JPH05212498A - 金属基複合材料鋳塊の製造方法 - Google Patents
金属基複合材料鋳塊の製造方法Info
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- JPH05212498A JPH05212498A JP2379692A JP2379692A JPH05212498A JP H05212498 A JPH05212498 A JP H05212498A JP 2379692 A JP2379692 A JP 2379692A JP 2379692 A JP2379692 A JP 2379692A JP H05212498 A JPH05212498 A JP H05212498A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 金属又は合金の固液共存状態のスラリーに異
種材料骨材を添加して攪拌混合する際、スラリーの粘度
が適正な値に達してから骨材の添加を開始し、骨材添加
中は攪拌浴の粘度を適正な値に維持する浴温制御を行
い、添加完了後は該金属又は合金の液相線温度以上の鋳
込み温度に昇温し、均熱時間を経てから鋳造する。 【効果】 異種材料が均一に分散した高混合率の金属基
複合材料鋳塊が安定して製造できる。
種材料骨材を添加して攪拌混合する際、スラリーの粘度
が適正な値に達してから骨材の添加を開始し、骨材添加
中は攪拌浴の粘度を適正な値に維持する浴温制御を行
い、添加完了後は該金属又は合金の液相線温度以上の鋳
込み温度に昇温し、均熱時間を経てから鋳造する。 【効果】 異種材料が均一に分散した高混合率の金属基
複合材料鋳塊が安定して製造できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、固液共存状態の金属
スラリーに異種材料骨材を添加混合する方法（以下単に
コンポキャスト法という）を適用して有利に金属基複合
材料鋳塊を製造する方法を提案するものである。
スラリーに異種材料骨材を添加混合する方法（以下単に
コンポキャスト法という）を適用して有利に金属基複合
材料鋳塊を製造する方法を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでの複合材料の製造方法としては
粉末冶金法、高圧鋳造法などがあるが、これらはいずれ
も大形製品の製造が困難であること、コストが高いこと
などの問題があり、それらの対応策として溶湯添加法、
コンポキャスト法などが提案された。このうち、溶湯添
加法では、異種材料骨材の均一分散が不十分であるこ
と、骨材界面で他物質との反応が促進する不都合がある
ことなどの問題があった。
粉末冶金法、高圧鋳造法などがあるが、これらはいずれ
も大形製品の製造が困難であること、コストが高いこと
などの問題があり、それらの対応策として溶湯添加法、
コンポキャスト法などが提案された。このうち、溶湯添
加法では、異種材料骨材の均一分散が不十分であるこ
と、骨材界面で他物質との反応が促進する不都合がある
ことなどの問題があった。
【０００３】したがって最近では、固液共存による高粘
度化を利用した骨材の均一分散、低温化による界面反応
の抑制などの利点を有するコンポキャスト法の研究が盛
んに行なわれてきている。しかしこの方法は、大量の骨
材を均一分散する手段が確立されていないため未だ実用
化されるには至っていない。すなわち、これまでのコン
ポキャスト法の技術レベルでは、添加速度が早すぎて攪
拌浴の粘度が急速に上昇し、流動性を失って攪拌混合途
中で固化状態になってしまうとか、特定の溶湯温度に保
った特定の固相率のスラリーに骨材を添加していくと、
少ない添加量で攪拌浴の粘度上昇で固化状態になってし
まう場合が生じるなどの問題があった。
度化を利用した骨材の均一分散、低温化による界面反応
の抑制などの利点を有するコンポキャスト法の研究が盛
んに行なわれてきている。しかしこの方法は、大量の骨
材を均一分散する手段が確立されていないため未だ実用
化されるには至っていない。すなわち、これまでのコン
ポキャスト法の技術レベルでは、添加速度が早すぎて攪
拌浴の粘度が急速に上昇し、流動性を失って攪拌混合途
中で固化状態になってしまうとか、特定の溶湯温度に保
った特定の固相率のスラリーに骨材を添加していくと、
