JPH0611889B2 - Ａ１―Ｌｉ系合金の溶製方法 - Google Patents
Ａ１―Ｌｉ系合金の溶製方法Info
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- JPH0611889B2 JPH0611889B2 JP1259904A JP25990489A JPH0611889B2 JP H0611889 B2 JPH0611889 B2 JP H0611889B2 JP 1259904 A JP1259904 A JP 1259904A JP 25990489 A JP25990489 A JP 25990489A JP H0611889 B2 JPH0611889 B2 JP H0611889B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高純度のAl-Li系合金の溶製方法に関するも
のであり、特に、Liは活性度が高く耐火材料と反応しや
すいことから耐火物を特定することによって、溶製され
た合金中の不純物を軽減させるものである。
のであり、特に、Liは活性度が高く耐火材料と反応しや
すいことから耐火物を特定することによって、溶製され
た合金中の不純物を軽減させるものである。
Al-Li系合金は、従来のAl合金に比較して軽量かつ高強
度であることから、航空機用材料等の分野で開発が進め
られている。Al-Li系合金の製造法としては、溶解鋳造
方式と粉末冶金方式がある。このうち、溶解鋳造方式で
は、Liの活性が高く、雰囲気ガス及び溶湯と接する耐火
炉材との反応により、合金汚染、Li含有量の減少、
耐火物の侵食、破損などが生じ、高純度の合金が得ら
れず、Li添加の効果が十分発揮されないという問題があ
った。
度であることから、航空機用材料等の分野で開発が進め
られている。Al-Li系合金の製造法としては、溶解鋳造
方式と粉末冶金方式がある。このうち、溶解鋳造方式で
は、Liの活性が高く、雰囲気ガス及び溶湯と接する耐火
炉材との反応により、合金汚染、Li含有量の減少、
耐火物の侵食、破損などが生じ、高純度の合金が得ら
れず、Li添加の効果が十分発揮されないという問題があ
った。
また、カルシャ質耐火物で構成された容器を用いて、非
酸化性雰囲気で溶製する方法（特開昭６２−１５８８３
５号公報）が提案されている。
酸化性雰囲気で溶製する方法（特開昭６２−１５８８３
５号公報）が提案されている。
しかしながら、これらの従来の製造方法のうち、溶解鋳
造方式では、Liが活性金属であることから、空気中の酸
素、窒素、水素、水分などと化合し易く、また、溶湯と
接する耐火炉材による合金汚染やLi2O系酸化物の生成、
Li含有量の減少等の問題が生起する。すなわち、溶製雰
囲気と反応して、 ２Li+1/2O2 → Li2O ３Li+1/2N2 → Li3N Li+1/2H2 → LiH Li+H2O → LiOH+1/2H2 となり、溶湯中のLi含有量を減少させるとともにLi2O
は、溶湯中に残留し、介在物となり、合金汚染の原因と
なる。また、H2は溶湯中に残留し、鋳塊のガス欠陥とな
る。また、耐火物と反応して ４Li+3SiO2 → Si＋２Li2SiO3 ２Li+MgO → Mg+Li2O ６Li+Fe2O3 → ２Fe+3Li2O ６Li+Cr2O3 → 2Cr＋３Li2O ２Li+Na2O → ２Na＋Li2O ２Li＋２Ｃ → Li2C2 ３Li＋２Al2O3 → Ａｌ＋３LiAlO2 すなわち、耐火物の成分と反応して、耐火物を溶損、破
壊させる。また、Li含有量を減少させるとともに、Li2S
iO3，Li2O，Li2C2などは、溶湯中に残留し、介在物とな
り、合金汚染の原因となる。Si，Ca，Fe，Cr，Naなどは
溶湯中に遊離し、不純物元素を増加させる原因となる。
造方式では、Liが活性金属であることから、空気中の酸
素、窒素、水素、水分などと化合し易く、また、溶湯と
接する耐火炉材による合金汚染やLi2O系酸化物の生成、
Li含有量の減少等の問題が生起する。すなわち、溶製雰
囲気と反応して、 ２Li+1/2O2 → Li2O ３Li+1/2N2 → Li3N Li+1/2H2 → LiH Li+H2O → LiOH+1/2H2 となり、溶湯中のLi含有量を減少させるとともにLi2O
は、溶湯中に残留し、介在物となり、合金汚染の原因と
なる。また、H2は溶湯中に残留し、鋳塊のガス欠陥とな
る。また、耐火物と反応して ４Li+3SiO2 → Si＋２Li2SiO3 ２Li+MgO → Mg+Li2O ６Li+Fe2O3 → ２Fe+3Li2O ６Li+Cr2O3 → 2Cr＋３Li2O ２Li+Na2O → ２Na＋Li2O ２Li＋２Ｃ → Li2C2 ３Li＋２Al2O3 → Ａｌ＋３LiAlO2 すなわち、耐火物の成分と反応して、耐火物を溶損、破
壊させる。また、Li含有量を減少させるとともに、Li2S
