JP2967840B2 - Method for producing particle-dispersed composite material - Google Patents

Method for producing particle-dispersed composite material

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JP2967840B2
JP2967840B2 JP15222391A JP15222391A JP2967840B2 JP 2967840 B2 JP2967840 B2 JP 2967840B2 JP 15222391 A JP15222391 A JP 15222391A JP 15222391 A JP15222391 A JP 15222391A JP 2967840 B2 JP2967840 B2 JP 2967840B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マトリックス金属と粉
末粒子との粒子分散型複合材料の製造方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a particle-dispersed composite material of a matrix metal and powder particles.

【0002】[0002]

【従来の技術】粒子分散型の複合材料は、最近機械の摺
動部材として耐摩耗性がすぐれているために注目され、
特に強化材としての粉末粒子のマトリックス金属に対す
る体積率の低いものが求められている。しかしながら、
従来このような低体積率の複合材料を製造するには、マ
トリックス金属の溶湯内に、粉末粒子を混入すると共
に、これを機械的に攪拌し、これを鋳型内に注湯して凝
固させる方法がとられていた。
2. Description of the Related Art Particle-dispersed composite materials have recently attracted attention because of their excellent wear resistance as sliding members of machines.
In particular, a material having a low volume ratio of the powder particles to the matrix metal as a reinforcing material is required. However,
Conventionally, in order to produce a composite material having such a low volume ratio, a method of mixing powder particles into a molten metal of a matrix metal, mechanically stirring the mixture, pouring the mixture into a mold, and solidifying the mixture. Was taken.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、高温度でしかも長時間の処理を必要
とする上に、特に体積率が小さい場合には、強化材が偏
在する傾向があり、均質な複合材料が得にくいという問
題点があった。
However, in the above-described conventional method, a high-temperature and long-time treatment is required, and especially when the volume ratio is small, the reinforcing material tends to be unevenly distributed. However, there is a problem that it is difficult to obtain a homogeneous composite material.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために本発明においては、鋳型内に鋳型容積の5〜10
%に相当する体積を持つ粉末粒子を挿入しておき、この
鋳型内にマトリックス金属の溶湯を噴射して、マトリッ
クス金属内に粉末粒子を分散させた後、凝固させること
により低体積率粒子分散型複合材料を製造する。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a mold having a volume of 5 to 10 times is required.
% Of the powder particles having a volume equivalent to the volume of the matrix metal, the molten metal of the matrix metal is injected into the mold to disperse the powder particles in the matrix metal, and then solidified to obtain a low volume fraction particle dispersion type. Manufacture composite materials.

【0005】また本発明においては、密閉された鋳型内
に鋳型容積の5〜10%に相当する体積を持つ粉末粒子
を挿入しておき、この鋳型内にマトリックス金属の溶湯
を噴射して、マトリックス金属内に粉末粒子を分散させ
た後、高圧付加状態のまま鋳型底部より一方向凝固させ
ることにより低体積率粒子分散型複合材料を製造する。
In the present invention, powder particles having a volume corresponding to 5 to 10% of the volume of a mold are inserted into a closed mold, and a molten metal of a matrix metal is injected into the mold to form a matrix. After dispersing the powder particles in the metal, the mixture is unidirectionally solidified from the bottom of the mold while applying a high pressure to produce a low volume fraction particle-dispersed composite material.

【0006】[0006]

【作用】上述のように本発明においては、鋳型内に鋳型
容積の5〜10%に相当する体積を持つ粉末粒子を挿入
しておき、この鋳型内にマトリックス金属の溶湯を噴射
したから、この噴射力によってマトリックス金属内に粉
末粒子を均一に分散させることができる。
As described above, in the present invention, powder particles having a volume corresponding to 5 to 10% of the volume of the mold are inserted into the mold, and the molten metal of the matrix metal is injected into the mold. The powder force can be uniformly dispersed in the matrix metal by the spraying force.

【0007】またマトリックス金属の溶湯内に鋳型容積
の5〜10%に相当する体積を持つ粉末粒子を分散させ
た後、高圧付加状態のまま鋳型底部より溶湯を一方向凝
固させるようにしたから、粉末粒子がマトリックス金属
の溶湯の底部に沈下する前に溶湯を底部より凝固させる
ことができる。
Further, after dispersing powder particles having a volume corresponding to 5 to 10% of the mold volume in the molten matrix metal, the molten metal is unidirectionally solidified from the bottom of the mold while applying high pressure. Before the powder particles sink to the bottom of the matrix metal melt, the melt can be solidified from the bottom.

