鋳造工程において、溶融金属と直接接触する砂型や中子の作業面の表面品質は、鋳造品質に決定的な影響を与えます。鋳型や中子の表面に耐火コーティングを施すことは、鋳造表面仕上げを向上させるための費用対効果が高く効率的な方法です。注湯時、コーティング層は溶融金属と鋳型の間にバリアを形成し、溶融金属と砂型／中子間の接触条件や高温界面反応を制御・最適化することで、幅広い鋳造欠陥を防止します。近年、鋳造品質に対する要求がますます厳しくなるにつれ、国内外のメーカーは高性能鋳造コーティングの製造と応用を非常に重視するようになっています。

I. 金型コーティングの主要機能

溶融金属と接触する砂型や中子の作業面にコーティングを施します。これにより、溶融金属を砂の基材から隔離し、6つの主要機能を通じて鋳造品質を総合的に向上させ、生産コストを削減します。

1. 鋳造表面仕上げを改善し、機械的な焼け跡をなくす

コーティングされていない鋳造品の表面粗さはRa 25～50μmであるが、適切なコーティングを施すことでRa 3.2～6.3μmまで低減でき、同時に鋳造品の寸法精度も向上させることができる。

2. 高温化学反応に耐え、化学焼けを防ぐ

高温で鋳造される厚肉鋳物の場合、このコーティングの優れた高温化学安定性により、溶融金属と鋳型砂との間の化学反応が阻害され、除去が困難な焼け付き層の発生を防ぎます。

3. 金型表面の強度を高め、砂の混入、金属の洗い出し、砂穴などの欠陥を低減する。

生粘土砂、崩壊性水ガラス砂、有機樹脂砂など、表面強度の低い鋳型の場合、耐火性で高強度のコーティング層は溶融金属による浸食を防ぎ、有機バインダーの適用温度範囲を広げます。

4. 冷却速度を調整して、収縮空洞、収縮多孔、ひび割れを防ぐ

熱伝導率の異なる耐火粉末を切り替え、コーティングの厚さを調整することで、鋳型の熱伝達速度を変化させ、鋳造凝固のバランスを取り、収縮や高温割れといった欠陥を解消する。

5. ピンホール、浸炭、硫黄の取り込み、球状化不良を防ぐために有害物質を遮断する

フラン樹脂砂を用いて製造された鋼鋳物は、皮下ピンホールが発生しやすい傾向があります。低炭素ステンレス鋼は浸炭や硫黄の混入を起こしやすく、ダクタイル鋳鉄は局所的に黒鉛球状化不良を示すことがあります。緻密な焼結コーティングは、N、S、C元素が砂型から溶融金属へ移行するのを防ぎます。

6. 鋳造表面の微細構造と性能をカスタマイズする

• 断熱・冷却特殊コーティング：冷却速度と結晶化速度を調整して、冷却層または逆冷却層を形成し、目標とする表面硬度を実現します。

• 同族金属粉末添加剤：結晶核として働き、鋳造粒子を微細化する。

• 低融点合金粉末添加剤：高温液体拡散による表面合金化を可能にする。

• 高融点耐摩耗性粉末添加剤：鋳造表面に埋め込まれ、耐摩耗性の向上などの特殊な特性を発揮します。

仕上げ加工は鋳造生産コスト全体の約30%を占めます。コーティングを施すことで仕上げ加工費用を10%以上削減でき、コーティングおよび塗布費用は生産コスト全体のわずか5%に過ぎません。これにより、生産コスト全体の5%以上を削減できます。さらに、不良率の大幅な低下や鋳造品の機械的特性の向上といったメリットも得られます。

II．コーティングの主要業績評価指標

1. 物理的および化学的性質（固有の塩基特性）

• 密度：単位体積あたりの質量。密度は、製造ラインにおいて、溶剤の添加量によって変化するコーティングの粘度を迅速に判断するために使用されます。

• サスペンションの安定性：粉体沈降および層分離に対する耐性。試験基準：水性塗料の場合は24時間放置後、アルコール系塗料の場合は8時間放置後、著しい沈降がないこと。懸濁液の安定性が低いと、塗膜厚が不均一になり、塗布が困難になる。

• 粘度：塗膜の内部流動抵抗。粘度が高すぎると流動性が悪くなり、塗布作業が困難になり、塗膜が堆積し、砂型への浸透が不十分になる。粘度が低すぎると、粉体が沈殿しやすくなり、保護塗膜が薄くなりすぎる。

