JPH06505198A - Continuous manufacturing equipment for castable metal matrix composites - Google Patents

Continuous manufacturing equipment for castable metal matrix composites

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JPH06505198A JP4505906A JP50590692A JPH06505198A JP H06505198 A JPH06505198 A JP H06505198A JP 4505906 A JP4505906 A JP 4505906A JP 50590692 A JP50590692 A JP 50590692A JP H06505198 A JPH06505198 A JP H06505198A
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Abstract

A method and apparatus for preparing a continuous flow of castable composite materials of nonmetallic particles in a metallic matrix, wherein particles are mixed into a molten metallic alloy to wet the molten metal to the particles, and the particles and metal are sheared past each other to promote wetting of the particles by the metal. The mixing occurs while minimizing the introduction of gas into the mixture, and while minimizing the retention of gas at the particle-liquid interface. Mixing is done at or below a maximum temperature whereat the particles do not substantially chemically degrade in the molten metal during the time required for processing, and casting is done at a temperature sufficiently high that there is no solid metal present in the melt.

Description

【発明の詳細な説明】 鋳造可能な金属マトリクス複合材の連続製造装置技術分野 この発明は金属マトリクス複合材料に関し、より詳細には連続流れ混合法による このような材料の製造に関する。[Detailed description of the invention] Continuous manufacturing equipment technology for castable metal matrix composites The present invention relates to metal matrix composite materials, and more particularly to metal matrix composite materials produced by continuous flow mixing. Concerning the manufacture of such materials.

金属マトリクス複合材料は構造材料としてますます受け入れられるようになって いる。金属マトリクス複合材料は典型的には、金属マトリクス中に埋め込まれた 繊維、粗粒子、粉末などの強化粒子から成っている。強化材により、強度、剛性 及び他の所望の特性が複合材料に与えられ、一方マトリクスは繊維を保護し、複 合材料内の負荷を移動させる。この2つの成分であるマトリクスと強化材は、こ のように協同して、その一方だけで得られるもの以上の改善された結果を得るこ とができる。Metal matrix composites are becoming increasingly accepted as structural materials. There is. Metal matrix composites are typically embedded in a metal matrix. It consists of reinforcing particles such as fibers, coarse particles, and powders. Strength and rigidity due to reinforcement material and other desired properties to the composite material, while the matrix protects the fibers and Transfer the load within the composite material. These two components, the matrix and the reinforcement, are work together to achieve improved results over what could be achieved alone. I can do that.

背景技術 20年前、このような材料は、製造コストが非常に高く、デザイナ−にほとんど 認められていなかったため、研究室における好奇心にすぎなかった。最近では、 このような材料のための多くの適用が発見され、使用される量が増加している。Background technology Twenty years ago, these materials were so expensive to manufacture that designers had little choice. Because it was not recognized, it was little more than a curiosity in the laboratory. recently, Many applications for such materials are being discovered and they are being used in increasing amounts.

複合材料を製造するためのコストの高さは依然問題点のままでありそのため更に 適用されるのを遅らせており、高張力合金などのより一般的な代替品と競争する ことのできる価格の、容認され得る品賀を有する複合材料を製造する製造方法に 対する必要性が増加している。The high cost of producing composite materials remains an issue and therefore slow to be applied and compete with more common alternatives such as high-strength alloys A manufacturing method for producing composite materials having an acceptable quality and at an acceptable price. There is an increasing need for

無強化金属合金は通常、溶融及び鋳造手順により製造される。溶融及び鋳造は、 強化粒子が溶融及び鋳造中に溶融金属と化学的に反応する可能性があるために、 強化複合材料の製造においては容易に適用できない。もう1つの問題点は、溶融 金属がしばしば粒子の表面を直ちに濡らすことができないことであり、そのため その2つの混合物は鋳造後に直ちに分離するあるいは乏しい機械的特性を有する こととなる。Unreinforced metal alloys are typically produced by melting and casting procedures. Melting and casting Because the reinforcing particles can chemically react with the molten metal during melting and casting, It is not easily applicable in the production of reinforced composite materials. Another problem is melting. The problem is that metals often cannot wet the surface of the particles immediately, so The two mixtures separate immediately after casting or have poor mechanical properties. That will happen.

過去においては、溶融合金に微粒子材料を添加し、その結果得られる混合物を鋳 造することにより金属合金−微粒子複合材料を製造する試みは特に成功していな かった。このようなアプローチで主に困難な点は、溶融金属合金が、炭化珪素な どの所望の粒子を容易に濡らすことができないことであると仮定されていた。In the past, particulate material was added to the molten alloy and the resulting mixture was Attempts to produce metal alloy-particulate composites by fabrication have not been particularly successful. won. The main difficulty with such an approach is that the molten metal alloy is It was assumed that any desired particles could not be easily wetted.

その結果、もしそれが不可能でないならば、液体マトリクス中への粒子の導入と 保持が非常に困難であった。As a result, if it is not possible, the introduction of particles into the liquid matrix and It was very difficult to hold.

溶融及び鋳造によりこのような複合材料を製造することができれば、重要な技術 的、経済的利点を有すことになり、結果的には、そのような複合材料を製造する 多くの試みがなされ、湛れ性はニッケルにより粒子を被覆することにより達成さ れることが示唆されている。The ability to produce such composite materials by melting and casting would be an important technology As a result, the production of such composite materials will have physical and economic advantages. Many attempts have been made to achieve waterlogging properties by coating the particles with nickel. It has been suggested that

別の技術では、溶融物を耐火粒子のアニオンで飽和させることにより、溶融物中 の耐火粒子の濡れを促進させることが含まれている。他の方法では、耐火粒子を 添加する前にリチウム、マグネシウム、珪素及びカルシウムなどの元素を溶融物 に添加することが含まれている。更に別の方法では、固体金属粒子が存在するよ うに、炭化珪素の粒子を、その合金の液体温度以下に温度が維持されている合金 の激しく撹はんされ、部分的に固化されたスラリーに添加することが含まれてい る。微粒子の濡れ性を改善する更に別の試みでは、水分、酸素、吸着ガス及び表 皮を除去するために、溶融物中の大きな粒子材料と繊維を、溶融合金と混合する 前に、イオン衝撃、機械的な撹はん、真空及び熱にさらすことが含まれている。Another technique involves saturating the melt with anions of refractory particles. This includes promoting wetting of the refractory particles. In other methods, refractory particles Melt elements such as lithium, magnesium, silicon and calcium before adding Contains additions to. Yet another method involves the presence of solid metal particles. An alloy in which silicon carbide particles are kept at a temperature below the liquid temperature of the alloy. to a vigorously stirred, partially solidified slurry of Ru. Yet another attempt to improve the wettability of microparticles involves the use of water, oxygen, adsorbed gases, and Mixing large particulate material and fibers in the melt with the molten alloy to remove skins Prior treatment includes ion bombardment, mechanical agitation, vacuum and heat exposure.

あるアプローチにおけるアルミニウム合金−アルミナ繊維複合材料の製造では、 かい型デザインの撹はん羽根が使用されており、この羽根はその繊維を溶融物中 に導入するために高いせん断力を誘起し、うずを形成するようにるつぼの壁に非 常に接近して動くように設計されている。この工程ではまた、バッフルが必要で あり、このバッフルは流れの方向に向かって約45°の傾斜角で、溶融物の表面 かられずかに下の位置に浸されている。バッフルの役割は、溶融物中の流れの型 を反対にし、繊維が溶融物の表面下でトラップされるのを補助することである。In one approach to manufacturing aluminum alloy-alumina fiber composites, A paddle-shaped stirring blade is used, which moves the fibers into the melt. to induce high shear forces to be introduced into the crucible wall to form a vortex. Designed to always move close together. This process also requires baffles. This baffle is inclined at an angle of approximately 45° towards the direction of flow, and the surface of the melt is It is immersed in the lower position without being soaked. The role of baffles is to control the flow pattern in the melt. , and to help the fibers become trapped below the surface of the melt.

更に別のアプローチでは、アルミニウムー炭化珪素粒子複合材料などの複合材料 が粒子の分散の湯洗を用いて製造される。粒子は溶融物に添加される前に、その 溶融物への導入を補助するために900℃で60分間予め加熱される。渦は機械 的な羽根車、これにより深い渦が形成される、を用いて急速に溶融物を撹はんす ることにより生成される。微粒子が溶融物中に直ちに混入され、溶融金属により 粒子が濡れるのを促進するために、粒子は渦の側面を通して添加される。この方 法により製造された複合材料では、トラップされたガスと同様、微粒子に対する 金属の結合性が乏しい。Yet another approach is to use composite materials such as aluminum-silicon carbide particle composites. is produced using hot water washing of the particle dispersion. The particles are added to the melt before they are added to the melt. Preheat at 900° C. for 60 minutes to aid introduction into the melt. The vortex is a machine The melt is rapidly stirred using an impeller, which forms a deep vortex. It is generated by Fine particles are immediately mixed into the melt and are removed by the molten metal. Particles are added through the side of the vortex to promote wetting of the particles. This person Composite materials manufactured by this method are resistant to fine particles as well as trapped gases. Poor metal bonding.

溶融及び鋳造技術の変形では、強化材は充填材料のマットとして提供され、溶融 金属合金は加圧下で残存空間へ押しやられる。溶浸(infiltration )あるいは圧搾鋳造と呼ばれる、この方法では、内部でうまく結合していない複 合材料が生成される。更に、この方法は費用が高く、使用困難である。というの は、個々の部分に特異的な装置を製造しなければならないからである。In a variant of the melting and casting technique, the reinforcement is provided as a mat of filler material and is melted The metal alloy is forced under pressure into the residual space. infiltration ) or compression casting, this method uses composites that are not well bonded internally. A composite material is generated. Furthermore, this method is expensive and difficult to use. That's what I mean This is because devices specific to each individual part must be manufactured.

これらの従来の溶融及び鋳造技術は全て、主に、完全な濡れ性を得るために、粒 子あるいは溶融合金になされなければならない特別で費用のかかる変更のために 、不利益を有している。更に、その技術は、大規模で、工業的な適用のために複 合材料を製造する際に成功していない。All of these traditional melting and casting techniques mainly focus on the production of grains in order to obtain complete wettability. for special and costly changes that must be made to the child or molten alloy. , has disadvantages. Moreover, the technology is complex for large-scale, industrial applications. There has been no success in producing composite materials.

