JPH05302137A - 粒子分散合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム合金又はマグネシウム合金中に
炭化珪素等の粉末粒子を均一に分散させることができる
と共に、健全性が優れ、低コストで大量生産することが
できる粒子分散合金の製造方法を提供することを目的と
する。 【構成】 予め、セラミックス粒子をアルミニウム合金
又はマグネシウム合金からなる母相合金に分散させた粒
子分散母合金を製造し、この粒子分散母合金を150 乃至
300 ℃の温度で予熱した後、溶解炉４１に750 ℃以下に
保持した母相合金の溶湯４４に添加して、溶湯４４を撹
拌する。次いで、撹拌後の溶湯４４を樋４７を介して保
持炉４９に注入し、連続鋳造による引抜速度を80乃至20
0 mm／分にして、更に、鋳塊の冷却速度を10℃／秒以上
にして棒５１を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金又は
マグネシウム合金を母相とし、これに炭化珪素又は酸化
アルミニウム等の粒子を分散した粒子分散合金の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金又はマグネシウム合金
中に炭化珪素及び酸化アルミニウム等の粒子を均一に分
散させることによって、耐熱性及び耐磨耗性が優れた材
料が得られる。この粒子分散合金の製造方法としては、
従来、粉末冶金法又は溶湯法等によるものが開発されて
いる。

【０００３】粉末冶金法 図７は従来の粉末冶金法による粒子分散合金の製造方法
を示すフローチャート図である。アルミニウム合金粉末
１に炭化珪素粒子２を混合し（混合工程３）、この混合
物のガス抜きを施す（脱ガス工程４）。次に、この混合
物を押出成形により所望の形状に加圧成形した後（押出
成形工程５）、焼結することにより（熱処理工程６）、
炭化珪素粒子２が分散した粒子分散合金が製造される。
しかし、この粉末冶金法はアルミニウム合金粉末１の製
造を含めると多くの工程を必要とし、大型製品を製造す
ることが困難である。

【０００４】溶湯法 金属又は合金の溶湯中に粉末粒子を添加することにより
粒子分散合金を製造する方法で、下記のように分類され
る。

【０００５】（１）コンポキャスティング法 合金溶湯を固液共存状態に保持し、機械的に撹拌しつつ
粉末粒子を添加し、溶湯中に粉末粒子を分散させて複合
材料を得る方法である。この方法の長所は、種類を選ば
ず種々の添加物を前処理なしに多量に添加して複合化さ
せることができる点にある。しかしながら、この方法に
おいては、添加粒子径が所定の値以下になると、添加粒
子が溶湯から分離しやすいと共に、添加粒子の凝集が発
生しやすい等の問題点がある。

【０００６】（２）インジェクション法 アルゴンガス等を搬送ガスとして粉末粒子を溶湯中に吹
き込み、粉末粒子を強制的に分散させることにより、粒
子分散合金を製造する。しかし、この方法は粒子を多量
に安定して分散させることが難しいという問題点があ
る。

【０００７】このほか、溶湯法の中に、スターキャステ
ィング法があり、その他の方法としてインサイチュー法
がある。これらの方法は、コストが高いとか、特に溶湯
法の場合には、ポロシティが凝集しやすく品質安定の信
頼性が低いという欠点がある。

【０００８】図８は従来の溶湯法による粒子分散合金の
製造方法の一工程を示す断面図である（特開平3-68728
号）。有底円筒状のチャンバー１３には蓋体１４が被冠
されている。この蓋体１４には脱気パイプ１５が設置さ
れていて、蓋体１４により外気からシールされたチャン
バー１３の内部を排気するようになっている。蓋体１４
の中心には孔１２ａが穿設され、この孔１２ａには撹拌
軸１２が鉛直に挿通されている。チャンバー１３内の撹
拌軸１２の先端には基端部側から順に溶湯１７を下方に
送り込むプロペラ１０及び溶湯１７を撹拌する回転子９
が取り付けてある。また、チャンバー１３の中には有底
円筒状のるつぼ７が配置され、このるつぼ７の中には円
筒状の隔壁８が隔壁保持具１１により隔壁８とるつぼ７
との上端部を固定することにより設置されている。更
に、隔壁８の中央付近には孔１６が穿設されている。

【０００９】この従来方法においては、脱気パイプ１５
により排気してチャンバー１３内を所定の雰囲気にした
後、撹拌軸１２と共にプロペラ１０が回転して、炭化珪
素等の粒子を含む溶湯１７をるつぼ７の底に送り込み、
回転子９が溶湯１７を撹拌混合する。この撹拌された溶
湯１７は隔壁８とるつぼ７との間を通って孔１６からる
つぼ７の中心部に入り、プロペラ１０により、再度底に
送り込まれる。上述の工程が繰り返されることにより溶
湯１７が撹拌され、この溶湯１７が凝固して粒子分散合
金を得ることができる。

