JP2739580B2 - 粒子分散強化複合材の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

粒子分散強化複合材の製造方法及びその製造装置

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JP2739580B2 JP63000756A JP75688A JP2739580B2 JP 2739580 B2 JP2739580 B2 JP 2739580B2 JP 63000756 A JP63000756 A JP 63000756A JP 75688 A JP75688 A JP 75688A JP 2739580 B2 JP2739580 B2 JP 2739580B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はダイカストマシンを用いてセラミックスある
いは金属間化合物等の粒子を合金に分散させた複合材の
製造方法とその製造装置に関し、特に粒子とマトリック
ス溶湯との混合撹拌の方法と混合撹拌装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、ダイカストマシンを用いて粒子又は短繊維分散
強化複合材を製造する場合、あらかじめ粒子又は短繊維
の混合された複合材母合金を製造しておき(ボルテック
ス法)その複合材母合金溶湯を金型に鋳込んで複合材を
製造する方法と、溶湯を金型に鋳込む流れの途中で粒子
又は短繊維を混合撹拌させて複合材を製造する方法があ
る。
前者の方法においては、一度に多量の粒子又は短繊維
と母材溶湯との混合撹拌をする為混合撹拌に比較的長時
間を要し、その為金属間化合物粒子のように母材溶湯中
に溶解しやすいもの又は母材溶湯と反応しやすいものを
強化材とする複合材を製造することは困難である。
また、セラミックス粒子等母材溶湯中に溶解しにくい
ものを強化材とする場合であっても、混合撹拌に長時間
を要しセラミックス粒子と母材溶湯との接触時間が長く
なるために複合材の機械的性質に悪影響を及ぼすという
問題がある。
そこで前者の欠点を解決する方法として後者の方法が
開示された。特開昭50−130632号公報の如く混合チャン
バーを給湯口の上に取りつけて撹拌羽根により混合チャ
ンバー内で混合撹拌を行なう装置や、特開昭60−106656
号公報の如く鋳込みスリーブ内に粒子と母材溶湯を入れ
スリーブ周辺に設置された電磁撹拌装置によりスリーブ
内で混合撹拌する方法が提案されている。
しかしながら前記特開昭50−130632号公報のものは混
合チャンバーの底をプランジャーチップで受ける為、常
にプランジャーチップが溶湯に接していることからプラ
ンジャーチップの傷みが激しく焼き付きを生じ、多ショ
ットのダイカスト鋳造には適しない。また従来のダイカ
ストマシンを改造して混合チャンバーを取り付ける必要
がある。
一方特開昭60−106656号公報のものは竪型加圧鋳造装
置にしか使用できないため、通常用いられる横型ダイカ
ストマシンには使用出来ず、また電磁撹拌装置を用いる
為、コスト的にも高くなるという問題点を有している。
そこで本出願人は、先に出願した特願昭62−128622号
及び特願昭62−191411号の「金属間化合物粒子分散強化
型合金及びその製造方法」においてダイカストマシンに
鋳込む少量の溶湯に金属間化合物を加え、短時間の機械
的撹拌によって金属間化合物をマトリックスの中に溶解
させることなく均一に分散させる方法を提案している
が、この場合混合槽と撹拌機とを要しダイカスト製品を
大量生産するためには問題を含んでいた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の如く、従来の技術は大量生産の為には混合撹拌
の為の設備が比較的複雑で大掛かりになり、ダイカスト
マシンの給湯口の改造を要するものであって、多額の生
産設備を必要とし、生産コストに大きく影響を及ぼすと
いう問題点を有していた。
本発明の目的は従来の問題点を解決し、従来のダイカ
ストマシンを改造することなく、比較的簡単な設備と操
作で、良好な粒子分散強化複合材を大量生産出来る製造
方法とその装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の上記目的は、ダイカストマシンを用いて粒子
を合金中に分散させた複合材を製造する方法であって、
溶湯保持炉からラドルによりダイカストマシンの給湯口
へ溶湯を供給する間に、前記ラドル内の溶湯に粒子を添
加するとともに、撹拌装置を作動させてラドル内で混合
撹拌を行うことを特徴とする粒子分散強化複合材の製造
方法と、前記製造方法に用いられるダイカストマシンを
用いて粒子を合金中に分散させた複合材を製造する装置
であって、溶湯保持炉からダイカストマシンの給湯口へ
溶湯を供給するラドル内に一定量の粒子を添加する粒子
供給装置と、前記ラドル内で回転可能な撹拌羽根が昇降
自在に設けられた撹拌装置とからなることを特徴とする
粒子分散強化複合材の製造装置により達成される。
本発明におけるダイカストマシンは、竪型であっても
横型であっても適用出来る。
