インベストメント成形プロセス中に水ガラス砂で作られたシェルの層間剥離の原因は何ですか?

インベストメント鋳造 (ロストワックス鋳造) では、水ガラス製サンドシェルの製造プロセスを使用する際、サンドシェルの層間剥離 (シェルの剥離) が一般的な欠陥の 1 つであり、鋳造品の粗い表面、バリ、さらには構造破壊につながる可能性があります。考えられる理由と解決策は次のとおりです。

1. 主な原因の分析

(1) 水ガラス接着剤の問題点は、水ガラス弾性率（SiO 2 /Na 2 O 比）が適切でないことです。弾性率が高すぎる (>3.2): 硬化が早すぎ、シェルが脆くなり、亀裂や層間剥離が発生しやすくなります。弾性率が低すぎる (<2.6): 硬化が遅く、強度が不十分で、層間結合が不十分です。水ガラスの密度が不適切 (>1.40g/cm 3) と、浸透性が低下し、下層への浸透が不十分になります。密度が低すぎると (<1.28g/cm 3)、接着強度が不十分になります。

(2) 不適切な硬化プロセス、不十分な硬化剤 (NH 4 Cl または CO 2) の濃度または時間、不完全な硬化、シェル内部の未反応水ガラスの残留、乾燥後の収縮および層間剥離。 CO 2 換気時間が長すぎるか、圧力が高すぎます。表面を過剰に硬化させ、内層を硬化させない「ハードシェルソフトコア」構造を形成。

(3) 製貝時に砂が不均一に散布されたり、砂の粒度分布が不当であったり、粗い砂（20～40 メッシュなど）の割合が多すぎると、層間の機械的な噛み合いが弱くなります。細かい砂（70～100メッシュなど）が多すぎると浸透性が悪くなり、硬化ガスが浸透できなくなります。層間乾燥が不十分な場合、前層が完全に乾燥しないうちに次の層が塗布されてしまい、残留水分により密着力が低下します。

(4) 高湿度 (>70% RH)、水分を吸収する水ガラス、硬化反応の遅延、シェル強度の低下などの環境要因。温度が低すぎると（<15 ℃）、硬化反応速度が低下し、層間接着が強固になりません。

(5) 残留離型剤 (シリコン オイルなど) や塵によるワックス型の材料汚染は、水ガラスと砂粒子の間の結合に影響を与える可能性があります。

2. 解決策

(1) 水ガラスパラメータを最適化し、弾性率を 2.8 ～ 3.0 に調整します (NaOH またはシリカゾルを添加することにより)。密度を 1.30 ～ 1.36g/cm 3 の間に制御します (水で希釈または濃縮)。 (2) NH 4 Cl 硬化溶液濃度 20 ～ 25%、浸漬時間 5 ～ 10 分で硬化プロセスを標準化します。 CO 2 硬化：圧力0.1～0.2MPa、通気時間30～60秒（シェルの厚さに応じて調整）。

(3) 貝殻製造作業の砂の選別を改善する。底層には粗い砂（20 ～ 40 メッシュ）、移行層には中程度の砂（40 ～ 70 メッシュ）、表層には細かい砂（70 ～ 100 メッシュ）を使用します。層間乾燥：各層を塗布した後、2〜4時間自然乾燥（または強制通風乾燥）してください。

(4) 環境制御環境温度: 20-25 ℃、湿度 ≤ 60% を維持します。ワックス型の洗浄: アルコールまたは専用の洗浄剤を使用して、離型剤を完全に除去します。

(5)その他の対策としては、水ガラスにシランカップリング剤（KH550など）を1～2％添加して層間密着性を向上させる補強剤の添加などがあります。二次硬化：シェルを作成した後、強化のために硬化溶液に完全に浸します。

3. 欠陥調査プロセス

1. 積層位置を確認します。表層と遷移層の分離 → ワックス金型の洗浄または表層の砂粒子の問題。移行層と背面層の分離 → 硬化プロセスまたは研磨グレーディングの問題。

2. シェル強度のテスト: 硬度計を使用して各層の硬度を測定し、その差が 15% を超える場合は硬化パラメータを調整します。

3. 断面形状の観察：砂粒子の脱落が多くなる → 接着剤が不足する。断面が滑らか→硬化不足。

4. 代替プロセスの提案: 層間剥離が繰り返し発生する場合は、次の代替ソリューションを検討できます: シリカゾル水ガラス複合シェル: 表層にシリカゾル (高精度)、裏面層に水ガラス (低コスト)。

オールシリカゾルプロセス：層間剥離のリスクは低いですが、コストが高くなります。材料、プロセス、および環境パラメータを体系的に調整することにより、水ガラスサンドシェルの層間剥離の問題を効果的に解決できます。最初に最適化計画を検証するために小規模な実験を実施することを提案します。