JPH0472890B2

JPH0472890B2 -

Info

Publication number: JPH0472890B2
Application number: JP22151183A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Donomoto; Atsuo Tanaka; Masahiro Kubo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1983-11-25
Filing date: 1983-11-25
Publication date: 1992-11-19
Also published as: JPS60114531A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、合金に係り、更に詳細にはその製造
方法に係る。

従来技術本願発明者等は、合金元素の溶湯に他の合金元
素の溶湯又は粉末を添加して混合する方法や焼結
法による従来の合金の製造方法に於ける種々の問
題点に鑑み、本願出願人と同一の出願人の出願に
係る特願昭58−138180号に於て、第一の金属と該
第一の金属よりも低い融点を有する第二の金属よ
りなる合金の製造方法にして、前記第一の金属よ
りなる多孔質体を形成し、該多孔質体を鋳型内に
配置し、該鋳型内に前記第二の金属の溶湯を注湯
し、前記溶湯を前記多孔質体内に浸透させること
により前記第一の金属と前記第二の金属とを合金
化させ、前記多孔質体の領域に前記第二の金属が
単独では実質的に存在しない合金を形成すること
を特徴とする合金の製造方法を提案した。

この先の提案に係る合金の製造方法によれば、
第一の金属よりも低い融点を有する第二の金属の
みを溶融状態にすればよいので、従来の一般的な
溶融凝固法に比して熱エネルギを大幅に節減する
ことができ、また第一の金属は固相状態であつて
よいので、溶融状態に於て酸化等の化学変化を受
け易い成分金属を第一の金属に選定することによ
り、真空等の雰囲気調整を行う必要性を排除する
ことができる。

また上述の先の提案に係る合金の製造方法によ
れば、第一の金属よりなる多孔質体内に第二の金
属の溶湯が浸透せしめられることによりそれらよ
りなる合金が形成されるので、多孔質体の密度を
均一にしておけば、成分金属の比重差が大きい場
合にも均一な組成の合金を製造することができ、
また第二の金属の溶湯が第一の金属よりなる多孔
質体内の浸透せしめられる際に、多孔質体内に存
在していた空気などが溶湯により多孔質体外へ駆
逐されるので、従来の焼結法の場合に比して高密
度の合金を製造することができる。

しかし上述の先の提案に係る合金の製造方法に
於ては、第一の金属の粉末等を圧縮成形したり第
一の金属の粉末等を無機質バインダなどにて固定
し所定の形状に成形することにより多孔質体が形
成されるので、これらの方法によつては多孔質体
の第一の金属の粉末等の体積率を任意に制御する
ことが困難であり、特に体積率の小さい多孔質体
を形成することが非常に困難であり、そのため先
の提案に係る合金の製造方法に於ては、製造され
る合金の第一の金属の組成値や組織等が第一の金
属の粉末等の大きさなどにより限定され、従つて
任意の組成及び組織の合金、特に第一の金属の組
成値が低い合金を製造することが困難であるとい
う問題がある。

発明の目的本発明は、先の提案に係る合金の製造方法に於
ける上述の如き問題に鑑み、上述の先の提案に係
る合金の製造方法により得られる利点を活かしつ
つ、この方法に於ける上述の如き問題を解消し得
るよう改善された合金の製造方法を提供すること
を目的としている。

発明の構成かかる目的は、本発明によれば、第一の金属と
該第一の金属よりも低い融点を有する第二の金属
とよりなる合金の製造方法にして、前記第一の金
属の微細片と前記第二の金属又はこれと実質的に
同一の金属の微細片とよりなる混合物にて多孔質
体を形成し、前記多孔質体を鋳型内に配置し、前
記鋳型内に前記第二の金属の溶湯を注湯し、前記
溶湯を前記多孔質体内に浸透させることにより前
記第一の金属と前記第二の金属とを合金化させ、
前記多孔質体の領域に前記第二の金属が実質的に
単独では存在しない合金を形成することを特徴と
する合金の製造方法によつて達成される。

発明の作用及び効果本発明の製造方法によれば、多孔質体は第一の
金属の微細片のみにて形成されるのではなく、第
一の金属の微細片と第二の金属又はこれと実質的
に同一の金属の微細片とよりなる混合物にて形成
され、かかる多孔質体に第二の金属の溶湯が浸透
せしめられ、第一の金属と第二の金属とが合金化
せしめられることにより多孔質体の領域に第二の
金属が実質的に単独では存在しない合金、即ち微
細に分散された第一の金属の部分とそれらの周り
の第一及び第二の金属の金属間化合物若しくはこ
れらの固溶体とよりなる合金、又は多孔質体の領
域に第一の金属も実質的に単独では存在せず実質
的に第一及び第二の金属の金属間化合物若しくは
これらの固溶体のみよりなる合金が形成される。

