JPH0598371A - Production of nitride dispersion strengthened alloy - Google Patents

Production of nitride dispersion strengthened alloy

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JPH0598371A
JPH0598371A JP7466992A JP7466992A JPH0598371A JP H0598371 A JPH0598371 A JP H0598371A JP 7466992 A JP7466992 A JP 7466992A JP 7466992 A JP7466992 A JP 7466992A JP H0598371 A JPH0598371 A JP H0598371A
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JP
Japan
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nitride
alloy
molten alloy
molten
base metal
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JP7466992A
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Japanese (ja)
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Ryoda Sato
亮拿 佐藤
Kichinosuke Shoji
吉之助 荘司
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Abstract

PURPOSE:To produce a nitride dispersion strengthened alloy where fine nitrides can be dispersed in a matrix metal easily and uniformly. CONSTITUTION:A molten alloy 12 where a matrix metal difficult to form nitride and a nitride-forming element capable of forming nitride more easily than the matrix metal are melted is prepared. This molten alloy is heated in a heating atmosphere containing nitrogen gas by means of a high temp. arc 10. The nitride-forming element in the molten alloy 12 is nitrided by means of the nitrogen dissociated and activated by the arc 10, and the molten alloy where the resulting fine nitrides are uniformly dispersed and suspended is solidified.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は溶融法による窒化物分散
強化合金の製造方法の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a method for producing a nitride dispersion strengthened alloy by a melting method.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属基地中に酸化物、炭化物などのセラ
ミックスの微細粒子を分散させた分散強化複合材は、セ
ラミックスの持っている耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性な
どの優れた性質により、またその微細粒子が基地の変形
に伴う転移の移動を妨げるため、耐摩耗性や耐熱性等の
みならず、機械的強度にも優れる。
2. Description of the Related Art Dispersion strengthened composite materials in which fine particles of ceramics such as oxides and carbides are dispersed in a metal matrix are excellent in wear resistance, heat resistance, and oxidation resistance. Moreover, since the fine particles hinder the movement of the transition accompanying the deformation of the matrix, not only the wear resistance and heat resistance but also the mechanical strength are excellent.

【0003】前記セラミックスのうち、Ti,Zrなど
の窒化されやすい遷移元素の窒化物は、耐熱性に優れ、
高温でも安定で強靭であるため、各種基地金属の分散材
として好適である。特に、銅又は銅合金中に窒化物を分
散した複合材は、基地金属の高導電性、高熱伝導性と相
まって抵抗溶接用電極チップ素材、接点素材として好適
である。
Of the above ceramics, nitrides of transition elements such as Ti and Zr that are easily nitrided have excellent heat resistance,
Since it is stable and tough even at high temperatures, it is suitable as a dispersant for various base metals. In particular, a composite material in which a nitride is dispersed in copper or a copper alloy is suitable as an electrode tip material for resistance welding and a contact material in combination with high conductivity and high thermal conductivity of a base metal.

【0004】これら窒化物分散強化合金は、主として粉
末冶金法、溶融法によって製造されている。粉末冶金法
は、金属チタン等の金属材料を窒化してその窒化物を作
製し、その後、この窒化物を粉砕し、得られた粉末と基
地金属の粉末とを混合し、その混合粉末を成形し、焼結
する方法である。一方、溶融法は、特開昭64−36744号
公報に開示されているように、基地金属の溶湯中に窒化
物の粉末を添加して分散させた溶融金属を適宜の鋳型を
用いて鋳造し、凝固させる方法である。
These nitride dispersion strengthened alloys are mainly manufactured by the powder metallurgy method and the melting method. In the powder metallurgy method, a metal material such as metallic titanium is nitrided to produce its nitride, then this nitride is crushed, the obtained powder is mixed with the base metal powder, and the mixed powder is molded. And then sinter. On the other hand, the melting method is, as disclosed in JP-A-64-36744, cast a molten metal obtained by adding and dispersing a powder of a nitride in a molten base metal using an appropriate mold. , A method of solidifying.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記粉末冶金法は、窒
化物や基地金属の原料粉末の製造コストが高くつき、更
に成形焼結工程に長時間かかるため生産性にも劣るとい
う問題がある。溶融法にはこれらの欠点がなく、経済性
に優れる。しかしながら、分散粒子の重量偏析、粒子の
凝集による粗大化の傾向が避けられず、かつ分散粒子の
基地金属溶湯に対する濡れ性にも問題があり、微細粉末
の溶湯への添加混入や均一分散が困難であるという問題
がある。
The above-mentioned powder metallurgy method has a problem that the manufacturing cost of the raw material powder of the nitride and the base metal is high, and the molding and sintering process takes a long time, resulting in poor productivity. The melting method does not have these drawbacks and is economical. However, the weight segregation of dispersed particles and the tendency of coarsening due to particle aggregation are unavoidable, and there is a problem in the wettability of the dispersed particles with the base metal melt, making it difficult to add fine powder to the melt or evenly disperse it. There is a problem that is.

