JP3112452B2 - 母合金、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の顕微鏡組織改質法及び母合金の製法 - Google Patents
母合金、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の顕微鏡組織改質法及び母合金の製法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ストロンチウムを
含有する母合金、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素
鋳造合金の顕微鏡組織改質法及び母合金の製法に属す
る。
含有する母合金、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素
鋳造合金の顕微鏡組織改質法及び母合金の製法に属す
る。
【０００２】
【従来の技術】ストロンチウムは、共晶及び亜共晶のア
ルミニウム−珪素成分、即ち、珪素含有量が１２.６重
量%未満のアルミニウム−珪素（Al-Si）鋳造合金の優秀
かつ永久的な改質剤として知られている。このように、
ストロンチウムの添加により、共晶相組織を改質して、
非改質合金に通常見られる層状又は針状の板状構造では
なく微細繊維状顕微鏡組織を発生し、その結果、合金の
機械的特性、延性及び衝撃抵抗が改善される。例えば、
米国特許第３４４６１７０号及び同第３５６７４２９
号、カナダ特許第１８２９８１６号明細書並びにアルミ
ニウムに関するケイ・アルカー（K. Alker）他の「Al-S
i鋳造合金に対する永久的改質の知見」第４９(５)号、
第３６２頁〜第３６７頁（１９７２年）を参照された
い。
ルミニウム−珪素成分、即ち、珪素含有量が１２.６重
量%未満のアルミニウム−珪素（Al-Si）鋳造合金の優秀
かつ永久的な改質剤として知られている。このように、
ストロンチウムの添加により、共晶相組織を改質して、
非改質合金に通常見られる層状又は針状の板状構造では
なく微細繊維状顕微鏡組織を発生し、その結果、合金の
機械的特性、延性及び衝撃抵抗が改善される。例えば、
米国特許第３４４６１７０号及び同第３５６７４２９
号、カナダ特許第１８２９８１６号明細書並びにアルミ
ニウムに関するケイ・アルカー（K. Alker）他の「Al-S
i鋳造合金に対する永久的改質の知見」第４９(５)号、
第３６２頁〜第３６７頁（１９７２年）を参照された
い。
【０００３】また、他の合金系でのストロンチウム添加
の利点が見出されている。例えば、モリス（Morris）他
の米国特許第３９２６６９０号に開示されるように、ア
ルミニウム−マグネシウム−珪素合金にストロンチウム
又はカルシウムを０.０１〜０.５%添加すると、合金の
押出特性を改善できる。ハーディ（Hardy）他の米国特
許第４３９４３４８号は、過酸化ストロンチウムを含む
母合金の使用により更に微細な粒状合金を形成できるこ
とを示す。エム・エイチ・ムルツィモグル（M.H. Mulzi
moglu）他の「アルミニウム鍛錬合金のストロンチウム
による金属間化合物相の改質」では、ストロンチウムの
添加により、アルミニウム系列合金６０６１、５１８２
及び１ｘｘｘ（１０００番台）（ASTM）の種々の金属間
化合物相の改質効果が報告されている。
の利点が見出されている。例えば、モリス（Morris）他
の米国特許第３９２６６９０号に開示されるように、ア
ルミニウム−マグネシウム−珪素合金にストロンチウム
又はカルシウムを０.０１〜０.５%添加すると、合金の
押出特性を改善できる。ハーディ（Hardy）他の米国特
許第４３９４３４８号は、過酸化ストロンチウムを含む
母合金の使用により更に微細な粒状合金を形成できるこ
とを示す。エム・エイチ・ムルツィモグル（M.H. Mulzi
moglu）他の「アルミニウム鍛錬合金のストロンチウム
による金属間化合物相の改質」では、ストロンチウムの
添加により、アルミニウム系列合金６０６１、５１８２
及び１ｘｘｘ（１０００番台）（ASTM）の種々の金属間
化合物相の改質効果が報告されている。
【０００４】「母合金」は、中間合金又はマスターアロ
イともいわれる。母合金は、ある金属と金属とを溶解さ
せて、所期の合金を作るとき、所定の組成範囲まで一方
の金属を他方の金属により薄めるために添加される合金
である。例えば、合金製造のとき、アルミニウムに溶解
し難い金属を直接アルミニウムに添加すると、溶解が相
当困難であるが、アルミニウムとその金属の中間合金を
作り、中間金属を所要分量だけアルミニウム中に添加す
ると、アルミニウム中にその金属を容易に溶解できる上
に均等な合金を得ることができる。
イともいわれる。母合金は、ある金属と金属とを溶解さ
せて、所期の合金を作るとき、所定の組成範囲まで一方
の金属を他方の金属により薄めるために添加される合金
である。例えば、合金製造のとき、アルミニウムに溶解
し難い金属を直接アルミニウムに添加すると、溶解が相
当困難であるが、アルミニウムとその金属の中間合金を
作り、中間金属を所要分量だけアルミニウム中に添加す
ると、アルミニウム中にその金属を容易に溶解できる上
に均等な合金を得ることができる。