従つて多孔質体を形成する際に第一及び第二の
金属の微細片の混合比を適宜に設定することによ
り、第一の金属の微細片の大きさなどに拘らず多
孔質体内に於ける第一の金属の微細片の体積率及
び個々の第一の金属の微細片間の距離を所望の値
に設定することができるので、上述の先の提案に
かかる方法の場合に比して第一の金属の組成値が
小さい合金を容易に製造することができ、また第
一及び第二の金属の微細片の体積率を調整するこ
とにより第一及び第二の金属の組成比が異なる
種々の任意の組成及び組織の合金を容易に製造す
ることができる。

特に本発明の方法に於て、多孔質体を構成する
第一の金属の微細片の体積率を比較的高く設定し
たり第一の金属の微細片の大きさを比較的大きく
設定することにより、微細に分散された第一の金
属の部分とそれらの周りの第一及び第二の金属の
金属間化合物若しくはこれらの固溶体とよりなる
合金（ハイブリツド合金）を容易に製造すること
ができ、逆に多孔質体を構成する第一の金属の微
細片の体積率を比較的低く設定したり第一の金属
の微細片の大きさを比較的小さく設定することに
より、多孔質体の領域に第一及び第二の金属の何
れも実質的に単独では存在しない合金、即ち実質
的に第一及び第二の金属の金属間化合物若しくは
これらの固溶体よりなる合金を容易に製造するこ
とができる。

更に本発明の方法によれば、上述の先の提案に
かかる方法に於ける種々の利点、即ち従来の一般
的な溶融凝固法に比して熱エネルギを大幅に節減
することができる、真空等の雰囲気調整を行う必
要がない、成分金属の比重差が大きい場合にも均
一な組成の合金を製造することができる、焼結法
の場合に比して高密度の合金を製造することがで
きるという利点を確保することができる。

また本発明による合金の製造方法に於ては、多
孔質体を鋳型内に配置するに先立ち多孔質体を第
二の金属の融点に近い温度にまで予熱することが
好ましく、かくして多孔質体を予熱すれば第二の
金属の溶湯が多孔質体内に良好に浸透し、第一の
金属と第二の金属とが相互に良好に拡散するだけ
でなく、多孔質体の予熱過程に於ても第一の金属
と第二の金属とが相互に拡散するので、第一の金
属と第二の金属とが相互に良好に拡散した合金を
製造することができる。

尚本発明による合金の製造方法に於ては、第一
及び第二の金属は単一の金属元素又は合金のいず
れであつてもよく、第一及び第二の金属又はこれ
と実質的に同一の金属の「微細片」は粉末、不連
続繊維、切粉、箔片又はこれらの混合物であつて
よく、多孔質体は二種類の微細片を圧縮成形又は
吸引成形することにより形成されることが好まし
く、圧縮成形又は吸引成形に際しては二種類の微
細片を相互に結合させるバインダとして、第二の
金属の融点以上の温度に加熱されると燃焼又は蒸
発により消失する白灯油、しようのう、パラフイ
ン、レジン、塩化アンモニウム、でんぷんなどが
二種類の微細片の混合物に添加されることが好ま
しい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

実施例１先ず第１図及び第２図に示されている如く、円
筒状の孔１を有する型本体２と、孔１に嵌合する
アツパパンチ３及びロアパンチ４とよりなる圧縮
成形型を用意した。次いで図には示されていない
が平均粒径が40μmである2.27gの純マンガン（純
度99.9％）の粉末と、平均粒径が35μmである
3.29gの純アルミニウム（純度99.7％）の粉末と、
バインダとしての白灯油４c.c.とをよく撹拌してし
て混合することにより粉末混合物５を形成し、第
１図に示されている如く型本体２とロアパンチ４
とにより郭定される円筒状の窪み内に粉末混合物
５を充填した。次いで第２図に示されている如
く、孔１にアツパパンチ３を嵌合させ、図には示
されていないプレス装置によりアツパパンチ３と
ロアパンチ４とを互に近付く方向へ押圧すること
により、第５図に示されている如く純マンガンの
粉末６と純アルミニウムの粉末７とよりなり純マ
ンガンの粉末の体積率が約10％である直径18mm、
長さ12mmの円柱状の圧縮成形体８を形成した。

