JPH07268401A - High strength aluminum alloy (powder) and its production - Google Patents

High strength aluminum alloy (powder) and its production

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JPH07268401A
JPH07268401A JP6084010A JP8401094A JPH07268401A JP H07268401 A JPH07268401 A JP H07268401A JP 6084010 A JP6084010 A JP 6084010A JP 8401094 A JP8401094 A JP 8401094A JP H07268401 A JPH07268401 A JP H07268401A
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JP
Japan
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powder
aluminum alloy
aluminum
particles
strength
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JP6084010A
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Nobuaki Suzuki
延明 鈴木
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce high strength aluminum alloy powder improved in strength and uniformity by subjecting aluminum material powder to mechanism alloying, oxidizing a part of the mechanical alloying powder and dispersing the produced oxides reinforcing particles. CONSTITUTION:A stage where pure aluminum powder, aluminum alloy powder or the mixture of the powder with at least one kind of auxiliary reinforcing particle powder selected among the group of ceramic powder (excluding oxides), intermetallic compounds and precursory composite body powder is subjected to mechanical alloying in an atmosphere of an inert gas and the powder is discharged into the air, is repeated for plural times. Thus, the oxidized film formed on the surface of the powder at the time of the discharge is pulverized, and simultaneously, is made composite into the aluminum matrix. Moreover, the oxides are mainly constituted of Al2O3 of about <=1mum, and the total content is regulated to about <=10wt.%. Thus, the lightweight aluminum alloy having high strength and excellent in heat resistance and wear resistance can be produced.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】高強度アルミニウム合金(粉末)
とその製造方法に関する。
[Industrial application] High strength aluminum alloy (powder)
And its manufacturing method.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明者は、金属間化合物分散強化アル
ミニウム合金(粉末)およびその製造方法について開発
研究を重ね、既に、その成果として特願平5−2253
11号あるいは特願平5−265857号等に係る発明
を行った。
2. Description of the Related Art The present inventor has conducted extensive research and development on an intermetallic compound dispersion strengthened aluminum alloy (powder) and a method for producing the same, and as a result of the development, Japanese Patent Application No. 5-2253 has already been published.
The invention of No. 11 or Japanese Patent Application No. 5-265857 was made.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先行する
発明においては、補助強化粒子が金属間化合物だけとな
っており、室温付近の強度について今一歩不足するもの
があった。ここで、酸化物粒子をメカニカルアロイング
(以下、MAという)法によって複合化させることがで
きれば、係る強度について改善を図ることができると予
測される。しかるに、出発原料の段階からサブミクロン
以下の例えば酸化物を高体積率でMA法により複合化さ
せると、当該酸化物粒の凝集が生じ易く、均一性も低下
しやすいという難点があり、かつ、このような酸化物の
微粉は、取扱い難く、コスト的にも無駄が多い。
However, in the above-mentioned prior invention, the auxiliary strengthening particles were only intermetallic compounds, and there was a problem that the strength near room temperature was insufficient. Here, if the oxide particles can be compounded by a mechanical alloying (hereinafter, referred to as MA) method, it is expected that the strength can be improved. However, when a submicron or smaller oxide, for example, is complexed by the MA method at a high volume ratio from the stage of the starting material, there is a problem that aggregation of the oxide particles is likely to occur and the uniformity is also likely to decrease, and Such oxide fine powder is difficult to handle and is wasteful in terms of cost.

【0004】したがって、本発明の目的は、出発原料の
段階からサブミクロン以下の酸化物粒子を用いることな
く、補助強化粒子とともに製造工程中に生じた酸化物を
複合することとした高強度アルミニウム合金(粉末)と
その製造方法を提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to combine the oxides generated during the manufacturing process with the auxiliary strengthening particles without using the oxide particles of submicron or less from the stage of the starting material, and to obtain a high strength aluminum alloy. (Powder) and its manufacturing method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の要旨は、純アルミニウム粉またはアルミニ
ウム合金粉に対し;またはこれと、セラミックス粉(酸
化物粉を除く)、金属間化合物粉および前駆複合体粉体
とから成る群から選ばれた少なくとも1種の補助強化粒
子粉末とを混合したものに対し、MAを施し、MA粉中
の構成元素の1部をMA処理工程中、又は処理後におい
て一部酸化させ、これによって生成する酸化物を強化粒
子として分散させることを含む高強度アルミニウム合金
粉末の製造方法、該方法によって得られる粉末および該
粉末を用いて製造される高強度アルミニウム合金にあ
る。
In order to solve the above problems, the gist of the present invention is pure aluminum powder or aluminum alloy powder; or this, and ceramic powder (excluding oxide powder) and intermetallic compound powder. MA is applied to a mixture of at least one auxiliary reinforcing particle powder selected from the group consisting of: and a precursor composite powder, and a part of the constituent elements in the MA powder is subjected to the MA treatment step, or A method for producing a high-strength aluminum alloy powder, which comprises partially oxidizing after the treatment and dispersing the resulting oxide as strengthening particles, a powder obtained by the method, and a high-strength aluminum produced using the powder. It is in alloy.

