JPS6030739B2 - 塊状合金の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気相から合金成分を葵着させることから成
る塊状合金の製造方法及び該方法を実施するための装置
に係る。

蒸気相から合金成分を調溢収集面上に蒸着させることに
より塊状合金を製造する方法は公知である。

この方法の１例が英国特許第１２０６５８６号に記載さ
れている。蒸気相からの蒸着により製造される合金は、
蒸気源に向う方向に成長する円柱状構造を有しており、
且つ特に収集面の温度が低い場合には前記円柱状構造に
孔が生じる。これらの合金が多孔性であることは、該合
金の特性にとって有害となる場合があり、したがって、
いまいま製造された合金をプレス又は圧延することによ
り孔を除去する。合金に対し追加製造工程を実施するこ
とは好ましくなく、又、合金が例えばアルミニウムまた
はマグネシウムの如き安定な酸化物を形成する金属を含
有している場合、該合金をプレスまたは圧延前に大気に
曝すと、大気中の酸素が合金内に侵入して孔の内面に酸
化物フィルムを形成し、従って合金の内部に多くの場合
好ましくない追加的成分を導入する。さらに高度の多孔
性を有する合金のプレスまたは圧延は、孔がひび割れ成
の核として作用するため、困難な場合がある。蒸着合金
の孔形成を減少させるための方法はこれまで試みられて
きた。

例えば英国特許第１２０６９９６５号には、蒸着中に主
要でない合金成分の溝層を導入して定期的に表面の再核
形成を行なわせ、これによって円柱状構造の成長寸法を
制限し且つこれに伴う孔形成を制限する方法が記載され
ている。

しかしながらこの方法は８Ｕの微小構造成分を導入する
という重大な欠点を有しており、且つ使用する装置と必
要な工程管理を複雑にする。本発明によれば、蒸気相か
ら合金成分を調温収集面上に蒸着させることによる塊状
合金の製造方法は、蒸着工程中に合金表面に対し機械的
処理を実施することから成る改良を含む。前記機械的処
理には、合金表面にピーニングを実施し得る装置を用い
る。

例えば機械的駆動ハンマ又は蓮柵が適当である。ここに
蓮柳とは、回転することによって叩打することができる
ものをいう。他の形態の機械的処理、例えば圧延処理も
又有効である。機械的処理を蒸着工程中に合金表面に対
し蒸着と交互に実施する。

機械的処理を実施するために必要な装置が蒸気の合金表
面への接近を妨げるため、蒸着工程中に合金表面に対し
機械的処理を連続的に実施することは、実行不可能であ
ることが判明した。蒸着工程中に合金表面に対し機械的
処理を実施することにより、合金中の孔形成量が著しく
減少することが判った。

機械的処理は、蒸着中に生ずる凹凸面を平らとなし得る
が追加的な段状変形及び凹凸を生じさせないような強度
で実施されるべきである。合金の表面付近での孔形成を
妨げるのに充分な機械的処理強度であると有利である。
本発明は、又、蒸気相から塊状合金を製造するための装
置に係り、該装置は、金属蒸気源と、前記蒸気源から発
散された金属をその上に蒸着させ得べく構成された調温
収集面と、蒸着合金の表面を蒸着工程中に機械的処理を
実施し得べく構成された機械的処理手段とから成る。合
金に対し黍着と機械的処理とが交互に実施されるように
、金属蒸気源と機械的処理手段とが装置内に固定されて
おり、合金を収集するための論温収集面は、装置内にお
いて可動であり且つ蒸着と機械的処理とを交互に実施さ
れるべく位置交替するように構成されている。

合金表面に機械的処理を施すための装置は、合金表面を
叩打するように適切な手段により駆動されるハンマ又は
蓮柳のセットである。

本発明の特別の具体例において、合金表面に対し機械的
処理を施すための装置は１組のハンマから成り、該ハン
マの頭部は−列に並んでおり、且つ、合金表面の機械的
処理は、前記ハンマ頭部上を該ハンマ頭部の列に対し横
断方向に通過させて、合金表面をハンマ頭部により軽〈
叩打することにより実施する。

