JPH06116661A

JPH06116661A - 粒子分散合金の製造方法

Info

Publication number: JPH06116661A
Application number: JP28686092A
Authority: JP
Inventors: Toshimasa Sakamoto; 敏正坂本; Susumu Matsuoka; 進松岡; Tatsuya Kinoshita; 達也木下
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1994-04-26

Abstract

(57)【要約】【目的】粒子分散アルミニウム合金溶湯等の溶湯中に
吸収されたガス（水素ガス等）をセラミックス粒子の分
離を回避しつつ高効率で除去することができる粒子分散
合金の製造方法を提供する。【構成】脱ガス処理前の粒子分散合金の溶湯を溶湯保
持容器２６に装入し、真空容器２１をその上方に配置
し、真空容器２１の底部に設けた上昇管２２及び下降管
２３を溶湯保持容器２６内の溶湯中に浸漬する。そし
て、真空容器２１内を真空排気すると共に、上昇管２２
内に脱ガス促進ガスを吹き込む。これにより、溶湯は溶
湯保持容器２６，上昇管２２，真空容器２１及び下降管
２３を循環移動し、その間に、溶湯は減圧雰囲気に曝さ
れて脱ガス処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属マトリクスにセラ
ミックス粒子を分散させた粒子分散合金の製造方法に関
し、特に、セラミックス粒子の均一分散を確保しつつ溶
湯を脱ガス処理することができる粒子分散合金の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の粒子分散合金の製造方法に
使用する装置を示す（USP4,759,995)。容器６１内には
真空容器６０が断熱的に保持されており、この真空容器
６０内に金属溶湯が気密的に装入される。そして、容器
６０内にインペラー６２が挿入され、容器６０の頭壁上
に配置されたモータ６４によりインペラー６２を回転駆
動することにより、容器６０内の溶湯を攪拌するように
なっている。また、容器６０の頭壁には、真空排気ポン
プ（図示せず）に接続されて容器６０内を真空排気する
ための排気口６３が設置されている。

【０００３】金属溶湯にセラミックス粒子を添加して攪
拌混合する粒子分散合金の製造方法において、特に、ア
ルミニウム合金をマトリックスとする場合に、溶湯中に
吸収されている水素ガスを、通常の溶湯脱ガス方法と同
様に、塩素（Ｃｌ₂）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒
素（Ｎ₂）ガス又はフラックスの吹き込みによって脱ガ
スしようとすると、セラミックス粒子も同時に分離して
しまうという難点がある。

【０００４】そこで、図９に示すように従来の粒子分散
合金の製造方法においては、溶湯を真空容器６０内に装
入し、容器６０内を真空排気して溶湯を真空雰囲気にし
た状態で、インペラー６２により溶湯を攪拌することに
より、脱ガス処理している。これにより、セラミックス
粒子の分離を回避しつつ、溶湯を脱ガスすることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この図
９に示す従来の粒子分散合金の製造方法においては、脱
ガス処理が終了した後、容器６０内の溶湯を未処理の溶
湯と入れ換えて、この未処理の溶湯を脱ガス処理する。
即ち、従来は所謂バッチ処理により脱ガスしていたた
め、脱ガス効率及び生産効率が悪いという問題点があ
る。また、この脱ガス処理量を増大させようとすると、
容器６０を大型にせざるを得ず、製造コストが増大する
と共に、作業性が悪くなるという欠点がある。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、粒子分散アルミニウム合金溶湯等の溶湯中
に吸収されたガス（水素ガス等）をセラミックス粒子の
分離を回避しつつ高効率で除去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。

【０００７】

【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、脱ガス処理前の粒子分散合金の溶湯を
第１の容器に装入し、第２の容器内を排気状態におくと
共に、前記溶湯を前記第１の容器と前記第２の容器との
間で移動させることにより脱ガスすることを特徴とす
る。

【０００８】また、上部容器及び下部容器を上昇管及び
下降管を介して気密的に連結し、前記下部容器内の粒子
分散合金の溶湯を前記上昇管内にガスを吹き込むことに
より上昇管内を上昇させ、上部容器内でガスが分離され
た溶湯を下降管を介して下降させ、下部容器、上昇管、
上部容器及び下降管を循環移動させて溶湯を脱ガスする
ように構成してもよい。

