JPH02200745A - 金属基複合材料の連続製造装置 - 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】 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装置の改良に関する
。

ｂ、　従来の技術と発明が解決しようとする課題金属基
複合材料を製造するために次のような方法と装置がある
。

まず、粉末冶金法があり、これはマトリックスとする合
金を粉末化し、これに非金属粒子や繊維を混合し、加圧
と押出しにより合金粉末庖接合して複合材料を製造する
方法である。この方法は合金粉末を使用しなければなら
ず、この粉末の製造には大規模な装置を必要とＬ７、Ｔ
程数が多く１．．１ス１も商くなるという問題点があっ
た。

また、メカニカルアロイング法があり、これはマトリッ
クスとする合金を同様に粉末化し、これと非金属粒子を
混合し、これを機械的に練り合わせてわ）床中に粒子を
練り入れ、複合材ｔ′−■を製造するものＣある。しか
し、この方法もＡｉｌ記粉末冶金と同様な問題点があっ
た。

一方、第９図に示すような金属基複合材料の製造装置が
ある。この装置は真空容器ａ内に加熱室すを設け、この
加熱室すの内部にルツボＣを配置し、このルツボＣを昇
降機能を備えた支持棒ｄで支障しである。

ルツボＣに一定量の原材料を収容して溶解後、シャッタ
ｅを開放してルツボＣを鎖線の位置に上昇させ溶湯中に
回転子ｆを挿入して攪拌するようになっている。

ところが、この製造装置は処理がバッチ式であるため能
率が悪く、複合材料を連続して製造することができない
という問題点がある。

また、第７図および第８図は他の製造装置を示し、真空
容器り内に溶解炉を設け、この溶解炉内にルツボｉを配
置して原材料を溶解するとともに複合用の添加材を添加
室ｎから投入し、攪拌翼ｊで攪拌するものである。攪拌
された溶湯は、開閉栓ｋを用いて、下方に配置された回
転子ｒ付の容器ｅに注入し、ここでさらに横軸回転攪拌
を加えて結晶を微細化するとともに添加材をさらに均一
に分散させ、最後に鋳型ｍに回収するものである。

Ｓは温度制御用の熱電対である。

ところがこの装置は、材料の添加室ｎと、材料を熔解・
攪拌する室、すなわち真空容器りと、回転子を備えた容
器２並びに鋳型ｍを設けた室ｐとが、同一雰囲気でつな
がっており、そのため材Ｈの供給や製品を取り出す場合
には、−度、全体の雰囲気を破り、製造を中止しなけれ
ばならず、極めて能率が悪いという問題点があった。

よって発明者は前記各問題点を解消すべく、第５図及び
第６図に示す製造装置を開発した。

第５図および第６図において、Ｉは溶解・攪拌装置、■
は材料供給装置、■は攪拌・回収装置である。

溶解・攪拌装置Ｉ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
れた溶解炉、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は溶解炉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は撹拌棒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、１９
は前記材料供給装置■に連絡する材料の投入管、１６は
開閉栓１５の内部先端まで延設された熱電対、５０は覗
窓、５２は排気口、５３はリーク弁である。

材料供給装置Ｈにおいて、２０は真空容器、２１２２は
役人材料用のパケットで、この各パケットは真空容器２
０の外に延設されたハンドル２１ａ、　２２ａによって
操作される。２３は前記溶解・撹拌装置　Ｈの投入管１
９に接続するロート、２４はその投入管１９との接続部
分の開口部を開閉する仕切り弁、１５は排気口、２６は
リーク弁である。

攪拌・回収装置■において、２９は真空容器、３゜は前
記溶解・攪拌装置Ｉの湯口６の直下に設けられた受湯用
ロート、３１は攪拌室、３２は撹拌室３１内に配置され
た断面多角形状の回転子、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、３８は攪拌室３１内の温度を検出する熱電対、
４０は撹拌室３２の下部に配置された鋳型、４１は冷却
筒、４２は攪拌室３１の下部に設けた湯口、４４は仕切
り弁で、該仕切り弁４４は前記溶解・攪拌装置■の真空
容器１と撹拌・回収装置■の真空容器２９との連通口（
湯口６から受湯ロート３０への連絡路）を開閉する。４
５は覗窓、４６は排気口、４７はリーク弁である。なお
受湯用ロー）３０の上部には湯を連通させる貫通穴を備
えたＭＢ２を設けである。

前記構成の装置は、次の要領で操作する。なお、真空容
器１．２０．２９内は、それぞれの排気口５２，２５゜
４６から真空（Ｉ　Ｘ　１０−”−Ｉ　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒ）排気をおこなうことができ、また、リーク弁５
３．２６．４７から大気やガス（Ｎ！、Ｎｅ＋＾ｒ等）
を引き込むことができるようにしである。