iO3，Li2O，Li2C2などは、溶湯中に残留し、介在物とな
り、合金汚染の原因となる。Si，Ca，Fe，Cr，Naなどは
溶湯中に遊離し、不純物元素を増加させる原因となる。
このようにAl−Li系合金は、通常の耐火物炉材を用いた
溶解では良質な合金は得られず、また、 Liは、溶解時に酸化揮発損失しやすい。
溶解では良質な合金は得られず、また、 Liは、溶解時に酸化揮発損失しやすい。
酸化物が溶湯に巻き込まれ、これは極めて除去しがた
い。
い。
ガスを吸収するので材料中に気泡が発生しやすい。
等の様々な問題をもっている。
また、カルシャ耐火物炉材を使用し、上記問題点を解消
しようとするものは、酸化物としてのO2は低下するが、
Al−Li合金に有害なCaが溶出して、合金が汚染されると
いう問題がある。また、カルシャ耐火物は吸湿性であ
り、耐火物の保存や築炉から溶製までの管理に注意を要
する。
しようとするものは、酸化物としてのO2は低下するが、
Al−Li合金に有害なCaが溶出して、合金が汚染されると
いう問題がある。また、カルシャ耐火物は吸湿性であ
り、耐火物の保存や築炉から溶製までの管理に注意を要
する。
また、AlとLiを均一組成に溶製することは困難で、また
不純物が多いことから、得られるインゴットは塑性加工
に際し極めて割れやすいという欠点がある。
不純物が多いことから、得られるインゴットは塑性加工
に際し極めて割れやすいという欠点がある。
これに対し、粉末冶金方式は、粉末を混合・ホットプレ
ス法等で成形するため、この混合中に雰囲気ガスの巻き
込み等による酸化物の生成があり、しかも得られた粉末
は爆発しやすいことから、保存が困難であるという問題
もある。
ス法等で成形するため、この混合中に雰囲気ガスの巻き
込み等による酸化物の生成があり、しかも得られた粉末
は爆発しやすいことから、保存が困難であるという問題
もある。
本発明は、上記従来の実情に鑑み、Al−Li系合金の工業
的に極めて有利な溶製方法を提供するものであって、Al
−Li系合金を溶製するに際し、溶解炉内面及び溶湯と接
触する部分がアルミナ含有量が９５％以上の高アルミナ
質耐火物で構成された容器を用いて、Liに対し不活性な
ガス雰囲気（Al又はHe）中にて溶製することを特徴とす
るAl−Li系合金の溶製方法を要旨とするものである。
的に極めて有利な溶製方法を提供するものであって、Al
−Li系合金を溶製するに際し、溶解炉内面及び溶湯と接
触する部分がアルミナ含有量が９５％以上の高アルミナ
質耐火物で構成された容器を用いて、Liに対し不活性な
ガス雰囲気（Al又はHe）中にて溶製することを特徴とす
るAl−Li系合金の溶製方法を要旨とするものである。
本発明の構成と作用につき詳細に説明する。なお、本明
細書において「％」は「重量％」を示す。
細書において「％」は「重量％」を示す。
本発明において、Al−Li系合金とは、（1.7〜2.9％）Li
−（0.4〜3.3％）Cu−（0.2〜1.9％Ｍｇ−（0.04〜0.16
％）Zrを含有するAl−Li系合金であって、その他の元素
として、Si，Fe，Mn，Cr，Zn，Ti，Na，Ca，Ｋを一定量
以下に制限する必要がある。このうち、Na，Ca，Ｋは、
靭性の改善のため、これらの全量で１０ppm以下に制限
する必要がある。
−（0.4〜3.3％）Cu−（0.2〜1.9％Ｍｇ−（0.04〜0.16
％）Zrを含有するAl−Li系合金であって、その他の元素
として、Si，Fe，Mn，Cr，Zn，Ti，Na，Ca，Ｋを一定量
以下に制限する必要がある。このうち、Na，Ca，Ｋは、
靭性の改善のため、これらの全量で１０ppm以下に制限
する必要がある。
本発明においては、このようなAl−Li系合金を、内面が
Al2O3が９５％以上のアルミナ質耐火材料で構成された
容器を用い、Liに対して不活性であるAr，He雰囲気下
で、常法例えば高周波あるいは低周波誘導加熱法等で加
熱して溶解させて溶解する。このようなアルミナ質耐火
材料のAl2O3含有量が高いほど、CaO，SiO2含有量が少な
いため、Liとの反応は少なく不純物の生成が軽減され
て、溶湯の汚染は防止される。したがって、Al2O3含有
量が９５％以上の耐火材料を使用すべきである。
Al2O3が９５％以上のアルミナ質耐火材料で構成された
容器を用い、Liに対して不活性であるAr，He雰囲気下
で、常法例えば高周波あるいは低周波誘導加熱法等で加
熱して溶解させて溶解する。このようなアルミナ質耐火
材料のAl2O3含有量が高いほど、CaO，SiO2含有量が少な
いため、Liとの反応は少なく不純物の生成が軽減され
て、溶湯の汚染は防止される。したがって、Al2O3含有
量が９５％以上の耐火材料を使用すべきである。
Al2O3は、高融点であると共に高温で極めて安定であ
り、Liと反応してLi2O酸化物を生成することがなくLiAl
