アルミナ・セラミック・フィルター

非金属介在物を除去し、表面仕上げを改善し、メタルフローを安定させる費用対効果の高い方法を求めるほとんどのアルミニウム鋳造および鋳造工程にとって、高純度アルミニウムは重要な役割を果たします。 アルミナ（Al₂O₃）セラミックフォームフィルター は、化学的不活性、熱耐久性、濾過効率の最適なブレンドを提供します。購買力平価)、プレートサイズ、設置方向によって、フィルターがスクラップを減らし、下流の機械加工を短縮し、ファーストパスの歩留まりを上げるかどうかが決まる。.

1.アルミナ・セラミック・フィルターとは何か。

アルミナセラミックフィルターは、非金属介在物を捕捉し、流れを安定させ、乱流を減少させ、鋳型の上流で層流を促進するために注湯中の金属流に配置される、主に酸化アルミニウム（Al₂O₃）から作られたオープンセルの硬質セラミック要素である。アルミニウム鋳造の実務では、これらの発泡フィルターまたはプレートフィルターは、鋳造部品の表面仕上げと機械的特性を向上させながら、介在物量と気孔率欠陥を大幅に低減する。アルミナ発泡フィルタを使用することで、正確なサイズと位置決めができれば、通常、スクラップや再加工を減らし、鋳造歩留まりを向上させることができます。.

2.組成と微細構造

• 主なセラミック相：酸化アルミニウム（Al₂O₃）。典型的な市販発泡体は、製品グレードと目的に応じて、おおよそ70%～95% Al₂O₃の高アルミナ配合を使用している。.

• 多孔質ネットワーク：犠牲的有機発泡体をアルミナスラリーでコーティングし、乾燥、焼結することにより製造されるオープンセル網状構造。その結果、相互に連結した流路を持つ三次元の骨格ネットワークが形成される。.

• 添加物：SiO₂、ZrO₂、またはバインダー残渣の小さなフラクションは、レシピと焼結レジームに応じて現れることがあり、これらは強度、耐熱衝撃性、焼結挙動を調整する。.

なぜこの微細構造が重要なのか
開気孔が蛇行した流路を形成し、大きな介在物を直接噛み込ませて捕捉し、小さな粒子は骨格上に形成されるフィルターケーキ内に捕捉する。高い気孔率は、良好な捕捉効率を維持しながら、低い圧力損失を与えます。.

3.フィルターの製造方法

1. フォームテンプレート：必要な孔密度（PPI）を持つポリウレタンまたはポリマーフォームを選択する。.

2. スラリーコーティング：アルミナ粉末、バインダー、レオロジー調整剤を含むアルミナスラリーにフォームを浸す。.

3. 乾燥と燃焼：ポリマーフォームと有機バインダーは、制御されたサーマルランプで燃焼される。.

4. 焼結：グリーン体は、通常1100℃～1300℃の温度で焼結され、硬いセラミック骨格が形成される。.

5. 機械加工と検査：最終寸法をトリミングし、フィルターに欠陥や寸法公差がないか検査する。.

こちらもお読みください：セラミックフィルターの作り方.

4.フィルター形状と共通寸法

アルミナフィルターはこれらの典型的な形で供給される：

• プレート：平板、正方形または円形プレート（ゲーティングインサートやプレートフィルターシステムに人気）。一般的なサイズは、7″、9″、12″、15″、17″、20″、23″の正方形または円形プレートで、厚さは20～50mmが多い。.

• ブロック：取鍋またはノジュラーゲートシステムで局所的なろ過に使用される小型の長方形ブロック。.

• シリンダーとカット形状：特殊な注湯設備用に機械加工または成形で生産される特注形状。.

5.主な技術仕様とその意味

購買決定において使用される主要な技術的主張は、常に供給業者のデータシートと試験証明書によって裏付けられるべきである。.

6.溶湯鋳造における濾過メカニズム

アルミナ発泡フィルターが金属の清浄度を向上させる主なメカニズムは3つある：

1. 直接捕獲とインパクション
   大きな酸化物片やスラグ粒子がセラミック支柱に衝突し、表面に捕捉される。.

2. 深層ろ過とケーキ形成
   介在物が蓄積すると、多孔質のケーキが形成され、フィルター網の内部でより小さな粒子が捕捉される。これにより、ろ過効率は時間とともに向上しますが、圧力損失は徐々に上昇します。.

