JPH01180770A - 金属等の強化ブロック材の製造方法 - 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〕 本発明は金属等の結晶性材料の強化ブロック材の製造方
法に関する。更に詳しくは従来においては非結晶又は微
細結晶化させることにより繊維状又は膜状にしか成型出
来なかった金属等の結晶性材料の強化材を、ブロック状
に成型可能とした金属等の強化ブロック材を製造する方
法に関する。

〔従来の技術〕

結晶性材料は本来その結晶固有の優れた強度を保持して
いる筈であるが、実際上これは極めて微細な範囲におい
てのみ得られるものであり、その理想的な強度を如何に
拡大するかということが重要な課題となっている。例え
ば結晶性高分子は現用されている金属よりも遥かに大き
い強度を持つ能力を有しながら実用的には約１／１００
程度の強度しかない。これを強化するため特定条件の延
伸によりその分子を配向せしめ、結晶の配列を揃えるこ
とによりその強度を飛躍的に強化することが行われてい
る。また、金属の場合にも、結晶粒内の格子欠陥、転位
或いは結晶粒界弱化等の理由により理想強度に程遠い状
態にあり、これを理想強度に近づける方法として、転位
を含まない針状結晶（ウィスカー）としたり、又は結晶
を微細化するか又はほとんど結晶を含まないガラス状金
属とすることにより、強化する方法が知られている。

前記金属結晶を微細化する方法として一般的に知られて
いる方法としては、溶融金属への結晶微細化剤の添加、
押し出し、鍛造、圧延等によるバルク材の物理的変形ま
たは急冷金属粉末を利用する粉末冶金等の方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記のような、例えば結晶性高分子の延伸によ
る強化方法は繊維に限られており、これをブロック状に
成型する方法は得られていない。

また、金属の場合において、針状結晶（ウィスカー）は
非常にコスト高となり大型ブロック材の場合には適用出
来ない。結晶粒微細化による金属の・強化は、他の強化
方法に見られるような延性の低下を伴わないため優れた
強化方法であるといえる。

しかし、溶融金属への結晶微細化剤の添加は微細化能力
の点で限界があり、又溶融金属の冷却速度にかなり左右
されるものであった。また、バルク材を物理的に変形す
ることで既に形成された結晶粒を変形、粉砕する目的で
行われる押出し、圧延。

鍛造等の操作は凝固した金属に対して行うものであるた
め、これらの操作には非常に大きなエネルギーを必要と
するためコスト高になるとともに変形された結晶粒はそ
のままでは一様に偏平な形をとることが多く、強度的に
も異方性を示す場合もあり、そのうえ変形により材料に
クランクを生じ易く、また金型部材の消耗を早めるもの
であった。

また、粉末冶金法においては、実際には焼結時に再結晶
して結晶粒がある程度大きくなってしまうだけでなく、
工程が多く非常にコスト高になり、金属素材としての利
用はもとより成型品への適用についても実用化には熟考
が要されるものであった。

本発明は上記のような問題点に鑑み、金属等の結晶性材
料の結晶を微細化することにより強化材として製造する
において、溶融状態の材料を急冷すると同時に少ない変
形エネルギーにより大きな変形を与えることにより材料
の強化を図るとともにブロック状に成型可能として製造
工程を簡略化し、製造コストの低減を可能として成型品
への適用を実現しうる金属等の強化ブロック材の製造方
法を提供せんとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、高温で溶融状態の
金属等の結晶性材料を基材上に薄層状に積層し該基材方
向へ放熱させて急速に冷却させながら押圧手段により高
い圧力と大きな剪断力とを同時に与えて薄層状に冷却凝
固させるとともに、前記薄層材料の溶融状態又は半凝固
状態にある表層上に更に結晶性材料を薄層状に積層し前
記下位の薄層方向に放熱させて急速に冷却させながら押
圧手段により高い圧力と大きな剪断力とを同時に与えて
該下層の上面に一体に冷却凝固させることを反復するこ
とにより基材上に結晶性材料のブロック体を形成するこ
とを要旨とするものである。

