JPS5884936A - 耐熱アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents

耐熱アルミニウム合金の製造方法

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JPS5884936A
JPS5884936A JP18096381A JP18096381A JPS5884936A JP S5884936 A JPS5884936 A JP S5884936A JP 18096381 A JP18096381 A JP 18096381A JP 18096381 A JP18096381 A JP 18096381A JP S5884936 A JPS5884936 A JP S5884936A
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JP
Japan
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aluminum alloy
alloy
aluminum
molten
molten metal
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Pending
Application number
JP18096381A
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English (en)
Inventor
Hiroe Okawa
広衛 大川
Yutaka Makuchi
裕 馬久地
Yoshio Jinbo
嘉雄 神保
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

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】 本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金中に窒
化アルミニウム(AtN)を分散させてな為耐熱アルミ
ニウム合金の製造方法に関するものである。
近年、自動車用材料についての軽量化の要請に対応して
、鉄に代ってアル1ニウム合金の使用が進んできている
が、耐熱性を必要とされる部位、例えばブレーキロータ
イグプーストi二ホールド等には、アルミニウム合金の
耐熱性が劣っているため使用できないのが実状である。
この耐熱アルミニウム合金については従来より研究が進
められており、At、O,分散焼結型SAP合金や、Y
合金などが開発され実用化が一部進んでいる。しかしな
がら、SAP合金では、焼結法の九め形状に制限がある
こと、を九Y合金では耐熱性が著しくは向上しないこと
および鋳造性が悪いことなどの欠点を有していた。さら
に1アルミニウム合金を基礎とする繊維強化金属(FR
M)の開発も進んでいるが、まだ実用には到っていない
。一方、従来よシムENtア/Liニウム合金中に分散
させる研究はなされていたが、幻NOアルミニウム合金
滴湯中でOぬれ性が著しく悪いため、いまだAハ分散ア
ル電二りム合金の製造には成功していない。本発明者ら
も幻N粉末を攪拌中のアルミニウム合金溶湯中に添加す
る実験を行ったが、攪拌を中止すると全量浮上し、まっ
たく溶湯中に分散しないことt@験した。他方、アルミ
ニウム合金の表面処理法の1つとして表面溶融化法の技
術も確立しつつあり、特開昭56−77376号に見ら
れるように、アーク走査させて雰囲気中の窒素を活性化
させてAm f:表面に生成させる手法も開発されてい
る。しかし、この場合には目的が耐摩耗性の向上をねら
いとしているため、表面にAMを形成するにとどまり、
幻Nをアルミニウム合金の全体に分散させるものではな
く、耐熱性が劣っていた。
本発明は以上のことに鑑みてなされたもので、耐熱性の
あるアルミニウム合金を提供することを目的とし、−溶
融したアルミニウムまたはアルミニウム合金の表面を窒
素を含む不活性ガスで覆いりつ、前記溶融したアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金と電極との間でアーク放電
させてAtNt生成し、このAtNを前記アルミニウム
またはアルミ−ウA合金を攪拌することによって当咳ア
ルミニウムまたはアルミニウム合金中に均一に分散させ
ることにより前述の問題点を解決したものである。
溶融し友アルミニウムま念はアルミニウム合金(以下「
アルミニウム合金」とする)K対する窒化は、通常アル
ミニウム合金の表面に強固な酸化皮膜が生成されている
ため従来不可能であった。
例えばアルミニウム合金にイオン窒化処理を施してもこ
の強固な酸化皮膜のために表面には窒化物は生成されな
い。一方、溶融したアルミニウム合金を負極とし、タン
グステン電極を正極とした直流電源または交流電源を用
い°てアークを発生させれば、クリーニング作用によっ
て上記酸化層は選択的に除去される。さらに、その近傍
に高熱によって活性化された窒素イオンが存在すれば、
酸化層の除去された清浄なアルミニウム合金の溶湯表面
で窒素イオンがアルミニウムイオンと結合して凋Nが生
成される。本発明はこれを応用し、溶融アルミニウム合
金と電極との間で、かつ不活性ガスおよび窒素ガス混合
雰囲気中で、交流あるいは直流逆極性の電源によりアー
クを発生させ、光面近傍にAtNt−生成させつつアル
ミニウム合金を攪拌することくよって耐熱性の優れたA
jN分散分散アルクニウム合金るものである。この場合
、アルミニウム合金中にチタン(Ti )やジルコニウ
ム(Zr )などの窒素との親和力が強い元素が存在す
ればさらに全体の窒化が促進され耐熱性が向上する。こ
の場合、T1およびZrの1種または2JfIiを合計
で0.2〜2重量嘩の範囲とするのがよい。
すなわち、0.2重量−よりも少ないと添加の効果が小
さく、2重量−を超えるとあまり好ましくない・ことに
よる。
次に本発明に用いたん囚分散アルミニウム合金の製造に
使用する装置の一例を#E1図に示す。図において、1
は基板であり、アースをとる関係から導電性の耐熱材料
例えば鋼やグラファイトを用いるのが好ましい。この基
板1上に、アルミニウム合金溶湯2の入った黒鉛ルツボ