いま、真空容器１内を真空状態とし、溶解炉２内のルツ
ボ３に基材となる、たとえば合金材料を収容し、ヒータ
ー４によって加熱溶解する。複合化をおこなうための添
加材料はルツボ３内の合金材料が全溶解または部分溶解
したことを開閉栓１５内の熱電対１６と覗窓５０によっ
て確認したうえで、材料供給装置Ｈのバケット２１（ま
たは２２）をハンドル２１ａ　　（または２２ａ）でｉ
ｌｌす、ロート２３から投入管１９を経てルツボ３内に
投入する。この場合仕切り弁２４は当然間いておき、真
空容器２０は真空容器１と同じ真空状態としておく。

一方、駆動装置１２を作動させ′、撹拌棒９の先端の回
転翼を回転（１，０〜５０００ｒ、ｐ、ｍ）させておき
、添加材料と溶解合金とを均一に分散させる。

必要な処理がおこなわれたあと、昇降モータ】７を作動
させ、開閉栓１５をＬ昇させたルツボ３の底部に開１コ
する湯口６を開き、溶解金属を撹拌・回収装置■の受湯
用ロート３０から攪拌室３１へ誘導する。この場合仕切
り弁４４は当然開放しておき、真空容器２９は真空容器
ｌと同じ真空状態としておく。

この攪拌室３１では複合化された溶解金属をヒーター３
７による加熱と、回転子３２によって横軸回転撹拌を与
え、マトリックス合金の結晶粒の微細化や、添加材料の
均一・分散を側進する。

このようにして回転攪拌された溶解状態の複合化合金は
、今度は冷却筒４１によって充分冷却された鋳型４０の
なかに導かれ急速に冷却されて凝固し、塊状集合体（複
合材料）として回収することになる。

以上のようにして操作をおこなうが、材料供給装置■内
に供給材料が無くなった時には、まず仕切り弁２４を閉
鎖したあと、リーク弁２６を開放し°ζ真空容器２０内
の真空状態を解除し、新たな材料（複合材料の基材、複
合化のだめの添加材など）をバケット２１．２２に補充
する。補充後は、リーク弁２６を閉じ、１１気口２５を
開いて容器内を真空排気し、溶解・攪拌装置■の真空容
器ｌと同等の真空状態としたあと、仕切り弁２４を開放
すればよい。

このように操作することによって溶解作業中においても
、別途、材料を装置外部あら補充しておき、連続作業に
備えることができる。

また、撹拌・回収装置■の鋳型４０に回収された塊状集
合体を取り出すには、まず、仕切り弁４４を閉じたあと
、リーク弁４７を開放すれば、溶解・攪拌装置ｔの真空
状態に同等支障を醪えることなく、凝固した塊状集合体
を取り出すことができる。したがって溶解・攪＋１装Ｗ
ｌ内では連続、的な処理作業ができる。

取り出したあとは再び仕切り弁４４を閉鎖し、排気［］
４６から真空ＯＦ気をおこない、上部の真空容器ｌと同
等の真空状態としたあと、仕切り弁４４を開放し７、次
の溶湯を鋳型４０に受は入れるようにすればよい。

なお、前記材料供給装置Ｈのバケットは、複合材↑’１
の基材と複合化のための添加材の投入、若しくは更地の
添加物質の投入に用いることができ、必要数のバケット
を装備する。

ところが、前記装置においては、製造された塊状集合体
を回収する鋳型４０は、冷却筒４１で冷却されていると
は言え、はぼ常温の状態にあり、鋳型４０内に落下収容
された溶湯は比較的緩慢に冷却され、凝固回収に時間が
かかるという問題点が生じた。すなわち、たとえば２ｋ
ｇ程度のＮ合金マトリックスに１０ｗｔ％程度のＳｉｃ
粉末を添加した複合材料の冷却速度は、室温まで２〜ｂ あった。また、冷却速度がほぼ一定となるため得られる
塊状集合体の金属組織もほぼ−・定となり、他の希望す
る状態の組織に制御するということが困難であるという
問題を生じた。

さらに、鋳型４０から塊状集合体を回収１７だあと、次
工程において、加熱の工程が続く場合には、その温度に
再び加熱する必要があり１時間とエネルギー〇ｔｌ失が
大きいという問題が発生した。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記装置に
よって回収した塊状集合体を、好ましい品質の状態に制
ｆｉｌ　Ｌで回収できるようにするとともに、次行程の
処理に対応できる状態にして前記問題点を解消した金属
基複合材料の連ａ製造装置を提供することを目的とする
。

Ｃ、Ｌ１題を解決するための手段 前記目的に沿い、本発明は複合材料を製造する材料の供
給装置と、該材料を溶解してから攪拌する溶解・撹拌装
置と、溶解・攪拌装置からの溶湯を受けて攪拌・回収も
しくは回収する装置とを互いに連通ずるように設けると
ともに、前記撹拌・回収もしくは回収する装置に、回収
する複合材料の凝固状態を制御する冷却装置と、加熱装
置とを配設したことを特徴とする金属基複合材料の連続
製造装置とすることによって前記課題を解決した。

