JPS62116740A - 粒子分散強化合金の製造方法 - Google Patents
粒子分散強化合金の製造方法Info
- Publication number
- JPS62116740A JPS62116740A JP25619285A JP25619285A JPS62116740A JP S62116740 A JPS62116740 A JP S62116740A JP 25619285 A JP25619285 A JP 25619285A JP 25619285 A JP25619285 A JP 25619285A JP S62116740 A JPS62116740 A JP S62116740A
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- Japan
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- molten metal
- fine particles
- metal
- fine grains
- dispersed phase
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- Pending
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明はセラミック等の微粒子を合金に分散させた強化
合金の製造方法に関するものである。
合金の製造方法に関するものである。
（従来の技術）
近年における機能性材料の進歩は目ざましく、なかでも
粉子分散相と金属連続相との組合せによる分散強化合金
が増々注目されている。
粉子分散相と金属連続相との組合せによる分散強化合金
が増々注目されている。
この分散強化合金は、金属中に微粒子を分散させて成形
焼結して製造するのが一般的であるが、その製法上多く
の工程を要し、製品形状が制約され金属原料粉も高価で
ある。そこで、このような欠点を除去するため、上記粉
末冶金法によらない製法、すなわち溶製法による製品化
が実用化レベルで検討されている。この溶製法は、溶融
金属に微粒子を懸濁させて金型により鋳造する方法で、
ポルテックス法、インジェクション法、コンポキャスト
法、噴射法などが知られており、そのうちポルテックス
法がコスト面でもメリットが大きく強い関心が向けられ
ている。
焼結して製造するのが一般的であるが、その製法上多く
の工程を要し、製品形状が制約され金属原料粉も高価で
ある。そこで、このような欠点を除去するため、上記粉
末冶金法によらない製法、すなわち溶製法による製品化
が実用化レベルで検討されている。この溶製法は、溶融
金属に微粒子を懸濁させて金型により鋳造する方法で、
ポルテックス法、インジェクション法、コンポキャスト
法、噴射法などが知られており、そのうちポルテックス
法がコスト面でもメリットが大きく強い関心が向けられ
ている。
（発明が解決しようとする問題点）
上述のポルテックス法は、溶湯を攪拌しその中に微粒子
を混ぜる方法であるが、微粒子（多くはセラミック微粒
子）は一般に溶湯とはぬれ性が悪く、普通に混合したの
では十分混ざらない。そのために、微粒子の表面にあら
かじめ溶湯とのぬれ性のよい金属コーティングを施した
リ、あるいは溶湯を強力に撹拌して半凝固状態にし粘性
を増大させ、微粒子の混入分散を容易にする方策が講じ
られている。しかし、これらの前処理を行う方策は、そ
の処理工程に多くの手間と時間を必要とし、コスト的に
も高くなるという問題がある。
を混ぜる方法であるが、微粒子（多くはセラミック微粒
子）は一般に溶湯とはぬれ性が悪く、普通に混合したの
では十分混ざらない。そのために、微粒子の表面にあら
かじめ溶湯とのぬれ性のよい金属コーティングを施した
リ、あるいは溶湯を強力に撹拌して半凝固状態にし粘性
を増大させ、微粒子の混入分散を容易にする方策が講じ
られている。しかし、これらの前処理を行う方策は、そ
の処理工程に多くの手間と時間を必要とし、コスト的に
も高くなるという問題がある。
本発明はかかる実情にどいて、溶湯中に微粒子を溶湯に
直接混入させて生産性を高める方法が要望されているこ
とに鑑み、微粒子を高温に上昇させてこれを高速で溶湯
表面に吹き付け。
直接混入させて生産性を高める方法が要望されているこ
とに鑑み、微粒子を高温に上昇させてこれを高速で溶湯
表面に吹き付け。
溶湯とのぬれ性を向上させて溶湯中に微粒子を混入分散
