JP6756565B2 - Manufacturing method of aluminum-based metal - Google Patents

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本発明は、B(ホウ素)を含有するアルミニウム系金属の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing an aluminum-based metal containing B (boron).

従来、アルミニウムにBを添加する技術が知られている。この種の技術を開示するものとして例えば、特許文献1がある。特許文献1には、アルミニウム電線の導電性改良材及び中性子吸収材として使用されるAl−B合金の製造方法において、Al溶湯にKBFを添加し、ホウ素を全てAlB結晶とした後、KTiFを添加してAl−B溶湯の粘性を調整する方法について記載されている。 Conventionally, a technique of adding B to aluminum is known. For example, Patent Document 1 discloses this kind of technology. In Patent Document 1, in a method for producing an Al-B alloy used as a conductivity improving material for an aluminum electric wire and a neutron absorber, KBF 4 is added to an Al molten metal to make all boron into AlB 2 crystals, and then K. 2 A method of adjusting the viscosity of the molten Al-B by adding TiF 6 is described.

特開平4−333542号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-333542

JIS規格A6063のアルミニウム合金等は、サッシを始めとした各種建材に必要とされる機械的性質、耐食性及び陽極酸化性処理を備え、かつ押出性や焼入性に優れていることからアルミニウム合金押出形材として最も生産量が多い。また、微量のB(ホウ素)を含む合金は、形材表面の光輝性に優れており、その効果が意匠の観点から注目されている。 JIS standard A6063 aluminum alloys, etc. are extruded from aluminum alloys because they have the mechanical properties, corrosion resistance, and anodic oxidation treatment required for various building materials such as sashes, and are excellent in extrudability and hardenability. The highest production volume as a shape material. Further, the alloy containing a trace amount of B (boron) is excellent in the brilliance of the surface of the profile, and the effect is attracting attention from the viewpoint of design.

一般的には、Al−4wt%B等の市販のAl−B母合金を用いてBの添加が行われている。しかし、Al−4wt%B等の市販のAl−B母合金は、高価であり製造コストが上がる要因となっている。また、Bと遷移金属(Ti,Cr等)は化合物を形成しやすく、これら遷移金属を含む6000系アルミニウム合金へのB添加は技術的に難しくBを添加したときの歩留まり改善が大きな課題となっている。B,HBO,NaB及びKBFを主体とした添加剤を検討してきたものの、一定のB添加歩留り(約5%)を示したのは、KBFを主体とした場合であった。この点、特許文献1には、KBFをAl−B母合金として用いる例が記載されている。 Generally, B is added using a commercially available Al—B mother alloy such as Al-4 wt% B. However, commercially available Al-B mother alloys such as Al-4 wt% B are expensive and cause an increase in manufacturing cost. In addition, B and transition metals (Ti, Cr, etc.) easily form compounds, and it is technically difficult to add B to a 6000 series aluminum alloy containing these transition metals, and improving the yield when B is added is a major issue. ing. B 2 O 3, H 2 BO 3, NaB 4 O 7 and KBF 4 but have studied additive mainly composed of, for showing the constant addition of B yield (about 5%) are the main component KBF 4 It was the case. In this regard, Patent Document 1 describes an example in which KBF 4 is used as an Al—B mother alloy.

図13は、従来の方法でKBFを添加したときの溶湯別B添加歩留りを示すグラフである。しかしながら、図13に示すように、KBFをAl−B母合金として用いた場合、純アルミニウム溶湯ではある程度の歩留まりが確保できるものの、JIS規格A6063等の6000系のアルミニウム合金溶湯では十分な歩留りを得ることができなかった。アルミニウム及びアルミニウム合金の何れにおいても歩留りを向上させる方法が望まれていた。 FIG. 13 is a graph showing the yield of B addition by molten metal when KBF 4 is added by a conventional method. However, as shown in FIG. 13, when KBF 4 is used as the Al—B mother alloy, a certain yield can be secured with the pure aluminum molten metal, but a sufficient yield can be obtained with the 6000 series aluminum alloy molten metal such as JIS standard A6063. I couldn't get it. A method for improving the yield has been desired for both aluminum and aluminum alloys.

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金にB(ホウ素)を添加するアルミニウム系金属の製造において、容易かつ効率的に歩留りを向上させることができる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method capable of easily and efficiently improving the yield in the production of an aluminum-based metal in which B (boron) is added to aluminum or an aluminum alloy.

本発明は、KBFとAlを混合して混合粉末(例えば、後述の混合粉末1)を作る混合工程と、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯(例えば、後述の溶湯3)に、前記混合工程で混合されたKBFとAlの混合粉末を添加する溶湯工程と、を含むアルミニウム系金属の製造方法に関する。 In the present invention, KBF 4 and Al are mixed to prepare a mixed powder (for example, mixed powder 1 described later), and the molten aluminum or aluminum alloy (for example, molten metal 3 described later) is mixed in the mixing step. The present invention relates to a method for producing an aluminum-based metal, which comprises a molten metal step of adding a mixed powder of KBF 4 and Al.

前記混合工程では、前記混合粉末におけるAlの含有量が30質量%以上70質量%以下になるように調整されることが好ましい。 In the mixing step, it is preferable that the Al content in the mixed powder is adjusted to be 30% by mass or more and 70% by mass or less.

前記溶湯工程における溶湯温度(添加温度)が650℃以上810℃以下の範囲であることが好ましい。 The molten metal temperature (addition temperature) in the molten metal step is preferably in the range of 650 ° C. or higher and 810 ° C. or lower.

前記溶湯工程では、保持部材(例えば、後述のホスホライザー21)に保持された前記混合粉末を溶湯に浸漬させることで前記混合粉末を溶湯に添加することが好ましい。 In the molten metal step, it is preferable to add the mixed powder to the molten metal by immersing the mixed powder held in a holding member (for example, a phosphorizer 21 described later) in the molten metal.

また、アルミニウム系金属の製造方法は、前記溶湯工程の後、溶湯を型に注湯して固めて押し出し、押出形材を製造する工程を更に含むことが好ましい。 Further, the method for producing an aluminum-based metal preferably further includes a step of pouring the molten metal into a mold, solidifying and extruding the molten metal after the molten metal step to produce an extruded profile.

本発明のアルミニウム系金属の製造方法によれば、容易かつ効率的に歩留りを向上させることができる。 According to the method for producing an aluminum-based metal of the present invention, the yield can be easily and efficiently improved.

本実施形態に係る混合工程で用いられるボールミルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the ball mill used in the mixing process which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る溶湯工程でKBFとAlの混合粉末が溶湯に添加された様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state that the mixed powder of KBF 4 and Al was added to the molten metal in the molten metal step which concerns on this embodiment. 6063アルミニウム合金のB添加歩留りに及ぼす実施例のB添加剤使用による効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect by using the B additive of the Example on the B addition yield of a 6063 aluminum alloy. 30〜75wt%の範囲において5w%刻みでAlの含有量を変えた場合のB添加歩留りの差異を示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the B addition yield at the time of changing the Al content in 5w% increments in the range of 30 to 75 wt%. 温度とBF解離圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between temperature and BF 3 dissociation pressure. 実施例のB添加剤(Al−50wt%KBF)のSEM像である。6 is an SEM image of the B additive (Al-50 wt% KBF 4 ) of the example. B添加剤におけるAlとKBFの混合状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mixed state of Al and KBF 4 in B additive. B添加剤(KBF−50wt%Al)添加温度とB添加歩留りの関係を示すグラフである。B additives (KBF 4 -50wt% Al) is a graph showing the relationship between the addition temperature and addition of B yields. B添加剤のX線回折結果を示すグラフである。It is a graph which shows the X-ray diffraction result of the B additive. B添加剤(KBF−65wt%Al)における反射電子像及びEPMA面分析結果である。A reflection electron image and EPMA surface analysis of B additive (KBF 4 -65wt% Al). B添加剤(KBF−50wt%Al)における反射電子像及びEPMA面分析結果である。A reflection electron image and EPMA surface analysis of B additive (KBF 4 -50wt% Al). 6063アルミニウム合金溶湯におけるKBF−65wt%AlとKBFのB添加歩留り比較を示すグラフである。It is a graph showing the addition of B yields comparison KBF 4 -65wt% Al and KBF 4 in 6063 aluminum alloy melt. 従来の方法でKBFを添加したときの溶湯別B添加歩留りを示すグラフである。It is a graph which shows the B addition yield by molten metal when KBF 4 is added by a conventional method.

