JPH05331571A - セラミックス複合アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents

セラミックス複合アルミニウム合金の製造方法

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JPH05331571A
JPH05331571A JP16223592A JP16223592A JPH05331571A JP H05331571 A JPH05331571 A JP H05331571A JP 16223592 A JP16223592 A JP 16223592A JP 16223592 A JP16223592 A JP 16223592A JP H05331571 A JPH05331571 A JP H05331571A
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JP
Japan
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particles
sample
aluminum
alloy
nickel
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JP16223592A
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English (en)
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Katsushiro Teramoto
勝四郎 寺本
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Nagasaki Prefectural Government
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Nagasaki Prefectural Government
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミックス粒子を含んだアルミニウム合金
溶湯の鋳型充填率、流動長を向上し且つ合金の耐熱性、
耐磨耗性を改善する。 【構成】 アルミニウム地金(合金を含む)の基地金属
試料10(溶湯)にアルゴンガス4を流しながら、ガラ
ス製ロート6を通じてSiC(又はアルミナ)粒子の表
面をメッキした材料を少しづつ、数分間に亘り添加す
る。この際、直流モータ1、ジョイント2、トルクメー
タ3の駆動装置にステンレス製攪拌子8を連結し、試料
10の融点以上の温度で高速攪拌する。CA(クロメル
アルメル)熱電対7にて試料10の変化を記録し、電気
炉11の温度制御を行う。