させる方法を提供しようとするものである。
させる方法を提供しようとするものである。
（問題点を解決するための手段）
この目的達成のため本発明は、分散強化合金の製造する
方法において、非酸化雰囲気の条件下で容器内溶湯を攪
拌しつつ該溶湯の表面に微粒子を速度５ｍ／ｓｅｃ以上
、温度８００〜２，５００℃で噴射することを特徴とす
るものである。
方法において、非酸化雰囲気の条件下で容器内溶湯を攪
拌しつつ該溶湯の表面に微粒子を速度５ｍ／ｓｅｃ以上
、温度８００〜２，５００℃で噴射することを特徴とす
るものである。
微粒子はその硬さと軽さから一般にＡｆＬ２０３゜Ｓｉ
Ｃ，Ｓｉ、１４．ＭｇＯなどのセラミック微粒子が望ま
しいが、これに限らず金属微粒子でも勿論良い、微粒子
の径は小さいほど強度が増大するが１通常は１０ｐ履以
下であり、コストとの関係からは５ＩＬｍ〜ｏ、ｏｓＩ
Ｌ鵬が好ましい、溶湯としては、アルミ合金のほかにス
ズ、鉛、亜鉛、銅合金など各種の金属を用いることがで
きる。
Ｃ，Ｓｉ、１４．ＭｇＯなどのセラミック微粒子が望ま
しいが、これに限らず金属微粒子でも勿論良い、微粒子
の径は小さいほど強度が増大するが１通常は１０ｐ履以
下であり、コストとの関係からは５ＩＬｍ〜ｏ、ｏｓＩ
Ｌ鵬が好ましい、溶湯としては、アルミ合金のほかにス
ズ、鉛、亜鉛、銅合金など各種の金属を用いることがで
きる。
溶湯は攪拌羽根の回転により渦流を生じさせ、その回転
方向に沿って微粒子を投入し分散させる。これは渦と逆
方向に噴射すると、マトリックスの湯面が飛散して良く
ないからである。Ｗｌ拌羽根の回転数は３００〜１５０
０ｒＰ１１の範囲とし、容器も回転させることがある０
回転数を３００〜１５００ｒｐｍとしたのは、３００ｒ
ｐｍを下回ると良好なポルテックス面が得られず、また
１５００ｒｐｒａを越えると回転が速すぎて逆に溶湯が
乱れるからである。
方向に沿って微粒子を投入し分散させる。これは渦と逆
方向に噴射すると、マトリックスの湯面が飛散して良く
ないからである。Ｗｌ拌羽根の回転数は３００〜１５０
０ｒＰ１１の範囲とし、容器も回転させることがある０
回転数を３００〜１５００ｒｐｍとしたのは、３００ｒ
ｐｍを下回ると良好なポルテックス面が得られず、また
１５００ｒｐｒａを越えると回転が速すぎて逆に溶湯が
乱れるからである。
微粒子はアルゴンなどの不活性ガスをキャリアーとして
溶湯表面に噴射する。この場合、噴射装置としてプラズ
マ溶射装置を使えば、プラズマ中に微粒子を噴出させて
高温・高速状態で効率良く噴射できる。鉛直方向に対す
る微粒子の噴射角度は５°〜７Ｇ”とする、これは、５
゜以下であると、溶湯面に対し微粒子が直角に近い角度
で入射し、噴出のエネルギーによって溶湯面が乱れ溶湯
が飛散し、また７０°を越えると、微粒子が溶湯面に小
さい角度で当たって当該微粒子がはね返ってしまい、溶
湯内に入りにくくなるからである。
溶湯表面に噴射する。この場合、噴射装置としてプラズ
マ溶射装置を使えば、プラズマ中に微粒子を噴出させて
高温・高速状態で効率良く噴射できる。鉛直方向に対す
る微粒子の噴射角度は５°〜７Ｇ”とする、これは、５
゜以下であると、溶湯面に対し微粒子が直角に近い角度
で入射し、噴出のエネルギーによって溶湯面が乱れ溶湯
が飛散し、また７０°を越えると、微粒子が溶湯面に小
さい角度で当たって当該微粒子がはね返ってしまい、溶
湯内に入りにくくなるからである。
溶湯へ入る時における微粒子の温度は８００〜２５００
℃が望ましい、これは、温度が８００℃を下がると、溶
湯とのぬれ性が悪くなり良好に分散しなくなり、また２
５００℃を越える高い温度になると、噴射ガンを溶湯に
近づけなければならず危険となるからである。
℃が望ましい、これは、温度が８００℃を下がると、溶
湯とのぬれ性が悪くなり良好に分散しなくなり、また２
５００℃を越える高い温度になると、噴射ガンを溶湯に
近づけなければならず危険となるからである。
微粒子の噴射速度は早い方が溶湯中に良好に入り、５ｍ
／ｓｅｃ以上、より好ましくは１０ｍ ／ｓｅｃ以上の
速度で噴き込むと、微粒子の分散性が良好である。逆に
５ｍ／ｓｅｃを下回ると、微粒子の有する運動エネルギ
ーが小さいため、溶湯内に浸入しにくく分散性が悪くな
る。
／ｓｅｃ以上、より好ましくは１０ｍ ／ｓｅｃ以上の
速度で噴き込むと、微粒子の分散性が良好である。逆に
５ｍ／ｓｅｃを下回ると、微粒子の有する運動エネルギ
ーが小さいため、溶湯内に浸入しにくく分散性が悪くな