少ない添加量で攪拌浴の粘度上昇で固化状態になってし
まう場合が生じるなどの問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は前記した問
題点を有利に解決し、コンポキャスト法を適用して異種
材料骨材の均一分散状態が安定して得られる金属基複合
材料鋳塊の製造方法を提案することを目的とする。
題点を有利に解決し、コンポキャスト法を適用して異種
材料骨材の均一分散状態が安定して得られる金属基複合
材料鋳塊の製造方法を提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】固液共存のスラリーの粘
度は、固相の増加に伴って上昇するが、異種材料骨材を
添加し増量する場合の攪拌浴も金属又は合金の固相の増
加と類似の粘度上昇が認められる。この攪拌浴の粘度の
挙動を種々調査した結果、粘度が大きくなり過ぎると液
体としての性質を失い骨材の十分な攪拌混合効果が得ら
れないことを見出した。
度は、固相の増加に伴って上昇するが、異種材料骨材を
添加し増量する場合の攪拌浴も金属又は合金の固相の増
加と類似の粘度上昇が認められる。この攪拌浴の粘度の
挙動を種々調査した結果、粘度が大きくなり過ぎると液
体としての性質を失い骨材の十分な攪拌混合効果が得ら
れないことを見出した。
【０００６】この発明は上記結果をコンポキャスト法に
有利に活用することにより達成したものである。すなわ
ち、この発明の要旨は、金属又は合金の固液共存状態の
半凝固もしくは半溶融のスラリーに異種材料の骨材を添
加して攪拌混合する際、該スラリーの特定粘度域にて上
記骨材の添加を開始する一方、骨材の添加中は攪拌浴粘
度を特定の値に維持する浴温制御を行い、骨材の添加終
了後さらに攪拌を継続しながら金属又は合金の液相線温
度より高い鋳込み温度に昇温させ均熱時間を経てから鋳
造することを特徴とする金属基複合材料鋳塊の製造方法
( 第１発明）である。
有利に活用することにより達成したものである。すなわ
ち、この発明の要旨は、金属又は合金の固液共存状態の
半凝固もしくは半溶融のスラリーに異種材料の骨材を添
加して攪拌混合する際、該スラリーの特定粘度域にて上
記骨材の添加を開始する一方、骨材の添加中は攪拌浴粘
度を特定の値に維持する浴温制御を行い、骨材の添加終
了後さらに攪拌を継続しながら金属又は合金の液相線温
度より高い鋳込み温度に昇温させ均熱時間を経てから鋳
造することを特徴とする金属基複合材料鋳塊の製造方法
( 第１発明）である。
【０００７】さらに、第１発明の骨材添加中の攪拌浴粘
度を、下記式(1) であらわされるみかけ粘度ηで 0.3Ｐ
a ・Ｓ以上、５Ｐa ・S 以下とするもの（第２発明）で
ある。 記
度を、下記式(1) であらわされるみかけ粘度ηで 0.3Ｐ
a ・Ｓ以上、５Ｐa ・S 以下とするもの（第２発明）で
ある。 記
【数２】 η＝（ｒ2 2 −ｒ1 2)Ｇ／４πｒ1 2 ｒ2 2 ΩＬ ----------(1) ここに
【表２】η： みかけ粘度 （Ｐa ・S ) Ｇ： 攪拌トルク （Ｎ・ｍ） ｒ1 : 攪拌子半径 （ｍ） ｒ2 : 攪拌槽半径 （ｍ） Ω： 攪拌角速度 （rad ・S -1) Ｌ： 攪拌子浸漬長さ（ｍ）
【０００８】
【作用】この発明をさらに詳しく以下に述べる。まず、
攪拌槽内で金属又は合金を完全に溶解したのち、攪拌し
ながら冷却し、特定粘度域のスラリーとしたのち異種材
料骨材の添加を開始する。
攪拌槽内で金属又は合金を完全に溶解したのち、攪拌し
ながら冷却し、特定粘度域のスラリーとしたのち異種材
料骨材の添加を開始する。
【０００９】すなわち、骨材の添加開始時期は金属又は
合金の溶湯の攪拌冷却経過で攪拌トルクを連続的に測定
しながらその粘度を算出し、固相の生成増加に伴う粘度
の上昇時期をとらえることでよく、さらに粘度のかわり
に攪拌トルクの上昇時期をとらえても同様である。この
手段は、溶湯を冷却しながらその粘度の変化をとらえ骨
材の添加開始時期を定めるものであるため、固液共存温
度領域の狭い合金であっても適用できるものである。
合金の溶湯の攪拌冷却経過で攪拌トルクを連続的に測定
しながらその粘度を算出し、固相の生成増加に伴う粘度
の上昇時期をとらえることでよく、さらに粘度のかわり
に攪拌トルクの上昇時期をとらえても同様である。この