【０００５】しかしながら、ストロンチウムの添加には
困難が伴う。一般にストロンチウムは母合金の形態で合
金に添加される。純粋な金属ストロンチウムを使用する
と、湿潤環境で容易に酸化し、酸化物層が存在すると所
望の溶融物へのストロンチウムの溶解速度が抑制される
制限を受ける。
困難が伴う。一般にストロンチウムは母合金の形態で合
金に添加される。純粋な金属ストロンチウムを使用する
と、湿潤環境で容易に酸化し、酸化物層が存在すると所
望の溶融物へのストロンチウムの溶解速度が抑制される
制限を受ける。
【０００６】現在の慣行では、母合金を含むストロンチ
ウムを用いて、ストロンチウムを前記の合金に添加する
ことが多い。ストロンチウム−珪素を含む粉末成形体は
米国特許第４１０８６４６号に開示されている。イギリ
ス特許第１５２０６７３号はアルミニウム−珪素−スト
ロンチウムの母合金を開示する。ストロンチウム−珪素
−アルミニウム母合金は米国特許第４００９０２６号に
開示される。米国特許第４９３７０４４号はストロンチ
ウム−マグネシウム−アルミニウム母合金を示す。アル
ミニウム−珪素合金の改質に使用するストロンチウム含
有母合金は、殆ど二元のアルミニウム−ストロンチウム
母合金の形態で製造される。しかしながら、これらは不
利益を有し、また、他の合金系も不利益を有する。
ウムを用いて、ストロンチウムを前記の合金に添加する
ことが多い。ストロンチウム−珪素を含む粉末成形体は
米国特許第４１０８６４６号に開示されている。イギリ
ス特許第１５２０６７３号はアルミニウム−珪素−スト
ロンチウムの母合金を開示する。ストロンチウム−珪素
−アルミニウム母合金は米国特許第４００９０２６号に
開示される。米国特許第４９３７０４４号はストロンチ
ウム−マグネシウム−アルミニウム母合金を示す。アル
ミニウム−珪素合金の改質に使用するストロンチウム含
有母合金は、殆ど二元のアルミニウム−ストロンチウム
母合金の形態で製造される。しかしながら、これらは不
利益を有し、また、他の合金系も不利益を有する。
【０００７】従って、例えば、低温用途の遅い溶融速度
又は溶解速度によって、前記母合金の使用は常に阻害さ
れる。許容可能な溶解速度及びストロンチウム回復を達
成するため、以下に例示する母合金は、７２５℃を超え
る溶融温度での添加が必要と言われている。 (1) ストロンチウム１０重量%及びアルミニウム９０重
量%を含む母合金 (2) ストロンチウム１０重量%、珪素１４重量%及びア
ルミニウム７６重量%を含む母合金 (3) ストロンチウム９０重量%及びアルミニウム１０重
量%を含む母合金 (4) ストロンチウム４０重量%、アルミニウム３５重量
%及びマグネシウム２５重量%を含む母合金
又は溶解速度によって、前記母合金の使用は常に阻害さ
れる。許容可能な溶解速度及びストロンチウム回復を達
成するため、以下に例示する母合金は、７２５℃を超え
る溶融温度での添加が必要と言われている。 (1) ストロンチウム１０重量%及びアルミニウム９０重
量%を含む母合金 (2) ストロンチウム１０重量%、珪素１４重量%及びア
ルミニウム７６重量%を含む母合金 (3) ストロンチウム９０重量%及びアルミニウム１０重
量%を含む母合金 (4) ストロンチウム４０重量%、アルミニウム３５重量
%及びマグネシウム２５重量%を含む母合金
【０００８】更に、例えばストロンチウム９０重量%及
びアルミニウム１０重量%等の高濃度のα相ストロンチ
ウムを含む母合金と同様に、純粋な金属ストロンチウム
は、大気中で極めて反応性に富み、母合金の酸化及び劣
化を防止する特殊包装を必要とする。通常、６６０℃の
液相線温度を有するアルミニウムであるこの特殊包装
は、低温での母合金の溶融速度又は溶解速度をより一層
阻害する。
びアルミニウム１０重量%等の高濃度のα相ストロンチ
ウムを含む母合金と同様に、純粋な金属ストロンチウム
は、大気中で極めて反応性に富み、母合金の酸化及び劣
化を防止する特殊包装を必要とする。通常、６６０℃の
液相線温度を有するアルミニウムであるこの特殊包装
は、低温での母合金の溶融速度又は溶解速度をより一層
阻害する。
【０００９】非鉄金属合金の利用は、溶融金属浴を用い
て極めて低温で行われることが多い。例えば、溶融金属
温度６２０℃は、ダイカスト操作では一般的である。ま
た、アルミニウム５７.５%、亜鉛４１%及び珪素１.５%
を含有するコーティングを施す鋼コーティングライン
は、一般に溶融金属浴温度６００℃で行われる。従っ
て、より低い金属の温度で容易に溶融又は溶解しかつ大
気中で反応せず安定であり、工程上の困難及び特殊保護
包装を必要としないストロンチウム含有母合金の必要性
が産業上極めて大きい。
て極めて低温で行われることが多い。例えば、溶融金属
温度６２０℃は、ダイカスト操作では一般的である。ま
た、アルミニウム５７.５%、亜鉛４１%及び珪素１.５%
を含有するコーティングを施す鋼コーティングライン
は、一般に溶融金属浴温度６００℃で行われる。従っ
て、より低い金属の温度で容易に溶融又は溶解しかつ大
気中で反応せず安定であり、工程上の困難及び特殊保護
包装を必要としないストロンチウム含有母合金の必要性
が産業上極めて大きい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主目
