JP2701298B2 - 金属基複合材料の連続製造方法と装置 - Google Patents
金属基複合材料の連続製造方法と装置Info
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- JP2701298B2 JP2701298B2 JP63061148A JP6114888A JP2701298B2 JP 2701298 B2 JP2701298 B2 JP 2701298B2 JP 63061148 A JP63061148 A JP 63061148A JP 6114888 A JP6114888 A JP 6114888A JP 2701298 B2 JP2701298 B2 JP 2701298B2
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Description
【発明の詳細な説明】 a. 産業上の利用分野 本発明は金属基複合材料の連続製造方法と装置に関す
る。
る。
b. 従来の技術 従来、溶製法によって、たとえばAl−Cu等のマトリッ
クス合金中に、TiCのような非金属粒子で比重差を異に
するものを均質に分散させ、それによってAl−Cu−TiC
合金複合材料等を製造する場合に利用できる方法とし
は、コンポキャスト法がある（従来例１）。
クス合金中に、TiCのような非金属粒子で比重差を異に
するものを均質に分散させ、それによってAl−Cu−TiC
合金複合材料等を製造する場合に利用できる方法とし
は、コンポキャスト法がある（従来例１）。
また金属基複合材料を製造するため、固液共存状態の
合金材料に対して、回転翼により機械的な回転撹拌を加
えながら非金属粒子を添加して、均質な複合材料をつく
る鋳造法も知られている（従来例２）。また、急冷凝固
法などで製造した微細結晶粒粉末を非金属粉末と均質混
合して焼結させる粉末冶金法がある。
合金材料に対して、回転翼により機械的な回転撹拌を加
えながら非金属粒子を添加して、均質な複合材料をつく
る鋳造法も知られている（従来例２）。また、急冷凝固
法などで製造した微細結晶粒粉末を非金属粉末と均質混
合して焼結させる粉末冶金法がある。
さらに合金材料を溶解したあと、これを何等かの方法
（例えばガスや液体のジェット等により）によって粉末
とし、この粉末に短繊維や他の粒子を混合してビレット
を成形し、このビレットを熱間押し出し等の方法で所定
の材寸のものに加工したあと、機械加工あるいは塑性加
工を施して所望の形状とし、以後、熱処理、仕上げ加工
をおこなうなどの方法が知られている（従来例３）。
（例えばガスや液体のジェット等により）によって粉末
とし、この粉末に短繊維や他の粒子を混合してビレット
を成形し、このビレットを熱間押し出し等の方法で所定
の材寸のものに加工したあと、機械加工あるいは塑性加
工を施して所望の形状とし、以後、熱処理、仕上げ加工
をおこなうなどの方法が知られている（従来例３）。
c. 発明が解決しようとする課題 前記従来例１による方法では、1000rpm以下の回転速
度で回転する回転子で溶融金属を撹拌し、その撹拌凝固
中の溶融金属中に非金属粒子等を添加するが、この方法
による場合には、所要の条件、即ち、 （１） 添加粒子とマトリックス合金との比重差が小さ
い。
度で回転する回転子で溶融金属を撹拌し、その撹拌凝固
中の溶融金属中に非金属粒子等を添加するが、この方法
による場合には、所要の条件、即ち、 （１） 添加粒子とマトリックス合金との比重差が小さ
い。
（２） 添加粒子とマトリックス合金とのぬれ性が良好
である。
である。
（３） 添加粒子が球状である。
などの条件を満足する場合でなければ均一混合を行うこ
とができない。例えば、上記添加粒子は、それにニッケ
ルや銅のコーティングを施すことによりぬれ性を改善し
なければ、溶湯の表面にはじき出されるため、均質な混
合を望むことはできない。
とができない。例えば、上記添加粒子は、それにニッケ
ルや銅のコーティングを施すことによりぬれ性を改善し
なければ、溶湯の表面にはじき出されるため、均質な混
合を望むことはできない。
一方、上記Al−Cu−TiC合金複合材料は、粉末冶金法
によっても得ることができ、上記溶製法に比して、かな
り均質微細な結晶粒をもった緻密なミクロ組織を得るこ
とができる。これに対し、この溶製法は低コストではあ
るが、組織が粗く、材料に偏析が起こる可能性があり、
これをできるだけ緻密にし、粉末冶金法による場合に近
い組織にすることが望まれている。
によっても得ることができ、上記溶製法に比して、かな
り均質微細な結晶粒をもった緻密なミクロ組織を得るこ
とができる。これに対し、この溶製法は低コストではあ
るが、組織が粗く、材料に偏析が起こる可能性があり、
これをできるだけ緻密にし、粉末冶金法による場合に近
い組織にすることが望まれている。
また、前記従来例２による方法では、回転翼の回転速
度は大気などの捲込みを考慮して1000rpm以下に抑えて