【0006】すなわち、本発明によれば、不活性ガス雰
囲気中でMAした粉末を大気中に排出する工程を複数回
くり返すことで、主に排出時に粉末表面に形成された酸
化被膜を破砕し、同時にこれをアルミニウム マトリッ
クス中へ複合化することを特徴とするアルミニウム基酸
化物分散強化複合材料粉末の製造方法(以下方法Aとい
う)および該方法(A)により製造したアルミニウム基
酸化物分散強化複合材料粉末(高強度アルミニウム合金
粉末)が提供される。
That is, according to the present invention, the step of discharging the powder of MA in an inert gas atmosphere to the atmosphere is repeated a plurality of times to mainly crush the oxide film formed on the powder surface during discharging. And a method for producing an aluminum-based oxide dispersion-reinforced composite material powder (hereinafter referred to as method A), which is characterized in that it is simultaneously compounded in an aluminum matrix, and an aluminum-based oxide dispersion-reinforced composite produced by the method (A). A material powder (high strength aluminum alloy powder) is provided.

【0007】また、本発明は、この高強度アルミニウム
合金粉末から一連の製造工程により得られるアルミニウ
ム基酸化物分散強化複合材料素材(高強度アルミニウム
合金)をも提供するものである。
The present invention also provides an aluminum-based oxide dispersion strengthened composite material (high-strength aluminum alloy) obtained from the high-strength aluminum alloy powder by a series of manufacturing steps.

【0008】この素材中に分散されるアルミニウム基酸
化物は、以下のような仕様を備えることとなる。 酸化物:主にAl2 3 (アルミナ) サイズ:1μm以下 含有量:トータルで10wt%(重量%)以下 ここで、酸化物はAlより還元性の強い(酸化し易い)
MgやCa、又はほぼ同レベルのZr等をMA粉の構成
元素にもつ場合は、それぞれMgO、CaO、ZrO2
も主体となる。一応の目安としては500℃に於ける酸
化物標準生成自由エネルギーが|ΔG0 |≧220,0
00Cal/g・mol・O2 :の酸化物である。
The aluminum-based oxide dispersed in this material has the following specifications. Oxide: mainly Al 2 O 3 (alumina) Size: 1 μm or less Content: 10 wt% (wt%) or less in total Here, the oxide has a stronger reducing property than Al (it is easily oxidized)
When the constituent elements of the MA powder include Mg and Ca, or Zr or the like at almost the same level, MgO, CaO, and ZrO 2 respectively.
Will also be the subject. As a rough guide, the standard free energy of formation of oxides at 500 ° C. is | ΔG 0 | ≧ 220,0
It is an oxide of 00 Cal / g · mol · O 2 .

【0009】本発明に係る方法Aでは、強化粒子となる
酸化物をMAに供する出発原料に用いず、方法Aの加工
工程で生成させマトリックス中へ微細、均一分散させ
る。
In the method A according to the present invention, the oxide to be the reinforcing particles is not used as the starting material for MA, but is generated in the processing step of the method A and finely and uniformly dispersed in the matrix.

【0010】本発明は、補助強化粒子粉末を併用する場
合も含む。ここで、補助強化粒子は、窒化物、ホウ化物
等のセラミックス粒子、又は金属間化合物粒子を含む。
The present invention also includes the case where an auxiliary reinforcing particle powder is used in combination. Here, the auxiliary reinforcing particles include ceramic particles such as nitrides and borides, or intermetallic compound particles.

【0011】本発明は、さらに、方法Aに加えて、空気
圧縮機、等から供給される空気又は、ボンベより空気と
不活性ガスの混合ガスをMA容器中に注入しながらMA
を行う方法(方法Bという)を提供するものである。
In addition to the method A, the present invention further includes MA supplied while injecting air supplied from an air compressor or the like or a mixed gas of air and an inert gas from a cylinder into the MA container.
The method (referred to as method B) is performed.

【0012】本発明において、補助強化粒子を併用する
場合、その複合比は全体の40wt%以下、そのサイズ
は10μm以下とする。また本発明でMA工程中にアル
コールを分散剤として用いる場合があるが、素材中の
(炭素)含有量が1wt%以下であることが必要であ
る。
In the present invention, when the auxiliary reinforcing particles are used in combination, the composite ratio is 40 wt% or less and the size is 10 μm or less. In the present invention, alcohol may be used as a dispersant during the MA process, but the (carbon) content in the raw material needs to be 1 wt% or less.

【0013】次に、本発明に係る高強度アルミニウム合
金(粉末)とその製造方法を図1に示すフローチャート
を参照しながら、さらに詳細に説明する。
Next, the high-strength aluminum alloy (powder) and the method for producing the same according to the present invention will be described in more detail with reference to the flow chart shown in FIG.

【0014】素材の秤量(および混合)(図中101) 本発明では、高強度アルミニウム合金(粉末)を得るた
めの原料(出発原料)は、マトリックスとなる純Al粉
末、またはAl合金粉末か、あるいは当該粉末と補助強
化粒子との併用とする。純Al粉末は純度99.5%以
上、好ましくは99.9%以上とする。Al合金粉末の
場合Mg,Zn,Cu,Si,Cr,Mn,Fe,T
i,Ni,Zrのうち少なくとも1種類以上の元素を合
計で10wt%以下含有し、残りはAlと不可避不純物
からなる合金組成のものとする。いずれも粒径は150
μm以下のものが好ましい。
[0014] In weighing the materials (and mixtures) (figure 101) the present invention, the raw material for obtaining a high-strength aluminum alloy (powder) (starting material) is a pure Al powder becomes a matrix or Al alloy powder or, Alternatively, the powder is used in combination with auxiliary reinforcing particles. The purity of the pure Al powder is 99.5% or more, preferably 99.9% or more. In the case of Al alloy powder, Mg, Zn, Cu, Si, Cr, Mn, Fe, T
At least one element of i, Ni, and Zr is contained in an amount of 10 wt% or less in total, and the rest has an alloy composition of Al and inevitable impurities. Both have a particle size of 150
It is preferably μm or less.