金属マトリクス及び微粒子強化材を有する複合材料を製造するための別の工業用 アプローチでは、粉末や全技術が使用されている。粉末や金法の例においては、 注意深く一定の大きさにされたアルミニウム粉末を有機溶剤の存在下で炭化珪素 粒子と混合する。溶剤は空気中でのアルミニウムと酸素間の自然発火反応を避け るために必要である。混合物は乾燥皿中に注がれ、溶剤は一定の時間で蒸発させ られる。約1mmの厚さの乾燥した、固められていないシートが積み重ねられ、 所望の厚さの板を形成する。このシートのもろいスタックをプレス中に配置し、 マトリクスの液体一固体状態まで加熱し、そこで、金属は液状となる。その後、 スタックはプレスされ、粒子を固め、固体板を形成する。Another industrial use for producing composite materials with metal matrix and particulate reinforcement Approaches have used powder and whole techniques. In the powder and gold method examples, Carefully sized aluminum powder is injected into silicon carbide in the presence of an organic solvent. Mix with particles. Solvent avoids pyrophoric reaction between aluminum and oxygen in air It is necessary to The mixture is poured into a drying dish and the solvent is allowed to evaporate over a period of time. It will be done. Dry, unconsolidated sheets approximately 1 mm thick are stacked, Form a plate of desired thickness. This flimsy stack of sheets is placed in a press, The matrix is heated to a liquid-solid state, where the metal becomes liquid. after that, The stack is pressed to consolidate the particles and form a solid plate.

別の粉末や金法では、炭化珪素粒子及びアルミニウムは上記のように混合される が、混合された粉末は円筒形の鋳型にそそぎ込まれ、真空ホットプレスにより円 筒形のビレットに固められる。原材料、特にアルミニウム粉末、のコストが高( 、製造工程が複雑なため、複合材料の現在のコストでは、多くの地域で大規模に 使用されるのはためられれる。粉末法では、金属マトリクス材料中の合金元素の 偏析がかなり起こる結果となり、これは機械的及び物理特性に逆効果を及ぼすた めに望ましくない。In another powder or gold method, silicon carbide particles and aluminum are mixed as described above. However, the mixed powder is poured into a cylindrical mold and molded into a circular shape using a vacuum hot press. It is solidified into a cylindrical billet. The cost of raw materials, especially aluminum powder, is high ( , due to the complexity of the manufacturing process, the current cost of composite materials does not allow for large-scale production in many regions. It is discouraged from being used. In the powder method, the alloying elements in the metal matrix material are This results in considerable segregation, which has an adverse effect on mechanical and physical properties. undesirable.

上記の両方の工業用粉末や金法では、高り弓1張り応力及び十分な強度を持つが 、延性及び成形性が低い組成物が得られる。これらの方法において必要とされる 複合過熱及び変形サイクルにより、マトリクス中で広範囲な元素偏析が生じ、こ れにより延性が減少し、最大マトリクス及び複合材料強度を得るのが妨げられる 。Both of the above industrial powder and metal methods have high bow 1 tension stress and sufficient strength. , a composition with low ductility and formability is obtained. required in these methods The combined heating and deformation cycles lead to extensive elemental segregation in the matrix, which This reduces ductility and prevents maximum matrix and composite strength from being achieved. .

もう1つの問題は、元々のアルミニウム粉末粒子を被覆している表面酸化物の保 持である。この酸化物は更にマトリクスの延性を減少させるように作用する。酸 化物被覆により炭化物粒子の完全な濡れが妨害され、このため更に究極の複合材 料特性が制限されることも明らかであろう。Another problem is the retention of surface oxides that coat the original aluminum powder particles. I have it. This oxide further acts to reduce the ductility of the matrix. acid The carbide coating prevents complete wetting of the carbide particles, thus making it even more ideal for composites. It will also be clear that the material properties are limited.

良好な特性を有する金属複合材料を生成するために、溶融及び鋳造アプローチを 用いた更なる改良が必要性である。その方法及び装置はどちらも、組成物を製造 する他の方法及び競合材料を製造する方法と比較して、比較的安価に複合材料を 製造することを満たすものでなければならない。この発明はこの要求を満たすも のであり、更に関連する利点を提供する。Melting and casting approaches to produce metal composites with good properties Further improvements are needed. Both the method and apparatus produce the composition Composite materials can be manufactured relatively cheaply compared to other methods of manufacturing and competing materials. It must be suitable for manufacturing. This invention satisfies this requirement. and provides further related benefits.

発明の開示 この発明はその全体に分散された濡れた非金属耐火セラミック粒子強化材を有す る金属マトリクス複合材料を製造するための方法及び装置を提供するものである 。工程は連続的で、製造コストをバッチ製造法でかかる高いコスト以下に引き下 げる可能性を有する。連続流れ工程は鋳造及び精錬適用用の複合材料の製造に適 している。前者では、複合材料は広範囲にわたる従来からの及びそうでない技術 を用いて鋳造することができる。後者では、複合材料は中仕上げ製品にする圧延 及び押し出しなどの標準的な工業手順により成形することができる。Disclosure of invention The invention has a wetted non-metallic refractory ceramic particle reinforcement dispersed throughout. The present invention provides a method and apparatus for manufacturing a metal matrix composite material. . The process is continuous, reducing manufacturing costs below the high costs of batch manufacturing. It has the potential to increase Continuous flow processes are suitable for manufacturing composite materials for casting and smelting applications. are doing. In the former, composite materials are used in a wide range of conventional and non-conventional technologies. It can be cast using In the latter, the composite material is rolled into semi-finished products. and can be formed by standard industrial procedures such as extrusion.

本発明によれば、予め選択した容量部の非金属粒子で強化された金属合金の複合 材料を製造する方法は、金属材料がミキサーに連続的に供給され、溶融複合材料 がそのミキサーから連続的に引き出される、連続流れシステム中で金属合金を溶 融する工程と、非金属粒子材料の流れをそのミキサーに添加する工程とを含み、 その金属材料と微粒子の相対流速は複合材料中の粒子の容量部が予め選択された ものになるように調整される。微粒子材料を含む溶融金属合金は、金属による粒 子の濡れを促進するように粒子が溶融混合物の容量全体に分散され、粒子と溶融 金属が互いにせん断される条件で、ミキサー中で混合され、その粒子に対する溶 融金属の濡れがよくなる。混合は、粒子と溶融金属の混合物中へのガスの導入が 最小に抑えられ、その混合物内でのガスの保持が最小に抑えられながら、混合段 階を完了するのに必要な時間に溶融金属中で粒子が実質的に化学的に劣化しない 温度で、起こる。ミキサーから引き出された混合材料は適当な技術により鋳造さ れる。According to the invention, a composite of metal alloys reinforced with non-metallic particles in a preselected volume The method of manufacturing the material is that the metal material is continuously fed into a mixer and the molten composite material melts the metal alloy in a continuous flow system where the metal alloy is continuously drawn from the mixer. and adding a stream of non-metallic particulate material to the mixer; The relative flow velocity of the metal material and the particulates is preselected by the volumetric part of the particles in the composite material. adjusted to become something. Molten metal alloys containing particulate material are The particles are dispersed throughout the volume of the molten mixture to promote wetting of the particles and the molten The metals are mixed in a mixer under conditions where they are sheared together and the melt on the particles is Improves wetting of molten metal. Mixing involves the introduction of gas into a mixture of particles and molten metal. mixing stage while minimizing gas retention within the mixture. No substantial chemical degradation of the particles in the molten metal during the time required to complete the step It happens with temperature. The mixed material drawn from the mixer is cast by suitable technology. It will be done.

この発明の方法は、溶融金属合金を強化粒子と混合することにより複合材料を製 造する連続流れ法である。溶融合金と粒子の流れはミキサ中に導入され、そこで 適当な条件下で混合され、溶融物中で濡れた粒子の均一な混合物が得られる。The method of the invention produces composite materials by mixing molten metal alloys with reinforcing particles. It is a continuous flow method for manufacturing. A stream of molten alloy and particles is introduced into a mixer where it Mixing under suitable conditions results in a homogeneous mixture of wet particles in the melt.

溶融合金と粒子の流速は予め選択された総流速及び予め選択された粒子の溶融金 属に対する比を達成するよう制御され、そのため最終的な固体複合材料は予め選 択された容量部の粒子を有することになる。The flow rate of the molten alloy and particles is determined by the preselected total flow rate and the molten metal of the preselected particles. The final solid composite material is preselected so that the final solid composite is will have a selected volume of particles.

金属材料はアルミニウム合金であることが好ましいが、マグネシウム合金などの 他の材料も使用することができる。非金属粒子材料は金属酸化物、金属窒化物、 金属炭化物、金属珪化物あるいはガラスであることが好ましい。最も好ましい複 合材料はアルミニウム合金マトリクス中の炭化珪素あるいは酸化アルミニウム粒 子強化材である。The metal material is preferably an aluminum alloy, but magnesium alloys etc. Other materials can also be used. Non-metal particle materials include metal oxides, metal nitrides, Preferably, it is a metal carbide, metal silicide, or glass. The most preferred combination The composite material is silicon carbide or aluminum oxide grains in an aluminum alloy matrix. It is a child reinforcement.