本発明における合金とは、例えばAl−Mn−Mg系合金,A
l−Si−Cu系合金等をいう。
本発明における粒子とは、金属粒子及び金属間化合物
粉末粒子セラミックス粒子,黒鉛粒子,短繊維等をい
う。例えば合金がAl−Mn−Mg系合金の場合はAl3Mn,Al4M
n,Al6Mnのうち1種類以上の金属間化合物粉末、合金がA
l−Si−Cu系合金の場合はSiの粉末,又はAlNi,Al3Ni,Al
Ni3の内1種類以上の金属間化合物粉末が選ばれて用い
られる。分散粒子の粒子径は100μm以下であり、添加
量は合金に対し4〜50重量%の範囲である。
本発明においてダイカストマシンを用いて粒子を合金
中に分散させた複合材とは、上記のごとく合金内に粒子
を分散させた耐摩耗性に優れた強化型合金をいう。
本発明における溶湯保持炉からラドルによりダイカス
トマシンの給湯口へ供給する間とは、溶湯保持炉からダ
イカストマシンの給湯口の間であれば如何なる場所でも
構わないが、最も好ましい場所としてはラドルの運搬動
作から考えると、ダイカストマシンの給湯口の上の部分
の位置になる。
本発明においてラドル内の溶湯に粒子を添加する装置
としては、精密計量添加が可能なものであれば如何なる
装置を用いても良い。
本発明におけるラドル内で粒子を合金内に混合撹拌す
る撹拌装置としては、ラドル内を短時間例えば5分以下
最も好ましくは7〜15秒で均一に混合撹拌出来る撹拌羽
根を有し、該撹拌羽根がラドル内に昇降自在であるもの
がえらばれる。
本発明の製造装置の基本動作について説明すると、溶
湯保持炉で一定温度に保持された溶湯はラドルによつて
掬いとられ、ダイカストマシンの給湯口の上に運ばれ
る。ラドルの上部に設置された粉末供給ホッパーから、
計量された粉末が粉末供給ノズルを通ってラドル内の溶
湯の合金に添加される。次に撹拌機の羽根が昇降装置に
より溶湯内に入れられ、溶湯の合金と添加された粉末を
すばやく混合撹拌する。規定時間で混合を終えると、撹
拌羽根は昇降装置により溶湯内より抜き出され、ラドル
はひっくりかえって粉末を混合した溶湯を給湯口にそゝ
ぎ、溶湯はプランジャーによってダイカストマシン内の
金型に補給され、複合材が作られる。
〔作用〕 本発明は溶湯保持炉からラドルによりダイカストマシ
ンの給湯口への溶湯を供給する間に、前記ラドル内の溶
湯合金に対応する粒子を計量添加するとともに、撹拌装
置を作動させたラドル内で混合撹拌を行うことにより、
小量の溶湯合金に相応する小量粉末の混合であるため短
時間内に迅速に混合が出来る。又混合槽を必要としない
し、ダイカストマシンの溶湯供給口の改造も必要としな
いので、多額の生産設備を必要とせず操作も簡単で良好
な粒子分散強化複合材を大量生産的に製造することが出
来る。
〔実 施 例〕
以下図面によって本発明を詳細に説明する。但し本発
明は本実施例にのみ限られるものではない。
第1図は本発明により複合材を製造する装置の1実施
例の側面一部断面図である。ラドル5内へ溶湯保持炉11
より着湯を行った後、給湯口6の上部でラドル5は停止
する。ラドル5の停止後直ちに粉末供給ホッパー3から
粉末供給ノズル4を通し強化粒子がラドル5内の溶湯へ
一定量供給される。その後すぐさま撹拌装置本体1に接
続された撹拌羽根2がラドル5内の溶湯中に降下しさら
に撹拌回転を行なうことにより、強化粒子と溶湯の合金
は混合撹拌される。なお、金属間化合物粒子を強化粒子
とする場合、この撹拌時間は10秒前後の短時間であるた
め、金属間化合物粒子の溶湯中への溶解はほとんど見ら
れない。混合撹拌が行なわれた後、撹拌羽根2は溶湯中
からもとの位置へ上昇し、混合撹拌された溶湯はラドル
5から給湯口6へただちに供給され、ダイカスト鋳造が
行なわれる。このとき、混合溶湯はプランジャ8により
金型内へ高速高圧で充填されるため強化粒子は母合金溶
湯中に極めて均一に分散されることになる。
第2図は本発明に係わる撹拌装置の1実施例の側面図
を示す。ラドル5が給湯口6の上部で停止すると、撹拌
機本体1に連結されたセンサー型スタートスイッチ13に
より作動が開始され、上下動モーター21が正回転を始め
るとともに撹拌機本体1は降下していく。また、その時
スイッチに付属する作動表示灯(図示せず)は点灯とな
る。尚このときの撹拌機降下機構は次の通りである。す
なわち、上下動モーター21が回転をするとチェーン17の
上下方向への動きに伴ってチェーン17に直結されたスラ
イド板29および撹拌機本体1の上下作動となるわけであ
る。ここでスライドガイド31およびスライドボールベア
リング30は上下作動を滑らかにさせるものであり、バラ
ンスウェート14は撹拌機1の重量と均衡を保つためのお
もりである。また滑車16,18はそれぞれワイヤロープ15,
チェーン17の回転支持部となるものである。撹拌機本体
1は短時間で降下していくが、途中で中限マイクロスス
イッチ23に接触すると降下速度は減退され、撹拌羽根2
は静かにラドル5の溶湯中に侵入することになる。更に
撹拌機本体と共に動くスライド板29の下限マイクロスイ
ッチ24への接触により撹拌機1の降下は停止となる。次
に撹拌羽根2の回転が始まり一定時間回転した後回転は
停止する。次に上下動モーター21は逆回転を開始し、撹