〔作用〕

本発明による強化金属ブロック材の製造方法は上記のと
おりであり、基材上に薄層状に形成された溶融状態の材
料は接触している基材方向へ急速に放熱しなから該基材
に接触している薄層下部から上方に向かって急速に冷却
され、結晶の微細化、析出層の微細化、固溶限の拡大等
を伴って凍結凝固するとともに、この凝固しつつある材
料に押圧手段により高い圧力と大きな剪断力とを同時に
与えて強い変形を与えることにより結晶性材料の結晶粒
が分断、微細化されて再結晶が防止され、微細結晶組織
が形成されて強化された強化材の薄膜が基材上に形成さ
れる。前記薄膜の上面に該薄膜表面が溶融又は半凝固の
状態で更に溶融状態の材料を薄層状に積層することによ
り、この新たな薄膜は下位に位置する薄膜方向に急速に
放熱しながら冷却されて凍結凝固するとともに、この凝
固しつつある材料に押圧手段により与えられる高い圧力
と大きな剪断力により強い変形が与えられ、下位の薄膜
の上に同様の薄膜が形成される。このとき、上位の薄膜
と下位の薄膜とは、下位の薄膜表面が熔融状態、または
半凝固状態において積層されるため、両層の原子的接合
が確実に行われ、かつ下位の薄膜表面に上下両眉間の接
着を阻害する酸化膜、ガス吸着膜等が形成されていない
状態で次の熔融状態の材料が積層されるとともに、押圧
手段により与えられる変形は凝固しつつある層のみでな
く、その下位に位置する薄層にも影響を与えて一体化し
て動作するため、上下両層は判別しがたい一体のものと
して凍結凝固される。このように、溶融状態にある金属
等の結晶性材料を薄層状に積層することにより急冷させ
て凍結凝固させるとともに凝固しつつある材料に押圧手
段により大きな変形を与えることにより結晶の微細化を
行い、材料の強化を行うとともに、該材料の表面が溶融
状態又は半凝固状態において該表面に新たに熔融状態の
材料を積層して下位の薄層と同様に新たな強化材の薄膜
を一体に形成することを反復することにより、多層の強
化材薄膜がその境界面が判別しがたい一体のブロック状
に成型されるのである。また、押圧手段による材料への
変形付与は、溶融状態の材料が完全に固形化される前の
半凝固状態の材料に対して行われるので、凝固状態のバ
ルク材を変形させるときのような大きなエネルギーを必
要とせず、比較的小さなエネルギーにより材料に対して
大きな変形を与えることが出来るのである。

〔発明の詳細な 説明を更に詳細に説明する。

結晶性材料は、そのガラス転位温度を境にして流体、固
体に互いに変化することができる。このガラス転位点温
度は各種材料に固有ものであるが、その時の条件により
変化する範囲を持っている。

固体状態にある結晶性材料が流体化するためにはエネル
ギーを得なければならず、流体状態にある結晶性材料が
固化するためにはエネルギーを放出しなければならない
。固化により膨張するものは圧力によりこのガラス転位
点温度は下がり、固化により収縮するものは圧力により
このガラス転位点温度は上がる。従って、大きい圧力及
び剪断力は結晶性材料のガラス転位点温度に影響を与え
るのもである。又流体状態にある結晶性材料の冷却時の
温度勾配は結晶化に大きい影響を持ち、急冷することに
よりその結晶化は抑制される。結晶性高分子はガラス状
においてその分子はランダム配置をなしているが、冷却
されるに従い自由度を失い、急速に結晶化に向かう。こ
の結晶化に向かいつつある状態の極めて高粘度の状態に
おいて大きい圧力と大きい剪断力とを同時に与えること
により分子は速やかに剪断力の方向へ配列を揃えて急冷
とともに結晶化してゆく。このときの剪断力が一次元の
線状であればその剪断力の方向に最大の強度を発揮する
線状体の緻密な集合体となり、また剪断力が二次元の面
方向であれば平面的に強度を持つ膜状となる。金属は溶
融状態において膨大な格子欠陥を有する。この格子欠陥
は金属の凝固に際し互いに融合して消失してゆくが、こ
の凝固が急速に行われたときには、この格子欠陥を保有
したまま凝固される。ガラス状金属はこのように急速凝
固により格子欠陥を多く保有したものであるといえる。

