JPH01234535A

JPH01234535A - 金属基複合材料の連続製造方法と装置

Info

Publication number: JPH01234535A
Application number: JP6114888A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ishizuka; 哲石塚; Shinji Yamamoto; 真二山本
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1988-03-15
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1989-09-19
Anticipated expiration: 2013-01-21
Also published as: JP2701298B2

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】ａ、　産業上の利用分野本発明は金属基複合材料の連続製造方法と装置に関する
。

ｂ、　従来の技術従来、溶製法によって、たとえばＡｌ−Ｃｕ等のマトリ
ックス合金中に、ＴｉＣのような非金属粒子で比重差を
異にするものを均質に分散させ、それによってＡｌ−Ｃ
ｕ−ＴｉＣ合金複合材料等を製造する場合に利用できる
方法としては、コンポキャスト法がある（従来例１）。

また金属基複合材料を製造するため、固液共存状態の合
金材料に対して、回転翼により機械的な回転攪拌を加え
ながら非金属粒子を添加して、均質な複合材料をつくる
鋳造法も知られている（従来例２）。また、急冷凝固法
などで製造した微細結晶粒粉末を非金属粉末と均質混合
して焼結させる粉末冶金法がある。

さらに合金材料を溶解したあと、これを何等かの方法（
例えばガスや液体のジェット等により）によって粉末と
し、この粉末に短繊維や他の粒子を混合してビレットを
成形し、このビレットを熱間押し出し等の方法で所定の
材寸のものに加工したあと、機械加工あるいは塑性加工
を施して所望の形状とし、以後、熱処理、仕上げ加工を
おこなうなどの方法が知られている（従来例３）。

Ｃ０発明が解決しようとする課題前記従来例１による方法では、１１０００ｒｐ以下の回
転速度で回転する回転子で溶融金属を攪拌し、その攪拌
凝固中の溶融金属中に非金属粒子等を添加するが、この
方法による場合には、所要の条件、即ち、（１）　　添加粒子とマトリックス合金との比重差が小
さい。

（２）　　添加粒子とマトリックス合金とのぬれ性が良
好である。

（３）　　添加粒子が球状である。

などの条件を満足する場合でなければ均一混合を行うこ
とができない。例えば、上記添加粒子は、それにニッケ
ルや銅のコーティングを施すことによりぬれ性を改善し
なければ、溶湯の表面にはじき出されるため、均質な混
合を望むことはできない。

一方、上記Ａｌ−Ｃｕ−ＴｉＣ合金複合材料は、粉末冶
金法によっても得ることができ、上記溶製法に比して、
かなり均質微細な結晶粒をもった緻密なミクロ組織を得
ることができる。これに対し、この溶製法は低コストで
はあるが、組織が粗く、材料に偏析が起こる可能性があ
り、これをできるだけ緻密にし、粉末冶金法による場合
に近い組織にすることが望まれている。

また、前記従来例２による方法では、回転翼の回転速度
は大気などの捲込みを考慮して１１０００ｒｐ以下に抑
えているので、結晶粒の均質微細化と粒子の均一分散が
十分行われない。また、還元性雰囲気や大気中で回転翼
を回転させるので、不活性ガスや空気を巻き込みやすく
、得られた材料の機械的性質はそれほど改善されない。

また、回転磁界を設けて大気に触れない箇処で電磁攪拌
を実施する方法もおこなわれているがコストがかかると
いう欠点がある。

一方、粉末冶金法では、複雑な製造プロセスと大規模な
設備が不可欠であるため、必然的に材料製造費がコスト
高にならざるを得ない。

さらに前記従来例３による方法は製造工程が多く、した
がってこの方法も製造コストが高くなるという問題点が
ある。

ｄ、　課題を解決するための手段本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記課題を
解決してなる金属基複合材料の連続製造方法と装置を提
供しようとするものである。

すなわち、本発明は複合材料の金属基となる金属を融解
し、これに複合用の添加物を添加して回転攪拌を施した
あと、この溶融金属を、冷却手段と加熱手段とを備えた
他の攪拌室に導入して固液共存状態を維持するように温
度制御をおこないながら回転攪拌を加え、しかるのち冷
却することを特徴とする金属基複合材料の連続製造方法
であり、また本発明は回転翼を備えた溶解炉と、複合材
料を形成するための添加物の投入装置と、前記溶解炉か
らの溶湯を受入れる攪拌室と、該攪拌室からの溶湯を受
入れて急冷する容器とからなり、前記攪拌室は回転子と
、冷却手段と、加熱手段と、温度制御手段とを備えてい
ることを特徴とする金属基複合材料の連続製造装置であ
る。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第１図および第２図において、１はたとえば水冷ジャケ
ット式構造からなる真空容器、２は真空容器１内に配置
さた溶解炉、３は溶解炉２内に配置されたルツボ、４は
ルツボ３を加熱するためその周囲に配置されたヒータ、
５ば溶解炉２内の温度制御をおこなうための熱電対、６
はルツボ３の下部に設けた湯口、７は溶解炉２の上部に
設けられたシャッタ、８はルツボ３内に配置された回転
翼、９はこの回転翼８の上部から真空容器１の外部に延
設された撹拌棒、１０ば撹拌棒９を回動可能に保持する
軸受部、１２は撹拌棒９の駆動装置である。