手段は、溶湯を冷却しながらその粘度の変化をとらえ骨
材の添加開始時期を定めるものであるため、固液共存温
度領域の狭い合金であっても適用できるものである。
【００１０】なお、Ａｌ合金の場合、その溶湯のみかけ
粘度は通常 0.3Ｐａ・Ｓ未満であるが、固相が生成して
スラリー化するとその粘度が 0.3Ｐａ・Ｓ以上になり、
この状態で骨材を添加混合すると混合の均一化が促進さ
れ、この現象が目視によっても明らかに認められるよう
になり、さらにこれを凝固後で見ると骨材が均一に分散
し良好な複合材鋳塊となる。したがって、Ａｌ合金にお
いては、骨材の添加開始時期の粘度は 0.3Ｐａ・Ｓ以上
とするが、望ましくは１Ｐａ・Ｓ程度になった時とする
ことが好ましい。
粘度は通常 0.3Ｐａ・Ｓ未満であるが、固相が生成して
スラリー化するとその粘度が 0.3Ｐａ・Ｓ以上になり、
この状態で骨材を添加混合すると混合の均一化が促進さ
れ、この現象が目視によっても明らかに認められるよう
になり、さらにこれを凝固後で見ると骨材が均一に分散
し良好な複合材鋳塊となる。したがって、Ａｌ合金にお
いては、骨材の添加開始時期の粘度は 0.3Ｐａ・Ｓ以上
とするが、望ましくは１Ｐａ・Ｓ程度になった時とする
ことが好ましい。
【００１１】つぎに、骨材の添加中は攪拌浴粘度を特定
の値に維持する浴温制御を行う。骨材を添加すると、そ
の添加速度、添加量により攪拌浴粘度は大きく変化す
る。そして攪拌浴粘度が大きくなり過ぎると攪拌ができ
なくなる。したがって攪拌により良好な均一混合状態を
得るためには攪拌浴粘度を５Ｐａ・Ｓ以下にすることが
肝要である。
の値に維持する浴温制御を行う。骨材を添加すると、そ
の添加速度、添加量により攪拌浴粘度は大きく変化す
る。そして攪拌浴粘度が大きくなり過ぎると攪拌ができ
なくなる。したがって攪拌により良好な均一混合状態を
得るためには攪拌浴粘度を５Ｐａ・Ｓ以下にすることが
肝要である。
【００１２】この発明では、骨材の添加によって変化す
る攪拌浴粘度を、その浴温度を上昇させることにより特
定の値に維持するものであり、かくすることにより骨材
を多量に添加して高混合率の複合材料を製造する場合に
も有利に適合する。なお、攪拌浴粘度は、例えば攪拌ト
ルクを連続的に測定し、このトルクから算出することで
得られ、かつその変化を知ることができる。この攪拌浴
粘度は、攪拌浴の流動性が十分に保たれ均一混合できる
範囲内とすることが必要であり、そのためには前記した
みかけ粘度ηを 0.3Ｐａ・Ｓ以上、５Ｐａ・Ｓ以下とす
る（第２発明）ことが肝要である。
る攪拌浴粘度を、その浴温度を上昇させることにより特
定の値に維持するものであり、かくすることにより骨材
を多量に添加して高混合率の複合材料を製造する場合に
も有利に適合する。なお、攪拌浴粘度は、例えば攪拌ト
ルクを連続的に測定し、このトルクから算出することで
得られ、かつその変化を知ることができる。この攪拌浴
粘度は、攪拌浴の流動性が十分に保たれ均一混合できる
範囲内とすることが必要であり、そのためには前記した
みかけ粘度ηを 0.3Ｐａ・Ｓ以上、５Ｐａ・Ｓ以下とす
る（第２発明）ことが肝要である。
【００１３】骨材の添加完了後は、骨材の均一分散をは
かるため、さらに攪拌を持続しながら骨材が入り込んで
いない攪拌浴中の固相状態の金属又は合金を溶解する。
すなわち、金属又は合金の液相線温度より高い鋳込み温
度まで昇温して均熱時間をおき、しかるのち金型又は製
品形状の型へ注入し鋳塊とする。ここで、液相線温度よ
り高い鋳込み温度とは、Ａｌ合金の場合30℃以上高い温
度とすることが好ましく、その均熱時間は10分間程度と
することが好ましい。
かるため、さらに攪拌を持続しながら骨材が入り込んで
いない攪拌浴中の固相状態の金属又は合金を溶解する。
すなわち、金属又は合金の液相線温度より高い鋳込み温
度まで昇温して均熱時間をおき、しかるのち金型又は製
品形状の型へ注入し鋳塊とする。ここで、液相線温度よ
り高い鋳込み温度とは、Ａｌ合金の場合30℃以上高い温
度とすることが好ましく、その均熱時間は10分間程度と
することが好ましい。
【００１４】以上、これらの方法によれば、異種材料骨
材の界面反応が抑制され、骨材が均一に分散した高混合
率の金属基複合材料鋳塊が容易に製造でき、さらに、た
