JP2942834B2 - フライアッシュ含有の金属合成物及び同合成物の製造方法 - Google Patents
フライアッシュ含有の金属合成物及び同合成物の製造方法Info
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- JP2942834B2 JP2942834B2 JP63041823A JP4182388A JP2942834B2 JP 2942834 B2 JP2942834 B2 JP 2942834B2 JP 63041823 A JP63041823 A JP 63041823A JP 4182388 A JP4182388 A JP 4182388A JP 2942834 B2 JP2942834 B2 JP 2942834B2
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、構造上及び装飾的複合材料の分野に関し、
母材だけのものに対比して、稀な強度、伝導度、耐摩耗
性の特性を示す金属複合材料およびその製造方法に関す
る。
母材だけのものに対比して、稀な強度、伝導度、耐摩耗
性の特性を示す金属複合材料およびその製造方法に関す
る。
（従来の技術） 金属−金属化合物の複合材料の分野は、既に詳しく研
究されている。金属母材中に微細に分散されている金属
化合物は、今日、最高技術用材料の基礎となっている。
例えば、炭素−アルミニウム合金、金属炭化物硬化型
鋼、析出硬化型鋼、析出硬化型アルミニウム合金、及び
銅合金がある（「メタル・ハンドブック」第１巻、第８
版1961年を参照）。ある化合物をもう一つの化合物中に
分散させる技術は、良く知られていて、一般には、液体
または固溶体からの析出技術である。こういった技術に
よって形成された物質の１例としては、銅−銅酸化物合
金があり、この中における銅酸化物は１次晶出物である
が、共晶分散物である。これについては、R.A.フリン
（Flinn）、P.K.トロジャン（Torojan）共著「エンジニ
アリングの材料と応用」ホートン．ミフリン出版社 ボ
ストン1981年参照。他の高強度金属−セラミック複合材
料は、一般にセラミック粒子の周囲に液体金属を溶浸さ
せて製造するか、又は粉末治金プロセス例えば、混合、
圧縮及び焼結により金属母材中にセラミックを機械的に
混入させて製造するか、あるいは液相接合を利用して製
造する。
究されている。金属母材中に微細に分散されている金属
化合物は、今日、最高技術用材料の基礎となっている。
例えば、炭素−アルミニウム合金、金属炭化物硬化型
鋼、析出硬化型鋼、析出硬化型アルミニウム合金、及び
銅合金がある（「メタル・ハンドブック」第１巻、第８
版1961年を参照）。ある化合物をもう一つの化合物中に
分散させる技術は、良く知られていて、一般には、液体
または固溶体からの析出技術である。こういった技術に
よって形成された物質の１例としては、銅−銅酸化物合
金があり、この中における銅酸化物は１次晶出物である
が、共晶分散物である。これについては、R.A.フリン
（Flinn）、P.K.トロジャン（Torojan）共著「エンジニ
アリングの材料と応用」ホートン．ミフリン出版社 ボ
ストン1981年参照。他の高強度金属−セラミック複合材
料は、一般にセラミック粒子の周囲に液体金属を溶浸さ
せて製造するか、又は粉末治金プロセス例えば、混合、
圧縮及び焼結により金属母材中にセラミックを機械的に
混入させて製造するか、あるいは液相接合を利用して製
造する。
然しながら、こういった高技術材料（ハイテク材）
は、複雑工程が加わるため、複合化に使われる高価なセ
ラミック材と共に不経済である。従って、従来の複合材
料と実質的に同等か、又はより優れた金属複合材料を、
経済的に製造する必要がある。
は、複雑工程が加わるため、複合化に使われる高価なセ
ラミック材と共に不経済である。従って、従来の複合材
料と実質的に同等か、又はより優れた金属複合材料を、
経済的に製造する必要がある。
（本発明の概要） 本発明は、フライアッシュ含有金属複合材料をより経
済的に製造する工程、及びそれによって作られる金属複
合材料に関する。フライアッシュを金属母材に加えてよ
り安価な金属複合材料を形成し、しかも、それが実質的
には、高価な類似の複合材料が持つ特性の全部を持つ。
本発明によってかく製造された金属複合材料が提供する
のは、従来に知られている金属複合材料よりずっと経済
的な代用品である。
済的に製造する工程、及びそれによって作られる金属複
合材料に関する。フライアッシュを金属母材に加えてよ
り安価な金属複合材料を形成し、しかも、それが実質的
には、高価な類似の複合材料が持つ特性の全部を持つ。
本発明によってかく製造された金属複合材料が提供する
のは、従来に知られている金属複合材料よりずっと経済
的な代用品である。
従って、本発明の目的の一つは、フライアッシュから
経済的な金属複合材料を作ることにある。
経済的な金属複合材料を作ることにある。
もう一つの目的は、母材より実質的にかなり改良され
た特性を持つ金属複合材料を製造することにあり、それ
は、もっと高価なそしてフライアッシュなしの類似複合
材料に比べて実質的に同等あるいは、より優れた特性を
持つ経済的な金属複合材料を製造することにある。
た特性を持つ金属複合材料を製造することにあり、それ
は、もっと高価なそしてフライアッシュなしの類似複合
材料に比べて実質的に同等あるいは、より優れた特性を
持つ経済的な金属複合材料を製造することにある。
更にもう一つの目的は、上記金属複合材料の経済的製
造工程を応用することにあり、かくして、同金属複合材
料が市場において、もっと高価な金属複合材料代用品と
して、相互競争に加わることにある。
造工程を応用することにあり、かくして、同金属複合材
料が市場において、もっと高価な金属複合材料代用品と
して、相互競争に加わることにある。
