JPH03162533A - 純金属又は共晶組成合金の金属スラリーの製造方法 - 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〕 本発明はレオキャスト、チクソキャスト等に用いられる
半溶融金属スラリーの製造方法に関する。

（従来の技．術とその課題〕 金属スラリーは溶融金属中に金属の固体粒子が濃厚に懸
濁した半溶融金属で、近年この金属スラリーを鋳造して
これを素材又は製品として用いるレオキャストやチクソ
キャスト等の鋳造法が開発されている。

上記金属スラリー鋳造法には溶融金属を鋳型に注入する
という既存の鋳造法に比べて次のような利点がある．即
ち（１）凝固収縮が小さい為鋳造割れや引け巣が減少し
品質が向上する。（２）凝固温熱が小さい為凝固冷却時
間が短縮され生産性が向上する。（３）金属粒子が懸眉
している為溶融金属に比べ侵食性が小さく、従って鋳型
寿命が延びる。（４）金属粒子が微細で且つＱＪしてい
る為マクロ偏析が低減して均質性が向上するとともに結
晶粒微細化により機械的特性や伸延加工性が向上する等
である。

尚、補足すれば上述した金属スラリーの持つ利点はその
固相率（溶融金属中に金属の固体粒子が占める割合）が
大きい程、又含まれる金属の固体粒子径が小さい程一層
発揮されるものである。即ち前者は前記利点の（１）〜
（３）、後者は（４）を助長する。

又金属スラリー中に上記固体粒子が占める割合、即ち固
相率については一般に４０〜６０％程度にするのが、鋳
造性を損なわずに結晶粒を微細化できて好ましい。

このように種々の利点を持つ金属スラリーの従来の製造
方法は、例えば溶融金属の入った加熱容器を周囲から冷
却しながら徐々にその温度を降下させ、中心に配置した
回転具の回転力により溶融金属を直接撹拌して加熱容器
内壁面から晶出するデンドライトを分断し粒状化して溶
融金属中に分散せしめつつ溶融金属を所定の塩度まで冷
却して所望の固相率を持つ金属スラリーを得る方法によ
りなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで純金属は通常鋳塊の結晶粒が大きい為圧延時に
欠陥が生し易く、又超塑性合金材料等の共晶組成合金に
あっては結晶粒が大きい為鋳造したままでは充分な伸び
が得られないという問題があり、このようなことから純
金属や共晶組成合金を金属スラリー状にして鋳造する試
みがなされた．しかしながら、上記純金属や共晶組成合
金は固液共存域を有さない為凝固層は連続した殻状に成
長してデンドライト状には成長せず、従って撹拌によっ
て固相が分離するようなことがなく金属ズラリーを得る
ことができなかった。

〔課題を解決する為の手段〕

本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、その目的と
するところは均一微細な金属の固体粒子が分散する純金
属又は共晶組成合金の金属スラリーを効率よく製造し得
る方法を提供することにある。

即ち本発明は、純金属又は共晶組成合金の溶融体を加熱
容器内に入れて所定温度に保持しつつ、前記溶融体を撹
拌具により撹拌して前記純金属又は共晶組成合金の金属
スラリーを製造する方法において、溶融体を保持する加
熱容器又は／及び溶融体を撹拌する撹拌具の少なくとも
溶融体と接触する表面層を、前記溶融体との濡れ性の悪
い材料中に前記溶融体との濡れ性の良い材料が微細に分
敗した複合材により構成したことを特徴とするものであ
る． 以下に本発明を図を参照して詳細に説明する。

第１図イ、ロは本発明を実施する金属スラリー製造装置
の一例を示す側面説明図である。図においてｌは加熱容
器、２は溶融金属を撹拌する為の撹拌臭、３は湯栓であ
る． 加熱容器ｌは周囲に発熱体４を内蔵した環状炉で、この
発熱体４に隣接して溶融金属を冷却するための冷却バイ
プ５が埋め込まれている。又上記加熱容器ｌの下部は湯
栓３により閉塞され、上部は炉Ｍ６により蓋がなされ、
内部には撹拌具２が配置されている， 上記の湯栓３及び炉Ｍ６にはそれぞれ発熱体４が埋め込
まれていて保温が可能な構造になっている． 溶融金属７は炉蓋６を開けて加熱容器ｌと撹拌具２の間
隙に注入される。上記の加熱容器ｌ又は／及び撹拌具２
は溶融金属７との濡れ性の悪い材料に溶融金属７との濡
れ性の良い材料が微細に分敗した複合材料により構成さ
れているので上記加熱容器ｌ内の溶融金属７は上記加熱
容器１又は／及び撹拌具２の濡れ性の良い材料に接触し
た部分が優先的に微細な柱状体に凝固し、この柱状凝固
体８は撹拌具２の回転により加熱容器１又は／及び撹拌
具２の壁面から分離して溶融金属７中に分敗し懸濁して
金属スラリーが形威される（図イ）。