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の一実施形態に係るアルミニウム系金属の製造方法では、KBFを母合金としてAl−B合金の製造を行う。なお、アルミニウム系金属は、アルミニウム及びアルミニウム合金の両方を含むものとする。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the method for producing an aluminum-based metal according to an embodiment of the present invention, an Al-B alloy is produced using KBF 4 as a mother alloy. The aluminum-based metal shall include both aluminum and an aluminum alloy.

Al−B合金の製造方法は、KBF粉とAl粉を混合する混合工程と、純Al溶湯又はAl合金溶湯にKBF粉とAl粉の混合粉末1を溶湯に添加する溶湯工程と、溶湯を型から押し出して押出形材を成形する成形工程と、を含む。 Manufacturing method of Al-B alloy, and the melt adding a mixing step of mixing the KBF 4 powder and Al powder, the pure Al molten or Al alloy melt the mixed powder 1 of KBF 4 powder and Al powder to the melt, the melt Includes a molding step of extruding the aluminum from a mold to form an extruded profile.

まず、混合工程について説明する。図1は、本実施形態に係る粉末混合で用いられるボールミル10を模式的に示す図である。図1に示すボールミル10は、Al粉とKBF粉を混合して混合粉末1を得るために用いられる粉砕機である。 First, the mixing process will be described. FIG. 1 is a diagram schematically showing a ball mill 10 used in powder mixing according to the present embodiment. The ball mill 10 shown in FIG. 1 is a crusher used to mix Al powder and KBF 4 powder to obtain mixed powder 1.

ボールミル10は、撹拌用のボール12を入れた容器11の自転運動と容器11をセットしたステージ(図示省略)の公転運動により、対象を粉砕撹拌する遊星型ボールミルである。Al粉及びKBF粉と撹拌用の複数のボール12を容器11に入れて蓋15をした状態で、所定の回転数(例えば、200rpm)、所定時間(例えば、20分間)でボールミル10を稼動させることで、Al粉とKBF粉が混合された混合粉末1を得る。なお、混合工程における混合方法は、遊星ボールミル以外にも、ブレンダ―、ミキサーなど均一に混ぜる方法及び装置を用いればよく、事情に応じて適宜変更することができる。 The ball mill 10 is a planetary ball mill that crushes and agitates an object by the rotation motion of a container 11 containing a stirring ball 12 and the revolution motion of a stage (not shown) in which the container 11 is set. The ball mill 10 is operated at a predetermined rotation speed (for example, 200 rpm) and a predetermined time (for example, 20 minutes) with the Al powder, the KBF 4 powder, and a plurality of balls 12 for stirring placed in the container 11 and covered with the lid 15. By allowing the mixture to be allowed to obtain a mixed powder 1 in which Al powder and KBF 4 powder are mixed. In addition to the planetary ball mill, the mixing method in the mixing step may be a method and device for uniformly mixing such as a blender and a mixer, and can be appropriately changed depending on the circumstances.

次に、溶湯工程について説明する。図2は、本実施形態に係る溶湯工程でKBFとAlの混合粉末1が溶湯3に添加された様子を模式的に示す図である。図2では、ボールミル10で混合されたAl粉とKBF粉の混合粉末1をアルミニウム箔2に包んでホスホライザー21にセットし、坩堝20内のアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯3に浸漬させる様子が示される。本実施形態の溶湯工程では、650℃〜810℃の温度で混合粉末1の添加及び浸漬が行われる。 Next, the molten metal process will be described. FIG. 2 is a diagram schematically showing a state in which the mixed powder 1 of KBF 4 and Al is added to the molten metal 3 in the molten metal step according to the present embodiment. In FIG. 2, a mixed powder 1 of Al powder and KBF 4 powder mixed by a ball mill 10 is wrapped in an aluminum foil 2 and set in a phosphorizer 21 and immersed in a molten aluminum or aluminum alloy 3 in a pit 20. Shown. In the molten metal step of the present embodiment, the mixed powder 1 is added and immersed at a temperature of 650 ° C to 810 ° C.

チタン製のホスホライザー21に離型剤(例えば、東京モーレックス坩堝株式会社製のスターコート)を塗布した状態でAl粉とKBF粉の混合粉末1を包んだアルミニウム箔2をホスホライザー21の内側に係止する。ホスホライザー21に混合粉末1を包んだアルミニウム箔2を係止する方法は、適宜の方法を用いることができる。なお、保持部材としてのホスホライザー21は、混合粉末1を包んだアルミニウム箔2をセットして溶湯3に入れることができるものであればよい。本実施形態のホスホライザー21は、柄の部分とコップ状の保持部分があり、コップ状の保持部分の内側に混合粉末1を包んだアルミニウム箔2がセットされる。また、コップ状の保持部分の周面に貫通孔が形成されているものを用いることもできる。 An aluminum foil 2 wrapped with a mixed powder 1 of Al powder and KBF 4 powder in a state where a mold release agent (for example, Star Coat manufactured by Tokyo Morex Co., Ltd.) is applied to a titanium phosphorizer 21 is applied to the phosphorizer 21. Lock inward. As a method of locking the aluminum foil 2 in which the mixed powder 1 is wrapped in the phosphorizer 21, an appropriate method can be used. The phosphorizer 21 as the holding member may be any one that can set the aluminum foil 2 that wraps the mixed powder 1 and put it in the molten metal 3. The phosphorizer 21 of the present embodiment has a handle portion and a cup-shaped holding portion, and an aluminum foil 2 wrapping the mixed powder 1 is set inside the cup-shaped holding portion. Further, a cup-shaped holding portion having a through hole formed on the peripheral surface thereof can also be used.

本実施形態では、アルミニウム箔2で包んだ混合粉末1を所定時間(例えば、5分間)溶湯3に浸漬させた後、ホスホライザー21から混合粉末1を全て掻き出して所定時間(例えば、10秒〜20秒程度)撹拌してから所定時間(例えば、30分間)静置する。次の成形工程に移行する前に、所定時間(例えば、20秒)撹拌し、室温の金型に溶湯3を注入する。 In the present embodiment, the mixed powder 1 wrapped in the aluminum foil 2 is immersed in the molten metal 3 for a predetermined time (for example, 5 minutes), and then all the mixed powder 1 is scraped out from the phosphorizer 21 for a predetermined time (for example, 10 seconds to 10 seconds). After stirring for about 20 seconds, let stand for a predetermined time (for example, 30 minutes). Before moving to the next molding step, the mixture is stirred for a predetermined time (for example, 20 seconds), and the molten metal 3 is poured into a mold at room temperature.

なお、溶湯工程では、インペラー等の撹拌装置で溶湯3を撹拌し、撹拌によって生じる回転渦にAl粉とKBF粉の混合粉末1を包んだアルミニウム箔2を添加する方法を採用してもよい。この場合、インペラーの撹拌によって溶湯3が飛散しない程度の回転速度で回転させることが好ましい。また、インペラーにはホスホライザー21に塗布したものと同様の離型剤を塗布することが好ましい。 In the molten metal step, a method may be adopted in which the molten metal 3 is stirred by a stirring device such as an impeller, and the aluminum foil 2 wrapping the mixed powder 1 of Al powder and KBF 4 powder is added to the rotating vortex generated by the stirring. .. In this case, it is preferable to rotate the molten metal 3 at a rotation speed that does not scatter by stirring the impeller. Further, it is preferable to apply a release agent similar to that applied to the phosphorizer 21 to the impeller.

