JP2006503986A5

JP2006503986A5 -

Info

Publication number: JP2006503986A5
Application number: JP2005501490A
Authority: JP
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2023-10-24

Description

発明の開示
本願発明者の試みは、Ｓｋｉｂｏらの米国特許ＵＳ４７８６４６７に従って、アルミニウム合金−炭化ホウ素の複合材料の製品を形成することである。しかしながら、その方法では、炭化ホウ素粒子のごく制限された量だけを、混合物が鋳造するには高すぎる粘度になる前に、溶融したアルミニウムに添加することができるのみである。本発明によれば、金属母材中に存在するマグネシウムが問題であることを見いだした。よって、中性子吸収材のような構造材料に応用するためのアルミニウム合金−炭化ホウ素の複合材料は、（ａ）母材金属のマグネシウムの濃度を約０．２重量％未満に維持することにより、又は（ｂ）最初は約０．２重量％未満のマグネシウムを含む母材金属とし、鋳造の直前にさらにマグネシウムを母材に添加することにより、又は（ｃ）混合物中に、少なくとも０．２重量％のチタンを存在させることにより、流動性を維持できることを見いだした。この幅広い目的の複合材料は、約１０〜約４０容量パーセントの易流動性（free-flowing）の炭化ホウ素粒子を含んでおり、約９０〜約６０容量パーセントの溶融アルミニウム合金を含んでいる。

流動性が、マグネシウムの含有量を０．２重量％未満に維持することによって制御されている場合には、マグネシウムの含有量は、約０．１重量％未満であるのが好ましく、０．０５重量％であるのがより好ましい。

上述の実施形態は、特に、中性子吸収材に応用するための構造材料として有用である。有効な中性子吸収特性を提供するには、炭化ホウ素濃度は、最小でも１０容量パーセント必要である。炭化ホウ素の上限水準は、混合物に要求される流動性により決定される。この上限水準は、流動性を向上させるためにチタンを添加していない場合には、又は、チタンが添加されていて且つマグネシウムの水準が０．２重量％を超える場合には、２５容量パーセント以下に限定するのが好ましい。

表面安定化チタン含有材料は、例えば、Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物よりも安定であると考えている。本発明で用いられるチタン水準では、比較的少量のチタンが溶液中に存在しており、炭化ホウ素がないときは、残ったチタンは、Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物として存在しているだろう。しかしながら、本発明では、そのようなＡｌ−Ｔｉ金属間化合物は、多くが表面安定化化合物に転換し、もし金属母材中にＡｌ−Ｔｉ金属間化合物粒子を見つけることがあったとしても、わずかな量であるように思われる。それゆえ、高水準のチタンは、安定化効果を増加させて、チタン濃度の有用な上限は、炭化ホウ素粒子の被覆及び安定化に必要とされるだけである。その水準を越えると、追加したチタンは、チタンアルミナイドを形成すると予想される。チタンアルミナイドは、結局は、受け入れることのできない材料特性を生じるであろう。よって、本発明で用いられるチタンの最大水準は、アルミニウムとチタンの総量に対して５重量パーセント以下であるのが好ましい。

