JP4726011B2 - Method for producing metal matrix composite material, method for producing metal matrix composite material member, and stirring device - Google Patents

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Description

この発明は、純金属または合金(以下、単に金属という)に強化材を分散させた粒状または片状の金属基複合材料の製造方法および該金属基複合材料を用いた部材の製造方法ならびに前記金属基複合材料の製造方法に好適に用いられる撹拌装置に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a granular or piece-like metal matrix composite in which a reinforcing material is dispersed in a pure metal or an alloy (hereinafter simply referred to as metal), a method for producing a member using the metal matrix composite, and the metal The present invention relates to a stirrer suitably used in a method for producing a matrix composite material.

従来、金属をマトリックスとした複合材料製の部品を作製する方法として、あらかじめ成形した強化材のプリフォームを準備し、これに溶融金属を含浸させる方法が知られている。たとえば特許文献1には、TiO粒子を加圧成形したプリフォームに溶融Alを加圧浸透させて、TiO/Al複合材料を製造する方法が示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for producing a composite-material part using a metal as a matrix, a method is known in which a preformed reinforcement preform is prepared and impregnated with molten metal. For example, Patent Document 1 discloses a method of manufacturing a TiO 2 / Al composite material by pressure-infiltrating molten Al into a preform obtained by press-forming TiO 2 particles.

また、金属をマトリックスとした複合材料製の部品を作製する別の方法として、粉末冶金的な方法が知られている。この方法では、金属粉末と強化材粉末とを混合し、ホットプレスなどで圧縮焼結し、さらにこの焼結体に押出し、鍛造、圧延、などの塑性加工を加えることにより、複合材料を作るものである。非特許文献1には、AlマトリックスにSiC粒子を粉末冶金により製造した例が紹介されている。
特開2005-334953号公報 「複合材料活用事典」、日本複合材料学会編(産業調査会発行)、2001年4月20日(初版第1刷)、752〜764ページ
As another method for producing a composite part made of metal as a matrix, a powder metallurgical method is known. In this method, a metal powder and a reinforcing material powder are mixed, compressed and sintered with a hot press, etc., and further extruded into this sintered body, and subjected to plastic working such as forging and rolling to make a composite material. It is. Non-Patent Document 1 introduces an example in which SiC particles are manufactured on an Al matrix by powder metallurgy.
JP 2005-334953 A “Composite Materials Use Dictionary”, edited by Japan Society for Composite Materials (published by Industry Research Council), April 20, 2001 (first edition, first print), pages 752-764

しかし、上記のようなプリフォームを用いる従来方法では、プリフォームの形成という工程が必要であり、コストアップの要因となる。また、この方法では、必要とされる複雑な形状や寸法精度や表面精度を得ることが容易ではなく、適用できる製品に限界がある。また、プリフォームへの溶融金属の含浸は、時間のかかる工法であり、工業的な生産手段としては生産性に劣るという問題点がある。
また、粉末冶金的手法は、たとえばマグネシウム合金に適用しようとすると、粉末が粉塵爆発を引き起こす危険性が大きいため、マグネシウム基複合材料の製造に適用するのは困難である、という問題点がある。
However, the conventional method using the preform as described above requires a step of forming a preform, which causes an increase in cost. Also, with this method, it is not easy to obtain the required complex shape, dimensional accuracy, and surface accuracy, and there are limits to the products that can be applied. Moreover, impregnation of molten metal into a preform is a time-consuming construction method, and there is a problem that productivity is inferior as an industrial production means.
Further, when the powder metallurgical method is applied to, for example, a magnesium alloy, there is a problem that it is difficult to apply the method to the production of a magnesium-based composite material because the powder has a high risk of causing a dust explosion.

この発明は、上記のような従来の技術の問題点を解決するためになされたものである。
本発明では、第一に、マトリックスとなる金属に、複合強化材(粉末・粒子・繊維)を均一に分散させた粒状または片状の原料を効率よく製造する方法を提供することを目的としている。
第二に、そのようにして製造された粒状原料を用いて、金属基複合材料部品を、生産性良く製造することを可能にする方法を提供することを目的としている。
第三に、上記金属溶湯に強化材を均等に分散させるのに好適な撹拌装置を提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art.
In the present invention, firstly, an object is to provide a method for efficiently producing a granular or flake shaped raw material in which a composite reinforcing material (powder / particle / fiber) is uniformly dispersed in a matrix metal. .
Secondly, an object of the present invention is to provide a method that makes it possible to produce metal matrix composite parts with high productivity by using the granular raw material thus produced.
Thirdly, an object of the present invention is to provide a stirring device suitable for uniformly dispersing a reinforcing material in the molten metal.

すなわち、請求項1記載の金属基複合材料の製造方法の発明は、坩堝内で、溶融した金属(合金を含む。以下同様)と強化材とを、上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備える撹拌装置を用いて、回転と上下動とを含む撹拌によって混合し、前記強化材が分散した溶融金属を急冷して箔帯形状に凝固させ、該箔帯を粉砕して粒状または片状にすることを特徴とする。
That is, the invention of the method for producing a metal matrix composite material according to claim 1 includes a rotating shaft capable of moving a molten metal (including an alloy; the same applies hereinafter) and a reinforcing material up and down in a crucible, and the rotating shaft. Rotation and vertical movement using a stirring device having a plurality of stirring blades fixed to each other and having different twist angles, and a vertical stirring plate fixed to the rotating shaft and having a plate surface extending in the lateral direction. Mixing by stirring, the molten metal in which the reinforcing material is dispersed is rapidly cooled and solidified into a foil strip shape, and the foil strip is pulverized into a granular or flake shape.

請求項2記載の金属基複合材料の製造方法の発明は、請求項1記載の発明において、前記箔帯が厚さ0.01〜2.5mmであることを特徴とする。   An invention of a method for producing a metal matrix composite material according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the foil strip has a thickness of 0.01 to 2.5 mm.

請求項3記載の金属基複合材料の製造方法の発明は、坩堝内で、溶融した金属と強化材とを、上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備える撹拌装置を用いて、回転と上下動とを含む撹拌によって混合し、前記強化材が分散した溶融金属を飛散・急冷させて粒状または片状に凝固させることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a metal matrix composite material comprising: a rotating shaft capable of vertically moving molten metal and a reinforcing material in a crucible ; and a plurality of rotating shafts fixed to the rotating shaft and having different twist angles. The stirrer blades and a vertical stirring plate fixed to the rotary shaft and having a plate surface along the lateral direction are mixed by stirring including rotation and vertical movement, and the reinforcing material is dispersed. The molten metal is dispersed and rapidly cooled to solidify in a granular or piece form.

請求項4記載の金属基複合材料の製造方法の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、前記強化材の量が、前記金属基複合材料に対し、体積百分率で0.5%〜40%であることを特徴とする。   The invention of the method for producing a metal matrix composite material according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of the reinforcing material is 0.00% by volume with respect to the metal matrix composite material. It is characterized by being 5% to 40%.

請求項5記載の金属基複合材料の製造方法の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の発明において、前記坩堝内での撹拌、混合を行う温度を、前記金属の融点(液相線温度) から +250℃の範囲内とすることを特徴とする。 The invention of the method for producing a metal matrix composite material according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature at which stirring and mixing in the crucible is performed is the melting point of the metal (liquid phase). Line temperature) It is characterized by being in the range of T L to T L + 250 ° C.

請求項6記載の金属基複合材料部材の製造方法の発明は、請求項1〜5のいずれかの方法により製造され、強化材が分散して含まれている粒状または片状の金属基複合材料を用いて、前記金属が液相の状態、または前記金属の固相を含む状態で射出成形することを特徴とする。   An invention of a method for producing a metal matrix composite material member according to claim 6 is a granular or piece-like metal matrix composite material produced by any one of claims 1 to 5 and containing a reinforcing material dispersed therein. The metal is injection molded in a liquid phase state or in a state containing a solid phase of the metal.

