S3). This sandblasting step reinforces the layer and facilitates the adhesion of the next layer.
このようにして得られた層を、次に、補強スラリーと呼ばれる第２のスラリーに浸す（工程Ｓ４）。続いて、補強スタッコと呼ばれる砂粒子の堆積が行われ、その後、得られた層の乾燥が行われる（工程Ｓ５）。決められた厚さのシェルモールドが得られるまで、工程Ｓ４とＳ５をＮ回繰り返す。最後に、所望の厚さに達すると、ワックスモデルをモデルから除去した後、熱処理を行うことからなる脱脂工程が行われる（工程Ｓ６）。ワックスモデルを除去した後、キャビティが成形される部品のすべての細部をネガティブに再現したセラミックシェルモールドが得られる。熱処理は、得られた鋳型の焼成を含み、焼成温度は好ましくは１０００～１２００℃で構成される。 The layer thus obtained is then immersed in a second slurry, called reinforcing slurry (step S4). This is followed by the deposition of sand particles, called reinforcing stucco, followed by drying of the layer obtained (step S5). Steps S4 and S5 are repeated N times until a shell mold of the determined thickness is obtained. Finally, once the desired thickness is reached, a degreasing step is performed (step S6), consisting of removing the wax model from the model, followed by a heat treatment. After removing the wax model, a ceramic shell mold is obtained, which negatively reproduces all the details of the part in which the cavity is to be molded. The heat treatment comprises the firing of the mold obtained, the firing temperature being preferably comprised between 1000 and 1200 ° C.
使用されるスラリーは、セラミック材料、特にアルミナ、ムライト、ジルコニアなどの粒子を、ミネラルコロイドのバインダーと、必要に応じて湿潤剤や消泡剤などのアジュバントで構成されている。 The slurries used consist of particles of ceramic material, particularly alumina, mullite, zirconia, etc., in a mineral colloid binder and, if necessary, adjuvants such as wetting agents and defoamers.
チタンアルミナイド（ＴｉＡｌ）ベースの航空部品の製造においては、工程Ｓ２で使用される接触スラリーは、酸化イットリウムを含んでいる。また、工程Ｓ３で使用される接触スタッコは、酸化イットリウムを含んでいてもよい。工程Ｓ４及び工程Ｓ５で使用される補強スラリー及び補強スタッコは、例えば、ムライト、アルミナ、シリコアルミナ、シリカ、ジルコン、ジルコニア又は酸化イットリウムを含んでいてもよい。 In the manufacture of titanium aluminide (TiAl)-based aerospace parts, the contact slurry used in step S2 contains yttrium oxide. The contact stucco used in step S3 may also contain yttrium oxide. The reinforcing slurry and reinforcing stucco used in steps S4 and S5 may contain, for example, mullite, alumina, silicoalumina, silica, zircon, zirconia, or yttrium oxide.
本発明は、より詳細には、工程Ｓ２で使用される接触スラリーに関し、特に、その中の粉末粒子にコロイド状の酸化イットリウム及びカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）が存在することに関するものである。 The present invention more particularly relates to the contact slurry used in step S2, and in particular to the presence of colloidal yttrium oxide and calcia-stabilized zirconia (CSZ) in the powder particles therein.
接触スラリー中のＣＳＺの存在の影響を理解するために、本発明者らは、まず、シェルモールドの製造のための接触スラリーとして使用することを意図した、スラリーＡと称される対照スラリーを研究した。スラリーＡは、質量％で表して以下の組成を有することができる。
- バインダー（コロイド状酸化イットリウム）：２４．５％；
- 粉末粒子（酸化イットリウム粉末）：７５％；
- 湿潤剤、消泡剤及びその他の添加剤：０．５％。
この質量分布は例として挙げられているが、最大１０％の質量分布の変動が可能であることが理解される。スラリーＡはＣＳＺを含まない。
To understand the effect of the presence of CSZ in the contact slurry, we first studied a control slurry, designated Slurry A, intended for use as a contact slurry for the manufacture of shell molds. Slurry A may have the following composition, expressed in weight percent:
- Binder (colloidal yttrium oxide): 24.5%;
- Powder particles (yttrium oxide powder): 75%;
- Wetting agents, defoamers and other additives: 0.5%.
This weight distribution is given as an example, but it is understood that variations in weight distribution of up to 10% are possible. Slurry A does not contain CSZ.