このハンマは面取りしたタングステ瑠製頭部を有するこ
とが望ましい。コレクタ又はハンマが機械的処理ごとに
僅かに横方向に移動されることが好ましい。そうすると
コレクタの表面が等しく機械的処理され、このような移
動が行なわれなかった時に生起するような溝は形成され
ない。コレクタを移動することによって又より均質の合
金蒸着物を得ることができる。本発明の他の具体例によ
ると、機械的処理手段は、回転自在なスリーブが装着さ
れているシャフトと、シャフトの軸と平行な軸を有して
おり且つスリーブの円周を囲んで固着している多数の金
属バーと、バーと蟻合しバー上の横方向の位置にありバ
ーの回りを自由に回転する多数の蓮柳と、該スリーブを
回転させることができ、調温収集面がスリーブの回転時
に蓮柳の軌道内でスリーブの主軸を横断する方向に移動
できるように装置内に機械的処理手段が位置するような
引き出し手段とを有する。

操作中、コレクタは、蓮柳が表面を叩打し、そのように
して合金の表面を機械的に処理するようにスリーブの軸
を横断するか又は垂直な方向に、蓮柳を横切って移動さ
れる。

便宜的にはバー上の蓮柳の横方向の位置は蓬柳と共にバ
ーに螺合しているスベーサによって決められ、夫々のバ
ー上の蓮柵は合金の表面が確実に均等に処理されるよう
にスベーサと交互に配置されている。便宜的には表面を
叩打する蓮柳の綾部は滑らかな湾曲面を有しており、蓮
柳が表面を叩打する度毎に合金に通常は舟型くぼみが生
じ、尖端が生じないように面取りされた縁部を有してい
る。蓮椀の重量と回転速度は夫々の蓮柳が合金に浅いく
ぼみを形成するように選択される。合金の機械的処理の
強度は蒸着中に生じる凹凸を平らにすれば充分であり、
好ましくは表面近くに孔があればこれを除去すれば充分
である。

しかしながら、追加的な段状変形や凹凸を形成する表面
の歪みが生起するほど機械的処理は余り強度にしてはい
けない。以下、本発明を添付図面を参照して具体例によ
り説明する。

第１図に示されたように、蒸気相から塊状合金を蒸着さ
せる装置は標準的真空ポンプシステム２によって排気さ
れ得る真空チヤンバ１を有する。

真空チャンバ１の内部には金属供給手段４と、移動自在
コレクタ５と、移動自在コレクタ５の下面に蒸着した合
金の表面を機械的に処理する装置６と移動自在シャツ夕
７を具備した蒸気源３とが位置する。蒸気源３は金属融
解室９と蒸気室８とを有しており、二室は液中に沈んだ
流路１０によって連結されている。

室８，９は電子ガン１１，１２によって夫々加熱され、
操作中は室８，９及び流路１川ま融解金属で充たされる
。コレクタ５は水流通システム（図示せず）と電気ヒー
タ（図示せず）とを有しており、これによってコレクタ
の下面の温度が調節される。コレクタの構造は英国特許
出願番号第３３０７４／７２号に説明された構造に類似
している。コレクタ５はピボット１４に固着されたアー
ム１３上に支持されており、ピボットの端部を真空チャ
ンバー外に伸延してコレクタ５を水平方向に移動させ、
合金の表面を機械的に処理する装置６と蒸気室８との上
へ必要に応じて位置させる。移動自在シャツ夕７はコレ
クタ５と蒸気室８との間に位置すか又は必要であれば該
位置から除去されるように設計されている。シャツ夕１
５は金属融解室９とコレクタとの間に常に位置して装置
の使用中に該室から発せられる金属蒸気からコレクタを
遮蔽する。

合金の表面を機械的に処理するための装置６は真空チャ
ンバ１の両端に固着している（装着は示されていない）
回転しないシャフト２１を示している第２図を参照して
より詳細に説明される。

スリーブ２２はシャフト２１上でレース３２，３３とＰ
ＴＦＥワツシャ３４上に回転自在に装着されている。四
本の同間隔を置いたバー２６はボルト２７によってフラ
ンジ２３，２４間に装着されており、その軸はシャフト
２１の軸に平行であり且つシャフト２１の軸から等距離
にある。ワッシヤ２９によって分離された蓮柳２８はバ
ー２６上に装着されている。ワッシャ２９は蓮柵２８に
バー２６の周囲を自由に回転させる一方、蓮柳２８の横
方向の位置を決定する。スリーブ２２はフランジ２５上
に装着されたスプロケット３０を介して第二スプロケッ
ト（図示せず）に接続されたチェン３１と電気モータ（
図示せず）とにより回転するように構成されている。装
置が高温排気環境で作動するので、２本のパイプ３５と
３６との全長部によりスピンドルを形成させて内部水冷
却系を組込む。