次いで図には示されていないがアルゴンガス雰
囲気中にて圧縮成形体８を500℃に予熱し、しか
る後第３図に示されている如く圧縮成形体８を
250℃の鋳型１０のモールドキヤビテイ１１内に
配置した。次いで第４図に示されている如く、鋳
型１０のモールドキヤビテイ１１内に500c.c.、湯
温800℃の純アルミニウム（純度99.7％）の溶湯
１２を注湯した。次いで純アルミニウムの溶湯１
２をプランジヤ１３により750Kg／cm²の圧力にて
加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するま
で保持した。溶湯が完全に凝固した後、ノツクア
ウトピン１４によつて鋳型１０内より凝固体を取
出した。その凝固体を軸線に沿つて切断したとこ
ろ、元の圧縮成形体の領域には第二の金属として
の純アルミニウムが実質的に単独では存在しない
所望の均一な組織のMn−Al合金であつて、微細
に分散されたMnの部分とその周りのMn及びAl
の金属間化合物及び固溶体とよりなるMn−Al合
金が形成されていることが認められた。また平均
粒径が40μmである純マンガンの粉末のみにて圧
縮成形体を形成し、該圧縮成形体を用いてMn−
Al合金を製造する場合には、マンガンの組成値
を59.7％以下に低減することは不可能であるのに
対し、上述の如く形成されたMn−Al合金のマク
ロの組成はAl−13.3％Mnであつた。

実施例２平均粒径が2μmである5.43gの純コバルト（純
度99.7％）の粉末と、平均繊維径及び平均繊維長
がそれぞれ80μm、３mmであり実質的に三次元ラ
ンダムにて配向された2.47gのアルミニウム合金
（JIS規格AC4C）繊維と、２c.c.の白灯油とよりな
る混合物にて純コバルト粉末の体積率が約20％で
ある円柱状の圧縮成形体が形成され、該圧縮成形
体が400℃に予熱され、第二の金属の溶湯として
アルミニウム合金（JIS規格AC4C）が使用され、
湯温及び溶湯に対する加圧力がそれぞれ750℃、
1000Kg／cm²に設定された点を除き、上述の実施例
１の場合と同一の要領にてCo−Al合金を製造し
た。尚第６図は上述の圧縮成形体の一部を拡大し
て示す部分断面図であり、この第６図に於て符号
１５及び１６はそれぞれ純コバルトの粉末及びア
ルミニウム合金繊維を示している。

この実施例に於ても元の圧縮成形体の領域には
第二の金属としてのアルミニウム合金が実質的に
元の組成のままでは存在しない所望の均一なCo
−Al合金であつて、微細に分散されたCoの部分
とその周りのCo及びAlの金属間化合物及び固溶
体とよりなるCo−Al合金が形成されていること
が認められた。また平均粒径が2μmである純コバ
ルトの粉末のみにて形成された圧縮成形体を用い
てCo−Al合金を製造する場合には、コバルトの
組成値を59％以下に低減することが困難であるの
に対し、この実施例に於て製造されたCo−Al合
金のマクロの組成はAl−45.2％Coであつた。

実施例３平均粒径が1μmである4.07gの純ニツケル（純
度99.0％）の粉末と、平均粒径が42μmである
7.61gの純亜鉛（純度99.8％）の粉末と、４c.c.の
白灯油とよりなる混合物にて純ニツケルの粉末と
体積率が約15％である円柱状の圧縮成形体が形成
され、該圧縮成形体が300℃に予熱され、第二の
金属の溶湯として亜鉛合金（JIS規格ZDC1）が
使用され、鋳型の温度、湯温、溶湯に対する加圧
力がそれぞれ150℃、500℃、1500Kg／cm²に設定さ
れた点を除き、上述の実施例１の場合と同一の要
領にてNi−Zn合金を製造した。尚第７図は上述
の圧縮成形体の一部を拡大して示す部分断面図で
あり、この第７図に於て符号１７及び１８はそれ
ぞれ純ニツケルの粉末及び純亜鉛の粉末を示して
いる。

この実施例に於ても元の圧縮成形体の領域には
第二の金属としての亜鉛合金が実質的に元の組成
のままでは存在しない所望の均一な組織のNi−
Zn合金であつて、微細に分散されたNiの部分と
その周りのNi及びZnの金属間化合物及び固溶体
とよりなるが形成されていることが認められた。
また平均粒径が1μmである純ニツケルの粉末のみ
にて形成された圧縮成形体を用いて製造される
Ni−Zn合金に於ては、ニツケルの組成値を34.7
％以下に低減することが困難であるのに対し、こ
の実施例に於て製造されたNi−Zn合金のマクロ
の組成はZn−16.5％Ni−3.34％Al−0.84％Cuで
あつた。