また１５はルツボ３の底部にある湯口６を開閉する開閉
栓、１７はこの開閉栓１５を開閉する昇降モータ、１８
は添加物用のハケソト、１９は添加物の投入管である。

一方、３０は前記溶解炉２の湯口６の下側に設けた受湯
用ロー１−１３１は攪拌室、３２は攪拌室３１内に配置
された回転子、３３は回転子３２に対する通水構造を備
えた回転攪拌シャフト、３４は回転子３２を駆動する回
転モータ、３５．３６は前記回転攪拌シャフト３３の軸
受部、３７は攪拌室３１の周囲に配置されたヒータ、３
８は熱電対、４０は前記攪拌室の下部に配置されたルツ
ボ、４１はルツボ４０の周囲に配置された冷却筒であり
、前記攪拌室３１の下部には湯口４２を設け、溶湯をル
ツボ４０に落下できるように構成しである。なお、５０
は覗窓、５２は真空吸引口である。

前記構成の装置は、次の要領で操作する。

まず、真空容器１内を真空（ＩＸＩＯ−２〜ｌＸｌ０−
’Ｔｏｒｒ）　とし、溶解炉２内のルツボ３内に収容さ
れた合金材料をヒータ４を作動させて加熱溶解する。

覗窓５０と熱電対５によって合金材料の溶融を確認した
あと、添加物用のバケット１８から投入管１９を経て添
加物、たとえば黒鉛等の非金属粒子やウィスカー等の短
繊維をルツボ３内の溶融金属中に添加する。一方、駆動
装置１２を作動させ撹拌棒９の先端の回転翼８を回転（
１０〜５０００ｒ、　ｐ、　ｍ、　）　させ添加物と溶
融合金とを均一に分散させる。

次に昇降モータ１７を作動させ、開閉棒１５を上昇させ
てルツボ３の底部に開口する湯口６を開き、溶融金属を
受湯用ロート３０から攪拌室３１内へ誘導する。

この攪拌室８内では複合化された溶融金属をヒータ３７
による加熱と、回転攪拌シャフト３３内の通水による冷
却とを併用し、熱電対３８とヒータ３７の出力を制御す
る温度制御装置（図示を省略）により、複合化金属が固
液共存状態（半凝固または半溶融）となる温度に制御し
、回転モータ３４で回動される回転子３２により回転攪
拌（１０〜３０．００Ｏｒ、ｐ、ｍ、）を加える。

このようにして回転攪拌された溶融状態の複合化合金は
冷却筒４１によって充分冷却されたルツボ４０のなかに
導かれて、急速に冷却されて凝固する。

以後はルツボ４０から凝固した複合化合金を回収すれば
よい。このようにして同様な操作を連続しておこなえば
よい。

なお、上記操作は真空中（ＩＸＩＯ−２〜ｌＸｌ０−７
Ｔｏｒｒ）　、大気中、不活性ガス中のいずれの雰囲気
中でも行うことができる。

前記方法によって製造された金属基複合材料だとえばＡ
ｌ−３ｉ系合金にカーボン粒子を分散させた材料の金属
組織をみたところカーボン粒子がＡｌ−３ｉ系合金のな
かに均一に分散していることが確認できた。

なお、このような各Ａ１合金の固液共存温度と共晶点は
下記のとおりで、各含有成分によって異なり、したがっ
て本発明に係る装置は溶融金属がこの固液共存温度範囲
内にあるように制御して操作すればよい。

ｅ９　　発明の効果住本発明に２る方法と装置によれば次に列記するような効
果が得られる。

■　非金属粒子や短繊維等が均一に分散した金属基の複
合材料が低コストで製造できる。

■　濡れ性の悪い非金属粒子等も容易に複合化できる。

■　高速で回転攪拌でき、母合金の結晶粒が微細化でき
るので、靭性のより優れた金属基の複合材料ができる。

■　また耐熱性や耐摩耗性等の優れた金属基の複合材料
が容易に製造できる。

■　半凝固状態にある合金に高速で回転攪拌を加えても
、大気などを巻き込んで巣を形成することがない。

■　前記金属基の複合材料が連続的に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る金属基複合材料の連続製造装置を
断面で示す正面説明図、第２図は第１図の側面を断面で
示す側面説明図である。２・・・溶解炉、　　　１８・・・添加物用のハケソト
、３１・・・攪拌室、　　　３２・・・回転子、３７・
・・ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】１）複合材料の金属基となる金属を融解し、これに複合
用の添加物を添加して回転攪拌を施したあと、この溶融
金属を、冷却手段と加熱手段とを備えた他の攪拌室に導
入して固液共存状態を維持するように温度制御をおこな
いながら回転攪拌を加え、しかるのち冷却することを特
徴とする金属基複合材料の連続製造方法。２）回転翼を備えた溶解炉と、複合材料を形成するため
の添加物の投入装置と、前記溶解炉からの溶湯を受入れ
る攪拌室と、該攪拌室からの溶湯を受入れて急冷する容
器とからなり、前記攪拌室は回転子と、冷却手段と、加
熱手段と、温度制御手段とを備えていることを特徴とす
る金属基複合材料の連続製造装置。