【0015】一方、補助強化粒子としては、セラミック
ス粉(粒子)の場合、窒化物(Si3 4 ,TiN,A
lN等)、ホウ化物(TiB2 ,等)等を用いることが
できる。
On the other hand, as the auxiliary reinforcing particles, in the case of ceramic powder (particles), nitrides (Si 3 N 4 , TiN, A
1N, etc.), borides (TiB 2 , etc.), etc. can be used.

【0016】また、補助強化粒子として使用される金属
間化合物粒子としては、例えば、特願平5−22531
1号、特願平5−265857号において開示された金
属間化合物又は前駆複合体粉が特に好適である。
The intermetallic compound particles used as the auxiliary reinforcing particles include, for example, Japanese Patent Application No. 5-22531.
The intermetallic compound or precursor composite powder disclosed in Japanese Patent Application No. 1 and Japanese Patent Application No. 5-265857 is particularly suitable.

【0017】これらのうち、特願平5−225311号
のものは、Al粉末またはAl合金粉末に金属間化合物
粉末を混合し、該混合粉末をMA処理することを含む金
属間化合物分散強化アルミニウム合金粉末の製造方法に
よって得た粉末を処理して得た合金であるが、ここで用
いられた上記金属間化合物粉末を本発明でも用いること
ができる。金属間化合物としては、以下のものが列挙さ
れている。 (1) 軽量高強度化の追求が目的のとき(かっこ内は
比重): Mg2 Si(1.96),Al3 Ti(3.3),Ti
Al(3.8)等 (2) 高温強度向上の追求が目的のとき: Al3 V,Ni3 Al,Al3 Ni,Al3 Fe,Fe
Al Al3 Zr,Al3 Mn,Al3 Ti等 (3) 高強度・低コストの追求が目的のとき: Mg2 Si,CuAl3 特願平5−265857号のものは、強化粒子となる金
属間化合物の各構成元素(例えば上記(1)〜(3)の
化合物の構成元素)の粉末を化学量論組成に従って秤量
・混合し、混合した粉末をメカニカルアロイングし、こ
れによって得られる前駆複合体に純Al粉末またはAl
合金粉末を加え、再度MAを実施することにより成る前
駆複合体を複合化したアルミニウム合金粉末の製造方法
によって得た粉末を処理し得た合金であるが、ここで用
いられた上記前駆複合体を本発明でも用いることができ
る。
Among these, Japanese Patent Application No. 5-225311 discloses an intermetallic compound dispersion strengthened aluminum alloy which comprises mixing Al powder or Al alloy powder with intermetallic compound powder and subjecting the mixed powder to MA treatment. It is an alloy obtained by treating the powder obtained by the method for producing powder, but the above intermetallic compound powder used here can also be used in the present invention. The following are listed as intermetallic compounds. (1) For the purpose of pursuing lightweight and high strength (specific gravity in parentheses): Mg 2 Si (1.96), Al 3 Ti (3.3), Ti
Al (3.8) etc. (2) When pursuing improvement of high temperature strength: Al 3 V, Ni 3 Al, Al 3 Ni, Al 3 Fe, Fe
Al 3 Zr, Al 3 Mn, Al 3 Ti, etc. (3) For the purpose of pursuing high strength and low cost: Mg 2 Si, CuAl 3 Japanese Patent Application No. 5-265857 is a metal that serves as reinforcing particles. A powder of each constituent element of the intermetallic compound (for example, a constituent element of the compound of the above (1) to (3)) is weighed and mixed according to the stoichiometric composition, and the mixed powder is mechanically alloyed to obtain a precursor composite. Pure Al powder or Al on the body
An alloy obtained by treating a powder obtained by a method for producing an aluminum alloy powder in which a precursor composite is formed by adding alloy powder and performing MA again. The above-mentioned precursor composite used here is It can also be used in the present invention.

【0018】前記セラミックス粉を使用する場合、その
サイズは、1μm以下のものが好ましい。金属間化合物
または前駆複合体の粉末の場合、106μm以下のサイ
ズが良い。MAの進行により、経時的に破砕が生じて行
くためである。
When the ceramic powder is used, its size is preferably 1 μm or less. In the case of powder of intermetallic compound or precursor composite, size of 106 μm or less is preferable. This is because crushing occurs over time as the MA progresses.

【0019】本工程(101)で、素材の秤量を行う
が、補助強化粒子を用いる場合、純Alまたは純Al粉
に混ぜる場合、その比率は、全体の40wt(重量)%
以下とする。40wt%以上では、靱性が極端に低下す
るので、実用に耐えない。
In this step (101), the raw materials are weighed. When auxiliary reinforcing particles are used, or when they are mixed with pure Al or pure Al powder, the ratio is 40 wt% by weight.
Below. If it is 40 wt% or more, the toughness is extremely reduced, and it cannot be put to practical use.