従来の鋳造方法では、金属の粘度を減少させ、それにより容易に鋳造することが できるように、高温で溶融金属を鋳造することが通常望ましい。しかしながら、 粒子と溶融合金との反応を考慮すると、本発明の方法の温度が選択される。混合 及び鋳造段階中では、溶融金属は高すぎる温度まで加熱してはならず、さもない と、粒子の強度及び最終的な複合材料の特性を劣化させる、粒子と溶融金属間で 望ましくない反応が起きるかもしれない。そのため最高温度は、処理を完了する のに必要な時間で粒子と金属溶融物間でかなりの程度の反応が起こらないように 選択される。本発明のアプローチに対しては、最高の混合及び鋳造温度は、揮発 性の反応性を有する合金元素を含む金属合金に対しては液相線以上的20℃、最 も一般的な金属合金に対しては液相線以上的70℃、反応に対する妨害を促進す る合金元素を含む金属合金に対しては液相線以上的100℃から125℃まで、 である。しかしながら、混合の短い持続期間のために、ある状況の下では、より 高い温度が許容される。Traditional casting methods reduce the viscosity of the metal, making it easier to cast. It is usually desirable to cast the molten metal at a high temperature so that it can be cast. however, The temperature of the method of the invention is selected taking into account the reaction of the particles with the molten alloy. mixture and during the casting stage, the molten metal must not be heated to too high a temperature or and between the particles and the molten metal, degrading the strength of the particles and the properties of the final composite material. Undesirable reactions may occur. Therefore the highest temperature will complete the process to ensure that no appreciable degree of reaction occurs between the particles and the metal melt in the time required for selected. For the present approach, the highest mixing and casting temperature is For metal alloys containing alloying elements with high reactivity, temperatures above the liquidus temperature of 20°C, maximum For common metal alloys, the temperature is 70°C above the liquidus, which promotes interference with the reaction. For metal alloys containing alloying elements, from 100°C to 125°C above the liquidus line, It is. However, due to the short duration of mixing, under some circumstances more High temperatures are acceptable.

好ましいアプローチでは、混合段階中に金属と粒子の溶融混合物に真空が適用さ れる。真空は溶融物中に導入される可能性のある大気ガスを減少させ、また、混 合中に溶融物から、溶解し、トラップされ及び吸着されたガスを抜き出す傾向が ある。真空の大きさは亜鉛またはマグネシウムなどの揮発性成分を含まない金属 合金にとっては重要ではない。しかしながら、揮発性元素が存在する場合、真空 は、その揮発性元素が容認できない高い率で合金から抜き出されないように選択 される。好ましい真空は、ガスを都合良く減少させるが、揮発性元素の損失を最 小にするものであることが見いだされている。In a preferred approach, a vacuum is applied to the molten mixture of metal and particles during the mixing stage. It will be done. Vacuum reduces atmospheric gases that can be introduced into the melt and also tends to extract dissolved, trapped and adsorbed gases from the melt during be. The size of the vacuum is made of metals that do not contain volatile components such as zinc or magnesium. Not important for alloys. However, if volatile elements are present, the vacuum is selected so that its volatile elements are not extracted from the alloy at an unacceptably high rate. be done. The preferred vacuum reduces gas favorably but minimizes the loss of volatile elements. It has been found that it is possible to reduce the

本発明の方法により製造された複合材料は、粒子が鋳造容量全体に一般に一様に カリ均一に分散されている金属マトリクスの鋳造微細構造を有している。マトリ クスは製造中に粒子を濡らすように製造されているので、粒子は良くマトリクス に結合されている。微粒子と金属マトリクス間には、重要な酸化物層は挿入され ていない。鋳造複合材料は特に、マトリクス合金が鋳造可能な組成である鋳造及 び鋳物の適用に適している。精錬合金マトリクスを用いる複合材料に対しては、 圧延及び押し出しなどの公知の初歩の成形操作により処理が完了する。Composite materials produced by the method of the invention have particles that are generally uniform throughout the casting volume. It has a cast microstructure of metal matrix in which potash is uniformly distributed. Matri The particles are manufactured in such a way that they are wetted during manufacturing, so the particles are well absorbed into the matrix. is combined with An important oxide layer is inserted between the particles and the metal matrix. Not yet. Cast composites are particularly suitable for cast composites where the matrix alloy has a castable composition. suitable for casting and casting applications. For composite materials using refined alloy matrices, Processing is completed by known elementary forming operations such as rolling and extrusion.

予め選択された容量部の非金属粒子で強化された金属合金の複合材料の連続的な 流れを製造する装置は、金属による粒子の濡れを促進するように粒子が混合物の 容量全体に分散され、粒子と溶融金属が互いにせん断される条件下で、溶融金属 合金の流れを微粒子材料の流れと混合し、溶融金属を粒子に濡らす手段を含み、 その混合は、粒子と溶融金属の混合物へのガスの導入が最小に抑えられ、及びそ の混合物内のガスの保持が最小に抑えられながら、混合段階を完了するのに必要 な時間に溶融金属中で粒子が実質的に化学的に劣化しない温度で起こる。溶融金 属の流れを混合手段中に導入する金属供給手段と、微粒子の流れを混合手段に導 入する粒子供給手段も備えられ、金属供給手段の金属の流速と粒子供給手段の粒 子の流速は制御することができる。混合された複合材料の流れを混合手段から除 去する手段も含まれる。Continuous preparation of composites of metal alloys reinforced with non-metallic particles in pre-selected volumes The device that produces the flow allows the particles to flow through the mixture in such a way as to promote wetting of the particles by the metal. The molten metal is dispersed throughout the volume and under conditions where the particles and molten metal are sheared together including means for mixing the flow of alloy with the flow of particulate material and wetting the particles with molten metal; The mixing is such that the introduction of gas into the mixture of particles and molten metal is minimized and necessary to complete the mixing step while minimizing retention of gas within the mixture. occurs at a temperature at which substantial chemical degradation of the particles does not occur in the molten metal for a reasonable amount of time. molten gold a metal supply means for introducing a stream of particulates into the mixing means; and a metal supply means for introducing a stream of particulates into the mixing means. A particle supply means is also provided, and the metal flow rate of the metal supply means and the particles of the particle supply means are also provided. The flow rate of the child can be controlled. Remove the flow of mixed composite material from the mixing means. It also includes the means to remove the

装置は一段階あるいは多段階混合を使用することが好ましい。多段階混合を使用 するならば、それらは1つのあるいは多くのチャンバ内で実行することができる 。それぞれの段階で、溶融金属と微粒子は、金属を微粒子に濡らすために微粒子 に関しては溶融金属の十分なせん断が達成するための分散羽根車あるいは他の技 術を用いて、共に混合される。空気あるいは他の逆反応ガスが濡れ工程を妨害す るのを防ぐよう注意が必要であるが、少量の有益なガスは必要に応じてミキサー 中に導入することができる。Preferably, the equipment uses single-stage or multi-stage mixing. Use multi-stage mixing If so, they can be carried out in one or many chambers. . At each stage, the molten metal and particulates are mixed together to wet the metal into particulates. dispersion impeller or other techniques to achieve sufficient shear of the molten metal. mixed together using a technique. Air or other adversely reacting gases may interfere with the wetting process. Although care must be taken to prevent the can be introduced inside.

この発明の方法及び装置は、複合材料を製造する技術において重要かつ重大な進 歩を提供するものであることは明きらかであろう。複合材料は、混入前に粒子を 被覆するあるいはそうでなければ処理すること無く、従来の金属合金を用いて、 粒子強化材を直接溶融金属中に混入する装置により経済的に製造される。この方 法は無強化合金を製造する方法と経済的に競争可能であり、他の技術よりもずっ と経済的に複合材料を製造する。この発明の他の特徴及び利点は以下の、添付の 図面と関連させ、実施例により発明の詳細な説明した、より詳細な説明により明 らかになるであろう。The method and apparatus of this invention represents an important and significant advance in the art of manufacturing composite materials. It is clear that it provides a step forward. Composite materials are made with particles before mixing. using conventional metal alloys without coating or otherwise treating Produced economically by equipment that incorporates the particle reinforcement directly into the molten metal. This person The method is economically competitive with methods of producing unreinforced alloys and is significantly more effective than other techniques. and economically produce composite materials. Other features and advantages of this invention can be found below, in the appendix. The invention is explained in more detail by way of example in conjunction with the drawings, and the more detailed description provides a clear explanation of the invention. It will become clear.

図面の簡単な説明 図1は従来の羽根車混合前、中、及び後のるつぼ内の溶融物の略側断面図である ; 図2は分散羽根車の正面図である; 図3は分散羽根車を用いた混合装置の側断面図であり、明確にするため一部を切 断してあり、関連する装置も共にその概略が示されている:図4は他の混合装置 の側断面図である;図5は他の混合装置の側断面図である;図6は他の混合装置 の側断面図である。Brief description of the drawing FIG. 1 is a schematic side cross-sectional view of the melt in the crucible before, during, and after conventional impeller mixing. ; Figure 2 is a front view of the distributed impeller; Figure 3 is a side sectional view of a mixing device using a dispersion impeller, with some parts cut away for clarity. Figure 4 shows another mixing device. FIG. 5 is a side sectional view of another mixing device; FIG. 6 is a side sectional view of another mixing device. FIG.

本発明を実行するための最良の様式 この発明は、微粒子非金属強化材をマトリクス材料の溶融物量中に混合させるこ とにより、複合材料を製造するための方法及び装置において具体化される。基準 に見合う複合材料を製造するためには、溶融金属は粒子の表面に対し濡れを有し なければならない。濡れが達成されなければ、その粒子がミキサーにより表面下 に押しやられた後でさえも表面まで上がってくるので、粒子を金属量全体に分散 させることは困難である。濡れ性の無い微粒子ではまた、鋳造固体複合材料の機 械的特性が不十分となる。特に、長さの厚さに対する比、アスペクト比とも呼ば れる、が比較的短い微粒子物質に対してはそうである。1−5のオーダーの短い アスペクト比を有する粒子に対しては、良好な強度及び剛性値を遠戚するために は粒子とマトリクスの接触面で良好な結合がなければならない。良好な結合は、 溶融マトリクスの粒子に対する濡れが存在しなければ、容易に達成することはで きない。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION This invention involves mixing particulate nonmetallic reinforcement into a melt volume of matrix material. The present invention is embodied in a method and apparatus for manufacturing a composite material. standard In order to produce composite materials that are suitable for There must be. If wetting is not achieved, the particles will be moved below the surface by the mixer. Even after being pushed away by It is difficult to do so. Non-wetting particulates also reduce the ability of cast solid composite materials. Mechanical properties become insufficient. In particular, the ratio of length to thickness, also called aspect ratio. This is true for particulate matter where the distance between the two ends is relatively short. Short on the order of 1-5 For particles with aspect ratios, in order to obtain good strength and stiffness values, There must be good bonding at the particle-matrix interface. A good bond is This cannot easily be achieved in the absence of wetting of the molten matrix to the particles. I can't.