【0006】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、従来の溶融法を改善し、微細な窒化物を基地金属中
に容易に均一分散させることができる窒化物分散強化合
金の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a method for producing a nitride dispersion strengthened alloy, which is capable of improving the conventional melting method and easily and uniformly dispersing fine nitrides in a base metal. The purpose is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物分散強化
合金の製造方法は、窒化物を形成しにくい基地金属と該
基地金属よりも窒化物を形成しやすい窒化物形成元素と
を溶解した合金を溶製し、該溶融合金を窒素ガスを含む
加熱雰囲気中で高温アークにより加熱し、該アークによ
って解離乃至イオン化した窒素により溶融合金中の窒化
物形成元素を窒化すると共に生成した窒化物を溶融合金
中に懸濁させ、この溶融合金を凝固させる。前記溶融合
金の溶製に際しては、基地金属の主要成分からなる基地
用母金属と窒化物形成元素を含む窒化用母合金とを溶解
すればよい。前記窒素ガスを含む加熱雰囲気としては、
大気(空気) を用いることができる。前記高温アークと
しては、熱プラズマを熱源とするプラズマアークを用い
るとよい。また、銅又は銅合金を基地金属として、ジル
コニウムを窒化物形成元素として用いることにより、抵
抗溶接用電極チップ用素材等として好適な複合材が容易
に得られる。
In the method for producing a nitride dispersion strengthened alloy of the present invention, a base metal that hardly forms a nitride and a nitride forming element that easily forms a nitride than the base metal are melted. The alloy is melted, the molten alloy is heated by a high temperature arc in a heating atmosphere containing nitrogen gas, and the nitride forming element in the molten alloy is nitrided by the nitrogen dissociated or ionized by the arc to generate a nitride. Suspending in the molten alloy and solidifying the molten alloy. In the melting of the molten alloy, the matrix base metal, which is a main component of the base metal, and the nitriding master alloy containing the nitride-forming element may be melted. The heating atmosphere containing the nitrogen gas,
Atmosphere (air) can be used. As the high temperature arc, a plasma arc using a thermal plasma as a heat source may be used. Further, by using copper or a copper alloy as a base metal and zirconium as a nitride-forming element, a composite material suitable as a material for an electrode tip for resistance welding or the like can be easily obtained.

【0008】[0008]

【作用】窒化物を形成しにくい基地金属と窒化物を形成
し易い窒化物形成金属元素との溶融合金を、窒素ガスを
含む加熱雰囲気中で高温アークにより溶湯表面を加熱す
ると、溶融合金は容易に高温に過熱され、一方、加熱雰
囲気中の窒素ガスは、アーク放電に伴って原子状態に解
離乃至イオン化される。この原子状窒素は、アークの温
度が高くなる程、活性度が増加する。従って、通常の溶
解温度では基地金属に対して不活性な窒素でも、溶融合
金中に容易に吸収され、窒化物形成元素と優先的に化合
して微細な窒化物を生成する。このように溶融合金中で
反応生成した窒化物の粒子は極めて微細で、溶融金属と
の濡れ性も良好であるため、窒化物を粉砕したものを単
に溶湯中に添加混入させる場合と比べて、比重分離や凝
集を起こしにくく、基地との固着性にも優れており、ひ
いては結晶の転位を妨げることによる強化機能において
も勝っている。また、窒化物粒子の密度が酸化物、炭化
物、ホウ化物の粒子よりも大きいため、溶融した基地金
属との比重差が僅少となり、長時間溶融金属中に懸濁浮
遊するため、鋳造し、凝固するまで、重量偏析(比重分
離)が生じにくい。
[Function] When a molten alloy of a base metal that hardly forms a nitride and a nitride-forming metal element that easily forms a nitride is heated on the surface of the molten metal by a high temperature arc in a heating atmosphere containing nitrogen gas, the molten alloy is easily formed. The nitrogen gas in the heating atmosphere is dissociated or ionized into an atomic state by the arc discharge. The activity of this atomic nitrogen increases as the temperature of the arc increases. Therefore, even nitrogen, which is inert to the base metal at the normal melting temperature, is easily absorbed in the molten alloy and preferentially combines with the nitride-forming element to form a fine nitride. In this way, the particles of the nitride produced by reaction in the molten alloy are extremely fine and have good wettability with the molten metal, so compared with the case where a crushed nitride is simply added and mixed in the molten metal, It is unlikely to cause specific gravity separation or aggregation, has excellent adhesion to the matrix, and is superior in strengthening function by preventing crystal dislocation. Further, since the density of the nitride particles is higher than that of oxides, carbides, and boride particles, the difference in specific gravity between the molten base metal is small, and the particles float in suspension in the molten metal for a long time. Until then, weight segregation (specific gravity separation) is unlikely to occur.