【0008】したがって本発明によれば、従来製造が困
難であるとされていた低体積率の粒子分散型複合材料を
簡単に短時間で製造できるようになり、これにより耐摩
耗性、比強度および耐熱性にすぐれた複合材料を得るこ
とができる。
Therefore, according to the present invention, it is possible to easily produce a low volume fraction particle-dispersed composite material in a short time, which has conventionally been considered difficult to produce. A composite material having excellent heat resistance can be obtained.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面について本発明の実施例を説明す
る。本実施例では、マトリックス金属に対する体積率5
%のアルミナ粒子をアルミニウム中に均一に分散させた
複合材料の製法を実験した。この実験に用いたアルミナ
粒子は、メラー社製の純アルミナ粉末であり、粒径3.0
μm のものを使用した。またマトリックス金属として
は、工業用純アルミニウム(99.7%)を使用した。な
お、本発明において使用する粉末粒子としてはウイスカ
を使用してもよい。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this embodiment, the volume ratio to the matrix metal is 5
%, Alumina particles were uniformly dispersed in aluminum. The alumina particles used in this experiment were pure alumina powder manufactured by Meller, and had a particle size of 3.0.
μm one was used. As the matrix metal, industrial pure aluminum (99.7%) was used. Note that whiskers may be used as the powder particles used in the present invention.

【0010】図1は実験に用いた一体金型1であり、こ
の金型1は、直径70mm、長さ110 mmの軟鋼材を旋盤で切
削して、下部に直径32mm、長さ50mmの複合部1aがあり、
また上部には、直径50mm、長さ45mmのマトリックス溶湯
を注ぎ込む注入部1bが形成されている。また上部の注入
部1bと下部の複合部1aとの間には、外径50mmで中心に直
径Dmmの穴2aのあいた円板状のジェットプレート2が設
けられている。穴2aの直径Dの値は、各実験において変
化させる。この穴2aは、溶湯を噴出させるためのもので
ある。また金型1の内側には、鋳造後、試料を金型1か
ら容易に取り出すためにディクリンを塗っておく。なお
図中1c, 1dはサーモカップル挿入孔である。
FIG. 1 shows an integrated mold 1 used in an experiment. This mold 1 is formed by cutting a mild steel material having a diameter of 70 mm and a length of 110 mm with a lathe and forming a composite having a diameter of 32 mm and a length of 50 mm at a lower portion. There is a part 1a,
In addition, an injection part 1b for pouring a matrix melt having a diameter of 50 mm and a length of 45 mm is formed at the upper part. A disc-shaped jet plate 2 having an outer diameter of 50 mm and a hole 2a having a diameter of D mm at the center is provided between the upper injection part 1b and the lower composite part 1a. The value of the diameter D of the hole 2a is changed in each experiment. This hole 2a is for ejecting the molten metal. After casting, the inside of the mold 1 is coated with dicrine so that the sample can be easily taken out of the mold 1. In the figure, reference numerals 1c and 1d denote thermocouple insertion holes.

【0011】図2および図3は、実験に用いた装置の概
略を示すもので、前記符号と同一の符号は同等のものを
示す。すなわち図中1は金型、2はジェットプレート、
3は固定台座、4はコイルばね等のクッション5を介し
て固定台座3上に載置したウォータージャケットで、冷
却水が矢印Aのように入り、矢印Bのように排出される
ようになっている。
FIG. 2 and FIG. 3 schematically show the apparatus used in the experiment, and the same reference numerals as those described above denote the same components. That is, in the figure, 1 is a mold, 2 is a jet plate,
Reference numeral 3 denotes a fixed pedestal, and 4 denotes a water jacket mounted on the fixed pedestal 3 via a cushion 5 such as a coil spring. Cooling water enters as shown by an arrow A and is discharged as shown by an arrow B. I have.