3. フロー・コンディショニング
   オープンセル構造は、金属をゆっくりと滑らかにし、金型内への層流を促し、乱流による空気や酸化物の巻き込みを減少させる。.

フィルターの選択と適切な配置は、過剰な圧力損失を避けながら、捕捉と流量調整の有益な組み合わせを最大化する。.

7.適切な孔密度と孔径の選択

気孔密度はしばしばPPI（気孔/インチ）で表される。1インチあたりの孔の数が多いほど、捕捉能力は高くなるが、抵抗が大きくなり、注入速度が遅くなる可能性がある。以下の表は、客観的な出発点として使用してください。.

疑問がある場合は、PPIの選択を最終決定する前に、生産形状レプリカでパラフィンまたは水のフローテストを実施し、圧力損失と充填時間を見積もること。.

8.代表的な使用温度、強度、熱衝撃限界

• 連続暴露範囲：多くのアルミナ発泡体は、グレードによっ て約1100℃から1300℃まで定格されている。サプライヤーは、一般的な鋳造用グレードでは使用温度≤1100 °C、より高いアルミナ含有量では最高1200 °Cと報告している。.

• 熱衝撃：多くの市販製品は、複数回の熱衝撃サイクル（例えば800℃から室温まで5回）に耐えるが、性能は焼結スケジュールと微細構造に依存する。フィルターに急激な機械的衝撃を与えたり、曲げたりすることは避ける。.

• 機械的性質：室温での圧縮強度は通常金属以下で、単位はMPa。保管時、挿入時、注入時の取り扱いには注意すること。.

9.設置、取り扱い、ベストプラクティス

安定したパフォーマンスを得るための実践的なヒント：

• オリエンテーション:深さを均等にするため、溶融金属が厚い面から先に流れるようにフィルターを設置する。プレートの場合は、メーカーの推奨する流れ方向に合わせてください。.

• 座席とサポート:フィルターの破損を防ぎ、バイパスを避けるため、ゲーティングシステムには剛性の高いシーティングリングまたはセラミックサポートを使用してください。エッジに耐火性セメントの小さなビーズを付けると、金属漏れの防止に役立つ。.

• 清潔さ:フィルターは、使用するまで清潔で乾燥した包装に保管してください。湿気や油脂が混入すると、注入時に剥離やガス発生の原因となる。.

• 予熱:アルミニウム溶湯を短時間使用する場合、予熱は通常必要ありませんが、ゆっくりと注湯する場合や大きな板を使用する場合は、短時間の均熱により熱衝撃のリスクを軽減することができます。サプライヤーのガイダンスに従ってください。.

• 廃棄基準:フィルターにひび割れがある場合、目に見える汚染がある場合、または落下した場合は廃棄してください。また、テスト注水中に流量が過度に低下し、内部の詰まりを示す場合も交換してください。.

10.アルミナと他のセラミックフィルター材料の比較

アルミナは、価格とアルミニウムに対する不活性のバランスがとれているため、アルミニウム鋳造に広く使用されている。鉄や鋼の場合は、SiCグレードや他の組成が望ましい場合がある。.

11.品質管理、試験および受入基準

工場での重要なテストと要求すべき文書：

• 化学組成証明書 Al₂O₃含有量と有意な酸化物を示す。.

• 気孔率とPPIの検証PPIと開気孔率に関するサプライヤーのデータ。.

• 寸法公差 プレートのサイズと厚さに対して.

• 熱衝撃と強度試験指定されたデルタTにおける故障までのサイクル数または合格サイクル数。.

• 流量とろ過能力代表的な注入速度でろ過された総トン数を示すベンチテスト。.

受入フィルターでは、溶融アルミに移行する前に、簡単な水またはパラフィンの模擬注入試験を行って、設置形状とおおよその圧力損失を検証する。これは、迅速かつ安価であり、総体的なはめあいや流れの問題を明らかにします。.

12.環境、安全、廃棄に関する考慮事項

• セラミック・フォーム・フィルターは、そのままの状態では不活性で無害ですが、粉末状または破損したセラミック粉塵を扱うと吸入の危険があるため、切断や機械加工の際には個人用保護具を使用してください。.

