JPH03122230A

JPH03122230A - Ａ１―Ｌｉ系合金の溶製方法

Info

Publication number: JPH03122230A
Application number: JP25990489A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Toyoshima; 豊嶋　雅康; Kazuyoshi Oka; 岡　一嘉
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1989-10-06
Filing date: 1989-10-06
Publication date: 1991-05-24
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPH0611889B2

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、高純度のＡｌ　−Ｌｉ系合金の溶製方法に関
するものであり、特に、Ｌｉは活性度が高く耐火材料と
反応しやすいことから耐火物を特定することによって、
溶製された合金中の不純物を軽減させるものである。

〔従来の技術〕

Ａｌ　−Ｌｉ系合金は、従来のＡ１合金に比較して軽量
かつ高強度であることから、航空機用材料等の分野で開
発が進められている。Ａｌ　−Ｌｉ系合金の製造法とし
ては、溶解鋳造方式と粉末冶金方式がある。このうち、
溶解鋳造方式では、Ｌｉの活性が高く、雰囲気ガス及び
溶湯と接する耐火炉材との反応により、■合金汚染、■
Ｌｉ含有量の減少、■耐火物の侵食、破損などが生じ、
高純度の合金が得られず、Ｌｉ添加の効果が十分発揮さ
れないという問題があった。

また、カルジャ質耐火物で構成された容器を用いて、非
酸化性雰囲気で溶製する方法（特開昭６２−１５８８３
５号公報）が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これらの従来の製造方法のうち、溶解鋳
造方式では、Ｌｉが活性金属であることから、空気中の
酸素、窒素、水素、水分などと化合し易く、また、溶湯
と接する耐火炉材による合金汚染やＬ＋ｚＯ系酸化物の
生成、Ｌｉ含有量の減少等の問題が生起する。すなわち
、溶製雰囲気と反応して、２　Ｌｉ＋　’Ａ０２　−＋　　　ＬｉｚＯ３Ｌｉ＋’
Ａ　Ｎ２　　→　　Ｌｉ３ＮＬｉ＋′ＡＨ２→　いＨＬｉ＋）＋２０　−　　ｔ、１ｏｌｌ＋　％　Ｎ２とな
り、溶湯中のＬｉ含有量を減少させるとともにＬ１２［
＋は、溶湯中に残留し、介在物となり、合金汚染の原因
となる。また、Ｎ２は溶湯中に残留し、鋳塊のガス欠陥
となる。また、耐火物と反応して４　Ｌ＋＋３５１０２　　→　Ｓｉ＋　２　Ｌｉ□５ｉ
Ｌ２Ｌｉ＋ＭｇＯ→　Ｍｇ＋Ｌ＋２０６　Ｌｉ＋　ＦｅＪ３−＋　　２　Ｆｅ＋　３　Ｌｉ２
０６　じ＋Ｃｒ２Ｏ＊　　−＋　　　２　Ｃｒ＋　　３
　ＬｉｚＯ２Ｌｉ＋　ＮａｚＯ−＋　　　２　　Ｎａ＋
　ＬｉｚＯ２Ｌ＋＋２　Ｃ−＋Ｌ１２Ｃ２３Ｌ’＋　２　Ａ１２［］３　　→　Ａｌ　＋　３　Ｌ
ＩＡｌＤ２すなわち、耐火物の成分と反応して、耐火物
を溶損、破壊させる。また、Ｌｉ含有量を減少させると
ともに、ＬｉｚＳｉ０３．　Ｌｉ、０．　Ｌｉ２［’ｚ
などは、溶湯中に残留し、介在物となり、合金汚染の原
因となる。Ｓｉ、　Ｃａ、　Ｆｅ、　Ｃｒ、　Ｎａなど
は溶湯中に遊離し、不純物元素を増加させる原因となる
。

このように八ｌ　−Ｌｉ系合金は、通常の耐火物炉材を
用いた溶解では良質な合金は得られず、また、 ■　Ｌｉは、溶解時に酸化揮発損失しやすい。

■　酸化物が溶湯に巻き込まれ、これは極めて除去しが
たい。

■　ガスを吸収するので材料中に気泡が発生しやすい。

等の様々な問題をもっている。

また、カルジャ耐火物炉材を使用し、上記問題点を解消
しようとするものは、酸化物としての０２は低下するが
、Ａｌ　−Ｌｉ合金に有害なＣａが溶出して、合金が汚
染されるという問題がある。