成形工程では、混合粉末1が溶け込んだアルミニウム溶湯3又はアルミニウム合金溶湯3が室温の金型に注湯され、金型から押し出してBを含有するアルミニウム系金属(Al−B合金)が押出形材として製造される。 In the molding process, the molten aluminum 3 or the molten aluminum alloy 3 in which the mixed powder 1 is melted is poured into a mold at room temperature and extruded from the mold to extrude an aluminum metal (Al-B alloy) containing B. Manufactured as.

以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法は、KBFとAlを混合して混合粉末1を作る混合工程と、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯3に、混合工程で混合されたKBFとAlの混合粉末1を添加する溶湯工程と、を含む。
これにより、KBF粉に反応補助剤としてAl粉を混合したものをB添加剤薬品として溶湯に添加することにより、アルミニウム又はアルミニウム合金の歩留りを効果的に向上させることができる。
According to the present embodiment described above, the following effects are obtained.
The method for producing an aluminum-based metal of the present embodiment includes a mixing step of mixing KBF 4 and Al to prepare a mixed powder 1, and mixing of KBF 4 and Al mixed in a molten aluminum or aluminum alloy 3 in the mixing step. It includes a molten metal step of adding powder 1.
As a result, the yield of aluminum or an aluminum alloy can be effectively improved by adding a mixture of KBF 4 powder and Al powder as a reaction aid to the molten metal as a B additive chemical.

また、本実施形態の混合工程では、混合粉末1におけるAlの含有量が30質量%以上70質量%以下になるように調整される。
このように、Al含有量を増やすことにより、KBFの比表面積を増加させて反応式1の反応を促進できるので、より低温かつ短時間で溶湯工程を行うことができ、歩留りをより一層向上させると共に、製造工程の短縮も実現できる。
Further, in the mixing step of the present embodiment, the Al content in the mixed powder 1 is adjusted to be 30% by mass or more and 70% by mass or less.
In this way, by increasing the Al content, the specific surface area of KBF 4 can be increased and the reaction of Reaction Scheme 1 can be promoted, so that the molten metal step can be performed at a lower temperature and in a shorter time, and the yield is further improved. At the same time, the manufacturing process can be shortened.

また、本実施形態では、溶湯工程における溶湯温度が650℃以上810℃以下の範囲である。
これにより、目標とする歩留りを良好にコントロールできる範囲なので、目標歩留りに応じて温度を設定し、製造設備や生産目的に応じた歩留りでB含有アルミニウム系金属の製造を行うことができる。例えば、760℃以上810℃以下の範囲が歩留りを向上させる観点からは好ましい。また、製造時の燃料費抑制の観点からは650℃以上760℃未満の範囲が好ましい。このように、目的に応じて650℃以上810℃以下の範囲で温度を調整することにより、製造設備の制限や生産目標等に応じて歩留りをコントロールし、様々な生産要求に柔軟に対応することができる。なお、好ましい範囲(760℃以上810℃や650℃以上760℃未満等)として示した温度範囲は相対的なものであって例示である。そして、本発明は例示した範囲に用途を限定されるものではない。例えば、650℃以上760℃未満の範囲でも歩留り向上を向上させることができる。
また、KBFを添加剤とする場合AlとBが反応するため反応温度に依存するが、AlBをBの母合金とする場合、既にAlBとなっているので、本実施形態のように温度によってB添加歩留りを調整することは難しく、その点でも有利な効果を奏する。
Further, in the present embodiment, the molten metal temperature in the molten metal step is in the range of 650 ° C. or higher and 810 ° C. or lower.
As a result, since the target yield can be satisfactorily controlled, the temperature can be set according to the target yield, and the B-containing aluminum-based metal can be produced with the yield according to the manufacturing equipment and the production purpose. For example, a range of 760 ° C. or higher and 810 ° C. or lower is preferable from the viewpoint of improving the yield. Further, from the viewpoint of suppressing fuel costs during manufacturing, the range of 650 ° C. or higher and lower than 760 ° C. is preferable. In this way, by adjusting the temperature in the range of 650 ° C or higher and 810 ° C or lower according to the purpose, the yield can be controlled according to the restrictions of manufacturing equipment and production targets, and various production requirements can be flexibly met. Can be done. The temperature range shown as a preferable range (760 ° C. or higher and 810 ° C., 650 ° C. or higher and lower than 760 ° C., etc.) is relative and is an example. The use of the present invention is not limited to the illustrated range. For example, the yield improvement can be improved even in the range of 650 ° C. or higher and lower than 760 ° C.
Further, when KBF 4 is used as an additive, Al and B react with each other, so that it depends on the reaction temperature. However, when AlB 2 is used as the mother alloy of B, it is already AlB 2 , so that it is as in the present embodiment. It is difficult to adjust the B-added yield depending on the temperature, and this also has an advantageous effect.

また、本実施形態の溶湯工程では、保持部材としてのホスホライザー21に保持された混合粉末1を溶湯に浸漬させることで混合粉末1を溶湯3に添加する。
これにより、ホスホライザー21に保持されているので、KBF粉とAl粉の混合粉末1が溶湯中で分散しないので、反応式1の反応を効率的に起こすことができ、歩留りをより一層向上させることができる。また、インペラーを用いて撹拌する場合に比べ、酸素等が混入し難いので反応を効率的に進めることができる。
Further, in the molten metal step of the present embodiment, the mixed powder 1 is added to the molten metal 3 by immersing the mixed powder 1 held in the phosphorizer 21 as a holding member in the molten metal.
As a result, since it is held by the phosphorizer 21, the mixed powder 1 of KBF 4 powder and Al powder is not dispersed in the molten metal, so that the reaction of reaction formula 1 can be efficiently caused and the yield is further improved. Can be made to. Further, as compared with the case of stirring using an impeller, oxygen and the like are less likely to be mixed, so that the reaction can proceed efficiently.

また、本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法は、溶湯工程の後、溶湯3を型に注湯して固めて押し出し、押出形材を製造する工程を更に含む。
これにより、B添加により光輝性が向上するので、押出し速度が向上して生産性の高い押出形材の製造方法を実現できる。
Further, the method for producing an aluminum-based metal of the present embodiment further includes a step of pouring the molten metal 3 into a mold, solidifying and extruding the molten metal 3 after the molten metal step to manufacture an extruded profile.
As a result, since the brilliance is improved by adding B, the extrusion speed is improved and a highly productive method for producing an extruded profile can be realized.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be appropriately modified.

次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、比較例としてアルミニウム粉を混合しないKBFをホウ素添加薬品として用いて製造したAl−B合金と、実施例としてKBF粉にアルミニウム粉を混合したものをホウ素添加薬品として用いて製造したAl−B合金と、のB添加歩留りを評価した。各工程の条件について説明する。 Next, examples of the present invention will be described. In this example, as a comparative example, an Al-B alloy produced by using KBF 4 which is not mixed with aluminum powder as a boron-added chemical, and as an example, a mixture of KBF 4 powder and aluminum powder is used as a boron-added chemical. The B-added yield of the produced Al-B alloy was evaluated. The conditions of each process will be described.

なお、本明細書におけるB添加歩留りは、KBFを添加してBが100%アルミニウム又はアルミニウム合金に溶けたときの値(理論値)を分母とし、分子に実際に溶けたBの値(実測値)として算出した。実測値は、アルミニウム又はアルミニウム合金を固めた状態で計測した。 The B-added yield in the present specification uses the value (theoretical value) when KBF 4 is added and B is dissolved in 100% aluminum or an aluminum alloy as the denominator, and the value of B actually dissolved in the numerator (actual measurement). Value). The measured value was measured in a state where aluminum or an aluminum alloy was solidified.

