JPS6289558A - 均一に異種材料が分散して含有される鋳造体の製造方法 - 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】 皇呈上ｑ肌几分！ 本発明はダイカスト方法に係わり、特にアルミニウム、
マグネシウム、亜鉛等の金属マトリックス内に異種材料
を均一に分散して含有される鋳造体を製造する方法に関
する。

艮五！量 アルミニウム等の金属マトリックス内に、金属粉末、或
いは、セラミックス等の異種材料粉末もしくは短繊維を
均一に分散含有させた鋳造体をダイカスト鋳造法により
製造する場合、従来は次のような鋳造方法が採用されて
いる。即ち、（１）分散含有させる異種材料の粉末もし
くは短繊維を先ずスリーブ内に装填し、然る後に金属マ
トリックスを形成する金属溶湯をスリーブ内に注湯し、
通常のように金属溶湯を射出することで金属溶湯に異種
材料を巻き込ませてキャビティー内に圧送し、これによ
°り所定の形状の鋳造体を鋳造する。

（２）金属マトリックスを形成する金属溶湯中に予め分
散含有させる異種材料の粉末もしくは短繊維を混合して
おき、この混合溶湯をダイカスト装置のスリーブ内に注
湯してプランジャーにより通常のように射出することで
所要の形状の鋳造体を鋳造する。

また、アルミニウム等の金属マトリックス内にアルミニ
ウムと合金化しにくい例えば鉛の如き金属を均一に分散
含有させる方法としては、（３）マトリックスを形成す
る金属と該金属と合金化しにくい金属との溶融体を、電
磁力あるいは機械力によって混合攪拌し、以後可及的速
やかに混合溶湯を鋳造し急冷凝固させる。

ｌ米皿五■欠点 上述の方法において（１）および（２）の鋳造方法のよ
うに、ダイカスト装置のスリーブ内に異種材料の粉末も
しくは短繊維を装填しておく方法、および（３）の混合
溶湯を用いる方法では、異種材料の装填は容易であるが
、プランジャーによる金属溶湯の射出により、該プラン
ジャー外面とスリーブ内面との間に異種材料の粉末もし
くは短繊維の一部が単独もしくは溶湯と共に残留し、こ
の残留した異種材料によってプランジャー外面およびス
リーブ内面が著しく損傷を受け、以後の加圧鋳造に際し
てプランジャーの鋳造速度および加圧力を著しく低減さ
せる金属ばりが前記スリーブとプランジャーとの間隙に
堆積し、その結果として攪拌力および鋳造加圧力が低下
し、製品キャビティ内での異種材料の均一分散を得る点
および鋳造体の信頼性、再現性が劣るという問題があっ
た。

これは鋳造時にプランジャーの鋳造速度が低下し、変動
することにより溶湯が湯道内、ゲートを通過する際に異
種材料の材質、形Ｌｉ（粉末、短繊維）や濡れ性等の特
性によって湯道内で充分な攪拌を困難とし、更にゲート
通過時に均一化の作用を得難いこと、および鋳造体にか
かる掛ける十分な最終圧が得難いことが大きな理由と考
えられる。

従ってこれがためにキャビティ内での分散状態が射出毎
に大きく影響され、確実な均一分散および信頼性の高い
鋳造体の製造が達成され得ない。

また、湯道内での十分な攪拌を得るためにはプランジャ
ーの鋳造速度を通常の速度よりも高めて攪拌効果を増大
させるような対策を採らねばならず、大型の装置を必要
とする等の問題もあった。

また前述した（３）の製造方法では、合金化し難い金属
の分散状態が、重力偏析等が原因となって、攪拌手段或
いは攪拌力、または以後の凝固速度に大きく影響され、
良好に分散した鋳造体が得難い問題があった。

更に、何れの方法においても返り材中に異種材料が含有
されるので、返り材の事後処理が非常に面倒となる大き
な欠点を有していた。

光皿■旦負 本発明の目的は上述したように異種材料の粉末もしくは
短繊維を金属マトリックス内に均一に分散させた鋳造体
を製造するための、より確実で再現性が格段に優れた鋳
造方法を提供することである。

発ｍ 本発明の鋳造方法は、この目的達成のために幾多の実験
を行った結果として、異種材料の材質、形態（粉末、短
繊維）や特性等に無関係に良好な分散を得られる方法と
して発明されたのである。