【0009】前記高温アークとしては、プラズマアーク
を利用するのがよい。プラズマアークは機械的、電気的
に収束された熱プラズマを有しており、数千〜数万°K
と極めて高温の熱源として利用することができるからで
ある。前記窒素ガスを含む加熱雰囲気としては、大気を
利用することができる。大気中でアーク放電すると、ア
ーク気圏の温度が約6730℃になると、空気中の窒素は33
%が分解して1%がイオン化し、約11730 ℃では 100%
分解して14%がイオン化すると言われている。プラズマ
アークでは、容易に8000℃以上になるので、かなりの原
子状窒素を生じる。一方、プラズマアークの照射で、溶
融合金は2000℃以上に容易に加熱されるため、前記活性
化された窒素が溶融合金中に容易に吸収され、窒化物形
成元素が優先的に窒化される。
A plasma arc is preferably used as the high temperature arc. The plasma arc has a mechanically and electrically focused thermal plasma, and is in the thousands to tens of thousands of degrees K
It can be used as an extremely high temperature heat source. Atmosphere can be used as the heating atmosphere containing the nitrogen gas. When arc discharge occurs in the atmosphere, when the temperature in the arc atmosphere reaches about 6730 ° C, nitrogen in the air is reduced to 33%.
% Decomposes and 1% ionizes, 100% at about 11730 ° C
It is said that it decomposes and 14% is ionized. Plasma arcs easily raise above 8000 ° C and thus produce significant atomic nitrogen. On the other hand, since the molten alloy is easily heated to 2000 ° C. or higher by the irradiation of the plasma arc, the activated nitrogen is easily absorbed in the molten alloy and the nitride forming element is preferentially nitrided.

【0010】基地金属として純銅や導電性の良好な銅合
金を用い、一方窒化物形成元素としてジルコニウムを用
いることにより、優れた導電性、熱伝導性、耐熱性、強
度を兼備した複合材が容易に得られる。ジルコニウムは
窒化が容易であり、ジルコニウム窒化物はその融点が25
00℃程度以上と極めて高く、またジルコニウムの全部を
窒化せずにその一部を基地金属の構成成分とすることに
よって、銅やその合金のもつ導電性や熱伝導性をあまり
害することなく、基地の強化(固溶体強化) を図ること
ができるからである。また、ジルコニウム窒化物の比重
と銅又はその合金との比重とは極めて近似しているた
め、生成窒化物粒子の微細なことと相まって窒化物粒子
を長時間懸濁浮遊させることができ、鋳造凝固に際して
も比重分離のおそれがなく、均一分散性に優れる。尚、
窒化物粒子分散による導電率の低下はほぼ分散粒子の体
積率に比例するが、体積率は通常数%以内であるので、
導電率、熱伝導率の低下は僅少でほとんど問題とならな
い。
By using pure copper or a copper alloy having good conductivity as the base metal and zirconium as the nitride forming element, a composite material having excellent conductivity, heat conductivity, heat resistance and strength can be easily obtained. Can be obtained. Zirconium is easy to nitride and zirconium nitride has a melting point of 25.
It is extremely high at about 00 ° C or higher, and part of the zirconium is used as a constituent component of the base metal without nitriding the whole zirconium, so that the conductivity and thermal conductivity of copper and its alloys are not significantly damaged, This is because it is possible to strengthen (solid solution strengthening). In addition, since the specific gravity of zirconium nitride and the specific gravity of copper or its alloy are very close to each other, it is possible to suspend and suspend the nitride particles for a long time in combination with the fineness of the generated nitride particles. Even in this case, there is no fear of specific gravity separation, and the excellent uniform dispersibility. still,
The decrease in conductivity due to the dispersion of nitride particles is almost proportional to the volume ratio of dispersed particles, but since the volume ratio is usually within a few percent,
The decrease in electrical conductivity and thermal conductivity is negligible and causes almost no problem.

【0011】[0011]

【実施例】本発明に使用する窒化物を形成しにくい基地
金属としては、鋳鉄や鋼等の鉄鋼材に限らず、銅又はア
ルミニウム又はそれらの合金等の非鉄金属でもよい。一
方窒化物を形成しやすい元素としては、前記基地金属に
対して、これよりも窒化物を形成し易いものであればよ
く、例えばZr, Ti, Hf,V,Nb,Ta,Sc等
の元素周期表のIIa,IIIa,IVa,Va およびIIIb族の元素の
一種又は二種以上を用いることができる。もっとも、既
述の通り、抵抗溶接用電極チップ素材や接点用素材とし
ては、銅又はその合金(例えばAg−Cu, Cr−C
u, Be−Cu)とZrとの組み合せがよい。
EXAMPLES The base metal which is hard to form a nitride used in the present invention is not limited to iron and steel materials such as cast iron and steel, but may be non-ferrous metals such as copper or aluminum or alloys thereof. On the other hand, the element that easily forms a nitride may be any element that is more likely to form a nitride than the base metal, such as Zr, Ti, Hf, V, Nb, Ta, and Sc. One or more elements of the IIa, IIIa, IVa, Va and IIIb groups of the periodic table can be used. However, as described above, as the electrode tip material for resistance welding and the material for contacts, copper or its alloy (for example, Ag-Cu, Cr-C) is used.
A combination of u, Be-Cu) and Zr is preferable.

