JPH01178362A - 粒子分散強化複合材の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はダイカストマシンを用いてセラミックスあるい
は金属間化合物等の粒子を合金に分散させた複合材の製
造方法とその製造装置に関し、特に粒子とマトリックス
溶湯との混合撹拌の方法と混合撹拌装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ダイカストマシンを用いて粒子又は短繊維分散強
化複合材を製造する場合、あらかじめ粒子又は短繊維の
混合された複合材母合金を製造しておき（ポルテックス
法）その複合材母合金溶湯を金型に鋳込んで複合材を製
造する方法と、溶湯を金型に鋳込む流れの途中で粒子又
は短繊維を混合撹拌させて複合材を製造する方法がある
。

前者の方法においては、−度に多量の粒子又ｉよ短繊維
と母材溶湯との混合撹拌をする為混合撹拌に比較的長時
間を要し、その為金属間化合物粒子のように母材溶湯中
に溶解しやすいもの又は母材溶湯と反応しやすいものを
強化材とする複合材を製造することは困難である。

また、セラミックス粒子等母材溶湯中に溶解しに（いも
のを強化材とする場合であっても、混合撹拌に長時間を
要しセラミックス粒子と母材溶湯との接触時間が長くな
るために複合材の機械的性質に悪影響を及ぼすという問
題がある。

そこで前者の欠点を解決する方法として後者の方法が開
示された。特開昭５０−１３０６３２号公報の如く混合
チャンバーを給湯口の上に取りつけて撹拌羽根により混
合≠ヤンバー内で混合撹拌を行なう装置や、特開昭６０
−１０６６５６号公報の如く鋳込みスリーブ内に粒子と
母材溶湯を入れスリーブ周辺に設置された電磁撹拌装置
によりスリーブ内で混合撹拌する方法が提案されている
。

しかしながら前記特開昭５０−１３０６３２号公報のも
のは混合チャンバーの底をプランジャーチップで受ける
為、常にプランジ中−チップが溶湯に接していることか
らプランジャーチップの傷みが激しく焼き付きを生じ、
多シッットのダイカスト鋳造には適しない、また従来の
ダイカストマシンを改造して混合チャンバーを取り付け
る必要がある。

一方特開昭６０−１０６６５６号公報のものは竪型加圧
鋳造装置にしか使用できないため、通常用いられる横型
ダイカストマシンには使用出来ず、また電磁撹拌装置を
用いる為、コスト的にも高くなるという問題点を有して
いる。

そこで本出願人は、先に出願した特願昭６２−１２８６
２２号及び特願昭６２−１９１４１１号の「金属間化合
物粒子分散強化型合金及びその製造方法Ｊにおいてダイ
カストマシンに鋳込む少量の溶湯に金属間化合物を加え
、短時間の機械的撹拌によって金属間化合物をマトリッ
クスの中に溶解させることなく均一に分散させる方法を
提案しているが、この場合混合槽と撹拌機とを要しダイ
カスト製品を大量生産するためには問題を含んでいた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の如く、従来の技術は大量生産の為には混合撹拌の
為の設備が比較的複雑で大掛かりになり、ダイカストマ
シンの給湯口の改造を要するものであって、多額の生産
設備を必要とし、生産コストに大きく影響を及ぼすとい
う問題点を有していた。

本発明の目的は従来の問題点を解決し、従来のダイカス
トマシンを改造することなく、比較的簡単な設備と操作
で、良好な粒子分散強化複合材を大量生産出来る製造方
法とその装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、ダイカストマシンを用いて粒子を
合金中に分散させた複合材を製造する方法であって、溶
湯保持炉からラドルによりダイカストマシンの給湯口へ
溶湯を供給する間に、前記ラドル内の溶湯に粒子を添加
するとともに、撹拌装置を作動させてラドル内で混合撹
拌を行うことを特徴とする粒子分散強化複合材の製造方
法と、前記製造方法に用いられるダイカストマシンを用
いて粒子を合金中に分散させた複合材を製造する装置で
あって、溶湯保持炉からダイカストマシンの給湯口へ溶
湯を供給するラドル内に一定量の粒子を添加する粒子供
給袋Ｗｈ、前記ラドル内で回転可能な撹拌羽根が昇降自
在に設けられた撹拌装置とからなることを特徴とする粒
子分散強化複合材の製造装置により達成される。