前記２本のパイプの端部は、レース３２と３３との間に
配置されている連結部材３７により相互に連結されて１
個のシャフトを形成している。パイプ３５と３６とに穿
設されている孔３８と３９とにより水循環系が完成され
る。使用中、水はパイプ３５から孔３８を通り、ベアリ
ングレース３２と３３との間でスリーブ２２と前記シャ
フト】との間の間隙に流入し、孔３９からパイプ３６内
に循環して装置から排出される。ゲーコ（Ｇａｃｏ）シ
ール４０は、排気自在な合金蒸着部内への水の浸出を阻
止するシールとして機能し、ゲーコシ−ル４１はシール
４０が故障した場合のバックアップシールとして機能す
る。水冷却系のシールが故障したときのバックアップシ
ールとして機能する以外に、ゲーコシール４１は、例え
ば金属蒸気によるベアリングレース３２，３３の汚染を
阻止し、更に装置の排気部がレースで使用される徴量の
潤滑油によって汚染されるのを阻止する。スリーブ２２
が、製造及び維持し易い多数の部分から構成されること
に注目されたい。

作動中、コレクタ５を蒸発室８上方に配置し、シャツ夕
７を前記室上方に配置する。

次にチヤンバーを排気し、室８，９内の金属を電子銃１
１，１２を使用して処理温度まで加熱し、この温度に維
持する。室温が金属の処理温度に到達するとシャツ夕を
移動させる。この結果蒸発室８から蒸発する金属がコレ
クタ５の下表面に黍着し得る。短時間経過後、コレクタ
５を除々に機械的処理装置６に向って移動させ、前記表
面の蒸着物に機械的処理を施す。次にコレクタ５を再び
蒸発室上方に復帰させる。コレクタ５の下表面に蒸着す
る合金の蒸着物が所望の厚みに到達する迄、前記方法を
反復する。蒸着合金の組成は、蒸発室８から蒸発する金
属蒸気の組成により決定され、後者の組成は、前記室内
の金属組成及び処理温度に基づく。

室８内の金属の組成は、コレクタ５に蒸着する合金の組
成とは大幅に相違し得ることを理解されたい。これは、
室８の処理温度に於て合金の種々の成分の揮発度が相違
することに起因する。合金の蒸着物が所望の組成を有す
るように室８内の金属の組成及び処理温度を選択する。
室８から蒸発する蒸気の組成と同一組成を有する金属を
溶融室９の金属として選択する。

室８，９に於ける減量を補充するために、金属供給手段
４からィンゴツト状金属を添加する。この補充金属とし
て選択されるのもやはり室９内の金属と同一組成の金属
である。蒸発室８から蒸発する蒸気を補充すべ〈流路１
０から同一組成の金属が供給される。

更に前記金属を補充すべ〈金属供給手段４から同一組成
の金属が供給される。室内の金属の組成、従って蒸着合
金の組成は、蒸看過程全体に亘り実質的に一定に維持さ
れる。過程の各段階でコレクタ５の表面に蒸着する金属
の量は通常、許容し得る気孔率の程度により決定される
。

各段階で蒸着する合金の厚みが余りに大きい場合、機械
的処理により除去し得ない気孔が合金内に形成される。
他方、合金蒸着物の層が余りに薄い場合、製造される合
金の気孔は僅少であるが、工程の所要時間が延長される
。従って、両者間の平衡が必要である。通常、合金の気
孔率を許容レベルに制限し得るように機械的処理の頻度
及び効果を選択するのみでよい。合金葵着物の表面を叩
打すべ〈蓮柳が加える力の量は蓮柵の運動量により決定
される。

更に、前記運動量は、スリーブ２２の回転速度に基づく
。蒸着合金の性質を考慮した上で所望の機械的処理を達
成し得るように、スリーブの回転速度及び蓮柵の形状を
選択する。１個の蓮柳２８の側面図を第３図に示す。

蓮柵は、図示の形状の金属シートから成り、孔４２を介
して１個のバー２６に螺合され得る。合金表面を叩打す
る蓮柳の前緑４３は面取りされており、従って、蓮柵が
合金表面を叩打すると、ほぼ舟型のくぼみが形成される
。機械的処理は、形成されよ凹凸の輪郭を緩和する程度
で十分であり、表面を極度に変形させて亀裂又は尖鋭な
突起を生じさせ新たな気孔形成を譲引する程強力であっ
てはならない。