的は、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金系
へのストロンチウム添加剤として使用するストロンチウ
ム含有母合金を提供すること並びに前記母合金を用いて
共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の顕微鏡
組織を改質する方法及び前記母合金の製法を提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、低下した固相線温度及
び溶融金属への急速な溶解速度を有するストロンチウム
母合金及びその製法を提供することにある。本発明の更
に他の目的は、浴温度約７００℃以下及び約６６０℃以
下、更には約６００℃以下で溶融アルミニウム−珪素鋳
造合金に添加する添加法及び母合金を提供することにあ
る。
的は、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金系
へのストロンチウム添加剤として使用するストロンチウ
ム含有母合金を提供すること並びに前記母合金を用いて
共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の顕微鏡
組織を改質する方法及び前記母合金の製法を提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、低下した固相線温度及
び溶融金属への急速な溶解速度を有するストロンチウム
母合金及びその製法を提供することにある。本発明の更
に他の目的は、浴温度約７００℃以下及び約６６０℃以
下、更には約６００℃以下で溶融アルミニウム−珪素鋳
造合金に添加する添加法及び母合金を提供することにあ
る。
【００１１】また、本発明の更に他の目的は、母合金が
比較的高密度であり、溶融浴に添加すると溶融浴の表面
下への沈降を促進して、酸化によるストロンチウムの損
失を最小にできる添加法及び母合金を提供することにあ
る。本発明の別の目的は、湿気及び通常の大気の状態に
曝露されても母合金が酸化及び劣化されない添加法及び
母合金を提供することにある。本発明の更に別の目的
は、母合金が保護包装を必要としない添加法及び母合金
を提供することにある。また、本発明の更に別の目的
は、母合金が一般的なインゴット及びボタン型製品に鋳
造できると共に、延性が低く更に粒剤又は粉末に加工可
能な添加法及び母合金を提供することにある。更に、本
発明の他の目的は、例えば、(a)インゴット、(b)ボタン
形状、(c)弾丸形状、(d)粒体、(e)粉末、(f)細粒又は粉
末の圧縮成形体又はブリケット、(g)射出成形又は型コ
ーティング用の粉末、(h)コアを有するワイヤ又はロッ
ド等、数多くの形態でアルミニウム−珪素合金に添加で
きる母合金を提供できる添加法及び母合金を提供するこ
とにある。
比較的高密度であり、溶融浴に添加すると溶融浴の表面
下への沈降を促進して、酸化によるストロンチウムの損
失を最小にできる添加法及び母合金を提供することにあ
る。本発明の別の目的は、湿気及び通常の大気の状態に
曝露されても母合金が酸化及び劣化されない添加法及び
母合金を提供することにある。本発明の更に別の目的
は、母合金が保護包装を必要としない添加法及び母合金
を提供することにある。また、本発明の更に別の目的
は、母合金が一般的なインゴット及びボタン型製品に鋳
造できると共に、延性が低く更に粒剤又は粉末に加工可
能な添加法及び母合金を提供することにある。更に、本
発明の他の目的は、例えば、(a)インゴット、(b)ボタン
形状、(c)弾丸形状、(d)粒体、(e)粉末、(f)細粒又は粉
末の圧縮成形体又はブリケット、(g)射出成形又は型コ
ーティング用の粉末、(h)コアを有するワイヤ又はロッ
ド等、数多くの形態でアルミニウム−珪素合金に添加で
きる母合金を提供できる添加法及び母合金を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では、前記の目的
及び利点を容易に達成できることが判明した。共晶及び
亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の共晶成分を改質
する本発明の母合金は、ストロンチウム２０〜８０重量
%、好ましくは３０〜４０重量%と、残部亜鉛及び不純物
とから成る。本明細書では、百分率は全て重量基準とす
る。本発明の実施の形態では、アルミニウム、銅及びこ
れらの混合物から成る群より選択される各酸化抑制剤
０.０１〜２.０重量%、好ましくは０.１〜０.５重量%を
含む。アルミニウム−珪素鋳造合金は、温度６００℃以
下で溶融しかつ溶解する。本発明によるアルミニウム−
珪素鋳造合金の顕微鏡組織改質法は、共晶成分を含むア
ルミニウム−珪素合金の溶融物を準備する工程と、スト
ロンチウム２０〜８０%と、残部亜鉛及び不純物とから
成る母合金をアルミニウム−珪素合金に添加し、微細繊
維状顕微鏡組織を形成して共晶成分を改質する工程とを
含む。本発明の実施の形態では、母合金は、アルミニウ
ム、銅及びこれらの混合物から成る群より選択された各
酸化抑制剤０.０１〜２.０重量%を含む。アルミニウム