さらに、本発明者らは、本発明者らがスラリーＡと同様のＴｉＡｌとの反応性を示すと判断したスラリーＢについて検討したところ、その粉末粒子は、ＣａＯが安定化剤として作用するカルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）を含むものであった。ＣＳＺは、例えば、反応焼結によって得られる。粉末中の質量％でのＣａＯ含有量は、１重量％～２０重量％で構成される。このようにして得られたスラリーＢは、以下の質量％を有している。
- バインダー（コロイド状酸化イットリウム）：２９．８；
- 粉末粒子（ＣＳＺ）：７０％、うち５％がＣａＯ；
- 湿潤剤、消泡剤、その他の添加剤：０．２％。
Furthermore, the inventors have investigated slurry B, which the inventors have determined to have a similar reactivity with TiAl as slurry A, and have found that its powder particles contain calcia-stabilized zirconia (CSZ) in which CaO acts as a stabilizer. CSZ can be obtained, for example, by reactive sintering. The CaO content in the powder, in mass %, is comprised between 1% and 20% by weight. Slurry B thus obtained has the following mass %:
- Binder (colloidal yttrium oxide): 29.8;
- Powder particles (CSZ): 70%, of which 5% is CaO;
- Wetting agents, defoamers and other additives: 0.2%.
同様に、この質量分布はここでは例として示されているが、先に述べた範囲で質量分布の変化が可能であることは理解される。 Similarly, this mass distribution is shown here as an example, but it is understood that variations in mass distribution are possible within the ranges previously discussed.
スラリーＢはまた、不可避の不純物を含む。不可避の不純物としては、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）又はアルミナ（Ａｌ２Ｏ３を挙げることができる。不可避の不純物とは、組成物に意図的に添加されておらず、他の元素と一緒に持ち込まれる元素と定義される。 Slurry B also contains unavoidable impurities, which may include, for example, silicon dioxide ( SiO2 ), titanium dioxide ( TiO2 ), iron oxide ( Fe2O3 ), or alumina ( Al2O3 ). An unavoidable impurity is defined as an element that is not intentionally added to the composition, but is brought along with other elements.
図２に示す曲線は、本開示による接触スラリーに使用される組成物がその安定性に与える影響を示している。この図は、スラリーの動的粘度η（Ｐａ・ｓ）の変化を、このスラリーに適用されるせん断の関数として示している。これらの測定は、同軸の円筒形状を持つ回転式レオメーターを使用して、０．１～１００ｓ－１で構成されるせん断をスラリーに加えることで行われている。より正確には、動的粘度ηは、せん断応力τとせん断速度γから、η＝τ／γの関係に従って、非正規化された方法で計算することができる。曲線（ａ）は０．５時間後のスラリーＡの粘度、曲線（ｂ)は２時間後のスラリーＡの粘度、曲線（ｃ）は３．５時間後のスラリーＡの粘度、曲線（ｄ）は２４時間後の本発明のスラリーＢの粘度を表しており、上記の時間はスラリーの製造終了に対応する時間ｔ０から求めたものである。 The curves shown in Figure 2 show the influence of the composition used in the contact slurry according to the present disclosure on its stability. The figure shows the evolution of the dynamic viscosity η (Pa·s) of the slurry as a function of the shear applied to this slurry. These measurements were carried out using a rotational rheometer with a concentric cylindrical geometry, subjecting the slurry to a shear comprised between 0.1 and 100 s -1 . More precisely, the dynamic viscosity η can be calculated in a non-normalized manner from the shear stress τ and the shear rate γ, according to the relationship η = τ / γ. Curve (a) represents the viscosity of slurry A after 0.5 hours, curve (b) the viscosity of slurry A after 2 hours, curve (c) the viscosity of slurry A after 3.5 hours and curve (d) the viscosity of slurry B of the present invention after 24 hours, the times being taken from the time t0 corresponding to the end of the production of the slurry.
０．５時間後と２時間後のスラリーＡの粘度を示す曲線（ａ）と（ｂ）は、実質的に一致している。０．１ｓ－１オーダーの低せん断では、スラリーＡの粘度は２時間後に４Ｐａ・ｓとほぼ等しい。この粘度はその後、時間とともに非常に急速に増加し、３．５時間後には２５Ｐａ・ｓを超える値に達する。 Curves (a) and (b) showing the viscosity of Slurry A after 0.5 and 2 hours are substantially coincident. At low shear, of the order of 0.1 s , the viscosity of Slurry A is approximately equal to 4 Pa·s after 2 hours. This viscosity then increases very rapidly with time, reaching a value of more than 25 Pa·s after 3.5 hours.
逆に、本発明のスラリーＢの粘度を示す曲線（ｄ）を見ると、スラリーＢの粘度は、せん断を加えても２４時間後に１Ｐａ・ｓ以下を維持している。このように、スラリーＢは、スラリーＡに比べて安定性が向上しており、調製後２４時間経過しても低粘度を維持して流動性が保たれている。さらに、スラリーＢの組成は、ＴｉＡｌ合金との反応性が低く、スラリーＡと同等以上の反応性を維持している。 Conversely, looking at curve (d) showing the viscosity of slurry B of the present invention, the viscosity of slurry B remains below 1 Pa·s after 24 hours even when shear is applied. Thus, slurry B has improved stability compared to slurry A, and maintains low viscosity and fluidity even 24 hours after preparation. Furthermore, the composition of slurry B has low reactivity with TiAl alloys, and maintains reactivity equal to or greater than that of slurry A.