【0012】基地金属と窒化物形成元素とを溶解した溶
融合金を溶製するには、窒化物形成元素の金属単体より
も、これを含有した窒化用母合金と基地金属の主成分か
らなる基地用母金属とを溶解するのがよい。前記元素は
活性なものが多く、その金属単体の表面が窒化し易いか
らである。もっとも、元素の種類によっては、金属単体
のままで使用できるものもある。溶解手段としては、後
述の高温アークに限らず、るつぼ炉等の通常の溶解炉を
用いて溶解してもよい。尚、前記窒化用母合金のうち、
窒化物形成元素以外の成分は、基地用母金属と共に複合
材の基地金属を形成する。
In order to produce a molten alloy in which a base metal and a nitride-forming element are melted, a base composed of a nitriding mother alloy containing the nitride-forming element and a main component of the base metal is used rather than a simple substance of the nitride-forming element. It is better to dissolve the base metal. This is because many of the above elements are active and the surface of the simple metal is easily nitrided. However, depending on the type of element, there are some that can be used as a simple metal. The melting means is not limited to the high-temperature arc described later, but may be melted using a normal melting furnace such as a crucible furnace. Incidentally, of the mother alloy for nitriding,
Components other than the nitride-forming element form the base metal of the composite together with the base metal.

【0013】基地金属と窒化物形成元素とが溶解された
後、その溶融合金は窒素ガスを含む加熱雰囲気中で高温
アークによって加熱される。窒素ガスを含む加熱雰囲気
としては大気(空気)を用いることができるが、勿論、
窒素ガス雰囲気中で加熱してもよい。高温アークとして
は、前記溶融合金の高温加熱と窒素の解離活性化が可能
であればよく、溶融合金と電極間でアーク放電をさせれ
ばよいが、プラズマ形成ガスとして窒素ガスを使用する
熱プラズマトーチや後述の多相多電極プラズマアーク発
生装置により発生したプラズマアークを用いると、1万
℃近い超高温が容易に得られ好適である。特に、多相多
電極プラズマアーク発生装置によれば、非移行形の超高
温プラズマアークを容易に持続して発生することがで
き、黒鉛電極を用いて大気中で照射することにより、被
照射物を速やかに高温度に加熱すると共に加熱雰囲気中
の窒素を速やかに解離活性化することができ、かつ黒鉛
電極の酸化により生じた一酸化炭素は(CO)+ 、C+
のイオンとなって極めて還元性に富むプラズマアークを
作るため、溶融合金中の水素、酸素をも駆逐することが
でき、健全な複合材が得られる。
After the base metal and the nitriding element are melted, the molten alloy is heated by a high temperature arc in a heating atmosphere containing nitrogen gas. Air (air) can be used as the heating atmosphere containing nitrogen gas, but of course,
You may heat in a nitrogen gas atmosphere. As the high-temperature arc, it is sufficient that the molten alloy can be heated to a high temperature and nitrogen is dissociated and activated, and an arc discharge may be generated between the molten alloy and the electrode, but a thermal plasma using nitrogen gas as a plasma forming gas. It is preferable to use a torch or a plasma arc generated by a multi-phase multi-electrode plasma arc generator described later because an ultrahigh temperature of about 10,000 ° C. can be easily obtained. Particularly, according to the multi-phase multi-electrode plasma arc generator, a non-transition type ultra-high temperature plasma arc can be easily and continuously generated. Is rapidly heated to a high temperature and nitrogen in the heating atmosphere can be rapidly dissociated and activated, and carbon monoxide generated by the oxidation of the graphite electrode is (CO) + , C +
As a result, a plasma arc that is extremely rich in reducing properties is formed, so that hydrogen and oxygen in the molten alloy can also be expelled, and a sound composite material can be obtained.