混合工程では、フリッチュ社製の遊星型ボールミルP−6を用いて粉末混合を行った。本実施例で混合対象が入れられる容器11は500mlのアルミニウム製であり、該容器11にアルミニウム製の直径(Φ)20mmのボール12を20個入れた状態で蓋15をし、回転数200rpmで20分間混合した。一回の混合で得られる混合粉末1は100gである。 In the mixing step, powder mixing was performed using a planetary ball mill P-6 manufactured by Fritsch. In this embodiment, the container 11 into which the object to be mixed is placed is made of 500 ml of aluminum, and the container 11 is covered with a lid 15 in a state where 20 balls 12 having a diameter (Φ) of 20 mm made of aluminum are placed in the container 11, and the rotation speed is 200 rpm. It was mixed for 20 minutes. The mixed powder 1 obtained by one mixing is 100 g.

溶湯工程では、黒鉛の坩堝20に6063アルミニウム合金を溶解して行った。1回当たりの溶解量は900gであり、目標組成0.03%Bとして坩堝20の溶湯3にB添加剤(実施例及び比較例)を所定の添加温度で下記条件の添加方法1で添加し、B添加歩留りを評価した。比較のため、純アルミニウムを同様の条件で溶解させてB添加歩留りを評価した。
添加方法1:
インペラーの回転速度を580rpm(溶湯が飛散しない最大値)として、5分間撹拌した後、室温の円柱状金型に注湯して鋳造した。
In the molten metal step, the 6063 aluminum alloy was dissolved in the graphite crucible 20. The amount of dissolution per time is 900 g, and the B additive (Examples and Comparative Examples) is added to the molten metal 3 of the crucible 20 at a predetermined addition temperature by the addition method 1 under the following conditions with a target composition of 0.03% B. , B addition yield was evaluated. For comparison, pure aluminum was dissolved under the same conditions to evaluate the B-added yield.
Addition method 1:
The impeller was rotated at a rotation speed of 580 rpm (the maximum value at which the molten metal did not scatter), stirred for 5 minutes, and then poured into a columnar mold at room temperature for casting.

表1は、比較例のKBF添加時における合金種によるB添加歩留りの差異を示す表である。B添加歩留りは純Alで44%に達しているものの、6063アルミニウム合金では僅か5%にとどまっており、純Alに比べて6063アルミニウム合金へのホウ素添加が従来の方法では難しいことがわかる。 Table 1 is a table showing the difference in the B addition yield depending on the alloy type when KBF 4 is added in the comparative example. Although the yield of adding B reached 44% for pure Al, it was only 5% for the 6063 aluminum alloy, indicating that it is more difficult to add boron to the 6063 aluminum alloy than for pure Al by the conventional method.

表2は、実施例のKBF−50wt%Alにおける合金種によるB添加歩留りの差異を示す表である。表2では、KBFに市販のアルミニウム粉(≧99.7%,粒径30μm)を混同したKBF−50wt%AlにおけるB添加歩留りが示されている。なお、KBF−50wt%Alとは、KBF粉とAl粉におけるAlの割合(質量%)であり、KBF−50wt%AlではKBFが50質量%であり、Al粉が50質量%であることを示す。また、KBF−65wt%Alでは、KBFが35質量%でありAl粉が65質量%であることを示す。 Table 2 is a table showing the differences of B added yield due to alloying in KBF 4 -50wt% Al embodiment. In Table 2, commercially available aluminum powder KBF 4 (≧ 99.7%, particle size 30 [mu] m) B added yield in KBF 4 -50wt% Al which confuse is shown. Note that the KBF 4 -50wt% Al, a ratio of Al (mass%) in KBF 4 powder and Al powder, KBF 4 in -50wt% Al KBF 4 is 50 mass%, Al powder 50% Indicates that. Further, the KBF 4 -65wt% Al, indicating that KBF 4 is 35 wt% Al powder is 65% by mass.

表2に示されるように、KBF−50wt%Alを添加したときのB添加歩留りは、純Alでも58%とB添加歩留り率が向上し、6063アルミニウム合金では比較例と比べて43%とB添加歩留りが著しく向上していることが示された。 As shown in Table 2, B addition yield upon addition of KBF 4 -50wt% Al is improved pure Al even 58% and addition of B yield ratio, and 43% compared to the comparative example is 6063 aluminum alloy It was shown that the B-added yield was significantly improved.

次に、6063アルミニウム合金を溶湯3とした場合における添加方法と添加温度(溶湯温度)が与えるB添加歩留りの影響について説明する。添加方法1は上述したインペラーを用いたものであり、添加方法2は、下記の条件で行ったホスホライザー21を用いたものである。その他の条件は、上述の混合工程と溶湯工程の条件と同じ条件である。
添加方法2:
アルミニウム箔2に包んだB添加剤をホスホライザー21に詰めて溶湯3に押し込み、5分間反応させた後、ホスホライザー21の中身を全て掻き出して、10〜20秒撹拌してから30分間静置し,注湯前に再び20秒ほど撹拌してから室温の円柱状金型に鋳造した。
Next, the addition method and the influence of the addition temperature (melt temperature) on the B addition yield when the 6063 aluminum alloy is used as the molten metal 3 will be described. The addition method 1 uses the above-mentioned impeller, and the addition method 2 uses the phosphorizer 21 performed under the following conditions. The other conditions are the same as the conditions of the mixing step and the molten metal step described above.
Addition method 2:
The B additive wrapped in the aluminum foil 2 is packed in the phosphorizer 21 and pushed into the molten metal 3 to react for 5 minutes, then the entire contents of the phosphorizer 21 are scraped off, stirred for 10 to 20 seconds, and then allowed to stand for 30 minutes. Then, the mixture was stirred again for about 20 seconds before pouring, and then cast into a columnar mold at room temperature.

表3は、B添加歩留りに及ぼす添加方法1と添加方法2及び添加温度の影響を表したものである。表3には、溶湯工程において添加温度760℃で添加方法1と添加方法2の違いを比較例と実施例で行ったB添加歩留りと、添加温度810℃で添加方法2を選択した場合のB添加歩留りが示されている。 Table 3 shows the effects of the addition method 1, the addition method 2, and the addition temperature on the B addition yield. In Table 3, the difference between the addition method 1 and the addition method 2 at the addition temperature of 760 ° C. in the molten metal step is shown in the B addition yield performed in Comparative Examples and Examples, and the B addition method 2 when the addition method 2 is selected at the addition temperature of 810 ° C. The added yield is shown.

表3では、6063アルミニウム合金におけるB添加歩留りは、インペラー用いた添加方法1よりもホスホライザー21を用いた添加方法2の方が優れていることと、実施例おいて760℃より810℃の方が、B添加歩留りが高いことが示されている。 In Table 3, the B addition yield in the 6063 aluminum alloy is superior to the addition method 2 using the phosphorizer 21 than the addition method 1 using the impeller, and that the temperature is 810 ° C rather than 760 ° C in the examples. However, it is shown that the yield of adding B is high.