る。
（作 用）
このように分散相となる微粒子を、５ｍ／ｓｅｃ以上、
８００〜２５００℃で溶湯に噴射して分散強化合金を
製造すれば、微粒子の運動エネルギーが大きくかつ溶湯
とのぬれ性が向上し、その相乗効果により溶湯中におけ
る微粒子の混入分散が極力均一になり品質が向上する。
８００〜２５００℃で溶湯に噴射して分散強化合金を
製造すれば、微粒子の運動エネルギーが大きくかつ溶湯
とのぬれ性が向上し、その相乗効果により溶湯中におけ
る微粒子の混入分散が極力均一になり品質が向上する。
（実施例）
以下に本発明の一実施例を図によって説明する。まず、
第１図に示すように、マトリックス金属としてのアルミ
合金を炉用のルツボｌにて溶解した。このとき、炉内を
Ａｒ２等の不活性または還元性雰囲気にした。アルミ合
金を溶解した後、上記雰囲気中にて撹拌装置２でアルミ
合金の溶湯３を攪拌した。その際、攪拌羽根２ａの回転
数は８００ｒｐｍとした。
第１図に示すように、マトリックス金属としてのアルミ
合金を炉用のルツボｌにて溶解した。このとき、炉内を
Ａｒ２等の不活性または還元性雰囲気にした。アルミ合
金を溶解した後、上記雰囲気中にて撹拌装置２でアルミ
合金の溶湯３を攪拌した。その際、攪拌羽根２ａの回転
数は８００ｒｐｍとした。
つぎに溶湯３を攪拌しながら、セラミックまたは金属の
微粒子（粒径５〜０．０５ｇｍ ） ４を噴射ガン５に
より溶４３表面に噴射した。このとき微粒子４は第２図
に示すように溶？！！３の渦の壁面に向かって、渦と同
一方向に噴射した。この噴射角度αは４０°とした。こ
こで噴射角度αとは、鉛直方向と噴射方向とのなす角度
をいう、微粒子４の噴射速度は本実施例では５ｍ／ｓｅ
ｃ以上とし、粒子温度は８００〜２５００℃とした。
微粒子（粒径５〜０．０５ｇｍ ） ４を噴射ガン５に
より溶４３表面に噴射した。このとき微粒子４は第２図
に示すように溶？！！３の渦の壁面に向かって、渦と同
一方向に噴射した。この噴射角度αは４０°とした。こ
こで噴射角度αとは、鉛直方向と噴射方向とのなす角度
をいう、微粒子４の噴射速度は本実施例では５ｍ／ｓｅ
ｃ以上とし、粒子温度は８００〜２５００℃とした。
第３図は粒子温度と収率との関係を示すものである。こ
こで収率とは、噴射した微粒子４の重量に対する溶湯３
中の微粒子４の重量の割合をいう０図示するように、５
８％以上の収率を確保するためには、粒子温度８００℃
以上が必要であり、また８００℃を屈曲点としてその前
後における収率の変化が極めて著しい０粒子温度が高く
なるにつれてぬれ性が向上し収率も増える。
こで収率とは、噴射した微粒子４の重量に対する溶湯３
中の微粒子４の重量の割合をいう０図示するように、５
８％以上の収率を確保するためには、粒子温度８００℃
以上が必要であり、また８００℃を屈曲点としてその前
後における収率の変化が極めて著しい０粒子温度が高く
なるにつれてぬれ性が向上し収率も増える。
このため、微粒子４をより高速拳高温の状態で噴射すべ
く、第４図に示すプラズマ溶射装置６を使用したら、微
粒子４の分散性が一層向上した。微粒子４の均一分散後
、溶湯３を成形凝固させ製品とした。
く、第４図に示すプラズマ溶射装置６を使用したら、微
粒子４の分散性が一層向上した。微粒子４の均一分散後
、溶湯３を成形凝固させ製品とした。
第５図は、本実施例で製造した分散強化アルミ合金（Ａ
ｆＬｚ ０３１０ｗｔ％分散）の引張強度グラフＡと、
マトリックスであるアルミ合金の引張強度グラフＢとを
比較して示すものである０図示するように、分散強化ア
ルミ合金のほうがアルミ合金のみよりも引張強度が大き
く、その差は温度が高くなるほど顕著になっている。
ｆＬｚ ０３１０ｗｔ％分散）の引張強度グラフＡと、
マトリックスであるアルミ合金の引張強度グラフＢとを
比較して示すものである０図示するように、分散強化ア
ルミ合金のほうがアルミ合金のみよりも引張強度が大き
く、その差は温度が高くなるほど顕著になっている。
（発明の効果）
叙上のように本発明では、微粒子を高温φ高速状態にし
て攪拌中の溶湯に噴射し溶湯とのぬれ性が向上するので
、従来のように微粒子にコーティング等の前処理を施さ
なくとも、微粒子を直接混合して極力均一な分散相を得
ることができ、生産性が向上し製造コストが従来に比べ
て低減し非常に有利になる。
て攪拌中の溶湯に噴射し溶湯とのぬれ性が向上するので
、従来のように微粒子にコーティング等の前処理を施さ
なくとも、微粒子を直接混合して極力均一な分散相を得