【0014】次に、本発明を実施するための多相多電極
プラズマアーク発生装置について説明する。図1は、プ
ラズマアーク発生装置100 の配置図を示しており、該発
生装置100 は架台101 上に設置され、架台101 の下部に
は該発生装置100 から流下した溶融合金を冷却凝固する
ための鋳型装置120 が付設されている。該発生装置100
は、特公昭56−31188 号公報や特開昭63−130269号公報
に開示されており、図2に示すように、6本の黒鉛電極
1,2,3,1A,2A,3Aを有しており、各電極は逆円錐形状でか
つ電極先端部9において集束するように、上方からみて
等角度(60°)で放射状に並んでいる。各電極は電極送
り機構(図示せず) によって進退自在となっており、電
極の消耗に応じて調整される。また、4,5,6は3相
交流出力の電流位相調整装置で、アークの強さ加減を調
整するためのものである。各々の電極1,2,3,1A,2A,3A
に、隣接する電極に対して 120°位相のずれた交流電圧
を3相交流電源7 から前記電流位相調整装置4,5,6 を介
して印加すると、電極先端部9 から下方に非移行形のプ
ラズマアーク10が発生する。電極先端部9 の下方には、
被照射物12を収容するための黒鉛るつぼ11が設置されて
いる。尚、電極数や交流の相数は上記の例に限らず自由
であり、各々3の倍数で増やすことができる。また、放
射状に配列された複数の電極の中心部にニュートラル電
極を設けてもよい。
Next, a multi-phase multi-electrode plasma arc generator for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 shows a layout of a plasma arc generator 100. The generator 100 is installed on a pedestal 101, and a lower part of the pedestal 101 is for cooling and solidifying the molten alloy flowing down from the generator 100. A mold device 120 is attached. The generator 100
Are disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 56-31188 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-130269, and as shown in FIG.
1, 2, 3, 1A, 2A, 3A, each electrode has an inverted conical shape and is radially arranged at an equal angle (60 °) when viewed from above so as to focus at the electrode tip 9. .. Each electrode is movable back and forth by an electrode feeding mechanism (not shown), and is adjusted according to the wear of the electrode. Reference numerals 4, 5 and 6 are current phase adjusting devices for three-phase AC output, which are for adjusting the intensity of the arc. Each electrode 1,2,3,1A, 2A, 3A
When an AC voltage having a phase difference of 120 ° with respect to the adjacent electrodes is applied from the three-phase AC power source 7 through the current phase adjusting devices 4, 5 and 6, the electrode tip 9 is not shifted downward. Plasma arc 10 is generated. Below the electrode tip 9,
A graphite crucible 11 for accommodating an irradiation object 12 is installed. The number of electrodes and the number of alternating current phases are not limited to those in the above example, and can be increased in multiples of 3, respectively. In addition, a neutral electrode may be provided at the center of the plurality of radially arranged electrodes.

【0015】前記鋳型装置120 は、るつぼ11から流出す
る溶融合金を耐火製のロート13を介して収容する内側容
器122 と、該内側容器を収容する外側容器121 とを備え
ており、外側容器内には底部近傍に取り付けられた給水
口121Aより冷却用水が注入され、側壁上端部に取り付け
られた排水口121Bより冷却水を排出するように構成され
ており、常に一定レベルの冷却水が満たされている。ま
た123 は上記外側容器121 底面に対して若干隙間をあけ
て内側容器122 を支持する支持フレームである。
The casting mold apparatus 120 is provided with an inner container 122 for accommodating the molten alloy flowing out from the crucible 11 through a refractory funnel 13 and an outer container 121 for accommodating the inner container. Is configured so that cooling water is injected from a water supply port 121A mounted near the bottom part and discharged from a drain port 121B mounted on the upper end part of the side wall, so that a constant level of cooling water is always filled. ing. Reference numeral 123 is a support frame that supports the inner container 122 with a slight gap from the bottom surface of the outer container 121.

【0016】該多相多電極プラズマアーク発生装置100
を用いて、本発明の実施方法を説明する。まず、カバー
103 に取り付けた原料投入用シュート102 から原料金属
(例えば、純銅とZr−Cu合金又はTi−Cu合金)
の塊をるつぼ11に所定量投入する。この状態で3相交流
電源7 をオンし、大気中で6本の黒鉛電極先端にプラズ
マアーク10を発生させる。するとるつぼ11内の金属塊は
プラズマアーク10の照射によって加熱溶融され、溶融金
属12中の窒化物形成元素がプラズマアーク10により解離
活性化した大気中の窒素と化合して微細な窒化物粒子と
なり、溶融合金中でこの微細粒子が均一に分散した状態
となる。そしてさらに原料金属の塊を補給し、るつぼ11
内の溶融合金が一杯になると、これが溢れ出してその下
側のロート13を通って鋳型装置120 の内側容器122 内に
流れ落ちる。
The multi-phase multi-electrode plasma arc generator 100
The method of implementing the present invention will be described with reference to. First, the cover
From the raw material charging chute 102 attached to the raw material metal 103 (for example, pure copper and Zr-Cu alloy or Ti-Cu alloy)
A predetermined amount of the lump of is put into the crucible 11. In this state, the three-phase AC power supply 7 is turned on, and the plasma arc 10 is generated at the tips of the six graphite electrodes in the atmosphere. Then, the metal mass in the crucible 11 is heated and melted by the irradiation of the plasma arc 10, and the nitride-forming element in the molten metal 12 is combined with nitrogen in the atmosphere dissociated and activated by the plasma arc 10 to form fine nitride particles. The fine particles are uniformly dispersed in the molten alloy. Then, replenish the lumps of raw metal, and crucible 11
When the molten alloy therein is full, it overflows and flows through the funnel 13 below it into the inner container 122 of the mold apparatus 120.