ベースの鋳造合金又は鍛錬合金の溶融金属浴に母合金を
添加して顕微鏡組織を改質する工程を含んでもよい。
及び利点を容易に達成できることが判明した。共晶及び
亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の共晶成分を改質
する本発明の母合金は、ストロンチウム２０〜８０重量
%、好ましくは３０〜４０重量%と、残部亜鉛及び不純物
とから成る。本明細書では、百分率は全て重量基準とす
る。本発明の実施の形態では、アルミニウム、銅及びこ
れらの混合物から成る群より選択される各酸化抑制剤
０.０１〜２.０重量%、好ましくは０.１〜０.５重量%を
含む。アルミニウム−珪素鋳造合金は、温度６００℃以
下で溶融しかつ溶解する。本発明によるアルミニウム−
珪素鋳造合金の顕微鏡組織改質法は、共晶成分を含むア
ルミニウム−珪素合金の溶融物を準備する工程と、スト
ロンチウム２０〜８０%と、残部亜鉛及び不純物とから
成る母合金をアルミニウム−珪素合金に添加し、微細繊
維状顕微鏡組織を形成して共晶成分を改質する工程とを
含む。本発明の実施の形態では、母合金は、アルミニウ
ム、銅及びこれらの混合物から成る群より選択された各
酸化抑制剤０.０１〜２.０重量%を含む。アルミニウム
ベースの鋳造合金又は鍛錬合金の溶融金属浴に母合金を
添加して顕微鏡組織を改質する工程を含んでもよい。
【００１３】共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造
合金の共晶成分を改質する本発明による母合金の製法
は、アルミニウム、銅及びこれらの混合物から成る群よ
り選択された各酸化抑制剤０.０１〜２.０重量%並びに
亜鉛を含む溶融金属浴を準備する工程と、酸化抑制剤及
び必要量のストロンチウムを溶融金属浴に添加して酸化
による損失を減少しながら、ストロンチウム２０〜８０
重量%、残部亜鉛及び不純物とから成る母合金を製造す
る工程とを含む。酸化抑制剤の添加後、溶融金属浴にス
トロンチウムを添加する工程、酸化抑制剤０.１〜０.５
重量%を供給する工程又はストロンチウムの添加後、亜
鉛含有量の一部を添加して溶融物を鋳造温度まで急冷す
る工程を含んでもよい。本発明の更なる目的及び利点
は、以下の説明より明らかとなろう。
合金の共晶成分を改質する本発明による母合金の製法
は、アルミニウム、銅及びこれらの混合物から成る群よ
り選択された各酸化抑制剤０.０１〜２.０重量%並びに
亜鉛を含む溶融金属浴を準備する工程と、酸化抑制剤及
び必要量のストロンチウムを溶融金属浴に添加して酸化
による損失を減少しながら、ストロンチウム２０〜８０
重量%、残部亜鉛及び不純物とから成る母合金を製造す
る工程とを含む。酸化抑制剤の添加後、溶融金属浴にス
トロンチウムを添加する工程、酸化抑制剤０.１〜０.５
重量%を供給する工程又はストロンチウムの添加後、亜
鉛含有量の一部を添加して溶融物を鋳造温度まで急冷す
る工程を含んでもよい。本発明の更なる目的及び利点
は、以下の説明より明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明では、母合金は、ストロン
チウム２０〜８０%、好ましくは３０〜４０%を含む。更
に望ましくは、母合金は、アルミニウム及び／又は銅
０.０１〜２.０%、好ましくはアルミニウム及び／又は
銅０.１〜０.５%を含む。特殊包装がない場合に、スト
ロンチウムを４０%以上含有するストロンチウム−亜鉛
母合金は大気と反応して徐々に劣化する。ストロンチウ
ム含有率２０%未満及び３０%未満のストロンチウム−亜
鉛母合金は、液相線及び固相線の温度特性を増大する。
アルミニウム及び／又は銅の添加により、母合金の製造
中及び鋳造中に酸化及び金属滓の生成を最小にし、母合
金の大気との反応性を最小にし、劣化防止用の特殊保護
包装を必要としない。溶融金属浴に本発明の母合金を添
加することにより、例えばアルミニウムベース合金の顕
微鏡組織を改質することができる。
チウム２０〜８０%、好ましくは３０〜４０%を含む。更
に望ましくは、母合金は、アルミニウム及び／又は銅
０.０１〜２.０%、好ましくはアルミニウム及び／又は
銅０.１〜０.５%を含む。特殊包装がない場合に、スト
ロンチウムを４０%以上含有するストロンチウム−亜鉛
母合金は大気と反応して徐々に劣化する。ストロンチウ
ム含有率２０%未満及び３０%未満のストロンチウム−亜
鉛母合金は、液相線及び固相線の温度特性を増大する。
アルミニウム及び／又は銅の添加により、母合金の製造
中及び鋳造中に酸化及び金属滓の生成を最小にし、母合
金の大気との反応性を最小にし、劣化防止用の特殊保護
包装を必要としない。溶融金属浴に本発明の母合金を添
加することにより、例えばアルミニウムベース合金の顕
微鏡組織を改質することができる。
【００１５】本発明の母合金は、特に共晶及び亜共晶の
アルミニウム−珪素鋳造合金のアルミニウム−珪素共晶
成分を改質し、更にアルミニウム−亜鉛−珪素合金の珪
素共晶相を改質する。このように、共晶成分を改質し
て、微細繊維状顕微鏡組織を形成できる。更に、アルミ
ニウムベースの鍛錬合金及び鋳造合金では、本発明の母
合金は、板状のβ-Al5FeSi相を中国文字状のα-Al8Fe2S
i相へ改質し、Mg2Si相の組織を中国文字状から針状へ変