溶融金属７の温度は加熱容器１内に等間隔に８ケ所に配
置した熱電対９により計測され発熱体４の電源に連動し
て精度よく制御される．金属スラリーが所定の固相率に
達したところで湯栓３を降下させて上記金属スラリ−１
０を所定温度に保温した断熱容器１１内に保持したのち
（図ロ）、所定の鋳型に鋳造する。

本発明方法において、加熱容器１又は撹拌具２に用いる
複合材を構或する溶融金属との濡れ性の悪い材料として
は黒鉛が又濡れ性の良い材料としてはＳｉＣやＭｇ○が
溶融金属と非反応性で且つ強度的に優れていて好適であ
る。父上記複合材の形戒方法としては濡れ性の悪い材料
と良い材料との粉体同士を混合して加熱焼結する方広、
又は濡れ性の悪い材料の粉体に濡れ性の良い材料の繊維
状体を壁面に垂直に露出して配置し加熱焼結する方法等
が適用されるが、特に後者は濡れ性の良い材料からの熱
抽出量が大となって柱状凝固体の成長が迅速になされて
好適である。複合材中の濡れ性の良い材料の混合比は２
０容量％（以下％と略記）を超えると隣接する柱状既固
体同士が合体して粗大化するので２０％以下にするのが
好ましい．上記複合材は、加熱容器ｌ又は撹拌具２の全
体に用いる必要はなく、少なくとも溶融金属７が接触す
る壁面にだけ用いてもその効果は充分得られるものであ
る。

〔作用〕

本発明方法においては、加熱容器又は／及び撹拌具の少
なくとも溶融金属と接する表面層に、溶融金属との濡れ
性の悪い材料中にｌ容融合属との濡れ性の良い材料を微
細に分散した複合材を用いているので、溶融金属は溶融
金属との濡れ性の良い材料に接した゛部位から優先的に
柱状に凝固が進行し、上記柱状瓜固体は撹拌具の回転に
より上記璧面から容易に分離して溶融金属中に分散して
微細な固体粒子が慧濁した金属スラリーが形威される。

〔実施例〕

以下に本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ 第１図に示した金属スラリー製造装置を用いて固相率と
撹拌具の軸にかかるトルクとの関係を９９．９％純度の
純，１１について求めた。上記において固相率は撹拌臭
の軸トルクの所定値毎に湯栓を抜いて金属スラリーを急
冷凝固し、この凝固体の組織を観察して算出した． 加熱容器の材料には、黒鉛粉末に粒径５μｍのＳｉＣ粉
末を２０％混合し加熱焼結して製造した複合材を用い、
又撹拌臭には黒鉛を用いた。

而して上記加熱容器の下部をストノパで密閉し内部に撹
拌臭を配置して所定温度に加熱し、この加熱容器内に溶
融１ｊ２をＩＯＫｇ注入し７００゜Ｃに加熱保持した。

次いで撹拌具をＬ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　ｒｐｍで回転させると
ともに加熱容器の周囲に埋め込んだ゛冷却管にＮ２ガス
を毎分１０Ｎの速度で流して溶融Ａｆｆｉの温度を徐々
に低下させた。Ｎ２ガスを流し始めてから４分後に溶融
Ａｌ温度はＡｆｆｉの擬固開始温度の６　６　０　’Ｃ
に達し、４８分後に完全に凝固した。この間加熱容器側
と撹拌具側の溶融金属の温度差は８゜Ｃに保たれた。

比較例Ｉ 加熱容器及び撹拌具の材料に黒鉛を用いた他は実施例１
と同し方法により撹拌具の軸トルクと金属スラリーの固
相率との関係を調べた。

実施例ｌ及び比較例１の結果は第２図に示した．本発明
方法の場合（実施例１）は、軸トルクは固相率が８０％
までは低い値であった。これは固相率が増えても固相は
加熱容器の壁面から分断されて熔融Ａｆ中にＱｉした状
態にある為である。

これに対し加熱容器及び撹拌具の材料に黒鉛を用いた従
来方法によるもの（比較例１）は固相率５０％でトルク
が急激に増加している。これは熔融Ａ乏が加熱容器璧か
ら撹拌具方向に向かって殻状に連続して成長し固相率５
０％のところで殻の先端がトルクメーターの検出深度に
達した為と考えられる。

斯くの如くして、本発明方法によれば加熱容器壁面上に
形威された固相は撹拌により容易に熔融金属中に分散す
ることが実証された。

実施例２ 実施例１と同し方法により製造した金属スラリーを軸ト
ルクから算定して固相率が４０％に達したところで湯栓
を抜いてＣｕ製鋳型に鋳造して厚さ２　０ｍｍｊａｉ２
　０　０ＩＩｌｍＪさ８　０　０　ｎ＋ｌｌ１の純ＡＡ
鋳塊を製造した。