請求項7記載の金属基複合材料部材の製造方法の発明は、請求項1〜5のいずれかの方法により製造され、強化材が分散して含まれている粒状または片状の金属基複合材料を用いて、前記金属の固相を含む状態で押出し成形することを特徴とする。   The invention of the method for producing a metal matrix composite material member according to claim 7 is a granular or flake metal matrix composite material produced by any one of claims 1 to 5 and containing a reinforcing material dispersed therein. And extrusion molding in a state including the solid phase of the metal.

請求項8記載の金属基複合材料部材の製造方法の発明は、請求項7記載の発明において、前記金属の固相が、全金属に対し体積率で30〜100%であることを特徴とする。   The invention of the metal matrix composite material member according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the solid phase of the metal is 30 to 100% by volume with respect to the total metal. .

請求項9記載の撹拌装置の発明は、上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備えることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an agitating device comprising: a rotary shaft capable of moving up and down; a plurality of stirring blades fixed to the rotary shaft and having different twist angles; a plate fixed to the rotary shaft and extending in a lateral direction; And an upper and lower stirring plate having a surface.

請求項10記載の撹拌装置の発明は、請求項9記載の発明において、前記上下撹拌板は、上方または/および下方に沿った囲い面を有する囲い部を有することを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, the upper and lower stirring plates have an enclosure portion having an enclosure surface along the upper side and / or the lower side.

請求項11記載の撹拌装置の発明は、請求項9または10記載の発明において、異なるひねり角の前記撹拌翼は、軸方向位置を異にして回転軸に固定されていることを特徴とする。   The invention of claim 11 is characterized in that, in the invention of claim 9 or 10, the stirring blades having different twist angles are fixed to the rotating shaft at different axial positions.

請求項12記載の撹拌装置の発明は、請求項9〜11のいずれかに記載の発明において、前記上下撹拌板に気泡抜き穴が形成されていることを特徴とする。   The invention of a stirring device according to a twelfth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the ninth to eleventh aspects, a bubble vent is formed in the upper and lower stirring plates.

本発明の金属基複合材料の製造方法によれば、坩堝において金属溶湯と強化材とが回転と上下動を含む撹拌によって比重の異なる金属溶湯と強化材とが効果的に撹拌され、強化材が均等に分散した金属溶湯が得られ、その後、急冷凝固による箔帯の形成、粉砕や飛散・凝固によって粒状または片状の金属基複合材料が得られる。
なお、強化材の混合は、金属および強化材の全体に対し、体積百分率で0.5%〜40%とするのが望ましい。これは混合比率が0.5%未満では、複合材料全体における強化材の分布を均一に保つのが困難になり、また一方、混合比率が40%を越えると、溶湯の流動性が低下し、ノズルからスムーズに噴射できなくなる、という弊害があるためである。
なお、上記撹拌・混合の際に、金属溶湯は、金属の融点(液相線温度)TからT+250℃の範囲内の温度とするのが望ましい。T未満であると、部分的に固相が生じ、強化粒子の分散を妨げるという弊害があり、温度がT+250℃以上になると、金属の気化が激しくなるという弊害があるためである。
According to the method for producing a metal matrix composite material of the present invention, the molten metal and the reinforcing material having different specific gravities are effectively agitated by the agitation including rotation and vertical movement in the crucible. An evenly dispersed molten metal is obtained, and then a granular or piece-like metal matrix composite is obtained by forming a foil strip by rapid solidification, pulverization, scattering, and solidification.
In addition, as for mixing of a reinforcing material, it is desirable to set it as 0.5 to 40% by volume percentage with respect to the metal and the whole reinforcing material. If the mixing ratio is less than 0.5%, it becomes difficult to keep the distribution of the reinforcing material uniform in the entire composite material. On the other hand, if the mixing ratio exceeds 40%, the fluidity of the molten metal decreases, This is because there is an adverse effect that the nozzle cannot be smoothly injected.
In the above stirring and mixing, the molten metal is preferably set to a temperature in the range of the melting point (liquidus temperature) T L to T L + 250 ° C. of the metal. If the temperature is less than T L , a solid phase is partially generated and there is a problem that the dispersion of the reinforcing particles is hindered. If the temperature is T L + 250 ° C. or more, there is a problem that the vaporization of the metal becomes intense.

上記金属溶湯を急冷することで、強化材を均等に分散させたままで金属溶湯を凝固させることができる。金属溶湯の急冷方法は、冷却されたロール間への金属溶湯の流し込みなどによる凝固や、飛散・凝固により行うことができる。本発明の一部では、前者のように急冷凝固によって箔帯を製造する。溶融金属を箔帯とする方法としては、「メルトスピン」や「ストリップキャスト」などの既知の方法がある。本発明でもこれらの方法を用いることができる。箔帯は、粉砕によって粒状、片状とされる。粉砕は、ミルなどにより行うことができ、本発明としては特定のものに限定されない。なお、箔帯は、厚さを0.01〜2.5mmとするのが望ましい。厚さが0.01mmより薄くなると、粉砕したときに微粉末状になって後段の成形プロセスにおける取り扱いが面倒になり、また金属の種類によっては、粉塵爆発などの危険性も増してくる。一方、厚さが2.5mmを越えると、粉砕して粒状原料とするのが困難になるためである。   By rapidly cooling the molten metal, the molten metal can be solidified while the reinforcing material is uniformly dispersed. The method of rapidly cooling the molten metal can be performed by solidification by pouring the molten metal between the cooled rolls or by scattering / solidification. In some parts of the invention, the foil strip is produced by rapid solidification as in the former. As a method of using a molten metal as a foil strip, there are known methods such as “melt spin” and “strip cast”. These methods can also be used in the present invention. The foil strip is granulated and crushed by grinding. The pulverization can be performed by a mill or the like, and the present invention is not limited to a specific one. The foil strip preferably has a thickness of 0.01 to 2.5 mm. If the thickness is less than 0.01 mm, it becomes a fine powder when pulverized, and the handling in the subsequent molding process becomes troublesome, and the risk of dust explosion increases depending on the type of metal. On the other hand, if the thickness exceeds 2.5 mm, it becomes difficult to pulverize it into a granular material.

上記金属および強化材は、金属基複合材料の適用分野などに応じて適宜の材質が選択され、本発明としては、特定の材料に限定されるものではない。ただし、粉体の取り扱いが難しいマグネシウム、マグネシウム合金を上記金属として用いる分野に特に好適である。
強化材は、粉体、粒体、繊維体、片体などを用いることができる。強化材の大きさは本発明としては特に限定されるものではないが、後述するように、金属基複合材料を射出成形や押出し成形に用いるような場合には、良好な成形を可能とするため金属基複合材料の好適な大きさがあるため、これに均等に分散できるように長軸の大きさで1〜1000μmとするのが望ましい。
As the metal and the reinforcing material, appropriate materials are selected according to the application field of the metal matrix composite material, and the present invention is not limited to a specific material. However, it is particularly suitable for the field where magnesium or a magnesium alloy, which is difficult to handle the powder, is used as the metal.
As the reinforcing material, powder, granules, fibers, pieces, and the like can be used. The size of the reinforcing material is not particularly limited in the present invention, but, as will be described later, when a metal matrix composite material is used for injection molding or extrusion molding, it enables good molding. Since there is a suitable size of the metal matrix composite material, it is desirable that the major axis is 1 to 1000 μm so that the metal matrix composite material can be evenly dispersed therein.