【００１０】図９は従来の溶湯法による他の粒子分散合
金の製造方法の一工程を示す断面図である（特開平3-71
966 号）。有底円筒状の炉２４の壁内部には誘導コイル
２５が配設されており、炉２４の中にはるつぼ１８が設
置されている。るつぼ１８においては誘導コイル２５に
よりアルミニウム合金の原料が加熱されて溶融し、アル
ミニウム合金溶湯１９が製造されるようになっている。
るつぼ１８の上には強化材供給装置２２が設置され、こ
の強化材供給装置２２内の炭化珪素粒子２３がアルミニ
ウム合金溶湯１９に添加されるようになっている。るつ
ぼ１８の上方には撹拌装置２０が設置されており、この
撹拌装置２０により回転駆動されるプロペラ２１がるつ
ぼ１８内の溶湯１９内に浸漬されている。これにより、
るつぼ１８内にて溶解されたアルミニウム合金溶湯１９
がプロペラ２１により撹拌されるようになっている。

【００１１】この従来方法においては、強化材供給装置
２２が炭化珪素粒子２３をアルミニウム合金溶湯１９に
添加すると共に、撹拌装置２０のプロペラ２１がアルミ
ニウム合金溶湯１９の中で回転して、アルミニウム合金
溶湯１９と炭化珪素粒子２３とを撹拌混合する。この溶
湯１９が凝固すると、アルミニウム合金に炭化珪素粒子
２３が分散した粒子分散合金が得られる。

【００１２】図１０は従来の溶湯法による他の粒子分散
合金の製造方法の一工程を示す斜視図である（ＵＳＰ4,
759,995 ）。矩形の土台３１ａと土台３１ａの一対の縁
辺に沿って立設された一対の側面部材３１ｂとからなる
架台３１の上部には受台３５の両端にある軸３５ａが設
置されている。この受台３５は八角形の底面を有する柱
状であり、上面には孔２７ａが穿設され、この孔２７ａ
の中に有底円筒状のチャンバー２７が設置されている。
また、チャンバー２７の中には有底円筒状のるつぼ３４
を設置し、チャンバー２７とるつぼ３４との間にはヒー
ター２８が配設されている。更に、チャンバー２７の上
部の蓋体２７ｂにはるつぼ３４内を排気するための真空
装置に接続されたパイプ２９が設けられている。更にま
た、るつぼ３４の上から軸３６ａが鉛直に挿入されてお
り、この軸３６ａの下端部にはインペラー２６が取付け
られている。また、軸３６ａの上側端部には、ベルト３
６が取り付けられており、このベルト３６はアーム３３
に設置された直流可変モーター３０の回転軸にも取り付
けられている。これにより、直流可変モーター３０の回
転力がベルト３６を介してインペラー２６に伝達される
ようになっている。また、アーム３３の端には２個の孔
３３ａが穿設され、この孔３３ａにスライド軸３２が挿
通されている。スライド軸３２はその下端部が側面部材
３１ｂに固定されている。アーム３３はスライド軸３２
に沿って上下動できるようになっている。

【００１３】この従来方法においては、真空装置との接
続パイプ２９によりるつぼ３４内を15乃至20Torrの真空
度に排気する。次いで、チャンバー２７内のヒーター２
８がるつぼ３４内の金属又は合金と粉末粒子とを加熱す
ると共に、直流可変モーター３０から回転力がベルト３
６を介してインペラー２６に伝達し、インペラー２６が
回転してるつぼ３４内の金属又は合金と粉末粒子とを撹
拌混合する。これにより、ポロシティが少ない粒子分散
合金を得ることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の粒子分散合金の製造方法は、いずれも専用機に
よるバッチ型の製造方法である。このため、従来の金属
材料を製造するように手軽にハンドリングできないとい
う問題点がある。

【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、アルミニウム合金又はマグネシウム合金中
にセラミックス粒子を均一に分散させることができると
共に、健全な鋳塊を低コストで大量生産することができ
る粒子分散合金の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る粒子分散合
金の製造方法は、セラミックス粉末をアルミニウム合金
又はマグネシウム合金からなる母相合金に分散させた粒
子分散母合金を製造する工程と、この粒子分散母合金を
150 乃至500 ℃の温度で予熱した後、750 ℃以下の温度
に保持した前記母相合金組成の溶湯に添加して撹拌する
工程と、撹拌後の前記溶湯を10℃／秒以上の冷却速度で
冷却して凝固させると共に80乃至200 mm／分の引抜速度
で引抜いて連続鋳造する工程とを有することを特徴とす
る。

【００１７】なお、本明細書においてアルミニウム合金
とは、アルミニウム又はアルミニウム合金のことをい
う。また、マグネシウム合金とは、マグネシウム又はマ
グネシウム合金のことをいう。更に、セラミックス粉末
としては、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＴｉＣ、Ｗ
Ｃ、ＳｉＣ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＢＮ、ＴｉＮ、ＴｉＢ₂ 及び
ＡｌＢ₂ からなる群から選択された１種又は２種以上の
ものがある。

