JPH0471982B2

JPH0471982B2 -

Info

Publication number: JPH0471982B2
Application number: JP62222159A
Authority: JP
Inventors: Kei Shiguwaasu Jofuri
Original assignee: KEI BII AROIZU Inc
Current assignee: KEI BII AROIZU Inc
Priority date: 1986-09-08
Filing date: 1987-09-07
Publication date: 1992-11-17
Also published as: DE3729937A1; GB2194796A; MX165269B; GB8720850D0; AU7569187A; CA1298993C; NL8702048A; NL191466C; US4812290A; CH673843A5; AU586929B2; BR8704449A; GB2194796B; JPS63134643A; FR2604185A1; NL191466B; DE3729937C2

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明は、アルミニウムの結晶粒微細化に使用
されるアルミニウム−チタン母合金
（masteralloy）に関するものであり、特には指
定された量の炭素、硫黄、燐或いは窒素を添加し
た、薄いシート、箔、細いワイヤの形態の最終製
品に使用される、大きな粒状物を含まないアルミ
ニウムの結晶粒微細化用アルミニウム−チタン母
合金並びにその製造方法に関するものである。（従来の技術）先行技術としては、ごく限られた量の実験的研
究が報告されているにすぎない。「ジヤーナル
オブインステイテユートオブメタルズ」
vol76、1949年321〜360頁に掲載された「アルミ
ニウム合金におけるサンドキヤステイングの微粒
化の機構」と題する論文において著者A.Cibula
は、母合金における炭素が実際上微粒化に影響を
与えることを示している。同著者は、「ジヤーナ
ルオブインステイテユートオブメタル
ズ」vol80、（1951‐52）１‐16頁に掲載された
「チタン及び硼素の添加によるアルミニウム合金
鋳物の微粒化」と題する論文において続いての研
究を報告した。題名に示されるように、Al‐Ti
母合金へのＢとＣの添加の効果が研究された。炭
素の効果についてこの研究の結果を同論文から直
接引用する（下線は強調のため追加した）：「炭化チタン添加物を使用して上に得られた結果
は通常使用されるよりはるかに少ないチタン添加
でもつて微粒化を生みだすことが可能であること
を確認したけれども、実用価値のある方法は見出
されなかつた。結果は、アルミニウム〔sic〕チ
タン合金の炭素含有量を増大するに際しての障害
は主に炭素乃至炭化チタンと溶融アルミニウムと
の間に酸化皮膜による妨害によるか或いは固有に
不適当な濡れ角度により堅密な接触及び濡れを実
現することの困難さにより生ずることを示した。
困難さを回避する一つの方法はニツケル或いはコ
バルト粉末と焼結することにより炭化チタン粉末
を予備的に濡れ処理することによるものであろう
ことが示唆されたが、しかしこれら金属の高い融
点はアルミニウム合金と共に使用するに不都合で
あろうしまた炭化物粒子間のブリツジングはそれ
らの完全な分散を妨げるかもしれない。」「溶融アルミニウム−チタン合金中への炭素の導
入はまた、融体中への炭素の低溶解度により制限
される。何故なら、僅かに過剰の炭素は、炭化物
が溶融金属中に析出しえないから、融体中に分散
せずに、炭素源と接触状態で、それが形成された
ところに残留する傾向がある。」「炭化チタンの代りに硼化チタンの使用について
の次の節に記載される研究において、上記困難さ
はAl‐Ti及びAl‐Ｂのもつと硬い合金を別々に
使用することにより克服された。この方策によ
り、融体中に硼化物粒子を析出しそしていずれか
の成分の過剰を抑制することが可能であつた。こ
れは、炭化チタンを使用しては、炭素がアルミニ
ウムと合金化しえないために為しえなかつた。」「ジヤーナルオブメタルズ」（1951年）vol3、
1143‐1148においてF.A.Crossley等は論文を発表
した。この報告において、彼等はアルミニウム‐
チタン融体へのAl₄C₃或いはグラフアイトの添加
が微粒化効果の減少をもたらしたことを見出し
た。斯界での追加的実験が、「ソリデイフイケーシ
ヨンオブメタルズ」と題する単行本（ISI出