金属の粒子に対する濡れは、2つの相間の接着力が液体内での凝集力より大きく なるような完全な接触における固体と液体を含む現象である。アルミニウム及び アルミニウム合金などの溶融金属は、適当な条件下で、多(の典型的な非金属粒 子強化材材料上で濡れ性を有し、広がる。しかし、金属と粒子の間の表面にある 汚染物質が存在すると濡れを妨害する。特に、表面に付着したガス及び酸化物は 溶融金属のその表面への濡れを妨害する。そのため、溶融金属が表面を濡らすよ うにするために、溶融金属と粒子の間に挿入されたガス及び酸化物の存在及び効 果を最小にする必要がある。これにより、粒子は、混合及び鋳造中、溶融金属内 に保持され、鋳造及び固化後の良好な界面結合特性が促進される。Wetting of metal particles occurs when the adhesive force between the two phases is greater than the cohesive force within the liquid. It is a phenomenon involving a solid and a liquid in perfect contact. aluminum and Under suitable conditions, molten metals such as aluminum alloys can form poly(typical non-metallic particles) It has wettability and spreads on the child reinforcement material. However, on the surface between the metal and the particle The presence of contaminants interferes with wetting. In particular, gases and oxides attached to the surface Prevents wetting of molten metal onto its surface. Therefore, the molten metal may wet the surface. The presence and effectiveness of gases and oxides inserted between the molten metal and the particles to It is necessary to minimize the effects of This allows the particles to remain within the molten metal during mixing and casting. retention, promoting good interfacial bonding properties after casting and solidification.

金属及び微粒子の溶融金属中には金属の粒子に対する濡れを妨害することのでき るガスのいくつかの源がある。ガスは最初から提供される粒子の表面に吸着され ている。完全な洗浄後でさえも、ガスは直ちに、高真空においてさえも、粒子の 表面に再付着する。これらの層はその後の濡れを妨害する。気泡は容易に、溶融 金属に浸漬された後の微粒子の表面に付着する。表面部位が気泡の付着あるいは 凝集に最も好都合である傾向があるからである。There are metals and fine particles in the molten metal that can interfere with the wetting of the metal particles. There are several sources of gas. The gas is initially adsorbed onto the surface of the provided particles. ing. Even after thorough cleaning, the gas immediately removes particles, even in high vacuum. Redeposit on surfaces. These layers prevent further wetting. Bubbles easily melt It adheres to the surface of fine particles after being immersed in metal. The surface area may have air bubbles attached or This is because it tends to be most favorable for aggregation.

ガスは溶解されたあるいは物理的に飛沫同伴された状態で溶融金属中に存在して いる。ガス状種はまた金属表面上の酸化物として存在している。本発明で使用す るのに好ましい金属であるアルミニウムは、液体あるいは固体金属表面上で直ち に酸化物を形成することでよく知られており、この酸化物は直接濡れを妨害する 。Gases are present in molten metal in a dissolved or physically entrained state. There is. Gaseous species are also present as oxides on metal surfaces. used in this invention Aluminum is the preferred metal for liquid or solid metal surfaces. is well known for forming oxides that directly interfere with wetting. .

ガスはまた、濡れを促進するために金属と微粒子を共に混合するために使用され る混合技術により、金属及び微粒子の溶融混合物中に導入され得る。以前実施し ていた混合では、金属と微粒子の混合及び濡れを促進するために、パドル型また はシップスブロベラ型の混合羽根車が使用されていた。溶融物は高速で撹はんさ れ、羽根車上部に渦が形成され、その後、微粒子が渦の側面または底に添加され る。渦の側面に沿った金属の流れが混合を促進すると考えられていた。Gases are also used to mix metals and particulates together to promote wetting. can be introduced into the molten mixture of metal and particulates by mixing techniques. Previously carried out During mixing, paddle-type or A Ships Blobera type mixed impeller was used. Stir the melt at high speed. A vortex is formed at the top of the impeller, and then particulates are added to the side or bottom of the vortex. Ru. It was thought that the flow of metal along the sides of the vortex facilitated mixing.

その代わりに、今では、渦が存在するとガスを混合物に混合することにより濡れ 、これは混合手順の究極の目的である、を妨害することが見いだされている。Instead, now wetting the gas by mixing it into the mixture when a vortex is present. , which has been found to interfere with the ultimate purpose of the mixing procedure.

溶融物上がガス状大気である場合が最も顕著であるが、混合が真空で行われる時 もまた、ガスは渦により物理的に溶融混合物中に引き込まれる。This is most noticeable when there is a gaseous atmosphere above the melt, but when mixing is done in a vacuum. Also, the gas is physically drawn into the molten mixture by the vortex.

図1は、渦混合の効果及びガスの複合材料溶融物中への混入を図により説明して いる。ガスの溶融混合物中への混入の程度を決定するために、実験を行った。Figure 1 graphically illustrates the effect of vortex mixing and the incorporation of gas into the composite melt. There is. Experiments were conducted to determine the extent of gas incorporation into the molten mixture.

アルミニウム及び炭化珪素微粒子の混合物をるつぼ中で溶融した。線Aは溶融物 の表面を示す。その後、溶融物は直ちにアルゴン中で従来の混合羽根車により撹 はんされ、表面で渦を発生する。線Bは混合中の表面の形を示し、金属の急速な 撹はんの深い渦特性が存在する。混合を止めると、線Cで示される溶融物の表面 レベルは線Aで示される混合前よりもずっと高くなった。この差は渦により溶融 物中に引き込まれ、混合工程中にトラップされたガスによるものであった。この 物理的な飛沫同伴は固体微粒子を含む溶融物に対しては特に重要である。溶融物 中に引き込まれたガスは、優先的に微粒子と溶融物との間の表面に保持されるか らである。このように、混合は溶融物中の粒子の分散を促進し、濡れ性を高める 有益な効果を有することができる一方、間違った型の混合は結局溝れを妨害する 。A mixture of aluminum and silicon carbide particles was melted in a crucible. Line A is the melt shows the surface of The melt is then immediately stirred by a conventional mixing impeller in argon. It is smeared and generates vortices on the surface. Line B shows the shape of the surface during mixing and shows the rapid There is a deep vortex characteristic of stirring. When mixing is stopped, the surface of the melt shown by line C The level was much higher than before mixing as shown by line A. This difference is melted by the vortex. This was due to gases drawn into the material and trapped during the mixing process. this Physical entrainment is particularly important for melts containing solid particles. melt Is the gas drawn in preferentially retained at the surface between the particulate and the melt? It is et al. Thus, mixing promotes the dispersion of particles in the melt and increases wettability. While it can have beneficial effects, mixing the wrong type will eventually interfere with grooves. .

混合作用はまた溶融物中に、キャビテーションと同様の様式で、望ましくない気 泡を凝集させることがある。溶解されたまたはトラップされたガスは不適当に設 計された混合羽根車の羽根のすぐ後ろの低圧領域で、そこの減圧により、気泡中 に凝集される。気泡は優先的に微粒子表面に付着し、また、濡れを妨害する。Mixing action also creates unwanted gases in the melt, in a manner similar to cavitation. May cause foam to clump. Dissolved or trapped gases may be A low-pressure area just behind the metered mixing impeller blades, where the reduced pressure causes air bubbles to It is aggregated into. Air bubbles preferentially attach to the particulate surface and also impede wetting.

本発明の混合工程はガスの溶融物中への混入、及び溶融物中に吸着され、溶解さ れ及びトラップされたガスの保持を最小限に抑え、その結果、金属の粒子への濡 れを妨害する溶融物中のガスのレベルが減少される。The mixing process of the present invention involves the incorporation of gas into the melt, adsorption into the melt, and dissolution of the gas. Minimizes the retention of trapped gases, resulting in less wetting of metal particles. The level of gas in the melt that interferes with the flow is reduced.

混合工程では、また、溶融物中の溶融金属及び固体粒子間に高いせん断速度及び 力の状態が生成される。せん断状態では、溶融金属が固体表面に対しこすり、す り磨く物理的メカニズムにより微粒子表面からの吸着されたガス及び気泡の除去 が助長され、そのためガスや酸化物などの汚染物質は洗い流される。せん断によ り、金属が表面上に延ばされる傾向もあり、このため、適用されたせん断力は、 金属の固体表面上での広がりを妨害する力に打ち勝つよう補助する。せん新作用 は粒子を変形させたり砕いたすせず、その代わりに液体金属を急速に粒子を通過 してせん断する。The mixing process also involves high shear rates and high shear rates between the molten metal and solid particles in the melt. A state of force is generated. In shear conditions, molten metal rubs against a solid surface. Removal of adsorbed gases and air bubbles from particulate surfaces by physical mechanism of polishing is promoted, so contaminants such as gases and oxides are washed away. By shearing There is also a tendency for the metal to stretch over the surface, so that the applied shear force is Helps overcome forces that prevent metal from spreading on solid surfaces. new effect does not deform or fracture the particles, but instead causes the liquid metal to pass rapidly through the particles. and shear.

好ましいアプローチでは、溶融物の表面に真空が適用される。真空により、ガス が混合中に表面を通って溶融物中に混入することが減少される。真空はまた、ガ スが溶融物から除去されるのを補助する。ガスの溶融金属への導入を最小に抑え 、溶融金属中にガスが保持されるのを最小に抑える他の技術が採用されるなら、 真空を使用する必要はない。この発明の範囲内でのそのようなアプローチの1つ に、1991年7月2日に認められた米国特許第5.028,392号のそれが ある。In a preferred approach, a vacuum is applied to the surface of the melt. Due to vacuum, gas contamination through the surface into the melt during mixing is reduced. Vacuum also gas is removed from the melt. Minimizes the introduction of gas into the molten metal , if other techniques are employed to minimize gas retention in the molten metal. There is no need to use a vacuum. One such approach within the scope of this invention No. 5,028,392, granted July 2, 1991, be.

非金属材料、好ましくは炭化珪素、の粒子で強化された、金属合金、好ましくは アルミニウムまたはアルミニウム合金、の複合材料の製造はアルミニウム合金の 溶融で開始する。例えば、6061.2024.7075.7079及びA35 6などの、広範囲にわたる標準精錬、鋳造あるいは他のアルミニウム合金を使用 することができる。合金の型の制限は知られていない。A metal alloy, preferably a metal alloy, reinforced with particles of a non-metallic material, preferably silicon carbide. Manufacture of composite materials of aluminum or aluminum alloys Start with melting. For example, 6061.2024.7075.7079 and A35 Uses a wide range of standard wrought, cast or other aluminum alloys, such as 6 can do. Alloy type limitations are unknown.

