JP2002522633A - 複合材料の製造法 - Google Patents
複合材料の製造法Info
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Abstract
(57)【要約】
予め湿潤させた複合材料を顆粒(20)の形態で、供給し、この顆粒を誘導ヒーター(34)内に入れ、誘導ヒーターを作動させて顆粒の金属マトリックス部分を溶融し、溶融混合物を形成する。高電力を誘導コイルに入力できるため、顆粒を、その融点および融点以上の温度に急速に加熱でき、これにより形成した溶融混合物を鋳造することができる。急速に加熱できるため、他の方法では反応性の複合材料を、大気中の溶融によって製造することができる。
Description
【0001】 (発明の属する技術分野) 本発明は、金属マトリックス複合材料、特にこのような複合材料から溶融およ
び鋳造(キャスチング)によって鋳造品を製造する方法に関する。
び鋳造(キャスチング)によって鋳造品を製造する方法に関する。
【0002】 (従来の技術) 金属マトリックス複合材料は、その1つの形態として、金属マトリックス中に
強化材相を埋設している。強化材は、一般に、等軸結晶粒形態または細長い結晶
粒形態のセラミック相(例えば酸化アルミニウムまたは炭化ケイ素)である一方
、マトリックスは、純金属または合金、例えばアルミニウムである。粒子相およ
びマトリックス金属相は、各々、それらの物性/化学的特性の同一性を、複合材
料において保持し、各相は、最終複合材料の特性に貢献している。
強化材相を埋設している。強化材は、一般に、等軸結晶粒形態または細長い結晶
粒形態のセラミック相(例えば酸化アルミニウムまたは炭化ケイ素)である一方
、マトリックスは、純金属または合金、例えばアルミニウムである。粒子相およ
びマトリックス金属相は、各々、それらの物性/化学的特性の同一性を、複合材
料において保持し、各相は、最終複合材料の特性に貢献している。
【0003】 このような複合材料から有用な鋳造品を製造する方法として、数種の方法が採
用されている。1つの方法として、金属マトリックス材料を、混合法または溶浸
法により溶融して粒子に湿潤させている。湿潤混合物は、湿潤セラミック粒子を
溶融マトリックス中にスラリー化した形態であって、このスラリー形態の湿潤混
合物を、鋳型で直接鋳造するか(混合法)または希釈した後鋳型で鋳造している
(溶浸法)。
用されている。1つの方法として、金属マトリックス材料を、混合法または溶浸
法により溶融して粒子に湿潤させている。湿潤混合物は、湿潤セラミック粒子を
溶融マトリックス中にスラリー化した形態であって、このスラリー形態の湿潤混
合物を、鋳型で直接鋳造するか(混合法)または希釈した後鋳型で鋳造している
(溶浸法)。
【0004】 ある種の用途では、金属マトリックス複合材料を、ある場所で鋳造して鋳物用
地金を形成し、次いでこの地金を、鋳物ユーザーの工場へ輸送している。鋳物ユ
ーザーは、鋳物地金のマトリックス部分を、このマトリックス材料の融点を超え
る温度への加熱により再溶融して、再溶融スラリーを形成し、次いで、再溶融ス
ラリーを鋳型で鋳造して、最終製品の形態を形成している。再溶融操作に際し、
再溶融複合材料は、鋳造操作のロジスティックス(logistics)のため、鋳造前
に、数時間高温状態に保持する場合がある。
地金を形成し、次いでこの地金を、鋳物ユーザーの工場へ輸送している。鋳物ユ
ーザーは、鋳物地金のマトリックス部分を、このマトリックス材料の融点を超え
る温度への加熱により再溶融して、再溶融スラリーを形成し、次いで、再溶融ス
ラリーを鋳型で鋳造して、最終製品の形態を形成している。再溶融操作に際し、
再溶融複合材料は、鋳造操作のロジスティックス(logistics)のため、鋳造前
に、数時間高温状態に保持する場合がある。
【0005】 ある種の鋳造操作のため、鋳物工場では、再溶融金属マトリックス複合材料を
、金属マトリックスの融点よりも非常に高い炉温度で、再加熱する必要がある。
この温度が、セラミック強化材がマトリックス材料と実質的に化学反応するのに
充分に高い温度である場合、得られた反応生成物は、一般にそのスラリー粘度が
上昇する。スラリー粘度が上昇すると、鋳造操作は、かかる化学反応前よりも、
より困難となって、多数の製品を鋳造することができなくなる。加えて、反応生
成物は、最終製品に鋳造すると、最終製品の特性は悪影響を受ける。
、金属マトリックスの融点よりも非常に高い炉温度で、再加熱する必要がある。
この温度が、セラミック強化材がマトリックス材料と実質的に化学反応するのに
充分に高い温度である場合、得られた反応生成物は、一般にそのスラリー粘度が
上昇する。スラリー粘度が上昇すると、鋳造操作は、かかる化学反応前よりも、
より困難となって、多数の製品を鋳造することができなくなる。加えて、反応生
成物は、最終製品に鋳造すると、最終製品の特性は悪影響を受ける。
【0006】 この問題解決のため、数種の方法が知られている。ある方法によれば、粒子表
面を系内で被覆/処理して、粒子の反応性を低下させている。別の方法によれば
、反応性を低下させた特別なマトリックス合金を選択している。これらの方法は
、ある条件下で有効である一方、他の条件下では、技術的理由またはコスト的な
理由から有効ではない。
面を系内で被覆/処理して、粒子の反応性を低下させている。別の方法によれば
、反応性を低下させた特別なマトリックス合金を選択している。これらの方法は
、ある条件下で有効である一方、他の条件下では、技術的理由またはコスト的な
理由から有効ではない。
【0007】 (発明が解決しようとする課題) したがって、鋳造可能な金属-マトリックス複合材料を再溶融処理する方法の
改善が、必要である。本発明の課題は、このような改善された方法を提供するこ
とであり、関連する利点を提供することである。
改善が、必要である。本発明の課題は、このような改善された方法を提供するこ
とであり、関連する利点を提供することである。
【0008】 (発明の開示) 本発明は、マトリックスと粒子との高温化学反応が限られた程度でしか生じな
いように、高速で、金属-マトリックス複合材料を再溶融して、鋳造用の複合材
料を製造する方法を提供する。複合材料または顆粒に関し、本明細書に用いられ
る「溶融または再溶融」なる用語は、金属マトリックス相は、溶融または再溶融す
る一方、強化材粒子は固体のままであることを意味し、溶融または再溶融の結果
、固体の強化材が溶融マトリックス材料中にスラリー化したスラリーが得られる
ことを意味する。再溶融充填物は、高温で急速に加熱し、次いで直ちに鋳造する
ことができ、その結果、化学的分解が起こる機会が殆ど存在しない。本発明の再
溶融法は、使用するエネルギーが従来法に必要なエネルギーよりも少なく、かつ
従来法で必要だった真空または保護ガス雰囲気ではなく、大気中で当該再溶融を
実施できる点で、効率的であって、経済的な方法である。本発明の再溶融法は、
多量の再溶融材料に対しても、少量の再溶融材料に対しても実施でき、このため
、小規模な鋳物工場における作業への適用に適していた従来法よりも、より改善
された方法である。また、本発明の再溶融操作によって、ガスの再溶融塊中への
閉じ込めを回避することができる。
いように、高速で、金属-マトリックス複合材料を再溶融して、鋳造用の複合材
料を製造する方法を提供する。複合材料または顆粒に関し、本明細書に用いられ