3f:設置−rる。
このルツボ6め外底部はできる限り平滑面とし、基板1
と喪好に接触しうろことが好ましい。すなわち、うまく
接触しないとルツボ6と基板1との間でアークが発生し
、ルツボ6を早期に損傷させることとなるためである。
次に、4は溶湯攪拌装置であって、第1図のものではモ
ータ4aとプ臣ペラ4bとを具えた機械的な攪拌装置を
示したが電磁誘導を利用した攪拌装置を用いても曳い。
いずれの攪拌装置であっても表面に生成された窒化物を
内部に拡散させるため、中心から下方に向って溶湯が動
き、さらにその1ljl湯が外局を通って浮上する攪拌
の方式をとるのが最も好ましい。5は後述の窒素を含む
不活性ガスをアルミニウム合金溶湯2の表面に吹き付け
、該表面上を不活性ガスで覆うためのノズルであって、
その中にタングステン電極6が固定されていると共に、
タングステン電極6の先端がノズル5から突出する構成
としている。この電極6と基板1f:リードJl!7a
、7bで電源8に接続する。なお、9は所定成分のアル
建ニラ五合金を溶かすため、あるいは他の溶解炉で溶解
したアルζニウム合金溶湯の温度を保持するためのヒー
タである。
このような装置を使用する際には、電源8を通電してル
ツボ3内のアルミニウム合金溶湯2の表面とタングステ
ン電極6との間でアーク10に一発生させる。この間、
ノズル5から吹き出すガスは窒素を含む不活性ガスであ
り、不活性ガスとしてはアークが最も安定するアルゴン
(Ar )が好ましい。この場合、窒素と不活性ガスの
割合は3ニアの流量比以下の窒素量が良い。すなわち、
窒素の流量比t−30%超過とするとアークの安定が悪
く、連続したアーク放電となりがたいことによる。
一方、窒素の流量比が少ないとアークは安定するものの
Aポの生成量が少なく効率的でない。したがって、とく
に好ましくは5〜25チとするのが曳い。
以下実施例によって説明する。
ul  1 初めにルツボ溶解炉を用いて純アルミニウムl麺を黒鉛
ルツボ内で溶解した。次に第1図に示すように前記黒鉛
ルツボ6t−基板1上に設置した装置を用い、ノズル5
からタングステン電極6の周囲K Ar : Ns =
4 : 10割合の混合ガX1−201/分の流量で流
し、交流120Aでアル1=ウム溶湯2と電極6との間
にアーク10を発生させ良。続いて、窒化ホウ素(BN
 )を塗布したステンレス製のプロペラ4bおよびその
シャフトをアル建ニウム溶湯2中に入れ、200RPM
の速度で中心底付近を攪拌し友。この時、アーク10の
位置を調整して誼アーク10の位置が渦の中心にくるよ
うにし九。3分間アーク放電を行った後、高温となつ九
溶湯2の温fを下げるためアーク放電を中止し、この間
に浮上した酸化物を除去した。
2分後にアーク放電を再び開始し、この作業を3度繰返
し、合計12分間の窒化処理を行った。この後、再び図
示しないルツボ溶解炉に黒鉛ルツボ6を溶湯ごと移して
脱ガス処理を行った後、図示し危い奇襲(金型)に72
0℃で流し込んだ。その俵、この奇襲から切り出し九試
験片の顕微鏡写真を撮ったとζろ、第2図に示す結果と
なった。
そして、X1lffイクロアナライザー(XMA)によ
って解析した結果、丸い混入物がAANであることが判
明した。すなわち、均一にAtNが分散していることが
判明し九。また、同時にX線回折法による結晶相の強度
比較法を用いて、Aj −AjN粉末混合標準試料から
検量at作成し、アルミニウム基地中のA重量を測定し
た。その結果λΔ量は3重量−であった。
実施例 2 ここでは、アルミニウム合金(AC4B)材1(を溶解
して実施例1と同様に溶融窒化処理を実施した。この時
のガス混合比はll累20%、アルゴンgo96.流量
20L/分とした。そして、交流120Aで合計8分間
の窒化処理を行った。次いで脱ガス処理を行った後同様
に奇襲に720℃で流し込み、冷却後T−6処理を実施
し九。この試験片よりJI84号試験片を切り出してイ
ンスジロン試験機によって高温強度を測定した。その結
果管第1表に示す。また、第1表においては比較のため
に耐熱アルミニウム合金AC5A(Y合金)の強[(T
−5処理)も同時に示す。
纂  l  表 第1表の結果からもわかるように、本発明材は耐熱アル
1=ウム合金(Y合金)と比較しても優れ九耐熱性を示
し九。そして特に高温域における強度低下が少ない傾向
を示した。まt、実施例1と同様にX線回折によりAA
N量を測定した結果2.8重量−であり、顕微鏡で組織
を調べた結果はソ第2図と同様・にAfflが均一に分
散してい友。
実施例 3 ここではアルミニウム合金(AC4B)材に〒1を1−
含有させた合金を用いて実施例2と同様に溶融窒化処理
を行った。このときの条件も実施例2と同一とした。そ
して、T−6処理後同様に高温強度を測定した。その結
果を第2表に示す。
第  2  表 第2表に示す結果より、T1含有アルiニウム合金の処
理後の耐熱強度紘、実施例2よりもさらに改嵐されたこ
とが判明した。なお、この合金の窒化物量は同様の測定
法により3.5重量−であった。また、顕微鏡で組織を
調べたところ前記実施例の場合と同様の、υNの分布状
態が見られた。なお、ジルコニウムを添加し九アルミニ
ウム合金についてもほぼ同様の結果を得ることができた
以上の如く、本発明においては、溶融したアルン二りム
またはアルミニウム合金を窒素を含む不活性ガス中でア
ーク放電させてAjN t 生成させ、このAANを攪
拌により均一分散させたので、生成したAtNとアルン
ニウムまたはアルミニウム合金との濡れ性が極めて良く
、攪拌によって一度アル電ニウムまたはアルミニウム合
金中に分散されたムΔは攪拌を停止しても浮上する連間
は低く、金型に注入してから固まるまで充分に分散状j
A3を保つため、耐熱性のあるアルミニウム合金を製造
することがで暑、工業上の利用価値は極めて大きいもの
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の耐熱アルミニウム合金を製造する装置
の一例を示す断面説明図、第2図は本発明の方法で製造
した耐熱ア・ルミニウム合金の顕微鏡写真(倍率100
倍)を示す。 特許出願人  日産自動車株式会社 代理人弁理士   小  塩     1第2N CX100ン