本発明のもう一つの目的は、一般に無用物として処理
されるか、埋立用その他に使われるフライアッシュの利
用である。
されるか、埋立用その他に使われるフライアッシュの利
用である。
（実施例） 第１〜８図は、第一表にあるデータをグラフによって
示す。データの諸点は、第１図に示され、その他、必要
に応じて他の図にも示されている。
示す。データの諸点は、第１図に示され、その他、必要
に応じて他の図にも示されている。
第６図によると、０重量％のフライアッシュを含んだ
金属製品の最大限界破断点は、同製品がASTM規格のZA−
27の粉末から形成されたか、又はZA−27鋳塊から形成さ
れたかによってかなり異なることが示されている。第７
・８図は、コッパース・ブレーク・シュー・ドライ・ウ
ェア・テスト（乾燥状態における摩擦ライニングのテス
ト）の二分析法である実例によるもの、そして、ドラム
による結果を夫々示す、摩滅テストによって、実物から
の重量減少だけでなく、ブレーキ・ドラムからの重量減
少も分る。結果は、レイベステス（石綿）や半金属等産
業界標準の材料に比べられる。第１〜８図で示されるデ
ータの諸点は、下記にある本発明第１実施例で取られた
データに大体一致する。
金属製品の最大限界破断点は、同製品がASTM規格のZA−
27の粉末から形成されたか、又はZA−27鋳塊から形成さ
れたかによってかなり異なることが示されている。第７
・８図は、コッパース・ブレーク・シュー・ドライ・ウ
ェア・テスト（乾燥状態における摩擦ライニングのテス
ト）の二分析法である実例によるもの、そして、ドラム
による結果を夫々示す、摩滅テストによって、実物から
の重量減少だけでなく、ブレーキ・ドラムからの重量減
少も分る。結果は、レイベステス（石綿）や半金属等産
業界標準の材料に比べられる。第１〜８図で示されるデ
ータの諸点は、下記にある本発明第１実施例で取られた
データに大体一致する。
図表は、例証の目的だけであり、この中の１図だけに
おいて又は１図だけで本発明の特許請求範囲内容を表現
するということはない。
おいて又は１図だけで本発明の特許請求範囲内容を表現
するということはない。
図は、金属複合材料の物理的特性がフライアッシュの
含有量及び種類によっていかに異なるかを示す。本分野
の専門筋にすぐ認められる点は、本発明で期待される金
属複合材料の物理的特性こそが最大に活用され得る点な
のではないか、という事である。例えば、第５図のグラ
フによると、弾性率の最大限界点は、ZA−27系複合材料
中にフライアッシュが15重量％含まれる時であると示さ
れている。
含有量及び種類によっていかに異なるかを示す。本分野
の専門筋にすぐ認められる点は、本発明で期待される金
属複合材料の物理的特性こそが最大に活用され得る点な
のではないか、という事である。例えば、第５図のグラ
フによると、弾性率の最大限界点は、ZA−27系複合材料
中にフライアッシュが15重量％含まれる時であると示さ
れている。
機械的考案の面を考えてみて、つまり、弾性限界、そ
してヤング弾性率によると、本発明によって製造された
複合材料は、純金属母材から作られた製品より、ずっと
この点において限界が広いという事実が明らかになる。
種々の複合材料は、フライアッシュ含有量を最大に活用
することによって、選択され得るのではないかという事
である。なお、機械的テストは、全部本産業界において
広く知られている方法で行われた。
してヤング弾性率によると、本発明によって製造された
複合材料は、純金属母材から作られた製品より、ずっと
この点において限界が広いという事実が明らかになる。
種々の複合材料は、フライアッシュ含有量を最大に活用
することによって、選択され得るのではないかという事
である。なお、機械的テストは、全部本産業界において
広く知られている方法で行われた。
本発明は、フライアッシュ含有の金属複合材料を経済
的に製造する工程及び、それより得られる製品に関す
る。本発明によって製造された金属複合材料は、容易に
得られる。安価な原料が母材に加わっているものがあ
り、これは、既知の金属複合材料に比べ、ずっと経済上
有利に改良されたものである。
的に製造する工程及び、それより得られる製品に関す
る。本発明によって製造された金属複合材料は、容易に
得られる。安価な原料が母材に加わっているものがあ
り、これは、既知の金属複合材料に比べ、ずっと経済上
有利に改良されたものである。
本発明の一つの重要点は、金属母材と一緒に加熱され
た時に示すフライアッシュの特殊な物理性を認めること
にある。
た時に示すフライアッシュの特殊な物理性を認めること
にある。
フライアッシュは、主に酸化鉄、酸化アルミニウム、
酸化シリコン、及び数種の異質不純物からなっている。
フライアッシュは、ガラス状であり、鉄は第１鉄の状態
にあり、高温においては酸化によって第２鉄状態に変る
ものである事が認められる。
酸化シリコン、及び数種の異質不純物からなっている。
フライアッシュは、ガラス状であり、鉄は第１鉄の状態
にあり、高温においては酸化によって第２鉄状態に変る
ものである事が認められる。
これについては、ミニック・バウアー（Minnick,Baue
r）共著「構造用粘土産業における廃棄用ボイラーフラ
イアッシュ及びスラッグの利用について」アメリカン・
セラミック・ソサイエティ公報の177〜180ページ（1950
年）参照。酸素の必要性は、分散された金属粒子の酸化
膜中の酸素に対する奪い合いを起こし、フライアッシュ
と金属の間に反応型の関連が生まれることにある。もし
母材に金属が入っている場合には、酸化鉄とのテルミッ
ト反応を起こし、更に大きな反応が起きる。この場合、
金属は、酸化鉄を鉄に変化させ、その鉄が金属母材に溶
解することもあるが、普通には、反応から生ずる新しい
硬い強化相と結合する。
r）共著「構造用粘土産業における廃棄用ボイラーフラ
イアッシュ及びスラッグの利用について」アメリカン・