る「溶融または再溶融」なる用語は、金属マトリックス相は、溶融または再溶融す
る一方、強化材粒子は固体のままであることを意味し、溶融または再溶融の結果
、固体の強化材が溶融マトリックス材料中にスラリー化したスラリーが得られる
ことを意味する。再溶融充填物は、高温で急速に加熱し、次いで直ちに鋳造する
ことができ、その結果、化学的分解が起こる機会が殆ど存在しない。本発明の再
溶融法は、使用するエネルギーが従来法に必要なエネルギーよりも少なく、かつ
従来法で必要だった真空または保護ガス雰囲気ではなく、大気中で当該再溶融を
実施できる点で、効率的であって、経済的な方法である。本発明の再溶融法は、
多量の再溶融材料に対しても、少量の再溶融材料に対しても実施でき、このため
、小規模な鋳物工場における作業への適用に適していた従来法よりも、より改善
された方法である。また、本発明の再溶融操作によって、ガスの再溶融塊中への
閉じ込めを回避することができる。
【0009】 本発明の1つの要旨によれば、次のような方法が提供される: セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた複合材料を供給し、このマ
トリックスの金属を溶融して、溶融混合物を形成することによって、鋳造用の複
合材料を製造する方法であって、 上記セラミック複合材料を、複数の顆粒の形態で供給し(この顆粒の少なくと
も一部は、各々、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた複合材料を
含んでなる)、複数の顆粒を、誘導ヒーターの誘導コイルに導入し、誘導ヒータ
ーを作動させて、顆粒の金属マトリックス部分を溶融し、これにより溶融混合物
を形成することを特徴とする方法。 好適には、顆粒は、全て複合材料を含んでなる。
トリックスの金属を溶融して、溶融混合物を形成することによって、鋳造用の複
合材料を製造する方法であって、 上記セラミック複合材料を、複数の顆粒の形態で供給し(この顆粒の少なくと
も一部は、各々、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた複合材料を
含んでなる)、複数の顆粒を、誘導ヒーターの誘導コイルに導入し、誘導ヒータ
ーを作動させて、顆粒の金属マトリックス部分を溶融し、これにより溶融混合物
を形成することを特徴とする方法。 好適には、顆粒は、全て複合材料を含んでなる。
【0010】 本発明の別の要旨によれば、次のような方法が提供される: 複合材料を鋳造する方法であって、 複数の顆粒を、半連続バッチ法の設備であるマルチステーションに供給し(こ
の顆粒の少なくとも一部は、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた
複合材料を含んでなり、上記設備は、充填ステーションと、誘導ヒーターを備え
た加熱ステーションと、鋳型を備えた鋳造ステーションとを含んでなる。)、 溶融容器を供給し、 充填ステーションにおいて、溶融容器に顆粒を充填し、 溶融容器を、溶融ステーションに移動させ、この溶融ステーションにおいて、
顆粒を溶融容器中で溶融し、次いで 溶融容器を、鋳造ステーションに移動させ、溶融顆粒を鋳型によって鋳造する
ことを特徴とする方法。
の顆粒の少なくとも一部は、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた
複合材料を含んでなり、上記設備は、充填ステーションと、誘導ヒーターを備え
た加熱ステーションと、鋳型を備えた鋳造ステーションとを含んでなる。)、 溶融容器を供給し、 充填ステーションにおいて、溶融容器に顆粒を充填し、 溶融容器を、溶融ステーションに移動させ、この溶融ステーションにおいて、
顆粒を溶融容器中で溶融し、次いで 溶融容器を、鋳造ステーションに移動させ、溶融顆粒を鋳型によって鋳造する
ことを特徴とする方法。
【0011】 本発明の方法は、再溶融操作において、地金または粉末の形態ではなく、顆粒
形態の複合材料を使用する。このような顆粒は、まず、任意の操作法で形成でき
、例えば、溶融およびその後の顆粒形成法、または溶浸法、希釈法、およびその
後の顆粒形成法などが例示される。また、顆粒は、任意の処理可能な材料から製
造することができ、例えば酸化アルミニウムまたは炭化ケイ素粒子を、アルミニ
ウム金属マトリックス中で製造することができる。顆粒は、その最小粒径が、約
1〜約10 mmであって、好適には球形、卵形または平板球形の粒子形態の滑らかな
顆粒である。
形態の複合材料を使用する。このような顆粒は、まず、任意の操作法で形成でき
、例えば、溶融およびその後の顆粒形成法、または溶浸法、希釈法、およびその
後の顆粒形成法などが例示される。また、顆粒は、任意の処理可能な材料から製
造することができ、例えば酸化アルミニウムまたは炭化ケイ素粒子を、アルミニ
ウム金属マトリックス中で製造することができる。顆粒は、その最小粒径が、約
1〜約10 mmであって、好適には球形、卵形または平板球形の粒子形態の滑らかな
顆粒である。
【0012】 粒子は、誘導加熱コイル内に入れ、誘導加熱して、金属マトリックス相を再溶
融し、その後、直ちに鋳型で鋳造するか、または他方法で使用する。高レベルの
エネルギーを顆粒に導入できるため、その加熱速度は、急速である。複合材料の
各充填物は、各鋳造ごとに調製できるため、高温で保持する期間は、長くはない
。その結果、再溶融顆粒は、複合材料中に許容できないほど多量の化学反応生成
物を形成することなく、従来法(炉溶融法)で通常可能であった温度よりも高い
鋳造温度に加熱することができる。急速な加熱および短期間の高温暴露の結果、
複合材料表面において、ごく少量の酸化物しか形成せず、かつ、制御した雰囲気
または真空雰囲気ではなく、大気中での再溶融が可能となった。
融し、その後、直ちに鋳型で鋳造するか、または他方法で使用する。高レベルの
エネルギーを顆粒に導入できるため、その加熱速度は、急速である。複合材料の
各充填物は、各鋳造ごとに調製できるため、高温で保持する期間は、長くはない
。その結果、再溶融顆粒は、複合材料中に許容できないほど多量の化学反応生成
物を形成することなく、従来法(炉溶融法)で通常可能であった温度よりも高い
鋳造温度に加熱することができる。急速な加熱および短期間の高温暴露の結果、
複合材料表面において、ごく少量の酸化物しか形成せず、かつ、制御した雰囲気
または真空雰囲気ではなく、大気中での再溶融が可能となった。
【0013】 誘導加熱溶融は、比較的少量の複合材料から、比較的多量の複合材料までの広
範な範囲で実施でき、これにより、本発明の方法は、広範なユーザーによって使
用することができ、高価な溶融炉、特別な雰囲気制御装置、鋳型以外の高温金属
処理装置に対し投資する必要がない。再溶融複合材料は、鋳造操作のロジスティ
ックス(経営戦略的な要件)に適合するよう、要求された方法で製造することが
できる。
範な範囲で実施でき、これにより、本発明の方法は、広範なユーザーによって使
用することができ、高価な溶融炉、特別な雰囲気制御装置、鋳型以外の高温金属
処理装置に対し投資する必要がない。再溶融複合材料は、鋳造操作のロジスティ
ックス(経営戦略的な要件)に適合するよう、要求された方法で製造することが
できる。
【0014】 通常、好適には、ガスおよび気泡の溶融複合材料への導入は、回避すべきであ
る。溶存形態のガスは、溶融マトリックスの粒子への湿潤を妨げる傾向を示す一