実施例４平均繊維径及び平均繊維長がそれぞれ60μm、
３mmであり実質的に三次元ランダムにて配向され
た1.58gの純銅（純度99.3％）繊維と、平均粒径
が35μmである3.29gの純アルミニウム（純度99.7
％）の粉末と、４c.c.の白灯油とよりなる混合物に
て純銅繊維の体積率が約５％である円柱状の圧縮
成形体が形成され、該圧縮成形体が700℃に予熱
され、第二の金属の溶湯として純アルミニウムの
溶湯（純度99.7％）が使用され、鋳型の温度、及
び溶湯に対する加圧力がそれぞれ300℃、1000
Kg／cm²に設定された点を除き、上述の実施例１の
場合と同一の要領にてCu−Al合金を製造した。

この実施例に於ても元の圧縮成形体の領域には
第二の金属としての純アルミニウムが実質的に単
独では存在しない所望の均一な組織のCu−Al合
金であつて、微細に分散されたCuの部分とその
周りのCu及びAlの金属間化合物及び固溶体とよ
りなるCu−Al合金が形成されていることが認め
られた。またこの実施例に於て使用された純銅繊
維のみにて形成された圧縮成形体を用いて製造さ
れるCu−Al合金に於ては、銅の組成値を36.7％
以下に低減することが困難であるのに対し、この
実施例に於て製造されたCu−Al合金のマクロの
組成はAl−13.0％Cuであつた。

実施例５平均直径及び平均厚さがそれぞれ40μm、
0.86μmである3.99gの銅合金（Cu−40％Zn）の箔
片と、平均粒径が25μmである6.68gの純スズ（純
度99.5％）の粉末と、４c.c.の白灯油とよりなる混
合物にて銅合金箔片の体積率が約15％である圧縮
成形体が形成され、該圧縮成形体が500℃に予熱
され、第二の金属の溶湯として純スズ（純度99.5
％）の溶湯が使用され、鋳型の温度、湯温、溶湯
に対する加圧力がそれぞれ150℃、320℃、1500
Kg／cm²に設定された点を除き、上述の実施例１の
場合と同一の要領にてCu−Zn−Sn合金を製造し
た。

この実施例に於ても元の圧縮成形体の領域には
第二の金属としてのスズ合金が実質的に元の組成
のままでは存在しない所望の均一な組織のCu−
Zn−Sn合金であつて、微細に分散されたCu−Zn
合金の部分とその周りのCu及びSn、Zn及びSnの
金属間化合物及び固溶体とよりなるCu−Zn−Sn
合金が形成されていることが認められた。またこ
の実施例に於て使用された銅合金の箔片のみにて
形成された圧縮成形体を用いて製造されるCu−
Zn−Sn合金に於ては、銅及び亜鉛の組成値をそ
れぞれ20％、14％以下に低減することが困難であ
るのに対し、この実施例に於て製造されたCu−
Zn−Sn合金のマクロの組成はSn−10％Cu−７％
Znであつた。

実施例６平均粒径が2μmである4.07gの純ニツケル（純
度99.0％）の粉末と、平均直径及び平均厚さがそ
れぞれ60μm、1.29μmである2.47gの純アルミニウ
ム（純度99.7％）の箔片と、４c.c.の白灯油とより
なる混合物にて純ニツケルの粉末の体積率が約15
％である円柱状の圧縮成形体が形成され、該圧縮
成形体が600℃に予熱され、第二の金属の溶湯と
してアルミニウム合金（JIS規格AC8A）の溶湯
が使用され、鋳型の温度、及び湯温がそれぞれ
300℃、720℃に設定された点を除き、上述の実施
例１の場合と同一の要領にてNi−Al合金を製造
した。

この実施例に於ても元の圧縮成形体の領域には
第二の金属としてのアルミニウム合金が実質的に
元の組成のままでは存在しない所望の均一な組織
のNi−Al合金であつて、実質的にNi及びAlの金
属間化合物とこれらの固溶体とよりなるNi−Al
合金が形成されていることが認められた。またこ
の実施例に於て使用された純ニツケルの粉末のみ
にて形成された圧縮成形体を用いて製造される
Ni−Al合金に於ては、ニツケルの組成値を58.6
％以下に低減することが困難であるのに対し、こ
の実施例に於て製造されたNi−Al合金のマクロ
の組成はAl−30.3％Niであつた。