図3は、6063アルミニウム合金のB添加歩留りに及ぼす実施例のB添加剤使用による効果を示すグラフであり、表1〜表3の結果をまとめたものである。図3に示されるように、比較例のKBF単体によるB添加歩留りを基準にすると、KBF−50wt%Alを添加剤として使用することにより、B添加歩留りが900%向上することになる。また、溶融工程で、添加方法2によってB添加薬品を添加することで+200%、添加温度を810℃に上げることにより更に+400%のB添加歩留りの向上が達成することになる。即ち、実施例において、添加方法2を選択して添加温度810℃とすることにより、添加温度760℃、添加方法1で行った比較例のB添加歩留りよりも約1500%のB添加歩留り向上が実現したことになる。これによって、添加温度700℃でAl−4wt%をB添加薬品として用いた場合に匹敵するB添加歩留りを実現できることが明らかとなった。 FIG. 3 is a graph showing the effect of the use of the B additive in the examples on the B addition yield of the 6063 aluminum alloy, and summarizes the results of Tables 1 to 3. As shown in FIG. 3, when the reference B added yield due KBF 4 alone of Comparative Example, by using as an additive KBF 4 -50wt% Al, B addition yield is improved 900%. Further, in the melting step, the addition of the B-added chemical by the addition method 2 achieves a + 200% improvement in the B-added yield by raising the addition temperature to 810 ° C. That is, in the examples, by selecting the addition method 2 and setting the addition temperature to 810 ° C., the addition temperature is 760 ° C., and the B addition yield is improved by about 1500% as compared with the B addition yield of the comparative example performed in the addition method 1. It has been realized. As a result, it was clarified that a B-added yield comparable to that when Al-4 wt% was used as the B-added chemical at an addition temperature of 700 ° C. could be realized.

次に、B添加剤薬品中のAl含有量の影響について説明する。図4は、30〜75wt%の範囲において5w%刻みでAlの含有量を変えた場合のB添加歩留りの差異を示すグラフである。添加温度は760℃と810℃であり、何れも溶融工程では添加方法2でB添加剤薬品を溶湯3に添加している。 Next, the influence of the Al content in the B additive chemical will be described. FIG. 4 is a graph showing the difference in the B addition yield when the Al content is changed in 5 w% increments in the range of 30 to 75 wt%. The addition temperatures are 760 ° C. and 810 ° C., and in the melting step, the B additive chemical is added to the molten metal 3 by the addition method 2.

図4に示されるように、何れの添加温度においても、Al含有量の増加と共にB添加歩留りが向上している。添加温度760℃におけるB添加歩留りの最高値は67%であるのに対して添加温度810℃の場合は、Al含有量の増加に伴うB添加歩留りの上昇傾向は顕著であり50wt%Alを超えると、Al−4wt%B母合金のB添加歩留り水準を超え50wt%Al以上では概ね90%に達している。このように、B添加剤中のAl含有量を制御することで、B添加歩留りを飛躍的に向上(1800%アップ)させることができるのである。アルミニウム合金のB添加歩留りを顕著に向上させることができるのである。 As shown in FIG. 4, at any of the addition temperatures, the B addition yield is improved as the Al content is increased. The maximum value of the B-added yield at the addition temperature of 760 ° C. is 67%, whereas the maximum value of the B-added yield at the addition temperature of 810 ° C. is remarkable, and the increase tendency of the B-added yield with the increase of the Al content is remarkable and exceeds 50 wt% Al. And, it exceeds the B addition yield level of Al-4 wt% B mother alloy and reaches about 90% at 50 wt% Al or more. By controlling the Al content in the B additive in this way, the B additive yield can be dramatically improved (1800% increase). The B-added yield of the aluminum alloy can be remarkably improved.

次に、歩留りが向上するメカニズムについて説明する。まず、以下の説明で用いるKBFの物性値及び温度とBF解離圧の関係について説明する。 Next, the mechanism for improving the yield will be described. First, the relationship between the physical property value and temperature of KBF 4 and the dissociation pressure of BF 3 used in the following description will be described.

なお、KBFの物理的・化学的性質については、研究論文や安全データシート等に値が記載されているものの、融点やその分解については種々の報告例がある。以下の説明では、日本原子力研究所により無機融体の物性値がまとめられた文献(大野英雄,古川和男:JAERI−M 5053,(1972).)の物性値に基づいて説明を行う。本文献によると、KBFは融点が570℃、また283℃で相転移し、低温相(orthorhombic構造)から高温相(NaCl型面心立方格子)へと変態する。 Although the physical and chemical properties of KBF 4 are described in research papers and safety data sheets, there are various reports on the melting point and its decomposition. In the following explanation, the explanation will be based on the physical property values of the literature (Hideo Ohno, Kazuo Furukawa: JAERI-M 5053, (1972)) in which the physical property values of the inorganic melt are summarized by the Japan Atomic Energy Research Institute. According to this document, KBF 4 undergoes a phase transition at a melting point of 570 ° C. and 283 ° C., and transforms from a low temperature phase (orthorhombic structure) to a high temperature phase (NaCl type face-centered cubic lattice).

図5は、温度とBF解離圧の関係を示すグラフである。KBFは加熱により固体のKF(s)と気体のBF(g)に分解し、温度とBF解離圧との間には図5に示す関係がある。このように、分解温度はBF解離圧によって定まるといえる。BF解離圧は600℃を超えた辺りから徐々に上昇しており、特に750℃付近から分解反応が顕著となっており、短時間にKBFは完全に分解すると考えられる。なお、各温度において、それぞれ決まったBF解離圧に達するまで分解するが、開放系での実験であるため平衡状態に達することはなく、解離圧が1atmになる温度は930℃である。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between temperature and BF 3 dissociation pressure. KBF 4 is decomposed into solid KF (s) and gaseous BF 3 (g) by heating, and there is a relationship shown in FIG. 5 between the temperature and the BF 3 dissociation pressure. In this way, it can be said that the decomposition temperature is determined by the BF 3 dissociation pressure. The BF 3 dissociation pressure gradually increases from around 600 ° C., and the decomposition reaction is particularly remarkable from around 750 ° C., and it is considered that KBF 4 is completely decomposed in a short time. At each temperature, it decomposes until it reaches a fixed BF 3 dissociation pressure, but since it is an experiment in an open system, it does not reach an equilibrium state, and the temperature at which the dissociation pressure reaches 1 atm is 930 ° C.

次に、Al粉とKBF粉を混合することにより、歩留りが向上するメカニズムについて説明する。 Next, the mechanism for improving the yield by mixing Al powder and KBF 4 powder will be described.

図6は、実施例のB添加剤(Al−50wt%KBF=KBF−50wt%Al)KBFのSEM像であり、(a)が(b)に比べて低倍率のSEM像であり、(b)がKBFを拡大したSEM像である。 Figure 6 is an SEM image of the embodiment of B additive (Al-50wt% KBF 4 = KBF 4 -50wt% Al) KBF 4, be SEM image of low magnification compared to (a) is (b) , (B) is an enlarged SEM image of KBF 4 .

図6(a)の矢印で示すように、丸みを帯びたAl粒子の間にKBFの凝集体が存在している。またAl粒子表面にはKBF微粒子が付着している。このような状態のB添加剤を加熱すると、AlとKBFは反応式1に示す固相間反応を起こす。
(反応式1)
KBF(s)+3Al(s)→2AlB(s)+KAlF(s)[490℃]
As shown by the arrow in FIG. 6A, agglomerates of KBF 4 are present between the rounded Al particles. Further, KBF 4 fine particles are attached to the surface of the Al particles. When the B additive in such a state is heated, Al and KBF 4 cause an intersolid reaction shown in Reaction Scheme 1.
(Reaction formula 1)
KBF 4 (s) + 3Al (s) → 2AlB 2 (s) + KAlF 4 (s) [490 ° C]

本実施例では、B添加剤をアルミ箔に包んでから溶湯3に添加している。従ってB添加剤は、添加方法1又は添加方法2の何れの添加方法を用いても添加直後に反応式1の反応を起こしてから溶湯3に分散すると考えられる。 In this embodiment, the B additive is wrapped in aluminum foil and then added to the molten metal 3. Therefore, it is considered that the B additive is dispersed in the molten metal 3 after causing the reaction of the reaction formula 1 immediately after the addition regardless of the addition method of the addition method 1 or the addition method 2.