【0020】メカニカルアロイング(図中、1A2,1
B2) 方法Aは、101の以後、図1中、1A2,1A3,1
A4,105,106,107,108,109の順に
実施される。方法Bは、101の以後、図1中、1B
2,1B3,105,106,107,108,109
の順に実施される。両方法の実質的相違は、メカニカル
アロイングを不活性ガス雰囲気下で行うか(1A2)、
空気又は、空気と不活性ガスの混合ガスを注入しながら
酸化性の雰囲気で行うか(1B2)にある。
Mechanical alloying (1A2, 1 in the figure)
B2) Method A is, after 101, 1A2, 1A3, 1 in FIG.
A4, 105, 106, 107, 108, and 109 are carried out in this order. Method B is 1B after 101 in FIG.
2,1B3,105,106,107,108,109
It is carried out in the order of. The substantial difference between the two methods is that mechanical alloying is performed in an inert gas atmosphere (1A2).
Whether it is performed in an oxidizing atmosphere while injecting air or a mixed gas of air and an inert gas (1B2).

【0021】本発明では、混合した粉末をボールミル処
理好ましくは高エネルギ型のアトライタを用いてMAを
行う(1A2,1B2)。アトライタの一例を図2に示
す。図2のアトライタ1では、シャフト2の回転によっ
てアジテータ3を回転させ、これによってボール4を運
動させる。このボール4の運動によって原料をMAす
る。MA処理中、ガス流入口5からガスを流入させ、処
理容器内雰囲気を一定に保つ。また、水流入口6から冷
却水を流入させ温度を一定に保つ。なお、図2で7はガ
ス排出口、8は水排出口である。上記ボール4は最大1
インチ好ましくは3/8インチの鋼球であることが好ま
しい。ボールと投入粉末全重量の比率は、ボールの全重
量と粉末の全重量の比率が150:1ないし20:1好
ましくは140:1ないし40:1である。シャフト2
の回転数は好ましくは250rpmである。処理容器内
雰囲気としては方法Aの場合、ArあるいはHe、N2
等を使用した非酸化雰囲気で行う。方法Bの場合、空気
又は空気と不活性ガスの混合ガスを注入しながら酸化性
雰囲気で行う。アジテータ3の先端の周速度は、3.5
m/秒以内とし、最大でも1インチのボールを使用して
20時間以内の時間好適には10〜15時間で処理する
ことが必要である。20時間以内ではコストが上昇し、
Feが混入して完成品の伸びを低下させてしまう。ボー
ル4は、鋼球以外にはWC系の超硬球、ZrO2 系ある
いはSiN4 系等のセラミックス等各種のものを使用す
ることができる。なお、メカニカルアロイングの際は、
粉の分散性、または潤滑効果も考慮してメタノールまた
はエタノールを分散剤として適量添加して行う。添加量
は、 〔分散剤量(ml)/粉末総重量(g)〕×100=1
〜5 とする。但し、メタノールの場合、1〜5、エタノール
の場合1〜3.5が好適である。分散剤の量が少ないと
純Alがアトライタ内のボール表面に付着し、十分なメ
カニカルアロイングができない。逆に多すぎると処理粉
末が細かくなりすぎ排出後に急速に酸化して発火する。
不活性ガス雰囲気又は真空の粉末回収装置が必要となる
ばかりか、ブリケット成形まで非酸化性雰囲気中で行う
必要がありコスト高となる。また、粒子が細かくなると
表面積が大きくなるため酸化量も上昇するし、残渣とし
て残る炭素がAlと反応し、アルミニウム炭化物を形成
して素材を脆化させる。なお、アルコールの残渣から混
入する炭素量が1重量%以下であれば好適である。
In the present invention, the mixed powder is ball-milled, and MA is performed preferably using a high energy type attritor (1A2, 1B2). An example of the attritor is shown in FIG. In the attritor 1 of FIG. 2, the rotation of the shaft 2 causes the agitator 3 to rotate, which causes the ball 4 to move. MA is performed on the raw material by the movement of the ball 4. During MA processing, gas is introduced from the gas inlet 5 to keep the atmosphere in the processing container constant. Further, cooling water is introduced from the water inlet 6 to keep the temperature constant. In FIG. 2, 7 is a gas outlet and 8 is a water outlet. The maximum number of balls 4 is 1
It is preferably an inch, preferably a 3/8 inch steel ball. The ratio of the total weight of the balls to the powder added is 150: 1 to 20: 1, preferably 140: 1 to 40: 1, the ratio of the total weight of the balls to the total weight of the powder. Shaft 2
The rotation speed of is preferably 250 rpm. In the case of Method A, the atmosphere in the processing container is Ar, He, N 2
Etc. in a non-oxidizing atmosphere. In the case of Method B, it is performed in an oxidizing atmosphere while injecting air or a mixed gas of air and an inert gas. The peripheral speed of the tip of the agitator 3 is 3.5.
It is necessary to perform the treatment at a speed of m / sec or less and a time of 20 hours or less, preferably 10 to 15 hours, using a ball of 1 inch at the maximum. Costs rise within 20 hours,
Fe mixes in to reduce the elongation of the finished product. As the balls 4, various kinds of balls such as WC type super hard balls, ZrO 2 type or SiN 4 type ceramics can be used in addition to steel balls. In addition, at the time of mechanical alloying,
Considering the dispersibility of the powder or the lubricating effect, an appropriate amount of methanol or ethanol is added as a dispersant. The addition amount is [dispersant amount (ml) / total powder weight (g)] × 100 = 1
Set to ~ 5. However, 1 to 5 is preferable for methanol and 1 to 3.5 is preferable for ethanol. When the amount of the dispersant is small, pure Al adheres to the ball surface in the attritor, and sufficient mechanical alloying cannot be performed. On the contrary, if the amount is too large, the treated powder becomes too fine and is rapidly oxidized and ignited after being discharged.
Not only a powder recovery device in an inert gas atmosphere or a vacuum is required, but also briquette molding needs to be performed in a non-oxidizing atmosphere, resulting in high cost. Further, as the particles become finer, the surface area becomes larger and the amount of oxidation also increases, and the carbon that remains as a residue reacts with Al to form aluminum carbide and embrittle the material. It is preferable that the amount of carbon mixed from the alcohol residue is 1% by weight or less.

