精密鋳造：溶解、脱ガス、金型シェル空気透過性への重要な洞察

空気透過性は精密鋳造金型シェルの重要な性能指標です。金型シェルの空気透過性は精密鋳造に大きな影響を与えます。例えば、鋳造品の不充填（形状不完全、丸みを帯びたコーナーなど）は、金型シェルの空気透過性不良が原因であることがよくあります。また、金型シェルの空気透過性は脱ろう品質にも影響する重要な要素です。

ガスの発生源

金属に溶解するガスは主に水素と酸素です。溶解プロセス中、ガスの主な発生源は：

• 炉ガス： 非真空溶解では、炉ガスが金属中のガスの主要発生源。酸素と窒素に加え、水蒸気、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化硫黄、炭化水素を含む。炉ガス組成は使用燃料と燃焼条件で変化。例えば、重油やガス燃料の反射炉や坩堝炉では、5-10%の水蒸気とより多くの水素、一酸化炭素などを含むことが多い。
• 炉材料： ほとんどの電解金属表面に残留電解質が残り、加工工場からの返却材料の多くは油、水、エマルジョン等を含む。ほとんどの外部スクラップには水、腐食物、錆等が付着。特に屋外積み置きと湿季では、水分が炉材料表面に吸着。これらは溶解プロセス中に金属がより多くの水素を吸収する原因となる。
• 耐火物： 耐火物に含まれる水分も金属吸気を促進、特に新炉生産開始時。
• フラックス： 多くのフラックスは水分を含み、一部（木炭、米糠等）は吸着水分を含み、一部（ホウ砂等）は結晶水を含む。溶解プロセスのガス発生源を減らすため、フラックスは乾燥または脱水すべき。
• 操作工具： 操作工具の不十分な予熱も金属ガス含有量を増加させる。

ガスの溶解プロセスと溶解度

金属中のガス溶解度：金属が固体状態ではガス溶解度は非常に小さい。温度上昇とともに溶解度は緩やかに増加し、融点温度に達すると急激に増加。溶融金属温度をさらに上昇させると、ガス溶解度は限界まで増加し続ける。その後減少し始め、金属沸点に達するとガス溶解度はほぼゼロになる。

Cu+Ni ＞ Cu+Pb ＞ Cu+Ag ＞ Cu+Au ＞ Cu+Sn ＞ Cu+Al

異なる合金元素は合金中のガス溶解度に異なる影響を与える。ニッケルなど一部元素はガスとの結合能力が高く、合金中のガス溶解度を増加させる。アルミニウムやスズなど他の元素は合金中のガス溶解度を減少させる。銅合金の場合、合金元素の水素溶解度への影響は：Cu+Ni > Cu+Pb > Cu+Ag > Cu+Au > Cu+Sn > Cu+Al

脱ガス方法

ガス脱ガス法： 不活性ガス（N2等）または活性ガス（Cl2等）を使用。気泡が小さく、数が多いほど脱ガスに有利。しかし、気泡の浮上速度が高いため、溶湯通過時間が短く、気泡が溶湯全体に均等に分布しにくく、この方法で完全脱ガスするのは容易ではない。溶湯中の水素含有量減少に伴い、脱ガス能力は大幅に低下。

フラックス脱ガス法： 溶融塩の熱分解または金属との置換反応で、溶湯に不溶性の揮発性気泡を生成し水素を除去。例えば、クリオリットフラックスはアルミニウム青銅脱ガスに、蛍石、ホウ砂、炭酸カルシウム等は白銅とニッケル合金脱ガスに一般的に使用。脱ガス改善のため、乾燥窒素で粉末フラックスを溶湯に吹き込み、フラックスが脱ガスしながらスラグ除去可能。

その他の脱ガス法： 凝縮脱ガス、振動脱ガス、直流電解脱ガス。