実施例３ 先ず第１図に示した金属スラリー製造装置を用いて純Ｃ
ｕスラリーを製造した。

即ち加熱容器及び撹拌具の材料には黒鉛粉末に粒子径５
μｍのＭｇＯ粉末を２０％混合した複合材料を用いた。

　而して下部をストツパで密閉し内部に撹拌具を配置し
て所定温度に加熱した加熱容器内に溶融Ｃｕ（９９．９
９％の無酸素銅）を３０ＫｇＱ’ｆ人し１１２０゜Ｃに
加熱保持した。次いで撹拌具を１　０　０　Ｏ　ｒｐｍ
で回転させるとともに加熱容器の周囲に埋め込んだ冷却
管にＮ２ガスを毎分５ｌの速度で流して溶融Ｃｕの温度
を徐々に低下させ、純Ｃｕの擬固開始温度ＩＯ８３℃に
て保持して金属スラリーを製造した。次に、予め求めて
おいた撹拌具の軸トルクと固相率との関係から軸トルク
が固相率４０％に相当する値に達したところで湯栓を抜
いて純Ｃｕスラリーを実施例２と同し方法によりＣｕ製
鋳型に鋳造して厚さ２０ｆｆｌｆｌＩ、幅２　０　０　
ｍ＋ｗ，長さ８００ＩＩＩＩＩ１の純Ｃｕ鋳塊を鋳造し
た． 金属スラリー製造中において、加熱容器側と撹拌具側の
溶融純Ｃｕの温度差は２　’Ｃに保持された。

実施例４ 実施例２において、溶融Ａｆの代わりにＡｆｆｉ−３３
ｗｔ％Ｃｕの共晶合金を用い、加熱容器に用いた複合材
料のＳｉＣ粉体の粒子径は種々に変化させ、又金属スラ
リー製造時の加熱容器内の溶融共晶合金の加熱保持温度
を５４８゜Ｃとした他は実施例２と同し方法によりＡｊ
！　　３３ｗｔ％Ｃｕの共晶合金鋳塊を製造した。

比較例２ 実施例２、４において、加熱容器及び撹拌臭の材料に黒
鉛を用いた他はそれぞれ実施例２、４と同じ方法により
純Ａｊ２又はＡｌ−３３ｗｔ％Ｃｕの共晶合金を製造し
た。

比較例３ 実施例３において用いたと同じ溶融純Ｃｕを１１２０’
Ｃに加熱し、これを横型連続鋳造法により厚さ２０ｍｎ
＋、幅２００問の鋳塊に鋳造した。

斯くのごとくして得られた各々の鋳塊について鋳塊の結
晶粒径、鋳塊の伸び及び冷間圧延での割れの有無につい
て調査した。結果は主な製造条件を併記して第１表に示
した。

第１表より明らかなように本発明方法品（Ｎｏ１〜６）
は微細な結晶粒からなり伸びや加工性に優れるものであ
った。中でもＡ　ｌ　−　Ｃ　ｕ系の超塑性共品合金は
鋳造したままで高い伸びを示し、特にＳｉＣ粉末の粒子
径が微細な程伸び特性が向上して、従来の鋳造材を伸延
加工し加熱処理して得られる材料の伸び率５４０％を大
きく上回るものであった。

これに対し比較方法品（Ｎｏ７〜９）は加熱容器の構成
材料が炭素（Ｃ）単体の為撹拌による微細化効果が得ら
れず、いずれも結晶粒が粗大で、伸びや加工性に劣るも
のであった。

上記実施例では加熱容器にのみ複合材を用いたが、撹拌
具にも複合材を用い又冷却機能を持たせれば、加熱容器
と撹拌具の両方に柱状凝固体が形成され金属スラリーの
製造時間が短縮される。

〔効果〕

以上述べたように本発明方法によれば、結晶粒が微細で
、伸びや加工性に優れた純金属又は共晶組成合金ｉか塊
を容易に製造することができ、工業上顕著な効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する金属スラリー製造装置の
一例を示す側面説明図、第２図は固相率と撹拌具の軸に
かかる回転トルクとの関係を示す図である。 １一加熱容器、２−撹拌具、３一場栓、７　−７容融金
属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 純金属又は共晶組成合金の溶融体を加熱容器内に入れて
   所定温度に保持しつつ、前記溶融体を撹拌具により撹拌
   して前記純金属又は共晶組成合金の金属スラリーを製造
   する方法において、溶融体を保持する加熱容器又は／及
   び溶融体を撹拌する撹拌具の少なくとも溶融体と接触す
   る表面層を、前記溶融体との濡れ性の悪い材料中に前記
   溶融体との濡れ性の良い材料が微細に分散した複合材に
   より構成したことを特徴とする純金属又は共晶組成合金
   の金属スラリーの製造方法。