また、金属基複合材料は、射出成形や押出し成形に用いるような場合、良好な成形性を確保するため、長軸側が0.5〜10mmの大きさを有するのが望ましい。
本発明の金属基複合材料は、好適には後述する射出成形や押出し成形に用いることができるが、これに限定されるものではなく、プレス固化と塑性変形などによって所望の成形体を得ることができる。該方法では、複合強化材の鍛造品が容易に成形できる、という効果がある。その理由は、粒状原料が急冷により製造されているために結晶粒が微細であり、固相温度域で塑性加工が可能になるためである。
Further, when the metal matrix composite material is used for injection molding or extrusion molding, it is desirable that the major axis side has a size of 0.5 to 10 mm in order to ensure good moldability.
The metal matrix composite material of the present invention can be suitably used for injection molding and extrusion molding, which will be described later, but is not limited thereto, and a desired molded body can be obtained by press solidification and plastic deformation. it can. This method has an effect that a forged product of a composite reinforcing material can be easily formed. The reason is that since the granular raw material is manufactured by rapid cooling, the crystal grains are fine and plastic working is possible in the solid phase temperature range.

また、本発明の金属基複合材料部材の製造方法によれば、上記金属基複合材料を用いて、成形を行うことで、強化材が均等に分散したままで成形を行うことができる。また、急冷状態の組織(微結晶粒)の変質(再結晶)が少なくなり、良好な加工性(伸び、絞り)が維持される。   Moreover, according to the manufacturing method of the metal matrix composite material member of the present invention, molding can be performed while the reinforcing material is uniformly dispersed by molding using the metal matrix composite material. Further, the deterioration (recrystallization) of the rapidly cooled structure (microcrystal grains) is reduced, and good workability (elongation, drawing) is maintained.

また、該金属の固相を含んだ状態で射出成形または押出し成形を行う場合、射出成形では、固相の比率は体積%で50%以下、押出し成形の場合は30〜100%とするのが望ましい。射出成形の場合、50%を超えると合金の流動性が低下し、健全な成形体が得られにくくなり、また、押出し成形の場合、30%未満になると、液相の比率が高くなり、組織の変質が多くなるためである。押出し成形では、上記固相比率に示すように、液相を含まないで固相のみで成形を行うことも可能である。   In addition, when injection molding or extrusion molding is performed in a state including the solid phase of the metal, the ratio of the solid phase is 50% or less by volume in injection molding, and 30 to 100% in the case of extrusion molding. desirable. In the case of injection molding, if it exceeds 50%, the fluidity of the alloy decreases, making it difficult to obtain a sound molded body. In the case of extrusion molding, if it is less than 30%, the liquid phase ratio increases, and the structure This is because there are many alterations. In extrusion molding, as shown in the solid phase ratio, it is possible to perform molding only with a solid phase without including a liquid phase.

また、本発明の撹拌装置によれば、ひねり角が異なる撹拌翼によってねじれを伴った正逆回転がなされ、さらに上下撹拌板によって上下撹拌がなされ、液体を効果的に撹拌することができ、該液体に固形物を含む場合、該固形物を液体中に均等に分散させることができる。
ひねり角が異なる撹拌翼は、回転軸に対し、軸方向に位置をずらして固定することで、それぞれの撹拌翼による回流同士が作用し合って撹拌作用を高める。これに上下撹拌が相乗されることでより均等な撹拌が可能になる。上下撹拌板には、上方または下方に囲い面を有する囲い部を設けることで、上下撹拌がより効果的になされる。なお、囲い面は、周方向において間隙を介して所定の間隔で設けることができる。これにより金属溶湯の上下動と、該間隙から漏れ出す放射状の流れとが重なり合って撹拌作用を高める。なお、上下撹拌板には、気泡抜き穴を設けて上下撹拌板の下降に伴って気泡抜きを可能とするのが好ましい。
Further, according to the stirring device of the present invention, forward and reverse rotation accompanied by twisting is performed by the stirring blades having different twist angles, and further the vertical stirring is performed by the upper and lower stirring plates, whereby the liquid can be effectively stirred, When the liquid contains a solid, the solid can be evenly dispersed in the liquid.
Stirring blades having different twist angles are fixed with their positions shifted in the axial direction with respect to the rotating shaft, so that the gyrations of the respective stirring blades act to enhance the stirring action. Vertical stirring which allows the yo RiHitoshi such agitation that is synergistic. By providing the upper and lower stirring plates with an enclosure having an enclosure surface above or below, the vertical stirring is more effective. Note that the surrounding surfaces can be provided at a predetermined interval via a gap in the circumferential direction. As a result, the vertical movement of the molten metal and the radial flow leaking from the gap overlap to enhance the stirring action. In addition, it is preferable that the upper and lower stirring plates are provided with a bubble releasing hole so that bubbles can be released as the upper and lower stirring plates are lowered.

本発明の撹拌装置は、上記金属基複合材料の製造に好適に用いられる。ただし、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、広い分野において液体を効果的に撹拌するために用いることができ、特に該液体に比重の異なる固形物を分散させる場合に好適に用いられる。
例えば、Mg合金とSiCの微粒子が均一に混合されたMg合金の箔体を得るには、溶解中のMg合金とSiCを上手く混合しなければならない。本発明では、好適には正回転と逆回転が交互にできる回転攪拌に加え上下動の運動の機能を有する攪拌方法と、これに下方向と横方向さらに上下方向に単独かつ総合的に有効な攪拌能力を有する攪拌の組合せで坩堝(又は容器)内に強い乱流を起こし、SiCとMg合金の溶湯を満遍なく均一に混合できる。特に、強攪拌されることで、比重差が大きいものや凝集性が強く偏析しやすいものの混合には有効である。また、Mgは大気中では空気と反応して発火することから真空中や不活性ガス中の攪拌が出来るのが望ましい。
The stirring device of the present invention is suitably used for the production of the metal matrix composite material. However, the application of the present invention is not limited to this, and can be used to effectively stir liquids in a wide range of fields, and particularly preferably used when solids having different specific gravity are dispersed in the liquid. It is done.
For example, in order to obtain a Mg alloy foil body in which Mg alloy and SiC fine particles are uniformly mixed, the Mg alloy and SiC being melted must be mixed well. In the present invention, a stirring method preferably having a function of a vertical motion in addition to rotational stirring capable of alternately rotating forward and reverse, and a single and comprehensively effective in the downward and lateral directions, and further in the vertical direction. A strong turbulent flow is generated in the crucible (or container) by a combination of stirring having stirring ability, and the molten metal of SiC and Mg alloy can be uniformly mixed. In particular, by vigorous stirring, it is effective for mixing those having a large specific gravity difference and those having strong cohesiveness and easily segregating. Further, since Mg reacts with air and ignites in the atmosphere, it is desirable that stirring in a vacuum or an inert gas is possible.

