JPS63295052A - 分散強化型金属基複合材料の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は５母材に金属酸化物を除（粒子を均一に分散
させる分散強化型金属基複合材料の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

母相の合金中に、微細な窒化物、炭化物等の非金属粒子
を均一に分散させることにより２合金の耐熱性、耐酸化
性及びクリープ強度を向上させた合金を分散強化型合金
という。この分散強化型合金には５例えば、　Ｎｉ母相
中に微細なＴｉＣを分散させた合金等がある。この分散
強化型合金は、従来。

機械的合金化法により製造されている。第３図は機械的
合金化法による分散強化型合金を製造する場合の工程図
である。この方法においては、まず。

母相の合金組成になるように調整した数種類の金属粉末
と、母相に分散させる窒化物、炭化物等の非金属粒子と
を鋼球３と共に水冷タンク１内に装入する。水冷タンク
１内では、攪拌羽根２を回転させることにより鋼球３が
高速で衝突する。これにより、窒化物、炭化物等の非金
属粒子とが変形。

圧着及び粉砕を繰り返し、窒化物、炭化物等の非金属粒
子が均一に分散した複合粉末５となる。この操作中、水
冷タンクｌ内は不活性ガス雰囲気に保たれている。次に
この複合粉末５を鋼製の缶４に封入し、真空排気した後
、熱間押出工程６に供給する。熱間押出工程６では、ま
ず、？３Ｘ合扮末５が装入された缶４を加熱容器７に装
入して誘導加執により複合粉末５を加熱することによっ
て、この複合粉末５を合金化させる。その後、この合金
をダイス８を用いて任章の形状に押し出す。なお。

押出し前の加熱中に、複合粉末５が拡散により完全な合
金粉末になるように、複合粉末５を十分に加熱する必要
がある。また、熱間押出工程６では。

加熱温度、押出し比及び押出速度は夫々独立した因子で
あって、その後の熱間圧延工程９の条件設定との関連で
決定される。熱間押出工程６及び熱間圧延工程９が終了
すると３熱処理工程１０を経て。

適宜の加工を施すことにより分散強化型金属基複合材料
の製品を得ることができる。

また、　Ａ１合金の耐摩耗製の向上を狙って硬質のセラ
ミックス粒子、ｍ維をＡ１合金中へ微細に分散させて分
散強化型金属基複合材料を得る方法がある。同複合材は
例えば粒径が１０〜２０μｍのＳｉＣ粒子を　＾１合金
の？８湯中に分散させ凝固させる。製造上のポイントは
いかに均一に分散させるかである。粒径がサブミクロン
になるとセラミックス粒子が互いに凝集し合って？８湯
中に均一に分散しなくなる。均一に分散させるには粉末
冶金法を用いると良いがコストアップは避けられない。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、この機械的合金化法は、母相成分の金属
粉末を予め準備する必要があり、また。

工程が非常に複雑なため５分散強化型複合材料を製造す
るために多大の時間及び多大なエネルギーを必要とする
という問題点を有する。

また溶湯中に粒子、繊維を分散させる方法では溶湯中に
均一に粒子、繊維を分散させることが難しく、前述した
ようにセラミックス粒子が互いに凝集してしまうことが
ある。

この発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって１
分散相を均一に分散させた分散強化型金属基複合材料を
、簡単に製造することができ１分散強化型金属基複合材
料を製造するために必要な時間及びエネルギーを低減す
ることができる分散強化型金属基複合材料の製造方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決しようとする手段〕

この発明に係る分散強化型金属基複合材料の製造方法は
、？８湯を収容する容器と、前記容器の底壁に設けられ
溶湯が通流するノズルと、前記ノズルを通流する溶湯に
冷媒体及び金属酸化物を除く粒子（以下粒子と略記する
）、繊維を添加してその混合流を形成する混合手段と、
前記ノズルからの混合流が注入される鋳型と、この鋳型
を減圧下に保持する減圧槽と、を有し、前記混合流を減
圧槽内に注入することによって？８湯を微細粒滴化する
と共に金属酸化物を除く粒子、繊維を分散させることを
特徴とする。