セラミック・ソサイエティ公報の177〜180ページ（1950
年）参照。酸素の必要性は、分散された金属粒子の酸化
膜中の酸素に対する奪い合いを起こし、フライアッシュ
と金属の間に反応型の関連が生まれることにある。もし
母材に金属が入っている場合には、酸化鉄とのテルミッ
ト反応を起こし、更に大きな反応が起きる。この場合、
金属は、酸化鉄を鉄に変化させ、その鉄が金属母材に溶
解することもあるが、普通には、反応から生ずる新しい
硬い強化相と結合する。
反応金属がアルミニウムの場合、酸化アルミニウムを
形成する熱（392,600カロリー）と酸化鉄（−197,000カ
ロリー）では195,600カロリーの違いがある。然しなが
ら、同工程は、酸化鉄の酸化形成より高い熱を持つどん
な金属とでも行える。
形成する熱（392,600カロリー）と酸化鉄（−197,000カ
ロリー）では195,600カロリーの違いがある。然しなが
ら、同工程は、酸化鉄の酸化形成より高い熱を持つどん
な金属とでも行える。
フライアッシュが鉄、アルミニウム及びシリコンの酸
化物から成っているために、複合材料の母材に含まれて
いるアルミニウムは酸化鉄だけでなく酸化シリコンとも
反応を起すであろうことは、合理的な憶測と思われる。
これは、酸化シリコン形成用の熱は、ガラス質シリカ用
の202,500カロリーから、トリディマイト（鱗石英）用
の209、400カロリー、クリストバライト用の209,500カ
ロリー、そして石英用の209,900カロリーまでいろいろ
あるからである。この瞬間、反応を起したシリコンは、
金属母材に溶解する事もあるが、たいていは反応から生
じた新しい相と結合する。
化物から成っているために、複合材料の母材に含まれて
いるアルミニウムは酸化鉄だけでなく酸化シリコンとも
反応を起すであろうことは、合理的な憶測と思われる。
これは、酸化シリコン形成用の熱は、ガラス質シリカ用
の202,500カロリーから、トリディマイト（鱗石英）用
の209、400カロリー、クリストバライト用の209,500カ
ロリー、そして石英用の209,900カロリーまでいろいろ
あるからである。この瞬間、反応を起したシリコンは、
金属母材に溶解する事もあるが、たいていは反応から生
じた新しい相と結合する。
故に、灰分−金属混合物（粒子間に最小限の空間を持
つ）が加熱されると、アルミニウム、マグネシウム、チ
タン等のように高酸化エネルギーの金属は溶着又は焼結
し易い傾向を持つばかりでなく、フライアッシュとテル
ミット型反応を起す。同反応がどの程度まで行われるか
は灰分量、粒子の大きさや分布、温度による。
つ）が加熱されると、アルミニウム、マグネシウム、チ
タン等のように高酸化エネルギーの金属は溶着又は焼結
し易い傾向を持つばかりでなく、フライアッシュとテル
ミット型反応を起す。同反応がどの程度まで行われるか
は灰分量、粒子の大きさや分布、温度による。
本発明による金属複合材料の有用性は、その成形性に
あると思われる。製品がそのままの形で利用される場合
には、主重要性が石炭や石油の燃焼から出るフライアッ
シュに集中されるべきである。金属母材は、二次的であ
る。金属複合材料の金属母材は、金属の数種、又はZA−
27が本質的には27重量％のアルミニウム、73重量％の亜
鉛から成っているので認められている。この他、アルミ
ニウム、スズ、亜鉛、そして銅の合金等が金属母材に相
応しいものとされる。
あると思われる。製品がそのままの形で利用される場合
には、主重要性が石炭や石油の燃焼から出るフライアッ
シュに集中されるべきである。金属母材は、二次的であ
る。金属複合材料の金属母材は、金属の数種、又はZA−
27が本質的には27重量％のアルミニウム、73重量％の亜
鉛から成っているので認められている。この他、アルミ
ニウム、スズ、亜鉛、そして銅の合金等が金属母材に相
応しいものとされる。
金属複合材料が適応な形で製造され、そして次に、プ
レスされ、ローリングされ、スタンピングされ、押出さ
れ、機械加工又は他の方法で形成される。金属母材は、
本来的に優秀な成形性を所有していなければならない。
この様な金属材は、本来可鍛性に富んでいるか又は、超
可塑性化して可鍛性を得るかのどちらかである、と思わ
れる。
レスされ、ローリングされ、スタンピングされ、押出さ
れ、機械加工又は他の方法で形成される。金属母材は、
本来的に優秀な成形性を所有していなければならない。
この様な金属材は、本来可鍛性に富んでいるか又は、超
可塑性化して可鍛性を得るかのどちらかである、と思わ
れる。
超可塑性合金は多種あるが、大体共晶又は延性的金属
で、結晶粒の大きさ10ミクロン以下のものは全部超可塑
物である。この広範囲にわたる可能性は、B.ボーデロ
（Baudelot）著の「超可塑性評論」、Memolres Scienti
figues Revue Metallurgia 1971年出版の479〜487ペー
ジに発表されている。本発明を例証するために、Al−Zn
（ZA−27）の中、偏晶類似（monotectoid）の反応を起
すものだけが試験された。Al−Zn合金が多種の他の超可
塑性合金で代用され得ることは、当業者にすぐ分ること
である。
で、結晶粒の大きさ10ミクロン以下のものは全部超可塑
物である。この広範囲にわたる可能性は、B.ボーデロ
（Baudelot）著の「超可塑性評論」、Memolres Scienti
figues Revue Metallurgia 1971年出版の479〜487ペー
ジに発表されている。本発明を例証するために、Al−Zn
（ZA−27）の中、偏晶類似（monotectoid）の反応を起
すものだけが試験された。Al−Zn合金が多種の他の超可
塑性合金で代用され得ることは、当業者にすぐ分ること
である。
フライアッシュ含有の金属複合材料を製造する第一実
施例は、定量のフライアッシュを望みの粉状金属母材と