【０００９】

【作用】本発明においては、溶湯を噴射させて粒滴状に
して真空排気下の第２の容器内に移動させるか、単一管
若しくは上昇管・下降管により真空排気下の第２の容器
内に吸引するか、又は上昇管内にガスを吹き込んで第２
の容器内に溶湯を上昇させることにより移動させる。こ
のようにして、溶湯を運動させつつ真空処理又は脱ガス
処理するので、セラミックスの分離を生じさせることな
く、且つ、高効率で脱ガスすることができる。また、こ
の脱ガス処理において、溶湯の上昇及び下降を個別の専
用管（上昇管及び下降管）を使用して行うことにより、
脱ガスの連続処理が可能とする。

【００１０】

【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。

【００１１】図１は本発明の第１の実施例方法にて使用
する製造を示す断面図である。真空容器５内には金型９
が載置されており、この真空容器５の頭壁上には、粒子
分散合金の溶湯８を収容した容器１が設置されている。
そして、この容器１の底部と真空容器５の頭部とは開口
部１ａを介して連続していて、容器１内の溶湯は開口部
１ａを介して真空容器５内に負圧により噴射される。

【００１２】真空容器５の側壁上部には、真空排気装置
６が接続されていてこの真空排気装置６により真空容器
５内が真空状態に排気されるようになっている。

【００１３】容器１内にはインペラー２が挿入されてお
り、このインペラー２は容器１外に設けたモータ４によ
り回転駆動されて容器１内の粒子分散合金の溶湯８を攪
拌する。これにより、セラミックス粒子の分離又は沈澱
が防止される。また、容器１内にはＡｒガス又はＮ₂ガ
スなどの非酸化性の溶湯保護ガスの供給装置３からこの
溶湯保護ガスが導入されるようになっており、これによ
り容器１内が溶湯保護ガスにより充填されて内部の溶湯
が非酸化性雰囲気に保護され、溶湯の酸化が防止され
る。また、この保護ガス雰囲気にすることにより、溶湯
の水素吸収も防止される。

【００１４】本実施例方法においては、アルミニウム溶
湯中にセラミックス粒子が分散した粒子分散合金の溶湯
を保護ガスが充填された容器１内に収容し、インペラー
２により攪拌しつつ、開口部１ａを介して真空容器５内
に噴出する。

【００１５】溶湯８は粒滴７となって真空容器５内に落
下し、この粒滴落下の間に溶湯は真空雰囲気に曝されて
脱ガスされる。このため、溶湯８は高効率で脱ガスさ
れ、しかもこの間に溶湯と分散粒子とが分離することも
ない。粒滴７は鋳型９内に堆積し、鋳型９により冷却さ
れて凝固する。本実施例は図９に示す従来の粒子分散合
金の製造方法に比して脱ガス速度が極めて高い。

【００１６】図２は本発明の第２の実施例方法を示す断
面図である。粒子分散合金溶湯１２が保持容器１４内に
貯留されている。そして、この保持容器１４の上方には
真空容器１１が配置されており、真空容器１１の側壁上
部に連結された真空排気装置１３により真空容器１１の
内部が真空排気されるようになっている。

【００１７】真空容器１１の底壁の開口部にはノズル１
７が取り付けられており、このノズル１７の下端部は保
持容器１４内の溶湯１２内に浸漬されている。ノズル１
７の側壁の適所にはＣｌ₂ガス、ＳＦ₆ガス、Ａｒガス、
Ｎ₂ガス又はそれらの混合ガスからなる脱ガス促進ガス
の供給装置１８が連結されており、脱ガス促進ガスがノ
ズル１７内に吹き込まれるようになっている。また、溶
湯保持容器１４内にはインペラー１５が挿入されてお
り、このインペラー１５はモータ１６により回転駆動さ
れて保持容器１４内の溶湯１２を攪拌する。

【００１８】本実施例方法においては、保持容器１４内
の溶湯１２をインペラー１５により攪拌すると共に、ノ
ズル１７内に脱ガス促進ガスを吹き込む。そして、排気
装置１３により真空容器１１内を排気すると、容器１４
内の溶湯１２が吸引されてノズル１７内を上昇し、真空
容器１１内に入る。このノズル１７内を上昇する間に、
溶湯１２に脱ガス促進ガスを吹き込むと、溶湯１２内に
バブリングが発生し、溶湯１２内に溶けているガスの分
離がバブリングにより促進され、このガスが湯面から真
空容器１１内に排出されてくる。