とえ固液共存温度領域の狭い合金であっても同様に製造
することができる。
材の界面反応が抑制され、骨材が均一に分散した高混合
率の金属基複合材料鋳塊が容易に製造でき、さらに、た
とえ固液共存温度領域の狭い合金であっても同様に製造
することができる。
【００１５】
【実施例】実施例１ ・適合例 Si :７wt％、Mg : 0.3wt％を含有するＡｌ合金3.5 kgを
高周波誘導加熱装置を有する攪拌槽で溶解し、攪拌装置
で溶湯を攪拌しながら投入電力を低下させて徐々に冷却
し、攪拌装置の攪拌軸に取付けたトルクメーターにより
攪拌トルクを連続的に測定してこのトルクをもとに算出
したみかけ粘度ηが１Ｐa ・Ｓに達した時点で SiC粒子
を添加速度40ｇ／分で添加を開始し、合計1.5 kgを添加
した。SiC 粒子の添加中はスラリーみかけ粘度ηが１〜
２Ｐa ・S の範囲内に入るように添加量の増加にともな
って投入電力を増加し徐々にスラリー温度を上昇させ
た。
高周波誘導加熱装置を有する攪拌槽で溶解し、攪拌装置
で溶湯を攪拌しながら投入電力を低下させて徐々に冷却
し、攪拌装置の攪拌軸に取付けたトルクメーターにより
攪拌トルクを連続的に測定してこのトルクをもとに算出
したみかけ粘度ηが１Ｐa ・Ｓに達した時点で SiC粒子
を添加速度40ｇ／分で添加を開始し、合計1.5 kgを添加
した。SiC 粒子の添加中はスラリーみかけ粘度ηが１〜
２Ｐa ・S の範囲内に入るように添加量の増加にともな
って投入電力を増加し徐々にスラリー温度を上昇させ
た。
【００１６】つぎに SiC粒子を全量添加したのち攪拌を
継続しながら投入電力を更に増加して合金の液相線温度
より50℃高い温度に昇温し、この温度に10分間保持後、
鋼製鋳型に注入し凝固させた。この結果、SiC 粒子は支
障なく添加することができ、鋳塊中のSiC の分散も均一
で極めて良好であった。
継続しながら投入電力を更に増加して合金の液相線温度
より50℃高い温度に昇温し、この温度に10分間保持後、
鋼製鋳型に注入し凝固させた。この結果、SiC 粒子は支
障なく添加することができ、鋳塊中のSiC の分散も均一
で極めて良好であった。
【００１７】ここで上記攪拌槽の諸元は以下の通りであ
る。 攪拌槽内径： 150φ (mm) 攪拌子外径： 80φ (mm) 攪拌子回転速度： 400 (rpm) 攪拌槽加熱機構：高周波誘導加熱
る。 攪拌槽内径： 150φ (mm) 攪拌子外径： 80φ (mm) 攪拌子回転速度： 400 (rpm) 攪拌槽加熱機構：高周波誘導加熱
【００１８】・比較例 適合例と同様のＡｌ合金及び装置を用い、測温値から状
態図で読みとったスラリーの固相率が20％になった時点
から SiC粒子を適合例と同一の添加速度40ｇ／分で添加
を開始し、以後スラリーを昇温させることなく SiCの添
加を続行した。この結果 SiC粒子の添加量が１kgに達し
た時点でスラリーのみかけ粘度ηが５Ｐa ・S を超えて
流動性を失ない、以後 SiC粒子の混入そのものができな
かった。
態図で読みとったスラリーの固相率が20％になった時点
から SiC粒子を適合例と同一の添加速度40ｇ／分で添加
を開始し、以後スラリーを昇温させることなく SiCの添
加を続行した。この結果 SiC粒子の添加量が１kgに達し
た時点でスラリーのみかけ粘度ηが５Ｐa ・S を超えて
流動性を失ない、以後 SiC粒子の混入そのものができな
かった。
【００１９】
【発明の効果】この発明は、金属又は合金の固液共存状
態のスラリーに異種材料骨材を添加して攪拌混合する
際、スラリーの粘度が適正な値に達してから骨材の添加
を開始し、さらに骨材の添加中は攪拌浴粘度を適正な値
に維持する浴温制御を行い、添加完了後は該金属又は合
金の液相線温度以上の鋳込み温度に昇温させ均熱時間を
経たのち鋳造するものであって、この発明によれば、異
種材料骨材が均一に分散した高混合率の金属基複合材料
鋳塊が安定して製造でき、かつ、固液共存温度領域の狭
い合金であっても同様に製造できるもので、コンポキャ
スト法の実用化に大きく貢献するものである。
態のスラリーに異種材料骨材を添加して攪拌混合する
際、スラリーの粘度が適正な値に達してから骨材の添加
を開始し、さらに骨材の添加中は攪拌浴粘度を適正な値
に維持する浴温制御を行い、添加完了後は該金属又は合