【００１８】

【作用】本発明においては、セラミックス粒子をアルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金からなる母相合金に分
散させた粒子分散母合金を製造し、その後、750 ℃以下
の温度に保持した前記母相合金の組成の溶湯に前記粒子
分散母合金を添加して、撹拌混合する。

【００１９】上述のように、本発明において、母相合金
組成の溶湯に添加するのは、セラミックス粒子自体では
なくて、セラミックス粒子をアルミニウム合金又はマグ
ネシウム合金からなる母相合金に分散させた粒子分散母
合金である。このため、セラミックス粒子が母相合金に
なじみ、このようにセラミックス粒子が母相合金に一旦
なじんだ状態で母相合金組成の溶湯に添加するので、セ
ラミックス粒子を凝集させることなく、粒子の分散性を
著しく高めることができる。

【００２０】また、この粒子分散母合金を脱ガス処理
し、更に、これを脱ガス精錬した母相合金組成の溶湯に
添加することもでき、これにより、セラミックス粒子が
均一に分散していると共にガス介在物が少なく、健全性
が優れた鋳塊を高歩留りで得ることができる。

【００２１】また、本発明においては、添加に先立ち、
粒子分散母合金を150 乃至500 ℃で予熱している。これ
により、粒子とマトリックス金属との反応及び部分溶融
を発生させることなく、粒子分散母合金の表面に吸着し
た水分を除去することができる。従って、粒子分散合金
でのガスポロシティの発生を低減させることができる。

【００２２】更に、粒子添加工程において、溶湯を750
℃以下の温度に保持しているので、溶湯の水素溶解度を
低レベルにすることができ、溶湯が吸収する水素量を低
減させることができる。このため、溶湯が凝固する際に
ガスが発生して、鋳塊内にガスポロシティが残留するこ
とを防止することができる。更に、溶湯温度を750 ℃以
下に保持することによって、粒子（例えば、ＳｉＣ）と
マトリックス金属（例えば、Ａｌ）との反応を抑制し、
製品の疵及び耐蝕性の劣化の原因となるＡｌ₄Ｃ₃ の発
生を防止することができる。

【００２３】このようにして溶製した溶湯は、80乃至20
0 mm／分の引抜速度で連続鋳造する。この引抜速度で連
続鋳造することにより、湯境及び収縮欠陥の発生により
品質を劣化させることなく、セラミックス粒子を母相合
金中に均一に分散させることができる。更にまた、連続
鋳造工程の冷却速度も10℃／秒以上と速いので、デンド
ライトアームスペーシングが60μｍ以下の鋳塊を得るこ
とができ、デンドライトアームの間に粒子が凝集するこ
とを防止することができて、粒子を更に一層均一に分散
させることができる。

【００２４】次に、上記各数値の限定理由について説明
する。

【００２５】粒子分散母合金の予熱温度は、150 ℃未満
の場合は表面に吸着してガスポロシティの原因となる水
分を除去することができない。また、500 ℃を超えると
セラミックス粒子とマトリックス金属との反応及び部分
溶融が発生する。このため、粒子分散母合金の予熱温度
は150 乃至500 ℃、好ましくは300 乃至500 ℃とする。

【００２６】母相合金の溶湯の保持温度が750 ℃を超え
ると、アルミニウム合金は大気中の水素を急速に吸収す
る。このため、凝固時に大量のガスが発生し、鋳塊内に
ガスポロシティが残る。また、セラミックス粒子とマト
リックス金属との反応が活発になり、例えば炭化珪素と
アルミニウムとが反応し、製品の疵及び耐蝕性劣化の原
因となるＡｌ₄ Ｃ₃ が生成する。このため、アルミニウ
ム合金又はマグネシウム合金の保持温度は、750 ℃以下
とする。

【００２７】連続鋳造による引抜速度が80mm／分未満で
は、鋳塊に湯境ができ、品質が劣る。また、連続鋳造に
よる引抜速度が200mm ／分を超えると、鋳塊の中心部に
収縮欠陥が発生し、更に、炭化珪素等の粒子の分散が不
均一になる。このため、引抜速度は80乃至200mm ／分と
する。

【００２８】溶湯凝固時の冷却速度が10℃／秒未満にな
ると、デンドライトアームスペーシングが60μｍ以上と
なり、デンドライトアームの間に炭化珪素等の粒子が集
まりやすくなる。従って、粒子の分散が不均一になり、
粒子分散合金の品質が劣る。このため、溶湯凝固時の冷
却速度は10℃／秒以上とする。