【0017】そして内側容器122 内にある程度溶融合金
が溜まったところで原料金属の補給を一旦停止する。上
記るつぼ11からの溶融合金の流出が停止したところで、
鋳型装置120 の凝固の状態を見て凝固物Xを取り出す。
この凝固物Xは基地金属中に窒化物粒子が均一に分散し
た良質の窒化物分散強化複合材となっている。上記実施
方法では、大気中でプラズマアーク10を発生させたが、
発生装置100のカバー103 を外気と密閉可能な構造と
し、該装置の内部を外気から遮断して窒素ガスを充填
し、窒素ガス雰囲気としてプラズマアークを発生させて
もよい。また、上記方法ではるつぼ11に原料金属塊を供
給し、これをプラズマアーク10で溶解すると共に加熱し
て窒化物形成元素を窒化したが、るつぼ11には別途の溶
解炉で溶解した溶融合金を供給するようにしてもよい。
Then, when the molten alloy is accumulated in the inner container 122 to some extent, the supply of the raw material metal is temporarily stopped. Where the outflow of molten alloy from the crucible 11 has stopped,
The solidified material X is taken out by observing the solidified state of the casting mold device 120.
The solidified product X is a high-quality nitride dispersion strengthened composite material in which nitride particles are uniformly dispersed in the base metal. In the above implementation method, the plasma arc 10 was generated in the atmosphere,
The cover 103 of the generator 100 may have a structure capable of being sealed from the outside air, the inside of the device may be shielded from the outside air and filled with nitrogen gas, and a plasma arc may be generated as a nitrogen gas atmosphere. Further, in the above method, the raw metal ingot was supplied to the crucible 11, and this was melted in the plasma arc 10 and heated to nitride the nitride-forming element, but in the crucible 11, the molten alloy melted in a separate melting furnace was used. It may be supplied.

【0018】尚、窒化物形成元素を基地金属中に所定量
含有した基地金属の合金(原料合金) があれば、この合
金塊をるつぼ11に供給するだけでよく、基地用母金属と
窒化物形成元素の単体金属又は窒化用母合金とを供給す
る必要がなくなり、便宜である。かかる原料合金は、前
記密封可能なカバー100Aを設けることにより、容易に製
造することができる。すなわち、装置の内部を窒素以外
の不活性ガス(例えばアルゴンガス) 雰囲気とし、基地
用母金属と窒化用母合金(例えば、銅とCu−Zr合
金) との塊を所定の配合でるつぼ11に供給し、溶解すれ
ばよい。
If there is a base metal alloy (raw material alloy) containing a predetermined amount of the nitride-forming element in the base metal, it is sufficient to supply this alloy lump to the crucible 11, and the base mother metal and nitride It is convenient because it is not necessary to supply the elemental metal of the forming element or the nitriding mother alloy. Such a raw material alloy can be easily manufactured by providing the sealable cover 100A. That is, the inside of the apparatus is made to be an atmosphere of an inert gas other than nitrogen (for example, argon gas), and a lump of the base mother metal and the nitriding mother alloy (for example, copper and Cu-Zr alloy) is mixed in the crucible 11 with a predetermined composition. It may be supplied and dissolved.

【0019】図3は多相多電極プラズマアーク発生装置
の他例100Aを示しており、図2の装置100 に対して粉状
の原料金属をプラズマアークの中心に連続的に供給する
連続供給機構81が付設されており、その他の構成は同一
であり、同符号が付されている。この連続供給機構81
は、粉状の原料金属を該機構内に装入するための装入口
13と、該装入口13の基底に配設され、原料金属の粉を一
定量ずつ送り出す定量供給装置14と、該定量供給装置14
からの原料金属を電極先端部9 の中心に導くための装入
とい15及び装入管16から構成されている。
FIG. 3 shows another example 100A of the multi-phase multi-electrode plasma arc generator, which is a continuous supply mechanism for continuously supplying powdery raw material metal to the center of the plasma arc with respect to the apparatus 100 of FIG. 81 is attached, the other configurations are the same, and the same reference numerals are given. This continuous feeding mechanism 81
Is a charging port for charging powdered raw metal into the mechanism.
13, a fixed amount supply device 14 which is disposed at the base of the charging port 13 and sends out a powder of the raw material metal in constant amounts, and the fixed amount supply device 14
It is composed of a charging grate 15 and a charging pipe 16 for guiding the raw material metal from the above to the center of the electrode tip 9.

【0020】このプラズマアーク発生装置100Aによれ
ば、大気下において多数の電極の集中する中心部に粉体
状の原料金属を供給すると、該粉末がプラズマアークの
最高温熱部を通過する間に加熱溶解されると共に窒化物
形成元素が窒化されるため、微細窒化物が均一に分散し
た溶融金属を速やかに溶製することができる。原料金属
粉末を連続供給すれば、るつぼ11から溢れ出た溶融合金
をロート13を介して鋳型装置120 に連続的に供給するこ
とができる。
According to this plasma arc generator 100A, when a powdery raw material metal is supplied to the central portion where a large number of electrodes are concentrated in the atmosphere, the powder metal is heated while passing through the maximum heating portion of the plasma arc. Since the nitride forming element is nitrided as it is melted, it is possible to rapidly melt the molten metal in which the fine nitride is uniformly dispersed. By continuously supplying the raw material metal powder, the molten alloy overflowing from the crucible 11 can be continuously supplied to the casting mold device 120 via the funnel 13.