粒子を添加する前に、濡れを妨害する酸化物、粒子、溶解したガス及び他の不純 物を除去するために溶融物を洗浄することが好ましいが必ずしも必要はない。Before adding particles, remove oxides, particles, dissolved gases and other impurities that interfere with wetting. It is preferred, but not necessary, to wash the melt to remove materials.

あるアプローチでは、アルゴンガスなどの無反応性ガス、アルゴンと塩素などの 無反応性ガスと反応性ガスの混合物が、粒子が添加される前に、例えば15分な どの一定の期間保持タンクで、溶融物を通して発泡される。表面に達した気泡は 、それと共に、上がってくる時に気泡中に拡散した水素ガスなどの溶解し、トラ ・ノブされたガスを運ぶ。また、金属中に浮遊しているドロスも表面に押し上げ る。One approach uses a non-reactive gas such as argon gas, argon and chlorine, etc. The mixture of non-reactive and reactive gases is allowed to cool for example for 15 minutes before the particles are added. In a holding tank for a certain period of time, the melt is foamed through. Air bubbles that reach the surface At the same time, hydrogen gas, etc. that diffuses into the bubbles as it rises, dissolves and travels. - Carry knobbed gas. It also pushes the dross floating in the metal to the surface. Ru.

非金属セラミック材料の粒子が溶融金属に添加され、混合される。粒子は、混合 及び鋳造の条件下で、溶融金属との化学反応による劣化が十分低い程度のもので なければならない。すなわち、全ての公知の条件下で溶融金属中に溶解する微粒 子は認めることができず、溶融金属と接すると望ましくない反応生成物を形成す る微粒子も認めることができない。他方、はとんどの非金属は高温で溶融金属と 大規模に反応するが、多くの場合、その反応は、溶融金属の温度を処理に必要な 時間の間、実質的な程度の反応の起こらない温度まで制御することにより、容認 できるレベルまで減少させることができる。Particles of non-metallic ceramic material are added to the molten metal and mixed. particles mixed and under casting conditions, deterioration due to chemical reaction with molten metal is sufficiently low. There must be. i.e. fine particles that dissolve in molten metal under all known conditions. No particles are perceivable and may form undesirable reaction products when in contact with molten metal. No fine particles could be detected. On the other hand, most nonmetals change into molten metal at high temperatures. Although the reaction occurs on a large scale, the reaction often requires the temperature of the molten metal to process. by controlling the temperature to a point where no substantial degree of reaction occurs for a period of time. can be reduced to the lowest possible level.

好ましい非金属強化材材料は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属珪化 物及びガラスである。これらの中で、容易に手に入れることができ、高価でなく 、このアプローチを用いて所望の複合材料を形成することのできる物理特性及び 反応性の必要な組み合わせを示すので、炭化珪素及び酸化アルミニウムが特に興 味深い。Preferred non-metallic reinforcement materials include metal oxides, metal nitrides, metal carbides, metal silicides. objects and glass. Among these, there are those that are easily available and not expensive. , the physical properties and characteristics that allow the formation of desired composite materials using this approach. Silicon carbide and aluminum oxide are of particular interest because they exhibit the necessary combination of reactivities. Deep taste.

溶融物に添加された微粒子の量は、粒子を含む溶融物を撹はんし均一性を得る能 力に依存する最大量によって、実質的には変化させることができる。微粒子の量 が増えると、溶融物の粘性がより高くなり、撹はんがより困難になる。微粒子の 量がより高くなると、溶融物内のガスの保持及び安定のための表面積も増加し、 安定した、濡れ材料を製造する能力が制限される。アルミニウム合金中の微粒子 の最大量は約35容量%であることが見いだされている。粒子の大きさ及び形も また変えることができる。The amount of fine particles added to the melt is determined by the ability to stir the particle-containing melt and obtain uniformity. It can be varied substantially by a maximum amount that depends on the force. Amount of particulates As , the melt becomes more viscous and more difficult to stir. fine particles The higher the amount, the more surface area for gas retention and stabilization within the melt, The ability to produce stable, wet materials is limited. Fine particles in aluminum alloy The maximum amount of is found to be about 35% by volume. Particle size and shape It can also be changed.

溶融金属と粒子の組み合わせは、混合前に、好都合な方法により形成される。The combination of molten metal and particles is formed by any convenient method prior to mixing.

粒子は溶融物の表面または表面下に添加されるが、後者の場合、部分的または完 全な濡れを達成するまで混合を同時に行わなければ、粒子は典型的には表面まで 上がってくる。粒子はまた金属を溶融する前に金属片と共に添加することもでき 、このため、それらは溶融されて溶融物を形成するので、粒子は金属片と共に存 続する。微粒子を添加する前に溶融物を洗浄することが望ましいので、この後者 の手順は好ましくない。微粒子が溶融物の洗浄中に存在すると、微粒子は洗浄ガ スと共に表面まで運ばれる可能性がある。Particles are added to the surface or subsurface of the melt, in the latter case partially or completely. If mixing is not done simultaneously to achieve complete wetting, the particles typically will not reach the surface. It's coming up. Particles can also be added with metal pieces before melting the metal. , because of this, the particles coexist with the metal pieces as they are melted to form a melt. Continue. This latter option is desirable since it is desirable to clean the melt before adding the particulates. This procedure is not recommended. If particulates are present during cleaning of the melt, they will It may be carried to the surface along with the gas.

微粒子と溶融金属は、溶融金属が粒子に対し濡れるのに十分な時間、共に混合さ れる。混合は、ガスを微粒子の表面から除去し、濡れを促進するために、高いせ ん断ひずみ速度及び力の条件下で実行される。混合技術により、ガスの溶融物へ の導入も避けなければならないし、溶融物中にすでにトラップされ、溶解したガ スの安定化も避けなければならない。The particulates and molten metal are mixed together for a sufficient time to wet the molten metal to the particles. It will be done. Mixing is done at a high temperature to remove gas from the surface of the particulates and promote wetting. Performed under conditions of shear strain rate and force. Mixing technology allows gas to melt The introduction of molten gas already trapped in the melt must also be avoided. Stabilization of the system must also be avoided.

混合に対する1つのアプローチでは、溶融物に浸漬され、溶融物内で高いせん断 を誘起するが溶融物の表面では小さな渦を誘起するように作動される、分散羽根 車が使用される。これらの要求を満たす分散羽根車は図2に説明されている。One approach to mixing involves immersing the mixture in the melt and applying high shear within the melt. dispersion vanes actuated to induce small vortices at the surface of the melt. car is used. A distributed impeller meeting these requirements is illustrated in FIG.

この分散羽根車100は複数のフラットな羽根104を有する分散羽根車シャフ ト102を含む。羽根104は回転方向に関しては適当な位置に据えられていな いが、シャフト102に対して垂直な線から約Oから45°の角度となるように される。このデザインでは、表面の渦の出現を最小に抑え、溶融物中での気泡の 凝集を最小に抑えながら、微粒子を溶融物中に引き込むように作用する。このテ ストにより、この羽根車は少なくとも1分につき2500回転(rpm)までの 速度で回転することができ、アルミニウム合金溶融物の表面では重要な渦は誘起 されないことが説明される。溶融混合物中で最も高いせん断速度及び力を誘起し 、濡れを達成するのに必要な時間を減少させるので、高速回転が望ましい。This distributed impeller 100 has a distributed impeller shaft having a plurality of flat blades 104. 102. The blade 104 is not placed at an appropriate position with respect to the direction of rotation. but at an angle of approximately 45 degrees from a line perpendicular to the shaft 102. be done. This design minimizes the appearance of surface vortices and eliminates air bubbles in the melt. It acts to draw fine particles into the melt while minimizing agglomeration. This te Due to the strike, this impeller can rotate up to at least 2500 revolutions per minute (rpm). At the surface of the aluminum alloy melt, which can rotate at high speeds, significant vortices are induced It is explained that it is not done. induces the highest shear rates and forces in the molten mixture , high speed rotation is desirable as it reduces the time required to achieve wetting.

溶融物は金属の微粒子に対する濡れが達成され、微粒子が金属全体に分散される のに十分な時間、分散羽根車で混合される。経験的には、バッチ処理システムで は約70分の総混合時間で十分であることが見いだされている。連続流れシステ ムでは、実質的に全ての量の溶融混合物が、少なくとも1度は高も(せん断状態 にさらされなければならない。好ましいアプローチでは、溶融複合材料流れチャ ネルに大きさを合わせられた混合羽根車を有し、そのため、そのチャネルを通過 する実質的には全ての複合材料がその羽根車により撹はんされる。確実に溶融材 料金てが混合されるように多段階の混合を行うことができる。Wetting of the melt onto the fine particles of metal is achieved and the fine particles are dispersed throughout the metal. The mixture is mixed in the dispersion impeller for a sufficient period of time. In my experience, batch processing systems A total mixing time of about 70 minutes has been found to be sufficient. continuous flow system In the system, substantially all of the molten mixture is present at least once under a high shear state. must be exposed to In a preferred approach, the molten composite flow chamfer has a mixing impeller sized to the channel, so that the Substantially all of the composite material to be used is agitated by the impeller. Reliably melts the material Multi-stage mixing can be performed so that all the materials are mixed.

混合温度は、粒子と溶融金属の間の逆化学反応を避けるために、注意深く制御さ れなければならない。粒子と接触した時の金属の最高温度は、粒子が溶融金属中 で化学的に劣化する温度を越えてはならない。最高温度は使用する合金の型に依 存し、個々の合金に対し決定することができる。溶融合金が微粒子と接触する間 、どのような期間でさえも、最高温度を越えてはならない。The mixing temperature is carefully controlled to avoid reverse chemical reactions between particles and molten metal. must be The maximum temperature of the metal when in contact with the particles is the temperature at which the particles are in the molten metal. Do not exceed temperatures at which chemical deterioration occurs. The maximum temperature depends on the type of alloy used. and can be determined for each individual alloy. While the molten alloy is in contact with the particulates , the maximum temperature must not be exceeded for any period of time.