O2（リチュウムアルミネート）となって、耐火物の表面
を覆いAl−Li溶湯に対して保護作用をもつため、Al−Li
系合金溶湯のLiを減少させたり、不純物により汚染する
ことがない。
り、Liと反応してLi2O酸化物を生成することがなくLiAl
O2（リチュウムアルミネート）となって、耐火物の表面
を覆いAl−Li溶湯に対して保護作用をもつため、Al−Li
系合金溶湯のLiを減少させたり、不純物により汚染する
ことがない。
３Li＋２Al2O3 → Al＋３LiAlO2 また、９５％以上の高アルミナ耐火材料は、CaO，SiO2
含有量が少ないため、CaやSiで汚染されることがない。
含有量が少ないため、CaやSiで汚染されることがない。
このため、内面が９５％Al2O3の炉材で構成された容器
を用いることにより、従来溶製困難とされた高純度なAl
−Li系合金の溶製が可能となった。
を用いることにより、従来溶製困難とされた高純度なAl
−Li系合金の溶製が可能となった。
本発明を実施例及び比較例によりさらに具体的に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。
実施例１ 第１図は本発明の実施に使用する溶解炉の概要を示して
おり、加熱炉１内にArなど不活性雰囲気の流入するよう
にした気密容器２を装入し、該容器に溶湯４を入れた試
験用ルツボを収納する。気密容器には酸素濃度計の検出
部５が、試験用ルツボには熱電対６がそれぞれ設置され
る。このような溶解炉を用いAl−Li溶湯に対する不純物
量（溶湯汚染）を調査した。使用した耐火物は、第１表
に示す１０種類であり、不純物成分がSi＝１６０ppm、F
e＝４４０ppm、Ca，Na，Cr，Mgが１０ppm以下であるAl
−2.5％Li合金を、上記１０種類の耐火物ルツボに装入
し（第１図）、これを気密容器に入れ、８５０℃で、Ar
を流通させながら溶解し、溶湯中の不純物の増加量を調
べた。その結果を第１表に示した。
おり、加熱炉１内にArなど不活性雰囲気の流入するよう
にした気密容器２を装入し、該容器に溶湯４を入れた試
験用ルツボを収納する。気密容器には酸素濃度計の検出
部５が、試験用ルツボには熱電対６がそれぞれ設置され
る。このような溶解炉を用いAl−Li溶湯に対する不純物
量（溶湯汚染）を調査した。使用した耐火物は、第１表
に示す１０種類であり、不純物成分がSi＝１６０ppm、F
e＝４４０ppm、Ca，Na，Cr，Mgが１０ppm以下であるAl
−2.5％Li合金を、上記１０種類の耐火物ルツボに装入
し（第１図）、これを気密容器に入れ、８５０℃で、Ar
を流通させながら溶解し、溶湯中の不純物の増加量を調
べた。その結果を第１表に示した。
NO.１およびNO.２は、本発明例の高アルミナ系耐火物を
使用した場合で、Siが２４０および２００ppm、Feが５
００および４８０ppmに増加したが、Ca，Na，Cr，Mgの
増加は認められなかった。
使用した場合で、Siが２４０および２００ppm、Feが５
００および４８０ppmに増加したが、Ca，Na，Cr，Mgの
増加は認められなかった。
しかし、比較例のNO.３は、９０％のアルミナ耐火物を
使用した場合で、Siが１０００ppm、Caが２０ppmに増加
し、不純物が多くなり、好ましくない。
使用した場合で、Siが１０００ppm、Caが２０ppmに増加
し、不純物が多くなり、好ましくない。
NO.４は、通常の８５％のアルミナ耐火物を使用した場
合で、Siが１２５０ppm、Caが２７ppmに増加し、不純物
が多くなり、好ましくない。
合で、Siが１２５０ppm、Caが２７ppmに増加し、不純物
が多くなり、好ましくない。
NO.５は、Al2O3−Cr2O3耐火物を使用した場合で、Siが
１５００ppm、Caが２９００ppm、Crが７％および不溶性
不純物が６％に増加し、不純物が多くなり、好ましくな
い。
１５００ppm、Caが２９００ppm、Crが７％および不溶性
不純物が６％に増加し、不純物が多くなり、好ましくな
い。
NO.６は、MgO耐火物を使用した場合で、Si，Ca，Fe，Mg
が若干増加するほか、不溶性不純物が１％増加し、不純
物が多くなり、好ましくない。ただし、Mgは、本合金の
基本成分として含有する場合があるので、不純物とはな
らないこともある。
が若干増加するほか、不溶性不純物が１％増加し、不純
物が多くなり、好ましくない。ただし、Mgは、本合金の
基本成分として含有する場合があるので、不純物とはな
らないこともある。
NO.７は、MgO−CaO耐火物を使用した場合で、Caが１５
００ppmに増加し、好ましくない。
００ppmに増加し、好ましくない。
NO.８は、Al2O3−MgO耐火物を使用した場合で、Si，Fe
が若干増加した。
が若干増加した。
NO.９は、酸化物ボンドで固めたSiC耐火物を使用した場
合で、Si，Ca，Fe，Crおよび不溶性不純物が４％に増加
し、好ましくない。