【0021】次に、具体的実施例を掲げる。純銅 900g
を灯油バーナるつぼ炉の黒鉛るつぼに入れて溶解し、更
にZr−Cu母合金(Zr含有量30wt%) 50g を加えて
溶解した。その後、その溶融合金を図1の多相多電極
(黒鉛電極) プラズマアーク発生装置の黒鉛るつぼに供
給し、大気中で溶融合金の表面に非移行形プラズマアー
クを照射し、該溶融合金を2000℃以上に加熱すると共に
溶融合金中のZrを窒化した。プラズマアークの照射条
件は、63KVAで2分間とした。
Next, specific examples will be given. Pure copper 900g
Was dissolved in a graphite crucible of a kerosene burner crucible furnace, and 50 g of a Zr-Cu mother alloy (Zr content 30 wt%) was added and dissolved. After that, the molten alloy was supplied to the graphite crucible of the multi-phase multi-electrode (graphite electrode) plasma arc generator shown in FIG. 1, and the surface of the molten alloy was irradiated with a non-transfer type plasma arc in the atmosphere. Zr in the molten alloy was nitrided while being heated to ℃ or more. The plasma arc irradiation conditions were 63 KVA for 2 minutes.

【0022】次に、プラズマアークによって加熱した溶
融合金を、φ200 ×200 mmの試料鋳造用黒鉛鋳型に鋳造
した。鋳造された試料は酸化を防止して1000℃で溶体化
処理された後、50%の冷間加工が施され、 500℃で焼き
戻された。この試料の断面を顕微鏡観察したところ、極
めて微細な窒化物が一様に分布していた。分散するジル
コニウム窒化物量は1.8vol%であった。また、硬度を測
定したところ 145Hvと高硬度であり、導電率は88(I
ACS%) と良好な値であった。この試料の組成を分析
した結果を下記に示す。単位はwt%であり、Zr%は遊
離Zrの値である。
Next, the molten alloy heated by the plasma arc was cast into a graphite mold of φ200 × 200 mm for sample casting. The cast sample was subjected to solution treatment at 1000 ° C to prevent oxidation, then 50% cold working, and tempered at 500 ° C. Microscopic observation of the cross section of this sample revealed that extremely fine nitrides were uniformly distributed. The amount of zirconium nitride dispersed was 1.8 vol%. Moreover, when the hardness was measured, it was 145 Hv and the hardness was high, and the conductivity was 88 (I
ACS%) was a good value. The results of analyzing the composition of this sample are shown below. The unit is wt% and Zr% is the value of free Zr.

【0023】 Si:0.02%、 Fe:0.01% Zr:0.23%、 残部実質的にCu 該試料を800 ℃で1時間加熱した後、硬度を測定したと
ころ120 Hvであり硬度低下はわずかであった。尚、粒
子分散のない同成分、同溶体化・時効処理後のCu−Z
r合金の硬度は148 HVであったが、800℃×1Hr加
熱後の硬度はHv60程度と大きく低下した。また、実施
例の試料をるつぼ炉で再溶解し、凝固したところ、粒子
分散性の良好な合金が得られた。
Si: 0.02%, Fe: 0.01% Zr: 0.23%, balance substantially Cu After heating the sample at 800 ° C. for 1 hour, the hardness was measured and found to be 120 Hv. The decrease was slight. In addition, the same component without particle dispersion, Cu-Z after the same solution treatment and aging treatment
The hardness of the r alloy was 148 HV, but the hardness after heating at 800 ° C. × 1 Hr was greatly reduced to about Hv60. Further, when the sample of the example was redissolved in a crucible furnace and solidified, an alloy having good particle dispersibility was obtained.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の窒化物分散
強化合金の製造方法によれば、窒化物を形成しにくい基
地金属と該基地金属よりも窒化物を形成しやすい窒化物
形成元素とを溶解した溶融合金を窒素ガスを含む加熱雰
囲気中で高温アークにより加熱するので、加熱雰囲気中
の窒素ガスを解離乃至イオン化して活性化した窒素によ
って高温に加熱された溶融合金中の窒化物形成元素を容
易に窒化することができ、これによって生成した微細な
窒化物粒子を溶融合金中に均一に懸濁分散させることが
でき、この溶融合金を凝固することによって微細な窒化
物粒子が均一に分散した強化合金を容易に得ることがで
きる。また、加熱雰囲気として大気を用いれば、空気中
の窒素を利用することができるため、本発明を極めて容
易に実施することができる。また、高温アークとしてプ
ラズマアークを用いると、超高温の熱プラズマによって
速やかに溶融金属を加熱し、又窒素を解離活性化するこ
とができ高効率である。また、基地金属として銅又は銅
合金を用い、窒化物形成元素としてジルコニウムを用い
ることにより、耐摩耗性や高温における強度、導電性、
熱伝導度の優れた窒化物分散強化合金を容易に得ること
ができる。
As described above, according to the method for producing a nitride dispersion strengthened alloy of the present invention, a base metal that hardly forms a nitride and a nitride forming element that easily forms a nitride than the base metal. Since the molten alloy that has melted is heated by a high-temperature arc in a heating atmosphere containing nitrogen gas, nitride formation in the molten alloy heated to a high temperature by nitrogen activated by dissociating or ionizing the nitrogen gas in the heating atmosphere The element can be easily nitrided, and the fine nitride particles generated by this can be uniformly suspended and dispersed in the molten alloy.By solidifying the molten alloy, the fine nitride particles can be made uniform. A dispersed strengthening alloy can be easily obtained. Further, when the atmosphere is used as the heating atmosphere, nitrogen in the air can be used, so that the present invention can be implemented very easily. Further, when a plasma arc is used as the high temperature arc, the molten metal can be rapidly heated by the ultrahigh temperature thermal plasma, and nitrogen can be dissociated and activated, which is highly efficient. Further, by using copper or copper alloy as the base metal, and by using zirconium as the nitride forming element, wear resistance and strength at high temperature, conductivity,
A nitride dispersion strengthened alloy having excellent thermal conductivity can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施するための多相多電極プラズマア
ーク発生装置の配置図である。
FIG. 1 is a layout view of a multi-phase multi-electrode plasma arc generator for implementing the present invention.