Claims

鋳造複合材料の調製方法であって、該方法は、
アルミニウム系の母材合金を提供する工程と、
約１０〜約４０容量パーセントの易流動性の炭化ホウ素粒子と、約９０〜約６０容量パーセントの上記アルミニウム系の母材合金の溶融物との溶融混合物を調製する工程と、
上記母材合金で炭化ホウ素粒子を濡らし且つ上記溶融物の容量全体に炭化ホウ素粒子を分散させるために、溶融混合物を攪拌する工程と、
溶融混合物を鋳造して鋳造複合材料を形成する工程と、から成り、
少なくとも上記溶融物の容量全体への炭化ホウ素粒子の分散が完了するまでは、アルミニウム系母材合金のＭｇ濃度を０．２重量％以下に制限することにより、溶融混合物の流動性を維持することを特徴とする調製方法。
混合物が、１０〜２５容量パーセントの範囲の炭化ホウ素粒子の量を含んで調製されることを特徴とする請求項１に記載の調製方法。
混合物が、１５〜２０容量パーセントの範囲の炭化ホウ素粒子の量を含んで調製されることを特徴とする請求項１に記載の調製方法。
マグネシウムの含有量が、０．１重量％未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の調整方法。
マグネシウムの含有量が、０．０５重量％未満であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の調整方法。
溶融物が、ＡＡ１０００系合金又は母材合金が５〜１０重量％Ｓｉを含有するアルミニウム合金のいずれかである母材合金を含んで調製されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の調整方法。
鋳造の直前に、溶融混合物にさらにマグネシウムを添加することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の調整方法。
溶融混合物にさらに添加するマグネシウムの量が、アルミニウム母材合金中のマグネシウム濃度を０．２重量％〜０．８重量％まで上昇させることを特徴とする請求項７に記載の調整方法。
上記マグネシウムを、鋳造用トラフ内又は移送用取鍋中でさらに添加することを特徴とする請求項７に記載の調整方法。
マグネシウムの添加後に、複合材料をさらに攪拌することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の調整方法。
混合物を調製するのに使用されるアルミニウム合金が、ＡＡ２０００系、ＡＡ３０００系、ＡＡ４０００系、ＡＡ６０００系、Ａ２００系、及びＡＡ３００系合金から成る群から選択されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の調整方法。
溶融混合物を、さらにマグネシウムを添加してから２０分以内に鋳造することを特徴とする請求項７乃至１２に記載の調整方法。
溶融混合物が、少なくとも０．２重量％で但し５重量％以下のＴｉを含有することを特徴とする請求項１に記載の調整方法。
溶融混合物にさらにマグネシウムを添加して、アルミニウム母材合金中のマグネシウム濃度を０．２重量％〜１．４重量％まで上昇させることを特徴とする請求項１３に記載の調整方法。
アルミニウム合金が、ＡＡ２０００系、ＡＡ３０００系、ＡＡ４０００系、ＡＡ６０００系、Ａ２００系、及びＡＡ３００系にチタンを添加した合金から成る群から選択されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の調整方法。
アルミニウム母材合金が、チタンを添加したＡＡ１０００系合金であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の調整方法。
溶融混合物を、さらにマグネシウムを添加してから３０分以内に鋳造することを特徴とする請求項１４に記載の調整方法。
鋳造複合材料の調製方法であって、該方法は、
アルミニウム系の母材合金を提供する工程と、
約１０〜約４０容量パーセントの易流動性の炭化ホウ素粒子と、約９０〜約６０容量パーセントの上記アルミニウム系の母材合金の溶融物との溶融混合物を調製する工程と、
上記母材合金で炭化ホウ素粒子を濡らし且つ上記溶融物の容量全体に炭化ホウ素粒子を分散させるために、溶融混合物を攪拌する工程と、
溶融混合物を鋳造して鋳造複合材料を形成する工程と、から成り、
アルミニウム系母材合金中に、少なくとも０．２重量％で５重量％以下のＴｉを供給することにより、溶融混合物の流動性を維持していることを特徴とする調製方法。
鋳造した混合物を再溶融し、ある形状に鋳造することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の調整方法。
鋳造した混合物を押出し成形することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の調整方法。
鋳造した混合物を圧延することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の調整方法。
鋳造した混合物を鍛造することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の調整方法。
鋳造した混合物を中性子吸収材料に形成することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の調整方法。
鋳造複合材料製品であって、該製品は、
１０〜４０容量パーセントの炭化ホウ素粒子の耐火物粒子を分散した状態で有するアルミニウム合金母材から成り、
上記複合材料が、少なくとも０．２重量％で但し５重量％以下のチタンを含有し、
上記チタンは、炭化ホウ素粒子の表面に、母材中に分散せず且つ母材中でのアルミニウム合金による攻撃を防ぐ安定したチタン含有化合物を形成し、
上記アルミニウム合金母材が、鋳造したままの微細構造を有することを特徴とする鋳造複合材料製品。
アルミニウム合金母材がＡＡ１０００系合金であることを特徴とする請求項２４に記載の鋳造複合材料製品。
アルミニウム合金母材が、少なくとも０．２重量％のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項２４に記載の鋳造複合材料製品。
アルミニウム合金が、ＡＡ２０００系、ＡＡ３０００系、ＡＡ４０００系、ＡＡ６０００系、Ａ２００系、又はＡＡ３００系合金であることを特徴とする請求項２４に記載の鋳造複合材料製品。
鋳造複合材料製品であって、該製品は、
１０〜２５容量パーセントの炭化ホウ素粒子の耐火物粒子を分散した状態で有するアルミニウム合金母材から成り、
上記複合材料が、少なくとも０．２重量％のマグネシウムを含有し、
金属組織学的に試験したときに、上記複合材料が、耐火粒子の表面上に実質的に炭化アルミニウム結晶を示し、
上記アルミニウム合金母材が、鋳造したままの微細構造を有することを特徴とする鋳造複合材料製品。
アルミニウム合金が、ＡＡ２０００系、ＡＡ３０００系、ＡＡ４０００系、ＡＡ６０００系、Ａ２００系、又はＡＡ３００系合金であることを特徴とする請求項２８に記載の鋳造複合材料製品。
複合材料が、０．８重量％以下のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項２８に記載の鋳造複合材料製品。
鋳造複合材料製品であって、該製品は、
１０〜４０容量パーセントの炭化ホウ素粒子の耐火物粒子を分散した状態で有するアルミニウム合金母材から成り、
アルミニウム合金母材が、少なくとも０．２重量％のマグネシウムを含有し、
複合材料が、少なくとも０．２重量％で但し５重量％以下のチタンを含有し、
上記チタンは、炭化ホウ素粒子の表面に、母材中に分散せず且つ母材中でのアルミニウム合金による攻撃を防ぐ安定したチタン含有化合物を形成し、
アルミニウム合金母材が、鋳造したままの微細構造を有することを特徴とする鋳造複合材料製品。
アルミニウム合金が、ＡＡ２０００系、ＡＡ３０００系、ＡＡ４０００系、ＡＡ６０００系、Ａ２００系、又はＡＡ３００系合金であることを特徴とする請求項３１に記載の鋳造複合材料製品。
アルミニウム合金母材が、１．４重量％以下のマグネシウムを含有することを特徴とする請求項３１に記載の鋳造複合材料製品。