添加方法1と添加方法2をそれぞれ比較した場合、添加方法2のホスホライザー21にB添加剤を詰めて溶湯3に添加する方法の方が、B添加剤の溶湯へ3の分散を抑えられるため反応式1の反応を効率的に起こす上で有利と言える。これによって、添加方法1は添加方法2に比べてより低温で高い添加歩留まりが達成できたと考えられる。 When the addition method 1 and the addition method 2 are compared with each other, the method of filling the phosphorizer 21 of the addition method 2 with the B additive and adding it to the molten metal 3 can suppress the dispersion of the B additive in the molten metal 3. It can be said that it is advantageous in efficiently causing the reaction of Reaction Scheme 1. As a result, it is considered that the addition method 1 was able to achieve a higher addition yield at a lower temperature than the addition method 2.

図4のグラフからも示されるように、Al含有量の増加は反応式1の反応促進因子となっていることは明らかである。 As shown in the graph of FIG. 4, it is clear that the increase in Al content is a reaction promoter of Reaction Scheme 1.

次に、Al含有量と歩留りの関係について説明する。図7は、B添加剤におけるAlとKBFの混合状態を示す模式図である。室温におけるKBFの比重γKBF4は2.5、Alの比重γAlは2.7であるため、γKBF4≒γAlとみなすことができる。また、各粒子(凝集体)を同サイズの立方体と考え、それらがランダムに混合されたときのKBF−50wt%Alをシミュレートとしたものが図7中の(a)である。同様に、KBF−65wt%Alの混合状態をシミュレートしたものが図7中の(b)である。 Next, the relationship between the Al content and the yield will be described. FIG. 7 is a schematic view showing a mixed state of Al and KBF 4 in the B additive. Specific gravity gamma KBF4 of KBF 4 at room temperature is 2.5, the specific gravity gamma Al of Al is 2.7, can be regarded as γ KBF4 ≒ γ Al. Each particle (aggregate) considered cubes of the same size, it is they that the simulating KBF 4 -50wt% Al when mixed randomly in FIG 7 (a). Similarly, it simulates a mixed state of KBF 4 -65wt% Al is (b) in FIG.

図7の(a)(b)により、KBF−50wt%Alに比べてKBF−65wt%Alの方が離散的な分布形態になることがわかる。これにより、KBF−65wt%AlにおけるKBFの比表面積(表面積/体積)は、KBF−50wt%Alよりも1.36倍大きくなる。その結果、KBF−65wt%Alの方が反応式1の反応速度が大きくなると考えられる。このシミュレーション結果より、Al含有量の増加はKBFの比表面積の増加をもたらし、反応式1の反応を促進するため、より低温かつ短時間でのB添加を可能とすることがわかった。 By (a) (b) of FIG. 7, it can be seen that the direction of KBF 4 -65wt% Al as compared with KBF 4 -50wt% Al is discrete distribution form. Thus, the specific surface area of KBF 4 in KBF 4 -65wt% Al (surface area / volume) is 1.36 times greater than KBF 4 -50wt% Al. As a result, towards the KBF 4 -65wt% Al is considered to reaction rate of the reaction formula 1 is large. From this simulation result, it was found that the increase in Al content brings about an increase in the specific surface area of KBF 4 and promotes the reaction of Reaction Scheme 1, so that B can be added at a lower temperature and in a shorter time.

次に、添加温度と歩留りの関係について説明する。図8は、B添加剤(KBF−50wt%Al)添加温度とB添加歩留りの関係を示すグラフである。 Next, the relationship between the addition temperature and the yield will be described. Figure 8 is a graph showing the relationship between B additives (KBF 4 -50wt% Al) addition temperature and addition of B yields.

図8に示されるように、B添加歩留まりは溶湯温度(添加温度)の上昇に伴って大きくなっている。これは高温になるほど起こりやすくなるようなB添加に関する反応が反応式1以外にも存在することを示唆している。例えば反応式1において未反応のKBFは570℃で融点に達する。
KBF(s)→KBF(L)[570℃]
As shown in FIG. 8, the B addition yield increases as the molten metal temperature (addition temperature) rises. This suggests that there are reactions other than Reaction Scheme 1 that are more likely to occur at higher temperatures. For example, in Reaction Scheme 1, unreacted KBF 4 reaches its melting point at 570 ° C.
KBF 4 (s) → KBF 4 (L) [570 ° C]

そして、570℃を超えると、反応式1は以下の反応式2となる。
(反応式2)
2KBF(L)+3Al(L)→2AlB(s)+2KAlF(s)
Then, when the temperature exceeds 570 ° C., the reaction formula 1 becomes the following reaction formula 2.
(Reaction formula 2)
2KBF 4 (L) + 3Al (L) → 2AlB 2 (s) + 2KAlF 4 (s)

KAlFは590℃で融点に達するため,それ以降はフラックス(KBF+KAlF)とAlの反応になる。ここでフラックスはAl溶湯と分離する傾向があると考えられる。更に、図5に示したように、750℃を超えると以下の分解反応が顕著になる。
(反応式3)
BF(L)⇔KF(s)+BF(g)
Since KAlF 4 reaches its melting point at 590 ° C., the reaction between flux (KBF 4 + KAlF 4 ) and Al thereafter occurs. Here, it is considered that the flux tends to separate from the molten Al. Further, as shown in FIG. 5, when the temperature exceeds 750 ° C., the following decomposition reaction becomes remarkable.
(Reaction formula 3)
BF 4 (L) ⇔ KF (s) + BF 3 (g)

反応式3によると、KBFあるいはそれを含むドロス・スラッジからもBFが発生すると考えられる。BFが溶湯と接触すると以下に示す反応式4)を生じる可能性がある。
(反応式4)
BF(g)+Al(L)⇔B(s)+AlF(s)
According to the reaction formula 3, it is considered that BF 3 is also generated from KBF 4 or dross sludge containing it. When BF 3 comes into contact with the molten metal, the reaction formula 4) shown below may occur.
(Reaction formula 4)
BF 3 (g) + Al (L) ⇔ B (s) + AlF 3 (s)

反応式4における反応の標準ギブス自由エネルギー変化ΔG は,室温以上で常に負(例えば、810℃ではΔG810 =−150J/mol)となることから、BFの圧力PBF3が1atmならば反応は右方向へ進む。しかし、BFの圧力が1atmに達するのは、上述のように、930℃である。従って、810℃においては、ΔG=ΔG +RTlnKの関係よりΔGT=−150+9004.5ln(1/PBF3)となる。従って、PBF3<0.98atmでは、ΔGT>0となるため、反応は右方向に進まないことになる。しかし、B添加歩留まりの温度依存性を考えると反応式4は無視できない。例えば、溶湯中における微視的なBF気泡の発生等を仮定すればPBF3>1atmになるケースも考えられるためである。なお、BFは比重が空気の約2.3倍であるため炉内に滞留しやすいが、その分圧を考えると湯面を介しての反応は起こらないと考えられる。 Standard Gibbs free energy change .DELTA.G T o of the reaction in Scheme 4, if always negative (e.g., 810 ° C. In ΔG 810 o = -150J / mol) and from becoming the pressure P BF3 of BF 3 is 1atm at or above room temperature If so, the reaction proceeds to the right. However, the pressure of BF 3 reaches 1 atm at 930 ° C. as described above. Accordingly, 810 in ° C., the ΔGT the relationship of ΔG T = ΔG T o + RTlnK p = -150 + 9004.5ln (1 / P BF3). Thus, <in 0.98atm, ΔGT> P BF3 0, and therefore, the reaction will not proceed in the right direction. However, considering the temperature dependence of the B addition yield, the reaction formula 4 cannot be ignored. For example, assuming the generation of microscopic BF 3 bubbles in the molten metal, there may be a case where P BF3 > 1 atm. Since BF 3 has a specific gravity about 2.3 times that of air, it tends to stay in the furnace, but considering the partial pressure, it is considered that the reaction does not occur through the surface of the molten metal.

次に、B添加剤中のKBF粉とAl粉によるAlBの生成メカニズムについて説明する。 Next, the mechanism of formation of AlB 2 by KBF 4 powder and Al powder in the B additive will be described.

