JPS58502001A - シキソトロピ−性物質の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 シキソトロビー性物質の製造法 本発明はシキソトロビー性物質の製造法に関する。

第１次面体よりも低い融点をもち且つ第１次面体とは異なった金槁組成？もつ第 ２次相中に均一に分散させた退化模樹石状第１次面体粒子？含む金属組成物の製 造法は周知である。このようなシキソトロピー性合金において、第２次相と該固 体粒子とは共に同じ合金組成物から誘導される。このような方法において、金属 合金はその液相線温度以上の温度に加熱される。液体金属合金はその後に攪拌帯 域および冷却帯域？通過せしめられる。液体合金は金属合金の一部が固化する際 に激しく攪拌されて金属中に相互連結した模樹石状ネットワークが形成するのが 防止され、個々の退化した模樹石または小結節から成る第１次面体が形成される 。

残余の固化していない液体合金がこの退化した模街石または小結筒音とりまいて 存在する。この液体一固体金属合金組成物は次いで攪拌帯域から除かれる。液と 固体とのこのような混合物は通常はシキントロビー性合金と呼ばれる。上記の方 法の実例はＭ、Ｃ。

フレミングスらの米国特許第３．９０２，５４４号（１９７５年９月２日発行） に記載されている。

ロバート・メラビアンらの米国特許第３，９３６，２９８号（１９７６年２月３ 日発行）には、シキソトロピー性金属組成物およびこの液体−同体合金組成物の 製造法と該組成物の鋳造法が記載されている。この特許には第３成分？含む複合 組成物が記載されている。

これらの組成物は、該金属組成物の大部分−またはすべてが液体の状態にある温 度に合金を加熱し、そしてこの液体金属？冷却帯域に供給してそこで該金属ヲ激 しく攪拌しながら冷却してそこに含まれる固体粒子−Ｉｔ着壌形の退化模樹石ま たは小結節に転化させることＫよって製造される。攪拌は金属組成物のすべてが 液体であるときに、あるいは″また該金属の小部分が固体であるが固体板硝石ネ ットワークの形成全促進する量よりも少ない固体し〃・含んでいないときに、開 始することができる。

不発明において製造する種類のシキソトロビー性金属は米国特許第３．９０２． ５４４号および米国特許第３，９３６．２９８号に記載されているけれども、本 発明における合金の製造法はこれらの米国特許に記載のものとは全く異なる。

本発明は、攪拌なしにその液体状態から凍結させたとき模樹石状構造？形成する 金属力・らの液体一固体組成物の製造法に関する。

その方法は非シキソトロビー性構造をもつ固体をスクリュー押出し器に供給し、 この物質を供給帯域および加熱帯域に通し、この物質をその液相線温度以上の温 度に加熱し、この物質ケ生成してくる模樹石状構造物の少なくとも１部分？破壊 するに十分な剪断作用に〃・けながらその液相線温度より低い温度に冷却し、そ してこの物質ケ押出し器から取り出すことから成る。このような処理は個々に分 離した退化模樹石状粒子または小結節ケ生せしめる。

これらの粒子は液体−固体物質の組成物の約６５重貴チまでを構成することがで きる。本発明によって処理されたシキントロビー性物貿は射出成形ε、短竜法、 又（１伏ダイ・カスト已において性用することができる。

シキソトロビー状態において、この物質は第１次粒子と呼ぶ多数の固体粒子力・ らなり、そしてまた第２仄物質ケ含む。これらの温度において第２次物質は液体 物質であり、第１欠円体ケとシ囲んでいる。この物質の組合せはシキソトロピー 特質ｒもたらす。

シキソトロビー型の金属合金が、液体金属合金？その液相線温度より低い温度に 冷却しなから激しい攪拌にかけることによって製造しうることは機業技術におい て周知である。このような方法はＭ、Ｃ，フレミングスらの米国特許第３．９０ ２，５４４号（１９７５年９月２日発行）に記載されている。固体金属合金會供 給してシキソトロヒー性金属合金？抽出することに工り一工程のプロセスでシキ ントロビー型金属合金？製造することは非常に望ましいことである。このような 方法は画業技術においてはこれまでに知られていなかった。本発明は非シキソト ロピー性金属合金ケ押出し器に供給しその押出し器内でシキソトロピー性金属合 金を製造する方法？提供するものである。