【００２９】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。

【００３０】図１は本発明の第１の実施例に係る粒子分
散合金の製造方法を示す断面図である。本実施例は水平
連続鋳造によるものである。溶解炉４１にはその下部に
ガスバーナー４２が設けられており、溶解炉４１内に挿
入された原料をバーナー４２により加熱して溶解するよ
うになっている。溶解炉４１の上部には蓋４１ａが載置
され、蓋４１ａには粒子分散母合金の投入口６４が設け
られている。また、溶解炉４１の上端部には傾動ピン４
６が設けられていて、この傾動ピン４６を支点として溶
解炉４１が傾動するようになっている。溶解炉４１の上
方には撹拌装置４３が設置されており、この撹拌装置４
３により回転駆動されるプロペラ４３ａが溶解炉４１内
に挿入されている。これにより、溶解炉４１内にて溶解
された溶湯４４がプロペラ４３ａにより撹拌されるよう
になっている。そして、この傾動ピン４６の近傍には樋
４７が設置されており、この樋４７の先端には保持炉４
９が設置されている。保持炉４９の炉壁には誘導コイル
５０が内設されており、コイル５０に通電することによ
り、保持炉４９内の溶湯４４が電磁誘導撹拌されるよう
になっている。なお、溶解炉４１の底部には、ポーラス
状のレンガ（図示せず）が設置されていて、このポーラ
スレンガを介して溶湯４４内に精錬ガスを導入するよう
になっている。この精錬ガスとしては、塩素ガスをアル
ゴンガス又は窒素ガスで希釈したものと、ＣＣｌ₆ 及び
ＳＦ₆ 等のように分解して塩素ガス若しくは弗素ガスを
発生するものを露点が-10 ℃以下のアルゴン又は窒素ガ
スにキャリアさせたものとがある。この塩素系又は弗素
系ガスにより溶湯４４を精錬して脱ガスすることができ
る。また、溶解炉４１及び保持炉４９内の溶湯４４の湯
面上には、ガス供給パイプ４５を介してアルゴンガス又
は窒素ガス等の不活性ガスが供給されるようになってい
る。この不活性ガスにより溶湯が水素又は酸素ガスを吸
収したり、溶湯中に酸化物等の化合物が発生することが
防止される。保持炉４９の側壁下部には、水平の鋳型４
８が設けられており、保持炉４９内の溶湯４４はこの鋳
型４８により冷却されて棒５１となり、棒５１は水平方
向に引き出される。この棒５１はロール５２，５４によ
り引抜き駆動されて曲げロール５５に供給され、この曲
げロール５５によりコイル５３に巻回加工される。

【００３１】上述の如く構成された装置を使用した本実
施例方法は、先ず、従来と同様の適宜の手段により、粒
子分散合金を製造する。即ち、炭化珪素等の粉末粒子を
アルミニウム合金又はマグネシウム合金からなる母相合
金の溶湯に添加して、例えば前記粒子を20体積％以上含
む粒子分散母合金を製造する。前記粉末粒子は、例えば
その外接円の平均直径が15μｍ以下である。この場合に
粒子分散母合金にはＣａを0.01乃至0.5 重量％添加し、
更に、母相強化のためにＳｉを添加する。

【００３２】次に、図１の溶解炉４１に前記母相合金と
同一組成の合金の原料を投入し、ガスバーナー４２によ
りこの原料を加熱して大気開放下で溶解し、溶湯４４を
得る。溶解後、溶湯温度を850 ℃以上に昇温すると、溶
湯が大気中の水素を急速に吸収するので、溶湯温度は75
0 ℃以下に管理する。この溶湯４４にもＣａを0.01乃至
0.5 重量％添加し、更に、母相強化のためにＳｉを添加
する。次に、塩素ガスを露点が-10 ℃以下のアルゴンガ
スと共に溶解炉４１の底部より溶湯４４内に送り込み、
溶湯４４内を気泡で撹拌して脱ガスして精錬を実施す
る。溶湯４４中のアルミニウム合金は、100g中に0.3cc
以上の水素を吸収しているので、塩素ガスを溶湯内に送
ることにより精錬して水素を除去する。この場合、精錬
後にアルミニウム合金100g中に含まれる水素を0.1cc 以
下にすると、鋳塊内にガスポロシティが発生することを
防止することができる。

【００３３】なお、露点が十分低いガス気泡のインジェ
クションによりＡｌ溶湯中の水素ガスを除くことは、従
来においても工業的に利用されているが、その機構につ
いては２つの説がある。塩素を用いた場合について、以
下に説明する。