本発明におけるダイカストマシンは、竪型であっても横
型であっても適用出来る。

本発明における合金とは、例えばＡｌ２−Ｍｎ　−Ｍｇ
系合金、Ａｌ２−Ｓｉ　−Ｃｕ系合金等をいう。

本発明における粒子とは、金属粒子及び金属間化合物粉
末粒子セラミックス粒子、黒鉛粒子、短繊維等をいう。

例えば合金がＡｇ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金の場合はＡＱｓＭ
ｎ、ＡＬＭｎ、ＡｆａＭｎのうち１種類以上の金属間化
合物粉末、合金がＡｌ−３ｉ−Ｃｕ系合金の場合はＳｉ
の粉末、又はＡｊ！Ｎｉ、Ａｌ１ｘＮｔ、ＡｌＮ１ｔの
内ＩＮ類以上の金属間化合物粉末が選ばれて用いられる
。

分散粒子の粒子径は１００μ−以下であり、添加量は合
金に対し４〜５０重量％の範囲である。

本発明においてダイカストマシンを用いて粒子を合金中
に分散させた複合材とは、上記のごとく合金白に粒子を
分散させた耐摩耗性に優れた強化型合金をいう。

本発明における溶湯保持炉からラドルによりダイカスト
マシンの給湯口へ供給する間とは、溶湯保持炉からダイ
カストマシンの給湯口の間であれば如何なる場所でも構
わないが、最も好ましい場所としてはラドルの運搬動作
から考えると、ダイカストマシンの給湯口の上の部分の
位置になる。

本発明においてラドル内の溶湯に粒子を添加する装置と
しては、精密計量添加が可能なものであれば如何なる装
置を用いても良い。

本発明におけるラドル内で粒子を合金内に混合撹拌する
撹拌装置としては、ラドル内を短時間例えば５分以下最
も好ましくは７〜１５秒で均一に混合撹拌出来る撹拌羽
根を有し、該撹拌羽根がラドル内に昇降自在であるもの
がえらばれる。

本発明の製造装置の基本動作について説明すると、溶湯
保持炉で一定温度に保持された溶湯はラドルによって掬
いとられ、ダイカストマシンの給湯口の上に運ばれる。

ラドルの上部に設置された粉末供給ホッパーから、計量
された粉末が粉末供給ノズルを通ってラドル内の溶湯の
合金に添加される。次に撹拌機の羽根が昇降装置により
溶湯内に入れられ、溶湯の合金と添加された粉末をすば
やく混合撹拌する。規定時間で混合を終えると、撹拌羽
根は昇降装置により溶湯内より抜き出され、ラドルはひ
つくりかえって粉末を混合した溶湯を給湯口にそ−ぎ、
溶湯はプランジャーによってダイカストマシン内の金型
に補給され、複合材が作られる。

〔作　　用〕

本発明は溶湯保持炉からラドルによりダイカストマシン
の給湯口への溶湯を供給する間に、前記ラドル内の溶湯
合金に対応する粒子を計量添加するとともに、撹拌装置
を作動させたラドル内で混合撹拌を行うことにより、小
量の溶湯合金に相応する小量粉末の混合であるため短時
間内に迅速に混合が出来る。又混合槽を必要としないし
、ダイカストマシンの溶湯供給口の改造も必要としない
ので、多額の生産設備を必要とせず操作も簡単で良好な
粒子分散強化複合材を大量生産的に製造することが出来
る。