方、気泡形態のガスは、金属の固化の際に保持され、その結果、内部構造の脆弱
化につながりうる。誘導加熱溶融前の顆粒間において、実質的な容量の空間が存
在している場合でも、溶融した材料は、その内部にガスおよび小孔が実質的に存
在しない。このため、最終の鋳造品(鋳物、キャスチング)は、非常に堅固(so
und)であって、粒子は、同様に金属マトリックス材料によって充分に湿潤され
ている。金属-マトリックス複合材料の当業者によく知られているように、閉じ
込められたガスは、電気抵抗炉のような他の方法で金属-マトリックス複合材料
を溶融した際に、重要な問題となる。顆粒溶融際のガスの閉じ込め回避を、本発
明に従い、誘導加熱によって達成できたことは、驚くべきことであって、本発明
の予期せぬ利点でもある。
る。溶存形態のガスは、溶融マトリックスの粒子への湿潤を妨げる傾向を示す一
方、気泡形態のガスは、金属の固化の際に保持され、その結果、内部構造の脆弱
化につながりうる。誘導加熱溶融前の顆粒間において、実質的な容量の空間が存
在している場合でも、溶融した材料は、その内部にガスおよび小孔が実質的に存
在しない。このため、最終の鋳造品(鋳物、キャスチング)は、非常に堅固(so
und)であって、粒子は、同様に金属マトリックス材料によって充分に湿潤され
ている。金属-マトリックス複合材料の当業者によく知られているように、閉じ
込められたガスは、電気抵抗炉のような他の方法で金属-マトリックス複合材料
を溶融した際に、重要な問題となる。顆粒溶融際のガスの閉じ込め回避を、本発
明に従い、誘導加熱によって達成できたことは、驚くべきことであって、本発明
の予期せぬ利点でもある。
【0015】 本発明の誘導加熱溶融法によれば、種々のタイプの顆粒を導入および混合でき
これにより、溶融操作の間に制御した合金化を達成することができる。すなわち
、溶融した顆粒は、全て同じタイプの複合材料でも、異なるタイプの複合材料で
も、複合材料と非複合材料との混合物であってもよい。このような合金化の多様
性は、小規模の再溶融設備にとって重要な利点となり、数種の異なるタイプの顆
粒ストックを保持でき、次いで、手元に持ち合わせのストックの混合物を用い、
各仕事の注文ごとに、この注文どおりに合金を調整することができる。
これにより、溶融操作の間に制御した合金化を達成することができる。すなわち
、溶融した顆粒は、全て同じタイプの複合材料でも、異なるタイプの複合材料で
も、複合材料と非複合材料との混合物であってもよい。このような合金化の多様
性は、小規模の再溶融設備にとって重要な利点となり、数種の異なるタイプの顆
粒ストックを保持でき、次いで、手元に持ち合わせのストックの混合物を用い、
各仕事の注文ごとに、この注文どおりに合金を調整することができる。
【0016】 本発明の他の特徴および利点は、好適な具体例に関する詳細な記載と共に、本
発明の原理を例示した添付の図面によって、以下に詳しく説明するが、本発明は
、この好適な具体例に限定されるものではない。
発明の原理を例示した添付の図面によって、以下に詳しく説明するが、本発明は
、この好適な具体例に限定されるものではない。
【0017】 図面の説明 図1は、金属-マトリックス複合材料の拡大した断面模式図である。 図2は、許容されない量の反応生成物が形成される前の、許容される積算暴露
時間を、温度の関数として示したグラフである。 図3Aおよび図3Bは、誘導加熱および鋳造装置の模式図で、図3Aは、側面図で、
図3Bは、正面図である。 図4は、図3Aの4-4ラインに沿って切欠した、図3Aの装置の詳細な断面模式図で
ある。 図5は、本発明の方法の好適な具体例を示すブロック工程系統図である。 図6は、本発明に従い、一連の鋳造品を鋳造するためのカラセル式方式を示す
模式図である。
時間を、温度の関数として示したグラフである。 図3Aおよび図3Bは、誘導加熱および鋳造装置の模式図で、図3Aは、側面図で、
図3Bは、正面図である。 図4は、図3Aの4-4ラインに沿って切欠した、図3Aの装置の詳細な断面模式図で
ある。 図5は、本発明の方法の好適な具体例を示すブロック工程系統図である。 図6は、本発明に従い、一連の鋳造品を鋳造するためのカラセル式方式を示す
模式図である。
【0018】 本発明の最良の実施態様 本発明の方法の出発材料は、金属-マトリックス複合材料の顆粒からなり、こ
の例は、図1の20として示される。各顆粒20では、強化材粒子22を金属マトリッ
クス24中に埋設している。顆粒20は、等軸結晶形態でも、細長い結晶形態でもよ
く、また規則的形態でも、不規則的形態であってもよい。顆粒20は、好適には最
小直径が、約1〜約10 mmである。すなわち、顆粒は、代表的な粉末よりも大きく
、地金(インゴット)よりも小さい。顆粒は、最小寸法が約1 mmよりも小さい場
合には、その表面積は、過剰な酸素が顆粒から溶融体に誘導されるほどの大きさ
である。より小さい顆粒は、以下に詳説したタイプの溶融装置において、適切に
流動/供給することができない。顆粒の粒径が10 mmよりも大きい場合には、顆
粒を、ホッパーまたは他の供給源からルツボに完全に充填させる能力が、阻害さ
れる。加えて、溶融の間、より大きい顆粒に対し加えられる力は、この顆粒が溶
融体から排出される傾向を示すほどに、大きくなる。
の例は、図1の20として示される。各顆粒20では、強化材粒子22を金属マトリッ
クス24中に埋設している。顆粒20は、等軸結晶形態でも、細長い結晶形態でもよ
く、また規則的形態でも、不規則的形態であってもよい。顆粒20は、好適には最
小直径が、約1〜約10 mmである。すなわち、顆粒は、代表的な粉末よりも大きく
、地金(インゴット)よりも小さい。顆粒は、最小寸法が約1 mmよりも小さい場
合には、その表面積は、過剰な酸素が顆粒から溶融体に誘導されるほどの大きさ
である。より小さい顆粒は、以下に詳説したタイプの溶融装置において、適切に
流動/供給することができない。顆粒の粒径が10 mmよりも大きい場合には、顆
粒を、ホッパーまたは他の供給源からルツボに完全に充填させる能力が、阻害さ
れる。加えて、溶融の間、より大きい顆粒に対し加えられる力は、この顆粒が溶
融体から排出される傾向を示すほどに、大きくなる。
【0019】 強化材粒子22は、好適にはセラミック材料から形成され、セラミック材料とし
て、酸化アルミニウムまたはスピネルのような酸化物、炭化ケイ素またはグラフ
ァイトのような炭化物が挙げられる。強化材粒子は、顆粒よりも小さく、代表的
には、約1〜約50μmの最小寸法を有するが、より小さい強化材粒子およびより大
きい強化材粒子でも、処理することができる。強化材粒子は、等軸結晶粒または
細長い結晶粒でもよく、規則的または不規則的形態であってもよい。
て、酸化アルミニウムまたはスピネルのような酸化物、炭化ケイ素またはグラフ
ァイトのような炭化物が挙げられる。強化材粒子は、顆粒よりも小さく、代表的
には、約1〜約50μmの最小寸法を有するが、より小さい強化材粒子およびより大
きい強化材粒子でも、処理することができる。強化材粒子は、等軸結晶粒または
細長い結晶粒でもよく、規則的または不規則的形態であってもよい。
【0020】 マトリックス金属24は、処理可能な材料であれば、いずれであってもよい。好
適にはアルミニウムである。(本明細書において、「アルミニウム」のように特
定の金属について説明した場合、この用語には、特に断らない限り、純金属およ