以上説明したように、本発明の金属基複合材料の製造方法によれば、坩堝内で、溶融した金属(合金を含む。以下同様)と強化材とを回転と上下動とを含む撹拌によって混合し、前記強化材が分散した溶融金属を急冷して、箔帯形状に凝固させて該箔帯を粉砕して粒状または片状にするか、前記強化材が分散した溶融金属を飛散・急冷させて粒状または片状に凝固させるので、強化材が均一に分散した粒状原料とすることができる、という効果がある。その理由は、溶湯中で強化材を均一に分散させた状態から急冷凝固させるために、均一分散の状態をそのまま固化することができるからである(通常の凝固にともなう強化材の偏在が避けられる。)。また、箔帯とすることにより、容易に粉砕でき、粒状原料とすることが容易であり、また、飛散・凝固では直ちに粒状原料が得られる。また、強化材が均等に分散した金属基複合材料を効率的かつ安全に製造することができ、複合材料の大きさの管理も容易である。一方、従来法によって強化材を金属溶湯に分散させてインゴットにし、これをチッピングして粒状の金属基複合材料を製造することも考えられるが作業に困難性を伴う上に、マグネシウムなどにおいては取り扱いが難しく、また粒径の管理も難しい。   As described above, according to the method for producing a metal matrix composite material of the present invention, molten metal (including an alloy; the same applies hereinafter) and a reinforcing material are mixed in a crucible by stirring including rotation and vertical movement. Then, the molten metal in which the reinforcing material is dispersed is rapidly cooled and solidified into a foil strip shape, and the foil strip is crushed into a granular or flake shape, or the molten metal in which the reinforcing material is dispersed is scattered and quenched. Therefore, it is possible to obtain a granular raw material in which the reinforcing material is uniformly dispersed. The reason is that the uniform dispersion state can be solidified as it is because it is rapidly solidified from the state in which the reinforcing material is uniformly dispersed in the molten metal (the uneven distribution of the reinforcing material accompanying normal solidification can be avoided). .) Moreover, by using a foil strip, it can be easily pulverized and easily made into a granular material, and a granular material can be obtained immediately by scattering and solidification. Moreover, the metal matrix composite material in which the reinforcing material is uniformly dispersed can be efficiently and safely manufactured, and the size of the composite material can be easily managed. On the other hand, it is conceivable to disperse the reinforcing material in the molten metal by the conventional method to make an ingot, and chipping this to produce a granular metal matrix composite material. It is difficult to manage the particle size.

また、本発明の金属基複合材料部材の製造方法によれば、上記金属基複合材料の製造方法により製造され、強化材が分散して含まれている粒状または片状の金属基複合材料を用いて、前記金属が液相の状態、もしくは固相を含む状態で射出成形し、または固相を含む状態で押出し成形するので、効率的な成形を行うことができる。特に、固相を含む状態で射出成形または押出し成形することで、急冷組織を維持したままでの成形が可能になる。
射出成形では、複雑形状の複合強化材部品がネットシェイプで容易に成形できる、という効果がある。その理由は、粒状原料とすることによって、射出成形機のスクリュ・シリンダによる搬送・可塑化作用が働き、またスクリュの高速前進運動によって金型に射出されるという成形作用が生かされること、および、添加した強化材が原料中に均一に分散しているために、上記の可塑化、及び成形作用に何ら悪影響を及ぼさないからである。
In addition, according to the method for producing a metal matrix composite material member of the present invention, a granular or piece-like metal matrix composite material produced by the above-described metal matrix composite material method and containing a reinforcing material dispersed therein is used. Thus, since the metal is injection-molded in a liquid phase state or a state containing a solid phase, or extrusion-molded in a state containing a solid phase, efficient molding can be performed. In particular, by performing injection molding or extrusion molding in a state including a solid phase, molding while maintaining a rapidly cooled structure becomes possible.
Injection molding has the effect that complex-shaped composite reinforcing material parts can be easily molded with a net shape. The reason is that by using a granular raw material, the conveying and plasticizing action by the screw cylinder of the injection molding machine works, and the molding action of being injected into the mold by the high-speed forward movement of the screw is utilized, and This is because the added reinforcing material is uniformly dispersed in the raw material, and thus does not adversely affect the plasticizing and forming actions.

押出し成形では、複合強化材の押出し品が容易に成形できる、という効果がある。その理由は粒状原料とすることにより、スクリュによる搬送・押出しが可能になるからである。また、粒状原料は急冷により製造されているために結晶粒が微細であり、固相温度域でも押出し加工が可能になるためである。   Extrusion molding has an effect that an extruded product of the composite reinforcing material can be easily molded. The reason is that by using a granular material, it becomes possible to convey and extrude with a screw. Further, since the granular raw material is manufactured by rapid cooling, the crystal grains are fine, and the extrusion process is possible even in the solid phase temperature range.

また、本発明の撹拌装置によれば、上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備えるので、液体に比重の異なる固形物を分散させる際にも効果的な撹拌混合を行って、固形物を液体中に均等に分散させることができる。   According to the stirring device of the present invention, a rotating shaft that can move up and down, a plurality of stirring blades that are fixed to the rotating shaft and have different twist angles, and a plate that is fixed to the rotating shaft and extends in the lateral direction. Since the upper and lower stirring plates having the surfaces are provided, effective stirring and mixing can be performed even when solids having different specific gravities are dispersed in the liquid, so that the solids can be evenly dispersed in the liquid.

以下に、本発明の一実施形態を説明する。
先ず、金属基複合材料の製造方法に用いられる溶解・混合装置について説明する。
溶解・混合装置は、図1に示すように、金属を溶解する坩堝1の周囲に真空容器2が配置されて、真空溶解炉が構成されており、前記坩堝1内を撹拌する撹拌装置3が真空容器2内の真空状態を維持できるように、該容器を貫通して配置されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
First, a dissolution / mixing apparatus used in the method for producing a metal matrix composite material will be described.
As shown in FIG. 1, the melting / mixing apparatus includes a vacuum vessel 2 arranged around a crucible 1 for melting metal to form a vacuum melting furnace, and a stirring device 3 for stirring the crucible 1 includes It arrange | positions through this container so that the vacuum state in the vacuum container 2 can be maintained.

撹拌装置3は、図1に示すように先端に撹拌子が設けられた回転軸30が縦方向に配置されており、該回転軸30は、真空容器2を封止する蓋2aを貫通しており、貫通部にはリニアボールブシュ40が設けられてガスシールされている。真空容器2の上方両外側に縦方向に沿ってガイドバー41、41が固定されており、該ガイドバー41、41に移動台44が 上下に移動可能に取り付けられており、該移動台44に前記回転軸30が回転可能に吊り下げられている。該移動台44には、回転軸30を回転駆動する撹拌用モータ45が設置されている。また、移動台44には昇降用モータ46が設置されており、該昇降用モータ46で移動台44に固定した2対のボールネジに上下の直線運動を与えて、移動台44を昇降させる。なお、移動台44には、バランスウェイト47の自重がスプロケット48によって引き上げ力として加えられており、移動台45および回転軸30、撹拌子の重力が相殺されている。   As shown in FIG. 1, the stirring device 3 has a rotary shaft 30 with a stirring bar provided at the tip thereof arranged in the vertical direction, and the rotary shaft 30 passes through a lid 2 a that seals the vacuum vessel 2. In addition, a linear ball bushing 40 is provided in the penetrating portion and gas-sealed. Guide bars 41 and 41 are fixed along the vertical direction on both upper and outer sides of the vacuum vessel 2, and a moving table 44 is attached to the guide bars 41 and 41 so as to be movable up and down. The rotating shaft 30 is suspended so as to be rotatable. The moving table 44 is provided with a stirring motor 45 that rotationally drives the rotary shaft 30. The moving table 44 is provided with an elevating motor 46. The moving table 44 is moved up and down by applying vertical motion to two pairs of ball screws fixed to the moving table 44 by the elevating motor 46. Note that the weight of the balance weight 47 is applied to the moving table 44 as a lifting force by the sprocket 48, and the gravity of the moving table 45, the rotating shaft 30, and the stirring bar is offset.