版No.110、1968年）１〜９頁の記事において記載
されている。ここでは、炭化チタンを形成するこ
とによる微粒化を改善するため塩タブレツト中に
C₂Cl₆或いはグラフアイトが含入されうることが
報告されている。この研究分野での別の実験は、「日本軽金属学
会誌」1970年、vol20、163頁において中尾、小林
及び岡村により報告された。彼等は塩フラツクス
中に炭化チタン粉末を組入れることにより実質上
同様の結果を実現した。その後の実験は、「ジヤーナルオブクリス
タルグロウス」1972年、vol13、777頁における
論文に報告された。この論文において、アルミニ
ウム粒の核生成が塊状の炭化チタン結晶上に観察
されそして次のエビタキシヤル方位関係が存在す
ることが確立された：（001）_Al（011）_Tic；〔001〕_Al〔001〕_Tic もつと最近になつて、「メタラジカルトラン
スアクシヨン」vol16A、1985年、2065〜2068頁
においてA.Benerji等はAl‐７％Ti‐1.2％Ｃ母
合金について簡単に記述した。この合金は7075合
金を微粒化することが観察された。先行技術の考察から、問題はまだ解決されてい
ないことがわかる。炭素がアルミニウムの微粒化
に有益かもしれないとの示唆はあるけれども、最
終製品中に塊状の炭化物が見出される。この困難
さは、上記Cibulaの研究（1951年）からの引用文
の第２及び第３節にもつとも簡潔にまとめられて
おり、何故炭素ではなく硼素がAl‐Ti母合金に
おける第３元素として工業的適用性を見出したか
を説明している。大きな、硬質の、不溶性粒子
は、薄シート、箔或いは缶材を製造に使用される
合金を微粒化するのに使用される母合金中に存在
してはならない。薄肉製品中の大きな粒子はピン
ホールや亀裂をもたらす。（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、薄いシート、箔、細いワイヤ
の形態の最終製品に使用される、大きな粒状物を
含まないアルミニウムの結晶粒微細化用アルミニ
ウム−チタン母合金並びにその製造方法を開発す
ることである。（課題を解決するための手段）本発明者は、アルミニウム−チタン合金に指定
された量の炭素、硫黄、燐或いは窒素を添加し、
合金を1150℃を超える温度に過熱してこれら添加
元素を溶体化した後、鋳造することにより結晶粒
微細化能を有しそして５ミクロン直径を超える粒
状物（過大な炭化物、硫化物、燐化物、窒化物）
含有しないアルミニウム−チタン母合金を得るこ
とができることを見出した。この知見に基づいて、本発明は、１重量％で表わして、２〜15％チタンと、 0.003〜0.1％炭素、0.03〜２％硫黄、 0.03〜２％燐及び0.03〜２％窒素の群から選
択される少なくとも１種と、残部アルミニウム及び不可避的不純物とから成り、５ミクロン直径を超える炭化物、硫
化物、燐化物或いは窒化物を実質上含有しない
ことを特徴とする結晶粒微細化用アルミニウム
−チタン母合金、及びその製造方法として、２重量％で表わして、２〜15％チタンと、
0.003〜0.1％炭素、0.03〜２％硫黄、0.03〜２
％燐及び0.03〜２％窒素の群から選択される少
なくとも１種と、残部アルミニウム及び不可避
的不純物とから成る合金を調製する段階と、該合金を1150℃を超える温度に過熱して前記
選択元素を溶体化状態とする段階と、前記合金を鋳造して前記組成を有しそして５
ミクロン直径を超える炭化物、硫化物、燐化物
或いは窒化物を実質上含有しないアルミニウム
−チタン母合金を生成する段階とを包含する結晶粒微細化用アルミニウム−チタ
ン母合金を製造する方法を提供する。（作用）本発明の結晶粒微細化用アルミニウム−チタン
母合金において、チタンは２〜15重量％の量で存
在する。チタン量が２重量％未満では、微細化作
用が少なく、そのため所要の効果を得るには大量
の母合金を添加することが必要となり、作業性溶
湯管理等の点から不都合となり、他方チタン量が
15重量％を超えると、母合金は鋳造困難となる。第３添加元素としては、炭素が好ましいけれど
も、硫黄、燐或いは窒素も本発明の利益を提供す
るのに有効である。最適の結果を得るには、第３
元素は制御された量において、すなわち炭素に対
しては0.003〜0.1％そして硫黄、燐或いは窒素に
対しては0.03〜２％の範囲内で存在せしめられ
る。これらの少なくとも１種の組合せでも良い。
これら第３元素の添加量は、良好な結晶粒微細化
作用を奏するに必要な下限と過大な炭化物、硫化
物、燐化物、窒化物を発生せしめないことを保証