【００１９】溶湯１２が真空容器１１内に入ることによ
り、溶湯１２は真空雰囲気下で脱ガスされる。また、バ
ブリングによりこの脱ガスが促進される。

【００２０】次いで、十分な量の溶湯が真空容器１１内
に移動した後、真空排気装置１３により排気された真空
容器１１内の圧力を徐々に常圧又はそれに近い圧力に戻
して、真空容器１１内の溶湯をノズル１７を介して保持
容器１４内に降下させる。

【００２１】その後、再度、真空容器１１を排気して、
溶湯１２を真空容器１１内に吸引する。このようにし
て、溶湯１２の吸引及び下降を複数回繰り返すことによ
り、溶湯１２を脱ガスする。これにより、図３に示すよ
うに、吸引の回数が増加するにつれて、溶湯中のガス濃
度がステップ状に低下する。本実施例においても、セラ
ミックス粒子の分離を防止できると共に、溶湯１２を移
動させつつ真空脱ガスするので、高効率で脱ガス処理す
ることができ、生産性が高い。

【００２２】次に、図４を参照して、本発明の第３の実
施例について説明する。溶湯保持容器２６の上方に真空
容器２１が配置されており、この真空容器２１と溶湯保
持容器２６とは、上昇管２２及び下降管２３により連結
されている。

【００２３】溶湯保持容器２６内の溶湯２５は駆動装置
２７ａによりインペラー２７ｂを回転駆動することによ
り攪拌される。また、保持容器２６内の溶湯２５の酸化
を防止すると共に、溶湯２５の水素ガスの吸収を防止す
る。保護ガス（Ａｒガス又はＮ₂ガス等）がその供給装
置２８から保持容器２６内に導入されるようになってい
る。上昇管２２には脱ガス促進ガスの供給装置２９が吹
き込み部２９ａにて連結されており、この吹き込み部２
９ａを介して上昇管２２内に脱ガス促進ガスを吹き込む
ようになっている。また、真空容器２１内は真空排気装
置２４により排気されるようになっている。

【００２４】本実施例方法においては、真空容器２１内
を排気装置２４により所定の減圧下に保持する。これに
より、保持容器２６内の溶湯２５が真空容器２１内に吸
引され、その湯面が略々一定の位置に保持される。

【００２５】そして、上昇管２２のガス吹き込み部２９
ａから脱ガス促進ガスを所定の流量で上昇管２２内に吹
き込むと、この上昇管２２内の溶湯にバブリングが発生
する。このため、上昇管２２内の溶湯は吹き込まれたガ
スを含んでいるので、密度が低い。一方、この溶湯中の
ガスは真空容器２１内の溶湯の湯面から真空容器２１内
に分離排出される。このため、下降管２３内の溶湯は密
度が高い。このため、上昇管２２内では溶湯の上昇流、
下降管２３内では溶湯の下降流が発生する。これによ
り、保持容器２６内の溶湯２５が上昇管２２、真空容器
２１、下降管２３、保持容器２６と順次循環し、この
間、溶湯２５は真空容器２１内で真空雰囲気に曝され
て、脱ガスされる。

【００２６】また、溶湯２５は、上昇管２２内にて脱ガ
ス促進ガスを吹き込まれ、溶湯２５内にバブリングが発
生するので、これにより、脱ガスが促進される。本実施
例においては、図５に示すように、経時的に連続的に脱
ガスが進行する。

【００２７】図６は本発明の第４の実施例を示す。下部
容器３５と上部容器３１とは上昇管３２ａ及び下降管３
２ｂにより連結されている。そして、これらの下部容器
３５、上部容器３１、上昇管３２ａ及び下降管３２ｂの
内部は、外気から気密的に隔離されている。また、上昇
管３２ａは長く、その下端は下部容器３５内の溶湯３７
内に深く浸漬され、下降管３２ｂは短く、その下端は溶
湯３７内に浅く浸漬されている。

【００２８】下部容器３５内には溶湯３７を攪拌してセ
ラミックス粒子の沈澱を防止するために、インペラー３
４ｂが挿入されており、このインペラー３４ｂは下部容
器３５の外部に設けた駆動装置３４ａにより回転駆動さ
れる。