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(合金を
含む)と炭化珪素等の燒結体微粒子が、微粒子表面のニ
ッケル被覆薄膜を介して濡れ易く、且つ均一に分散する
と同時に鋳型充填性を改善した複合合金の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来コンポキャスティング法によるセラ
ミックス複合アルミニウム合金の製造方法として、以下
の問題がある。
【0003】(ア)セラミックス粒子が炭化珪素の場
合、SiC燒結体の粒度の減少に伴い、その表面積は逆
に増加するので吸着ガスは増加する。これは、スラリー
表面でのアルミニウムの酸化被膜の生成量の増加を意味
し、SiC粒子とスラリーとの接触をさまたげる。従
来、この対処方法としてセラミックス粒子を予熱し吸着
ガスの逸散の方法をとっているのみであり、従って非常
に微細なセラミックス粒子を複合化しようとする場合に
は、粒子の表面状態の制御が必要となる。
【0004】(イ)従来の溶製法によるセラミックス粒
子の混合分散は、溶湯と粒子の「濡れ」の悪さ、及び比
重差による浮上(沈下)現象をなんらかの手段で克服す
る必要がある。「Ca添加による溶湯中でのセラミック
ス粒子分散法」は、公知として大略の効果はあるとされ
るが、この方法だけでは粒子界面の「濡れ」の改善まで
には至らず、粒子の均一分散迄に至っていない。
【0005】以上により、従来のコンポキャスティング
法による製造方法は、加工コストが嵩む割には、溶湯の
流動性、特に鋳型充填率が悪い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の問題点に着目してなされたもので、高価な装置を必
要とせず、セラミックス微粒子表面に耐熱性がある金属
被膜を容易に生成し、炭化珪素等の燒結体微粒子の浮
上、沈下等もなく、且つ溶湯の流動性が良く、セラミッ
クス粒子を均一に分散する複合材料の製造が出来る方法
を提供する事を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、SiC等の燒結体微粒子と金属溶湯(合金を含む)
の界面には、熱応力の緩和、相互拡散、熱膨脹の相違、
濡れ拡がりの難易を考慮して、材料どうしが均一に接触
する為セラミックス基材(粒子)表面に化学的又は電気
化学的に金属ニッケル(合金を含む)の薄膜を被覆す
る。
【0008】この場合、高温溶湯に耐え、且つ密着性の
高いニッケル薄膜は、母材金属(溶湯)であるアルミニ
ウム(合金を含む)の接触角(濡れ性)を改善する役目
がある。被覆燒結体粒子の濡れ性効果を良くする為、ア
ルミニウム(合金を含む)の母材溶湯を融点以上に加熱
し、高速にて溶湯を攪拌する事により鋳型充填性等の流
動性を改善すると同時に、セラミックス粒子均一分散を
特徴とする。
【0009】
【作用】物理蒸着による燒結体微粒子(セラミックス)
の均一被膜法はなく、従って化学的、電気化学的にSi
C等の燒結体微粒子を以下、化1の次亜リン酸ナトリウ
ム、水素化ほう素ナトリウム、ヒドラジン誘導体を還元
剤とする方法により被覆する。折出したニッケルが自己
触媒として働き、反応を促進する。
【0010】
【化1】
【0011】最終的には、被膜の適用素地が非金属、磁
器(セラミックス)を考慮して塩化ニッケルを選定し、
次亜リン酸ナトリウム添加後、硝酸塩を加え、3倍から
5倍の濃度液を作成する。
【0012】ニッケル塩→ 錯化剤→ 緩衝剤→ 次亜
リン酸ナトリウムの安定剤サイクルの方法をとる。浴組
成はPHで4〜6、浴温363Kとし、メッキ速度15
〜36(μm/hr)幅とする。
【0013】無電解メッキ液に浸せきする前に、不導体
素地を考慮し、水酸化カリウム1〜2%水溶液浸せき等
の前処理を実施する。
【0014】上述の薄膜は炭化珪素粒子との高温密着力
が良く、ニッケルはアルミニウム(合金を含む)との濡
れ性が良く、密着性の良い被膜を形成する。
【0015】これは、溶湯母材の濡れ性改良(蝋材)と
熱応力緩和剤の役目をすると同時に溶湯を高速に攪拌し
アルミニウム母材の融点以上に加熱することにより、溶
湯中での粒子の浮上、(沈下)を防ぎ、溶湯の流動性の
向上、及びセラミックス粒子の均一分散に寄与する。
【0016】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本実験に用いた製造実験装置を図1に示す。アルミニウ
ム地金(合金を含む)の基地金属試料10(溶湯)にア
ルゴンガス4を1の表面に流しながら、ガラス製ロート
6を通じてSiC(又はアルミナ)粒子5を少しづつ、
数分間に亘り添加する。この際、直流モータ1、ジョイ
ント2、トルクメータ3の駆動装置にステンレス製攪拌
子8を連結し、試料10の融点以上の温度で高速攪拌す
る。CA熱電対7にて試料10の変化を記録し電気炉1
1の温度制御を行う。
【0017】図1の装置で表1及び表2に示す供試材に
よるアルミニウム合金の流動性試験結果、鋳型充填率試
験結果を表4〜5及び表7〜8に示す。ここで、表4〜
5はセラミックス粒子が炭化珪素であり、表7〜8はセ
ラミックス粒子がアルミナの結果を示す。
【0018】
【表1】
【0019】
【表2】
【0020】
【表3】
【0021】
【表4】
【0022】
【表5】
【0023】
【表6】
【0024】
【表7】
【0025】
【表8】
【0026】本実験で基地金属試料の融点以上の加熱温
度で炭化珪素及びアルミナ粒子を添加する理由は、特開
平1−183477(発明の名称:金属とセラミックス
の接合方法、発明者、寺本勝四郎、出願人、長崎県)に
より、炭化珪素及びアルミナ粒子とアルミニウム合金の
濡れ性改善を主旨とした。
【0027】また、この実験の流動性試験(鋳型充填率
含む)に用いた流動性試験片とその方案図は図2に示
す。単位(mm)。表4〜5は炭化珪素粒子にニッケル被
覆を行い、AL系溶湯元湯にて図2の板型流動性試験片
に高温鋳込みを行って、完全に充満した試験片に対する
試験片の重量をもって流動性(鋳型充填率)を表示し
た。
【0028】この際、上述の発明の構成の作用で述べた
ニッケルの無電解メッキ法によるSiC燒結体被膜の高
温密着力試験結果を図3に示す。これは微細粒子の薄膜