実施例７先ず平均粒径が40μmである純チタニウム（純
度97.0％）の粉末と平均粒径が35μmである純ア
ルミニウム（純度99.7％）の粉末と上述の実施例
１〜実施例６に於て使用された圧縮成形型を用意
した。次いで第８図に示されている如く、型本体
２とロアパンチ４とにより郭定される実質的に円
筒状の窪み内に2.31gの純チタニウムの粉末１９
を層状に充填し、純チタニウムの粉末１９の層上
に1.16gの純チタニウムの粉末と0.69gの純アルミ
ニウムの粉末と２c.c.の白灯油とよりなる混合物２
０を層状に配置し、更に混合物２０の層上に
0.46gの純チタニウムの粉末と1.10gの純アルミニ
ウムの粉末と２c.c.の白灯油とよりなる混合物２１
を層状に配置した。次いで孔１にアツパパンチ３
を嵌合させ、図には示されていないプレス装置に
よりアツパパンチ３とロアパンチ４とを互に近付
く方向へ押圧することにより、第９図に示されて
いる如く、厚さ及び純チタニウムの粉末の体積率
がそれぞれ４mm、50％である第一の層２２と、厚
さ及び純チタニウムの粉末の体積率がそれぞれ４
mm、25％である第二の層２３と、厚さ及び純チタ
ニウムの粉末の体積率がそれぞれ４mm、10％であ
る第三の層２４とよりなる直径18mm、長さ12mmの
円柱状の圧縮成形体２５を一体的に形成した。

次いで図には示されていないがアルゴンガス雰
囲気中にて圧縮成形体２５を400℃に予熱し、し
かる後第１０図に示されている如く圧縮成形体２
５をその第一の層２２を下にして200℃の鋳型１
０のモールドキヤビテイ１１内に配置した。次い
で第１１図に示されている如く、鋳型１０のモー
ルドキヤビテイ１１内に500c.c.、湯温780℃の純ア
ルミニウム（純度99.7％）の溶湯２６を注湯し
た。次いで溶湯２６をプランジヤ１３により1500
Kg／cm²の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶湯が
完全に凝固するまで保持した。溶湯が完全に凝固
した後、ノツクアウトピン１４によつて鋳型１０
内より凝固体を取出した。この凝固体を軸線に沿
つて切断したところ、元の圧縮成形体の領域には
第二の金属としての純アルミニウムが実質的に単
独では存在せず各部の組織が均一である所望の
Ti−Al合金であつて、微細に分散されたTiの部
分とその周りのTi及びAlの金属間化合物及び固
溶体とよりなるTi−Al合金が形成されているこ
とが認められた。尚それぞれ圧縮成形体２５の第
一の層２２、第二の層２３、第三の層２４に対応
する部分のマクロの組成はそれぞれAl−62.7％、
Ti、Al−27.2％Ti、Al−15.7％Tiであつた。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明による合金の製造方
法の一つの実施例の製造工程を示す解図的断面
図、第５図乃至第７図はそれぞれ純マンガンの粉
末と純アルミニウムの粉末とよりなる圧縮成形
体、純コバルトの粉末とアルミニウム合金繊維と
よりなる圧縮成形体、純ニツケルの粉末と純亜鉛
の粉末とよりなる圧縮成形体の一部を拡大して示
す解図的部分断面図、第８図乃至第１１図は本発
明による合金の製造方法の他の一つの実施例の製
造工程を示す解図的断面図である。１…孔、２…型本体、３…アツパパンチ、４…
ロアパンチ、５…粉末混合物、６…純マンガンの
粉末、７…純アルミニウムの粉末、８…圧縮成形
体、１０…鋳型、１１…モールドキヤビテイ、１
２…純アルミニウムの溶湯、１３…プランジヤ、
１４…ノツクアウトピン、１５…純コバルトの粉
末、１６…アルミニウム合金繊維、１７…純ニツ
ケルの粉末、１８…純亜鉛の粉末、１９…純チタ
ニウムの粉末、２０，２１…混合物、２２…第一
の層、２３…第二の層、２４…第三の層、２５…
圧縮成形体、２６…純アルミニウムの溶湯。

Claims

【特許請求の範囲】

１第一の金属と該第一の金属よりも低い融点を
有する第二の金属とよりなる合金の製造方法にし
て、前記第一の金属の微細片と前記第二の金属又
はこれと実質的に同一の金属の微細片とよりなる
混合物にて多孔質体を形成し、前記多孔質体を鋳
型内に配置し、前記鋳型内に前記第二の金属の溶
湯を注湯し、前記溶湯を前記多孔質体内に浸透さ
せることにより前記第一の金属と前記第二の金属
とを合金化させ、前記多孔質体の領域に前記第二
の金属が実質的に単独では存在しない合金を形成
することを特徴とする合金の製造方法。