特に内部において原子の規則的配列、即ち結晶の範囲は
極めて制限されており、長距離規則性を持たないものと
なっている。極微細結晶組織の金属の場合は、凝固に際
し上記のようなガラス状金属に迄に至らない程度の冷却
速度において多数の結晶核の生成により生ずるものであ
る。

通常の金属の凝固においては、凝固層の厚みはそれ程薄
くなく、大きい圧力及び剪断力を与えられることもない
。このように厚い凝固層の場合、結晶核の生成及び成長
は部分的に行われ、例えば冷却面においてのみ発生ある
いは初期成長する核はそのまま冷却面に付着し成長する
か或いは冷却面を離れ、溶湯中に拡散して成長するが、
その拡散する範囲が広く、発生する部分が限定されるた
めにその量を多くすることが難しい。また溶湯に対する
伝熱面積が小さい為急冷が行われにくく、結晶は粗大化
し易い。

本発明の要点の一つは、金属等の結晶結晶性材料を固化
する際に、凝固しつつある材料に対して押圧手段により
比較的小さなエネルギーで大きな変形を与えることによ
り、その内部にある分子、原子等の配列を自然の任意に
任せることなく人工的に制御することにあり、この分子
、原子等の配列の制御が製品の特性を支配する。そして
本発明のもうひとつの要点としては、薄層状に積層した
強化材料が、各層の境界面において判別しがたい状態で
一体化されることにより、全体として強化ブロック材と
して得られることである。

本発明においては、高温で溶融状態にある結晶性材料を
薄層状として急冷を可能とするとともに、半凝固状態に
おいて比較的小さなエネルギーで高い圧力と剪断力とを
同時に与え、材料に対して大きな変形を与えることによ
り、結晶粒の成長を阻害し微細結晶組織を生成させるも
のである。このときの圧力はアルミニウム珪素合金の場
合には珪素の析出を防止し、過冷却を助けるものと思わ
れる。従って圧力が開放されたときは急速に多数の微細
珪素結晶を析出し合金全体の結晶微細化を助長する。こ
の際の冷却温度の勾配が大きくなるに従って結晶化は抑
制されガラス状金属に近づく。

また、過飽和に固溶された金属は時効効果により微小析
出をなし、材料を強化することができる。

また鉄合金等の場合、固溶状態において大きい圧力と剪
断変形を与えることにより、多数の転位と格子欠陥を発
生させて強化することも可能である。

通常これは二次工程で行われるものであるが、本発明に
おいてはこれは固化直後の上層の積層時に行われるため
、二次工程で行う必要はない。

上記の如く、本発明においては、高温で熔融状態の材料
は基材に薄層状に積層されることにより、基材側に急速
に放熱しなから該基材に接している部分から急速に薄層
内の上方へ向かって順次冷却されてそのガラス転位点温
度付近の温度において大きな人工的分子配列或いは原子
配列を与えられながら固形化してゆく。この薄層におけ
る上表層が完全に凍結凝固する以前の半凝固状態におい
て、又は凍結凝固の完了した薄層の極めて表面のみに熱
的影響を与える加熱により再熔解された状態において該
薄層上に新たに熔融材料を積層すると同時に押圧手段に
より大きい圧力と剪断力とを同時に与えることにより、
この新たに積層された溶融材料は急速に凝固しながらそ
のガラス転位点温度付近の温度で半凝固状態において大
きな人工的分子配列或いは原子配列を与えられながら固
形化してゆく。この際、押圧手段により与えられる圧力
、剪断力は、凝固しつつある薄層だけでなく、その下位
に位置する基材又は薄層にも影響を与え、多数の転位或
いは格子欠陥を発生させ、また人工的分子配列、原子配
列を助長するものとなる。このように、新たに積層され
る薄層は下位の薄層と一体化して動作するために、上下
両眉間における境界面は判別しがたいものとなり、上層
の積Ｎ操作を繰り返すことにより、ブロック状の成型体
を形成することができるのである。