化させる。また、第二のアルミニウム鋳造合金では、本
発明の母合金は、これらの合金中に含まれる複合鉄担持
（Fe-bearing）金属間化合物相、即ちスラッジ（沈殿）
粒子のサイズを減少する。更に、本発明の母合金は、マ
グネシウムベース合金の粒度（粒径）を減少しかつ収縮
微小孔を凝縮・集中化させる。
アルミニウム−珪素鋳造合金のアルミニウム−珪素共晶
成分を改質し、更にアルミニウム−亜鉛−珪素合金の珪
素共晶相を改質する。このように、共晶成分を改質し
て、微細繊維状顕微鏡組織を形成できる。更に、アルミ
ニウムベースの鍛錬合金及び鋳造合金では、本発明の母
合金は、板状のβ-Al5FeSi相を中国文字状のα-Al8Fe2S
i相へ改質し、Mg2Si相の組織を中国文字状から針状へ変
化させる。また、第二のアルミニウム鋳造合金では、本
発明の母合金は、これらの合金中に含まれる複合鉄担持
（Fe-bearing）金属間化合物相、即ちスラッジ（沈殿）
粒子のサイズを減少する。更に、本発明の母合金は、マ
グネシウムベース合金の粒度（粒径）を減少しかつ収縮
微小孔を凝縮・集中化させる。
【００１６】本発明の製法では、ストロンチウム２０〜
８０%と、残部亜鉛及び不純物とから成る母合金は、亜
鉛を含む溶融金属浴を準備してアルミニウム及び／又は
銅の０.０１〜２.０%を添加し、ストロンチウムの必要
量を溶融金属浴に添加して製造される。望ましくは、ス
トロンチウムの添加前に、アルミニウム及び／又は銅を
溶融金属浴に添加する。
８０%と、残部亜鉛及び不純物とから成る母合金は、亜
鉛を含む溶融金属浴を準備してアルミニウム及び／又は
銅の０.０１〜２.０%を添加し、ストロンチウムの必要
量を溶融金属浴に添加して製造される。望ましくは、ス
トロンチウムの添加前に、アルミニウム及び／又は銅を
溶融金属浴に添加する。
【００１７】前記手順では、溶融物の頂部の酸化を抑制
しかつ酸化によるストロンチウムの損失を減少すると有
利である。また、合金の鋳造時、本発明による工程によ
って反応生成物の表面上の酸化を更に抑制し、殆ど酸化
物の無い凝固体を形成できることが判明した。これらは
重要な利点である。
しかつ酸化によるストロンチウムの損失を減少すると有
利である。また、合金の鋳造時、本発明による工程によ
って反応生成物の表面上の酸化を更に抑制し、殆ど酸化
物の無い凝固体を形成できることが判明した。これらは
重要な利点である。
【００１８】本発明の特徴及び利点は、下記の例１〜例
５から容易に明らかとなろう。
５から容易に明らかとなろう。
【例１】［母合金の製造］以下、例１として、本発明に
よる母合金の製法の例を示す。例１では、ストロンチウ
ムの含有量は２０〜８０%であり、ストロンチウム、亜
鉛、アルミニウム及び銅の含有量は下記に示す通りであ
る。必要量の亜鉛を炉内で溶融した溶融物にアルミニウ
ム又は銅０.０１〜２.０%を添加した。炉温度を約５４
０℃に調節した。更に、過大な酸化及び金属滓生成から
溶融物を保護する不活性ガスを使用する炉に気体蓋を取
り付けた。必要量の金属ストロンチウムを徐々にかつ増
量しながら溶融物に添加し、溶融物を撹拌して均質化し
た。炉温度を約６５０℃に調節した。例えば、弾丸形
状、ボタン形状、インゴットその他の所望の製品形態に
母合金を鋳造した。好適な組成の母合金は脆いため、更
に、公知の方法を用いて粉末又は細粒に加工してもよ
い。同様に、粉末又は細粒を圧縮成形体若しくはブリケ
ット又はコアを有するワイヤ若しくはロッドの製品形態
に更に加工してもよい。別法として、所望により亜鉛含
有量の一部を残して合金化手順の最後に添加して溶融物
を鋳造温度まで急冷してもよい。
よる母合金の製法の例を示す。例１では、ストロンチウ
ムの含有量は２０〜８０%であり、ストロンチウム、亜
鉛、アルミニウム及び銅の含有量は下記に示す通りであ
る。必要量の亜鉛を炉内で溶融した溶融物にアルミニウ
ム又は銅０.０１〜２.０%を添加した。炉温度を約５４
０℃に調節した。更に、過大な酸化及び金属滓生成から
溶融物を保護する不活性ガスを使用する炉に気体蓋を取
り付けた。必要量の金属ストロンチウムを徐々にかつ増
量しながら溶融物に添加し、溶融物を撹拌して均質化し
た。炉温度を約６５０℃に調節した。例えば、弾丸形
状、ボタン形状、インゴットその他の所望の製品形態に
母合金を鋳造した。好適な組成の母合金は脆いため、更
に、公知の方法を用いて粉末又は細粒に加工してもよ
い。同様に、粉末又は細粒を圧縮成形体若しくはブリケ
ット又はコアを有するワイヤ若しくはロッドの製品形態
に更に加工してもよい。別法として、所望により亜鉛含
有量の一部を残して合金化手順の最後に添加して溶融物
を鋳造温度まで急冷してもよい。
【００１９】
【例２】［１２.５%Si-Al合金中のSr-Zn-X母合金の容積
溶解速度］例１の方法によって本発明による一連のSr-Z
n-X合金を製造し、各々の容積溶解速度を評価した。温
度６２５〜６５０℃の１２.５%Si-Al合金について試験
を行った。各母合金を代表する複数の試片をケージに配
置し、その後、溶融物の表面下に浸漬した。一定時間毎
にケージを引き出し、目視観察して溶解の程度を判断し
た。Sr-Zn-X母合金組成に加えて、従来市販されている