混合し、均質の粉混合物を得る。同混合物を圧縮して成
形体を得、加熱した後、更に圧縮して、金属母材として
フライアッシュの結合をみるだけでなく、フライアッシ
ュ内でそして金属母材内にも結合を起し、最終の金属複
合材料を得る。上記工程の詳細は一段階ずつ次に記され
る。
施例は、定量のフライアッシュを望みの粉状金属母材と
混合し、均質の粉混合物を得る。同混合物を圧縮して成
形体を得、加熱した後、更に圧縮して、金属母材として
フライアッシュの結合をみるだけでなく、フライアッシ
ュ内でそして金属母材内にも結合を起し、最終の金属複
合材料を得る。上記工程の詳細は一段階ずつ次に記され
る。
工程が開始される前に、まず始めに、紛状金属母材及
びフライアッシュの粒子の大きさを選択しなければなら
ない。フライアッシュ粒子の大きさは、普通大自然の中
で見つけられた状態によって違う（それ以上の工程をか
けず、つまり砕いたりしないで）が、金属母材粒子とフ
ライアッシュ粒子の大きさの比率は10:1から1:10迄でよ
いが、5:1から1:5迄が好ましく、最も好ましいのは、1:
1である。1:1の比で行われる場合にはよくまざった混合
物が作れ、均質のある結果が出る事が明らかになってい
る。なお、粒子の大きさは、双方すなわち金属母材及び
フライアッシュとも、１〜100ミクロン位の範囲である
のが好ましい。これにおいて、粒子の大きさとその比率
はともに金属複合材料の連続性に影響する。比率及び粒
子が小さいという条件は両方とも、金属複合材料の連続
性をよくする。
びフライアッシュの粒子の大きさを選択しなければなら
ない。フライアッシュ粒子の大きさは、普通大自然の中
で見つけられた状態によって違う（それ以上の工程をか
けず、つまり砕いたりしないで）が、金属母材粒子とフ
ライアッシュ粒子の大きさの比率は10:1から1:10迄でよ
いが、5:1から1:5迄が好ましく、最も好ましいのは、1:
1である。1:1の比で行われる場合にはよくまざった混合
物が作れ、均質のある結果が出る事が明らかになってい
る。なお、粒子の大きさは、双方すなわち金属母材及び
フライアッシュとも、１〜100ミクロン位の範囲である
のが好ましい。これにおいて、粒子の大きさとその比率
はともに金属複合材料の連続性に影響する。比率及び粒
子が小さいという条件は両方とも、金属複合材料の連続
性をよくする。
一度、粒子の大きさが選択されたならば、次は、金属
母材と混合するフライアッシュ量を定める。金属母材を
残量として、１〜40重量％のフライアッシュ、好ましく
は５〜25重量％を使用してよい。もしフライアッシュが
１％未満の場合は、上記に検討された経済的有利点が認
められなくなる。一方、40％を超えて含有した製品は、
セラミック複合材料と呼ばれるに相応しいものとなる。
母材と混合するフライアッシュ量を定める。金属母材を
残量として、１〜40重量％のフライアッシュ、好ましく
は５〜25重量％を使用してよい。もしフライアッシュが
１％未満の場合は、上記に検討された経済的有利点が認
められなくなる。一方、40％を超えて含有した製品は、
セラミック複合材料と呼ばれるに相応しいものとなる。
粒子の大きさ、配合分量が定められたならば、次に金
属母材とフライアッシュを混合して、均質な混合物を作
る。混合は、この分野で既知の方法で実施されればよ
い。
属母材とフライアッシュを混合して、均質な混合物を作
る。混合は、この分野で既知の方法で実施されればよ
い。
ボール・ミリング方法が一番良い効果を得るとされて
いる。均質な混合物を得る迄に必要な時間は、ボール・
ミルに使用される砕き道具の大きさ、ボール・ミルの容
積及び効率等に関しては全て本分野において通常の技術
を持った者には知られている事である。
いる。均質な混合物を得る迄に必要な時間は、ボール・
ミルに使用される砕き道具の大きさ、ボール・ミルの容
積及び効率等に関しては全て本分野において通常の技術
を持った者には知られている事である。
均質の混合物が得られたならば、その一部分を成形型
に入れ、圧力10,000〜50,000ポンド／平方インチ（703
〜3516kg/cm2）、好ましくは20,000〜30,000ポンド／平
方インチで冷間プレス（予備成形）する。然しながら、
使用される圧力はその成形型が耐えられる限りを言う。
従って、100,000〜150,000ポンド／平方インチ程度の高
圧力を使用してもよい。一般に10,000〜50,000ポンド／
平方インチで十分であるとされている。この工程を終了
することによりフライアッシュ−金属母材の成形体がで
き上り加熱される準備が完了する。
に入れ、圧力10,000〜50,000ポンド／平方インチ（703
〜3516kg/cm2）、好ましくは20,000〜30,000ポンド／平
方インチで冷間プレス（予備成形）する。然しながら、
使用される圧力はその成形型が耐えられる限りを言う。
従って、100,000〜150,000ポンド／平方インチ程度の高
圧力を使用してもよい。一般に10,000〜50,000ポンド／
平方インチで十分であるとされている。この工程を終了
することによりフライアッシュ−金属母材の成形体がで
き上り加熱される準備が完了する。
同成形体は、次の二方法のどちらかによって加熱され
る。第一方法によると成形体を金属母材の固相線温度よ
り少々低いところ迄加熱し、次に、同温度で、これを金
属の塑性流動応力以上の圧力でプレスする。明らかに、
この圧力は、使われた金属母材の成分によって違い、こ
れは熟練者が容易に定められる。同工程は、熱間コイニ
ングとしてこの分野で知られている。この特殊な加熱及
びプレス段階は、金属母材粒子の間の結合、フライアッ
シュ粒子間の結合、そして、フライアッシュ粒子と金属
母材粒子間の結合を促進し、強固な金属複合材料を形成
する。同複合材料は結合反応のためにフライアッシュか
ら還元された元素又は、結合メカニズムの結果として生
じた証明可能の反応相によって変化させられた金属母材