【００３４】溶湯中に塩素を吹き込むと、下記化学式
１，２に示す反応が起きる。

【００３５】

【化１】２Ａｌ＋３Ｃｌ₂ →２ＡｌＣｌ₃

【００３６】

【化２】Ｈ₂ ＋Ｃｌ₂ →２ＨＣｌ

【００３７】化学式２は直接脱Ｈ₂ 反応である。また、
化学式１の生成物であるＡｌＣｌ₃は昇華点が 180℃
で、Ａｌ溶湯中では気泡を形成する。ＡｌＣｌ₃ 気泡内
の水素分圧が低いので、Ａｌ溶湯中の水素が気泡内に拡
散し、溶湯中のＨ₂ が除去される。即ち、Ａｌ溶湯中に
ドライガス（露点が低いガス）を送り込むことにより、
気泡内に溶湯中のＨ₂ ガスが拡散し、溶湯中のＨ₂ を除
去することができる。

【００３８】次いで、上述のようにして溶湯中の水素を
除去した後、蓋４１ａを溶解炉４１上に載置して炉を密
閉する。その後、ガス供給パイプ４５を介してアルゴン
ガス又は窒素ガスを溶解炉４１内に供給し、溶湯表面を
アルゴンガス又は窒素ガスで充填して、酸素分圧を0.1
気圧以下に保持する。これにより、溶湯の水素ガス及び
酸素ガスの吸収並びに化合物（酸化物）の発生が防止さ
れる。即ち、母相合金の溶解は通常の大気開放の状態で
実施しているが、その後、蓋４１ａを溶解炉４１上に載
置して、炉を密閉した後、溶湯表面をアルゴンガス又は
窒素ガスで充填して、酸素分圧を0.1 気圧以下に保持し
た保護雰囲気下で溶湯温度を750 ℃以下に管理してい
る。これにより、溶湯４４の水素吸収量を減少させるこ
とができ、凝固時にガスが発生してガスポロシティが残
留することを防ぐことができる。

【００３９】次いで、前述の粒子分散母合金を150 乃至
500 ℃で予熱する。このように、粒子分散母合金を150
乃至500 ℃で予熱することにより、粒子とマトリックス
金属との反応及び部分溶融等が発生しない温度範囲で粒
子分散母合金の表面に吸着した水分を除去することがで
きる。従って、粒子分散合金でのガスポロシティの発生
を低減させることができる。

【００４０】次に、この粒子分散母合金を溶湯４４に添
加し、その後、撹拌装置４３のプロペラ４３ａを例えば
50乃至1000rpm の回転数で回転駆動することにより溶湯
４４を機械的に撹拌する。この回転数が50rpm 未満では
撹拌が不充分で粒子の分散が不充分であり、回転数が10
00rpm を超えると溶湯内でうずが発生し、雰囲気ガスの
巻き込みが起こる。但し、回転数が上述の範囲内でもう
ずが発生する場合があるが、この場合は 5乃至20秒毎に
回転方向を反転させることによりその発生を防止するこ
とができる。

【００４１】この場合に、粒子分散母合金を母相合金に
添加する直前及び添加終了後までの溶湯温度は最高750
℃とする。更に、粒子分散母合金を母相合金に添加する
直前及び添加終了後までの溶湯温度は750 ℃以下に保持
することにより、下記に示す化学式３のような粒子（Ｓ
ｉＣ）とマトリックス金属（Ａｌ）との反応を抑えて、
製品の疵及び耐蝕性の劣化の原因となるＡｌ₄ Ｃ₃ の発
生を抑制することができる。

【００４２】

【化３】 ４Ａｌ＋３ＳｉＣ＋３Ｏ₂ →３ＳｉＯ₂ ＋Ａｌ₄ Ｃ₃

【００４３】このようにして、粒子の体積率が0.05乃至
10％の溶湯４４が溶製される。

【００４４】次に、溶解炉４５を傾動ピン４６を中心と
して傾動させ、溶湯４４を樋４７を介して保持炉４９に
注入する。保持炉４９内も溶解炉４１と同様の雰囲気ガ
スで満たされており、また、誘導コイル５０に通電する
ことにより溶湯４４が撹拌され、粒子の沈殿及び浮上分
離が防止される。

【００４５】溶湯４４は鋳型４８により冷却され、凝固
して棒５１に鋳造される。この連続鋳造における引抜速
度は80乃至200mm ／分である。この棒５１はロール５
２，５４により鋳型４８から水平方向に引き抜かれると
共に、所望の形状及び寸法に成形され、ロール５５によ
りコイル状に成形されて、コイル５３が完成する。この
場合に、棒５１は鋳型４８から出た直後に水冷却され
る。その冷却速度は10℃／秒以上である。これにより、
欠陥を発生させることなく、得られた鋳塊において60μ
ｍ以下のデンドライトアームスペーシングを得ることが
できる。従って、デンドライトアームスペーシングが大
きくなり、デンドライトアーム間に粒子が凝集すること
を防止することができ、粒子を均一に分散することがで
きる。