即ち、本発明は金属マトリックスを形成する金属溶湯の
射出によって異種材料を巻き込みながらキャビティに圧
送し、これによって均一分散させた鋳造体を製造する方
法において、特に金属溶湯の射出による流れの中に異種
材料をその材質、形態（粉末、短繊維）や特性等に無関
係に最も効果的に均一に巻き込むことが可能となる異種
材料の装填位置を割り出したのである。

更に詳しくは本発明の鋳造方法は、分散含有させるべき
異種材料の粉末もしくは短繊維をダイカスト装置におけ
る鋳込口と湯道を形成する金型内に予め装填しておき、
然る後に金属溶湯を射出成形することを特徴とする。

ここで、本発明ではコールドチャンバ、ホットチャンバ
の何れのダイカスト鋳造方法でも良く、また活性ガスを
キャビティ内に事前に充填しておく所謂無孔性ダイカス
ト鋳造方法等の何れの鋳造方法でも良い。

以下に図面を参照して本発明を更に詳しく説明すれば、
第１図は本発明の詳細な説明のために−般的な横型ダイ
カスト装置の主要部を示しており、本発明において鋳込
口と称する個所は第１図に示す溶湯通路におけるスリー
ブ７から通じた符号８で示す部分であり、ゲートと称す
る個所は製品キャビティ９に通じて接する符号１０で示
す部分である。また湯道と称する個所はゲート１０と鋳
込口８との間の溶湯通路であって、これを全体的に符号
１１で示す。また良く知られているように、符号１４は
可動型、符号１５は固定型、符号１６は金属溶湯、符号
１７は注湯口、符号１８はプランジャー、符号１９は湯
溜、符号２０はガス抜をそれぞれ示し、また符号２は分
流子を示している。

第１図では、第２図に更に詳しく示すように、湯道１１
の途中に第二ゲート１２を設け、ゲート１０と第二ゲー
ト１２との間にミキシングチャンバ１３を形成して異種
材料と金属溶湯との攪拌効果を増大させた所謂ダブルゲ
ートの形式とした構造を示しているが、勿論のことなが
ら第３図に示すように第二ゲート１２を設けずにゲー）
１０のみ設けたシングル形式の構造であっても良い。

本発明の特徴による異種材料の装填位置は、湯道１１お
よび鋳込口８を形成する金型空間内であれば何れの個所
であっても良いが、ゲート１０から充分に離れたスリー
ブ７の側の分流子２の付近（第１図においては分流子２
の上部）に選定するのが、その後の射出溶湯による攪拌
効果を充分に受は易いこと、ゲートｌＯの通過時の剪断
力の作用と相まって均一に分散した鋳造体を得易いこと
、等の理由によって好ましい。

また、図示鋳造装置は２枚の金型（可動型１４および固
定型１５）が相対的に左右に接離して鋳込口８、製品キ
ャビティ９、ゲート１０、湯道１１等の空間を形成する
形式の金型構成とされているが、３枚の金型が同様の空
間を形成するように組合わされる形式の金型構成でも良
く、また上下に金型が移動する竪型ダイカスト鋳造装置
でも本発明の効果を同等に奏することは言うまでもない
。

即ち、本発明は金型およびダイカスト鋳造装置のタイプ
を限定するものではないのである。

本発明に係わる金属マトリックスの金属とじてはアルミ
ニウム、マグネシウム、亜鉛、およびその合金に限られ
ず、鉄、銅等のようにダイカスト鋳造可能な金属であれ
ば使用できることは明らかである。

また、この金属マトリックスに均一に分散させる異種材
料としては、鉛、黒鉛、タングステン、コバルト、ステ
ンレススチールの如き金属に限られず、珪素、チタン、
ジルコン、タングステン、ニッケル、マグネシウム、鉄
、銅等の金属、または非金属の酸化物、窒化物、炭化物
等の粉末もしくは短繊維を使用することができる。

ここで粉末の場合はその粒径、また短繊維の場合はその
直径および長さは均一分散させて形成する材料の使用目
的等によって異なるが、一般的には目安として次の程度
の寸法を表している。即ち、粉末の粒径　：０．１ｍｍ 短繊維の直径：０．１ｍｍ 〃　　長さ：　　３ｍｍ ただしこの値はあくまでも目安であって、これ以上の寸
法でも実行可能であることは理解されるべきである。

また、金属マトリックスに対する異種材料の濡れ性が劣
るような場合には、異種材料の表面にスパッタリングそ
の他の方法で適当な金属をコーティングして使用するこ
とにより、濡れ性の改善が図れるのであり、有効な手段
である。