二元のストロンチウム母合金及び純粋な金属ストロンチ
ウムを比較に含めた。製品、評価された化学組成及び溶
解に要した時間を表１に示す。
溶解速度］例１の方法によって本発明による一連のSr-Z
n-X合金を製造し、各々の容積溶解速度を評価した。温
度６２５〜６５０℃の１２.５%Si-Al合金について試験
を行った。各母合金を代表する複数の試片をケージに配
置し、その後、溶融物の表面下に浸漬した。一定時間毎
にケージを引き出し、目視観察して溶解の程度を判断し
た。Sr-Zn-X母合金組成に加えて、従来市販されている
二元のストロンチウム母合金及び純粋な金属ストロンチ
ウムを比較に含めた。製品、評価された化学組成及び溶
解に要した時間を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【例３】［１２.５%Si-Al合金中の共晶珪素の改質剤と
してのSr-Zn母合金の性能］ストロンチウム３３重量%及
び亜鉛６７重量%を含む本発明によるSr-Zn母合金を例１
の方法により製造した。珪素１２.５重量%、残部アルミ
ニウムから成る合金を実験室にて準備し、抵抗炉で温度
６５０℃に加熱した。０.０２重量%のストロンチウムの
添加に相当する計算量で母合金をSi-Al溶融物に添加し
た。Al-Si溶融物を２分間保持した後、試片を予熱した
円筒形鋼製型内で鋳造し、公知の金属組織検出法により
共晶珪素改質の程度を評価した。ストロンチウム３４重
量%及び３５重量%を含む本発明のSr-Zn母合金を使用し
てこの手順を繰り返した。前記のSr-Zn組成の各々よ
り、充分に改質された繊維状共晶珪素構造を得た。
してのSr-Zn母合金の性能］ストロンチウム３３重量%及
び亜鉛６７重量%を含む本発明によるSr-Zn母合金を例１
の方法により製造した。珪素１２.５重量%、残部アルミ
ニウムから成る合金を実験室にて準備し、抵抗炉で温度
６５０℃に加熱した。０.０２重量%のストロンチウムの
添加に相当する計算量で母合金をSi-Al溶融物に添加し
た。Al-Si溶融物を２分間保持した後、試片を予熱した
円筒形鋼製型内で鋳造し、公知の金属組織検出法により
共晶珪素改質の程度を評価した。ストロンチウム３４重
量%及び３５重量%を含む本発明のSr-Zn母合金を使用し
てこの手順を繰り返した。前記のSr-Zn組成の各々よ
り、充分に改質された繊維状共晶珪素構造を得た。
【００２２】
【例４】［Al-Si-Cu-Zn合金ダイカスト中の共晶珪素の
改質剤としてのSr-Zn母合金の性能］例１の方法により
ストロンチウム３５重量%及び亜鉛６５重量%を含む本発
明の母合金を重量１３０gのボタン形状に製造し、Al-Si
-Cu-Znダイカスト合金の改質剤として評価した。手順と
して、珪素９.５重量%、銅２.９重量%、亜鉛２.４重量
%、鉄１.０重量%、マグネシウム０.３重量%、残部アル
ミニウムの見かけ上の化学組成を有するAl-Si合金を含
む溶融金属移送ルツボへ母合金を添加した。移送ルツボ
中の溶融金属温度は６７０℃であった。母合金の添加
後、移送ルツボ中の溶融金属を溶融させて脱気した。こ
のサイクルは、２分間の溶融射出と、続いてアルゴンを
用いた１分間の回転脱気とから成り、溶融金属温度が６
５０℃に低下する間の全サイクル時間は３分間であっ
た。その後、コールドチャンバダイカスト機の保持炉に
溶融金属を移した。公知の金属組織検出法により得られ
た鋳造物を調べ、共晶珪素改質の達成の程度を評価し
た。共晶珪素相は、充分に改質され繊維状共晶珪素構造
を示すことが判明した。鋳造物中のストロンチウム含有
量の範囲は０.００７〜０.０１０重量%であった。
改質剤としてのSr-Zn母合金の性能］例１の方法により
ストロンチウム３５重量%及び亜鉛６５重量%を含む本発
明の母合金を重量１３０gのボタン形状に製造し、Al-Si
-Cu-Znダイカスト合金の改質剤として評価した。手順と
して、珪素９.５重量%、銅２.９重量%、亜鉛２.４重量
%、鉄１.０重量%、マグネシウム０.３重量%、残部アル
ミニウムの見かけ上の化学組成を有するAl-Si合金を含
む溶融金属移送ルツボへ母合金を添加した。移送ルツボ
中の溶融金属温度は６７０℃であった。母合金の添加
後、移送ルツボ中の溶融金属を溶融させて脱気した。こ
のサイクルは、２分間の溶融射出と、続いてアルゴンを
用いた１分間の回転脱気とから成り、溶融金属温度が６
５０℃に低下する間の全サイクル時間は３分間であっ
た。その後、コールドチャンバダイカスト機の保持炉に
溶融金属を移した。公知の金属組織検出法により得られ
た鋳造物を調べ、共晶珪素改質の達成の程度を評価し
た。共晶珪素相は、充分に改質され繊維状共晶珪素構造
を示すことが判明した。鋳造物中のストロンチウム含有
量の範囲は０.００７〜０.０１０重量%であった。
【００２３】
【例５】［共晶珪素Al-Zn-Siの改質剤としてのSr-Zn母
合金の性能；鋼コーティング合金］コーティング浴の溶
融金属温度は低い（一般に６００℃付近に維持される）
ため、従来の母合金を用いたAl-Zn-Siコーティングライ
ンへのストロンチウム添加は不可能である。Sr-Zn母合
金の性能を評価するため、アルミニウム５７.５重量%、
亜鉛４１重量%及び珪素１.５重量%を含むAl-Zn-Si合金