金の液相線温度以上の鋳込み温度に昇温させ均熱時間を
経たのち鋳造するものであって、この発明によれば、異
種材料骨材が均一に分散した高混合率の金属基複合材料
鋳塊が安定して製造でき、かつ、固液共存温度領域の狭
い合金であっても同様に製造できるもので、コンポキャ
スト法の実用化に大きく貢献するものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 金属又は合金の固液共存状態の半凝固も
しくは半溶融のスラリーに異種材料の骨材を添加して攪
拌混合する際、 該スラリーの特定粘度域にて上記骨材の添加を開始する
一方、骨材の添加中は攪拌浴粘度を特定の値に維持する
浴温制御を行い、骨材の添加終了後さらに攪拌を継続し
ながら金属又は合金の液相線温度より高い鋳込み温度に
昇温させ均熱時間を経てから鋳造することを特徴とする
金属基複合材料鋳塊の製造方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の骨材添加中の攪拌浴粘
度が、下記式(1) であらわされるみかけ粘度ηで 0.3Ｐ
a ・Ｓ以上、５Ｐa ・Ｓ以下であることを特徴とする金
属基複合材料鋳塊の製造方法。 記 【数１】 η＝（ｒ2 2 −ｒ1 2)Ｇ／４πｒ1 2 ｒ2 2 ΩＬ ----------(1) ここに 【表１】η： みかけ粘度 （Ｐa ・S ) Ｇ： 攪拌トルク （Ｎ・ｍ） ｒ1 : 攪拌子半径 （ｍ） ｒ2 : 攪拌槽半径 （ｍ） Ω： 攪拌角速度 （rad ・S -1) Ｌ： 攪拌子浸漬長さ（ｍ）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2379692A JPH05212498A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 金属基複合材料鋳塊の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2379692A JPH05212498A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 金属基複合材料鋳塊の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05212498A true JPH05212498A (ja) | 1993-08-24 |
Family
ID=12120291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2379692A Pending JPH05212498A (ja) | 1992-02-10 | 1992-02-10 | 金属基複合材料鋳塊の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05212498A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003013155A (ja) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Fujitsu Ltd | マグネシウム複合材およびその製造方法 |
| JP2012087414A (ja) * | 2011-12-09 | 2012-05-10 | Fujitsu Ltd | マグネシウム複合材およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-02-10 JP JP2379692A patent/JPH05212498A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003013155A (ja) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Fujitsu Ltd | マグネシウム複合材およびその製造方法 |
| JP2012087414A (ja) * | 2011-12-09 | 2012-05-10 | Fujitsu Ltd | マグネシウム複合材およびその製造方法 |
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