いるので、結晶粒の均質微細化と粒子の均一分散が十分
行われない。また、還元性雰囲気や大気中で回転翼を回
転させるので、不活性ガスや空気を巻き込みやすく、得
られた材料の機械的性質はそれほど改善されない。ま
た、回転磁界を設けて大気に触れない箇処で電磁撹拌を
実施する方法もおこなわれているがコストがかかるとい
う欠点がある。
度は大気などの捲込みを考慮して1000rpm以下に抑えて
いるので、結晶粒の均質微細化と粒子の均一分散が十分
行われない。また、還元性雰囲気や大気中で回転翼を回
転させるので、不活性ガスや空気を巻き込みやすく、得
られた材料の機械的性質はそれほど改善されない。ま
た、回転磁界を設けて大気に触れない箇処で電磁撹拌を
実施する方法もおこなわれているがコストがかかるとい
う欠点がある。
一方、粉末冶金法では、複雑な製造プロセスと大規模
な設備が不可欠であるため、必然的に材料製造費がコス
ト高にならざるを得ない。
な設備が不可欠であるため、必然的に材料製造費がコス
ト高にならざるを得ない。
さらに前記従来例３による方法は製造工程が多く、し
たがってこの方法も製造コストが高くなるという問題点
がある。
たがってこの方法も製造コストが高くなるという問題点
がある。
d. 課題を解決するための手段 本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記課題
を解決してなる金属基複合材料の連続製造方法と装置を
提供しようとするものである。
を解決してなる金属基複合材料の連続製造方法と装置を
提供しようとするものである。
すなわち、本発明は真空中で複合材料の金属基となる
金属を融解し、これに複合用の添加物を添加して回転撹
拌を施したあと、この溶融金属を、冷却手段と加熱手段
とを備えた他の撹拌室に導入して固液共存状態を維持す
るように温度制御をおこないながら横式の両持ち撹拌手
段によって高速回転撹拌を加え、しかるのち冷却するこ
とを特徴とする金属基複合材料の連続製造方法であり、
また、本発明は真空容器内に設けられ、回転翼を備えた
溶解炉と、複合材料を形成するための添加物の投入装置
と、前記溶解炉からの溶湯を受入れる撹拌室と、該撹拌
室からの溶湯を受入れて急冷する容器とからなり、前記
撹拌室は横式の両持ち高速回転子と、冷却手段と、加熱
手段と、温度制御手段とを備えていることを特徴とする
金属複合材料の連続製造装置である。
金属を融解し、これに複合用の添加物を添加して回転撹
拌を施したあと、この溶融金属を、冷却手段と加熱手段
とを備えた他の撹拌室に導入して固液共存状態を維持す
るように温度制御をおこないながら横式の両持ち撹拌手
段によって高速回転撹拌を加え、しかるのち冷却するこ
とを特徴とする金属基複合材料の連続製造方法であり、
また、本発明は真空容器内に設けられ、回転翼を備えた
溶解炉と、複合材料を形成するための添加物の投入装置
と、前記溶解炉からの溶湯を受入れる撹拌室と、該撹拌
室からの溶湯を受入れて急冷する容器とからなり、前記
撹拌室は横式の両持ち高速回転子と、冷却手段と、加熱
手段と、温度制御手段とを備えていることを特徴とする
金属複合材料の連続製造装置である。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図および第２図において、１はたとえば水冷ジャ
ケット式構造からなる真空容器、２は真空容器１内に配
置さた溶解炉、３は溶解炉２内に配置されたルツボ、４
はルツボ３を加熱するためその周囲に配置されたヒー
タ、５は溶解炉２内の温度制御をおこなうための熱電
対、６はルツボ３の下部に設けた湯口、７は溶解炉２の
上部に設けられたシャッタ、８はルツボ３内に配置され
た回転翼、９はこの回転翼８の上部から真空容器１の外
部に延設された撹拌棒、10は撹拌棒９を回動可能に保持
する軸受部、12は撹拌棒９の駆動装置である。
ケット式構造からなる真空容器、２は真空容器１内に配
置さた溶解炉、３は溶解炉２内に配置されたルツボ、４
はルツボ３を加熱するためその周囲に配置されたヒー
タ、５は溶解炉２内の温度制御をおこなうための熱電
対、６はルツボ３の下部に設けた湯口、７は溶解炉２の
上部に設けられたシャッタ、８はルツボ３内に配置され
た回転翼、９はこの回転翼８の上部から真空容器１の外
部に延設された撹拌棒、10は撹拌棒９を回動可能に保持
する軸受部、12は撹拌棒９の駆動装置である。
また15はルツボ３の底部にある湯口６を開閉する開閉
栓、17はこの開閉栓15を開閉する昇降モータ、18は添加
物用のバケット、19は添加物の投入管である。
栓、17はこの開閉栓15を開閉する昇降モータ、18は添加
物用のバケット、19は添加物の投入管である。
一方、30は前記溶解炉２の湯口６の下側に設けた受湯
用ロート、31は撹拌室、32は撹拌室31内に配置された横
式の両持ち高速回転子、33は横式の両持ち高速回転子32
に対する通水構造を備えた回転撹拌シャフト、34は回転
子32を駆動する回転モータ、35,36は前記回転撹拌シャ