びその合金が包含されるものとする。)
適にはアルミニウムである。(本明細書において、「アルミニウム」のように特
定の金属について説明した場合、この用語には、特に断らない限り、純金属およ
びその合金が包含されるものとする。)
【0021】 多くの場合、強化材粒子22の材料は、金属マトリックスの融点よりも高い温度
で、マトリックス金属24と化学反応することができる。粒子表面に形成した化学
反応生成物は、溶融スラリーの粘度を増加させると共に、最終の鋳造品の機械的
特性に悪影響を与える。化学反応の程度は、粒子とマトリックスとの接触温度お
よび接触時間の関数である。
で、マトリックス金属24と化学反応することができる。粒子表面に形成した化学
反応生成物は、溶融スラリーの粘度を増加させると共に、最終の鋳造品の機械的
特性に悪影響を与える。化学反応の程度は、粒子とマトリックスとの接触温度お
よび接触時間の関数である。
【0022】 図2は、許容されない量の反応生成物が形成される前の、許容される積算暴露
時間を、温度の関数として示したグラフである。時間と温度との特定の関係は、
強化材粒子および金属マトリックスとして使用される材料並びに鋳造法および最
終用途のタイプに従い、変化させることができるが、一般原則が適用される。曲
線の右上領域において、許容されない量の反応生成物が形成される。曲線の左下
領域において、反応生成物が形成されるが、その反応生成物の量は、最終生成物
の特性に悪影響を及ぼすほどには多量ではなく、充分に少ない量である。炉加熱
のように、再溶融を遅い速度で行えば、高温の積算有効時間ts(再加熱に使用し
うる最大温度= Ts)は、増加する。(分解反応は、通常、材料が加熱されその
温度に保持されるにつれて、拡散が制御され、温度範囲にわたって起こる。この
ため、積算有効時間は、例示目的の所定温度において同等の時間を示すために、
使用される)。他方、本発明の誘導加熱溶融法のように、急速再溶融法を用いれ
ば、高温の積算有効時間tr(再加熱に使用しうる最大温度= Tr)は、減少する
。
時間を、温度の関数として示したグラフである。時間と温度との特定の関係は、
強化材粒子および金属マトリックスとして使用される材料並びに鋳造法および最
終用途のタイプに従い、変化させることができるが、一般原則が適用される。曲
線の右上領域において、許容されない量の反応生成物が形成される。曲線の左下
領域において、反応生成物が形成されるが、その反応生成物の量は、最終生成物
の特性に悪影響を及ぼすほどには多量ではなく、充分に少ない量である。炉加熱
のように、再溶融を遅い速度で行えば、高温の積算有効時間ts(再加熱に使用し
うる最大温度= Ts)は、増加する。(分解反応は、通常、材料が加熱されその
温度に保持されるにつれて、拡散が制御され、温度範囲にわたって起こる。この
ため、積算有効時間は、例示目的の所定温度において同等の時間を示すために、
使用される)。他方、本発明の誘導加熱溶融法のように、急速再溶融法を用いれ
ば、高温の積算有効時間tr(再加熱に使用しうる最大温度= Tr)は、減少する
。
【0023】 本発明の急速加熱法を用いれば、非急速加熱法で可能な温度よりも高く、かつ
Trまでの高温で、複合材料を再溶融/鋳造することができる。このより高い最大
温度を用いることは、鋳造操作において、重要な利点となる。最も重要な点は、
溶融金属と粒子の混合物の流動性が、鋳造温度の増加につれて増加して、より高
い鋳造温度でより複雑な形態の鋳造品を鋳造できることである。なぜなら、複合
材料は、より低い鋳造温度で可能な場合よりも、より小さく、より複雑な領域内
に流動できるからである。
Trまでの高温で、複合材料を再溶融/鋳造することができる。このより高い最大
温度を用いることは、鋳造操作において、重要な利点となる。最も重要な点は、
溶融金属と粒子の混合物の流動性が、鋳造温度の増加につれて増加して、より高
い鋳造温度でより複雑な形態の鋳造品を鋳造できることである。なぜなら、複合
材料は、より低い鋳造温度で可能な場合よりも、より小さく、より複雑な領域内
に流動できるからである。
【0024】 誘導加熱法は、誘導コイル内に配置した材料塊を急速加熱する方法を提供する
。しかしながら、本発明によれば、コイル内の加工品が地金のようなモノリシッ
ク塊である場合、誘導加熱法は、ある種の欠点を引き起こすことを見出した。す
なわち、急速加熱の達成のため、誘導コイル内の誘導電力を大きくすると、大き
な電磁力がモノリシック加工品において形成される。このような大きな電磁力は
、モノリシック加工品を誘導コイルから排出させる傾向を示す。高い入力状態で
は、過剰の跳ね掛けおよび空気の閉じ込めが、地金の溶融開始につれて起こり、
この状態は、地金が完全に溶融するまで継続する。しかしながら、モノリシック
加工品に代えて、顆粒を用いれば、各顆粒に対する電磁力は、比較的小さく、顆
粒の排出には利用されない。驚くべきことに、顆粒を用いれば、材料の溶融開始
につれて起こる、跳ね掛けおよび空気の閉じ込めが著しく減少した。
。しかしながら、本発明によれば、コイル内の加工品が地金のようなモノリシッ
ク塊である場合、誘導加熱法は、ある種の欠点を引き起こすことを見出した。す
なわち、急速加熱の達成のため、誘導コイル内の誘導電力を大きくすると、大き
な電磁力がモノリシック加工品において形成される。このような大きな電磁力は
、モノリシック加工品を誘導コイルから排出させる傾向を示す。高い入力状態で
は、過剰の跳ね掛けおよび空気の閉じ込めが、地金の溶融開始につれて起こり、
この状態は、地金が完全に溶融するまで継続する。しかしながら、モノリシック
加工品に代えて、顆粒を用いれば、各顆粒に対する電磁力は、比較的小さく、顆
粒の排出には利用されない。驚くべきことに、顆粒を用いれば、材料の溶融開始
につれて起こる、跳ね掛けおよび空気の閉じ込めが著しく減少した。
【0025】 誘導加熱によって達成される電気効率は、モノリシック地金よりも、小さい粒
子の方がより大きい。本発明に従い、複合材料の地金および顆粒に対し行った実
験によれば、融点を超える温度に同じ材料塊を加熱するのに必要な電力は、地金
よりも顆粒の方が、約28%も少ないことが証明された。より大きい電気効率によ
って、同じ塊のモノリシック地金で可能な場合よりも、複数の顆粒を加熱する方
が、より急速に加熱することができる。その結果、鋳造温度に達するのに必要な
時間は、より短くなり、より高いTrが可能となる。
子の方がより大きい。本発明に従い、複合材料の地金および顆粒に対し行った実
験によれば、融点を超える温度に同じ材料塊を加熱するのに必要な電力は、地金
よりも顆粒の方が、約28%も少ないことが証明された。より大きい電気効率によ
って、同じ塊のモノリシック地金で可能な場合よりも、複数の顆粒を加熱する方
が、より急速に加熱することができる。その結果、鋳造温度に達するのに必要な
時間は、より短くなり、より高いTrが可能となる。
【0026】 図3Aおよび図3Bは、本発明に従い操作可能な誘導加熱および鋳造装置30を示す
。誘導加熱の電源32は、交流を誘導コイル34内に引き起こす。任意の操作可能な
電源32および誘導コイル34を使用することができる。誘導加熱電源32は、好適に
は中程度の周波数の誘導加熱電源であって、これは、代表的には周波数が数百ヘ
ルツ〜約6,000ヘルツで作動でき、誘導コイル34に配電される電源出力は、約25
〜約500 kWである。なお、これらの数値は、例示であって、本発明をこれらに限