また、カルジャ耐火物は吸湿性であり、耐火物の保存や
築炉から溶製までの管理に注意を要する。

また、八ｌとＬｉを均一組成に溶製することは困難で、
また不純物が多いことから、得られるインゴットは塑性
加工に際し極めて割れやすいという欠点がある。

これに対し、粉末冶金方式は、粉末を混合・ホットプレ
ス法等で成形するため、この混合中に雰囲気ガスの巻き
込み等による酸化物の生成があり、しかも得られた粉末
は爆発しやすいことから、保存が困難であるという問題
もある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記従来の実情に鑑み、Ａｌ　−Ｌｉ系合金
の工業的に極めて有利な溶製方法を提供する゛ものであ
って、Ａｌ−Ｌｉ系合金を溶製するに際し、溶解炉内面
及び溶湯と接触する部分がアルミナ含有量が９５％以上
の高アルミナ質耐火物で構成された容器を用いて、Ｌｉ
に対し不活性なガス雰囲気（Ａｌ又はＩ（ｅ）中にて溶
製することを特徴とするＡｌ　−Ｌｉ系合金の溶製方法
を要旨とするものである。

〔作　用〕

本発明の構成と作用につき詳細に説明する。

なお、本明細書において「％」は「重量％」を示す。

本発明において、Ａｌ−Ｌｉ系合金とは、（１，７〜２
．９％）　Ｌｉ　−（０，４〜３．３％）　Ｃｕ　−（
０，２〜１．９％Ｍｇ　−（０，０４〜０．１６％）　
Ｚｒを含有する層−Ｌｉ系合金であって、その他の元素
として、Ｓｉ、　Ｆｅ、　Ｍｎ。

Ｃｒ、　Ｚｎ、　Ｔｉ、　Ｎａ、　Ｃａ、　Ｋを一定量
以下に制限する必要がある。このうち、Ｎａ、　Ｃａ、
　Ｋは、靭性の改善のため、これらの全量で１ｏｐｐｍ
以下に制限する必要がある。

本発明においては、このようなＡｌ　−Ｌｉ系合金を、
内面がＡｌ２Ｏ，が９５％以上のアルミナ質耐火材料で
構成された容器を用い、Ｌｉに対し′て不活性であるＡ
ｒ、　Ｈｅ雰囲気下で、常法例えば高周波あるいは低周
波誘導加熱法等で加熱して溶解させて溶解する。このよ
うなアルミナ質耐火材料のＡｌ２Ｏ３含有量が高いほど
、Ｃａｎ、　５１０２含有量が少ないため、Ｌｉとの反
応は少なく不純物の生成が軽減されて、溶湯の汚染は防
止される。したがって、Ａｌ２Ｏ３含有量が９５％以上
の耐火材料を使用すべきである。

Ａ１□０３は、高融点であると共に高温で極めて安定で
あり、Ｌｌと反応してＬＩ２０酸化物を生成することが
なく　ＬｉＡ１０□（リチュウムアルミネート）となっ
て、耐火物の表面を覆いＡｌ　−Ｌｉ溶湯に対して保護
作用をもつため、Ａｌ　−Ｌｉ系合金溶湯のＬｉを減少
させたり、不純物により汚染することがない。

３　　Ｌｉ＋　　２　Ａｌ２Ｏ３→　　Ａｌ＋　３　Ｌ
ｉＡ１０□また、９５％以上の高アルミナ耐火材料は、
Ｃａｂ、　５ｉ０２含有量が少ないため、ＣａやＳｉで
汚染されることがない。

このため、内面が９５％Ａ１□０３の炉材で構成された
容器を用いることにより、従来溶製困難とされた高純度
な層−Ｌｌ系合金の溶製が可能となった。

〔実施例〕

本発明を実施例及び比較例によりさらに具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。

実施例１第１図は本発明の実施に使用する溶解炉の概要を示して
おり、加熱炉１内にＡｒなど不活性雰囲気の流入するよ
うにした気密容器２を装入し、該容器に溶湯４を入れた
試験用ルツボを収納する。気密容器には酸素濃度計の検
出部５が、試験用ルツボには熱電対６がそれぞれ設置さ
れる。

このような溶解炉を用いＡｌ　−Ｌｉ溶湯に対する不純
物量（溶湯汚染）を調査した。使用した耐火物は、第１
表に示す１０種類であり、不純物成分が５ｉ＝１６０ｐ
ｐｍ　、　Ｆｅ＝４４０ｐｐｍ　、、Ｃａ、　Ｎａ。