〔実　施　例〕

以下図面によって本発明の詳細な説明する。但し本発明
は本実施例にのみ限られるものではない。

第１図は本発明により複合材を製造する装置の１実施例
の側面一部所面図である。ラドル５内へ溶湯保持炉１１
より着湯を１テった後、給湯口６の上部でラドル５は停
止する。ラドル５の停止後直ちに粉末供給ホッパー３か
ら粉末供給ノズル４を通し強化粒子がラドル５内の溶湯
へ一定情供給される。その後すぐさま撹拌装置本体ｌに
接続された撹拌羽根２がラドル５内の溶湯中に降下しさ
らに撹拌回転を行なうことにより、強化粒子と溶湯の合
金は混合撹拌される。、なお、金属間化合物粒子を強化
粒子とする場合、この撹拌時間は１０秒前後の短時間で
あるため、金属間化合物粒子の溶湯中への溶解はほとん
ど見られない。混合撹拌が行なわれた後、撹拌羽根２は
溶湯中からもとの位置へ上昇し、混合撹拌された溶湯は
ラドル５から給湯口６へただちに供給され、ダイカスト
鋳造が行なわれる。このとき、混合溶湯はプランジャ８
により金型内へ高速高圧で充填されるため強化粒子は母
合金溶湯中に極めて均一に分散されることになる。

第２図は本発明に係わる撹拌装置の１実施例の側面図を
示す。ラドル５が給湯口６の上部で停止すると、撹拌機
本体１に連結されたセンサー型スタートスイッチ１３に
より作動が開始され、上下動モーター２１が正回転を始
めるとともに撹拌機本体ｌは降下していく。また、その
時スイッチに付属する作動表示灯（図示せず）は点灯と
なる。

尚このときの撹拌機降下機構は次の通りである。

すなわち、上下動モーター２１が回転をするとチェーン
１７の上下方向への動きに伴ってチェーン１７に直結さ
れたスライド板２９および撹拌機本体１の上下作動とな
るわけである。ここでスライドガイド３１およびスライ
ドボールベアリング３０は上下作動を滑らかにさせるも
のであり、バランスウェート１４は撹拌ｌＲ１の重量と
均衡を保つためのおもりである。また滑車１６．１８は
それぞれワイヤロー１１５．チェーン１７の回転支持部
となるものである。撹拌機本体ｌは短時間で降下してい
くが、途中で中限マイクロススイッチ２３に接触すると
降下速度は減退され、撹拌羽根２は静かにラドル５の溶
湯中に侵入することになる。更に撹拌機本体と共に動く
スライド仮２９の下限マイクロスイッチ２４への接触に
より撹拌機１の降下は停止となる。次に撹拌羽根２の回
転が始まり一定時間回転した後回転は停止する。次に上
下動モーター２１は逆回転を開始し、撹拌機は上昇開始
となる。この時中限マイクロスイッチ２３に接触するま
では比較的ゆっくりした上昇であるが、その後スライド
板２９が上限スイッチ２２に接触するまでは、すみやか
に上昇が行なわれ、そこで撹拌機の作動は完了となる。

但し、本発明の撹拌装置は上記に限定されるものではな
い。

上記の様な本発明による製造方法で製造したものと、従
来の製造方法によるものとの比較を、図を用いて説明す
る。

第３図は本発明の方法（撹拌時間１０秒）により製造し
たＡｊ！Ｎｉ金属間化合物粒子分散強化複合材（母材Ａ
ＤＣＩＯ合金）の断面組織写真であり、第４図は、従来
の製造法（ポルテックス法）により製造された複合材の
断面組織写真である。