を使ってもよい。
る。第一方法によると成形体を金属母材の固相線温度よ
り少々低いところ迄加熱し、次に、同温度で、これを金
属の塑性流動応力以上の圧力でプレスする。明らかに、
この圧力は、使われた金属母材の成分によって違い、こ
れは熟練者が容易に定められる。同工程は、熱間コイニ
ングとしてこの分野で知られている。この特殊な加熱及
びプレス段階は、金属母材粒子の間の結合、フライアッ
シュ粒子間の結合、そして、フライアッシュ粒子と金属
母材粒子間の結合を促進し、強固な金属複合材料を形成
する。同複合材料は結合反応のためにフライアッシュか
ら還元された元素又は、結合メカニズムの結果として生
じた証明可能の反応相によって変化させられた金属母材
を使ってもよい。
本分野の者なら容易に分るが、同段階は、熱間押出方
法による複合材料の製造にも適合する。金属母材が、一
度固相線直下の温度迄加熱されたら、締固められた均質
混合物は、次に小口を通して押し出され、針金、棒、シ
ート、その他の形の金属母材として製造することが出来
る。
法による複合材料の製造にも適合する。金属母材が、一
度固相線直下の温度迄加熱されたら、締固められた均質
混合物は、次に小口を通して押し出され、針金、棒、シ
ート、その他の形の金属母材として製造することが出来
る。
上記の加熱法に代って出来る段階としては、一相（金
属母材又はフライアッシュ）を、その固相線温度の少々
上迄加熱し、溶融金属が型から丁度噴出されるところの
圧力を加えることである。勿論、この圧力は、使用され
る成形設備に完全に左右される。然しながら、この圧力
は、少なくとも40,000ポンド／平方インチでなければな
らない。上記の件と同じ様に、製造された金属複合材料
は分散されたフライアッシュ粒子が金属母材粒子と結合
し、そして、夫々が互いに結合し、この様にして、望ま
れた物理的特性を持つ金属複合材料が形成される。
属母材又はフライアッシュ）を、その固相線温度の少々
上迄加熱し、溶融金属が型から丁度噴出されるところの
圧力を加えることである。勿論、この圧力は、使用され
る成形設備に完全に左右される。然しながら、この圧力
は、少なくとも40,000ポンド／平方インチでなければな
らない。上記の件と同じ様に、製造された金属複合材料
は分散されたフライアッシュ粒子が金属母材粒子と結合
し、そして、夫々が互いに結合し、この様にして、望ま
れた物理的特性を持つ金属複合材料が形成される。
どちらの加熱法を選ぶかは、母合金と充填材の融解温
度の関係、及び続いて行われる成形作業（即ち、圧縮し
たままにしておくか、又は機械加工によって形を変える
か）による。
度の関係、及び続いて行われる成形作業（即ち、圧縮し
たままにしておくか、又は機械加工によって形を変える
か）による。
本発明の第二実施例によると、フライアッシュ粒子と
金属母材粒子の均質混合物は成形体とする前に、金属が
溶融するまで加熱される。フライアッシュと金属母材の
粒子径の選定、並びに、均質混合物を得るための混合法
は、上記と同じに行われる。
金属母材粒子の均質混合物は成形体とする前に、金属が
溶融するまで加熱される。フライアッシュと金属母材の
粒子径の選定、並びに、均質混合物を得るための混合法
は、上記と同じに行われる。
金属母材粒子の表面に酸化膜が形成されるため、混合
物は、金属が溶融状態となっていても粉末のままで残
る。従って、フライアッシュの粒子は、溶融状態の金属
母材粒子の中に分散されている。
物は、金属が溶融状態となっていても粉末のままで残
る。従って、フライアッシュの粒子は、溶融状態の金属
母材粒子の中に分散されている。
次にこの均質混合物は棒、ロッド、シート、針金等を
形成するための成形工程へ送られる。例えば、チルブロ
ックによる急速凝固法（米国特許第4326579号に説明さ
れている。）、ニップ・ローラー、プレス、スタンピン
グ、押出、その他の成形である。勿論、その後の精製
は、周知の方法のどれによって行われてもよい。
形成するための成形工程へ送られる。例えば、チルブロ
ックによる急速凝固法（米国特許第4326579号に説明さ
れている。）、ニップ・ローラー、プレス、スタンピン
グ、押出、その他の成形である。勿論、その後の精製
は、周知の方法のどれによって行われてもよい。
本実施例の変形の一つとしては、スプレーコーティン
グがあり、これは、フライアッシュと金属母材の粉末粒
子の均質混合物を高熱炎、例えばメトコ（Metco）スプ
レー・銃、又は、プラズマ・スプレー・銃を通して噴出
させる方法である。この場合、フライアッシュの溶融粒
子と金属母材の溶融粒子が、同時に、不動対象物に対し
て噴出され、金属母材中にフライアッシュが均一に分散
している大きな塊が形成される。
グがあり、これは、フライアッシュと金属母材の粉末粒
子の均質混合物を高熱炎、例えばメトコ（Metco）スプ
レー・銃、又は、プラズマ・スプレー・銃を通して噴出
させる方法である。この場合、フライアッシュの溶融粒
子と金属母材の溶融粒子が、同時に、不動対象物に対し
て噴出され、金属母材中にフライアッシュが均一に分散
している大きな塊が形成される。
材料がまず成形され、それから加熱の段階に入る（バ
ッチ式の）第一実施例と異り、本実施例においては、連
続工程が利用され、そのために、コストが著しく低減
し、スケールの大きい開発・生産が容易となる。
ッチ式の）第一実施例と異り、本実施例においては、連
続工程が利用され、そのために、コストが著しく低減
し、スケールの大きい開発・生産が容易となる。
その上、チルブロックによる急速凝固法は、他の成形
操作と異り高静圧を必要としない。つまり、プレス、ロ
ーリング、スタンピング、押出し成形等の場合、上記に
ある如く、結合効果のために、高静圧が必要である。こ
の場合、静圧は、個々の粒子の表面張力を破り、完成し
た金属複合材料内での結合を可能にする。本実施例にお