本発明の組成物はその化学組成とは無関係に、攪拌なしに液体状態力・ら凍結さ せるとき模樹石状構造を形成する任意のｖＩＪ質系また（ｒｉ純粋物質から製造 することができる。たとえ純粋物質または共融物が率−の温度で＠融しても、そ れらは不発明の組５ｙ、物？製造するために１更用することができる。なんとな れば、それらは溶融物への正味の熱の入力またけ出力凱その融点において純粋物 質または共融物が金属または共融物の液体の一部分のみ全溶融させるに足る熱を 含む；うに、詞節することによって融点での液体−固体平衡中で存在しうる力） らである。これは次の理由で起る。

すなわち本発明の鋳造法で使用するスラリ中の融解熱の完全な除去はふつうに使 用される鋳造の大きさにより瞬間的にはえられず、供給熱エネルギーおよび冷却 器？包囲する環境によって除去される熱エネルギーをたとえば激しい攪拌によっ て均等化することによって所望の組成物かえられるためである。

本発明（グ物質′（ｌ−攪拌なしに液体の状態から固体の状態に冷却するときに ＠衝石状構造？形成する任意の物質について好適に行なわれる。代表的な物質に は純粋な金属ならびに金属合金たとえば鉛合金、マグネシウム合金、亜鉛合金、 アルミニウム合金、銅合金、鉄合金、ニッケル合金およびコバルト合金がある。

このような合金の固相線温度お工び液相線温度は画業技術において周知である。

本発明はまた非金属物質たとえば塩化ナトリウム、塩化カリウム、水など音使用 しても実施することができる。本発明はまた非金属溶液および混合物たとえば水 −塩の溶液お工び水−アルコールの溶液ならびにそれらの混合物に対しても有用 である。

本発明の好ましい具体例は金属または金属合金への利用である。

以後、本発明を金属合金の処理のために使用するものとして配達するが、同じ処 理工程はその他の種類の物質にも適用しうるものである。

本発明の実施において、非シキソトロビー性金属合金を使用する。すなわち、模 樹石状構造？もつ合金を使用する。好都合には、非シキソトロピー合金は取扱い に都合のよい大きさの粒子またｉ−ｉチップに成形される。使用する粒子の大き さは本発明にとって臨界的ではない。然しなから、熱移動および取扱いのために 、比較約手さい粒径のもの２使用するのが好ましい。

本発明で必要とする剪断力は多数の方法で与えることができる。

好適な方法としてスクリュー押出し器、回転プレート、および高速攪拌があげら れるが、これらに限定されない。

本発明の金属合金の処理のための好都合な方法は、押出し器の使用によるもので ある。市場には厖大な種類の押出し器がある。

凹νくねった通路の押出し器が本発明において好適である。然しなから、スクリ ュー押出し器が好ましい。スクリュー押出し器においては、物質はホッパーから 供給スロートに通ってスクリュー溝に入る。このスクリューは胴体中で回転する 。このスクリューはモー　タで駆動される。熱は外部ヒータから胴体に適用され 、温度は熱電対によって測定される。物質はスクリューの溝にそってはこばれる につれて十分に加熱されて液体ケ形成する。その後に該物質は剪断されながらそ の液相線温度より低い温度に冷却される。

押出し器の胴体は抵抗ヒータまたは誘導ヒータのいずれかによって電気的に加熱 することができ、あるいは甘たオイルもしくは他の熱移動媒質の循環するジャケ ットによって加熱することもできる。

押出し器？通過する金属合金の温度調節は種々の加熱機構を使用して行なうこと ができる。誘導コイル型ヒータが本発明の場合によく作動することが見出された 。

単一スクリユー押出し器の大きさは胴体の内径によって規定される。ふつうの押 出し器の大きさは２．５〜２０ｍ（１〜８インチ）である。更に大きな機械は注 文生産である。その能力は２５Ｃｒｎ径の装置での約２．２７　Ｋ９／　ｈｒ　 （５１ｂＡｒ　）　から２０ｃｍ径の装置での約４５４　Ｋ９／　ｈｒ　（ＩＤ ’００　Ｌｂ／ｈｒ　）　”ｃでの範囲である。

好ましい押出し器の最も重要な部分はスクリューである。その嵌能はホッパー〃 ・らそしてスクリュー溝全通して物質？はこぶことにある。

押出し磯の胴体は物質に剪断？付与するための表面の１つと外部の熱？物質に伝 える表面と？提供する。これらは適切庁熱移動面積および混合と剪断の十分な砲 金を与えるように設計されるべきである。