【0022】上記したように、方法Aでは、MA中は処
理容器内をアルゴン等の不活性ガス雰囲気としMA粉の
酸化を抑制しながら粉の破砕・分散・複合化を主体にM
Aを行う。従って、方法Aは純Al粉と補助強化粒子又
はAl合金粉末と補助強化粒子を複合化する際のMA時
に特に有効な手法となる。また、本法は補助強化粒子に
金属間化合物または、これの前駆複合体を用いる場合に
特に有効な手法となる。これは、出発原料に用いるこれ
らの補助強化粒子が一般に粗粒なケースが多く、これが
微細に破砕され、均一にアルミニウムマトリックス中へ
分散・複合化してゆくのに比較的長時間が費り、方法B
ではこの均一分散複合化が達成される前に酸化量のみが
異常にアップしてしまうこと、MAの容器内では、図2
のBで示したように容器底に凝着が起り易く1回のMA
排出では均一なMA粉が得られ難いことによる。特に、
未だ延性の残る前駆複合体を用いる際は、この凝集が起
り易く複数回MAすることで凝集体が解消し、均一なM
A粉が得られる。また、金属間化合物やその前駆複合体
の場合、活性が高く、酸化性雰囲気で微粉化してゆくと
燃焼してしまうため方法Aが有利と言える。
As described above, in the method A, the inside of the processing container in the MA is kept in an atmosphere of an inert gas such as argon and the crushing / dispersion / compositing of the powder is mainly performed while suppressing the oxidation of the MA powder.
Perform A. Therefore, the method A is a particularly effective method for MA when compounding pure Al powder and auxiliary reinforcing particles or Al alloy powder and auxiliary reinforcing particles. Further, this method is a particularly effective method when an intermetallic compound or a precursor composite thereof is used for the auxiliary reinforcing particles. This is because these auxiliary reinforcing particles used as the starting material are generally coarse particles in many cases, and it takes a comparatively long time to be finely crushed and uniformly dispersed / complexed in the aluminum matrix. B
Then, only the amount of oxidation increases abnormally before this uniform dispersion / composite is achieved.
As indicated by B in the above, adhesion easily occurs at the bottom of the container and
This is because it is difficult to obtain uniform MA powder by discharging. In particular,
When using a precursor composite that still has ductility, this aggregation is likely to occur, and the MA is dissolved multiple times to eliminate the aggregation, resulting in a uniform M
A powder is obtained. In the case of an intermetallic compound or its precursor complex, Method A is advantageous because it has high activity and burns when it is pulverized in an oxidizing atmosphere.

【0023】一方、MA処理容器内へ空気又は空気と不
活性ガスの混合ガスを強制的に注入しながらMAする
(方法B)のは、主に純Al粉またはAl合金粉のみを
出発原料とする場合か、補助強化粒子を併用するにして
も安定な酸化物粒子を用いる場合が安全性も含めて有利
である。なお、MAに際しては分散剤にアルコールを用
いるケースが多くこれが気化してMA粉をシールドする
作用を示すため既述のガスは強制的に容器内へ送り込ま
れないとMA粉の酸化の進行は遅れる。
On the other hand, MA is performed by forcibly injecting air or a mixed gas of air and an inert gas into the MA processing container (method B), mainly using pure Al powder or Al alloy powder as the starting material. It is advantageous to use the stable oxide particles even if the auxiliary reinforcing particles are used together, including safety. Alcohol is often used as a dispersant in MA, and this has the effect of vaporizing and shielding MA powder. Therefore, unless the above-mentioned gas is forcedly sent into the container, the progress of oxidation of MA powder is delayed. .

【0024】排出(1A3,1B3) 排出は、原則として大気中へ行うものとする。方法Aの
場合、MA粉の微細化が著しく進行していると(平均粒
系15μm以下)排出した瞬間発火するケースがあるた
め、MA粉及び容器内部が十分冷えてから行う。回収容
器も冷却機能付のものが好ましい。
Emission (1A3, 1B3) Emission is to be conducted into the atmosphere in principle. In the case of Method A, if the MA powder is remarkably refined (average grain size of 15 μm or less), it may be ignited at the moment of discharge, so that the MA powder and the inside of the container should be cooled sufficiently. It is preferable that the recovery container also has a cooling function.