する上限との間の濃度として決定された。第３元素の添加方法は、特には重要事ではなく
またチタンの添加方法も特に重要事ではない。例
えば、炭素は粉末状グラフアイト、カーボンブラ
ツク及び金属炭化物の添加により母合金中に導入
されうる。これらは等しく良好な結果を与える。
最適の結果を得るためには、少量の指定された範
囲内の量の第３元素の添加のみが重要である。こ
れは通常低温で為される。何故なら、Tiと第３
元素との反応は通常低温において再現性が高くま
た反応が非常にスムースに進行するからである。
しかし、反応温度は臨界的ではない。700〜900℃
の範囲で変化は観察されない。本母合金の製造に当たつては、母合金は、炭化
物、窒化物等を実質含まない、熱電対保護管等を
含めてのるつぼ設備において溶解することが好ま
しい。例えば、酸化アルミニウム、酸化ベリリウ
ム或いは酸化マグネシウムから成るるつぼがこの
目的に良く適合する。比較的低温で合金を溶製し
た後、合金は、第３元素の溶体化処理段階として
不活性るつぼ中で1150℃を超える温度、例えば、
1200〜1250℃の温度に少なくとも約５分間過熱さ
れる。その後、合金は鋳造されそして最終的に一
般市販形態、すなわちワツフル、鋳造ロツド、押
出ロツド、圧延ロツド等に作製される。こうし
て、結晶微細化剤としての母合金が得られる。（実施例び比較例）第３元素を含まない比較例（サンプルNo.１）
と、添加元素として硫黄、窒素、燐、炭素を含む
実施例を例示目的で呈示する（サンプルNo.s.2〜
６、炭素のみ２例用意した）。各例は小さな研究
室炉においてアルミニウムを溶解しそして試剤と
反応せしめることにより調製した。すべての合金
は５重量％の実質同一の公称チタン組成を有して
いる。これら合金をアルミニウム溶湯に様々の接
触時間において添加して、それらの結晶微細化能
を調べた。また、500倍の顕微鏡観察により、粒
状物の存在を検査した。１サンプルNo.１（Al−Ti合金） Al−５％Ti合金を３Kgの99.9％Alと860ｇの
K₂TiF₆を反応せしめることにより調製した。即
ち、先ず、アルミニウムを溶解しそして760℃に
持ちきたした。撹拌翼を融体中に浸漬しそして
200回／分で回転せしめた。K₂TiF₆を融体表面に
加えそして15分間反応せしめた。最後に、浮遊す
る塩をデカンテーシヨンにより流出せしめそして
融体をワツフル形態に注型した。この合金の結晶微細化能を表に示す。得られ
た粒寸はせいぜい1000μ前後である。２サンプルNo.２（Al−Ti−Ｓ母合金）３Kgのアルミニウムを溶解しそしてそれを760
℃の温度に持ちきたし、860ｇのK₂TiF₆と50ｇの
ZnSとの混合物を融体表面に加えそして反応せし
めることによりAl−５％Ti−0.25〜0.37％Ｓ合金
を調製した。反応済の塩を流出せしめそして融体
をワツフルに鋳造した。このワツフルをアルミナ
るつぼで内張した誘導炉内で再溶融し、1250℃に
加熱しそしてワツフルに再鋳造した。この母合金を使用して得られた結晶微細化効果
を表に示す。そこに示される通り、硫黄の存在
は、結晶微細化効果を著しく増大する。250μmの
水準の小さな粒寸がこの母合金を使用して得られ
た。この母合金は、5μmを超える不溶性の大きな粒
子を含まなかつた。３サンプルNo.３（Al−Ti−Ｎ母合金） 860ｇのK₂TiF₆と50ｇのTiNとの混合物を760
℃の温度に保持した３Kgの溶融アルミニウムに添
加した。塩を反応せしめそして後融体表面から流
出せしめた。残つた合金をワツフルに鋳造した。
このワツフルをアルミナるつぼで内張した誘導炉
内で再溶融し、1250℃に加熱しそしてワツフルに
再鋳造した。Al−Ti−0.28〜0.31％Ｎ組成の母合
金ワツフルを得た。生成ワツフルは表に示す結晶粒微細化作用を
与えた。硫黄程に有効ではないけれども、窒素は
Ai−Ti合金の微細化作用を改善し、短時間で450
〜600μmの粒寸を与えた。この母合金は、5μmを超える不溶性の大きな粒
子を含まなかつた。４サンプルNo.３（Al−Ti−Ｐ母合金）３Kgの99.9％Alを溶解しそして50ｇのCu−６
％Ｐ合金を融体に添加した。続いて、860ｇの
K₂TiF₆を融体表面に融体を撹拌しながら添加し
そしてワツフルに鋳造した。このワツフルをアル
ミナるつぼで内張した誘導炉内で再溶融しそして
1250℃から再鋳造した。Al−Ti−0.05〜0.07％Ｐ
母合金ワツフルを得た。生成ワツフルは表に示す結晶粒微細化作用を
与えた。この合金は窒素を含むものとおおよそ同
等であり、第３元素を含まないAl−Ti合金より