次に、撹拌子の詳細な構造を図2に基づいて説明する。
撹拌子は、最下端側に、45度のひねり角で4枚の撹拌翼31が90度間隔で固定されており、該撹拌翼31の上方には、ひねり角を90度にして縦方向に撹拌面を有するようにした4枚の撹拌翼32が90度間隔で固定されている。さらに、撹拌翼32の上方には、円板状の上下撹拌板33が固定されている。該上下撹拌板33の外周縁には、上方に折り返した上方囲い板34と、下方に折り返した下方囲い板35とが囲い面を有する囲い部として、互いに小隙間を介して周方向に沿って交互に設けられている。また、上下撹拌板33には、径方向に沿った複数の気泡抜き穴37…37が周方向に間隔を置いて等間隔で形成されている。
Next, the detailed structure of the stirring bar will be described with reference to FIG.
The stirrer has four stirring blades 31 fixed at 90 ° intervals with a twist angle of 45 degrees on the lowermost end side, and above the stirring blades 31 with a twist angle of 90 degrees in the vertical direction. Four stirring blades 32 having a stirring surface are fixed at intervals of 90 degrees. Further, a disc-shaped upper and lower stirring plate 33 is fixed above the stirring blade 32. On the outer peripheral edge of the upper and lower stirring plate 33, an upper surrounding plate 34 that is folded upward and a lower surrounding plate 35 that is folded downward are enclosed in a circumferential direction through a small gap as a surrounding portion having a surrounding surface. It is provided alternately. The upper and lower stirring plate 33 is formed with a plurality of bubble vents 37 along the radial direction at equal intervals in the circumferential direction.

上記撹拌・混合装置では、撹拌用モータ45によって回転軸を正逆回転することができる。また、昇降用モータ46によって移動台44が回転軸30とともにガイドバー41でガイドされつつ昇降することができる。   In the stirring / mixing device, the rotating shaft can be rotated forward and backward by the stirring motor 45. Further, the moving table 44 can be lifted and lowered while being guided by the guide bar 41 together with the rotary shaft 30 by the lifting motor 46.

次に上記撹拌・混合装置を用いた金属基複合材料の製造方法について説明する。
上記坩堝1内に金属と粉状、粒状または片状の強化材(この実施形態ではSiC)とを収容し、前記金属を金属の融点(液相線温度)TからT+250℃の範囲内に加熱するとともに、真空容器2内を図示しない排気装置で真空排気する。なお、強化材の量は、金属と強化材全体に対し、体積百分率で0.5%〜40%とするのが望ましい。また、強化材の大きさは、長軸の大きさで1〜1000μmとするのが望ましい。
Next, a method for producing a metal matrix composite material using the stirring / mixing apparatus will be described.
The crucible 1 contains a metal and a powdery, granular, or flake-like reinforcing material (SiC in this embodiment), and the metal is in the range of the melting point (liquidus temperature) T L to T L + 250 ° C. The inside of the vacuum vessel 2 is evacuated by an exhaust device (not shown). The amount of the reinforcing material is desirably 0.5% to 40% in volume percentage with respect to the metal and the entire reinforcing material. The size of the reinforcing material is preferably 1 to 1000 μm in terms of the major axis.

上記加熱によって金属は溶解し、該金属溶湯5中に強化材6が存在することになる。この金属溶湯5中に撹拌子が位置するように昇降用モータ46によって回転軸30を下降させる。この位置で撹拌用モータ45で撹拌翼31、32を正逆回転させて金属溶湯5を撹拌する。また、これに加えて昇降モータ46によって回転軸30を上下動させて撹拌位置を変えるとともに、上下撹拌板33によって金属溶湯5を上下撹拌する。なお、撹拌翼31、32の回転と回転軸30の上下動とは同時に行っても良く、また、時機を異にして行っても良い。   The metal is melted by the heating, and the reinforcing material 6 is present in the molten metal 5. The rotary shaft 30 is lowered by the elevating motor 46 so that the stirring bar is positioned in the molten metal 5. At this position, the molten metal 5 is agitated by rotating the agitation blades 31 and 32 forward and backward with the agitation motor 45. In addition to this, the rotary shaft 30 is moved up and down by the lifting motor 46 to change the stirring position, and the molten metal 5 is stirred up and down by the vertical stirring plate 33. Note that the rotation of the stirring blades 31 and 32 and the vertical movement of the rotating shaft 30 may be performed simultaneously, or may be performed at different times.

上記撹拌によって回転方向の角度差がある回流が撹拌翼31、32によって生じ、これを正逆回転することによって金属溶湯5が撹拌される。さらに上下撹拌板33により金属溶湯5が上下移動して効果的に撹拌され、金属溶湯5と比重の異なる強化材5が下方に集積したり、上方側に偏在するのを防止する。なお、上下動に際しては、上方囲い板34、下方囲い板35によって上下撹拌板33の周囲が囲まれることで金属溶湯5の上下動が確実になされる。また、上下動に際しては、上方囲い板34、34間の隙間または下方囲い板35、35間の隙間によって金属溶湯5が一部放射状に移動するので、撹拌作用が高まる。また、上下撹拌板33が下降する際には、下方に位置する金属溶湯5中の気泡が気泡抜き穴37…37によって効果的に上昇、除去される。   Due to the stirring, a rotating flow having an angular difference in the rotation direction is generated by the stirring blades 31 and 32, and the metal melt 5 is stirred by rotating forward and backward. Further, the molten metal 5 is moved up and down by the vertical stirring plate 33 and is effectively stirred, and the reinforcing material 5 having a specific gravity different from that of the molten metal 5 is prevented from accumulating downward or unevenly distributed upward. In the vertical movement, the upper and lower stirring plates 33 are surrounded by the upper enclosure plate 34 and the lower enclosure plate 35, so that the molten metal 5 is reliably moved up and down. Further, in the vertical movement, the molten metal 5 is partially moved radially by the gap between the upper surrounding plates 34, 34 or the gap between the lower surrounding plates 35, 35, so that the stirring action is enhanced. Further, when the upper and lower stirring plate 33 is lowered, the bubbles in the molten metal 5 located below are effectively raised and removed by the bubble removal holes 37.

上記のようにして強化材6が均等に分散した金属溶湯5は、坩堝1から取り出して、例えば急冷されたロール間に流し込んで急冷凝固させ、好適には厚さ0.01〜2.5mmの箔帯にして粉砕して粒状、片状にしたり、飛散・凝固の方法によって急冷して粒状、片状にしたりして金属基複合材料を得る。   The molten metal 5 in which the reinforcing material 6 is evenly dispersed as described above is taken out of the crucible 1 and poured into, for example, a rapidly cooled roll and rapidly solidified, and preferably has a thickness of 0.01 to 2.5 mm. A metal strip composite is obtained by pulverizing into foil strips to form particles or pieces, or rapidly cooling them by a method of scattering / solidification to form particles or pieces.

次に、そのようにして製造された粒状原料を用いて、金属基複合材料部品を、生産性良く製造することを可能にする、という目的を達成するための方法について述べる。
第一に、既存の金属射出成形装置である、「チクソモールディング」機を使用する方法について説明する。図4はチクソモールディング機の模式図である。
従来、チクソモールディングで金属基複合材料を成形しようとする試みとして、以下の二つの方法が考えられてきたが、それぞれ問題点がある。
Next, a method for achieving the object of making it possible to produce a metal matrix composite part with high productivity using the granular raw material thus produced will be described.
First, a method of using a “thixomolding” machine, which is an existing metal injection molding apparatus, will be described. FIG. 4 is a schematic diagram of a thixo molding machine.
Conventionally, the following two methods have been considered as attempts to form a metal matrix composite by thixomolding, but each has its own problems.