合で、Si，Ca，Fe，Crおよび不溶性不純物が４％に増加
し、好ましくない。
NO.１０は、窒化物ボンドで固めたSiC耐火物を使用した
場合で、Si，Ca，Feおよび不溶性不純物が５％に増加
し、好ましくない。
場合で、Si，Ca，Feおよび不溶性不純物が５％に増加
し、好ましくない。
実施例２ 実施例１と同様な溶解を行い、８５０℃で１００時間保
持し、耐火物の耐破損性、溶湯浸透性、耐侵食性等を調
査した。その結果を第１表に示す。
持し、耐火物の耐破損性、溶湯浸透性、耐侵食性等を調
査した。その結果を第１表に示す。
NO.１の本発明例の高アルミナ系耐火物の場合は、溶湯
の浸透が若干見られたが、耐破損性、耐侵食性に優れる
ものであって、しかし、比較例の耐火物は、溶湯浸透が
大きく、破損や侵食が見られるものである。
の浸透が若干見られたが、耐破損性、耐侵食性に優れる
ものであって、しかし、比較例の耐火物は、溶湯浸透が
大きく、破損や侵食が見られるものである。
以上詳述したとおり、本発明のAl−Li系合金の溶製方法
は、 酸化物介在物量が低減され、酸素、窒素、水素等のコ
ンタミの少ないAl−Li系合金を容易に得ることができ
る。
は、 酸化物介在物量が低減され、酸素、窒素、水素等のコ
ンタミの少ないAl−Li系合金を容易に得ることができ
る。
従って、得られる合金は極めて強度等の特性に優れた
ものとなる。
ものとなる。
極めて均質な組成の合金が得られる。
このため、鋳造後のインゴットは、鋳造に際して割れ
ることがなく、Al−Li系合金の溶解、鋳造を安定かつ容
易に行える。
ることがなく、Al−Li系合金の溶解、鋳造を安定かつ容
易に行える。
等の様々な効果が奏され、工業的に極めて有利である。
第１図は本発明方法の実施に使用する溶解炉の概要図で
ある。 １…加熱炉 ２…気密容器 ３…試験用ルツボ ４…溶湯 ５…酸素濃度計検出部 ６…熱電対
ある。 １…加熱炉 ２…気密容器 ３…試験用ルツボ ４…溶湯 ５…酸素濃度計検出部 ６…熱電対
Claims (1)
- 【請求項１】Al−（1.5〜3.0％）Li系合金を溶製するに
際し、溶解炉内面及び溶湯と接触する部分がAl2O3含有
量が９５％以上の高アルミナ質耐火物で構成された容器
を用いて、Liに対して不活性であるAr,Heガス雰囲気中
にて溶製することを特徴とするAl-Li系合金の溶製方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259904A JPH0611889B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | Ａ１―Ｌｉ系合金の溶製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1259904A JPH0611889B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | Ａ１―Ｌｉ系合金の溶製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03122230A JPH03122230A (ja) | 1991-05-24 |
| JPH0611889B2 true JPH0611889B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=17340548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1259904A Expired - Lifetime JPH0611889B2 (ja) | 1989-10-06 | 1989-10-06 | Ａ１―Ｌｉ系合金の溶製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611889B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070107757A (ko) * | 2005-03-02 | 2007-11-07 | 니혼쥬카가쿠고교가부시키가이샤 | 고증기압 금속 함유 합금의 용해방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0645831B2 (ja) * | 1986-01-07 | 1994-06-15 | 三井造船株式会社 | Ａｌ−Ｌｉ系合金の溶製方法 |
-
1989
- 1989-10-06 JP JP1259904A patent/JPH0611889B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03122230A (ja) | 1991-05-24 |
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