本発明を特定の例示的な実施形態を参照して説明してきたが、特許請求の範囲によって定義される本発明の一般的な範囲から逸脱することなく、これらの例に修正及び変更を加えることができることは明らかである。特に、様々な図示／言及された実施形態の個々の特徴は、追加の実施形態において組み合わせてもよい。したがって、説明及び図面は、制限的な意味ではなく、例示的な意味で考慮されるべきである。 Although the invention has been described with reference to certain exemplary embodiments, it is clear that modifications and variations can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In particular, individual features of the various illustrated/mentioned embodiments may be combined in additional embodiments. The description and drawings should therefore be considered in an illustrative and not a restrictive sense.
また、プロセスを参照して説明したすべての特徴は、単独で、又は組み合わせて、装置に移植可能であり、逆に、装置を参照して説明したすべての特徴は、単独で、又は組み合わせて、プロセスに移植可能であることも明らかである。本発明の実施態様の一部を以下の項目［１］－［８］に記載する。
［１］
金属合金を含む部品を鋳造するためのシェルモールドを製造するための鋳造用スラリーであって、粉末粒子とバインダーとを含み、前記バインダーは、コロイド状酸化イットリウムを含み、前記粉末粒子は、カルシア安定化ジルコニアを含み、スラリー中のカルシア安定化ジルコニアの質量比は、６５％～７５％、好ましくは６８％～７２％、より好ましくは７０％に等しい値で構成されることを特徴とするスラリー。
［２］
成形される部品の金属と接触するように構成された接触スラリーである、項目１に記載のスラリー。
［３］
カルシア安定化ジルコニア中の酸化カルシウムの質量含有率が１％～２０％である、項目１又は２に記載のスラリー。
［４］
スラリーの粘度が０．１～２Ｐａ・ｓである、項目１～３のいずれか一項に記載のスラリー。
［５］
チタンアルミナイドベースの金属合金を含む部品を鋳造するためのシェルモールドを製造するための、項目１～４のいずれか一項に記載のスラリー。
［６］
シェルモールドの製造のための、項目１～５のいずれか一項に記載の鋳造スラリーの使用。
［７］
部品を鋳造するためのシェルモールドを製造する方法であって、以下の工程を含む方法：
製造されるべき部品のモデルを提供することと
項目１～５のいずれか一項に記載の接触スラリーにモデルを浸漬することと
浸漬したモデルを、酸化イットリウムを含む接触砂でサンドブラストすることと
前記工程で得られた層を乾燥させることと
モデルを補強用スラリーに浸漬し、浸漬したモデルを補強用砂でサンドブラストし、得られた層を所望のシェルモールドの厚さが得られるまで乾燥することと
部品モデルを取り出すこと。
［８］
項目７記載の方法により得られるシェルモールド。
It is also clear that all features described with reference to a process can be transferred to an apparatus, either alone or in combination, and conversely, all features described with reference to an apparatus can be transferred to a process, either alone or in combination. Some of the embodiments of the present invention are described in the following items [1] to [8].
[1]
1. A casting slurry for manufacturing a shell mould for casting a part containing a metal alloy, comprising powder particles and a binder, said binder comprising colloidal yttrium oxide and said powder particles comprising calcia-stabilised zirconia, the mass proportion of calcia-stabilised zirconia in the slurry being comprised between 65% and 75%, preferably between 68% and 72%, more preferably equal to 70%.
[2]
10. The slurry of
[3]
3. The slurry according to
[4]
4. The slurry according to any one of
[5]
5. The slurry according to any one of
[6]
6. Use of the casting slurry according to any one of
[7]
1. A method of manufacturing a shell mold for casting a part, comprising the steps of:
Providing a model of the part to be manufactured;
Immersing a model in the contact slurry according to any one of
The immersed model was sandblasted with contact sand containing yttrium oxide.
drying the layer obtained in the previous step;
dipping the model into a reinforcing slurry, sandblasting the dipped model with reinforcing sand, and drying the resulting layer until a desired shell mold thickness is obtained.
Extracting part models.
[8]
8. A shell mould obtainable by the method according to item 7.
Claims (6)
製造されるべき部品のモデルを提供することと
請求項１～４のいずれか一項に記載の接触スラリーにモデルを浸漬することと
浸漬したモデルを、酸化イットリウムを含む接触砂でサンドブラストすることと
前記工程で得られた層を乾燥させることと
モデルを補強用スラリーに浸漬し、浸漬したモデルを補強用砂でサンドブラストし、得られた層を所望のシェルモールドの厚さが得られるまで乾燥することと
部品モデルを取り出すこと。 1. A method of manufacturing a shell mold for casting a part, comprising the steps of:
providing a model of the part to be manufactured; immersing the model in a contact slurry according to any one of claims 1 to 4; sandblasting the immersed model with contact sand containing yttrium oxide; drying the layer obtained in said steps; immersing the model in a reinforcing slurry, sandblasting the immersed model with reinforcing sand and drying the layer obtained until the desired shell mould thickness is obtained; and removing the part model.
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