Ｃｒ、　Ｍｇが１０ｐｐｍ以下であるＡｌ−２，５％Ｌ
ｉ合金を、上記１０種類の耐火物ルツボに装入しく第１
図）　これを気密容器に入れ、８５０℃で、Ａｒを流通
させながら溶解し、溶湯中の不純物の増加量を調べた。

その結果を第１表に示した。

Ｎｏ、　１　ｉ６よびＮｏ、　２は、本発明例の高アル
ミナ系耐火物を使用した場合で、Ｓｉが２４０および２
００　ｐｐｍ、　、Ｆｅが５００および４８０　ｐｐｍ
に増加したが、Ｃａ、　Ｎａ、　Ｃｒ、　Ｍｇの増加は
認められなかった。

しかし、比較例のＮｏ、　３は、９０％のアルミナ耐火
物を使用した場合で、Ｓｌが１０００　ｐｐｉｎ。

Ｃａが２０ｐｐｍに増加し、不純物が多くなり、好まし
くない。

Ｎｏ、　４は、通常の８５％のアルミナ耐火物を使用し
た場合で、Ｓｉが１２５０　ｐｐｍ５　Ｃａが２７ｐｐ
ｍに増加し、不純物が多くなり、好ましくない。

Ｎｏ、５は、八１２０３−　ＣｒｚＯｓ耐火物を使用し
た場合で、Ｓｉが１５００　ｐｐｍ５Ｃａが２９００　
ｐｐｍ、　Ｃｒが７％および不溶性不純物が６％に増加
し、不純物が多くなり、好ましくない。

Ｎｏｙ６は、Ｍｇ［］耐火物を使用した場合で、Ｓｌ。

Ｃａ、　Ｆｅ、　Ｍｇが若干増加するほか、不溶性不純
物が１％増加し、不純物が多くなり、好ましくない。た
だし、Ｍｇは、本合金の基本成分として含有する場合が
あるので、不純物とはならないこともある。

Ｎｏ、７は、ＭｇＯ−ＣａＯ耐火物を使用した場合で、
Ｃａが１５００ｐｐｍに増加し、好ましくない。

Ｎｏ、　８は、Ａｌ２０３−ＭｇＯ耐大物を使用した場
合で、Ｓｉ、　Ｆｅが若干増加した。

Ｎｏ、　９は、酸化物ポンドで固めたＳｉＣ耐火物を使
用した場合で、Ｓｉ、　Ｃａ、　Ｆｅ、　Ｃｒおよび不
溶性不純物が４％に増加し、好ましくない。

Ｎｏ、　１０は、窒化物ボンドで固めたＳｉＣ耐火物を
使用した場合で、Ｓｉ、　Ｃａ、　Ｆｅおよび不溶性不
純物が５％に増加し、好ましくない。

実施例２実施例１と同様な溶解を行い、８５０℃で１００時間保
持し、耐火物の耐破損性、溶湯浸透性、耐侵食性等を調
査した。その結果を第１表に示す。

ＮＯ６１の本発明例の高アルミナ系耐火物の場合は、溶
湯の浸透が若干見られたが、耐破損性、耐侵食性に優れ
るものであって、しかし、比較例の耐火物は、溶湯浸透
が大きく、破損や侵食が見られるものでる。

〔発明の効果〕

以上詳述したとおり、本発明のＡｌ　−Ｌｉ系合金の溶
製方法は、 ■　酸化物介在物量が低減され、酸素、窒素、水素等の
コンタミの少ないＡｌ−Ｌｉ系合金を容易に得ることが
できる。

■　従って、得られる合金は極めて強度等の特性に優れ
たものとなる。

■　極めて均質な組成の合金が得られる。

■　このため、鋳造後のインゴットは、鋳造に際して割
れることがなく、Ａｌ−Ｌｉ系合金の溶解、鋳造を安定
かつ容易に行える。

等の様々な効果が奏され、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に使用する溶解炉の概要図で
ある。・・・加熱炉・・・気密容器・・・試験用ルツボ・・・溶湯・・・酸素濃度計検出部・・・熱電対

Claims

【特許請求の範囲】

　Ａｌ−（１．５〜３．０％）Ｌｉ系合金を溶製するに
際し、溶解炉内面及び溶湯と接触する部分がＡｌ＿２Ｏ
＿３含有量が９５％以上の高アルミナ質耐火物で構成さ
れた容器を用いて、Ｌｉに対して不活性であるＡｒ、Ｈ
ｅガス雰囲気中にて溶製することを特徴とするＡｌ−Ｌ
ｉ系合金の溶製方法。