また本発明においては、先に積層された下位の薄層とそ
の上に積層される薄層との接合部分においては、両層の
接合に悪影響を与える汚染層、例えば酸化膜、ガス吸着
膜等の存在はできる限り除去するように薄層の積層操作
は高真空の密閉空間中、不活性ガス中、又は溶湯浸漬中
において行い、供給される材料も充分に脱ガスされたも
のを使用し、また固化に際し発生するガス等は速やかに
排除されることが望ましく、更には新たに生成した固化
層の上に重ねる溶融状態の材料は出来る限り速やかに供
給し、積層を反復することが望ましい。

本発明においては、薄膜伏に形成した強化材の上に該薄
膜表面が熔解状態又は半凝固状態において新たに強化材
の薄膜を一体に形成する操作を反、復して強化材をブロ
ック状に成長させることにより、微細結晶組織を有する
ブロック状の強化材を製造するものであるが、この上層
の積層に際して下層表面が溶融、又は半凝固状態にある
場合としては、前述した如く、次の二つの場合がある。

即ち、一つの場合としては、先に形成される下層の強化
材の薄膜がその下方に位置する基材又は薄層方向に放熱
して凍結凝固するときに、該基材又は下層に接している
部分から薄層内を上方に向かって順次冷却されて凍結凝
固される際に、該薄層における表面即ち上面部分塩が完
全に冷却されて凍結凝固する以前に未だ溶融状態、又は
半凝固状態にある薄層の表面に新たに溶融状態の材料を
供給する方法と、他の一つの方法としては供給された熔
融状態の材料が完全に凍結凝固して固化状態の薄膜が形
成された後、該薄膜表面を適宜加熱手段にて熔解し、こ
の溶解又は半凝固状態の薄膜表面に新たに溶融の材料を
供給して次の薄層を形成する方法である。この既に凍結
凝固して固形化の完了した下位の薄層上に新たに薄層を
積層するに際して、下位の薄層表面を再溶解する手段と
しては、高速に進行する押圧手段による摩擦熱の発生に
より一旦凍結凝固された薄層表面を溶解したり、また冷
却速度をそれ程大きくしない場合には、凝固した薄層上
に供給される溶融材料による加熱による溶解も可能であ
る。更には、大型の部材を製造する場合等においては、
高温度のプラズマ・レーザー等を使用する加熱によるこ
とも可能である。また上記の各熔解方法を組み合わせて
もよい。

しかし、何れの場合においてもその加熱は出来るだけ下
位の薄層表面に止めかつ速やかな加熱である必要がある
。そうでなければ、制御された配列を持つ基材の配列が
破壊されて効果は減少する。

また上層との積層において、その原子的接合を行うのは
極めて薄い層のみであるから内部を加熱するのは無意味
なことである。

本発明に係る強化ブロック材の製造方法は上述したとお
りのものであるが、次に添付図面に基づいて本発明にお
いて強化ブロック材が成長する過程を説明す、る。

本発明においては、第１図、又は第２図に示す如く、金
属等の結晶性材料１を予め溶融状態イとし、これを材料
供給路４より基材２上に連続的に供給し、基材２方向へ
急速に放熱しながら凝固しつつある半凝固状態口の材料
１に押圧手段としての押圧部材３により高い圧力と大き
な剪断力を与えて該材料１に大きな変形を与え、薄膜状
に積層することにより基材２上に強化材の薄膜５が形成
される。この薄膜５上に、更に熔融状態の材料を供給し
て同様に薄膜５を形成して一体に積層することを反復す
ることにより、多層の強化材薄膜５・・・が一体に形成
され、ブロック材として形成されるのである。