拌機は上昇開始となる。この時中限マイクロスイッチ23
に接触するまでは比較的ゆっくりした上昇であるが、そ
の後スライド板29が上限スイッチ22に接触するまでは、
すみやかに上昇が行なわれ、そこで撹拌機の作動は完了
となる。
但し、本発明の撹拌装置は上記に限定されるものでは
ない。
上記の様な本発明による製造方法で製造したものと、
従来の製造方法によるものとの比較を、図を用いて説明
する。
第3図は本発明の方法(撹拌時間10秒)により製造し
たAlNi金属間化合物粒子分散強化複合材(母材ADC10合
金)の断面組織写真であり、第4図は、従来の製造法
(ボルテックス法)により製造された複合材の断面組織
写真である。本発明のものは粒子の溶解がさほどなく合
金中に均一に分散されているのがわかるのに対し、従来
法による複合材は、粒子が溶湯中に溶失してしまってい
ることがわかる。
第5図は本発明で製造した10wt%AlNi粒子分散強化AD
C10合金複合材とADC10合金のみについて大越式摩耗試験
を乾式行ったときの実験結果を示している。このときの
試験条件は摩耗距離100m,相手材FC25,荷重2.1kgであ
る。これからわかるように本発明法により製造された複
合材はマトリック合金のみのものと比べ耐摩耗性は非常
に優れている。また第1表にセラミック粒子強化複合材
料の機械的性質を本発明法で製造したものと従来法(ボ
ルテックス法)で製造したものについて示したが、 降状強さ、弾性率に関してはその特性値に殆んど違いは
見られないが、引張強さと伸びについては本発明法によ
るものの方が優れていることが認められる。特に伸びに
ついては従来法で0.9%であったものが本発明法では4.8
%と著しく増加している。
〔発明の効果〕
本発明はダイカストマシンを用いて粒子を合金中に分
散させた複合材を製造する方法であって、溶湯保持炉か
らラドルによりダイカストマシンの給湯口へ溶湯を供給
する間に、前記ラドル内の溶湯に粒子を添加するととも
に、撹拌装置を作動させてラドル内で混合撹拌を行うこ
とを特徴とする粒子分散強化複合材の製造方法及びその
装置により、ラドル内に粒子を添加しラドル内で混合撹
拌するようにしたことから、撹拌時間は10秒前後と短時
間で良い為、粒子が母材溶湯中に溶解することもなく、
母材中に均一に分散し、その結果機械的性質に優れた複
合材を得ることができる。
また、本発明は従来のダイカストマシンにそのまま設
置可能である為、ダイカストマシンを改良する必要がな
く比較的簡単な設備と操作で良好な粒子分散複合材を大
量生産することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の製造装置の1実施例の側面一部断面
図、第2図は本発明に係わる撹拌装置の側面図、第3図
は本発明による製造方法で製造したAlNi金属間化合物粒
子分散強化複合材(母材ADC10合金)の断面組織写真、
第4図は従来の製造方法(ボルテックス法)により製造
した複合材の断面組織写真、第5図は本発明の製造方法
で製造したAlNi粒子分散強化ADC10合金複合材と従来の
製造方法(ボルテックス法)によるADC合金について大
越式摩耗試験による滑り速度に対する比摩耗量のグラフ
の比較図である。 1……撹拌機本体、2……撹拌羽根 3……粉末供給ホッパー 4……粉末供給ノズル 5……ラドル、6……給湯口 7……スリーブ、8……プランジャー 9……ダイカストマシン 10……金型、11……溶湯保持炉 12……溶湯 13……センサー型スタートスイッチ 14……バランスウェート 15……ワイヤーロープ 16……滑車、17……チェーン 21……上下モーター 22,23,24……マイクロスイッチ 30……ボールベアリング 31……スライドガイド
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−106656(JP,A) 特開 昭57−94465(JP,A) 特開 昭63−242462(JP,A) 特開 昭50−130632(JP,A) 特開 昭56−163060(JP,A) 特開 昭49−130308(JP,A) 実開 昭54−65915(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ダイカストマシンを用いて粒子を合金中に
    分散させた複合材を製造する方法であって、溶湯保持炉
    からラドルによりダイカストマシンの給湯口へ溶湯を供
    給する間に、前記ラドル内の溶湯に粒子を添加するとと
    もに、撹拌装置を作動させてラドル内で混合撹拌を行う
    ことを特徴とする粒子分散強化複合材の製造方法。
  2. 【請求項2】ダイカストマシンを用いて粒子を合金中に
    分散させた複合材を製造する装置であって、溶湯保持炉
    からダイカストマシンの給湯口へ溶湯を供給するラドル
    内に一定量の粒子を添加する粒子供給装置と、前記ラド
    ル内で回転可能な撹拌羽根が昇降自在に設けられた撹拌
    装置とからなることを特徴とする粒子分散強化複合材の
    製造装置。
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