【図2】同発生装置の構成の概略を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration of the same generator.

【図3】同発生装置の他例の構成の概略を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration of another example of the same generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 黒鉛電極 1A 黒鉛電極 2 黒鉛電極 2A 黒鉛電極 3 黒鉛電極 3A 黒鉛電極 4 電流位相調整装置 5 電流位相調整装置 6 電流位相調整装置 7 3相交流電源 9 電極先端部 10 非移行形プラズマアーク 11 るつぼ 12 溶融合金 100 多相多電極プラズマアーク発生装置 100A 多相多電極プラズマアーク発生装置 120 鋳型装置 1 Graphite Electrode 1A Graphite Electrode 2 Graphite Electrode 2A Graphite Electrode 3 Graphite Electrode 3A Graphite Electrode 4 Current Phase Adjuster 5 Current Phase Adjuster 6 Current Phase Adjuster 7 3-Phase AC Power Supply 9 Electrode Tip 10 Non-Transitional Plasma Arc 11 Crucible 12 Molten alloy 100 Multi-phase multi-electrode plasma arc generator 100A Multi-phase multi-electrode plasma arc generator 120 Mold equipment

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶融状態の基地金属中に窒化物が懸濁し
た溶融合金を凝固する窒化物分散強化合金の製造方法に
おいて、 窒化物を形成しにくい基地金属と該基地金属よりも窒化
物を形成しやすい窒化物形成元素とを溶解した合金を溶
製し、該溶融合金を窒素ガスを含む加熱雰囲気中で高温
アークにより加熱し、該アークによって解離乃至イオン
化した窒素により溶融合金中の窒化物形成元素を窒化す
ると共に生成した窒化物を溶融合金中に懸濁することを
特徴とする窒化物分散強化合金の製造方法。
1. A method for producing a nitride dispersion strengthened alloy for solidifying a molten alloy in which nitride is suspended in a molten base metal, wherein a base metal which hardly forms nitride and a nitride more than the base metal are formed. An alloy in which a nitride-forming element that is easily formed is melted, the molten alloy is heated by a high-temperature arc in a heating atmosphere containing nitrogen gas, and nitride in the molten alloy is generated by nitrogen dissociated or ionized by the arc. A method for producing a nitride dispersion strengthened alloy, which comprises nitriding a forming element and suspending the generated nitride in a molten alloy.
【請求項2】 溶融合金を大気中で加熱する請求項1に
記載した窒化物分散強化複合材の製造方法。
2. The method for producing a nitride dispersion strengthened composite material according to claim 1, wherein the molten alloy is heated in the atmosphere.
【請求項3】 プラズマアークにより加熱する請求項1
に記載した窒化物分散強化合金の製造方法。
3. The heating with a plasma arc.
A method for producing a nitride dispersion strengthened alloy according to 1.
【請求項4】 基地金属が銅又は銅合金であり、窒化物
形成元素がジルコニウムである請求項1に記載した窒化
物分散強化合金の製造方法。
4. The method for producing a nitride dispersion strengthened alloy according to claim 1, wherein the base metal is copper or a copper alloy and the nitride forming element is zirconium.
JP7466992A 1991-08-12 1992-03-30 Production of nitride dispersion strengthened alloy Pending JPH0598371A (en)

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JP22882291 1991-08-12
JP3-228822 1991-08-12
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007302994A (en) * 2006-04-11 2007-11-22 Sumitomo Electric Ind Ltd Nitride-dispersed reinforced copper alloy and its manufacturing method, and conductor wire

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5884936A (en) * 1981-11-13 1983-05-21 Nissan Motor Co Ltd Manufacture of heat resistant aluminum alloy

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