上記工程において、半凝固状態にある材料１を薄層状に
形成し、これに高い圧力と大きな剪断力を与える方法は
、図示した如く、押圧部材３に設けた材料供給路４にか
ら溶融状態イの材料１を連続的に供給するとともに押圧
部材３を基材２上で該基材２との間に間隙を保って進行
方向Ａへ移動させれば、供給路４から連続的に供給され
る溶融材料１が基材２上に薄層状に積層されるとともに
基材２へ急速に放熱しながら凝固に向かう。この凝固し
つつある材料１は、押圧部材３の移動に伴い進行方向Ａ
から後下方へ向かってテーパー状又は湾曲して形成され
た押圧面８に圧入されることにより、該押圧面８により
高い圧力とともに押圧部材３の移動により剪断力を受け
ることになるのである。

また、本発明においては、上下に隣接する両薄膜５，５
を互いに密着させて一体化するために１、下層に位置す
る薄膜表面５ａが熔融又は半凝固状態において該薄膜表
面５ａ上に新たに材料を供給し薄層状に積層して上層の
薄膜５を形成することにより上下に隣接する両層５，５
を一体化したするのである。この薄膜積層時における下
層に位置する薄膜表面５ａの状態としては、次の二通り
の場合がある。即ち、下層の薄膜表面５ａが溶融状態又
は半凝固状態にある場合とは、ひとつには下層の薄膜表
面５ａが完全に凝固する前に該表面５ａ上に薄膜を形成
するか、又は凝固の完了した下層の薄膜表面５ａを再加
熱するすることにより該表面５ａを溶解又は半溶解状態
としてその上に次の新たな薄膜５を形成する場合である
。前者の場合は、第１図に示した如く、基材２上に供給
され、該基材２方向へ急速に放熱しながら凝固しつつあ
る状態において押圧部材３によって大きな圧力と剪断力
を与えられて大きな変形を受け、強化材の薄１ｔ！５と
して形成されつつある材料１の表面５ａが完全に凝固す
る以前に、該半凝固状態口の薄膜表面５ａ上に新たに溶
融状態の材料１を供給して薄膜状に形成することにより
下層の薄膜５とその表面５ａ上に形成される薄膜５とが
一体に積層されるのである。後者の方法としては、第２
図に示した如く、基材２上に積層されて該基材２方向へ
放熱しなから押圧部材３による大きな圧力と太きな剪断
力による大きな変形を受け、冷却凝固して強化材として
形成された薄膜５の上面５ａを、例えば図示した如く押
圧部材３における材料供給空間６の前側位置に設けた摩
擦部８ａにより、既に状態にある薄膜表面５ａを押圧部
材３の移動に伴って摩擦し、摩擦の際に発生する摩擦熱
により下層の薄膜表面５ａを再び熔解、又は半凝固状態
口とし、この溶解又は半凝固状態口の薄膜表面５ａ上に
新たに溶融材料ｌを供給して薄層状に形成することによ
り、上下に隣接する両薄膜５，５を一体に形成する方法
である。上記の凝固状態への薄膜表面５ａの熔解にあた
っては、上記のような摩擦熱を利用する方法の他、前記
８ａの位置に設けたプラズマ・レーザー等の加熱手段（
図示せず）により薄膜表面５ａを溶解、又は半凝固状態
口としてもよい。

上述した、第１図、第２図における（Ｃ）　　（ｄ）の
工程を連続して繰り返し、基材２上に多層の強化材薄膜
５・・・を一体に形成してゆくことにより、金運等の結
晶性材料がブロック状に成長してゆくのである。

上記第１図、又は第２図に示した工程は、溶融状態の材
料を一層ずつ薄層状に、一体化して行く場合を説明した
が、次にこれを連続して行う場合について、第３図及び
第４図に基づいて説明する。

本発明における強化ブロック材を製造を連続的に行うに
は、押圧手段としての押圧部材３として、例えば図示し
た如く、材料供給源（図示せず）にて予め溶融状態イと
した結晶性材料ｌを連続的に供給するための材料供給路
４に連通して材料供給空間６を形成し、該供給空間６に
おける前記供給路４開口面の対面側を押圧部材の進行方
向Ａに対して後下方へ湾曲又はテーパー状に形成して押
圧面８としてなる単位押圧部を横方向に多数並設して構
成している。上記のような押圧部材３を用いて基材２上
に結晶性材料の強化ブロック材を形成するには、材料供
給源にて予め溶融状態イとした材料１を各供給路４から
押圧部材３の各材料供給空間６へ連続的に供給するとと
もに、押圧部材３を進行方向Ａへ向かって移動させる。