例えば、最高温度はマグネシウム、亜鉛あるいはリチウムなどの反応成分を有効 量含む炭化珪素微粒子合金の合金液相温度以上的20℃である。最高温度は、多 量の反応あるいは安定化元素を含まない通常の合金に対しては、合金液相温度以 上的70℃であ、る。最高温度は、珪素などの反応に対し溶融物を安定化させる 元素を大量に含む合金に対しては、合金液相温度以上的100から125℃であ る。上記温度より高い温度を使用すると、溶解された物質が存在するために粘性 が増加するので、複合材料混合物を溶融し、混合し、鋳造することは困難または 不可能となる場合がある。For example, the highest temperature can activate reactive components such as magnesium, zinc or lithium. The alloy liquidus temperature of the silicon carbide fine particle alloy containing the same amount is 20°C or more. The maximum temperature is For normal alloys without quantitative reactions or stabilizing elements, temperatures below the alloy liquidus temperature The temperature is 70℃ above. The maximum temperature stabilizes the melt against reactions such as silicon For alloys containing large amounts of elements, the temperature should be 100 to 125°C above the alloy liquidus temperature. Ru. If a temperature higher than the above temperature is used, the viscosity will increase due to the presence of dissolved substances. It is difficult to melt, mix, and cast composite material mixtures because of the increased or It may be impossible.

最高温度は、その化学組成により主に決定される微粒子の反応性にも依存する。The maximum temperature also depends on the reactivity of the particulate, which is primarily determined by its chemical composition.

炭化珪素は比較的反応性があり、上記の原理が適用される。酸化アルミニウムは アルミニウム及びアルミニウム合金中で比較的反応性がなく、そのためずつと高 い温度を使用することができる。Silicon carbide is relatively reactive and the above principles apply. aluminum oxide is Relatively unreactive in aluminum and aluminum alloys, and therefore highly different temperatures can be used.

流れ鋳造と呼ばれる以前のアプローチでは、金属と微粒子は合金の固相線と液相 線の間の範囲で混合された。この範囲では、固体金属は液体金属と平衡状態で形 成され、固体金属は更に粘性とせん断力を増加させ、混合を更に効果的にする。In an earlier approach called flow casting, the metal and particulates were mixed between the solidus and liquid phases of the alloy. mixed in the range between the lines. In this range, the solid metal forms in equilibrium with the liquid metal. The solid metal also increases viscosity and shear forces, making mixing more effective.

しかしながら、実質的に液相線より低い温度を使用すると、複合材料を固化させ た後、金属相中に合金元素の広範囲にわたる、望ましくない偏析が起きることが 今では見いだされている。材料はまた、従来の鋳造手順を用いては、容易に鋳造 することができない。However, using temperatures substantially below the liquidus will cause the composite to solidify. Extensive and undesirable segregation of alloying elements in the metallic phase can occur after It has now been found. The material is also easily cast using traditional casting procedures Can not do it.

そのため、溶融混合物は、液体金属と平衡して実質的に固体金属相が形成されな い最低温度から、粒子が溶融金属中で化学的に劣化しない最高温度までの温度範 囲で維持される。最低温度は溶融金属の液相線ぐらいであるが、しばらくの間な ら、より低い温度で維持することもできる。より低い温度への温度の変動は、固 体金属相が存在せずに溶融物が鋳造される限りは、有害ではない。例えば、微粒 子または合金添加物が溶融物に添加された時に、通常暫定的な温度の下降が存在 し得る。温度は溶融物が鋳造される前に、液相温度以上に上げなければならない 。短い期間ならば許容されるが、定常状態温度を元に戻すのにかかるエネルギー コストのため、このような温度の変動は避けるのが好ましい。最高温度は液体金 属中の微粒子の劣化の開始により制限される。より高い温度へのしばら(の間の 変動は、微粒子の重要な劣化を引き起こさない限りは許容されるが、このような より高い温度は長時間維持してはならない。Therefore, the molten mixture is in equilibrium with the liquid metal without the formation of a substantially solid metal phase. The temperature range ranges from the lowest temperature at which the particles are not chemically degraded in the molten metal. maintained within the The lowest temperature is around the liquidus line of molten metal, but it remains for a while. However, it can also be maintained at a lower temperature. Fluctuations in temperature to lower temperatures are It is not harmful as long as the melt is cast without any metal phase present. For example, fine particles There is usually an interim temperature drop when additives or alloying additives are added to the melt. It is possible. The temperature must be raised above the liquidus temperature before the melt is cast. . Although acceptable for short periods of time, the energy required to return to steady state temperature For cost reasons, such temperature fluctuations are preferably avoided. Maximum temperature is liquid gold Limited by the onset of degradation of particulates in the genus. for a while to a higher temperature (between Variations are acceptable as long as they do not cause significant particle degradation; Higher temperatures should not be maintained for long periods of time.

混合が完了し溶融複合混合物が混合装置から引き出された後、複合材料は従来の 鋳造技術ならどれを用いても鋳造することができる。複合材料か混合された後、 溶融物は実質的には均一であり、粒子は金属により濡れ、そのため粒子は表面に 直ちに浮遊しない。複合材料は実質時間保持されると、密度の違いにより、粒子 の偏析を避けるために撹はんすることができるが、撹はんによりガスを溶融物中 に導入してはならない。鋳造は直ちにあるいは高速鋳造手順により完了する必要 はない。After mixing is complete and the molten composite mixture is withdrawn from the mixing device, the composite material is It can be cast using any casting technique. After composite material or mixed, The melt is essentially homogeneous, and the particles are wetted by the metal, so that they stick to the surface. Does not float immediately. When the composite material is held for a substantial period of time, the difference in density causes the particles to can be stirred to avoid segregation of shall not be introduced into Casting must be completed immediately or by rapid casting procedure There isn't.

得られた鋳造材料は従来のや全手順により製品に製造することができる。複合材 料はアニールや熱処理をすることができる。それは、例えば従来の装置での圧延 や押し出しを用いて、高熱加工することができる。最終的な複合材料はまた、許 容できる鋳造手順であればどれによっても、鋳造工場操作において再鋳造するこ とができる。The resulting casting material can be manufactured into products using conventional procedures. composite material The material can be annealed or heat treated. It can be rolled in conventional equipment, e.g. It can be processed at high heat using extrusion or extrusion. The final composite material also Recasting is not possible in foundry operations by any acceptable casting procedure. I can do that.

図3−6は本発明の連続流れ法により複合材料を製造するための装置の3つの実 施例を示すものである。図3に関して言えば、装置10はミキサー12、溶融マ トリクス合金及び微粒子をそれぞれミキサー12に供給する溶融金属供給手段1 4及び粒子フィーダー16、及びミキサー12から混合された複合材料を受け取 り、鋳造する前に保持する保持炉18を含む。Figure 3-6 shows three implementations of an apparatus for manufacturing composite materials by the continuous flow method of the present invention. This is an example. With respect to FIG. 3, the apparatus 10 includes a mixer 12, a melt Molten metal supply means 1 for supplying the trix alloy and fine particles to the mixer 12, respectively 4 and the particle feeder 16, and receives the mixed composite material from the mixer 12. It includes a holding furnace 18 in which it is held before casting.

ミキサー12は少なくとも1つの、ここでは図示された2つの、段階の溶融金属 及び微粒子の混合を含む。溶融金属は溶融金属供給手段14から加熱導管20を 通って受け入れられる。溶融金属供給手段14は複合材料のマトリクスとして使 用される金属合金を溶融する炉15を含む。炉14中の溶融金属は、アルゴンな どの不活性ガスまたはアルゴンと塩素などの不活性及び反応ガスの混合物を、表 面下に挿入されたランス22を用いて溶融金属を通るように発泡させることによ り、連続的に洗浄されることが好ましい。発泡されたガスは、溶融物中に存在す る水素や酸素などの溶解またはトラップされたガスを集め、表面まで除去し、溶 融物の表面下に存在するドロス粒子も浮遊させる。溶融金属は炉150表面下か ら真空排気された脱気ユニット17まで流れ、そこで、表面に適用された真空に より炉15の処理から残っているトラップされたガスが除去される。溶融金属は 連続的に脱気ユニット17の溶融物表面下から、導管20を通って、ミキサー1 2まで流れる。The mixer 12 has at least one, here shown two, stages of molten metal. and mixtures of particulates. The molten metal is passed from the molten metal supply means 14 to the heating conduit 20. Pass and be accepted. The molten metal supply means 14 is used as a composite material matrix. It includes a furnace 15 for melting the metal alloy used. The molten metal in the furnace 14 is Which inert gases or mixtures of inert and reactive gases, such as argon and chlorine, are listed By foaming through the molten metal using a lance 22 inserted below the surface. It is preferable to wash continuously. The bubbled gas is present in the melt. Collects dissolved or trapped gases such as hydrogen and oxygen, removes them to the surface, and removes them from the solution. Dross particles present below the surface of the melt are also suspended. Is the molten metal below the surface of the furnace 150? to the evacuated degassing unit 17, where it is exposed to the vacuum applied to the surface. Trapped gases remaining from processing in the furnace 15 are removed. molten metal Continuously from below the melt surface of the degassing unit 17, through the conduit 20, the mixer 1 Flows up to 2.

真空及び金属レベルは変動することができるので、また、金属の流速はかなりの 精度で制御することが望ましいので、金属ポンプ24が金属導管20内に配置さ れる。ポンプ24は様々な速度をとることができ、ミキサー12への溶融金属の 流速を制御する際にポンプ及びバルブの両方として作用する。Also, since the vacuum and metal levels can vary, the metal flow rate can vary considerably. Since precision control is desirable, a metal pump 24 is placed within the metal conduit 20. It will be done. Pump 24 can have various speeds and pumps molten metal to mixer 12. Acts as both a pump and a valve in controlling flow rate.