2.処理およびアプリケーション特性

• 濡れ性と浸透性：コーティングは、基材に浸透して強力な密着性を得るために、砂型表面を濡らす必要があります。濡れ性が悪いと、コーティングの被覆不良や剥離の原因となります。濡れ性と浸透性を最適化するために、界面活性剤を添加することがあります。

• ブラッシングのしやすさと均一性：刷毛塗り性とは、塗膜が刷毛塗りの際に引っかかりなく滑らかに滑ることを意味します。濡れた塗膜はひび割れや剥離に強く、自然に平滑化して滑らかで均一な表面を形成します。

3.注湯時のサービス性能

• 塗膜の強度と密着性：コーティングは、金型の取り扱い、金型の閉鎖、および高温溶融金属による浸食の際に、粉状になったり、剥がれたり、欠けたりしてはならない。

• 耐熱衝撃性：空気乾燥またはオーブン乾燥中に収縮亀裂は発生せず、溶融金属による瞬間的な熱衝撃によっても亀裂が生じないため、コーティングの破片による砂穴欠陥を回避できます。

• 耐焼損性能：コーティングの核心的な指標。コーティングは、あらゆる種類の焼き付き欠陥を完全に排除するために、鋳造材料、断面厚さ、および注湯温度に適合している必要があります。

III．金型タイプ別のコーティング選択

IV．塗装作業における標準的な現場作業仕様

1. 撹拌、希釈、粘度調整

使用前にコーティング剤のバケツ全体をよくかき混ぜてください。塗布方法と金型強度に応じて、溶剤（水／アルコール）で目的の粘度に希釈してください。

• 低粘度（希釈度が低い）：スプレー塗装、浸漬塗装、フローコーティング用。低浸透性で表面強度の弱い金型に適しています。

• 高粘度（希釈度が低く、粘度が高い）：手作業によるブラッシング用。表面強度の高い高密度金型に適しています。

2. 塗膜厚制御

• 標準鋳造品：コーティング厚さ：0.15～1mm。大型鋳物の場合：1～2mm。鉄鋳物には下限値を、鋼・銅鋳物には上限値を使用してください。

• 最大単層膜厚：厚さ0.3mm以下。厚塗りには複数回の塗布が必要です。

  水性塗料の場合：1回目の塗布後、少し自然乾燥させてから次の塗布を行ってください。

  アルコール系塗料：再塗布は、1回目の塗布が完全に火で乾燥し、室温まで冷めてから行ってください。

• 原理：耐焼損性要件を満たしつつ、塗膜厚を最小限に抑えることで、原材料の節約と耐熱衝撃性の向上を図る。

3. 塗膜の乾燥および硬化プロセス

• 水性塗料：

塗布時期：水ガラス砂は、オーブン乾燥／表面乾燥前に塗布してください。熱硬化性樹脂砂および油砂は、乾燥後に、残留熱を利用して乾燥するか、二次オーブン乾燥してください。オーブン乾燥／表面乾燥済みの粘土型およびコアについては、乾燥前または乾燥後に塗布できます。

乾燥温度範囲：100～450℃。砂結合剤の過燃焼や破損を防ぐため、局所的な長時間の炎加熱は避けてください。

• アルコール系塗料：

塗布後すぐに塗料に火をつけ、乾燥させることで、過剰な溶剤の浸透や揮発性物質の損失を防ぐことができます。

塗布が遅れて不完全燃焼が生じる場合は、塗料に少量のアルコールを噴霧して完全燃焼を促してください。大型金型の場合は、部分的な局所的火炎乾燥を行ってください。

4. 塗料の保管要件

• 水性塗料：直射日光を避けて保管し、冬期は凍結させないようにしてください。粉末の沈殿や劣化を防ぐためです。

• アルコール系塗料：保管中は完全に密閉し、安全上の危険を排除するために厳格な防火および防水対策を実施してください。

5．前提条件（最適なコーティング性能を実現するための前提条件）

砂型／コア基材は、滑らかな表面、均一な圧縮、および十分な全体強度を備えている必要があります。砂が緩かったり、表面が著しく不均一だったりすると、高性能コーティングであっても、コーティングのひび割れ、剥離、および剥落が発生しやすくなります。

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