【0012】また6はウォータージャケット4を取り囲
むと共に、ある範囲昇降自在に弾性的に支持された昇降
架台で、この昇降架台6の上面には前記金型1が載置さ
れている。そしてこの金型1を囲むように加熱炉7がマ
リナイト8を介して昇降架台6上に載置されている。
Reference numeral 6 denotes a lift frame which surrounds the water jacket 4 and is elastically supported so as to be able to move up and down within a certain range. The mold 1 is mounted on the upper surface of the lift frame 6. A heating furnace 7 is mounted on the lifting pedestal 6 via the marinite 8 so as to surround the mold 1.

【0013】また9は金型1の注入部1bに圧入する黒鉛
蓋で、10はアスベスト等の断熱板11を介して黒鉛蓋9を
押圧するためのプレス装置のラムである。なおT1, T2
金型1に設けた孔1c, 1dに挿入したサーモカップルであ
る。
Reference numeral 9 denotes a graphite lid that is press-fitted into the injection portion 1b of the mold 1, and reference numeral 10 denotes a ram of a press device for pressing the graphite lid 9 via an insulating plate 11 such as asbestos. T 1 and T 2 are thermocouples inserted into the holes 1 c and 1 d provided in the mold 1.

【0014】上述の装置を使用して複合材料を製造する
には、図3に示すように金型1の複合部1a内に、粉末粒
子として前記したメラー社製の純アルミナ粉末12を体積
率5%の量挿入し、その後ジェットプレート2上の注入
部1b内に、マトリックス金属として工業用純アルミニウ
ムの溶湯13を注入し、その上から黒鉛蓋9により封塞し
た後、断熱板11を介してラム10により押し下げる。
In order to produce a composite material using the above-described apparatus, as shown in FIG. 3, the above-mentioned pure alumina powder 12 manufactured by Meller Co., Ltd. After that, a molten metal 13 of industrial pure aluminum is injected as a matrix metal into the injection portion 1b on the jet plate 2 and then sealed with a graphite lid 9 from above. Press down with ram 10.

【0015】このようにすると、溶湯13がジェットプレ
ート2に設けた穴2a(0.5 〜1.5 mmφの小孔)から噴射
される。この溶湯13の噴射流によって粉末粒子12が溶湯
13とよく混合して、その結果粉末粒子12がマトリックス
金属の溶湯13内にほぼ均一に分布する。したがって本発
明によれば、マトリックス金属内にほぼ均一に粉末粒子
12が分布した複合材料が得られる。
Thus, the molten metal 13 is jetted from the holes 2a (small holes of 0.5 to 1.5 mmφ) provided in the jet plate 2. The powder particles 12 are melted by the jet flow of the melt 13.
It mixes well with the powder 13 so that the powder particles 12 are distributed almost uniformly in the matrix metal melt 13. Therefore, according to the present invention, the powder particles are almost uniformly distributed in the matrix metal.
A composite material with 12 distributions is obtained.

【0016】また図2,3の装置では、ラム10を押し下
げると、金型1を介して昇降架台6が下降して、その結
果金型1の底面がウォータージャケット4の上面と接触
する。したがって金型1内の溶湯13は、複合部1aの底部
より急速に冷却して、下方より上方に向って一方向凝固
する。すなわち、粉末粒子12がマトリックス金属の溶湯
13の底部に沈下する前に溶湯13を底部より凝固させるこ
とができるから、本発明によれば粉末粒子が均一にマト
リックス金属内に分布した複合材料を得ることができ
る。
In the apparatus shown in FIGS. 2 and 3, when the ram 10 is pushed down, the elevating pedestal 6 is lowered via the mold 1, so that the bottom surface of the mold 1 comes into contact with the upper surface of the water jacket 4. Therefore, the molten metal 13 in the mold 1 cools rapidly from the bottom of the composite portion 1a and solidifies in one direction upward from below. That is, the powder particles 12 serve as a matrix metal melt.
Since the molten metal 13 can be solidified from the bottom before sinking to the bottom of the 13, the composite material in which the powder particles are uniformly distributed in the matrix metal can be obtained according to the present invention.

【0017】つぎに実験の具体例について説明する。金
型1の下部の複合部1a内にあらかじめ423Kで十分乾燥し
ておいたアルミナ粒子12を直接入れ、加熱炉7の中に金
型1をセットする。このとき金型1とウォータージャケ
ット4の間に保温のためマリナイトの仕切り板14(図2
参照)をはさむ。ウォータージャケット4内の水は、実
験中常に流しっぱなしにしておく。
Next, a specific example of an experiment will be described. The alumina particles 12 which have been sufficiently dried at 423 K in advance are directly put into the composite portion 1 a below the mold 1, and the mold 1 is set in the heating furnace 7. At this time, a marinite partition plate 14 (FIG. 2) is used to keep heat between the mold 1 and the water jacket 4.
See). The water in the water jacket 4 is always kept flowing during the experiment.