【００４６】本実施例においては、セラミックス粒子を
20体積％以上含有し、セラミック粒子の周囲に母相合金
の溶湯を凝固させ、母相合金とセラミック粒子とをなじ
ませた粒子分散母合金を再度溶解して、セラミックス粒
子を0.05乃至10体積％含有する合金に希釈しているた
め、セラミック粒子を凝集させることなく、容易に溶解
することができ、セラミック粒子を均一に分散させるこ
とができる。これにより、粒子の分散性及び歩留が優れ
た粒子分散合金を得ることができる。

【００４７】更に、母相合金の溶湯は粒子分散母合金の
添加前に充分脱ガス処理しているため、ガス介在物が少
ない健全な粒子分散合金を得ることができる。

【００４８】更にまた、粒子分散母合金は希釈すること
を前提としているため、粒子分散母合金に多少のガスト
ラップがあっても、充分脱ガス処理した母相合金に添加
すると、ガス介在物が少ない健全な粒子分散合金を得る
ことができる。従って、得られた粒子分散合金は通常脱
ガス処理が困難な溶湯法における固有のポロシティーの
発生を低減させることができる。なお、溶湯法において
脱ガス処理が困難な理由は、粒子分散合金溶湯に脱ガス
の目的で塩素、弗素又は不活性ガスを吹き込んだとき、
気泡の表面で粒子が補足され、添加した粒子が除去され
てしまうためである（A.G.Szekely Met.Trans.B,7B-6,P
259,1976）。

【００４９】上述のように本実施例においては、アルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金からなる母相合金にセ
ラミックス粒子を均一に分散させることができる。更
に、連続鋳造法を使用するため、均質な粒子分散合金を
得ることができ、造塊コストを低減することができる。

【００５０】図２は本発明の第２の実施例に係る粒子分
散合金の製造方法の一工程を示す断面図である。本実施
例は垂直連続鋳造によるものである。

【００５１】溶解炉４１は第１の実施例で説明した傾動
ピン４６、ガスバーナー４２、ガス供給パイプ４５及び
粒子分散母合金の投入口６４が第１の実施例と同様に設
置されている。溶解炉４１の上には撹拌装置６３が設置
されており、この撹拌装置６３により回転駆動されるプ
ロペラ６３ａが溶解炉４１内に挿入されている。これに
より、溶解炉４１内にて溶解された溶湯４４がプロペラ
６３ａにより撹拌されるようになっている。なお、溶解
炉４１の溶湯４４内には第１の実施例と同様に塩素ガ
ス、又はＣＣｌ₆ 及びＳＦ₆ 等のように分解して塩素ガ
ス若しくは弗素ガスを発生するものが導入されるように
なっている。また、溶解炉４１内の溶湯４４の湯面上に
はガス供給パイプ４５を介してアルゴンガス又は窒素ガ
ス等の不活性ガスが供給されるようになっている。

【００５２】傾動ピン４６の近傍には樋６５が設置され
ている。また、溶解炉４１の近傍にはリング状の水冷鋳
型６７がその中心軸を垂直にして設置されている。この
水冷鋳型６７上の一部には潤滑油供給装置６８が設置さ
れており、潤滑油供給装置６８上には前述の樋６５が設
置されている。また、水冷鋳型６７上で潤滑油供給装置
６８が設置されていない領域には断熱保温耐火材製のヘ
ッダー６６が設置されている。溶解炉４１から溶湯４４
が樋６５に注入されると、水冷鋳型６７及びヘッダー６
６に囲まれる部分に湯溜７１が形成されるようになって
いる。この湯溜７１は水冷鋳型６７により冷却されて鋳
塊７２となり、この鋳塊７２の下部には円板状の鋳塊受
７０ｂが設置されており、鋳塊受７０ｂの下部中央には
ロッド７０ａの上端部が係合されている。ロッド７０ａ
の下端部には円板状のピストンヘッド７０ｄが係合さ
れ、このピストンヘッド７０ｄはシリンダー７０ｃ内に
配置されている。この鋳塊受７０ｂ、ロッド７０ａ、ピ
ストンヘッド７０ｄ及びシリンダー７０ｃにより引抜装
置７０を構成している。ピストンヘッド７０ｄがシリン
ダー７０ｃ内で下方に移動することにより、ロッド７０
ａを介して鋳塊受７０ｂも移動し、これにより、鋳塊受
７０ｂ上の鋳塊７２が下方に引き出される。また、水冷
鋳型６７の下部には、２次冷却水噴射ノズル６９が設置
され、鋳塊７２の側面に冷却水が噴射できるようになっ
ている。

【００５３】本実施例のように、縦型の引抜装置７０を
有する垂直連続鋳造法においても、第１の実施例と同様
の効果を得ることができる。但し、本実施例において
は、水冷鋳型６７及び２次冷却水噴射ノズル６９を有し
ているので冷却速度を更に向上させることができる。