微粒子フィーダー16は市販の型の真空押し出し機または真空ロックドホッパー である。微粒子は典型的にはフィーダー16中で注意深く乾燥され、確実に水分 がミキサー12に到達しないようにされる。微粒子はフィーダー16から微粒子 導管26を通ってミキサー12まで運ばれる。微粒子の流速はスクリュー押し出 し機28または可変速のモーターにより操作される同様の装置により支配される 。押し出し機28及びポンプ24の作動速度を変動させることにより、ミキサー 12への予め選択された全流量及び予め選択された微粒子と金属の相対量が達成 できる。必要ならば、導管28は加熱しても良いが、実施のほとんどにおいて、 ミキサー12に供給される金属の量に比べ微粒子の量が相対的に少ないので、導 管28の加熱は必要とされない。The particle feeder 16 is a commercially available vacuum extruder or vacuum locked hopper. It is. The particulates are typically carefully dried in feeder 16 to ensure moisture content. is prevented from reaching the mixer 12. The fine particles come from the feeder 16. It is conveyed through conduit 26 to mixer 12. The flow rate of fine particles is determined by screw extrusion. controlled by a machine 28 or similar device operated by a variable speed motor. . By varying the operating speed of the extruder 28 and pump 24, the mixer A preselected total flow rate to 12 and a preselected relative amount of particulates and metals are achieved. can. If necessary, conduit 28 may be heated, but in most implementations, Since the amount of fine particles is relatively small compared to the amount of metal supplied to the mixer 12, the No heating of tube 28 is required.

図3の実施例においては、ミキサーは段階を2つ有し、それぞれ、別々のチャン バ30及び32に配置されている。1つのチャンバ30は円筒形の耐火物内張り 鋼容器であり、円筒軸は垂直である。個々のチャンバ30及び32の上部は真空 ポンプ34と接続され、約3O−50torrの真空までポンピングされる。In the embodiment of Figure 3, the mixer has two stages, each with a separate channel. 30 and 32. One chamber 30 has a cylindrical refractory lining. It is a steel container and the cylindrical axis is vertical. The top of each chamber 30 and 32 is vacuum It is connected to a pump 34 and pumped to a vacuum of about 30-50 torr.

真空により、混合される時のガスの溶融複合材料への導入の見込みが減少する。The vacuum reduces the likelihood of introducing gas into the molten composite as it is mixed.

溶融金属は金属導管20から第1のチャンバ30の頂部付近に入る。微粒子は導 管26を通って金属の表面のちょうど上にまたは下に導入される。第1のチャン バ30は一般に図2に図示された型の垂直に載置された羽根車36を含む。この 羽根車は回転真空フィッティング38を通ってチャンバ30に入り、外部の可変 速式のモーター40により駆動される。羽根車36により微粒子は溶融金属内に 撹はんされ、第1の型の複合材料を形成する。羽根車36により生成される渦を 通して、溶融材料中にガスが導入されないように注意される。溶融金属の微粒子 に対する濡れは高ぜん断混合作用により達成される。Molten metal enters from metal conduit 20 near the top of first chamber 30 . Fine particles are It is introduced through tube 26 just above or below the surface of the metal. first chan Bar 30 includes a vertically mounted impeller 36, generally of the type illustrated in FIG. this The impeller enters the chamber 30 through a rotating vacuum fitting 38 and an external variable It is driven by a high speed motor 40. Fine particles are drawn into the molten metal by the impeller 36. The mixture is stirred to form a first type of composite material. The vortex generated by the impeller 36 Throughout, care is taken to avoid introducing gas into the molten material. Fine particles of molten metal Wetting is achieved by high shear mixing action.

羽根車36の羽根の外径はチャンバ30の円筒の内径よりもわずかに小さい。The outer diameter of the blades of impeller 36 is slightly smaller than the inner diameter of the cylinder of chamber 30 .

羽根車36とチャンバ30の内壁の間の比較的小さな隙間により、確実に、第1 のチャンバを通って下に向かって流れる金属が全て混合作用を受けることになる 。The relatively small gap between the impeller 36 and the inner wall of the chamber 30 ensures that the first All metals flowing downward through the chamber will be subjected to a mixing action. .

羽根車36の羽根を通過せずに、チャンバ30の底に到達する金属はほとんど無 い。金属が直接間隙ギャップ内の内壁に沿って通る見込みを減少させるために、 バッフル42がチャンバ30の内壁から内側に向かって広がる。バッフル42は 内壁に沿った流れを遮断し、金属及び微粒子混合物をチャンバ30の中心に向か って押し戻す突起であり、これにより混合物は次の段階の羽根車の羽根により混 合される。Almost no metal reaches the bottom of the chamber 30 without passing through the blades of the impeller 36. stomach. To reduce the likelihood that metal will pass directly along the inner wall within the interstitial gap, A baffle 42 extends inwardly from the inner wall of chamber 30. Baffle 42 is Blocking the flow along the inner wall and directing the metal and particulate mixture towards the center of the chamber 30 This is a protrusion that pushes the mixture back, allowing the mixture to be mixed by the impeller blades of the next stage. will be combined.

混合された複合材料は第1のチャンバ30の底端から複合金属導管44を通って 引き出される。市販の渦電流導電率モニタ46が導管44内に配置され、複合材 料の流れ中の微粒子の容量部をモニタしている。この情報は、最終的な複合材料 中で所望の容量部の微粒子を達成するために、微粒子フィーダー16及び溶融金 属供給手段14の流速を制御するためのフィードバックセンスにおいて使用され る。The mixed composite material passes from the bottom end of the first chamber 30 through the composite metal conduit 44. drawn out. A commercially available eddy current conductivity monitor 46 is placed within conduit 44 and The volume fraction of particulates in the feed stream is monitored. This information is used in the final composite material In order to achieve the desired volume of particulates in the particulate feeder 16 and the molten metal used in the feedback sense to control the flow rate of the metal supply means 14. Ru.

複合材料は導管44から第2のチャンバ32に入る。第2のチャンバ32は第1 のチャンバ30と同様の様式で構成され、複合材料溶融混合物の流れが下方より もむしろ上方に向かうことを除き、同じ番号の要素が用いられている。(この流 れの向きは重要ではなく、第2のチャンバ内の流れの方向は異なる導管配置を用 いれば第1のチャンバと同じにすることができる。)この段階では、かなりの部 数の微粒子が溶融金属により濡れているが、幾らかまだ濡れていない可能性があ る。複合材料を第2のチャンバ32の羽根車36を通って軸方向に通過させるこ とにより、更に複合材料を混合し、微粒子の濡れ表面の割合を増加させる。2段 階による混合が、いくつかの特別な複合材料に対しては不十分である場合には、 この原理は追加の段階に広げることができる。The composite material enters second chamber 32 through conduit 44 . The second chamber 32 The chamber 30 is configured in a similar manner to the chamber 30 of The same numbered elements are used, except rather towards the top. (This style The direction of flow in the second chamber is not critical; the direction of flow within the second chamber can be changed using different conduit arrangements. If there is, it can be the same as the first chamber. ) At this stage, a large portion Several particles are wetted by the molten metal, but there is a possibility that some particles are not yet wetted. Ru. Passing the composite material axially through the impeller 36 of the second chamber 32 By further mixing the composite material, the proportion of the wetted surface of the microparticles is increased. 2nd stage If mixing by floor is insufficient for some special composite materials, This principle can be extended to additional stages.

混合された複合材料は第2のチャンバ32から導管48を通って引き出され、保 持炉18に導かれる。導管48はまた、渦電流装置50を含み、複合材料中の微 粒子の量を測定している。The mixed composite material is drawn from second chamber 32 through conduit 48 and stored. It is guided to the holding furnace 18. Conduit 48 also includes an eddy current device 50 to Measuring the amount of particles.

図3の装置はどちらの段階も羽根車混合を使用する2段階ミキサーを有している 。池の型の装置も可能で、そのような代わりの実施例が図4に示されている。The apparatus of Figure 3 has a two-stage mixer in which both stages use impeller mixing. . A pond type device is also possible and such an alternative embodiment is shown in FIG.

図4の装置60では、溶融金属供給手段14、微粒子フィーダー16及び保持炉 18は前に説明した通りである。しかしながら、ここでは溶融金属と微粒子は、 その円筒軸が水平であり、本質的に直線円筒形のミキサー62に導入される。ミ キサー62の壁64は酸化アルミニウムなどの不導電性材料で構成される。高周 波誘導コイル66が円筒形のミキサー62の外側に巻かれている。作動されると きは、誘導コイル66が図4では左から右に流れる溶融金属と微粒子を混合し、 複合材料を製造する。複数の固定バッフル68がミキサー62の内壁から内側に 向かって突出しており、誘導コイルにより生成される混合が低い領域で、複合混 合物の層状化(stratification)を阻止している。ミキサー62 の内側は真空ライン70によりポンピングされ、ガスがシステム中に蓄積し、′ 溶融複合材料中に混入する可能性を減少させている。溶融複合材料中の娠粒子の 量を定量す8堝電流モニタ72もまた備えられる。図4では;′・図面め関係で 比較的短い長さのミキサー62が示されているが、ミキサー62は約6−9メ・ −トルめ長さで、多数の誘導コイルと多数組のバッフルを有していG、) jJ −,17′□ ゛−゛′同様の水平直線ミキサー82を採用する装置80が図5 Fとホきれている。このミキサー82の構成は、混合を得るためにミキサー82 内で1つあるいは多数め羽根車82が作動されること以外は、前に説明したもの と同線である。羽根車は、図示されているように、側面衝撃(side imp act)混合用、あも゛い1蛸司3に示されているように軸方向混合(axia l■ixing)用に、配向することができ8dこの実施例では、多段階混合が 、単一の混合チャンバ内で使用されそいる。゛羽根車と誘導混合の組み合わせ、 あるいは他の混合を使用することができ名。更に利の装置90が図6に示されて いる。装置90は羽根車□94を脩えたミ率すニ02を含むが、誘導混合を使用 することもできるだろう。装置90では、金属供給手段14が物理的にミキサー 92上にあり、そのためミキサー92内の金属及び複合材料に静水頭(hydr ostatic)が適用される。ガスがシステム中に入ることができないので、 ミキサー92の真空ボンピングは必要ない。しかしながら、ガスが微粒子フィー ダー16を通って入らないように細心の注意が必要である。The apparatus 60 in FIG. 4 includes a molten metal supply means 14, a particulate feeder 16, and a holding furnace. 18 is as described above. However, here the molten metal and fine particles are It is introduced into a mixer 62 whose cylindrical axis is horizontal and which is essentially straight cylindrical. Mi Walls 64 of kisser 62 are constructed of a non-conductive material such as aluminum oxide. high frequency A wave induction coil 66 is wound around the outside of the cylindrical mixer 62. when activated In this case, the induction coil 66 mixes the molten metal and the particles flowing from left to right in FIG. Manufacture composite materials. A plurality of fixed baffles 68 extend inwardly from the inner wall of the mixer 62. It is a region where the mixing produced by the induction coil is low, and the complex mixing This prevents stratification of the compound. mixer 62 The inside of is pumped by vacuum line 70 and gas accumulates in the system and ' This reduces the possibility of contamination in molten composite materials. of particles in the molten composite material An eight current monitor 72 is also provided to quantify the amount of current. In Figure 4;'・Drawing related Although the relatively short length of mixer 62 is shown, mixer 62 is approximately 6-9 mm long. -Torme length, has multiple induction coils and multiple sets of bafflesG,)jJ −,17′□゛−゛′A device 80 employing a similar horizontal linear mixer 82 is shown in FIG. It is written as F. This mixer 82 configuration is such that the mixer 82 As previously described, except that one or more impellers 82 are operated within the It is on the same line. The impeller is used for side impact as shown. act) for mixing, axial mixing (axia In this example, multi-stage mixing is possible. , may be used in a single mixing chamber.゛Combination of impeller and induction mixing, Or you can use a mixture of other names. A further advantageous device 90 is shown in FIG. There is. The device 90 includes an impeller □94 and a 202, which uses induction mixing. You could also do that. In the apparatus 90, the metal supply means 14 physically mixer. 92 and thus imposes a hydrostatic head on the metals and composites within the mixer 92. ostatic) is applied. Since gas cannot enter the system, Vacuum pumping of mixer 92 is not required. However, gas is a particulate feeder. Great care must be taken not to enter through the door 16.