を高温で評価する方法として、被覆した粒子を高温顕微
鏡にて観察し、薄膜形状が崩壊した始点(温度)を目安
とした。実験条件として48ミクロンのSiC燒結体粒
子に1ミクロンのメッキ被膜をし、高温炉内の真空度を
0.0013Pa一定とした。
【0029】表7〜8は、48ミクロンのアルミナ粒子
に1ミクロンのニッケルメッキを行いAL系溶湯元湯に
て図2の板型流動性試験片に高温鋳込みを行って、完全
に充満した試験片に対する試験片の重量をもって、流動
性(鋳型充填率)を表示した。
【0030】この試験の基礎試験として、幅5mm、厚さ
3mm、長さ5mmのSiC燒結体、AL23燒結体の夫々
に1ミクロンの無電解メッキ(発明の構成の作用に述べ
た方法による)を施し、この薄膜上にアルミニウム合金
(JIS規格AC3相当品)を当接し、当接片を0.0
013Paの真空度の高温顕微鏡にて燒結体とアルミニ
ウム合金との接触角を測定した結果を図4、図5に示
す。図4は、SiC燒結体に関し、図5はAl23燒結
体に関する接触角を示す。
【0031】表3は、表1の供試材を用いて合金流動性
試験試料作成方法を示す。
【0032】表4は、表1の炭化珪素粒子及び添加カル
シウムの純度99.9%のものを用い、超音波洗浄後、
粒度調整し、溶湯温度1173KのSiC複合4.5%
CuAL系溶湯等を600rpmで6分間攪拌後、1分
間炉内保持し、流動性試験鋳型に鋳込んだ。
【0033】表5は表4をまとめたもので、SiC複合
AL系合金の流動性(鋳型充填率、流動長)に及ぼす基
材及び被覆処理効果を示す。
【0034】表6は、表2の供試材を用いて合金流動性
試験試料作成方法を示す。
【0035】表7は、表2のアルミナ粒子及び添加カル
シウムの純度99.9%のものを用い、超音波洗浄後、
粒度調整し溶湯温度953〜1053Kの溶湯を600
rpmで6分間攪拌後、1分間炉内保持し鋳込んだ。
【0036】表8は、表7をまとめたものである。
【0037】図4より、ニッケルをメッキした炭化珪素
基板上のアルミニウムの接触角は、1172K〜117
3Kにて91.6゜と最小となる。図5より、ニッケル
をメッキしたアルミナ基板上のアルミニウムの接触角
は、1121K〜1122Kにて52.4゜と最小にな
る。(但し、ニッケル及びアルミニウムの純度は99.
9%であり、アルミナはα−アルミナで密度は99%、
炭化珪素は密度は99.5%の素材である。)
【0038】図3より、炭化珪素燒結体上の無電解ニッ
ケルメッキの高温密着力試験では、メッキ被膜の脱着点
は973K〜1174Kであり、アルミニウム合金元湯
の融点以上でも固着状態にあることを示す。
【0039】表4、5より、炭化珪素粒子にニッケルを
メッキした方が、鋳型充填率、流動長とも良くなる事を
示す。AC3A基材と含銅AC3A基材にニッケルメッ
キを被覆した場合、含銅材が鋳型充填率、流動長とも良
い。
【0040】表7、8より、アルミナ系はAL、AC3
A、含銅アルミニウム元湯を高速攪拌、アルミニウムの
融点以上の温度の条件により、48ミクロンのアルミナ
粒子を添加すれば、鋳型充填率、流動長は良くなる。さ
らにアルミナ粒子にニッケルメッキを施せば、鋳型充填
率、流動長とも益々良くなる事を示す。
【0041】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0042】本発明によれば、セラミックス微粒子表
面に耐熱性、固着性がある金属被膜を容易に生成し、炭
化珪素及びアルミナ等の燒結体微粒子の浮上、沈下等も
なく且つ溶湯の流動性が良く、セラミックス粒子を均一
に分散するアルミニウム系複合材料の製造ができる。
【0043】さらに、セラミックス粒子の添加量及び
粒子表面の被覆処理程度により複合材料の機械的性質を
制御出来、軽量で耐熱、耐磨耗性のある材料を提供出来
る。
【0044】製造工程は比較的簡単であり、製造装置
も特に精巧な物を必要としないので、生産費も低廉で済
む等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実験に用いた製造実験装置の状況図。
【図2】本発明の実施化試験に際し用いた流動性試験片
とその方案図。
【図3】SiC燒結体に無電解ニッケル被膜の高温密着
力試験結果を表すグラフ。
【図4】ニッケルをメッキした炭化珪素基板上のアルミ
ニウムの接触角を表すグラフ。
【図5】ニッケルをメッキしたアルミナ基板上のアルミ
ニウムの接触角を表すグラフ。
【符号の説明】
1 直流モータ 2 ジョイント 3 トルクメータ 4 アルゴンガス 5 セラミックス粒子(炭化珪素、及びアルミナ) 6 ガラス製ロート 7 CA熱電対(クロメルアルメル熱電対) 8 撹拌子(ステンレス製) 9 黒鉛ルツボ 10 試料(合金材) 11 電気炉 12 支持板

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiC等の燒結体の微粒子表面に化学的
    又は電気化学的にニッケル被覆を施し、カルシウム添加
    処理したアルミニウム溶湯に混合後、溶湯を高速にて攪
    拌しながらアルミニウムの融点以上に加熱する事によ
    り、溶湯の流動性の向上及びセラミックス粒子均一分散
    を特徴とするセラミックス複合アルミニウム合金の製造
    方法。
JP16223592A 1992-05-27 1992-05-27 セラミックス複合アルミニウム合金の製造方法 Pending JPH05331571A (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01309934A (ja) * 1989-03-18 1989-12-14 Agency Of Ind Science & Technol セラミック‐合金複合体の製造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01309934A (ja) * 1989-03-18 1989-12-14 Agency Of Ind Science & Technol セラミック‐合金複合体の製造方法

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Effective date: 19951114