このような異種材料の装填方法としては、異種材料を金
属箔等で包装したものを用いて鋳込口および湯道を形成
する金型に載置する方が包装しないで直に使用するより
も取り扱いの点で好ましい。

また、他の装填方法としては鋳込口および湯道を形成す
る金型空間内に連通ずる通孔を金型に形成し、この通孔
を通して異種材料を装填した後この通孔を栓棒のような
適当な部材で閉塞するように構成することもできる。何
れの方法も適宜に選択して使用できるのである。

叉隻五夙■皿 第４図に示すようにキャビティ３　（１５０Ｘ１８０Ｘ
６ｍｍ）を有する金型を使用し、粉末とせる異種材料を
符号６で示すように分流子２上に装填装置しておき、ア
ルミニウム合金溶湯を射出してダイカスト鋳造し、ダイ
カスト鋳造後にキャビティ３に符号Ａ−１で示しである
各区分におけるメタルマトリックス内での異種材料の分
散状態を測定した。

ここで、メタルマトリックスを形成するアルミニウム合
金としては９重量％のＳｉ、０．３ｆＥｉｔ％のＭｇ、
０．４重量％のＦｅ５０．３重量％のＭｎを含有せるＡ
１合金を使用した。また、異種材料としてはｐｂ粉末を
５０ｇｒ使用し、これをアルミニウム箔に包んで分流子
２上に配置した。

ダイカスト鋳造における各ファクターは下記の通りであ
る。

溶湯温度　　　：　　約７００℃ 型温度　　　　：　　射出直前約１５０℃ダイカスト機
械：２５０）ンコールドチャンバ式ゲート断面積　：　
　合計５Ｑｍｍ” 射出完了圧　　：　　　２５０ｋｇ／ｃｍ”プランジャ
速度：　　　１．２ｍ／ｓ ダイカスト鋳造後の分散状態の測定結果は、Ｘ線透過に
よれば極めて一様に分散が生じていることが確認された
。また各区分Ａ−１における化学分析の結果、下記のよ
うに殆どマクロ偏析を生じていないことが確認された。

更にまた、前記実施例のｐｂ粉末に代えて粒径約５０μ
ｍの／１，０３粉末１５ｇｒを使用し、これらを前述と
同じ個所に装填した後同様条件の基で鋳造した。

ダイカスト鋳造後の分散状態は顕微鏡によるミクロ観察
の結果、異種材料であるＡｔ’！０３が充分に均一に分
散されていることが確かめられた。

以上のことから、本発明の有効性が明確に判断された。

光ｍ１展 （１）　　異種材料の種類、形状、特性、に係わり無く
、極めて良好に均等分散させた複合材を製造できる。

（２）異種材料の装填手段は何れでも良く、既存のダイ
カスト装置で実施できる。

（３）　　ビスケット等には異種材料が含有されないの
で、事後処理が容易となり、コストの低減に利する。

（４）　　異種材料に原因してプランジャーおよびスリ
ーブの寿命を損なう恐れがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する説明のための一般的な
横型ダイカスト装置を示す竪断面図。 第２図は第１図のダイカスト装置における鋳型空腔部の
一部を示す横断面図。 第３図は他の例とせる鋳型空腔部の一部を示す横断面図
。 第４図は本発明の方法を実施した際の異種材料の装填位
置および鋳造体における測定区分を示す説明図。 ２・・・・分流子 ６・・・・異種材料 ７・・・・スリーブ ８・・・・鋳込口 ９・・・・キャビティ １０・・・・ゲート １１・・・・溶湯通路 １２・・・・第二ゲート １３・・・・ミキシングチャンバ １４・・・・可動型 １５・・・・固定型 １６・・・・金属溶湯 １７・・・・注湯口 １８・・・・プランジャー １９・・・・湯溜 ２０・・・・ガス抜 ＄ｚＥ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 製品キャビティーに接するゲートと、溶湯が注湯され射
   出までの溶湯受となるスリーブに連通する鋳込口と、前
   記ゲートと該鋳込口を連結する湯道とを含む複数枚の金
   型で形成される金型空間に、前記スリーブ内に注湯され
   た金属溶湯を、該スリーブ内に摺動するプランジャーに
   て射出成形するダイカスト方法において、 前記鋳込口と前記湯道とを形成する金型内に異種材料を
   予め装填しておき、しかるのち、前記スリーブ内に注湯
   された金属溶湯を、前記プランジャーにて、前記製品キ
   ャビティー内に射出成形することを特徴とする均一に異
   種材料が分散して含有される鋳造体の製造方法。