定されるものではない。広範な範囲の周波数および電力を有する誘導加熱電源が
市販されている。
。誘導加熱の電源32は、交流を誘導コイル34内に引き起こす。任意の操作可能な
電源32および誘導コイル34を使用することができる。誘導加熱電源32は、好適に
は中程度の周波数の誘導加熱電源であって、これは、代表的には周波数が数百ヘ
ルツ〜約6,000ヘルツで作動でき、誘導コイル34に配電される電源出力は、約25
〜約500 kWである。なお、これらの数値は、例示であって、本発明をこれらに限
定されるものではない。広範な範囲の周波数および電力を有する誘導加熱電源が
市販されている。
【0027】 誘導コイル34は、一般に銅製中空管から形成され、この中空管内を、冷却水が
流動する。コイル形態の誘導コイル34は、任意の操作可能な形態であってよく、
一般に円筒形の螺旋体である。
流動する。コイル形態の誘導コイル34は、任意の操作可能な形態であってよく、
一般に円筒形の螺旋体である。
【0028】 溶融容器36は、コイル34内に配置し、複合材料の顆粒は、溶融容器36内に装填
する。溶融の終了後、溶融した複合材料は、一般に鋳型38で鋳造する(鋳型38内
に注ぐ)。この鋳型38の内部は、所望の鋳造品の形状を規定する。鋳造は、誘導
コイル34を溶融容器36と共に回転させることによって実施するか、または溶融容
器36を誘導コイル34から取り出して、その内容物を注ぐことによって実施するこ
とができる。
する。溶融の終了後、溶融した複合材料は、一般に鋳型38で鋳造する(鋳型38内
に注ぐ)。この鋳型38の内部は、所望の鋳造品の形状を規定する。鋳造は、誘導
コイル34を溶融容器36と共に回転させることによって実施するか、または溶融容
器36を誘導コイル34から取り出して、その内容物を注ぐことによって実施するこ
とができる。
【0029】 図4は、溶融容器36の好適な形態を詳細に示した断面図である。溶融容器36は
、下部ルツボ40および供給原料用の上部中空スリーブ42を備える。このスリーブ
42は、ルツボの頂部に載置され、ほぼルツボ40と同軸であるため、スリーブ42の
固体材料は、ルツボ40内の充填物が溶融するにつれて、ルツボ40内に落下するこ
とができる。
、下部ルツボ40および供給原料用の上部中空スリーブ42を備える。このスリーブ
42は、ルツボの頂部に載置され、ほぼルツボ40と同軸であるため、スリーブ42の
固体材料は、ルツボ40内の充填物が溶融するにつれて、ルツボ40内に落下するこ
とができる。
【0030】 ルツボ40は、誘導コイル34内に、その軸方向に沿って装着して、誘導コイル34
を、ルツボの少なくとも一部の周囲に配置する一方、スリーブの周囲には配置さ
せない。ルツボ40は、誘導コイル34による高周波電磁場と電磁気的に連動しない
ような非感受性材料であって、再溶融操作に伴う時間および温度で、それ自体複
合材料顆粒の成分と化学反応しないような非感受性材料から製造することができ
る。ルツボ40は、好適にはセラミック材料、例えば酸化アルミニウム、クレー結
合炭化ケイ素、または絶縁耐火材料、例えばPyrotek ISO-400である。したがっ
て、ルツボ40内に含まれる複合材料の顆粒は、高周波誘導電磁場によって、直接
かつ急速に、加熱することができる。供給原料用スリーブ42は、溶融複合材料と
接触しないため、好適には非感受性セラミック材料であって、偶発的な加熱に対
し耐性を示すような充分な耐熱性を有するセラミック材料から製造される。最も
好適には、供給原料用スリーブ42は、軽量繊維ベース耐火材料、例えばケイ酸カ
ルシウムまたはケイ酸カルシウムアルミニウムから製造される。好適な材料は、
Pyrotek ISO-400である。スリーブは、また、単独の部品としてではなく、ルツ
ボの拡大部分として存在することができる。
を、ルツボの少なくとも一部の周囲に配置する一方、スリーブの周囲には配置さ
せない。ルツボ40は、誘導コイル34による高周波電磁場と電磁気的に連動しない
ような非感受性材料であって、再溶融操作に伴う時間および温度で、それ自体複
合材料顆粒の成分と化学反応しないような非感受性材料から製造することができ
る。ルツボ40は、好適にはセラミック材料、例えば酸化アルミニウム、クレー結
合炭化ケイ素、または絶縁耐火材料、例えばPyrotek ISO-400である。したがっ
て、ルツボ40内に含まれる複合材料の顆粒は、高周波誘導電磁場によって、直接
かつ急速に、加熱することができる。供給原料用スリーブ42は、溶融複合材料と
接触しないため、好適には非感受性セラミック材料であって、偶発的な加熱に対
し耐性を示すような充分な耐熱性を有するセラミック材料から製造される。最も
好適には、供給原料用スリーブ42は、軽量繊維ベース耐火材料、例えばケイ酸カ
ルシウムまたはケイ酸カルシウムアルミニウムから製造される。好適な材料は、
Pyrotek ISO-400である。スリーブは、また、単独の部品としてではなく、ルツ
ボの拡大部分として存在することができる。
【0031】 図4に示すように、顆粒20は、ルツボ40およびスリーブ42内に収納される。ル
ツボ40およびスリーブ42に収納された顆粒20の床は、一般に約40〜約50容量%の
細孔を有する。ルツボ40のみに対し、顆粒を充填する場合、溶融後、ルツボは、
約50%から最大で約60%の金属しか含んでない。本発明によれば、スリーブ42内
の付加的な顆粒は、ルツボ内の顆粒が溶融するにつれて、ルツボ40内に落下する
。驚くべきことに、スリーブ内の顆粒は、このスリーブを乗り越えることがなく
、想定されるように、オーバーレイ顆粒が落下してルツボに入ることが、妨げら
れない。約1 mm未満の粒径の微粉末は、スリーブを乗り越える傾向を示し、スリ
ーブ42からのルツボ40への充填が妨げられる。
ツボ40およびスリーブ42に収納された顆粒20の床は、一般に約40〜約50容量%の
細孔を有する。ルツボ40のみに対し、顆粒を充填する場合、溶融後、ルツボは、
約50%から最大で約60%の金属しか含んでない。本発明によれば、スリーブ42内
の付加的な顆粒は、ルツボ内の顆粒が溶融するにつれて、ルツボ40内に落下する
。驚くべきことに、スリーブ内の顆粒は、このスリーブを乗り越えることがなく
、想定されるように、オーバーレイ顆粒が落下してルツボに入ることが、妨げら
れない。約1 mm未満の粒径の微粉末は、スリーブを乗り越える傾向を示し、スリ
ーブ42からのルツボ40への充填が妨げられる。
【0032】 図5は、本発明の方法の好適な具体例を示す。誘導加熱装置は、番号50で示す
。誘導加熱装置は、好適には装置30に関して前記したような装置である。顆粒の
供給は、番号52で示され、好適な顆粒は、前記顆粒20である。顆粒は、全て同じ
タイプの複合材料、2または3の異なるタイプの複合材料または種々のタイプの複
合材料および非複合材料、例えばマトリックス金属またはマトリックス金属とし
て使用される合金の成分であってよい。複合材料顆粒と金属顆粒との混合物を用
いると、他の方法では不安定となるような目的生成物を製造することができる。
例えば、これは、比較的低ケイ素含有量のアルミニウム-ケイ素マトリックス合
金を含む、炭化ケイ素によって強化された鋳造品を製造する方法である。(通常
、このようなマトリックス金属は、製混された合物が溶融状態に保持された場合
に、炭化ケイ素と反応する)。