まず第一の方法として、通常の金属チップ(強化粒子を含まないチップ)と、強化粒子を、所定の割合に混合してチクソモールディング機10に供給し、チクソモールディング機のシリンダの中でスクリュで攪拌混合して、これを射出して金属基複合材料を成形しようとする方法である。しかし、この方法では、強化材を均一に分散させた溶融金属状態とすることができず、健全な複合材料成形体を得ることはできない。
また第二の方法として、最初に溶湯攪拌法などにより、溶融金属に強化材粒子を混合・分散させ、これを凝固させて強化材入りのインゴットとし、これを機械的にけずって、強化材入りのチップを製造し、これを原料としてチクソモールディングにより金属基複合材料を成形しようとする方法である。しかしこの方法は、強化材入りのインゴットを機械的に削るのが困難で、工業的な方法としては適していない。
First, as a first method, normal metal chips (chips not containing reinforcing particles) and reinforcing particles are mixed at a predetermined ratio and supplied to the thixo molding machine 10, and then screwed in the cylinder of the thixo molding machine. This is a method in which a metal matrix composite material is formed by stirring and mixing and injecting the mixture. However, in this method, a molten metal state in which the reinforcing material is uniformly dispersed cannot be obtained, and a sound composite material molded body cannot be obtained.
The second method is to first mix and disperse the reinforcing material particles in the molten metal by the molten metal stirring method, etc., solidify this into an ingot containing the reinforcing material, and mechanically scrape it into the reinforcing material. In this method, a metal matrix composite material is formed by thixomolding using this chip as a raw material. However, this method is not suitable as an industrial method because it is difficult to mechanically cut an ingot containing a reinforcing material.

そこで本発明では、通常の原料金属チップの代わりに、前述したプロセスで作製した複合材料の粒状原料5aをチクソモールディング機10に供給する。複合材料粒子は、シリンダ12の周囲に配した加熱手段13によって加熱されつつスクリュ11の回転によりシリンダ12前方に送られる。複合材料粒子は加熱され、溶融し、シリンダ先端部12aに一定量貯留される。その後、スクリュ11の前進運動により、貯留された溶融複合材料はシリンダ先端のノズル12bを通って、ノズル前方に設けられた金型14のキャビティ14aに充填され、凝固して、所望の形状の複合材料部品50となる。この間、溶融複合材料はスクリュ11の回転運動により常に撹拌されているので、マトリックスである金属の中で、添加した強化材とは均一に分散した状態を保ち、沈降・浮上などにより不均一に分布することはない。したがって、得られた成形品においても強化材は均一に分散しており、複合材料として優れた性能を示す。   Therefore, in the present invention, the granular raw material 5a of the composite material produced by the above-described process is supplied to the thixomolding machine 10 instead of the normal raw material metal chip. The composite material particles are fed forward of the cylinder 12 by the rotation of the screw 11 while being heated by the heating means 13 disposed around the cylinder 12. The composite material particles are heated, melted, and stored in a certain amount in the cylinder tip 12a. Thereafter, by the forward movement of the screw 11, the stored molten composite material passes through the nozzle 12b at the tip of the cylinder, is filled into the cavity 14a of the mold 14 provided in front of the nozzle, and solidifies to form a composite having a desired shape. It becomes the material part 50. During this time, the molten composite material is constantly agitated by the rotational movement of the screw 11, so that it remains in a uniformly dispersed state with the added reinforcing material in the matrix metal, and is unevenly distributed due to sedimentation and levitation. Never do. Therefore, even in the obtained molded product, the reinforcing material is uniformly dispersed and exhibits excellent performance as a composite material.

次に、スクリュ、シリンダを用いて、粒状原料を押出し成形する方法を説明する。これも上記と同様、複合材料の粒状原料が、急冷凝固しているために微細な結晶粒となっていることを利用する。微細な結晶粒となっているため、塑性加工性が大幅に向上し、押出し加工ができるようになる。
図5は、押出し機15の模式図である。この装置はシリンダ16と、シリンダ16の中で回転するスクリュ17と、シリンダ16の先端に取り付けられて押出し物の押出し形状を規定するダイス19と、シリンダの加熱手段18とを有している。
シリンダ後方の原料供給口より供給された粒状原料5aは、スクリュ17の回転によって前方に送られつつ加熱手段18により加熱される。原料はスクリュ17によりシリンダ16の前方に押されていくが、シリンダ前方に設置されたダイス19により抵抗を受け圧縮され、徐々に緻密化する。圧縮された状態でダイス19を通過することによって、粒状だった原料は高密度の固化体51となる。シリンダの温度を、原料として使用したマグネシウム合金の固相線温度以下にすることにより、粒状原料を固体のまま押出し・緻密化することができる。
Next, a method for extruding a granular material using a screw and a cylinder will be described. Similarly to the above, this utilizes the fact that the granular raw material of the composite material is formed into fine crystal grains because of rapid solidification. Due to the fine crystal grains, the plastic workability is greatly improved and the extrusion process can be performed.
FIG. 5 is a schematic diagram of the extruder 15. This apparatus has a cylinder 16, a screw 17 that rotates in the cylinder 16, a die 19 that is attached to the tip of the cylinder 16 to define the extruded shape of the extrudate, and a heating means 18 for the cylinder.
The granular raw material 5 a supplied from the raw material supply port at the rear of the cylinder is heated by the heating means 18 while being sent forward by the rotation of the screw 17. The raw material is pushed forward of the cylinder 16 by the screw 17, but is compressed by being resisted and compressed by a die 19 installed in front of the cylinder. By passing through the die 19 in a compressed state, the granular raw material becomes a high-density solidified body 51. By making the temperature of the cylinder below the solidus temperature of the magnesium alloy used as the raw material, the granular raw material can be extruded and densified as a solid.

次に、プレスを用いる方法を説明する。
従来、金属基複合材料は、塑性変形能が乏しいため、鍛造や圧延などの加工が困難である。
本発明では、前述したプロセスで作製した複合材料の粒状原料が、急冷凝固しているために微細な結晶粒となっていることを利用する。微細な結晶粒となっているため、塑性変形能が大幅に向上し、鍛造ができるようになる。
図6は通常の縦型プレス20を用いて固化する場合の模式図である。金型21に粒状原料を充填し、これを室温にて圧縮固化する。この状態では完全緻密化するに至らず、相対密度で80〜90%程度の固化体5bが得られる。この予備固化体5bを、加熱炉22によって加熱し、高温でさらに塑性加工(押出し、鍛造など)することにより、密度はほぼ100%に達し、緻密な複合材料部品が得られる。この実施形態では鍛造装置23により成形体52を得るものを示している。
Next, a method using a press will be described.
Conventionally, metal matrix composites have poor plastic deformability and are difficult to process such as forging and rolling.
In the present invention, it is utilized that the granular raw material of the composite material produced by the process described above is formed into fine crystal grains because it is rapidly solidified. Because of the fine crystal grains, the plastic deformability is greatly improved and forging can be performed.
FIG. 6 is a schematic diagram in the case of solidification using a normal vertical press 20. The mold 21 is filled with a granular material, and this is compressed and solidified at room temperature. In this state, complete densification does not occur, and a solidified body 5b having a relative density of about 80 to 90% is obtained. The pre-solidified body 5b is heated by the heating furnace 22 and further plastically processed (extruded, forged, etc.) at a high temperature, whereby the density reaches almost 100% and a dense composite material part is obtained. In this embodiment, the forging device 23 is used to obtain the molded body 52.

(実施例1)
粒状原料製造法の実施例として、メルトスピニング法をベースとした方法を述べる。この装置は、直径120mm、深さ350mmの坩堝と、溶融金属に複合強化材を添加するためのバケット、坩堝中の溶融金属を撹拌する前記実施形態の撹拌子、銅製の直径400mmの水冷回転ロール、を備えている。そして坩堝の底には溶湯(マグネシウム合金とSiC粒子の混合溶融体)を急冷ロール上に滴下するためのノズル、およびそのノズルを開閉するためのストッパーが設けられている。これら全体が雰囲気調整が可能なチャンバーに格納されている。
(Example 1)
As an example of the granular raw material manufacturing method, a method based on the melt spinning method will be described. The apparatus includes a crucible having a diameter of 120 mm and a depth of 350 mm, a bucket for adding a composite reinforcing material to the molten metal, the stirrer of the embodiment for stirring the molten metal in the crucible, and a water-cooled rotating roll made of copper having a diameter of 400 mm. It is equipped with. At the bottom of the crucible, there are provided a nozzle for dropping molten metal (mixed melt of magnesium alloy and SiC particles) onto the quenching roll, and a stopper for opening and closing the nozzle. All of these are stored in a chamber whose atmosphere can be adjusted.