必要に応じて、例えば羽根車と誘導混合などのように、連続流れ装置の様々な実 施例を組み合わせて使用することができる。Depending on your needs, different implementations of continuous flow equipment, e.g. impeller and inductive mixing, etc. Examples can be used in combination.

この発明の方法及び装置は、経済的で、高品質の材料を製造する溶融及び鋳造手 順により、微粒子強化複合材料を製造するものであることが認められるであろう 。濡れは、マトリクス中のガスの効果を最小に抑え、高ぜん断速度で混合するこ とにより達成される。説明のために、この発明の特別な実施例を詳細に説明して きたが、この発明の精神及び範囲内であれば様々な改良をすることができる。The method and apparatus of this invention provide an economical, melting and casting technique for producing high quality materials. According to the order, it will be recognized that it is for producing particulate reinforced composite materials. . Wetting minimizes the effects of gases in the matrix and allows them to mix at high shear rates. This is achieved by For purposes of illustration, specific embodiments of the invention will now be described in detail. However, various improvements can be made within the spirit and scope of the invention.

従って、この発明は添付の請求の範囲以外では、制限されるものではない。Accordingly, the invention is not limited except as by the appended claims.

補正書の翻訳文提出書 (特許法第184条の8) 平成5年9月 10日iSubmission of translation of written amendment (Article 184-8 of the Patent Act) September 10, 1993 i

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.予め選択された容量部の非金属粒子で強化された金属合金の複合材料を製造 する方法であって、該方法が 金属材料が連続的にミキサーに供給され、溶融複合材料がそのミキサーから連続 的に引き出される連続流れシステム中で金属合金を溶融する工程と、非金属微粒 子材料の流れをミキサーに添加する工程とを含み、その金属材料と微粒子の相対 流速は、複合材料中の粒子の容量部が予め選択されたものとなる様に調整され、 さらに 金属による粒子の濡れを促進するように粒子が溶融混合物の容量全体に分散され 、粒子と溶融金属が互いにせん断される条件下で、ミキサー中で溶融金属合金を 微粒子材料と混合し、溶融金属を粒子に濡らす工程を含み、その混合は粒子と溶 融金属の混合物へのガスの導入が最小に抑えられ、その混合物内でのガスの保持 が最小に抑えられながら、混合段階を完了するのに必要な時間に溶融金属中で粒 子が実質的に化学的に劣化しない温度で起こり、さらに、そのミキサーから引き 出された複合混合物を鋳造する工程を含む製造方法。1. Manufacture composites of metal alloys reinforced with non-metallic particles in pre-selected volumes A method, the method comprising: The metal material is continuously fed into the mixer, and the molten composite material is continuously fed from the mixer. The process of melting metal alloys in a continuous flow system drawn by adding the flow of child material to the mixer, and adding the flow of the metal material to the particulate The flow rate is adjusted to provide a preselected volume fraction of particles in the composite; moreover The particles are dispersed throughout the volume of the molten mixture to promote wetting of the particles by the metal. , the molten metal alloy in a mixer under conditions where the particles and molten metal are sheared together. The process involves mixing the particles with particulate material and wetting the particles with molten metal; The introduction of gas into the melted metal mixture is minimized and the gas is retained within the mixture. particles in the molten metal for the time required to complete the mixing step while minimizing occurs at a temperature at which the child is not substantially chemically degraded, and further removed from its mixer. A manufacturing method comprising the step of casting the composite mixture produced. 2.金属材料がアルミニウム合金である請求項1記載の方法。2. A method according to claim 1, wherein the metal material is an aluminum alloy. 3.非金属材料が金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物及び金属珪化物からなる グループから選択される耐火セラミックである請求項1記載の方法。3. Non-metallic materials consist of metal oxides, metal nitrides, metal carbides and metal silicides The method of claim 1, wherein the refractory ceramic is selected from the group consisting of: 4.非金属材料が炭化珪素、酸化アルミニウム、炭化ホウ素、窒化珪素及び窒化 ホウ素から成るグループから選択される請求項1記載の方法。4. Non-metallic materials include silicon carbide, aluminum oxide, boron carbide, silicon nitride and nitride. The method of claim 1, wherein boron is selected from the group consisting of boron. 5.非金属材料がガラスである請求項1記載の方法。5. 2. The method of claim 1, wherein the non-metallic material is glass. 6.混合段階では回転羽根車を使用する請求項1記載の方法。6. 2. The method of claim 1, wherein the mixing step uses a rotary impeller. 7.混合段階が、溶融金属と粒子の混合物に適用される真空を用いて行われる請 求項1記載の方法。7. The mixing step may be performed using a vacuum applied to the mixture of molten metal and particles. The method described in claim 1. 8.ミキサーは少なくとも2つの別々のチャンバを含み、それを通って、微粒子 が添加されながら溶融複合材料が流れ、混合が行われる請求項1記載の方法。8. The mixer includes at least two separate chambers through which the particulate 2. The method of claim 1, wherein the molten composite material flows and mixing occurs while the molten composite material is added. 9.鋳造段階は実質的に固体金属が存在しない十分高い鋳造温度で実行される請 求項1記載の方法。9. The casting step must be carried out at a sufficiently high casting temperature that substantially no solid metal is present. The method described in claim 1. 10.予め選択された容量部の非金属粒子で強化された金属合金の複合材料の連 続的な流れを製造する装置であって、該装置が金属による粒子の濡れを促進する ように粒子が混合物の容量全体に分散され、粒子と溶融金属が互いにせん断され る条件下で、溶融金属合金の流れを微粒子材料の流れと混合し、溶融金属を粒子 に濡らす手段を含み、その混合は粒子と溶融金鋼の混合物へのガスの導入が最小 に抑えられ、その混合物内でのガスの保持が最小に抑えられながら、混合段階を 完了するのに必要な時間に溶融金鋼中で粒子が実質的に化学的に劣化しない温度 で起こり、さらに、溶融金属の流れをその混合手段中に導入する金属供給手段と 、微粒子の流れをその混合手段中に導入するための粒子供給手段とを含み、金属 供給手段の金属の流速と粒子供給手段の粒子の流速は制御することができ、さら に、 混合された複合材料の流れを混合手段から除去するための手段を含む装置。10. A series of composite materials of metal alloys reinforced with non-metallic particles in a preselected volume. an apparatus for producing a continuous flow, the apparatus promoting wetting of particles by metal; The particles are dispersed throughout the volume of the mixture so that the particles and molten metal are sheared together. A flow of molten metal alloy is mixed with a flow of particulate material under conditions of The mixing includes means for wetting the particles and the molten steel in a manner that minimizes the introduction of gas into the mixture of particles and molten steel. The mixing step is carried out while minimizing gas retention within the mixture. temperature at which the particles do not substantially chemically deteriorate in molten steel during the time required to complete and a metal supply means for introducing the flow of molten metal into the mixing means. a particle supply means for introducing a stream of particulates into the mixing means; The flow rate of metal in the supply means and the flow rate of particles in the particle supply means can be controlled and further To, Apparatus including means for removing a stream of mixed composite material from the mixing means. 11.混合手段は溶融金属と微粒子材料を共に混合する羽根車を含む請求項10 記載の装置。11. 10. The mixing means includes an impeller for mixing the molten metal and particulate material together. The device described. 12.混合手段は真空ポンプにより排気される請求項10記載の装置。12. 11. Apparatus according to claim 10, wherein the mixing means is evacuated by a vacuum pump. 13.混合手段は、溶融金属と微粒子材料を共に混合するのを補助するために複 数のバッフルを含む請求項10記載の装置。13. The mixing means may include multiple components to assist in mixing the molten metal and particulate material together. 11. The apparatus of claim 10, including several baffles. 14.混合手段は少なくとも2段階の混合を含み、それぞれの段階で溶融金属と 微粒子を共に混合する手段が含まれる請求項10記載の装置。14. The mixing means includes at least two stages of mixing, each stage of mixing with the molten metal. 11. The apparatus of claim 10, including means for mixing the particulates together. 15.個々の段階は別々のチャンバに含まれる請求項14記載の装置。15. 15. The apparatus of claim 14, wherein the individual stages are contained in separate chambers. 16.上記段階が単一のチャンバ内にある請求項14記載の装置。16. 15. The apparatus of claim 14, wherein said stage is within a single chamber.
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