【0018】金型1を所定の温度まで加熱して、所定温
度に達したならば仕切り板14をぬき、別の炉で所定温度
に熱しておいたマトリックス金属の溶湯13を金型1の上
部の注入部1bに注入して、厚さ40mmの黒鉛蓋9を溶湯13
の上に載せる。黒鉛蓋9は、溶湯13が黒鉛蓋9と金型1
の間から漏れないように金型1の上部の内径より1.3mm
程大きくしてある。
The mold 1 is heated to a predetermined temperature. When the temperature reaches the predetermined temperature, the partition plate 14 is peeled off, and the molten metal 13 of the matrix metal, which has been heated to a predetermined temperature in another furnace, is placed on top of the mold 1. Of the graphite lid 9 having a thickness of 40 mm.
Put on top. The graphite lid 9 is composed of the molten metal 13 and the graphite lid 9 and the mold 1.
1.3mm from the inner diameter of the upper part of mold 1 so as not to leak from between
It's getting bigger.

【0019】またプレス機のラム10の方へ熱が逃げるの
を防ぐため、黒鉛蓋9の上に厚さ5mmのアスベスト製の
断熱板11を置き、圧力39.2×103 MPa で、ラム10を加圧
して溶湯13をジェットプレート2の穴2aから噴出させ、
アルミナ粒子12を分散させる。このときラム10に圧力が
かかると同時に加熱炉7と金型1の載った昇降架台6が
下がり、金型1の底部がウォータージャケット4と接触
し、金型1の下から冷却が始まる。ジャケット4の下に
は、常時接触させて冷却効果を高めるためクッション5
としてコイルばねが置いてある。
In order to prevent heat from escaping to the ram 10 of the press machine, a 5 mm thick asbestos insulating plate 11 is placed on the graphite lid 9 and the ram 10 is pressed at a pressure of 39.2 × 10 3 MPa. Pressurizes and ejects molten metal 13 from hole 2a of jet plate 2,
The alumina particles 12 are dispersed. At this time, the pressure is applied to the ram 10, and at the same time, the heating furnace 7 and the elevating gantry 6 on which the mold 1 is placed are lowered, the bottom of the mold 1 comes into contact with the water jacket 4, and cooling starts from under the mold 1. A cushion 5 is provided under the jacket 4 so as to be in constant contact therewith to enhance the cooling effect.
As a coil spring.

【0020】そして金型1の上部の温度が723K以下にな
ったら、圧力を解き金型1を加熱炉7から取り出す。次
に複合されたものを金型1から取り出し、それを試料と
した。取り出した試料は、縦に真っ二つにマイクロカッ
ターで切断し、その断面をエメリーペーパーで1500番ま
で研磨して観察した。
When the temperature of the upper part of the mold 1 becomes lower than 723 K, the pressure is released and the mold 1 is taken out of the heating furnace 7. Next, the composite was taken out of the mold 1 and used as a sample. The sample taken out was cut vertically into two pieces by a micro cutter, and the cross section was polished up to # 1500 with emery paper and observed.

【0021】上述の実験では、溶湯温度、金型温度、ジ
ェットプレートの穴径、ラムスピードを種々に変化させ
て実験を行った。図4は実験の時間的経過を示すもの
で、これは、仕切り板14をぬいてから金型1を加熱炉7
からとり出すまでの各部の温度、圧力、凝固高さ、ラム
スピードの変化を表わしたもので、凝固までに約4分30
秒かかっている。
In the above experiment, the experiment was carried out by changing the melt temperature, the mold temperature, the hole diameter of the jet plate, and the ram speed in various ways. FIG. 4 shows the time course of the experiment, in which the mold 1 was removed from the heating furnace 7 after the partition plate 14 was removed.
The change of temperature, pressure, solidification height, and ram speed of each part until it is taken out from the machine.
It is taking seconds.