この押圧部材３の移動と同時に基材２を下方（図中矢印
Ｂ方向）へ下降させることにより、供給空間６に連続し
て供給された溶融状態イの材料ｌが基材２上に傾斜した
多層の薄膜５・・・とじて形成されていく。この多層の
薄膜５は、形成されると同時に基材２方向へ急速に放熱
して凝固へ向かうとともに、各押圧部材３の押圧面８に
より与えられる高い圧力と大きな剪断力により大きな変
形を受けることにより、強化材薄膜として形成されるの
である。

この各薄膜５・・・は第３図の如く各押圧部に対して進
行方向Ａ前方に位置する薄膜表面５ａが基材２方向に放
熱して完全に凝固する前に隣接する後方の押圧部におけ
る供給空間６へ新たに溶融状態イの材料１が供給、積層
されるように押圧部材３の移動速度、材料１の供給速度
及び基材３の下降速度を調整することにより、この新た
に供給さ′れる材料１は、隣接する薄膜５の半凝固状態
口にある表面５ａへ積層されることにより、隣接して形
成される両薄膜５，５同士が判別しがたい一体のものと
して形成され、ブロック状に成長してゆくのである（第
３図ｄ）。また、第４図の如く、各薄膜５に対して押圧
部材３の進行方向Ａの前側に位置する薄膜５が完全に凝
固ハされた後にその後方に位置する押圧部の供給空間６
へ新たに供給された溶融材料１が積層されるときには、
前側に位置する押圧部の後端下部８ａが凝固した薄膜表
面５ａを摩擦することにより発生する摩擦熱により該薄
膜表面５ａが再び溶融又は半溶融状態二となり、この溶
融又は半溶融状態二にある薄膜表面５ａに、隣接する押
圧部の供給空間６に供給された溶融材料１が積層される
ことにより、隣接する各薄膜５・・・が一体に形成され
てゆき、これを連続して行うことにより、基材２上に多
層の強化材の薄膜が一体化されて、ブロック状に成長す
るのである（第４図ｄ）。

上記の第１図〜第４図の工程において、押圧部材３とし
てはセラミック等の熱不良導体にて作成することにより
、材料供給源から供給路４を経て供給される溶融状態イ
の材料１は基材２、又は下層に位置する薄膜５の凝固部
分ハヘ向けて放熱して薄膜における下部から上部に向か
って凝固してゆき、また押圧面８に接触している半凝固
状態口の材料１は、凝固部分ハ又は基材２に急速に放熱
するとともに押圧面８からは熱の補給をうけないため高
い冷却速度を維持することができるのである。また、第
３図、第４図に示した例においては押圧部材３を進行方
向Ａへ移動させるとともに、基材２を下方Ｂへ下降させ
ることにより、基材２と押圧部材３との間の空間に強化
薄膜を形成しているが、この場合、基材２と押圧部材３
とは相対的に移動させることにより両部材の間で強化ブ
ロック材を形成、成長させてゆけばよいのであり、基材
２を固定しておき、押圧部材３を進行方向Ａとともに上
方へ向かって移動させるようにしてもよい。上記の工程
においては、凝固部分ハは押圧面８の前側で半凝固状態
口で変形を受けている部分でクラックやボアが発生しな
いように、また押圧面８と半凝固部分口との間で滑りが
生じないように半凝固部分口が一定の内圧を維持しうる
ように一種の栓の機能も兼ねるものである。また、凝固
部分ハを外部より冷却すれば、押圧部材３の押圧面８で
の熱伝導による吸熱能力が一定に保たれ、より好ましい
のである。更に、供給源から溶融状態イで供給される材
料１は、凝固点前後の温度で押圧面８へ供給されること
が好ましい。また、上記の製造工程においては、単位時
間当たりに供給される溶融材料１の供給量を多くするに
従って生産能力は向上するが、その反面、半凝固部分口
での平均残留熱量が上昇して冷却速度が低下し、形成さ
れる強化材の結晶粒の成長が促進され、強化ブロック材
の強度の低下を招く結果となるため、材料の供給速度を
低く押え、単位薄膜５における膜厚を薄く設定すること
が材料強化という点では有利なものであり、好ましい薄
膜の下限としては５０〜１００μで、上限は２００〜５
００μ程度である。