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  I融したアルさニウムま九はアルミニウム合
    金の表r1jlt窒素を含む不活性ガス雰囲気圧した状
    態で、該アルミニウムまたはアルミニウム合金表面に対
    面させて配設した電極と該アル【ニウムまたはアルミニ
    ウム合金との関に電圧を印加してアーク放電させる仁と
    により窒化アルミニウムを生成せしめ、諌アルミニウム
    またはアルミニウム合金を攪拌することによって前記生
    成した窒化ケイ素を前記アルζニウムまたはアルミニウ
    ム合金中に均一に分散させることを特徴とする耐熱アル
    ミニウム合金の製造方法。
  2. (2)  アル電二つ^合金がチタンおよびジルコニウ
    ムの1種を喪は2種を合計で0.2〜2重量−含むこと
    ′frI!#黴とする特許請求の範囲第(1)項記載の
    耐熱アルミニウム合金の製造方法。
JP18096381A 1981-11-13 1981-11-13 耐熱アルミニウム合金の製造方法 Pending JPS5884936A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01191754A (ja) * 1988-01-25 1989-08-01 Takeshi Masumoto 窒化物粒子含有非晶質合金の製造法
JPH0598371A (ja) * 1991-08-12 1993-04-20 Ryoda Sato 窒化物分散強化合金の製造方法
JP2016003838A (ja) * 2014-06-18 2016-01-12 トヨタ自動車株式会社 滓還元除去方法と滓還元除去装置
DE102015215609B4 (de) * 2014-08-20 2021-03-04 Hyundai Mobis Co., Ltd. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierung

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