本発明のものは粒子の溶解がさほどなく合金中に均一に
分散されているのがわかるのに対し、従来法による複合
材は、粒子が溶湯中に溶失してしまっていることがわか
る。

第５図は本発明で製造した１０ｗｔ％＾ｌＮｉ粒子分散
強化ＡＤＣＩＯ合金複合材とＡＤＣＩＯ合金のみについ
て太線式摩耗試験を乾式行ったときの実験結果を示して
いる。このときの試験条件は摩耗距離１００ｍ、相手材
ＦＣ２５，荷重２．１廟である。これかられかるように
本発明法により製造された複合材はマトリック合金のみ
のものと比べ耐摩耗性は非常に優れている。また第１表
にセラミック粒子強化複合材料の機械的性質を本発明法
で製造したものと従来法（ポルテックス法）で製造した
ものについて示したが、 第　　　１　　　表 （注）従来法（ポルテックス法：撹拌時間３０分）本発
明法（撹拌時間１０秒） 降伏強さ、弾性率に関してはその特性値に殆んど違いは
見られないが、引張強さと伸びについては本発明法によ
るものの方が優れていることが認められる。特に伸びに
ついては従来法で０．９％であったものが本発明法では
４．８％と著しく増加している。

〔発明の効果〕

本発明はダイカストマシンを用いて粒子を合金中に分散
させた複合材を製造する方法であって、溶湯保持炉から
ラドルによりダイカストマシンの給湯ロヘ溶湯を供給す
る間に、前記ラドル内の溶湯に粒子を添加するとともに
、撹拌装置を作動させてラドル内で混合撹拌を行うこと
を特徴とする粒子分散強化複合材の製造方法及びその装
置により、ラドル内に粒子を添加しラドル内で混合撹拌
するようにしたことから、撹拌時間は１０秒前後と短時
間で良い為、粒子が母材溶湯中に溶解することもなく、
母材中に均一に分散し、その結果機械的性質に優れた複
合材を得ることができる。

また、本発明は従来のダイカストマシンにそのまま設置
可能である為、ダイカストマシンを改良する必要がなく
比較的簡単な設備と操作で良好な粒子分子Ｐ１．重合材
を大量生産することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造装置の１実施例の側面−部所面図
、第２図は本発明に係わる撹拌装置の側面図、第３図は
本発明による製造方法で製造したＡｌＮ＋ｌＮ間化合物
粒子分散強化複合材（母材ＡＤＣＩＯ合金）の断面組織
写真、第４図は従来の製造方法（ポルテックス法）によ
り製造した複合材の断面組織写真、第５図は本発明の製
造方法で製造したＡｌＮ　＋粒子分散強化ＡＤＣＩＯ合
金複合材と従来の製造方法（ポルテックス法）によるＡ
ＤＣ合金について太線式摩耗試験による滑り速度に対す
る比摩耗量のグラフの比較図である。 ■・・・撹拌機本体　　２・・・撹拌羽根３・・・粉末
供給ホッパー ４・・・粉末供給ノズル ５・・・ラドル　　　　６・・・給湯ロア・・・スリー
ブ　　　８・・・プランジャー９・・・ダイカストマシ
ン １０・・・金型　　　　１１・・・溶湯保持炉１２・・
・溶湯 １３・・・センサー型スタートスイッチ１４・・・バラ
ンスウエート １５・・・ワイヤーローブ １６・・・、９車　　　　１７・・・チェーン２１・・
・上下モーター ２２．２３．２４・・・マイクロスイッチ３０・・・ボ
ールベアリング ３１・・・スライドガイド （ほか　３名） 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ダイカストマシンを用いて粒子を合金中に分散させ
   た複合材を製造する方法であって、溶湯保持炉からラド
   ルによりダイカストマシンの給湯口へ溶湯を供給する間
   に、前記ラドル内の溶湯に粒子を添加するとともに、撹
   拌装置を作動させてラドル内で混合撹拌を行うことを特
   徴とする粒子分散強化複合材の製造方法。 ２　ダイカストマシンを用いて粒子を合金中に分散させ
   た複合材を製造する装置であって、溶湯保持炉からダイ
   カストマシンの給湯口へ溶湯を供給するラドル内に一定
   量の粒子を添加する粒子供給装置と、前記ラドル内で回
   転可能な撹拌羽根が、昇降自在に設けられた撹拌装置と
   からなることを特徴とする粒子分散強化複合材の製造装
   置。