【0025】MA粉末の評価(1A4、方法Aのみ) 方法Aによって得られるMA粉末は、図3、図4で示し
たような状態である。図3は、補助強化粒子を出発原料
に用い、排出回数が1回の場合について説明したもので
ある。この状態では、MA後排出時に大気との接触によ
って生じた酸化被膜が個々の粉末粒子の周囲に生じてお
り、MA中に若干混入した酸化物粒子は十分な量ではな
い。図4は、複数回MAしたものである。酸化被膜の破
砕・分散による酸化物が十分な割合で分散している。な
お、方法Bで得られるMA粉も方法Aで複数回排出した
際のMA粉性状に似る。ここで方法A法のMA粉の評価
(1A4)に際し再度MAに供するか、または後の熱間
加工工程等へ移すかの判断基準としては表1に示すとこ
ろによる。方法Aでは、この基準を満足するまで、MA
をくり返して行う。
Evaluation of MA Powder (1A4, Method A Only) The MA powder obtained by Method A is in the state shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 3 illustrates a case where auxiliary reinforcing particles are used as a starting material and the number of discharges is one. In this state, an oxide film formed by contact with the atmosphere during discharge after MA is formed around each powder particle, and the amount of oxide particles slightly mixed in MA is not sufficient. In FIG. 4, MA is performed a plurality of times. Oxide due to crushing / dispersion of oxide film is dispersed at a sufficient ratio. The MA powder obtained by the method B also resembles the properties of the MA powder when discharged a plurality of times by the method A. Here, in the evaluation of MA powder of Method A (1A4), whether to re-use MA or to move to a subsequent hot working step or the like is as shown in Table 1. In method A, MA is satisfied until this criterion is satisfied.
Repeat.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】分級(105) 排出が完了した粉末を分級し、300μm以下好ましく
は106μm以下のMA粉を以後用いる。
Classification (105) The discharged powder is classified, and MA powder of 300 μm or less, preferably 106 μm or less is used thereafter.

【0028】ビレット成形(106) 閉塞した金型内にメカニカルアロイング粉末を入れ、圧
縮してビレット成形してブロック体を得る。形状は、押
出に適した形状、例えば円柱状とする。
Billet molding (106) Mechanical alloying powder is put in a closed mold and compressed to obtain a block body by billet molding. The shape is a shape suitable for extrusion, for example, a cylindrical shape.

【0029】キャンニング(107) ブロック体をアルミニウム缶へ封入し脱ガス(キャンニ
ング)する。これは必ずしも必要ではない。
Canning (107) The block body is sealed in an aluminum can and degassed (canning). This is not absolutely necessary.

【0030】脱ガス(108) ビレットを真空熱処理炉で加熱し、脱ガスを行う。40
0〜500℃で3時間以上行う。
The degassed (108) billet is heated in a vacuum heat treatment furnace for degassing. 40
It is performed at 0 to 500 ° C. for 3 hours or more.

【0031】熱間塑性加工(109) 脱ガスの完了したビレットを熱間加工することにより素
材(合金の完成品)を作製する。代表的な方法として熱
間押出しがある。400〜550℃、押出し比5以上好
ましくは10以上で行う。他に熱間静水圧プレス(H
I)や粉末鍛造法等の方法がある。
Hot plastic working (109) A material (complete alloy product) is produced by hot working the billet that has been degassed. A typical method is hot extrusion. It is carried out at 400 to 550 ° C. and an extrusion ratio of 5 or more, preferably 10 or more. In addition, hot isostatic press (H
I) and powder forging method.

【0032】得られた素材を機械加工または熱間鍛造法
等により形状を付与し、製品とする。
The obtained material is given a shape by machining or hot forging method to obtain a product.

【0033】[0033]

【実施例】実施例1(方法Aに関するもの) 純度99.99%のAl粉を用い、補助強化粒子として
Al3 Fe粉末を用い、図2のアトライタを用い、図1
のフローチャートにより、方法Aを実施した。図2のア
トライタを用いたMAの条件としては、試料1について
は、アジテータ回転数を250rpmとし、4時間行
い、排出し再度250rpmで1時間行い排出した。試
料2については、250rpmで5時間行い、再度のM
Aは行わなかった。このアルミニウム合金粉末の組成比
は、表2に示すとおりである。
EXAMPLES Example 1 (Method A) Using Al powder having a purity of 99.99%, Al 3 Fe powder as auxiliary reinforcing particles, and using the attritor of FIG.
Method A was carried out according to the flowchart in FIG. As conditions for MA using the attritor shown in FIG. 2, with respect to Sample 1, the agitator rotation speed was 250 rpm, discharge was carried out for 4 hours, and discharge was carried out again at 250 rpm for 1 hour. Sample 2 was performed at 250 rpm for 5 hours, and M
A was not done. The composition ratio of this aluminum alloy powder is as shown in Table 2.