押出し器は数個の加熱帯域および冷却帯域に分割される。物質が押出し器に入る 際に遭遇する第１の帯域は供給帯域である。この帯域は加熱帯域に接続しており 、加熱帯域では物質がその液相線温度以上の温度に加熱される。その後、物質は 第３＠域にはこばれる。第３＠域は冷却帯域である。この帯域において物質はそ の液相線温度よυも低い温度に冷却される。この帯域において物質は剪断力をう ける。剪断力は生成する模樹石状構造の少なくとも１部分？破壊するに十分な程 度のものであるべきである。この冷却帯域においてシキソトロビー性金属構造が 生成する。冷却後に物質全押出し器からはこび出す。生成物中の固体の量は固体 −液体組成物の約６５重量％捷でである。好ましくは該物質１は約加〜約４０重 量％の固体含量？もつ。

本発明の方法の操作において、処理すべき物質を押出し器のスクリューに好都合 に適合しうる大きさに粉砕する。粉砕した物質は予泌ホッパーに入れることがで きる。処理すべき物質が酸化され易い場合にはホツパーケノールして保詠雰囲気 ？物質のまわりに配置して険イヒ？最少にすることができる。たとえば、物質が マグネシウム合金である場合、アルゴンが好都合な保護雰囲気であることが見出 さ′ｎＹこ。処理すべき物質は予熱ホッパー中にあるｌＨｊに予熱することがで き、あるいは該物質はスクリュー押出し益田に室温で供給することもできる。物 質會予熱する場合、それは金属合金の固相線温度に近い温度に加熱することがで きる。好都合な予熱温度はマグネシウム合金については５０℃〜５００℃の範囲 でありうる。物置？スクリュー押出し器に供給する前に、処理すべき金属合金の 液＋［８１線温度に近い〃・又はこれり、！ｌｌ高い温度にスクリュー押出し器 を予熱することができる。保護雰囲気が必要な場合、保護ガスケスクリユー押出 し話中にならびに予熱ホッパー中に流通させるべきである。押出し器のシリンダ が操作温度に到達した抜ＩＣ１予熱ホッパーから押出し器への物質の供給ケ始め る。

固体物′Ｂ？スクリュー押出し器に供給するスクリュー区域に液体物質が入るの ？防ぐための帯域が必要である。この第１帯域？以後は供給帯域と呼ぶ。供給帯 域は固体物質？含み、液体物質が該区域に入るの裟実質的に防ぐ。液体物質は加 熱帯域中で生成する。

物質がスクリュー押出し器の第２帯域？通過する際に、金属の温度は外部加熱に より及び押出し器側体中の摩擦によりその液相線温度以上の温度に上昇する。ス クリュー押出し器は押出し器の端部に向うスクリューの回転に工って物質？第３ 帯域すなわち冷却部域に移動させる。この冷却帯域において物質はその液相線温 度以下の温吐に冷去０される。この句却中、物質はｄ１１ルーカフうける。

金部の温度に金属が刊、出し器ケ流れる際にθｌ・定し３＋を節すべきである。

押出し器の温度お工びＪらｔｕＦ作用（１ンキノトロビ一荘金ｐ１４合金を生成 させる。この点において、／キットｏビー性＠Ｌｇは押出し器を出て種々の方法 で加工される。

押出し七二（Ｃよってうどける’Ｎ、ｌ！］＋４コ、たとえ１−！ｊ・（出じ、 １・？涌句金ハく合金が出口へ向〃・う逆にある小でな器中に圧入せシフ１）ら ねろとき（Ｃ生ずる。付加的な四１彷（づ、合金の一名（がスクリューｒつ作用 によって孕に付７〜し且つ壁力・ら除〃・几るために牛する。スクリューによる この付量と除去（・１金く合金上に明朝作用にもたらす。本発明の方法で必要と する剪断作用の程度とｉｉは亥化しうる。生成してぐる金妃合金の模側石状構造 ′ツＪの少なくとも一名１？イ９、すするに十分な剪［史作用が必要である。

４ｉ１述の如く、本発明の方ｆｆ：において製造はれる物追ｔユ射出成形するこ とがて°きる。射出成形？望むときは、ノキソトロビー件物Ｊｋ射出成形するた めｌ／ｃ快用する射出成形機それ自体才該物質？処理して／キントロピー針合金 ？杉成２せるための￥Ｙはとして使用することができる。４１１・出し器中の粋 ）ａ？射出成形４汐甲に供給する前に処理する必要にない。むしろ、４７′−引 石状のイぜ、１貨？もつ金總合金に射出成形砲に面片供結すること〃二できる。