【００２９】下部容器３５及び上昇容器３１内には、溶
湯３７の酸化及び水素吸収を防止するための保護ガスが
供給装置３６から導入されるようになっている。この供
給装置３６は一定の圧力でバランスするようになってお
り、下部容器３５内の圧力が所定値を超えて上昇する
と、逆に溶湯３７の湯面上のガスを脱気する。また、上
昇管３２ａの側壁下部には脱ガス促進ガスの吹き込み部
３３ｂが設けられており、供給装置３３ａから供給され
た脱ガス促進ガスが上昇管３２ａ内に吹き込まれるよう
になっている。

【００３０】本実施例方法においては、保護ガスの供給
装置３６から下部容器３５及び上部容器３１内に保護ガ
スを供給し、下部容器３５及び上部容器３１内の溶湯を
保護ガスにより酸化及び水素吸収から保護する。そし
て、供給装置３３ａから脱ガス促進ガスを吹き込み部３
３ｂに供給し、上昇管３２ａ内の下部に吹き込む。これ
により、上昇管３２ａ内の溶湯３７は気泡を含むので、
その密度が低下し、下降管３２ｂ内の溶湯３７の密度よ
り小さくなるため、保護ガスの圧力により溶湯３７が上
昇管３２ｂ内を押し上げられ、上部容器３１内に移動す
る。上部容器３１内では溶湯と気泡が分離するため、溶
湯の密度が上昇し、溶湯は下降管３２ｂ内を通って下部
容器３５内に戻ってくる。このようにして、図５の場合
と同様に溶湯３７が循環する。これにより、脱ガス促進
ガスによるバブリングで溶湯の脱ガスが生じると共に、
循環流によってマトリックスとセラミックス粒子との分
離が防止される。脱ガスされたガスは供給装置３６によ
り下部容器３５から脱気される。

【００３１】図７は本発明の第５の実施例を示す断面図
である。本実施例は、溶湯の連続鋳造工程に脱ガス処理
を適用したものである。図７において図４と同一物には
同一符号を付してその詳細な説明は省略する。混合炉４
０はセラミックス粒子を金属マトリックス溶湯に添加
し、混合するためのものであり、溶湯３９はこの混合炉
４０内で適宜の加熱手段（図示せず）により加熱される
ようになっている。また、この混合炉４０内にはインペ
ラー４１ｂが挿入され、モータ４１ａによりインペラー
４１ｂが回転駆動される。

【００３２】混合炉４０内の粒子分散合金溶湯３９は混
合炉４０の側壁下部の出湯口から樋４２の一端部に出湯
される。また、溶湯は出湯樋４２の他端部にてヘッダ４
７に案内されて樋４２の底部から連続鋳造鋳型４８内に
鋳造される。鋳型４８内で溶湯が凝固して得られた鋳塊
５０はダミーバ５１に連結され、ダミーバ５１を引き抜
き装置４９により下降させることにより鋳塊５０が下方
に引き抜かれる。なお、鋳型４８の下方には、鋳塊５０
にスプレー水を噴射して直接水冷するためのノズルが設
けられている。

【００３３】なお、混合炉４０、出湯樋４２及びヘッダ
４７は耐火物により作られており、溶湯の保温効果を高
めるようになっている。

【００３４】そして、出湯樋４２は中央部には、仕切部
材４４が設けられており、この部分に図４に示す脱ガス
処理装置と同様の構造を有する脱ガス処理装置４３が設
けられている。この脱ガス処理装置４３は真空容器２１
の底部に設けた上昇管２２が仕切部材４４の上流側の溶
湯３９内に浸漬され、下降管２３が仕切部材４４の下流
側の溶湯３９内に浸漬されている。そして、上昇管２２
内には供給装置２９から脱ガス促進ガスが吹き込まれ、
真空容器４３内は排気装置２４により排気されるように
なっている。

【００３５】本実施例方法においては、混合炉４０内で
攪拌混合された粒子分散合金の溶湯３９は出湯樋４２内
を通流して水冷鋳型４８内に鋳造される。鋳造開始時
に、鋳型４８内にはダミーバ５１が配置されており、鋳
型４８内に供給された溶湯は鋳型４８により冷却されて
凝固する。得られた鋳塊５０はダミーバ５１を下降させ
ることにより下方に引き抜かれる。