【0034】[0034]

【表2】 [Table 2]

【0035】以上のMAによって得られた合金粉末に、
図1の105〜109の工程を施し、アルミニウム合金
を得た。試料1によって得られた合金の比重は2.9
3、試料2によって得られた合金の比重は2.90であ
った。
To the alloy powder obtained by the above MA,
The steps 105 to 109 in FIG. 1 were performed to obtain an aluminum alloy. The specific gravity of the alloy obtained by the sample 1 is 2.9.
3, the specific gravity of the alloy obtained by the sample 2 was 2.90.

【0036】試料1,2の引張強さ(MPa)、硬さは
表3、表4の通りであった。
The tensile strength (MPa) and hardness of Samples 1 and 2 are as shown in Tables 3 and 4.

【0037】[0037]

【表3】 [Table 3]

【0038】[0038]

【表4】 [Table 4]

【0039】この表3により了解されるように、MA・
排出をくり返すことで、比重を大きくすることなく、大
幅に強度が上昇したことが認められる。
As can be seen from Table 3, MA.
By repeating the discharge, it can be seen that the strength increased significantly without increasing the specific gravity.

【0040】図5,6に試料1,2の金属組織図を示
す。試料1の方が1μm以下のAl2 3 粒子が好適に
分散していることが了解される。図7は、図5を説明し
たものである。
5 and 6 show metallographic diagrams of Samples 1 and 2. It is understood that the sample 1 has the Al 2 O 3 particles of 1 μm or less dispersed more preferably. FIG. 7 illustrates FIG.

【0041】実施例2(方法Aについて、前駆複合体を
用いた実施例) 純度99.99%のAl粉を用い、補助強化粒子とし
て、特願平5−265857号に記載される前駆複合体
を用いた。また、図2のアトライタを用いて、図1のフ
ローチャートに従って実施した。すなわち、強化粒子と
なる金属間化合物(Mg2 Si)の構成元素の粉末(M
gおよびSi)を化学量論的組成(モル比で2:1)に
従って秤量・混合し、混合した粉末をメカニカルアロイ
ングし、これによって前駆複合体粉末を得た。この粉末
は、MgとSiが機械的に合金化しているものであり、
まだ金属間化合物にはなっていない。
Example 2 (Example of Method A Using Precursor Complex) Using Al powder having a purity of 99.99%, the precursor complex described in Japanese Patent Application No. 5-265857 as auxiliary reinforcing particles. Was used. Further, the experiment was performed according to the flowchart of FIG. 1 using the attritor of FIG. That is, the powder (M of the constituent elements of the intermetallic compound (Mg 2 Si) that becomes the reinforcing particles
(g and Si) were weighed and mixed according to the stoichiometric composition (molar ratio 2: 1), and the mixed powder was mechanically alloyed to obtain a precursor composite powder. This powder is a mechanical alloy of Mg and Si,
It is not yet an intermetallic compound.

【0042】本実施例2の試料3〜5について、メカニ
カルアロイングの条件は、以下の表5の通りである。
The conditions for mechanical alloying of Samples 3 to 5 of Example 2 are shown in Table 5 below.

【0043】[0043]

【表5】 [Table 5]

【0044】純Al粉とMg2 Si(前駆複合体)の割
合は、Al−20wt%(Mg2 Si(合金全量に対し
20wt%Mg2 Si)となるようにした(MA後)。
The ratio of pure Al powder and Mg 2 Si (precursor composite) was set to Al-20 wt% (Mg 2 Si (20 wt% Mg 2 Si based on the total amount of the alloy) (after MA)).

【0045】各試料について、MA完了後の粉末中のC
(炭素)およびAl2 3 の含有量は、以下の表6の通
りであった。
For each sample, C in the powder after MA completion
The contents of (carbon) and Al 2 O 3 were as shown in Table 6 below.

【0046】[0046]

【表6】 [Table 6]

【0047】また、得られたMA粉に図1の105〜1
09の工程を施して得られた素材の強度、硬さは、表
7,表8に示す通りであった。
In addition, the obtained MA powder was added with 105-1 in FIG.
The strength and hardness of the material obtained by applying the process of No. 09 were as shown in Tables 7 and 8.

【0048】本実施例2によれば、出発原料の補助強化
粒子に金属間化合物の前駆複合体粉を用いた場合でも本
案が示す手法を応用すると大幅な強度上昇が可能となる
ことが了解される。
According to the present Example 2, it is understood that even when the precursor composite powder of the intermetallic compound is used as the auxiliary reinforcing particles of the starting material, the strength can be greatly increased by applying the method shown in the present invention. It

【0049】[0049]