物質は射出成形機を辿る除に力にメすべきであり月つ射出成形幅（甲のスクリュ ーによって生ずる１月に力にズＩ・けるべきでを）る。ｒ、・出し器四二ついて 述べたのと［６１様に、冷却されＪｉｉＪ断にうけるｉ、Ｊには物Ｚ、Ｊの偏ｉ 、−にその液相ψ温度よりも冨く且つその液相献輻変よりも（ｉＪ＜　（あるべ きである。射出成形機によって生ずる剪断力と関連してこの温度調節１ｒｉ生成 してぐる金拠金金甲の俣檜１石構造の少なくとも一部分？破壊する。これは非シ キソトロビー荘金編合金？シキソトロビー性金属合金に転化させる。

本発明の方法に使用するのに好都合な種類の射出成形機は往復運動スクリュー射 出成形後である。液体圧力フランプ付きの往稜運勧スクリュー射出成形恢の場合 の成形床の工程は次のとおシである。

１、物質７ホツパーに供給する。

２、クランプラムの後方のオイルは移動用プラテンケ移動させて鋳型を閉じる。

クランプラムの住方の圧力１１１”１５υして射出サイクル中の鋳型？密閉状態 に保持するに十分な力に発達する。射出用物質の力がクランプのカよりも大きい と鋳型は開放される。物質に鋳型の表面の仕切り＠全通る。“フラッシュ”が生 じたらこれを除くか又はこの片を除外して再粉砕しなけれｉ４ならない。

３、物質は主としてスクリューの回転によって剪断される。物質は射出成形機を 通過する際に加熱される。物質は刀口熱されるにつれてスクリューフライトにそ って前進してスクリューの前方端部に至る。スクリューに裏って物質上に発生す る圧力は、スクリュー、スクリュー心動装置おＬび油圧モータ背面を押圧してス クリュー前方の貯槽全労る。スクリューは射出成形装置βの後方の運動がリミッ トスイッチを押して回転を停止させる１で回転しつづける。このリミットスイッ チは訴節自在であって、その配鎗はスクリューの前面に残るｗＩ寅の量（“ショ ット”の大きさ）？決定１ｏ　特表昭５８−５１Ｊ２Ｈ１（４）する。

スクリューのポンプ作用はまた油圧射出シリンダ（スクリューの各面に１つ）ケ 住方ｔ・で押丁。油圧シリンダからのこのオイルの返還流は適切なパルプによっ てり、６節することができる。これは１逆圧”と呼ばれＯから約２８　Ｋｙ／　 ｃｔｌ　（４００ｐｓ　ｉ　）ｌｌこ１でＮＩ４：節可能である。

４、大部分の射出成形機（仁この地点でスクリュー７！−僅かに収縮させて物質 の圧縮ケ解放し、物゛６がノズルから洩れないようにする。これは“５ｒｔｃｋ 　ｂαｃｋ”と坪ばれ、通常はタイマーによって制イ卸される。

５．２つの油圧射出シリンダは今やスクリュー前方させ、物質？鋳型の空洞に射 出する。射出圧は所定の時間保持される。こが射出中にスクリューのフライト中 に洩れてくるのを防ぐ。それにスクリューが回転しつつあるときに弗穴状展とな って物質をその前方に流れさせる。

６２つの射出シリンダのオイルの速度および圧力は必％なだけ迅速に９η型？６ １丁に十分な速度に発達し、そして汚点、流れマーク、浴嵌戸その他の欠点のな い部品を成形するに十分な圧力を保持する。

７Ｆ＠質は冷２１（１するにつれて粘稠性を増し、射出圧の保持がもはや価値な へなる点にまで固イじする。

８、卸型中のドリル穴を：・噸して冷升好質（通常（Ｃ水）を循環さぜることに よって開型から熱？遵紋的に除去することができる。

部品を固化させて鋳型から取り出すことができるようにするに必要な時間はクラ ンプタイマー上にセットされる。タイマーの時間がすぎると移動可能なプラテン かもとの位置にもどって鋳型を開放する。

９、鋳型からの取り出し機構は成形部品′（ｉｌ−鋳型から分離させ、射出成形 機は次のサイクルの準備がととのう。

なお、該物質はダイ・カスト機ケ１更用して部品に成形することもできる。好ま しい種類のダイ・カスト機は冷室高圧ダイ・カスト機および遠心カストｅである 。高圧ダイ・カスト１は一般に約７０に９／々（１，０ＯＯｐｓｚ　）會越える 射出圧で操作される。