この装置を用いて、マグネシウム合金(AM60、液相線温度620℃)を約1.5kg溶解した。これに、粒径5〜10μmのSiC粉末約0.3kg(体積率15%)を添加し、撹拌子を用いて10分間撹拌した。撹拌終了後、溶湯の温度を750℃に調整し、坩堝底のストッパーを上げてノズルを開き、坩堝内にアルゴンガス圧を0.5MPa加えた。このガス圧により、坩堝内の溶湯は、ノズルを通して坩堝外に噴射され、坩堝直下の回転ロールに滴下される。回転ロールは250rpmで回転させており、ロール表面に滴下された溶湯は急冷されて直ちに凝固し、薄い帯状の凝固物(急冷箔帯)となった。その厚さは0.2〜0.6mm程度であった。
このようにして得られた箔帯の断面を研磨し、光学顕微鏡にて観察したところ図7のようにSiC粒子が箔帯全体に均一に分散していることがわかった。
これを通常の粉砕機で粉砕したところ、長軸長さが約5mm、短軸長さが約3mmの薄片状(厚さは、箔帯の厚さと同程度となる)となり、後段の工程である、成形プロセスに適するものとなった。
About 1.5 kg of magnesium alloy (AM60, liquidus temperature 620 ° C.) was dissolved using this apparatus. To this, about 0.3 kg of SiC powder having a particle size of 5 to 10 μm (volume ratio 15%) was added and stirred for 10 minutes using a stir bar. After completion of the stirring, the temperature of the molten metal was adjusted to 750 ° C., the stopper at the bottom of the crucible was raised, the nozzle was opened, and an argon gas pressure of 0.5 MPa was added to the crucible. Due to this gas pressure, the molten metal in the crucible is sprayed out of the crucible through a nozzle and dropped onto a rotating roll immediately below the crucible. The rotating roll was rotated at 250 rpm, and the molten metal dropped on the surface of the roll was quenched and immediately solidified to form a thin strip-shaped solidified product (quenched foil strip). The thickness was about 0.2 to 0.6 mm.
The cross section of the foil strip thus obtained was polished and observed with an optical microscope, and it was found that SiC particles were uniformly dispersed throughout the foil strip as shown in FIG.
When this was pulverized with a normal pulverizer, it became a flake shape with a major axis length of about 5 mm and a minor axis length of about 3 mm (the thickness is about the same as the thickness of the foil strip). It became suitable for a certain molding process.

この実施例において、急冷する前の溶融金属の温度は、その融点TからT+250℃の間が適当であることがわかった。温度がT未満であると、部分的に固相が生じ、強化粒子の分散を妨げるという弊害があった。また温度がT+250℃以上になると、金属の気化が激しくなるという弊害があった。
またこの実施例において、強化材の粒子の混合比率は、体積百分率で0.5%から40%が適当であることがわかった。混合比率が0.5%未満では、箔帯全体における強化材の分布を均一に保つのが困難になり、また一方、混合比率が40%を越えると、溶湯の流動性が低下し、ノズルからスムーズに噴射できなくなる、という弊害があった。
また、この実施例において、箔帯の厚さは、0.01mmから2.5mmの間が適当であることがわかった。厚さが0.01mmより薄くなると、粉砕したときに微粉末状になって後段の成形プロセスにおける取り扱いが面倒になり、また金属の種類によっては、粉塵爆発などの危険性も増してくる。厚さが2.5mmを越えると、粉砕して粒状原料とするのが困難になった。
In this example, it was found that the temperature of the molten metal before quenching is suitable between the melting point T L and T L + 250 ° C. When the temperature is lower than TL , a solid phase is partially generated, and there is a problem that the dispersion of the reinforcing particles is prevented. Further, when the temperature is T L + 250 ° C. or higher, there is a problem that the vaporization of the metal becomes intense.
In this example, the mixing ratio of the reinforcing material particles was found to be suitably 0.5% to 40% in volume percentage. If the mixing ratio is less than 0.5%, it becomes difficult to keep the distribution of the reinforcing material uniform throughout the foil strip. On the other hand, if the mixing ratio exceeds 40%, the fluidity of the molten metal decreases, and the nozzle There was a bad effect that it could not be smoothly injected.
Moreover, in this Example, it turned out that the thickness of a foil strip is suitable between 0.01 mm and 2.5 mm. If the thickness is less than 0.01 mm, it becomes a fine powder when pulverized, and the handling in the subsequent molding process becomes troublesome, and the risk of dust explosion increases depending on the type of metal. When the thickness exceeded 2.5 mm, it became difficult to pulverize into a granular material.

(実施例2)
実施例1で作製した粒状複合材料(AM60+SiC粉末)を型締め力75tのチクソモールディング機に供給し、シリンダ設定温度630℃で成形した。図8のような引っ張り試験片形状の供試成形体が容易に得られた。
この供試成形体の数箇所1、2、3のミクロ組織を観察した結果を図9に示す。この観察結果からわかるように、成形体各部位での強化材粒子の分布は極めて均一になっており、健全な複合材料成形体が得られていることがわかった。
(Example 2)
The granular composite material (AM60 + SiC powder) produced in Example 1 was supplied to a thixomolding machine having a clamping force of 75 t and molded at a cylinder set temperature of 630 ° C. A test specimen having a tensile test piece shape as shown in FIG. 8 was easily obtained.
FIG. 9 shows the result of observing the microstructures of several places 1, 2, and 3 of this test molded body. As can be seen from this observation result, it was found that the distribution of reinforcing material particles in each part of the molded body was extremely uniform, and a sound composite material molded body was obtained.

(実施例3)
実施例1で作成した粒状複合材料(AM60+SiC粉末)を、シリンダ直径51mmの押出し機に供給し、シリンダ設定温度550℃(固相体積率100%)で押出した。シリンダ先端には内径45mmのダイスを設置した。粒状原料はほぼ100%の密度まで緻密化された棒状に押出された。
(Example 3)
The granular composite material (AM60 + SiC powder) prepared in Example 1 was supplied to an extruder having a cylinder diameter of 51 mm and extruded at a cylinder set temperature of 550 ° C. (solid phase volume ratio 100%). A die having an inner diameter of 45 mm was installed at the tip of the cylinder. The granular raw material was extruded into a rod shape densified to a density of almost 100%.

(実施例5)
実施例1で作製した粒状複合材料(AM60+SiC粉末)を内径29mmの金型に充填し、圧縮力200tで室温で圧縮固化した。理論密度の85%程度の圧縮固化体が得られたので、これを350℃で後方押出し鍛造をおこない、直径11mmの棒状に成形することができた。
(Example 5)
The granular composite material (AM60 + SiC powder) produced in Example 1 was filled in a mold having an inner diameter of 29 mm, and was compressed and solidified at room temperature with a compression force of 200 t. Since a compression-solidified body having a theoretical density of about 85% was obtained, this was back-extruded and forged at 350 ° C. and formed into a rod shape having a diameter of 11 mm.

(比較例1)
実施例1と同様の組み合わせ(AM60+SiC粉末)で合金とSiC粉末を混合し、撹拌して混合溶融体とした後、これを図8と同様の形状の引張試験片を、金型に鋳込んで成形体を得ようとしたが、細部まで溶湯が充填しないこと、および成形体内部に引け巣が生じること、のために実施例3で得られたような健全な成形体は得られなかった。
(Comparative Example 1)
The alloy and SiC powder were mixed in the same combination as in Example 1 (AM60 + SiC powder), stirred to form a mixed melt, and then a tensile test piece having the same shape as in FIG. 8 was cast into a mold. An attempt was made to obtain a molded body, but a sound molded body such as that obtained in Example 3 was not obtained due to the fact that the molten metal was not filled in detail and that shrinkage cavities were formed inside the molded body.