。誘導加熱装置は、好適には装置30に関して前記したような装置である。顆粒の
供給は、番号52で示され、好適な顆粒は、前記顆粒20である。顆粒は、全て同じ
タイプの複合材料、2または3の異なるタイプの複合材料または種々のタイプの複
合材料および非複合材料、例えばマトリックス金属またはマトリックス金属とし
て使用される合金の成分であってよい。複合材料顆粒と金属顆粒との混合物を用
いると、他の方法では不安定となるような目的生成物を製造することができる。
例えば、これは、比較的低ケイ素含有量のアルミニウム-ケイ素マトリックス合
金を含む、炭化ケイ素によって強化された鋳造品を製造する方法である。(通常
、このようなマトリックス金属は、製混された合物が溶融状態に保持された場合
に、炭化ケイ素と反応する)。
【0033】 顆粒は、誘導コイル内、一般に溶融容器36内に入れられる。誘導加熱電源、し
たがって誘導コイルを作動させて、複合材料の顆粒を加熱溶融する(番号56)。
従来法において顆粒および溶融体に必要であった、特別な保護雰囲気または真空
雰囲気は、必要がなく、本発明の急速加熱および溶融は、顆粒および溶融体が大
気に暴露された状態で実施することができる。これは、特別な雰囲気制御が装置
コストを著しく増加させるような、小規模の操作にとって、重要な利点である。
しかしながら、所望により、保護不活性雰囲気または真空雰囲気は、特別の用途
のため、採用することができる。溶融金属マトリックス中、固体セラミック強化
材粒子の溶融スラリーは、その後、鋳型38で鋳造することができる(番号58)。
たがって誘導コイルを作動させて、複合材料の顆粒を加熱溶融する(番号56)。
従来法において顆粒および溶融体に必要であった、特別な保護雰囲気または真空
雰囲気は、必要がなく、本発明の急速加熱および溶融は、顆粒および溶融体が大
気に暴露された状態で実施することができる。これは、特別な雰囲気制御が装置
コストを著しく増加させるような、小規模の操作にとって、重要な利点である。
しかしながら、所望により、保護不活性雰囲気または真空雰囲気は、特別の用途
のため、採用することができる。溶融金属マトリックス中、固体セラミック強化
材粒子の溶融スラリーは、その後、鋳型38で鋳造することができる(番号58)。
【0034】 本発明方法の1つの特徴によれば、従来法の加熱法で可能なレベルよりも、高
いレベルのエネルギーを用いて、顆粒を加熱溶融することができる。本発明者ら
によれば、誘導コイルへの電力は、ルツボの加熱部分の内容量1リットル当たり
(顆粒1リットル当たりではない)、約25 kWを越えることができ、これにより、
顆粒形態の複合材料を急速に加熱溶融することができる。炉による加熱および誘
導コイルによるモノリシック塊の加熱は、上記入力レベルに達することができな
い。1リットル当たり、25 kWの電力入力レベルにおいて、モノリシック塊は、不
均一な溶融に付され、形成した電磁力によって、モノリシック塊は、ルツボから
、固体および部分的溶融塊の両方の形態で排出される傾向を示す。本発明のこの
具体例のように、顆粒を上方から供給すれば、この顆粒は、効率的に溶融するだ
けでなく、顆粒の供給に際し、溶融材料の跳ね掛けまたは撹拌を抑制でき、よっ
て、固体顆粒または溶融材料のいずれの排出傾向をも示さない。
いレベルのエネルギーを用いて、顆粒を加熱溶融することができる。本発明者ら
によれば、誘導コイルへの電力は、ルツボの加熱部分の内容量1リットル当たり
(顆粒1リットル当たりではない)、約25 kWを越えることができ、これにより、
顆粒形態の複合材料を急速に加熱溶融することができる。炉による加熱および誘
導コイルによるモノリシック塊の加熱は、上記入力レベルに達することができな
い。1リットル当たり、25 kWの電力入力レベルにおいて、モノリシック塊は、不
均一な溶融に付され、形成した電磁力によって、モノリシック塊は、ルツボから
、固体および部分的溶融塊の両方の形態で排出される傾向を示す。本発明のこの
具体例のように、顆粒を上方から供給すれば、この顆粒は、効率的に溶融するだ
けでなく、顆粒の供給に際し、溶融材料の跳ね掛けまたは撹拌を抑制でき、よっ
て、固体顆粒または溶融材料のいずれの排出傾向をも示さない。
【0035】 本発明の方法は、鋳造品製造用の半連続バッチ法として使用するのが特に好適
である。「カラセル式(carousel)」装置による方法は、図6に模式的に示す。
この図6では、前記した装置を用いている。溶融容器の系列は、一連のステーシ
ョンを通って半連続的に移動する。第1ステーション70において、溶融容器36に
対し、顆粒を充填する。溶融容器36は、その後、第2ステーション72に移動し、
ここで、容器36は、誘導コイル34内に配置し、加熱して、マトリックス材料の顆
粒を、所望の鋳造温度で溶融する。溶融容器36は、その後、誘導コイルから取り
出し、第3ステーション74に移動し、ここで、溶融複合材料は、鋳型38または他
の鋳造装置(例えば金属射出成形装置またはダイキャスト装置)内に注ぐ。現時
点では空の溶融容器36は、その後、第4ステーション76に移動し、ここで、容器
36を点検、洗浄する。溶融容器36は、その後、第1ステーション70に移動して、
サイクルを反復する。
である。「カラセル式(carousel)」装置による方法は、図6に模式的に示す。
この図6では、前記した装置を用いている。溶融容器の系列は、一連のステーシ
ョンを通って半連続的に移動する。第1ステーション70において、溶融容器36に
対し、顆粒を充填する。溶融容器36は、その後、第2ステーション72に移動し、
ここで、容器36は、誘導コイル34内に配置し、加熱して、マトリックス材料の顆
粒を、所望の鋳造温度で溶融する。溶融容器36は、その後、誘導コイルから取り
出し、第3ステーション74に移動し、ここで、溶融複合材料は、鋳型38または他
の鋳造装置(例えば金属射出成形装置またはダイキャスト装置)内に注ぐ。現時
点では空の溶融容器36は、その後、第4ステーション76に移動し、ここで、容器
36を点検、洗浄する。溶融容器36は、その後、第1ステーション70に移動して、
サイクルを反復する。
【0036】 比較的少量の充填複合材料を用いる、半連続バッチ法は、単一大バッチの複合
材料を溶融するような従来法に比し、重要な技術であって工業上、有利である。
(もっとも、本発明も、顆粒からの単一大バッチの複合材料についても、適用す
ることができる)。半連続バッチ法によれば、複合材料を、溶融炉を用いる従来
法による長時間のような長い期間溶融状態で保持することに比し、最大で1〜5分
間のオーダーでの比較的短時間で溶融することができる。その結果、粒子と溶融
マトリックスとの化学反応時間が短縮され、得られる鋳造品は、非常に品質が高
い。半連続バッチ法は、また小量の製造法にとってより好適である。なぜなら、
小量製造法は、大量のバッチ法で可能であるよりも、より迅速に開始/停止でき
るからであり、比較的少数の鋳造品を効率的な方法で鋳造できるからである。
材料を溶融するような従来法に比し、重要な技術であって工業上、有利である。
(もっとも、本発明も、顆粒からの単一大バッチの複合材料についても、適用す
ることができる)。半連続バッチ法によれば、複合材料を、溶融炉を用いる従来
法による長時間のような長い期間溶融状態で保持することに比し、最大で1〜5分
間のオーダーでの比較的短時間で溶融することができる。その結果、粒子と溶融
マトリックスとの化学反応時間が短縮され、得られる鋳造品は、非常に品質が高