いては、圧力は自然運動力（Kinetic in nature）のあ
るもので、これは、均質混合物内から起こるせん断応力
による。このせん断応力は、個々の粒子の表面薄膜を破
り、最終生成物内の結合作用を容易にする。
操作と異り高静圧を必要としない。つまり、プレス、ロ
ーリング、スタンピング、押出し成形等の場合、上記に
ある如く、結合効果のために、高静圧が必要である。こ
の場合、静圧は、個々の粒子の表面張力を破り、完成し
た金属複合材料内での結合を可能にする。本実施例にお
いては、圧力は自然運動力（Kinetic in nature）のあ
るもので、これは、均質混合物内から起こるせん断応力
による。このせん断応力は、個々の粒子の表面薄膜を破
り、最終生成物内の結合作用を容易にする。
第三実施例においては金属母材（粉状でない）の鋳塊
が溶融状態になる迄加熱され、フライアッシュがこれに
混合される。こうしてフライアッシュが溶融状態の金属
母材内に分散している均一な同質混合物が形成される。
本発明の同実施例においては、連続工程の利用が許さ
れ、従って同工程に見られる有利点もともなう。例え
ば、溶融状態の混合物は、チルブロックによる急速凝固
法を経て棒、シート、ロッド等に成形されてもよい。一
方、溶融状態の混合物は、ビレットの熱間均衡圧成形
（Hot Isostatic Forming）をしてもよく、それに続い
てスエージング、ローリング、その他の成形方法が行わ
れる。予期される如くビレットは、次の工程へ進む前に
もう一度加熱処理をされなければならない。
が溶融状態になる迄加熱され、フライアッシュがこれに
混合される。こうしてフライアッシュが溶融状態の金属
母材内に分散している均一な同質混合物が形成される。
本発明の同実施例においては、連続工程の利用が許さ
れ、従って同工程に見られる有利点もともなう。例え
ば、溶融状態の混合物は、チルブロックによる急速凝固
法を経て棒、シート、ロッド等に成形されてもよい。一
方、溶融状態の混合物は、ビレットの熱間均衡圧成形
（Hot Isostatic Forming）をしてもよく、それに続い
てスエージング、ローリング、その他の成形方法が行わ
れる。予期される如くビレットは、次の工程へ進む前に
もう一度加熱処理をされなければならない。
第一、第二実施例と異り、本実施例においては、フラ
イアッシュに対する金属母材の粒子径の比は問題となら
ない。これは、金属母材が始めから、鋳塊であるか、又
は、ブロックの形であり、続いて溶融状態まで加熱され
るからである。フライアッシュ粒子は、その後、既知の
どれかの方法によって溶融状態の金属母材に混合され
る。そして、フライアッシュ粒子が金属溶湯中に一様に
分散した同質混合物が得られる。然しながら、フライア
ッシュ粒子の大きさは、１〜100ミクロンの範囲でとど
まるべきであり、これは、最終の金属複合材料が均一な
組織であることを確保するためである。
イアッシュに対する金属母材の粒子径の比は問題となら
ない。これは、金属母材が始めから、鋳塊であるか、又
は、ブロックの形であり、続いて溶融状態まで加熱され
るからである。フライアッシュ粒子は、その後、既知の
どれかの方法によって溶融状態の金属母材に混合され
る。そして、フライアッシュ粒子が金属溶湯中に一様に
分散した同質混合物が得られる。然しながら、フライア
ッシュ粒子の大きさは、１〜100ミクロンの範囲でとど
まるべきであり、これは、最終の金属複合材料が均一な
組織であることを確保するためである。
次記の例は、あくまでも例証が目的であり、本発明特
許請求範囲を限定するものとして解されてはならない。
許請求範囲を限定するものとして解されてはならない。
例１ アルミニウム含有量が27重量％であるAl−Zn合金粉
（ZA−27）をフライアッシュ粉と混合する。フライアッ
シュの混合量は、Al−Zn合金を残部として夫々５重量
％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％である。
同混合物は、乾燥状態で、15,000Psi（ポンド／平行イ
ンチ）の圧力で圧縮され、次に温度400℃、つまりその
合金の固相線温度より少々低い点まで加熱する。そこで
加熱された混合物は、圧力20,000Psiで圧縮される。こ
の様にしてフライアッシュ−金属比率に基づく緻密で、
そして強度、伝導度、耐摩耗性を持つ品物が生産され
る。これ等の材料は、本来的に、こわれ易いが、同品を
275℃以上の温度から急冷させると延性を得て、灰分−
金属比率に基づく所定の延性度となる。上記混合物にお
ける金属母材対フライアッシュの粒子径比率は、10:1か
ら1:10の範囲内である。
（ZA−27）をフライアッシュ粉と混合する。フライアッ
シュの混合量は、Al−Zn合金を残部として夫々５重量
％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％である。
同混合物は、乾燥状態で、15,000Psi（ポンド／平行イ
ンチ）の圧力で圧縮され、次に温度400℃、つまりその
合金の固相線温度より少々低い点まで加熱する。そこで
加熱された混合物は、圧力20,000Psiで圧縮される。こ
の様にしてフライアッシュ−金属比率に基づく緻密で、
そして強度、伝導度、耐摩耗性を持つ品物が生産され
る。これ等の材料は、本来的に、こわれ易いが、同品を
275℃以上の温度から急冷させると延性を得て、灰分−
金属比率に基づく所定の延性度となる。上記混合物にお
ける金属母材対フライアッシュの粒子径比率は、10:1か
ら1:10の範囲内である。
例２ 例１にある工程が実質的にくり返されるが、ここで
は、ZA−27がアルミニウム、スズ、Zn、アルミ青銅、そ
してCuに代わる。フライアッシュ含有量は、15重量％で
統一されている。特定金属の固相線温度は夫々変るが、
残りの工程助変数は一定に保たれる。
は、ZA−27がアルミニウム、スズ、Zn、アルミ青銅、そ