本発明を実施するために他の形状の機械的処理を使用し
得ることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気相から合金の塊状蒸着装暦の概略線図、第
２図は沈殿工程中の合金蒸着物の表面を機械的に処理す
るために第１図の装置に編入された装置の部分線図、第
３図は第２図の装置に使用するのに達した蓮柳の横断面
を示す側面図である。 １・・・チャンバ、２・・・真空ポンプシステム、４・
・・金属供給手段、５・・・コレクタ、７・・・シャツ
夕、８・・・蒸発室、９・・・金属融解室、１０・・・
流路、１ １，１２・・・電子銃、１３・・・アーム、
２１・・・シャフト、２６…バー、２８…蓮椀、３０・
・・スプロケツト、２２…スリーブ、３２，３３…レー
ス、３５，３６・・・パイプ、３７・・・連結部材、３
８，３９・・・孔、４０，４１…シール。 ＦＩＧ．‘． ＦＩＧ．２．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 合金成分を蒸気相から調温収集面上に蒸着させるこ
   とにより塊状合金を製造する方法に於いて、蒸着工程中
   合金の表面に蒸着とピーニングの機械的処理とを交互に
   施して蒸着合金の孔を除去することを特徴とする塊状合
   金の製造方法。 ２ 機械的処理は蒸着過程に於いて生じる凹凸面を充分
   平らにし得るが、追加的段状変形又は追加的凹凸を形成
   するには至らない程度に行なわれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 機械的処理は合金の表面近くの孔形成を排除し得る
   程度に行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項に記載の方法。 ４ 金属蒸気源と金属蒸気源から蒸発する金属の蒸着物
   が集積する調温収集面とから成り、合金成分を蒸気相か
   ら蒸着せしめて塊状合金を製造する装置に於いて、前記
   装置は機械的処理手段を具備し、前記機械的処理手段に
   より蒸着合金の表面が蒸着過程に於いて機械的に処理さ
   れ得るようになつており、前記金属蒸気源と前記機械的
   処理手段とは装置内に固定されており、前記調温収集面
   は装置内で可動であり且つ位置交替して蒸着と機械的処
   理とを交互に施されるように構成されており、前記機械
   的処理手段はヘツドを一列に配設した一組のハンマから
   成つていることを特徴とする塊状合金の製造装置。 ５ 前記調温収集面はハンマヘツドの列と駆動手段を横
   切つてハンマのヘツドが合金の表面を軽打するように移
   動することを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   装置。 ６ ハンマ又は調温収集面は機械的処理毎に少しづつ横
   方向に移動して、合金面に均一な機械的処理を確実に施
   すことを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置
   。 ７ 金属蒸気源と金属蒸気源から蒸発する金属の蒸着物
   が集積する調温収集面とから成り、合金成分を蒸気相か
   ら蒸着せしめて塊状合金を製造する装置に於いて、前記
   装置は機械的処理手段から成り、前記機械的処理手段に
   より蒸着合金の表面が蒸着過程に於いて機械的に処理さ
   れ得るようになつており、 前記金属蒸気源と前記機械
   的処理手段とは装置内に固定されており、前記調温収集
   面は装置内で可動であり且つ位置交替して蒸着と機械的
   処理とを交互に施されるように構成されており、前記機
   械的処理手段がシヤフトと、シヤフト上に回転可能に装
   着されたスリーブと、軸をシヤフト軸と平行にしてスリ
   ーブの円周に装着された複数個の金属バーと、バー上に
   螺合されて且つバー上で横方向には固定されているがバ
   ーの周囲では回転自在となるように構成された複数個の
   連枷と、前記スリーブを回転せしめ得る駆動手段とから
   なつている塊状合金の製造装置。 ８ 前記調温収集面がスリーブが回転している場合に連
   枷の通路内でスリーブの軸を横切つて移動し得ることを
   特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の装置。 ９ バー上に於ける連枷の横方向の配置はバー上に螺合
   されたスペーサによつて決定され且つ各バー上の連枷は
   スペーサと交互に配設されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第８項に記載の装置。 １０ 合金の表面を叩打する連枷の縁部は、連枷が合金
   を叩打する毎に平滑な舟型くぼみが形成されるべく平滑
   な湾曲面を有し且つ面取りされていることを特徴とする
   特許請求の範囲第８又は第９項に記載の装置。