い。半連続バッチ法は、また小量の製造法にとってより好適である。なぜなら、
小量製造法は、大量のバッチ法で可能であるよりも、より迅速に開始/停止でき
るからであり、比較的少数の鋳造品を効率的な方法で鋳造できるからである。
【0037】 (実施例) 本発明の方法の操作特性およびその半連続バッチ法への適合性を証明するため
、小量バッチの6〜2/3 kgの顆粒(A359アルミニウム合金:20容量%の炭化ケイ
素粒子を含む)を製造した。(A359合金の公称組成:8.5〜9.5重量%のケイ素、
0.45〜0.55重量%のマグネシウム、最大0.2重量%の銅、最大0.2重量%の鉄、最
大0.2重量%のチタン、0.03重量%未満の他の成分(他の成分の合計量は、0.1重
量%未満)、残部アルミニウム)。顆粒を、低密度耐火性繊維(Pyritex ISO-40
0)製の溶融容器内に入れ、この容器を次いで誘導コイル内に入れた。誘導コイ
ルを、125 kWで90秒間作動させたが、最後の40秒間は、電力を83 kWに落とした
。この時点で、バッチ材料全体は、温度700℃で溶融しており、これは、多数の
鋳造(キャスチング)操作に適している。総エネルギー消費量は、0.61 kW時/kg
である。溶融は、わずか130秒で達成されるため、この方法は、前記したカラセ
ル式の半連続バッチ法としての使用に適している。
、小量バッチの6〜2/3 kgの顆粒(A359アルミニウム合金:20容量%の炭化ケイ
素粒子を含む)を製造した。(A359合金の公称組成:8.5〜9.5重量%のケイ素、
0.45〜0.55重量%のマグネシウム、最大0.2重量%の銅、最大0.2重量%の鉄、最
大0.2重量%のチタン、0.03重量%未満の他の成分(他の成分の合計量は、0.1重
量%未満)、残部アルミニウム)。顆粒を、低密度耐火性繊維(Pyritex ISO-40
0)製の溶融容器内に入れ、この容器を次いで誘導コイル内に入れた。誘導コイ
ルを、125 kWで90秒間作動させたが、最後の40秒間は、電力を83 kWに落とした
。この時点で、バッチ材料全体は、温度700℃で溶融しており、これは、多数の
鋳造(キャスチング)操作に適している。総エネルギー消費量は、0.61 kW時/kg
である。溶融は、わずか130秒で達成されるため、この方法は、前記したカラセ
ル式の半連続バッチ法としての使用に適している。
【0038】 以上、例示目的のため、本発明の具体例を詳細に説明したが、種々の変形例お
よび改良例も、本発明の精神および技術的範囲を逸脱することなく、なすことが
できる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲以外の事項によって制限され
るものではない。
よび改良例も、本発明の精神および技術的範囲を逸脱することなく、なすことが
できる。したがって、本発明は、添付の請求の範囲以外の事項によって制限され
るものではない。
【図1】:金属-マトリックス複合材料の拡大した断面模式図
【図2】:許容されない量の反応生成物が形成される前の、許容される積算
暴露時間を、温度の関数として示したグラフ
暴露時間を、温度の関数として示したグラフ
【図3A】:誘導加熱および鋳造装置の模式的側面図
【図3B】:誘導加熱および鋳造装置の模式的正面図
【図4】:図3Aの4-4ラインに沿って切欠した、図3Aの装置の詳細な断面模
式図
式図
【図5】:本発明の方法の好適な具体例を示すブロック工程系統図
【図6】:本発明に従い、一連の鋳造品を鋳造するためのカラセル式方式を
示す模式図
示す模式図
20:顆粒 22:強化材粒子 24:マトリックス金属 30:鋳造装置 32:電源 34:誘導コイル 36:溶融容器 38:鋳型 40:ルツボ 42:スリーブ 70:第1ステーション 72:第2ステーション 74:第3ステーション 76:第4ステーション
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CR, CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,G D,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN ,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC, LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ, TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,Y U,ZA,ZW (72)発明者 ゲイリー・ヘイ カナダ、ケイ0エイチ・2エル0、オンタ リオ、パース・ロード・ビレッジ、ルーラ ル・ルート・ナンバー2番 (72)発明者 ピーター・ウェールズ カナダ、ケイ7エル・4アール4、オンタ リオ、キングストン、アルウィントン・ア ベニュー35番 (72)発明者 リチャード・エス・ブルスキ アメリカ合衆国48167ミシガン州ノースビ ル、サミット17159番 Fターム(参考) 4K020 AA22 AC01 BB22 BB23 BB41
Claims (18)
- 【請求項1】 セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた複合材料
を供給し、この金属マトリックス中の金属を溶融して、溶融混合物を形成するこ
とによって、鋳造用の複合材料を製造する方法であって、 上記セラミック複合材料を、複数の顆粒の形態で供給し(この顆粒の少なくと
も一部は、各々、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた複合材料を
含んでなる)、複数の顆粒を、誘導ヒーターの誘導コイル内に導入し、誘導ヒー
ターを作動させて、顆粒中の金属マトリックス部分を溶融し、これにより溶融混
合物を形成することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 上記各顆粒は、もっぱら、マトリックス金属またはマトリッ
クス金属の成分を含む請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 上記各顆粒は、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散
させた複合材料を含んでなる請求項1記載の方法。 - 【請求項4】 上記顆粒は、全てが同じセラミック材料の粒子を含んでいる
わけではない請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 上記顆粒は、全てが同じマトリックス金属を含んでいるわけ
ではない請求項3または4記載の方法。 - 【請求項6】 マトリックス金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金
である請求項1〜5のいずれかに記載の方法。 - 【請求項7】 セラミック粒子は、酸化アルミニウム、スピネルまたは炭化
ケイ素であって、 マトリックス金属は、アルミニウム合金マトリックスである請求項1〜6のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項8】 セラミック粒子は、マトリックス金属と、このマトリックス