を実験室にて準備した。Al-Zn-Si合金を抵抗炉で温度６
００℃に維持した。例１の方法により製造したストロン
チウム２９重量%及び亜鉛７１重量%を含む本発明による
母合金を０.００５重量%のストロンチウムの添加に相当
する計算量でAl-Zn-Si溶融物に添加した。Al-Zn-Si溶融
物をその状態に５分間保持した後、複数の試片を鋳造し
て共晶珪素改質の程度を評価した。０.０１重量%及び
０.０２重量%のストロンチウム添加物に相当する計算量
の母合金添加物に対して前記作業を繰り返した。得られ
た合金の顕微鏡組織に対する金属組織検査により、母合
金の添加前の非改質構造では、共晶珪素は代表的な鋭く
細長い針状組織を示した。前記母合金を添加すると、共
晶珪素の針状組織の特徴は崩壊し始め、更に繊維状構造
となった。ストロンチウムの添加レベル０.０１〜０.０
２重量%で共晶珪素の充分な改質を達成できた。
合金の性能；鋼コーティング合金］コーティング浴の溶
融金属温度は低い（一般に６００℃付近に維持される）
ため、従来の母合金を用いたAl-Zn-Siコーティングライ
ンへのストロンチウム添加は不可能である。Sr-Zn母合
金の性能を評価するため、アルミニウム５７.５重量%、
亜鉛４１重量%及び珪素１.５重量%を含むAl-Zn-Si合金
を実験室にて準備した。Al-Zn-Si合金を抵抗炉で温度６
００℃に維持した。例１の方法により製造したストロン
チウム２９重量%及び亜鉛７１重量%を含む本発明による
母合金を０.００５重量%のストロンチウムの添加に相当
する計算量でAl-Zn-Si溶融物に添加した。Al-Zn-Si溶融
物をその状態に５分間保持した後、複数の試片を鋳造し
て共晶珪素改質の程度を評価した。０.０１重量%及び
０.０２重量%のストロンチウム添加物に相当する計算量
の母合金添加物に対して前記作業を繰り返した。得られ
た合金の顕微鏡組織に対する金属組織検査により、母合
金の添加前の非改質構造では、共晶珪素は代表的な鋭く
細長い針状組織を示した。前記母合金を添加すると、共
晶珪素の針状組織の特徴は崩壊し始め、更に繊維状構造
となった。ストロンチウムの添加レベル０.０１〜０.０
２重量%で共晶珪素の充分な改質を達成できた。
【００２４】本発明は、本発明の精神及び本質的特質か
ら逸脱せずに他の実施の形態又は他の要領でも実施可能
である。従って、本発明の実施の形態はあらゆる意味で
例示であって限定ではなく、本発明の範囲は特許請求の
範囲によって示され、本発明はその意義及び均等の範囲
内にある全ての変更を包含する。
ら逸脱せずに他の実施の形態又は他の要領でも実施可能
である。従って、本発明の実施の形態はあらゆる意味で
例示であって限定ではなく、本発明の範囲は特許請求の
範囲によって示され、本発明はその意義及び均等の範囲
内にある全ての変更を包含する。
【００２５】
【発明の効果】前記のように、本発明では、アルミニウ
ム−珪素合金に添加してアルミニウム−珪素合金の顕微
鏡組織を改質できるストロンチウム含有母合金、母合金
の製法及び添加法が得られる。このストロンチウム母合
金は、下記の特徴を有する。 [１] 浴温度約７００℃以下及び約６６０℃以下、更に
は約６００℃以下で溶融アルミニウム−珪素合金へ添加
でき、低下した固相線温度及び溶融金属への急速な溶解
速度を有する。 [２] 比較的高密度であり、溶融浴に添加すると溶融浴
の表面下への沈降を促進して、酸化によるストロンチウ
ムの損失を最小にできる。 [３] 湿気及び通常の大気の状態に曝露されても母合金
が酸化及び劣化されない。 [４] 保護包装を必要としない。 [５] 一般的なインゴット及びボタン型製品に鋳造でき
ると共に、延性が低く更に粒剤又は粉末に加工できる。 [６] インゴット、ボタン形状、弾丸形状、粒体、粉
末、細粒又は粉末の圧縮成形体又はブリケット、射出成
形又は型コーティング用の粉末、コアを有するワイヤ又
はロッド等、数多くの形態で溶融アルミニウム−珪素合
金へ添加できる。 [７] 溶融浴中に短時間で分散し溶解するため、合金の
製造時間が短縮されると共に、均質なアルミニウム−珪
素合金を得ることができる。 [８] 微細繊維状顕微鏡組織を有するので、合金の機械
的特性、延性及び衝撃抵抗が改善される。
ム−珪素合金に添加してアルミニウム−珪素合金の顕微
鏡組織を改質できるストロンチウム含有母合金、母合金
の製法及び添加法が得られる。このストロンチウム母合
金は、下記の特徴を有する。 [１] 浴温度約７００℃以下及び約６６０℃以下、更に
は約６００℃以下で溶融アルミニウム−珪素合金へ添加
でき、低下した固相線温度及び溶融金属への急速な溶解
速度を有する。 [２] 比較的高密度であり、溶融浴に添加すると溶融浴
の表面下への沈降を促進して、酸化によるストロンチウ
ムの損失を最小にできる。 [３] 湿気及び通常の大気の状態に曝露されても母合金
が酸化及び劣化されない。 [４] 保護包装を必要としない。 [５] 一般的なインゴット及びボタン型製品に鋳造でき
ると共に、延性が低く更に粒剤又は粉末に加工できる。 [６] インゴット、ボタン形状、弾丸形状、粒体、粉
末、細粒又は粉末の圧縮成形体又はブリケット、射出成
形又は型コーティング用の粉末、コアを有するワイヤ又
はロッド等、数多くの形態で溶融アルミニウム−珪素合