【発明の効果】MAした粉末を排出し、大気にさらして
表面を酸化させた後再度MAする(方法A)こと、また
は、酸化させながらMAする(方法B)という本発明の
効果として、次の内容が挙げられる。 (1) 強度が著しく上昇する、特に、室温付近の強度
上昇が著しい。 (2) 方法Aでは、再度MAすることで補助強化粒子
の凝集が解消し、均一なMA粉が得られることで素材の
均一性がアップする。 (3) 粉末表面の酸化被膜の破砕物を強化粒子とする
ため極めて微細な粒子による分散強化が可能となる。よ
って、少ない複合比でも嵩が大きくなるため大きな強化
作用を示す割には素材重量はあまりアップしない。 (4) このように、破砕された被膜(酸化被膜)のサ
イズが極めて小さく、大きな嵩で分散するため切削加工
の際に、これがハードスポットとして作用することがな
く一般に切削加工が容易な素材となる。工具も従来の工
具鋼程度で十分である。 (5) 出発原料にサブミクロンサイズの酸化物粉末を
高体積率で使用する必要がなく、かかる粉末の凝集体が
発生することを防止とすることができる。
EFFECTS OF THE INVENTION The effect of the present invention is to discharge the MA-treated powder, expose it to the atmosphere to oxidize the surface, and then perform MA again (method A), or perform MA while oxidizing (method B). The contents of. (1) The strength is remarkably increased, especially at room temperature. (2) In Method A, the coagulation of the auxiliary reinforcing particles is eliminated by performing the MA again, and uniform MA powder is obtained, so that the uniformity of the material is improved. (3) Since the crushed material of the oxide film on the powder surface is used as the reinforcing particles, it is possible to strengthen the dispersion by using extremely fine particles. Therefore, even if the compounding ratio is small, the bulk becomes large, and therefore the weight of the material does not increase so much while showing a large reinforcing effect. (4) As described above, since the size of the crushed coating (oxide coating) is extremely small and dispersed in a large volume, it does not act as a hard spot during cutting and is generally easy to cut. Become. As for the tool, a conventional tool steel is sufficient. (5) It is not necessary to use a submicron-sized oxide powder at a high volume ratio as a starting material, and it is possible to prevent the generation of such powder aggregates.

【0050】このように本発明によって得られる高強度
アルミニウム合金は、軽量・高強度で耐熱性にも優れる
ため、車両用エンジン部品やブレーキディスクロータ等
に応用することができる。また、耐摩耗性にも優れてお
り、コンプレッサーベーンへも適用することが可能であ
る。
As described above, the high-strength aluminum alloy obtained by the present invention is lightweight, has high strength, and is excellent in heat resistance, so that it can be applied to vehicle engine parts, brake disc rotors, and the like. It also has excellent wear resistance and can be applied to compressor vanes.

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

【図1】本発明による工程を説明するブロック図。FIG. 1 is a block diagram illustrating a process according to the present invention.

【図2】本発明の実施例で使用したアトライタを説明す
る概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an attritor used in an embodiment of the present invention.

【図3】方法Aを実施し、1回のMA後、排出される粒
子の構造を説明する概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a structure of particles discharged after MA is performed by performing method A.

【図4】方法Aを実施し、複数回のMA後、排出される
粒子の構造を説明する概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the structure of particles discharged after performing method A and performing MA multiple times.

【図5】実施例1の試料1の粉末の構造を説明する60
0倍の顕微鏡写真である。
5 illustrates the structure of the powder of Sample 1 of Example 1 60
It is a 0X micrograph.

【図6】実施例1の試料2の粉末の構造を説明する60
0倍の顕微鏡写真である。
FIG. 6 illustrates the powder structure of Sample 2 of Example 1 60
It is a 0X micrograph.

【図7】図5の粉末の構造を説明する組織概略図であ
る。
FIG. 7 is a schematic structural diagram illustrating the structure of the powder in FIG.

【符合の説明】[Explanation of sign]

1 アトライタ 2 シャフト 3 アジテータ 4 ボール 5 ガス流入口 6 水流位入口 7 ガス排出口 8 水排出口 1 Attritor 2 Shaft 3 Agitator 4 Ball 5 Gas inlet 6 Water level inlet 7 Gas outlet 8 Water outlet

【表7】 [Table 7]

【表8】 [Table 8]

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 純アルミニウム粉またはアルミニウム合
金粉に対し;またはこれと、セラミックス粉(酸化物を
除く)、金属間化合物粉および前駆複合体粉体とから成
る群から選ばれた少なくとも1種の補助強化粒子粉末と
を混合したものに対し、メカニカルアロイングを施し、
上記メカニカルアロイング粉中の構成元素の1部を処理
工程中又は処理後において一部酸化させ、これによって
生成する酸化物を強化粒子として分散させることを含む
高強度アルミニウム合金粉末の製造方法。
1. Pure aluminum powder or aluminum alloy powder; or at least one selected from the group consisting of ceramic powder (excluding oxides), intermetallic compound powder, and precursor composite powder. Mechanical alloying is applied to the mixture of auxiliary reinforcing particle powder and
A method for producing a high-strength aluminum alloy powder, which comprises partially oxidizing a part of the constituent elements in the mechanical alloying powder during or after a treatment step and dispersing the resulting oxide as reinforcing particles.
【請求項2】 請求項1の製造方法によって得られる高
強度アルミニウム合金粉末。
2. A high-strength aluminum alloy powder obtained by the manufacturing method according to claim 1.
【請求項3】 請求項1の製造方法によって得られる高
強度アルミニウム合金粉末を処理して得られる高強度ア
ルミニウム合金。
3. A high-strength aluminum alloy obtained by treating the high-strength aluminum alloy powder obtained by the manufacturing method according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0844311A1 (en) * 1996-11-21 1998-05-27 SEILSTORFER GMBH &amp; CO. METALLURGISCHE VERFAHRENSTECHNIK KG Heat resistant aluminium material especially for piston manufacture
WO2008123258A1 (en) 2007-03-26 2008-10-16 National Institute For Materials Science Sintered binary aluminum alloy powder, and method for production thereof
CN105543576A (en) * 2015-12-22 2016-05-04 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 Electronic encapsulating material

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