フト33の軸受部、37は撹拌室31の周囲に配置されたヒー
タ、38は熱電対、40は前記撹拌室の下部に配置されたル
ツボ、41はルツボ40の周囲に配置された冷却筒であり、
前記撹拌室31の下部には湯口42を設け、溶湯をルツボ40
に落下できるように構成してある。なお、50は覗窓、52
は真空吸引口である。
用ロート、31は撹拌室、32は撹拌室31内に配置された横
式の両持ち高速回転子、33は横式の両持ち高速回転子32
に対する通水構造を備えた回転撹拌シャフト、34は回転
子32を駆動する回転モータ、35,36は前記回転撹拌シャ
フト33の軸受部、37は撹拌室31の周囲に配置されたヒー
タ、38は熱電対、40は前記撹拌室の下部に配置されたル
ツボ、41はルツボ40の周囲に配置された冷却筒であり、
前記撹拌室31の下部には湯口42を設け、溶湯をルツボ40
に落下できるように構成してある。なお、50は覗窓、52
は真空吸引口である。
前記構成の装置は、次の要領で操作する。
まず、真空容器１内を真空（１×10-2〜１×10-7Tor
r）とし、溶解炉２内のルツボ３内に収容された合金材
料をヒータ４を作動させて加熱溶解する。覗窓50と熱電
対５によって合金材料の溶融を確認したあと、添加物用
のバケット18から投入管19を経て添加物、たとえば黒鉛
等の非金属粒子やウイスカー等の短繊維をルツボ３内の
溶融金属中に添加する。一方、駆動装置12を作動させ撹
拌棒９の先端の回転翼８を回転（10〜5000r.p.m.）させ
添加物と溶融合金とを均一に分散させる。
r）とし、溶解炉２内のルツボ３内に収容された合金材
料をヒータ４を作動させて加熱溶解する。覗窓50と熱電
対５によって合金材料の溶融を確認したあと、添加物用
のバケット18から投入管19を経て添加物、たとえば黒鉛
等の非金属粒子やウイスカー等の短繊維をルツボ３内の
溶融金属中に添加する。一方、駆動装置12を作動させ撹
拌棒９の先端の回転翼８を回転（10〜5000r.p.m.）させ
添加物と溶融合金とを均一に分散させる。
次に昇降モータ17を作動させ、開閉棒15を上昇させて
ルツボ３の底部に開口する湯口６を開き、溶融金属を受
湯用ロート30から撹拌室31内へ誘導する。
ルツボ３の底部に開口する湯口６を開き、溶融金属を受
湯用ロート30から撹拌室31内へ誘導する。
この撹拌室31内では複合化された溶融金属をヒータ37
による加熱と、回転撹拌シャフト33内の通水による冷却
とを併用し、熱電対38とヒータ37の出力を制御する温度
制御装置（図示を省略）により、複合化金属が固液共存
状態（半凝固または半溶融）となる温度に制御し、回転
モータ34で回動される回転子32により高速回転撹拌（例
えば4,000〜30,000rpm）を加える。
による加熱と、回転撹拌シャフト33内の通水による冷却
とを併用し、熱電対38とヒータ37の出力を制御する温度
制御装置（図示を省略）により、複合化金属が固液共存
状態（半凝固または半溶融）となる温度に制御し、回転
モータ34で回動される回転子32により高速回転撹拌（例
えば4,000〜30,000rpm）を加える。
このようにして回転撹拌された溶融状態の複合化合金
は冷却筒41によって充分冷却されたルツボ40のなかに導
かれて、急速に冷却されて凝固する。以後はルツボ40か
ら凝固した複合化合金を回収すればよい。このようにし
て同様な操作を連続しておこなえばよい。
は冷却筒41によって充分冷却されたルツボ40のなかに導
かれて、急速に冷却されて凝固する。以後はルツボ40か
ら凝固した複合化合金を回収すればよい。このようにし
て同様な操作を連続しておこなえばよい。
なお、上記操作は真空中（１×10-2〜１×10-7Tor
r）、大気中、不活性ガス中のいずれの雰囲気中でも行
うことができる。
r）、大気中、不活性ガス中のいずれの雰囲気中でも行
うことができる。
前記方法によって製造された金属基複合材料たとえば
Al−Si系合金にカーボン粒子を分散させた材料の金属組
織をみたところカーボ粒子がAl−Si系合金のなかに均一
に分散していることが確認できた。
Al−Si系合金にカーボン粒子を分散させた材料の金属組
織をみたところカーボ粒子がAl−Si系合金のなかに均一
に分散していることが確認できた。
なお、このような各Al合金の固液共存温度と共晶点は
下記のとおりで、各含有成分によって異なり、したがっ
て本発明に係る装置は溶融金属がこの固液共存温度範囲
内にあるように制御して操作すればよい。
下記のとおりで、各含有成分によって異なり、したがっ
て本発明に係る装置は溶融金属がこの固液共存温度範囲
内にあるように制御して操作すればよい。
e. 発明の効果 本発明に係る方法と装置によれば次に列記するような
効果が得られる。
効果が得られる。
非金属粒子や短繊維等が均一に分散した金属基の複
合材料が低コストで製造できる。
合材料が低コストで製造できる。
濡れ性の悪い非金属粒子等も容易に複合化できる。
高速で回転撹拌でき、母合金の結晶粒が微細化でき