金へ添加できる。 [７] 溶融浴中に短時間で分散し溶解するため、合金の
製造時間が短縮されると共に、均質なアルミニウム−珪
素合金を得ることができる。 [８] 微細繊維状顕微鏡組織を有するので、合金の機械
的特性、延性及び衝撃抵抗が改善される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・ビー・フランクリン アメリカ合衆国42413ケンタッキー州ハ ンソン、ハンソン・ロード7565 (56)参考文献 特開 平８−199268（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−67928（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−224344（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−159338（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−134107（ＪＰ，Ａ) 米国特許3466170（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/03 C22C 5/00 - 32/00
Claims (12)
- 【請求項１】 ストロンチウム２０〜８０重量%と、残
部亜鉛及び不純物とから成り、共晶及び亜共晶のアルミ
ニウム−珪素鋳造合金の共晶成分を改質することを特徴
とする母合金。 - 【請求項２】 アルミニウム、銅及びこれらの混合物か
ら成る群より選択される各酸化抑制剤０.０１〜２.０重
量%を含む請求項１に記載の母合金。 - 【請求項３】 酸化抑制剤０.１〜０.５重量%を含む請
求項２に記載の母合金。 - 【請求項４】 ストロンチウム３０〜４０重量%を含む
請求項１に記載の母合金。 - 【請求項５】 アルミニウム−珪素鋳造合金は、温度６
００℃以下で溶融しかつ溶解する請求項１に記載の母合
金。 - 【請求項６】 共晶成分を含むアルミニウム−珪素合金
の溶融物を準備する工程と、ストロンチウム２０〜８０
%と、残部亜鉛及び不純物とから成る母合金をアルミニ
ウム−珪素合金に添加し、微細繊維状顕微鏡組織を形成
して共晶成分を改質する工程とを含むことを特徴とする
アルミニウム−珪素鋳造合金の顕微鏡組織改質法。 - 【請求項７】 母合金は、アルミニウム、銅及びこれら
の混合物から成る群より選択された各酸化抑制剤０.０
１〜２.０重量%を含む請求項６に記載の顕微鏡組織改質
法。 - 【請求項８】 アルミニウムベースの鋳造合金又は鍛錬
合金の溶融金属浴に母合金を添加して顕微鏡組織を改質
する工程を含む請求項６に記載の顕微鏡組織改質法。 - 【請求項９】 アルミニウム、銅及びこれらの混合物か
ら成る群より選択された各酸化抑制剤０.０１〜２.０重
量%並びに亜鉛を含む溶融金属浴を準備する工程と、必
要量のストロンチウムを溶融金属浴に添加して酸化によ
る損失を減少しながら、ストロンチウム２０〜８０重量
%、残部亜鉛及び不純物とから成る母合金を製造する工
程とを含むことを特徴とする共晶及び亜共晶のアルミニ
ウム−珪素鋳造合金の共晶成分を改質する母合金の製
法。 - 【請求項１０】 酸化抑制剤の添加後、溶融金属浴にス
トロンチウムを添加する工程を含む請求項９に記載の母
合金の製法。 - 【請求項１１】 酸化抑制剤０.１〜０.５重量%を供給
する工程を含む請求項９又は１０に記載の母合金の製
法。 - 【請求項１２】 ストロンチウムの添加後、亜鉛含有量
の一部を添加して溶融物を鋳造温度まで急冷する工程を
含む請求項９に記載の母合金の製法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US09/093506 | 1998-06-08 | ||
| US09/093,506 US6042660A (en) | 1998-06-08 | 1998-06-08 | Strontium master alloy composition having a reduced solidus temperature and method of manufacturing the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11159294A Expired - Lifetime JP3112452B2 (ja) | 1998-06-08 | 1999-06-07 | 母合金、共晶及び亜共晶のアルミニウム−珪素鋳造合金の顕微鏡組織改質法及び母合金の製法 |
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| GB8922487D0 (en) * | 1989-10-05 | 1989-11-22 | Shell Int Research | Aluminium-strontium master alloy |
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-
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