してCuに代わる。フライアッシュ含有量は、15重量％で
統一されている。特定金属の固相線温度は夫々変るが、
残りの工程助変数は一定に保たれる。
例３ 比較するために、コントロール・サンプル２つが作ら
れた。コントロール１は、純ZA−27からなり、始めは粉
状である（Al2O3薄膜がZA−27の粒子表面にあり、結晶
が内部にある）。コントロール２は、純ZA−27からな
り、始めは鋳塊の状態である。コントロール１は、例１
の方法によって作られた。上記例のデータは、下記にあ
る第一表に示され、図面第１〜８に示されている。
れた。コントロール１は、純ZA−27からなり、始めは粉
状である（Al2O3薄膜がZA−27の粒子表面にあり、結晶
が内部にある）。コントロール２は、純ZA−27からな
り、始めは鋳塊の状態である。コントロール１は、例１
の方法によって作られた。上記例のデータは、下記にあ
る第一表に示され、図面第１〜８に示されている。
例４ Al−Zn,アルミニウム，スズ、そして亜鉛金属母材は
粉状にて、均一にフライアッシュに混合される。金属母
材を残部としてフライアッシュの混合量は５〜25重量％
の範囲内で変化する。出来上がった均質混合物は、次に
金属の溶融温度迄加熱される。加熱された混合物は、こ
こに示された諸方法のどれかによって成形され、シー
ト、棒、ロッド、針金等に作られる。出来上がった品物
の強度、密度、伝導度および耐摩耗性は全てフライアッ
シュ含有量に左右される。粒子寸法の比率は10:1から1:
10迄である。
粉状にて、均一にフライアッシュに混合される。金属母
材を残部としてフライアッシュの混合量は５〜25重量％
の範囲内で変化する。出来上がった均質混合物は、次に
金属の溶融温度迄加熱される。加熱された混合物は、こ
こに示された諸方法のどれかによって成形され、シー
ト、棒、ロッド、針金等に作られる。出来上がった品物
の強度、密度、伝導度および耐摩耗性は全てフライアッ
シュ含有量に左右される。粒子寸法の比率は10:1から1:
10迄である。
例５ 鋳塊又はブロック形状のAl−Zn,アルミニウム，ス
ズ、そして亜鉛金属母材は、溶融状態迄加熱され、次に
フライアッシュと混合される。フライアッシュ含有量
は、金属母材を残部として５〜25重量％の範囲内で変化
し、金属溶湯中にフライアッシュを分散させた均質混合
物を得る。出来上がった混合物は、ビレットに連続に成
形され、その後、スエージング、ローリング、又はその
他の成形法に従う。又はこの高温の溶融混合物は、チル
ブロックによる急速凝固工程へ供給され、棒、シート、
ロッド等に成形される。
ズ、そして亜鉛金属母材は、溶融状態迄加熱され、次に
フライアッシュと混合される。フライアッシュ含有量
は、金属母材を残部として５〜25重量％の範囲内で変化
し、金属溶湯中にフライアッシュを分散させた均質混合
物を得る。出来上がった混合物は、ビレットに連続に成
形され、その後、スエージング、ローリング、又はその
他の成形法に従う。又はこの高温の溶融混合物は、チル
ブロックによる急速凝固工程へ供給され、棒、シート、
ロッド等に成形される。
上記の諸例と同じく、出来上がった成形物の物理的特
性は、安価な原料の含有量によって異なる。
性は、安価な原料の含有量によって異なる。
（発明の効果） 本発明は安価な原料から金属複合材料を製造するので
コストの低減が図られる。また石炭及び石油燃焼から出
るフライアッシュが低融点金属又は合金と結合して中度
の強度、伝導度、および耐摩耗性を持つ経済的な複合材
料を製造することができる。
コストの低減が図られる。また石炭及び石油燃焼から出
るフライアッシュが低融点金属又は合金と結合して中度
の強度、伝導度、および耐摩耗性を持つ経済的な複合材
料を製造することができる。
第１図は本発明の方法により製造された金属複合材料の
抵抗度を示すグラフである。 第２図は本発明に係る金属複合材料の密度を示すグラフ
である。 第３図は本発明に係る金属複合材料のロックウエルＡ硬
度を示すグラフである。 第４図は本発明に係る金属複合材料のロックウエルＢ硬
度を示すグラフである。 第５図は本発明に係る金属複合材料の弾性率を示すグラ
フである。 第６図は本発明に係る金属複合材料の破断応力（最高）
を示すグラフである。 第７図および第８図は本発明に係る金属複合材料の摩耗
テストの結果を示すグラフである。
抵抗度を示すグラフである。 第２図は本発明に係る金属複合材料の密度を示すグラフ
である。 第３図は本発明に係る金属複合材料のロックウエルＡ硬
度を示すグラフである。 第４図は本発明に係る金属複合材料のロックウエルＢ硬
度を示すグラフである。 第５図は本発明に係る金属複合材料の弾性率を示すグラ
フである。 第６図は本発明に係る金属複合材料の破断応力（最高）
を示すグラフである。 第７図および第８図は本発明に係る金属複合材料の摩耗
テストの結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 32/00 Ｃ２２Ｃ 32/00 Ｑ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 1/05,33/02,32/00 C22C 18/00,1/10 B22D 19/14
Claims (21)
- 【請求項１】金属複合材料を製造する方法であって、そ
の工程が （ａ）金属母材とフライアッシュを混合し、均質混合物
を得ること、 （ｂ）該均質混合物を加熱すること、 （ｃ）該均質混合物を成形すること、 の各段階を含み、それらの過程で前記フライアッシュと
前記金属母材との間に結合を生じさせることを特徴とす
る金属複合材料の製造方法。 - 【請求項２】金属母材は、超可塑性合金、アルミニウ
ム、スズ、および亜鉛からなるグループから選択される