図9は、B添加剤のX線回折結果を示すグラフである。B添加剤が6063アルミニウム溶湯に添加されたとき、加熱によりどのような相変化・反応生成物を生じるかを明らかにするため、KBF−50wt%Alを油圧プレスで圧粉成形し、電気炉の設定温度で100℃から1000度まで100℃刻みでそれぞれ20分間加熱後、反応生成物の有無等をX線回折による定性分析及び電子線マイクロアナライザ(EPMA)により調べた。 FIG. 9 is a graph showing the X-ray diffraction results of the B additive. When B additives have been added to the 6063 aluminum melt, to clarify whether caused what phase change or reaction product by heating, compacting the KBF 4 -50wt% Al in a hydraulic press, an electric furnace After heating at the set temperature of 100 ° C. to 1000 ° C. in 100 ° C. increments for 20 minutes, the presence or absence of reaction products was examined by qualitative analysis by X-ray diffraction and electron probe microanalyzer (EPMA).

X線回折は管電圧45kV,管電流200mAとした。EPMAによる分析条件は,加速電圧15kV,ビーム電流100nA,分析領域120×90μm,測定ピッチ0.3μm,画像サイズ400×300pixcel,積分時間10ms/pointである。また、B検出用の分光結晶はLSA120とした。なお、圧粉成形した理由は、加熱後、組織観察に供するためである。 For X-ray diffraction, the tube voltage was 45 kV and the tube current was 200 mA. The analysis conditions by EPMA are an accelerating voltage of 15 kV, a beam current of 100 nA, an analysis area of 120 × 90 μm, a measurement pitch of 0.3 μm, an image size of 400 × 300 pixcel, and an integration time of 10 ms / point. The spectroscopic crystal for B detection was LSA120. The reason for the compaction molding is that it is used for microstructure observation after heating.

図9中の(a)は、B添加剤を電気炉中でアルゴンを流しながら100℃ごとに500℃まで加熱した後のX線回析結果である。300℃までは添加剤の成分(AlとKBF)のピークしか確認されないが、400℃以上ではKBFのピークは消失し、代わりにAlBとKAlFのピークが新たに確認された。283℃で起こる低温相から高温相への相変態に伴う回折ピークの位置変化は確認されなかった。 (A) in FIG. 9 is an X-ray diffraction result after heating the B additive to 500 ° C. at every 100 ° C. while flowing argon in an electric furnace. Up to 300 ° C, only the peaks of the additive components (Al and KBF 4 ) were confirmed, but above 400 ° C, the peak of KBF 4 disappeared, and instead the peaks of AlB 2 and KAlF 4 were newly confirmed. No change in the position of the diffraction peak due to the phase transformation from the low temperature phase to the high temperature phase occurring at 283 ° C. was confirmed.

図9中の(b)は、(a)と同様に100℃ごとに600℃〜1000℃まで加熱した後のX線回析結果を示す。600℃以上でも回折ピークの位置はほとんど変化せず、構成相はAl,AlB及びKAlFの3つであることが確認された。なお、X線回折についてはKBF−50wt%Alの場合に関しても同様の結果が得られた。 FIG. 9B in FIG. 9 shows the result of X-ray diffraction after heating from 600 ° C. to 1000 ° C. at every 100 ° C. as in (a). It was confirmed that the position of the diffraction peak hardly changed even at 600 ° C. or higher, and that there were three constituent phases, Al, AlB 2 and KAlF 4 . Note that the X-ray diffraction were similar results were obtained for the case of KBF 4 -50wt% Al.

図9中の(b)の結果から、KBFとAl粉末を混合した混合粉末1を800℃で予備加熱した場合、Al−B化合物が形成されることがわかる。このようなAl−B化合物が形成されたものを上述のアルミニウム合金の溶湯に添加してみたがBは溶湯に全く含有されなかった。これは予備加熱で生成した副生成物がAl−B化合物に付着し溶湯との濡れ性を阻害した為と推測される。このことからも、KBFとAl粉をミリング後、ホスホライザー21で添加する方が好ましいことがわかる。 From the result of (b) in FIG. 9, it can be seen that when the mixed powder 1 in which KBF 4 and Al powder are mixed is preheated at 800 ° C., an Al−B compound is formed. The one in which such an Al-B compound was formed was added to the above-mentioned molten aluminum alloy, but B was not contained in the molten metal at all. It is presumed that this is because the by-products produced by preheating adhered to the Al-B compound and hindered the wettability with the molten metal. From this, it can be seen that it is preferable to add KBF 4 and Al powder with a phosphorizer 21 after milling.

図10は、B添加剤(KBF−65wt%Al)における反射電子像及びEPMA面分析結果である。図10に示す分析では、KBF−65%Alを圧粉成形し、アルゴン雰囲気中で800℃に加熱した。反射電子像においては,色の黒い部分が母相Alよりも平均原子番号の低い部分を表しており,面分析結果では、Bの多い部分に対応している。 Figure 10 is a reflection electron image and EPMA surface analysis of B additive (KBF 4 -65wt% Al). In the analysis shown in FIG. 10, compacting the KBF 4 -65% Al, it was heated to 800 ° C. in an argon atmosphere. In the backscattered electron image, the black part represents the part having a lower average atomic number than the parent phase Al, and in the surface analysis result, it corresponds to the part having a large amount of B.

図10に示す面分析結果より、分析対象元素であるB,F及びKは、何れも試料中微細に分散していることが分かる。FとKは分布位置が重複しているが、Bに関してはそれら元素とは独立して存在している。また、図8のB濃度の高い部分をEPMAにより定量分析したところ、AlとBのmol比は概ね1対2となっていることが確認された。X線回折結果と併せて考えると、B濃度の高い部分はAlB,FとKが重複している部分はKAlFであるといえる。以上より、B添加剤の添加過程においては、微細なAlB粒子が形成され、それらが溶湯中に広がることでB添加が行われることが組織学的に確認された。また固相反応(反応式1)により,KBFはほぼ完全にAlBとKAlFに変化すると考えられる。 From the surface analysis results shown in FIG. 10, it can be seen that the elements B, F and K to be analyzed are all finely dispersed in the sample. The distribution positions of F and K overlap, but B exists independently of these elements. Further, when the portion having a high B concentration in FIG. 8 was quantitatively analyzed by EPMA, it was confirmed that the mol ratio of Al and B was approximately 1: 2. Taken together with the X-ray diffraction results, portion of high B concentration portion AlB 2, F and K are overlapped can be said to be KAlF 4. From the above, it was histologically confirmed that in the process of adding the B additive, fine AlB 2 particles were formed and spread in the molten metal to carry out the B addition. Further, it is considered that KBF 4 is almost completely changed to AlB 2 and KAlF 4 by the solid phase reaction (reaction formula 1).

図11は、B添加剤(KBF−50wt%Al)における反射電子像及びEPMA面分析結果である。図10での分析と同様に処理した試料の反射電子像及びEPMA面分析結果が示されている。 Figure 11 is a reflection electron image and EPMA surface analysis of B additive (KBF 4 -50wt% Al). The reflected electron image and the EPMA surface analysis result of the sample treated in the same manner as the analysis in FIG. 10 are shown.