金属の融点よりも高い温度で化学反応する請求項1〜7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項9】 上記顆粒は、約1〜10 mmの最小寸法を有する請求項1〜8のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項10】 上記顆粒は、球形、卵形または平板球形の粒子形態の滑ら
かな顆粒である請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 誘導ヒーターは、誘導コイル内に装着しうるような寸法の
外径および長さを有する溶融容器を形成するルツボと、このルツボの内部と連通
しかつ誘導コイルの上方に延在するスリーブとを備え、 複数の顆粒を、ルツボおよびスリーブの少なくとも一部を満たすのに充分な量
で、ルツボ内に入れる請求項1〜10のいずれかに記載の方法。 - 【請求項12】 前記作動工程は、誘導コイル内に配置したルツボ内容量1
リットル当たり、約25 kWを超える量で、誘導コイルに対し電力を供給してなる
請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 誘導ヒーターの作動工程の間、顆粒および溶融混合物を空
気に対し暴露する請求項1〜12のいずれかに記載の方法。 - 【請求項14】 セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させてなる鋳
造用複合材料を、加熱によって溶融混合物を製造し、溶融混合物を鋳型で鋳造し
て固化することによって、複合材料製の鋳造品を製造する方法であって、 上記鋳造用複合材料は、請求項1〜13のいずれかに記載の方法によって製造す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項15】 複合材料を鋳造する方法であって、 複数の顆粒を、半連続バッチ法の設備であるマルチステーションに供給し(こ
の顆粒の少なくとも一部は、セラミック粒子を金属マトリックス中に分散させた
複合材料を含んでなり、上記設備は、充填ステーションと、誘導ヒーターを備え
た加熱ステーションと、鋳型を備えた鋳造ステーションとを含んでなる。)、 溶融容器を供給し、 充填ステーションにおいて、溶融容器に顆粒を充填し、 溶融容器を、溶融ステーションに移動させ、この溶融ステーションにおいて、
顆粒を溶融容器中で溶融し、次いで 溶融容器を、鋳造ステーションに移動させ、溶融顆粒を鋳型によって鋳造する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項16】 溶融容器を鋳造ステーションに移動させて、溶融顆粒を鋳
型によって鋳造した後、溶融容器を充填ステーションに移動させ、充填工程を反
復する請求項15記載の方法。 - 【請求項17】 溶融容器を鋳造ステーションに移動させて、溶融顆粒を鋳
型によって鋳造した後、溶融容器を点検、洗浄する請求項15記載の方法。 - 【請求項18】 複合材料の溶融顆粒と非反応性であるルツボを備えた、複
合材料の顆粒を溶融するための溶融容器であって、 当該溶融容器は、ルツボ内部と連通しかつこのルツボから上方に延在するスリ
ーブおよび、ルツボの少なくとも一部を包囲一方スリーブを包囲する誘導コイル
とを備えることを特徴とする容器。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/131,139 | 1998-08-07 | ||
US09/131,139 US6250363B1 (en) | 1998-08-07 | 1998-08-07 | Rapid induction melting of metal-matrix composite materials |
PCT/CA1999/000723 WO2000007757A1 (en) | 1998-08-07 | 1999-08-06 | Rapid induction melting of metal-matrix composite materials |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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US4694881A (en) | 1981-12-01 | 1987-09-22 | The Dow Chemical Company | Method for making thixotropic materials |
US4569218A (en) | 1983-07-12 | 1986-02-11 | Alumax, Inc. | Apparatus and process for producing shaped metal parts |
DE3640370A1 (de) | 1985-11-26 | 1987-05-27 | Ube Industries | Spritzverfahren einer spritzgussmaschine |
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JPH02235545A (ja) | 1989-03-10 | 1990-09-18 | Daido Steel Co Ltd | 活性金属の鋳造装置とそれを用いる鋳造方法 |
JP2826867B2 (ja) | 1989-12-28 | 1998-11-18 | 中部電力株式会社 | アルミインゴットの急速溶解方法と装置 |
JPH03199318A (ja) | 1989-12-28 | 1991-08-30 | Shinko Electric Co Ltd | アルミインゴットの急速溶解装置 |
WO1992015412A1 (en) | 1991-03-11 | 1992-09-17 | Alcan International Limited | Apparatus for continuously preparing castable metal matrix composite material |
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EP0583124A3 (en) | 1992-08-03 | 1995-02-01 | Cadic Corp | Method and device for shaping objects. |
US5577546A (en) * | 1992-09-11 | 1996-11-26 | Comalco Aluminium Limited | Particulate feedstock for metal injection molding |
JPH06322471A (ja) | 1993-05-12 | 1994-11-22 | Fuji Electric Co Ltd | フェロシリコンの溶解方法及び溶解用るつぼ |
AU1287597A (en) | 1995-12-12 | 1997-07-03 | Thixomat, Inc. | Apparatus for processing semisolid thixotropic metallic slurries |
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