【００３６】而して、出湯樋４２においては、脱ガス装
置４３の上昇管２２内に脱ガス促進ガスを吹き込むこと
により溶湯３９は上昇管２２内を上昇し、真空容器２１
内に入る。そして、溶湯３９は真空容器２１から下降管
を介して下降し、仕切部材４４の下流側の樋４２に供給
される。このようにして、出湯樋４２において、仕切部
材４４の上流側の溶湯３９は、上昇管２２、真空容器２
１及び下降管２３を通流して仕切部材４４の下流側の樋
４２に導入され、この間に真空容器２１内で脱ガス処理
される。

【００３７】本実施例においては、溶湯を連続鋳造する
間に、連続的に脱ガス処理されて、極めて高生産性で脱
ガス処理された粒子分散合金を製造することができる。

【００３８】図８は本発明方法により製造された粒子分
散合金ビレットの金属学的組織の一例（倍率５０倍）を
示す。この図８に示すように、セラミックス粒子の分布
が均一であり、気泡等に起因する穴がない健全なビレッ
ト製品が得られた。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、セラミックス粒子の分
離を回避しつつ高効率で粒子分散合金溶湯を脱ガス処理
することができ、セラミックス粒子が均一に分散した健
全な鋳塊を高生産性で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例方法を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例方法を示す断面図であ
る。

【図３】本実施例におけるガス濃度の変化を示すグラフ
図である。

【図４】本発明の第３の実施例方法を示す断面図であ
る。

【図５】本実施例におけるガス濃度の変化を示すグラフ
図である。

【図６】本発明の第４の実施例方法を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の第５の実施例方法を示す断面図であ
る。

【図８】本発明方法により製造したビレットの金属分散
組織の一例を示す顕微鏡写真である。

【図９】従来方法を示す図である。

【符号の説明】

１，１４，２６；溶湯保持容器５，１１，２１；真空容器１７；ノズル２２，３２ａ；上昇管２３，３２ｂ；下降管４２；出湯樋４４；仕切部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】脱ガス処理前の粒子分散合金の溶湯を第
１の容器に装入し、第２の容器内を排気状態におくと共
に、前記溶湯を前記第１の容器と前記第２の容器との間
で移動させることにより脱ガスすることを特徴とする粒
子分散合金の製造方法。
【請求項２】前記溶湯は、前記第１の容器から第２の
容器内に噴射させることにより移動させることを特徴と
する請求項１に記載の粒子分散合金の製造方法。
【請求項３】前記第２の容器は前記第１の容器よりも
上方に配置し、前記溶湯は前記第２の容器内の圧力を減
圧することにより第２の容器内に吸い上げ、前記第２の
容器内の圧力を戻すことにより降下させ、この吸引及び
降下を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載
の粒子分散合金の製造方法。
【請求項４】前記第２の容器は前記第１の容器よりも
上方に配置すると共に、前記第１の容器内の溶湯中にそ
の下部が浸漬する上昇管及び下降管を有し、前記溶湯を
前記上昇管を介して第２の容器内に上昇させ、前記下降
管を介して第１の容器内に下降させることにより、前記
溶湯を循環移動させることを特徴とする請求項１に記載
の粒子分散合金の製造方法。
【請求項５】前記第２の容器は前記第１の容器よりも
上方に配置すると共に、前記第１の容器内の溶湯中にそ
の下部が浸漬する上昇管及び下降管を有し、前記第１の
容器はその内部が仕切部材により仕切られており、前記
上昇管と下降管は夫々前記仕切管部材により仕切られた
異なる部屋にて溶湯を吸引し、返戻することを特徴とす
る請求項１に記載の粒子分散合金の製造方法。
【請求項６】前記上昇管内に脱ガス促進用のガスを吹
き込むことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項
に記載の粒子分散合金の製造方法。
【請求項７】上部容器及び下部容器を上昇管及び下降
管を介して気密的に連結し、前記下部容器内の粒子分散
合金の溶湯を前記上昇管内にガスを吹き込むことにより
上昇管内を上昇させ、上部容器内でガスが分離された溶
湯を下降管を介して下降させ、下部容器、上昇管、上部
容器及び下降管を循環移動させて溶湯を脱ガスすること
を特徴とする粒子分散合金の製造方法。