特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項３】超可塑性合金が、ASTM ZA−27であること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 - 【請求項４】金属母材は粉末粒子の形であり、上記成形
段階は連続的に行われることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の方法。 - 【請求項５】均質混合物は上記加熱段階において、金属
母材の溶融温度まで加熱され、これにより上記フライア
ッシュ粒子が、酸化膜の形成により粒子状態を維持する
金属母材の粒子の間に分散して加熱混合物を形成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 - 【請求項６】均質混合物のフライアッシュ含有量は１〜
40重量％である特許請求の範囲第４項記載の方法。 - 【請求項７】上記成形段階は連続的に行われ、そして、
その工程はチルブロックによる急速凝固法、プレス、ロ
ーリング、スタンピングおよび押出加工のグループの中
から選択されることを特徴とする特許請求の範囲第５項
記載の方法。 - 【請求項８】更に、上記混合段階以前に、第１加熱段階
があり、金属母材を固体の鋳塊状態において加熱し、溶
融状態まで至らしめ、上記混合段階を容易にさせること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項９】上記成形段階は連続的に行われ、その工程
はビレットを作る熱間均衡圧成形、鋳造、ローリング、
チルブロックによる急速凝固法および押出加工のグルー
プの中から選択されることを特徴とする特許請求の範囲
第８項記載の方法。 - 【請求項１０】スエージング、ローリング、または他の
成形に先行してビレットを加熱処理する段階を更に設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の方法。 - 【請求項１１】金属母材が粉状であり、更に上記加熱お
よび成形段階以前に均質混合物を型に入れて10,000〜5
0,000ポンド／平方インチ（703〜3516kg/cm2）の圧力で
圧縮する追加段階を含み、これにより成形体を得ること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 - 【請求項１２】均質混合物は１〜40重量％のフライアッ
シュを含有することを特徴とする特許請求の範囲第11項
記載の方法。 - 【請求項１３】特許請求の範囲第１項記載の工程によっ
て製造された金属複合材料。 - 【請求項１４】金属母材とフライアッシュから構成され
た金属複合材料であって、その中、前記金属母材が重量
的に主成分であるもの。 - 【請求項１５】前記金属母材は、超可塑性合金、アルミ
ニウム、スズ、および亜鉛のグループの中から選択され
る特許請求の範囲第14項記載の金属複合材料。 - 【請求項１６】金属母材は粉状であり、金属母材及びフ
ライアッシュの粒子は１〜100ミクロンの大きさである
ことを特徴とする特許請求の範囲第14項記載の金属複合
材料。 - 【請求項１７】金属母材とフライアッシュの粒子径比率
は10:1から1:10であることを特徴とする特許請求の範囲
第14項記載の金属複合材料。 - 【請求項１８】前記フライアッシュの含有量が１〜40重
量％である特許請求の範囲第16項記載の金属複合材料。 - 【請求項１９】前記フライアッシュの含有量が５〜25重
量％である特許請求の範囲第18項記載の金属複合材料。 - 【請求項２０】金属母材が、始めに鋳塊の状態である特
許請求の範囲第14項記載の金属複合材料。 - 【請求項２１】超可塑性合金はASTM ZA−27であること
を特徴とする特許請求の範囲第15項記載の金属複合材
料。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1767787A | 1987-02-24 | 1987-02-24 | |
| US17,677 | 1987-02-24 | ||
| US147359 | 1988-01-21 | ||
| US07/147,359 US4888054A (en) | 1987-02-24 | 1988-01-21 | Metal composites with fly ash incorporated therein and a process for producing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63270433A JPS63270433A (ja) | 1988-11-08 |
| JP2942834B2 true JP2942834B2 (ja) | 1999-08-30 |
Family
ID=26690176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63041823A Expired - Lifetime JP2942834B2 (ja) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | フライアッシュ含有の金属合成物及び同合成物の製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4888054A (ja) |
| EP (1) | EP0282191B1 (ja) |
| JP (1) | JP2942834B2 (ja) |
| AU (1) | AU609093B2 (ja) |
| CA (1) | CA1328178C (ja) |
| DE (1) | DE3882397T2 (ja) |
| HK (1) | HK1008055A1 (ja) |
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