【0022】またジェットプレート2の穴径を2.0 mm、
ラムスピード8.6 cm/sにして金型、溶湯温度を種々に変
化させると、金型温度873K、溶湯温度1173K の時は、金
型温度が純アルミニウムの凝固温度より低いため溶湯が
下部に入りきらず、穴が試料上部にみられた。また金型
温度973K、溶湯温度1123K 、および1173K の時は、アル
ミナ粒子がまき上がっていない状態になった。また金型
温度1003K 、溶湯温度1193K の時は、アルミナ粒子が分
散していない部分はあるが、試料上部にまでアルミナ粒
子がまい上がっていた。さらに金型温度1023K 、溶湯温
度1233K の時は、金型、溶湯温度とも高いため黒鉛蓋9
が耐えられず、金型1と黒鉛蓋9との間から溶湯が噴き
出し、圧力が十分かからなかったため試料に穴が多く見
られた。以上のことより金型温度1003K 、溶湯温度1193
K でアルミナ粒子がまい上がるであろうことがわかっ
た。したがって以降の実験はすべてこの温度で行った。
The jet plate 2 has a hole diameter of 2.0 mm,
When the mold and molten metal temperature are varied at a ram speed of 8.6 cm / s and the mold temperature is 873K and the molten metal temperature is 1173K, the molten metal cannot enter the lower part because the mold temperature is lower than the solidification temperature of pure aluminum. A hole was seen at the top of the sample. When the mold temperature was 973K, the melt temperature was 1123K, and the temperature was 1173K, the alumina particles were not rolled up. At a mold temperature of 1003K and a molten metal temperature of 1193K, there were portions where the alumina particles were not dispersed, but the alumina particles sprang up to the upper part of the sample. Further, when the mold temperature is 1023K and the melt temperature is 1233K, the temperature of the mold and the melt is high, so that the graphite lid 9 is not used.
And the molten metal squirted out from between the mold 1 and the graphite lid 9, and the sample had many holes due to insufficient pressure. From the above, mold temperature 1003K, molten metal temperature 1193
It was found that K would cause alumina particles to fly. Therefore, all subsequent experiments were performed at this temperature.

【0023】アルミナ粒子を分散させるには、溶湯の噴
出スピードが重要である。まず、ラムスピード8.6 cm/s
で穴径φDを変化させたところ、φ2.0 mmでは、試料上
部、下部にアルミナ分散部があり、上部に未分散部があ
った。φ1.0 mm〜φ1.5 mmでは、上部に若干アルミナ粒
子の偏在が見られたが、全体にアルミナ粒子が均一に分
散していた。φ0.8 mmになると、試料上部のアルミナ粒
子の偏在割合がかなり大きくなった。この状態を評価す
るため、試料の頂部、中央部、底部の横断面よりアルミ
ナ粒子の均一分散部の面積割合をそれぞれの箇所で算出
した。
In order to disperse the alumina particles, the ejection speed of the molten metal is important. First, ram speed 8.6 cm / s
When the hole diameter φD was changed by φ, the sample had an alumina dispersion portion at the upper and lower portions of the sample and a non-dispersion portion at the upper portion at φ2.0 mm. In the range of φ1.0 mm to φ1.5 mm, alumina particles were slightly unevenly distributed in the upper part, but the alumina particles were uniformly dispersed throughout. When the diameter was 0.8 mm, the uneven distribution ratio of the alumina particles on the upper part of the sample became considerably large. In order to evaluate this state, the area ratio of the uniformly dispersed portion of the alumina particles was calculated at each point from the cross section of the top, center, and bottom of the sample.

【0024】図5はその穴径と偏在割合との関係を示す
もので、頂部、中央部、底部の3点の平均値より、1.0
mmのものが一番偏在が少ないことがわかった。これは、
噴出力(F)の関係式、 F=γ・Q・v/g より、穴径が小さくなるとvの値が大きくなるので、F
の値が大きくなることがわかる。この関係を図6に示
す。
FIG. 5 shows the relationship between the hole diameter and the uneven distribution ratio. The average value at the top, center, and bottom is 1.0%.
It was found that the mm type had the least uneven distribution. this is,
Relational expression of injection power (F), F = γ · Q · v / g As the value of v increases as the hole diameter decreases, the value of F
It turns out that the value of becomes large. FIG. 6 shows this relationship.