尚、上記１〜４図においては、薄層５内の状態を説明す
るため、押圧部材３に対して薄層５の厚みが大きく描か
れているが、実際上は薄層５の厚みは押圧部材３の大き
さに比べて相当薄いものとなる。

上記のようにして形成される強化ブロック材は、材料供
給源から供給路４を経て押圧部材３の供給空間６へ供給
される熔融状態イの材料１が極めて薄い薄膜５状に形成
されることにより急冷されて結晶の微細化、析出層の微
細化、固溶限の拡大等の効果を受けるとともに、押圧部
材３の押圧面８により半凝固状態口で大きな変形を受け
ることにより結晶粒が分断、微細化されて際結晶が防止
され、また、一般の鋳造においてみられるような組織の
不均一化や引は巣、微小ボア等の発生も防止されて良好
な強化材として形成されるとともに、各薄膜積層時には
、薄膜表面５ａが溶融又は半熔融状態（イ、二）で新た
な熔融材料１が表面に該薄膜表面５ａに積層されるため
、隣接する各薄膜５．５同士が判別しがたいものとして
一体かされて強化ブロック材として成長、形成されるの
である。

更に押圧部材３として、第５図に示した如く、押圧面８
に対面した位置に設けた材料供給口４ａの他に、余分な
供給材料を供給空間６から排出するための排出口９ａ及
び排出路９を設けておくことにより、薄膜形成に使用さ
れる材料ｌの量を一定にするとともに、溶融材料内に含
まれていたガス、または熔融材料が凝固する際に発生す
るガス等が余分な材料とともに排出口９ａから排出路９
を経て供給空間６から外部へ排出され、強化ブロック材
内にガスにより巣が発生するのを・更に確実に防止しう
るのである。しかし、ガス発生を伴わない材料の場合に
は、上記のようなガス排出用の排出口９ａ及び排出路９
は必ずしも必要ではなく、薄膜形成に必要なだけの材料
１を供給路４から供給空間６へ供給すればよいのである
。

次に、上記のような連続的な強化ブロック材の成型を具
体的に行うための装置としては、例えば第６図の如く、
円筒状基体ｆ内に、上面を円板状とし下方へ下降移動可
能に基材２を設け、該基材２の上部には駆動手段１２に
関係付けて基体ｆ内で回転可能とした押圧部材３を設け
るととにも、材料供給源１１にて予め溶融状態とした材
料ｌを、前記押圧部材３上へ導入し、該押圧部材３に設
けた材料供給路４から基材２上へ連続的に供給しなから
押圧部材３を回転運動させると同時に基材３を下降させ
ることにより、基材２上に薄膜が螺旋状に積層、一体化
された強化ブロック材すを基板２上に連続的に成型する
ことができるのである。