• 付着した金属残渣を含む使用済みフィルターは、鋳造廃棄物として処理する必要がある。多くの工場では、地域の規制に従って、再溶解または清浄廃棄によって金属を回収している。鋳造副産物に関する地域の廃棄物規則を確認してください。.

13.実用例と期待される効果

• 自動車ハウジングの砂型鋳造フィルターなしから20～30 PPIのアルミナプレートに変更することで、介在物に関連する不合格が減少し、最終的な加工スクラップが減少することが多い。.

• 精密航空宇宙鋳物30～60PPIプレートを使用する場合、表面平滑性が向上し、二次研削作業が軽減されるが、充填時間を維持するためにゲーティングを調整する必要がある。.

• 高スループットダイカストフィードスプルー上流に配置された大型の低PPIブロックは、粗大介在物を削減し、大量注入時の流れを安定させる。.

サプライヤーや鋳物工場から報告される定量化可能な成果には、気孔欠陥の減少、特定の合金の引張・伸び測定基準の改善、スクラップ率の減少などが一般的です。実現される節約は、合金、鋳造形状、工程管理によって異なります。.

14.よくある質問

1) 一般的なAl鋳造の場合、20PPIと30PPIのどちらを選べばよいですか？
注湯速度が速い場合や湯口断面積に制限がある場合は20 PPI、表面品質を向上させ、注湯速度を制御できる場合は30 PPIとする。パイロット試験が不可欠である。.

2) フィルターは再利用できますか？
フィルターは使い捨てです。一旦介在物を捕捉し、溶融金属にさらされると、もはや効果はなく、有害な残留物を含む可能性がある。.

3) フィルターを密閉するために接着剤やモルタルは必要ですか？
耐火セメントの小ビードまたは工場推奨のシーティングリングは、バイパスを減少させる。燃焼してガスを発生する有機接着剤は避ける。.

4) フィルターが詰まる兆候は？
充填時間が急に遅くなったり、ヘッドロスが増えたり、 流量が低下して取鍋温度が急上昇したりする場合は、目詰まり を示しています。新しいフィルタに交換し、注湯パラメー タを検査してください。.

5) シリコンやマグネシウムを含む合金にアルミナフィルターは安全ですか？
はい。アルミナフィルターは、Al₂O₃が通常の鋳造条件下で化学的に安定しているため、一般的なAl-SiおよびAl-Mg合金と化学的に互換性があります。.

6) 血小板フィルターやハニカムフィルターはフォームフィルターの代わりになりますか？
ハニカムフィルターと押し出しフィルターでは流動特性が異なります。発泡プレートは一般的に深層濾過と封入物の捕捉に適しており、ハニカムフィルターは特定の形状において乱流を低下させる可能性があります。お使いのシステムに合わせて両方をテストしてください。.

7) 300kgの注湯に必要なフィルターのサイズは？
フィルターのサイジングはゲーティング形状と希望流量に依存する。サプライヤーはプレートサイズとPPIを濾過容量にリンクさせたフローテーブルを提供している。300kgの場合、一般的な選択は10-15インチプレートでゲーティングにより20-30PPIです。サプライヤーのフローチャートで確認してください。.

8) フィルターは予熱した方がいいですか？
ほとんどのアルミニウム加工では予熱は任意であるが、非常に大きな板や周囲温度が低い場合には有効である。熱衝撃を避けるため、サプライヤーのガイドラインに従ってください。.

9) フィルターの保管方法は？
乾燥した状態で、安定したパレットや棚の上に平らに積み重ね、元の梱包のまま保管してください。フィルターはもろいので、落下や衝撃を避けてください。.

10) フィルターは部品コストにいくら加算されますか？
部品当たりのコストは、フィルターサイズ、PPI、スクラップ削減量に依存する。一般的なプレートサイズの単価は、部品の価値に比して控えめであり、多くの場合、スクラップの削減と機械加工によって回収されます。サプライヤーの価格を確認し、スクラップの削減、機械加工時間の節約、フィルターコストを使用して、簡単なROIの見積もりを実行してください。.

15.購入および仕様チェックリスト

• Al₂O₃の含有量と分析証明書を確認する。.

• 注湯速度と品質目標に合ったPPIと厚さを選択する。.

• 選択したプレートサイズの流量／ろ過能力表を請求する。.

• 熱衝撃と機械的試験データを求める。.

• 本番展開の前に、実験室または工場で模擬注入を行い、検証する。.