クロム鉱石粉末（主にクロム鉄鉱を主成分とし、Cr₂O₃·FeOを含む）は、その高い耐火性、優れた耐食性、そして熱化学的安定性により、精密鋳造コーティングの重要な材料となっています。鋳物の表面品質を大幅に向上させ、欠陥率を低減することができます。以下では、その適用原理、プロセスのポイント、処方設計、そして実際の適用例について体系的に説明します。
🔬 1. コアの適用原理と利点
砂の固着防止および浸透防止機構
クロム鉱石粉末が高温（> 1900℃）の溶融金属と接触すると、含まれるFeOが優先的に酸化されて緻密なスピネル相（FeCr₂O₄など）を形成し、溶融金属が砂型の細孔に浸透するのを防ぎ、機械的な固着を解消します14。 同時に、Cr₂O₃はコーティングの焼結と剥離を促進し、注湯後にコーティングが自動的に破片となって剥がれ落ちるため、洗浄コストが削減されます。
熱安定性と収縮率の最適化 クロム
鉱石粉末は、高い融点（1890～2100℃）と低い熱膨張係数により、高温下でも寸法安定性に優れ、特に厚肉・大型鋳物部品に適しています。蓄熱係数は石英砂よりも高く、溶融金属の凝固時間を延長し、収縮効果を高め、収縮・ひけ欠陥を低減します。
化学的不活性と遮蔽効果
窒素含有樹脂砂（フラン樹脂など）では、クロム鉱石コーティングにより、鋳物へのN元素とC元素の拡散を阻止し、低炭素鋼鋳物の炭素増加と皮下気孔を回避し、耐食性を向上させることができます。
⚙️ 2. 適用プロセスと技術的なポイント
粒子サイズの選択と段階的な適用
粗粒子（80〜280メッシュ）：耐火骨材として、溶融金属の摩耗に対する抵抗力を高め、大型鋳物のホットスポットに使用されます。
超微粉末（>320メッシュ、15〜20%を占める）：コーティングの細孔を埋め、密度を向上させ、高い遮蔽要件のある鋼鋳物に使用されます。
ペイントキャリアの適応
水性塗料：懸濁率最大98％（24時間）、ガス排出量≤16ml/g（1000℃）、泡抜けなどの低温乾燥が必要なシーンに適しており、泡の変形を防ぐために乾燥温度を40〜60℃に制御する必要があります。
アルコール系塗料：懸濁率 ≥ 95% (8 時間)、点火後すぐに乾燥し、ペースの速い生産に適していますが、ひび割れを防ぐためにエタノールの揮発速度を制御する必要があります。
処方の相乗効果の最適化
複合充填剤：珪藻土、バーミキュライトなどと組み合わせ（特許配合例：クロマイト65〜85％+珪藻土15〜20％）、通気性を向上させ、焼結温度を下げます。
バインダーシステム：低温強度と高温セラミック化（トリポリリン酸ナトリウムが焼結を促進）の両方を考慮して、複合結合（エチルセルロース＋フェノール樹脂など）を使用します。
機能性添加剤：酸化膜の形成を促進し、剥離性を高めるためにFe₂O₃粉末（1〜3％）を添加し、レベリング性を向上させるためにステアリン酸（0.1〜0.15％）を添加します。
📊 3. 配合設計と性能の最適化
以下は、典型的なクロム鉱石粉末コーティングの配合と性能の比較です。
表：水性およびアルコールベースのクロム鉱石粉末コーティングの性能比較
成分・性能 水性コーティング アルコール系コーティング 機能
クロム鉱石粉末比率 50〜70％（280メッシュより粗い） 60〜80％（280〜325メッシュ） 耐火骨格、浸透防止 懸濁剤
リチウムベースベントナイト（3〜6％） 有機ベントナイト（2〜4％） 沈降防止、均一性維持
バインダー シリカゾル（2〜3％） フェノール樹脂（3〜5％） コーティング強度の
向上 懸濁率（24時間） ≥98％ ≥95％（8時間） 貯蔵安定性
ガス発生（1000℃） ≤16 ml/g ≤19 ml/g 気孔欠陥の低減
耐クラック性（1200℃） 2分間の急速加熱でもクラックなし 同左 金属液体がクラックに浸透するのを防ぐ
🧪 IV.品質管理の要点
懸濁液の安定性管理: 増粘剤 (CMC 0.15~0.5% など) とチキソトロピー剤 (ナノ SiO₂ など) によって沈殿を防ぎ、コーティングの均一性を確保するにはチキソトロピー率が 30% を超える必要があります24。
焼結剥離調整：フラックス（炭酸リチウム0.3〜0.5％）を添加して、注入温度でコーティングが適度に溶融し、ガラス質で剥離しやすい層を形成します。
環境保護と安全：換気と除塵設備が必要（クロム鉱石の粉塵は有害）、Crを含む廃水を中和する必要がある。
🏭 V. 典型的な適用シナリオと効果
大型鋳鋼品（サポート、スプロケット）
クロム鉱石粉末複合コーティングを施すと、砂付着率が 3% 未満に低下し、ショットブラスト後の表面粗さは Ra≤12.5μm となり、筆跡は鮮明で肉抜けがありません（コーティングされていない部品 Ra≥25μm と比較）。
高クロム鋳鉄（ライニングプレート、ハンマーヘッド）
ナノFeCr₂O₄複合粉末（15〜20％）によるコーティングにより、鋳物の表面硬度が約3倍（HV 800→2200）向上し、摩耗寿命が2倍延長されます。
精密合金鋼部品
フラン樹脂砂型に適用後、皮下気孔率は8％から0.5％に減少し、低炭素ステンレス鋼の炭素増加は0.02％未満に制御されます。