【0025】すなわち、噴出力Fが大きいと、アルミナ
粒子を分散させる力が増加すると同時に、上部に粒子を
押しつける力も増加するため、φ0.8 mmでは、アルミナ
粒子の偏在割合が大きくなったのであろうと推察され
る。
That is, when the jetting power F is large, the force for dispersing the alumina particles increases, and at the same time, the force for pressing the particles to the upper part also increases. Therefore, when φ 0.8 mm, the uneven distribution ratio of the alumina particles increases. It is presumed to be.

【0026】逆に穴径が大きいと、溶湯を注いでから加
圧するまで(約40秒間)に、溶湯がジェットプレートの
穴から自然落下する。この割合を図7に示す。すなわ
ち、穴径が2.0 mmの時は、金型の下部より20%が落下
し、穴径が1.0 mmの場合は溶湯の落下はなくなる。この
ことより、溶湯が落下すると、その溶湯がアルミナ粒子
の分散のさまたげになることがわかる。
Conversely, if the hole diameter is large, the molten metal falls spontaneously from the hole in the jet plate between the time the molten metal is poured and the time the pressure is applied (about 40 seconds). This ratio is shown in FIG. That is, when the hole diameter is 2.0 mm, 20% drops from the lower part of the mold, and when the hole diameter is 1.0 mm, the molten metal does not drop. From this, it can be seen that when the molten metal falls, the molten metal interrupts the dispersion of the alumina particles.

【0027】溶湯の噴出速度を変える要因としては、も
う一つラムスピードがある。したがってラムスピードを
変化させると、噴出スピードが95.5m/s以上でよい試料
が得られた。しかしラムスピードが53.7m/s 以下になる
と分散状態が変化した。また噴出力の式 F=γQv/
g より、ラムスピードを小さくすると、流量Qの値も
小さくなることがわかる。例として、穴径が1.0 mmで、
ラムスピードが2.15cm/sの時は、Fの値が小さいために
噴出力が弱く、粒子がまい上がらなかった。また穴径が
1.5 mmで、ラムスピード4.84cm/sの場合では、Fの値が
粒子をまい上げるのに十分な値であるため粒子が全体に
分散した。またジェットプレートの穴径が1.0 mmで、ラ
ムスピード8.6 cm/sの場合にも良い分散性をもった試料
が得られた。図8は、ジェットプレートの穴径を変化さ
せた場合におけるラム速度と噴出速度との関係を示す図
である。
Another factor that changes the injection speed of the molten metal is the ram speed. Therefore, when the ram speed was changed, a sample with an ejection speed of 95.5 m / s or more was obtained. However, the dispersion changed when the ram speed fell below 53.7 m / s. In addition, the equation of injection power F = γQv /
As can be seen from g, when the ram speed is reduced, the value of the flow rate Q is also reduced. As an example, if the hole diameter is 1.0 mm,
When the ram speed was 2.15 cm / s, the ejection power was weak due to the small value of F, and the particles did not disperse. Also the hole diameter
In the case of 1.5 mm and a ram speed of 4.84 cm / s, the particles were dispersed throughout because the value of F was sufficient to elevate the particles. A sample with good dispersibility was obtained even when the hole diameter of the jet plate was 1.0 mm and the ram speed was 8.6 cm / s. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ram speed and the ejection speed when the hole diameter of the jet plate is changed.

【0028】図9は、アルミナ粒子の分散率、偏在率と
体積率の関係を示すもので、体積率2,3%の時は、ア
ルミナ粒子が少なく、均一に全体に粒子を分散させるの
は困難である。逆に体積率8〜10%の時は、アルミナ粒
子が多くて、粒子の偏在割合が大きくでている。これよ
り体積率が5%程度がよいことがわかる。しかし体積率
8〜10%の場合でも、アルミナ粒子を直接金型の下部に
入れると、アルミナ粒子がジェットプレートの近くまで
くるので噴出力を大きくする必要はないから、逆に噴出
速度を遅くすれば、アルミナ粒子の偏在の割合が減って
よい試料が得られるようになる。
FIG. 9 shows the relationship between the dispersion ratio, uneven distribution ratio, and volume ratio of alumina particles. When the volume ratio is 2,3%, the alumina particles are small and it is difficult to uniformly disperse the particles throughout. Have difficulty. Conversely, when the volume ratio is 8 to 10%, the alumina particles are large and the uneven distribution ratio of the particles is large. This shows that the volume ratio is preferably about 5%. However, even when the volume ratio is 8 to 10%, if the alumina particles are directly introduced into the lower part of the mold, the alumina particles come close to the jet plate, so that it is not necessary to increase the jetting power. If this is the case, a sample in which the proportion of uneven distribution of alumina particles may be reduced can be obtained.