このように、成型されるブロック材すの形状は基材２の
形状によるものであり、基材の形状を方形、円形又は環
状として該基材２上に押圧部材３により、直方体、円柱
状又は管状の各形状のブロック材すを得ることができる
。例えば、第６図で円板状の基材２の上に成型される強
化ブロック材すの形状は円柱形状となり、また第７図の
ような装置を用いた場合には直方体状の強化ブロック材
すが得られる。この第７図の装置においては、下面に矩
形状の開口１３を設けてなる材料溶解層１４の前記開口
１３に、倒円柱形伏で、押圧面としての外周面に材料供
給空間としての凹部１６を形成してなる押圧部材３の一
部を嵌合した状態で回転軸１５を中心に回転可能に設置
するとともに、該押圧部材３の開口１３に臨む外周下面
には上面形状を前記押圧部材３の外周面に当接しうる形
状に凹陥させ、下方へ下降移動可能に設けた基材２を設
けて構成する。このような装置により強化ブロック材す
が成型される過程を第８図により説明すれば、前記溶解
槽１４内にて溶解した溶融材料１を押圧部材３を回転さ
せることにより、押圧部材３と基材３上面の凹陥部との
間に形成される間隙に該押圧部材３外周面に設けた供給
空間としての凹部１６にて導入して材料ｌを基材３上面
へ薄層状に積層すると同時に押圧部材３の外周面により
大きな圧力と大きな剪断力を与えて基材３方向へ放熱し
て凝固しつつある材料１に半凝固状で大きな変形を与え
ることにより強化材の薄膜５を形成し、この薄膜表面５
ａが完全凝固するまでに基材２を下降させるとともに押
圧部材３の回転により該薄膜表面５ａ上に新たな薄膜を
形成するか、又は−旦完全に凝固して強化薄膜として形
成された薄膜表面５ａを押圧部材３の回転運動による該
押圧部材３の外周面との摩擦に際して発生する摩擦熱に
より、又は押圧部材３の外周面に設けた適宜加熱手段（
図示せず）により再熔解して熔融状態または半熔融状態
にある薄膜表面５ａに新たに薄膜をその下層に位置する
薄膜５と一体に形成する工程を繰り返すことにより、基
材３上に平面視矩形の強化ブロック材すが連続的に形成
されるのである。

上記第７図のような装置おいては、例えば第９図及び第
１０図に示した如く、押圧部材３の外周面に設けた材料
供給空間としての凹部１６を外周面に沿って螺旋状に設
けることにより、押圧部材３の回転により凹部１６にて
基材３表面に供給される材料ｌ中に含有されているガス
が押圧部材３における一側から他側（図中矢印Ｃ）へと
移動して供給空間としての凹部１６から熔解槽１４内へ
と排出され、成型材中に巣が発生するのを防止すること
ができるのである。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、金属等の結晶性材料の
結晶を微細化することにより強化材として製造するにお
いて、熔融状態の材料を急冷すると同時にこの材料が半
凝固状態において比較的小さな変形エネルギーにより大
きな変形を与えることにより材料の強化を図るとともに
ブロック状に成型可能として製造工程を簡略化し、製造
コストの低減を可能として成型品への通用を実現しうる
金属等の強化ブロック材の製造方法を提供しうるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る金属等の強化ブロック材
の製造方法において強化ブロック材が形成される過程を
説明するための工程説明図、第３図、第４図は前記製造
方法を連続的に行う場合の強化ブロック材の形成過程を
説明するための工程説明図、第５図は第３図又は第４図
における押圧部の一実施例の要部を示す拡大説明図、第
６図は本発明に係る製造方法を実施するための具体的装
置の一実施例を示す側断面説明図、第７図は他の装置の
実施例を示す部分断面斜視図、第８図は第７図の装置に
おける強化ブロック材の製造過程を説明するための工程
説明図、第９図及び第１０図は第７図における押圧部材
の実施例を示す斜視図及び側断面図である。 １：結晶性材料、２：基材３：押圧部材、４：材料供給
路、５：薄膜、６：材料供給空間、８：押圧面、９：排
出口。 特　許　出　願　人　　有限会社イデアリサーチ第７図 ｗＸ　ｌ　図 第６図 第Ｊ図 第２図 第７図 第１ρ図 第ａ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）高温で溶融状態の金属等の結晶性材料を基材上に薄
   層状に積層し該基材方向へ放熱させて急速に冷却させな
   がら押圧手段により高い圧力と大きな剪断力とを同時に
   与えて薄層状に冷却凝固させるとともに、前記薄層材料
   の溶融状態又は半凝固状態にある表層上に更に結晶性材
   料を薄層状に積層し前記下位の薄層方向に放熱させて急
   速に冷却させながら押圧手段により高い圧力と大きな剪
   断力とを同時に与えて該下層の上面に一体に冷却凝固さ
   せることを反復することにより基材上に結晶性材料のブ
   ロック体を形成してなる金属等の強化ブロック材の製造
   方法。