図11に示されるように、図10と同様に主な生成物はAlBとKAlFになる。また、B添加剤中のKBF量がKBF−65%Alよりも多いことから、それらの生成量も図9中の(b)で観察されるより増えているように見える。また、図11中の矢印で示すように、KAlF中、F濃度のみ高い箇所も多数観察された.X線回折では確認できなかったが、これはAlFの生成,即ち前述の反応式4が起きたこと、即ち、フラックス(KBF+KAlF)中におけるKBFの分解を示唆している。図6において、KBF−50%Alは KBF−65%Alに比べKBFの比表面積が小さいため反応速度が小さくなると考えられる。図10は、B添加剤を圧粉成形した状態で20分間の加熱を行った後の結果であるが、実際は添加後、短時間でB添加剤は溶湯中に分散する。以上の結果は、KBF−65%Alの場合に比べ,KBF−50%Alでは反応式1で消費されるKBFが少なく、反応式2及び反応式4に基づくB添加が成される割合が多いことを示している。 As shown in FIG. 11, the main products are AlB 2 and KAlF 4 as in FIG. Further, KBF 4 content in the B additive since more than KBF 4 -65% Al, the amount produced of them also appear to have increased than that observed in (b) in FIG. In addition, as shown by the arrows in FIG. 11, many places in KAlF 4 where only the F concentration was high were observed. Although not confirmed by X-ray diffraction, this suggests the formation of AlF 3 , that is, the above-mentioned reaction equation 4 occurred, that is, the decomposition of KBF 4 in the flux (KBF 4 + KAlF 4 ). In FIG. 6, KBF 4 -50% Al is believed the reaction rate for a small specific surface area of KBF 4 compared with KBF 4 -65% Al is reduced. FIG. 10 shows the result after heating the B additive in a powder-molded state for 20 minutes, but in reality, the B additive is dispersed in the molten metal in a short time after the addition. The above results, compared to the case of KBF 4 -65% Al, KBF 4 KBF 4 less consumed by -50% Al In Scheme 1, B is added is made based on Scheme 2 and Scheme 4 It shows that the ratio is high.

以上のX線回折及びEPMA分析の結果、反応式1の反応は400℃付近の低温から容易に起こり、微細なAlBが生成することが明らかになった。また、Al含有量の低下はKBFの比表面積を低下させ、反応式1の反応速度を小さくするため、B添加剤中での反応式1の反応量が少なくなり、B添加における反応式2及び反応式4の依存度が大きくなることが分かったのである。 As a result of the above X-ray diffraction and EPMA analysis, it was clarified that the reaction of Reaction Scheme 1 easily occurs from a low temperature of around 400 ° C. and fine AlB 2 is produced. Further, since the decrease in the Al content reduces the specific surface area of KBF 4 and reduces the reaction rate of the reaction formula 1, the reaction amount of the reaction formula 1 in the B additive is reduced, and the reaction formula 2 in the addition of B is reduced. And it was found that the dependence of the reaction formula 4 becomes large.

B添加に係る反応は主に2つと考えられる。1つは、B添加剤添加時の固相反応に起因する反応式1であり、もう1つは、高温時BFの発生に伴う反応式4によるものである。これらの両方、又は何れかの反応を促進させるよう、製造条件を調整することで、B添加歩留まりの向上を実現できるのである。例えば、KBF−50wt%Alを添加剤として使用し、添加方法2で添加温度を810℃に設定することで、従来比1500%のB添加歩留まり改善がなされ、 Al−4wt%B母合金添加時に匹敵するB添加歩留まりが得られた。また、B添加剤中のAl含有量,添加方法及び添加温度を調整することにより,B添加歩留まりが飛躍的に改善(1800%アップ)されることが明らかになった。例えば、KBF−50wt%Alで高いB添加歩留(90%以上)が示されている。 It is considered that there are mainly two reactions related to the addition of B. One is the reaction formula 1 due to the solid phase reaction when the B additive is added, and the other is the reaction formula 4 due to the generation of BF 3 at high temperature. By adjusting the production conditions so as to promote the reaction of both or any of these, it is possible to improve the yield of adding B. For example, use as additives KBF 4 -50wt% Al, by setting the addition temperature to 810 ° C. In addition method 2, the conventional ratio 1500% of B added yield improvement have been made, Al-4 wt% B master alloy added Occasionally comparable B-added yields were obtained. Further, it was clarified that the B addition yield was dramatically improved (1800% increase) by adjusting the Al content, the addition method and the addition temperature in the B additive. For example, KBF 4 -50wt% higher B addition yield (90%) of Al is shown.

図12は、6063アルミニウム合金溶湯におけるKBF−65wt%AlとKBFのB添加歩留り比較を示すグラフである。条件は上述したものと同じ条件である。従来は、KBFを6063アルミニウム合金溶湯に添加しても良好な歩留りを得ることはできなかった(図13参照)。しかしながら、図12に示すように、本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法によりKBFにAl粉を混合すれば、KBF単独で溶湯に添加するよりもB添加歩留りを著しく向上させることができる。図12では、700℃、750℃、800℃の何れの場合においても、KBFにAl粉を混合したKBF−65wt%Alの方がKBF単独で溶湯に添加したものよりも歩留りが大きく向上している。このことからも、本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法がアルミニウム系金属の光輝性向上を安価で信頼性の高い新しいB添加技術を実現していることがわかる。 Figure 12 is a graph showing the addition of B yields comparison KBF 4 -65wt% Al and KBF 4 in 6063 aluminum alloy melt. The conditions are the same as those described above. Conventionally, even if KBF 4 is added to the 6063 aluminum alloy molten metal, a good yield cannot be obtained (see FIG. 13). However, as shown in FIG. 12, if Al powder is mixed with KBF 4 by the method for producing an aluminum-based metal of the present embodiment, the yield of adding B can be significantly improved as compared with adding KBF 4 alone to the molten metal. .. In Figure 12, 700 ℃, 750 ℃, in any case of 800 ° C., greater yield than those who KBF 4 -65wt% Al mixed with Al powder KBF 4 was added to the melt at KBF 4 alone It is improving. From this, it can be seen that the method for producing the aluminum-based metal of the present embodiment realizes a new B-adding technique that is inexpensive and highly reliable for improving the brilliance of the aluminum-based metal.

なお、本発明は上記実施形態、実施例や測定結果に限定されるものではなく、事情に応じて適宜その構成や方法を変更することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, examples and measurement results, and its configuration and method can be appropriately changed depending on the circumstances.

1 KBFとAlの混合粉末
2 アルミニウム箔
3 溶湯
21 ホスホライザー(保持部材)
1 Mixed powder of KBF 4 and Al 2 Aluminum foil 3 Molten metal 21 Phosphorizer (holding member)

Claims (4)

KBFとAlを混合して混合粉末を作る混合工程と、
アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯に、前記混合工程で混合されたKBFとAlの混合粉末を添加する溶湯工程と、を含み、
前記溶湯工程では、アルミニウム箔に包んだ状態で保持部材に保持された前記混合粉末を溶湯に浸漬させることで前記混合粉末を溶湯に添加するアルミニウム系金属の製造方法。
A mixing step of mixing KBF 4 and Al to make a mixed powder,
A molten metal step of adding a mixed powder of KBF 4 and Al mixed in the mixing step to a molten aluminum or an aluminum alloy is included.
In the molten metal step, a method for producing an aluminum-based metal, in which the mixed powder held in a holding member while being wrapped in an aluminum foil is immersed in the molten metal to add the mixed powder to the molten metal.
前記混合工程では、前記混合粉末におけるAlの含有量が30質量%以上70質量%以下になるように調整される請求項1に記載のアルミニウム系金属の製造方法。 The method for producing an aluminum-based metal according to claim 1, wherein in the mixing step, the Al content in the mixed powder is adjusted to be 30% by mass or more and 70% by mass or less. 前記溶湯工程における溶湯温度が650℃以上810℃以下の範囲である請求項1又は2に記載のアルミニウム系金属の製造方法。 The method for producing an aluminum-based metal according to claim 1 or 2, wherein the molten metal temperature in the molten metal step is in the range of 650 ° C. or higher and 810 ° C. or lower. 前記溶湯工程の後、溶湯を型に注湯して固めて押し出し、押出形材を製造する工程を更に含む請求項1からの何れかに記載のアルミニウム系金属の製造方法。 The method for producing an aluminum-based metal according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a step of pouring the molten metal into a mold, solidifying and extruding the molten metal after the molten metal step to produce an extruded profile.
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