【0029】また粉末粒子のマトリックス金属に対する
体積率と硬度との関係は図10に示すように、体積率1%
のものより3%のものが硬度が大で、また3%のものよ
り5%のものの方が硬度が大である。
The relationship between the volume ratio of the powder particles to the matrix metal and the hardness is shown in FIG.
3% has a higher hardness than that of 3%, and 5% has a higher hardness than 3%.

【0030】図11〜13は、前記した試料の内、体積率が
1%のものと、3%のものと、5%のものとを抽出し
て、各試料の縦断面を、横座標において13等分すると共
に、縦座標において21等分し、これら各区画内の硬度を
測定して、その硬度分布比率を横座標上に硬度別に並べ
たものである。
FIGS. 11 to 13 show that the samples having a volume ratio of 1%, 3% and 5% are extracted from the above samples, and the longitudinal section of each sample is shown on the abscissa. In addition to dividing into 13 equal parts and dividing into 21 equal parts on the ordinate, the hardness in each section is measured, and the hardness distribution ratio is arranged on the abscissa by hardness.

【0031】図中Aは、硬度32HV以上の範囲を示し、B
は硬度25〜32HVの範囲であり、Cは硬度24〜25HVの範囲
であり、Dは硬度24HV以下の範囲を示すものである。そ
して図11は、体積率1%の場合であり、図12は体積率3
%の場合であり、図13は体積率5%の場合である。これ
らから見て体積率5%のものが一番安定しているように
見える。
A in the figure indicates a range of hardness of 32 HV or more,
Indicates a range of hardness 25 to 32 HV, C indicates a range of hardness 24 to 25 HV, and D indicates a range of hardness 24 HV or less. FIG. 11 shows the case where the volume ratio is 1%, and FIG.
%, And FIG. 13 shows a case where the volume ratio is 5%. From these, those with a volume ratio of 5% seem to be the most stable.

【0032】[0032]

【発明の効果】上述のように本発明においては、鋳型内
に鋳型容積の5 〜10% に相当する体積を持つ粉末粒子を
挿入しておき、この鋳型内にマトリックス金属の溶湯を
噴射したから、この噴射力によってマトリックス金属内
に粉末粒子を均一に分散させることができる。またマト
リックス金属の溶湯内に鋳型容積の5 〜10% に相当する
体積を持つ粉末粒子を分散させた後、高圧付加状態のま
ま鋳型底部より溶湯を一方向凝固させるようにしたか
ら、粉末粒子がマトリックス金属の溶湯の底部に沈下す
る前に溶湯を底部より凝固させることができる。したが
って本発明によれば、従来製造が困難であるとされてい
た低体積率の粒子分散型複合材料を簡単に短時間で製造
できるようになり、これにより耐摩耗性、比強度および
耐熱性にすぐれた複合材料を得ることができるという効
果が得られる。
As described above, in the present invention, powder particles having a volume corresponding to 5 to 10% of the mold volume are inserted into the mold, and the molten matrix metal is injected into the mold. The powder force can be uniformly dispersed in the matrix metal by this spraying force. After dispersing powder particles having a volume equivalent to 5 to 10% of the mold volume in the molten matrix metal, the molten metal was unidirectionally solidified from the bottom of the mold with high pressure applied. Before sinking to the bottom of the matrix metal melt, the melt can be solidified from the bottom. Therefore, according to the present invention, a particle-dispersed composite material having a low volume ratio, which has conventionally been considered difficult to produce, can be easily produced in a short period of time, whereby wear resistance, specific strength and heat resistance can be reduced. The advantage is that an excellent composite material can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明において使用した金型を示す部分断面図
である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a mold used in the present invention.

【図2】本発明において使用した複合材料製造装置の部
分断面図である。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a composite material manufacturing apparatus used in the present invention.

【図3】図2の次工程を示す部分断面図である。FIG. 3 is a partial sectional view showing a step subsequent to FIG. 2;

【図4】実験の時間的経過を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a time course of an experiment.