ることができ、生産性が向上し製造コストが従来に比べ
て低減し非常に有利になる。
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は微粒
子の噴射方向を説明する図、第３図は粒子温度と収率の
関係を示すグラフ、第４図はプラズマ溶射装置を使用し
たものを示す断面図、第５図は温度と引張強度の関係を
示すグラフである。 ２・・・攪拌装置、 ３・・・溶湯、 ４・・・微粒
子、６・・・プラズマ溶射装置。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 （ほか１名） 第１図 第３図 ［Ｉ＋遍度（”Ｃ）
子の噴射方向を説明する図、第３図は粒子温度と収率の
関係を示すグラフ、第４図はプラズマ溶射装置を使用し
たものを示す断面図、第５図は温度と引張強度の関係を
示すグラフである。 ２・・・攪拌装置、 ３・・・溶湯、 ４・・・微粒
子、６・・・プラズマ溶射装置。 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 （ほか１名） 第１図 第３図 ［Ｉ＋遍度（”Ｃ）
Claims (1)
- 非酸化雰囲気中で溶融金属を攪拌しながら該溶融金属の
表面に、分散相としての微粒子を速度５ｍ／ｓｅｃ以上
かつ温度８００〜２，５００℃で噴射することを特徴と
する粒子分散強化合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25619285A JPS62116740A (ja) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25619285A JPS62116740A (ja) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62116740A true JPS62116740A (ja) | 1987-05-28 |
Family
ID=17289184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25619285A Pending JPS62116740A (ja) | 1985-11-15 | 1985-11-15 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62116740A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4977947A (en) * | 1989-01-31 | 1990-12-18 | Battelle Memorial Institute | Method and a device for homogenizing the intimate structure of metals and alloys cast under pressure |
| WO2016152350A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | アイシン精機株式会社 | 金属複合材料の製造装置 |
-
1985
- 1985-11-15 JP JP25619285A patent/JPS62116740A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4977947A (en) * | 1989-01-31 | 1990-12-18 | Battelle Memorial Institute | Method and a device for homogenizing the intimate structure of metals and alloys cast under pressure |
| WO2016152350A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | アイシン精機株式会社 | 金属複合材料の製造装置 |
| JPWO2016152350A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2018-01-25 | アイシン精機株式会社 | 金属複合材料の製造装置 |
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