るので、靭性のより優れた金属基の複合材料ができる。
るので、靭性のより優れた金属基の複合材料ができる。
また耐熱性や耐摩耗性等の優れた金属基の複合材料
が容易に製造できる。
が容易に製造できる。
半凝固状態にある合金に高速で回転撹拌を加えて
も、大気などを巻き込んで巣を形成することがない。
も、大気などを巻き込んで巣を形成することがない。
前記金属基の複合材料が連続的に製造できる。
第１図は本発明に係る金属基複合材料の連続製造装置を
断面で示す正面説明図、第２図は第１図の側面を断面で
示す側面説明図である。 ２……溶解炉、18……添加物用のバケット、 31……撹拌室、32……回転子、 37……ヒータ。
断面で示す正面説明図、第２図は第１図の側面を断面で
示す側面説明図である。 ２……溶解炉、18……添加物用のバケット、 31……撹拌室、32……回転子、 37……ヒータ。
Claims (2)
- 【請求項１】真空中で複合材料の金属基となる金属を融
解し、これに複合用の添加物を添加して回転撹拌を施し
たあと、この溶融金属を、冷却手段と加熱手段とを備え
た他の撹拌室に導入して固液共存状態を維持するように
温度制御をおこないながら横式の両持ち撹拌手段によっ
て高速回転撹拌を加え、しかるのち冷却することを特徴
とする金属基複合材料の連続製造方法。 - 【請求項２】真空容器内に設けられ回転翼を備えた溶解
炉と、複合材料を形成するための添加物の投入装置と、
前記溶解炉からの溶湯を受入れる撹拌室と、該撹拌室か
らの溶湯を受入れて急冷する容器とからなり、前記撹拌
室は横式の両持ち高速回転子と、冷却手段と、加熱手段
と、温度制御手段とを備えていることを特徴とする金属
基複合材料の連続製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63061148A JP2701298B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 金属基複合材料の連続製造方法と装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63061148A JP2701298B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 金属基複合材料の連続製造方法と装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01234535A JPH01234535A (ja) | 1989-09-19 |
| JP2701298B2 true JP2701298B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=13162737
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63061148A Expired - Lifetime JP2701298B2 (ja) | 1988-03-15 | 1988-03-15 | 金属基複合材料の連続製造方法と装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2701298B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105014020B (zh) * | 2015-08-12 | 2017-07-28 | 北京科技大学 | 一种制备大直径半固态合金坯料的装置和方法 |
| CN112775420B (zh) * | 2020-12-28 | 2022-06-21 | 湖南文昌新材科技股份有限公司 | 用于制备复合材料的旋转装置及铝基复合材料的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58110652A (ja) * | 1981-12-25 | 1983-07-01 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性アルミニウム複合材料およびその製造方法 |
| JPS6039133A (ja) * | 1983-08-10 | 1985-02-28 | Hitachi Ltd | 合金スラリ製造装置 |
| JPS62130234A (ja) * | 1985-11-30 | 1987-06-12 | Agency Of Ind Science & Technol | Ａｌ−Ｐｂ系合金の均質混合法 |
-
1988
- 1988-03-15 JP JP63061148A patent/JP2701298B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01234535A (ja) | 1989-09-19 |
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