はるかに良好な結晶微細化作用を有することがわ
かる。この母合金は、5μmを超える不溶性の大きな粒
子を含まなかつた。５サンプルNo.５（Tl−Ti−Ｃ母合金） 9080ｇのアルミニウムを誘導炉にて溶解しそし
て750〜760℃に持ちきたした。そして、200ｇの
K₂TiF₆と25ｇのFe₃Cの混合物を融体表面に加え
て反応せしめた。続いて、730ｇのTiスポンジを
融体に添加して反応せしめた。反応中得られた最
大温度は970℃であつた。塩を流出せしめ、融体
を酸化物性るつぼを収納する炉に移しそれを1250
℃の温度に持ちきたすことにより炭素を溶体化状
態に置いた後、ワツフルに鋳造した。Al−Ti−
0.04〜0.045％Ｃ組成の母合金ワツフルを得た。この母合金の極めて優れた結晶微細化効果を表
に示す。300μm前後の粒寸が1/2〜10分の接触
時間において得られた。この母合金は、5μmを超える不溶性の大きな粒
子を含まなかつた。６サンプルNo.６（Tl−Ti−Ｃ母合金）例５と全く同じ方法で合金を作製したが、但し
炭素を炭化鉄を使用せずに2.5ｇのカーボンブラ
ツクとしてK₂TiF₆と共に添加した。Tiスポンジ
添加後得られた最高温度は890℃であつた。1250
℃から鋳造してAl−Ti−0.02〜0.023％Ｃ組成の
母合金ワツフルを得た。この母合金の極めて優れた結晶微細化効果を表
に示す。極めて微細な粒寸が1/2〜10分の接触
時間に置いて得られた。この母合金は、5μmを超える不溶性の大きな粒
子を含まなかつた。これらの例からまた本発明についての実験過程
での他の溶解試験例から、第３元素の制御化での
添加がAl−Ti母合金の結晶微細化能に顕著な有
益な効果を与えることが明らかである。

【表】（発明の効果）優れた粒状化作用を有する第３元素のマトリツ
クス中への溶体化導入を通して、大きな不溶性粒
子の発生を防止し、薄肉あるいは細径の微粒アル
ミニウム製品の製造を可能ならしめる。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で表わして、２〜15％チタンと、 0.003〜0.1％炭素、0.03〜２％硫黄、0.03〜２
％燐及び0.03〜２％窒素の群から選択される少な
くとも１種と、残部アルミニウム及び不可避的不純物とから成り、５ミクロン直径を超える炭化物、硫化
物、燐化物或いは窒化物を実質上含有しないこと
を特徴とする結晶粒微細化用アルミニウム−チタ
ン母合金。２選択元素が炭素である特許請求の範囲第１項
記載のアルミニウム−チタン母合金。３選択元素が硫黄である特許請求の範囲第１項
記載のアルミニウム−チタン母合金。４選択元素が燐である特許請求の範囲第１項記
載のアルミニウム−チタン母合金。５選択元素が窒素である特許請求の範囲第１項
記載のアルミニウム−チタン母合金。６重量％で表わして、２〜15％チタンと、 0.003〜0.1％炭素、0.03〜２％硫黄、0.03〜２
％燐及び0.03〜２％窒素の群から選択される少な
くとも１種と、残部アルミニウム及び不可避的不純物とから成り、５ミクロン直径を超える炭化物、硫化
物、燐化物或いは窒化物を実質上含有しない結晶
粒微細化用アルミニウム−チタン母合金を製造す
る方法であつて、重量％で表わして、２〜15％チタンと、0.003
〜0.1％炭素、0.03〜２％硫黄、0.03〜２％燐及び
0.03〜２％窒素の群から選択される少なくとも１
種と、残部アルミニウム及び不可避的不純物とか
ら成る合金を調製する段階と、該合金を1150℃を超える温度に過熱して前記選
択元素を溶体化状態とする段階と、前記合金を鋳造して前記組成を有しそして５ミ
クロン直径を超える炭化物、硫化物、燐化物或い
は窒化物を実質上含有しないアルミニウム−チタ
ン母合金を生成する段階とを包含する結晶粒微細化用アルミニウム−チタン
母合金を製造する方法。７合金が1200〜1300℃の範囲の温度まで過熱さ
れる特許請求の範囲第６項記載の方法。８合金が前記選択元素及び該元素の金属間化合
物を実質上含まない不活性るつぼ中で過熱される
特許請求の範囲第６項或いは７項記載の方法。９るつぼが酸化アルミニウム、酸化ベリリウム
或いは酸化マグネシウムから構成される特許請求
の範囲第８項記載の方法。１０選択元素が炭素である特許請求の範囲第６
〜９項のいずれか一項記載の方法。１１選択元素が硫黄である特許請求の範囲第６
〜９項のいずれか一項記載の方法。１２選択元素が燐である特許請求の範囲第６〜
９項のいずれか一項記載の方法。１３選択元素が窒素である特許請求の範囲第６
〜９項のいずれか一項記載の方法。