また、本発明において製造される物質は通常の組造孜術奮使用して部品に成形す ることもできる。

本発明はほぼ水平のスクリュー押出し器に関する。液体供給物質はこのような押 出し器？使用してもうまく作動させえない。従って供給′ｗＪ質は固体の状態に なければならない。

本発明？次の実施例により更に具体的に説明する。

実施例　１゜ 非シキソトロビー性マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂｋ処理してシキソトロビー性合 金を製造した。マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂは５９６℃の液相線温度および４６ ８ｃの固相線温度をもつ。マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂの名目上の組成はアルミ ニウム９％、亜鉛０．７係、マンガン０．２％および残余量のマグネシウムであ る。

マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂｋ約５０メツシュまたはそれ以上の適当なメツシュ サイズ？もつ不規則形状のチップにした。多量２ のＡＺ９１Ｂ合金チッ合金チップニスクリユー打出り付けた予熱ホッパーに入れ た。このホッパーケシールし、アルゴンの不活憔雰囲気ン内部に入れてこのマグ ネシウムＡＺ９１Ｂ合金の１１ぞ化を最少にした。合金チップケスクリユー押出 し器の室に入れた。スクリュー押出し器の室の内径は５．７ｃｒ！！（２−イン チ）であった。

スクリューはＡｌ５Ｉ　Ｈ−２１製であり、熱処理したものであった。

シリンダもＡｌ５Ｉ　Ｈ−２１製であり、熱処理したものであった。スクリュー ｆ４５．７ｅＭ（２，２５インチ）の一定のピッチ、４．０４ｅ７ｎ（１，５９ １インチ）の一定のルート、および１１２．５ｃＴｎ（４４，３インチ）の全長 をもつものであった。１０馬力、１８（１０ｒｐｍのモータ〃）らギヤ・ボック スを介してスクリューに動カケ与えた。ギヤ・ボックスはスクリューを約Ｏ”Ｐ ｍ−杓２７ｙｐｍの速度で回転ζぞた。２２個の熱電対ケスクリユーシリンダの 表面に締着させ、捷た２２個の熱電対を内側内面から約０．１６０（Ｖ１６　イ ンチ）の尿さてシリンダ中に埋め込んだ。

押出し器のスクリューのｒｐｍ？ｌｌ”１５．１にセットした。押出し器に毎時 約１０に９（２２ボンド）の供給速度でＡＺ９１Ｂ合金を乏しく供給したスクリ ュー押出し器を通る合金の温度は６２０ｃの最大温度に達しもこれ一］ＡＺ９１ Ｂ合金の液相紳温度工りも高いｌ晶度である。

次いでＡＺ９１Ｂ合金ケ剪合金外がら５８１℃の温度に冷苅」した。次いでこの 物質會オリフイスケ介して押出し器の端部〃・ら押出した。

この物質は俣桝石状構造をもつ合金からシキソトロビー型の液体一固体構造をも つ合金に転化した。この溶融温度は５８５℃であり、これは約２０の固体重量％ 含量に相当するものであった。

■際調査翰俳

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．（α）模樹石状構造をもつ固体の金属合金を押出し器に供給し、（ｂ）この 合金會押出し器中の供給帯域會通過させ、（Ｃ）この金属合金をそれが押出し器 中の加熱帯域全通過する際にその液相線温度以上の温度に加熱し、（め　この合 金？該合金の固相線温度以上であって液相線温度以下の温度範囲に冷却し、（ｅ ）生成してくる模樹石状構造の少なくとも１部分全破壊するに十分な力で冷却今 頃合金全剪断し、そして（イ）該合金を押出し器力・ら取シ出す、こと全特徴と する液体−同体金属合金の製造法。 ２、固体の金属合金全スクリュー押出し器に供給する請求の範囲第１項記載の方 法。 ３　固体の金属合金がマグネシウム合金である請求の範囲第１項または第２項に 記載の方法。 ４、マグネシウム合金がＡＺ９１Ｂである請求の範囲第３項記載の方法。 ５　押出し器〃）ら供給する合金が約６５重量％までの固体？含む請求の範囲第 １項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ６、取υ出した合金を成形物に成形するために高圧冷室ダイ・カスト機業使用す る請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の方法。 ７、押出し器が射出成形機である請求の範囲第１項記載の方法。 ８、取シ出した合金を射出成形によって成形物に成形する工程？含む請求の範囲 第１項〜箇５項のいずれかに記載の方法。 ９、取シ出した合金？鍛造によって成形物に成形する工程を含む４ 請求の範囲第１項〜第５項のいずれ力・に記載の方法。