【００５４】次に、実際に従来方法と本実施例方法とに
より得られた粒子分散合金の体積率、磨耗減量、伸び及
び疲労強度の試験を実施した。

【００５５】下記表１は実施例１乃至４及び比較例１，
２の粒子分散合金の化学成分を示す。図３は粒子分散合
金の粒子体積率と磨耗減量との関係を示すグラフ図、図
４は粒子分散合金の粒子体積率と伸びとの関係を示すグ
ラフ図、図５は粒子分散合金の粒子体積率と疲労強度と
の関係を示すグラフ図である。

【００５６】

【表１】

【００５７】この図３乃至図５に示すように、本実施例
方法により得られた粒子分散合金は耐磨耗性、伸び及び
疲労強度がいずれも優れた特性を示している。

【００５８】更に、他の従来方法と本実施例方法とによ
り得られた粒子分散合金のポロシティ量、粒子分散性、
引張強度、伸び及び耐磨耗性の試験を実施した。なお、
従来方法は、特願昭62-266822 号に示す方法で実施して
おり、アルミニウム合金粉末又はマグネシウム合金粉末
とセラッミクス粒子とを混合し、圧縮成形したペレット
をアルミニウム合金又はマグネシウム合金からなる母相
合金の溶湯に添加して撹拌する製造方法である。

【００５９】下記表２は製造条件を示し、表３は得られ
た特性を示す。なお、評価結果は大変良好の場合を◎で
示し、良好の場合を○で示し、やや不良の場合を△で示
し、不良の場合を×で示した。

【００６０】

【表２】

【００６１】

【表３】

【００６２】この表２及び表３からも明らかなように、
本実施例方法により得られた粒子分散合金はガス介在物
が少ない健全性を有すると共に、粒子分散性が優れたも
のとなっている。また、鋳造時の冷却速度を規制して組
織を微細にしている。これにより、鋳塊内で粒子が一層
均一に分散し、引張強度、伸び及び耐磨耗性に優れた粒
子分散合金を得ることができる。

【００６３】また、図６（ａ）は本実施例方法により実
際に製造された鋳塊を示す斜視図、（ｂ）は同じくその
鋳塊を切断したブロックを示す斜視図、（ｃ）は同じく
そのブロックを加工して得られた製品を示す斜視図であ
る。

【００６４】図６（ａ）に示すように、本実施例方法に
よって粒子分散合金からなる非対称性の鋳塊８１を得る
ことができ、この鋳塊８１を切断して図６（ｂ）に示す
ようにブロック８２を得ることができる。更に、このブ
ロック８２を加工することによって、アルミニウム合金
又はマグネシウム合金中に炭化珪素等の粉末粒子が均一
に分散し、健全性が優れ、低コストで生産が可能な製品
８３を得ることができる。

【００６５】なお、上述の実施例において使用した粉末
粒子は、上述の炭化珪素（ＳｉＣ）に限定されるもので
はなく、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 及びＭｇＯ等の酸化物、
ＴｉＣ及びＷＣ等の炭化物、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＢＮ及びＴｉ
Ｎ等の窒化物並びにＴｉＢ₂及びＡｌＢ₂ 等のほう化物
からなる群から選択された１種又は２種以上のものを使
用しても良い。

【００６６】また、上述の実施例において粒子分散合金
にはＣａを添加するが、特にこれに限定されるものでは
なく、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＺｒからなる群から選択さ
れた１種又は２種以上のものを使用しても良い。

【００６７】更に、上述の実施例において粒子分散合金
には母相強化のためにＳｉを添加するが特にこれに限定
されるものではなく、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｎ、ＲＥ、
Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ及びＢからなる群から選
択された１種又は２種以上のものを使用しても良い。

【００６８】更にまた、上述の実施例において粒子分散
合金には切削性改善のためにＰｂを添加するが、特にこ
れに限定されるものではなく、Ｂｉ及びＳｎからなる群
から選択された１種又は２種以上のものを使用しても良
い。

【００６９】更にまた、上述の実施例においてアルミニ
ウム合金又はマグネシウム合金の溶湯は塩素ガスにより
脱ガス精錬しているが、特にこれに限定されるものでは
なく、塩素ガスの代わりにＣＣｌ₆ 及びＳＦ₆ 等の分解
して塩素ガス又は弗素ガスを発生するものを露点が-10
℃以下のアルゴンガスにキャリアさせたものを使用して
も良く、また、アルゴンガスの代わりに露点が-10 ℃以
下の窒素ガスを使用しても良い。

【００７０】更にまた、上述の実施例において通常の連
続鋳造法を使用したが、特にこれに限定されるものでは
なく、また、縦型のホットトップ法若しくはフロート法
又は横型のいずれも使用することができる。また、連続
鋳造法以外にも、ダイキャスト法、金型鋳造法、低圧鋳
造法及び溶湯鍛造法等の通常の鋳物製造法を使用するこ
ともできる。更に、一般的に利用することができる公知
の鋳造法であれば使用することができる。