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、６０はヒーターなどから
なる加熱装置で、該加熱装置６０は鋳型４０のＩ′！１
１囲に配設され°ζ、鋳型４０を加熱制御する。

６１は熱・電対で、該熱電対６１はその先端の検知部を
鋳型４０に配設しである。

６２は冷却装置で、該冷却装置６２は、鋳型４０の底部
に接するように設けてあり、この冷却装置６２は真空容
器２９の底面を構成するようにしでもよい。

冷却装置６２は冷媒を循環させる流路６２ａを備えてい
る。冷媒としては、たとえば水、オイル９　フロンガス
、冷却窒素ガスおよび共催の適した冷媒が用いられる。

前記加熱装置６０および冷却装置６２は、外部の制御１
段（図示省略）によって、その温度が■目１できるよう
に構成しである。

共催の構成および操作要領は前記第５図および第６図に
示す装置のものと同一であり、したがって同一部材には
同一符号を付し、かつ同一の操作については説明を省略
する。

真空容器１のルツボ３から真空容器２９の攪拌室３１へ
導かれた溶湯は、回転子３２によって横軸回転撹拌が与
えられ、マトリックス合金の結晶粒の微細化や添加材料
の均一分散が促進され、鋳型４０へ導かれる。

鋳型４０は予め冷却装置６２によって常温以下の必要な
低温に冷却しておき、溶湯を１０〜７５°Ｃ／ｓｉｎの
速さで急冷し、回収する塊集合体の金属組織の結晶粒を
微細化する。この場合、加熱装置６０は停止セしめてお
（。

一方、鋳型４０へ溶湯を回収し、後行程に、たとえば熱
間の加圧成形の工程がある場合には、前記冷却装置６２
の作動を停止し、代わりに加熱装置６０を作動させ、熱
電対６１によって鋳型温度を監視しながら、必ｇ温度に
鋳型４０を加熱保持しておき、溶湯を導入する。すなわ
ち鋳型４０に導入した溶湯を次工程に対応して部分鏝面
状態でも完全溶融状態にでも保持するようにする。そし
て最も通した状態の塊状集合体として鋳型４０から次工
程・＼送出す゛る。

第３図および第４図は本発明の他の実施例で、第１図お
よび第２図に示した装置に設けた回転子による横軸回転
攪拌装置を備えない装置であり、同様に加熱装置１６０
．熱電対１６１９冷却装置１６２．冷媒の流路１６２ａ
をそれぞれ備えている。

この実施例ではルツボ３からの溶湯は、直接鋳型４０へ
供給される。

また横軸回転攪拌をおこなう回転子やこのハウジングが
ないため、これら部材の破損や、１＠湯の凝固により回
転子がロングするということもなく、また製造された複
合材料中にミクロポロシティが形成されにくい。

なお、前記各実施例では、加熱装置と冷却装置を適宜組
合せて稼動することによって、得られる複合材料の品質
（金属組織など）を自在にコントロールすることも可能
である。

ｄ、　発明の効果 本発明に係る金属基複合材ネ゛↓の連続製造装置によれ
ば、装置で製造した複合材料の最終の回収段階において
、該回収段階の装置に、冷却装置と加熱装置とを配設し
、得ようとする複合材料を意図する品質の状態に制御し
、かつ次工程の処理に対応した適温状態の複合材料を提
供することができる。

そのため、目的とする品質の複合材料が得やすく、次工
程でおこなう再加熱処理が不要となり、次工程の加熱設
備と熱エネルギーが省略できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る金属基複合材料の連
続製造装置の一実施例を示し、第１図は同装置を断面で
示５−正面説明図、第２図は第１１図の側面を断面で示
す側面説明図、第３図および第４図は本発明の他の実施
例で、それぞれ第１図、および第２図に対応する正面説
明図と側面説明図、第５図および第６図は改良前の装置
で、それぞれ第１図と第２図に対応する説明、第７図お
よび第））図は従来の装置でそれぞれ第１図と第２図に
対応する説明図、 第９図は更に他の従来装置の説明 図である。 ・・・　ン容解 ・攪拌装置、 ■ ・・・材料１ル給装：り、 ■・・・攪拌 ・回収装置、 ■・・・回収装置、 １．６０ ・・・加熱装置、 ６２　・ ・・・冷却装置。 特 許 出 願 人 鈴木自動車工業株式会社 （ほか２名） 第 図 第 図 第 園 ９ど 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複合材料を製造する材料の供給装置と、該材料を溶解し
   て撹拌する溶解・撹拌装置と、溶解・攪拌装置からの溶
   湯を受けて撹拌・回収もしくは回収する装置とを互いに
   連通するように設けるとともに、前記撹拌・回収もしく
   は回収する装置に、回収する複合材料の凝固状態を制御
   する冷却装置と、加熱装置とを配設したことを特徴とす
   る金属基複合材料の連続製造装置。