【図5】ジェットプレートの穴径とアルミナ粒子偏在割
合との関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a hole diameter of a jet plate and an uneven distribution ratio of alumina particles.

【図6】溶湯の噴出力とジェットプレートの穴径との関
係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a jet power of a molten metal and a hole diameter of a jet plate.

【図7】ジェットプレートの穴径と自然に溶湯が落下し
た割合との関係図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship between a hole diameter of a jet plate and a rate at which molten metal falls naturally.

【図8】 ジェットプレートの穴径を変化させた場合に
おけるラム速度と噴出速度との関係を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the ram speed and the ejection speed when the hole diameter of the jet plate is changed.

【図9】 アルミナ粒子の分散率、偏在率と体積率の関
係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the dispersion ratio, uneven distribution ratio, and volume ratio of alumina particles.

【図10】体積率と硬度との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a volume ratio and hardness.

【図11】体積率1%の試料の硬度分布を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing a hardness distribution of a sample having a volume ratio of 1%.

【図12】体積率3%の試料の硬度分布を示す図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a hardness distribution of a sample having a volume ratio of 3%.

【図13】体積率5%の試料の硬度分布を示す図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a hardness distribution of a sample having a volume ratio of 5%.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 金型 1a 複合部 1b 注入部 2 ジェットプレート 2a 穴 3 固定台座 4 ウォータージャケット 5 クッション 6 昇降架台 7 加熱炉 8 マリナイト 9 黒鉛蓋 10 ラム 11 断熱板 T1, T2 サーモカップル 12 アルミナ粉末 13 溶湯 14 仕切り板1 molds 1a composite portion 1b injection section 2 jet plate 2a Hole 3 fixing base 4 water jacket 5 cushion 6 elevating frame 7 furnace 8 Marinaito 9 graphite lid 10 ram 11 insulation board T 1, T 2 thermocouple 12 alumina powder 13 melt 14 Partition plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI B22D 27/20 B22D 27/20 Z (56)参考文献 特開 昭62−6759(JP,A) 特開 昭57−85662(JP,A) 特開 昭63−295052(JP,A) 特開 昭63−295053(JP,A) 特開 昭62−116740(JP,A) 特開 平2−15136(JP,A) 特開 平1−259138(JP,A) 特開 昭50−92235(JP,A) 特開 平3−91966(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22D 18/02 B22D 19/14 B22D 19/16 B22D 27/04 B22D 27/09 B22D 27/20 ────────────────────────────────────────────────── (5) Int.Cl. 6 Identification symbol FI B22D 27/20 B22D 27/20 Z (56) References JP-A-62-6759 (JP, A) JP-A-57-85662 ( JP, A) JP-A-63-295052 (JP, A) JP-A-63-295053 (JP, A) JP-A-62-116740 (JP, A) JP-A-2-15136 (JP, A) JP-A-1-259138 (JP, A) JP-A-50-92235 (JP, A) JP-A-3-91966 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B22D 18 / 02 B22D 19/14 B22D 19/16 B22D 27/04 B22D 27/09 B22D 27/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 鋳型内に鋳型容積の5〜10%に相当す
る体積を持つ粉末粒子を挿入しておき、この鋳型内にマ
トリックス金属の溶湯を噴射して、マトリックス金属内
に粉末粒子を分散させた後、凝固させることを特徴とす
る低体積率粒子分散型複合材料の製造方法。
1. Powder particles having a volume equivalent to 5 to 10% of the volume of a mold are inserted into a mold, and a molten metal of a matrix metal is injected into the mold to disperse the powder particles in the matrix metal. A method for producing a low-volume-ratio particle-dispersed composite material, wherein the composite material is coagulated.
【請求項2】 密閉された鋳型内に鋳型容積の5〜10
%に相当する体積を持つ粉末粒子を挿入しておき、この
鋳型内にマトリックス金属の溶湯を噴射して、マトリッ
クス金属内に粉末粒子を分散させた後、高圧付加状態の
まま鋳型底部より一方向凝固させることを特徴とする低
体積率粒子分散型複合材料の製造方法。
2. A mold having a volume of 5 to 10 in a closed mold.
% Of the powder particles is inserted into the mold, and the molten metal of the matrix metal is injected into the mold to disperse the powder particles in the matrix metal. A method for producing a low-volume-ratio particle-dispersed composite material, comprising coagulating.
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