【００７１】更にまた、上述の実施例において連続鋳造
法により棒材を製造したが、特にこれに限定されるもの
ではなく、通常の溶解法により径が100mm 以下の棒材及
び板材に造塊することもできる。また、連続鋳造法によ
り造塊し、その後加熱、押出及び圧延等により、型材、
管材、棒材、板材の形状を使用することもできる。更
に、この形状は一般的な丸型、角型以外に鍛造等による
成形製品の平面形状に相似又は近似した横断面形状であ
れば、これを輪切りにして、例えば鍛造法等により成形
することができる。

【００７２】更にまた、上述の実施例において炉内雰囲
気は、アルゴンガスにより炉内を充填し、酸素分圧0.1
気圧以下としたが、特にこれに限定されるものではな
く、窒素ガス等の他の不活性ガス、弗素系ガス及び塩素
系ガスにより炉内を充填しても良い。

【００７３】更にまた、上述の実施例において炉内の撹
拌方法はプロペラを有する撹拌装置を使用したが、特に
これに限定されるものではなく、1 乃至60Hzの電磁誘導
撹拌又はアルゴンガス等によるバブリングによって撹拌
しても良い。

【００７４】更にまた、粒子分散合金には0.001 乃至0.
1 重量％のＴｉ及び／又はＢ／Ｔｉが0.01乃至0.2 のＢ
を添加し、結晶粒を微細にしても良い。

【００７５】

【発明の効果】本発明によれば、アルミニウム合金又は
マグネシウム合金中にセラミックス粒子を均一に分散さ
せることができると共に、健全性が優れ、低コストで大
量生産することができる粒子分散合金の製造方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る粒子分散合金の製
造方法の一工程を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る粒子分散合金の製
造方法の一工程を示す断面図である。

【図３】粒子分散合金の粒子体積率と磨耗減量との関係
を示すグラフ図である。

【図４】粒子分散合金の粒子体積率と伸びとの関係を示
すグラフ図である。

【図５】粒子分散合金の粒子体積率と疲労強度との関係
を示すグラフ図である。

【図６】（ａ）は本実施例方法により得られた鋳塊を示
す斜視図、（ｂ）はその鋳塊を切断したブロックを示す
斜視図、（ｃ）はそのブロックを加工して得られた製品
を示す斜視図である。

【図７】従来の粒子分散合金の製造方法を示すフローチ
ャート図である。

【図８】従来の粒子分散合金の製造方法の一工程を示す
断面図である。

【図９】従来の粒子分散合金の製造方法の一工程を示す
断面図である。

【図１０】従来の粒子分散合金の製造方法の一工程を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１；アルミニウム合金粉末 ２，２３；炭化珪素粒子 ３；混合工程 ４；脱ガス工程 ５；押出成形工程 ６；熱処理工程 ７，１８，３４；るつぼ ８；隔壁 ９；回転子 １０，２１；プロペラ １１；隔壁保持具 １２；撹拌軸 １２ａ，１６，２７ａ，３３ａ；孔 １３，２７；チャンバー １４，２７ｂ；蓋体 １５；脱気パイプ １７，４４；溶湯 １９；アルミニウム合金溶湯 ２０，４３，６３；撹拌装置 ２２；強化材供給装置 ２４；炉 ２８；ヒーター ２６；インペラー ４１ａ；蓋 ２９；真空装置との接続パイプ ３０；直流可変モーター ３１；架台 ３１ａ；土台 ３１ｂ；側面部材 ３２；スライド軸 ３３；アーム ３５；受台 ３６；ベルト ３５ａ，３６ａ；軸 ４１，６１；溶解炉 ４２；ガスバーナー ４３ａ，６３ａ；プロペラ ４５；ガス供給パイプ ４６；傾動ピン ４７，６５；樋 ４８；鋳型 ４９；保持炉 ２５，５０；誘導コイル ５１；棒 ５２，５４，５５；ロール ５３；コイル ６４；投入口 ６６；ヘッダー ６７；水冷鋳型 ６８；潤滑油供給装置 ６９；２次冷却水噴射ノズル ７０；引抜装置 ７０ａ；ロッド ７０ｂ；鋳塊受 ７０ｃ；シリンダー ７０ｄ；ピストンヘッド ７１；湯溜 ７２，８１；鋳塊 ８２；ブロック ８３；製品

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックス粉末をアルミニウム合金又
   はマグネシウム合金からなる母相合金に分散させた粒子
   分散母合金を製造する工程と、この粒子分散母合金を15
   0 乃至500 ℃の温度で予熱した後、750 ℃以下の温度に
   保持した前記母相合金組成の溶湯に添加して撹拌する工
   程と、撹拌後の前記溶湯を10℃／秒以上の冷却速度で冷
   却して凝固させると共に80乃至200 mm／分の引抜速度で
   引抜いて連続鋳造する工程とを有することを特徴とする
   粒子分散合金の製造方法。