(比較例2)
実施例5と同様の組み合わせ(AM60+SiC粉末)で合金とSiC粉末を混合し、撹拌して混合溶融体とした後、これを内径29mmの金型に鋳込んで鋳塊とした。これを350℃で後方押し出し鍛造を行ったが、割れてしまい、成形することができなかった。
(Comparative Example 2)
The alloy and SiC powder were mixed in the same combination as in Example 5 (AM60 + SiC powder), stirred to form a mixed melt, and then cast into a die having an inner diameter of 29 mm to form an ingot. This was subjected to backward extrusion forging at 350 ° C., but it was cracked and could not be molded.

本発明の一実施形態の金属基複合材料の製造方法に用いる撹拌・混合装置を示す図である。It is a figure which shows the stirring and mixing apparatus used for the manufacturing method of the metal matrix composite material of one Embodiment of this invention. 同じく、撹拌装置の撹拌子部分を示す詳細図である。Similarly, it is detail drawing which shows the stirring element part of a stirring apparatus. 同じく、撹拌装置を用いた坩堝内の撹拌状態を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the stirring state in the crucible using a stirring apparatus. 同じく、金属基複合材料部材を射出成形によって製造する状態を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the state which manufactures a metal-matrix composite material member by injection molding. 同じく、金属基複合材料部材を押出し成形によって製造する状態を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the state which manufactures a metal-matrix composite material member by extrusion molding. 同じく、金属基複合材料部材をプレス成形によって製造する状態を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the state which manufactures a metal-matrix composite material member by press molding. 本発明の実施例における箔帯の組織を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the structure | tissue of the foil strip in the Example of this invention. 同じく、実施例で製造された成形体供試材を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the molded object test material manufactured in the Example. 同じく、成形体供試材における複数位置における断面組織を示す図面代用写真である。Similarly, it is a drawing-substituting photograph showing cross-sectional structures at a plurality of positions in a molded body specimen.

符号の説明Explanation of symbols

1 坩堝
2 真空容器
3 撹拌装置
30 回転軸
31 撹拌翼
32 撹拌翼
33 上下撹拌板
34 上方囲い板
35 下方囲い板
37 気泡抜き穴
5 金属溶湯
6 強化材
10 チクソモールディング
15 押出し機
20 縦型プレ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crucible 2 Vacuum container 3 Stirrer 30 Rotating shaft 31 Stirring blade 32 Stirring blade 33 Upper and lower stirring plate 34 Upper enclosure plate 35 Lower enclosure plate 37 Bubble hole 5 Molten metal 6 Reinforcement material 10 Thixomolding machine 15 Extruder 20 Vertical type pre The

Claims (12)

坩堝内で、溶融した金属(合金を含む。以下同様)と強化材とを、上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備える撹拌装置を用いて、回転と上下動とを含む撹拌によって混合し、前記強化材が分散した溶融金属を急冷して箔帯形状に凝固させ、該箔帯を粉砕して粒状または片状にすることを特徴とする金属基複合材料の製造方法。 In a crucible, molten metal (including an alloy; the same applies hereinafter) and a reinforcing material, a rotating shaft capable of moving up and down, a plurality of stirring blades fixed to the rotating shaft and having different twist angles, and the rotating shaft And a stirring device including a vertical stirring plate having a plate surface along the horizontal direction, and mixed by stirring including rotation and vertical movement, and the molten metal in which the reinforcing material is dispersed is rapidly cooled to obtain a foil. A method for producing a metal matrix composite material, characterized by solidifying into a band shape and crushing the foil band into a granular or piece-like shape. 前記箔帯厚さ0.01〜2.5mmであることを特徴とする請求項1記載の金属基複合材料の製造方法。   The method for producing a metal matrix composite material according to claim 1, wherein the foil strip thickness is 0.01 to 2.5 mm. 坩堝内で、溶融した金属と強化材とを、上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備える撹拌装置を用いて、回転と上下動とを含む撹拌によって混合し、前記強化材が分散した溶融金属を飛散・急冷させて粒状または片状に凝固させることを特徴とする金属基複合材料の製造方法。 In the crucible, the molten metal and the reinforcing material can be moved up and down, and the rotating shaft is fixed to the rotating shaft and has a plurality of stirring blades having different twist angles. Using a stirrer equipped with a vertical stirring plate having a flat plate surface, mixing is performed by stirring including rotation and vertical movement, and the molten metal in which the reinforcing material is dispersed is dispersed and rapidly cooled to solidify in a granular or flake form. A method for producing a metal matrix composite material. 前記強化材の量が、前記金属基複合材料に対し、体積百分率で0.5%〜40%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の金属基複合材料部材の製造方法。   The amount of the reinforcing material is 0.5% to 40% by volume with respect to the metal matrix composite material, and the metal matrix composite material according to any one of claims 1 to 3 is manufactured. Method. 前記坩堝内での撹拌、混合を行う温度を、前記金属の融点(液相線温度)TからT+250℃の範囲内とすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の金属基複合材料の製造方法。 5. The temperature at which stirring and mixing in the crucible is performed within the range of the melting point (liquidus temperature) T L to T L + 250 ° C. of the metal. A method for producing a metal matrix composite material. 請求項1〜5のいずれかの方法により製造され、強化材が分散して含まれている粒状または片状の金属基複合材料を用いて、前記金属が液相の状態、または前記金属の固相を含む状態で射出成形することを特徴とする金属基複合材料部材の製造方法。   Using the granular or piece-like metal matrix composite material produced by the method of any one of claims 1 to 5 and containing a reinforcing material dispersed therein, the metal is in a liquid phase state or a solid state of the metal. A method for producing a metal-based composite material member, wherein injection molding is performed in a state including a phase. 請求項1〜5のいずれかの方法により製造され、強化材が分散して含まれている粒状または片状の金属基複合材料を用いて、前記金属の固相を含む状態で押出し成形することを特徴とする金属基複合材料部材の製造方法。   Extrusion molding in a state including a solid phase of the metal, using a granular or piece-like metal matrix composite material produced by the method of any one of claims 1 to 5 and containing a reinforcing material dispersed therein. A method for producing a metal-based composite material member. 前記金属の固相が、全金属に対し体積率で30〜100%であることを特徴とする請求項7記載の金属基複合材料部材の製造方法。   The method for producing a metal-based composite material member according to claim 7, wherein the solid phase of the metal is 30 to 100% by volume with respect to all metals. 上下動可能な回転軸と、該回転軸に固定され、異なるひねり角を有する複数の撹拌翼と、前記回転軸に固定され、横方向に沿った板面を有する上下撹拌板とを備えることを特徴とする撹拌装置。   A rotating shaft capable of moving up and down; a plurality of stirring blades fixed to the rotating shaft and having different twist angles; and an upper and lower stirring plate fixed to the rotating shaft and having a plate surface along a lateral direction. Stirring device characterized. 前記上下撹拌板は、上方または/および下方に沿った囲い面を有する囲い部を有することを特徴とする請求項9記載の撹拌装置。   The stirring device according to claim 9, wherein the upper and lower stirring plates have an enclosure portion having an enclosure surface along the upper side and / or the lower side. 異なるひねり角の前記撹拌翼は、軸方向位置を異にして回転軸に固定されていることを特徴とする請求項9または10記載の撹拌装置。   The stirring device according to claim 9 or 10, wherein the stirring blades having different twist angles are fixed to the rotating shaft at different axial positions. 前記上下撹拌板に気泡抜き穴が形成されていることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の撹拌装置。   The agitation device according to any one of claims 9 to 11, wherein a bubble removing hole is formed in the upper and lower agitation plates.
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