〔実施例〕

以下、添付の図面を参照して、この発明の実施例につい
て具体的に説明する。

第１図はこの発明の第１の実施例に係る分散強化型金属
基複合材料の製造方法に用いられる製造！ｊｔ置を示す
。取鍋１１内には溶湯１２が収容されており、この取鍋
ｔｉには筒状の注湯用ノズル１３が取付けられている。

ノズル１３の下端は減圧槽１４の上板に嵌め込まれてお
り、ノズル１３を介して取鍋１１と減圧槽１４とが連結
されている。減圧槽１４内には鋳型１５が設置されてお
り、減圧槽１４は真空ポンプ等の排気手段（図示せず）
により減圧されている。

また、鋳型１５は駆動装置１９により垂直軸の回りに回
転運動をするようになっている。

取鍋１１内には１円筒状で耐火物製のストッパ１６が昇
降装置１７により昇降可能に設置されており。

ストッパ１６が降下してノズル１３を閉塞することによ
り取鍋１１内の溶湯１２の流出が阻止されるようになっ
ている。一方、ストッパ１６が上昇すると１取鍋１１内
の溶湯１２がノズル１３を介して減圧槽１４に注入され
、そのストッパ１６の位置を調節することにより溶湯１
２の注入量が調節されるようになっている。ストッパ１
６には、その横断面のほぼ中央に長手方向に延びる冷媒
体通流孔１８が形成されている。

この冷媒体通流孔１８には、パイプ２０を介して冷媒体
の供給ａ（図示せず）が連結されている。従って、ノズ
ル１３を通流する溶？＆１２に、冷媒体を吹込むことが
でき５　これにより溶湯１２の注入流に冷媒体を混合す
ることができる。冷媒体としては１例えばアルゴンヘリ
ウム等の不活性ガスを使用すればよく、また、冷却を強
化したい場合には蒸発軌及び分解熱を生じる流体を使用
することができる。

このような流体としては１通常、液化炭化水素（液化プ
ロパン、液化メタン、トルエン等）及びアルコール等が
あるが、蒸発熱１分解熱又は顕熱により液滴を冷却する
能力を持つものであれば。

液体、気体を問わず使用することができる。

前記パイプ２０の適所には２粒子、繊維を貯留したホッ
パ（図示せず）が配設されており、このホッパから粒子
、繊維を切り出すことにより、この粒子、繊維がパイプ
２０を通流する冷媒体に供給されるようになっている。

従って１粒子、繊維が。

冷媒体をキャリアとして溶湯１２の注入流に添加される
。

粒子、繊維としてはＭｏ、およびＷＣ，ＭｏＣ，ＶＣ５
ＮｂＣ，ＴｉＣ，ＣｒＣ，ＳｉＣなどの炭化物、　Ｔｉ
Ｎ、　ＮｂＮなどの窒化物、　Ｔｉ［ｌなどの硼化物、
さらにはカーボン繊維、ボロン繊維がある。

このように構成された装置においては、まず。

パイプ２０を介して冷媒体通流孔１８に冷媒体を供給し
つつストッパ１６を上昇させると、取鍋１１内の溶湯１
２はノズル１３を介して減圧槽１４内に注入され。

冷媒体は冷媒体通流孔１８の下端から、ノズル１３を通
流している溶湯１２中に吹込まれ、冷媒体が溶湯１２に
吹込まれて混合された冷媒体は、減圧槽１４内で急速に
蒸発し膨張することにより、溶湯１２を微細な液滴２２
にする。この微細液滴２２は、冷媒体の蒸発潜熱１分解
熱及び顕熱により急速に冷却されて半溶融状態となり鋳
型１５に鋳込まれる。この鋳型１５は、液滴２２が均一
に鋳込まれるように、駆動装置１９により垂直軸の回り
に回転運動をしている。

半溶融金属２３は、鋳型１５内で固液共存相が均一に存
在する状態で鋳型１５により冷却されて凝固する。

一方、ホッパからは１粒子、繊維が一定速度で切り出さ
れ、パイプ２０を通流する冷却媒体中に添加される。そ
うすると、添加された粒子、繊維は減圧チャンバー１４
内で半溶融状態の液滴２２により鋳ぐるまれた状態で落
下し、半溶融金属２３内に均一に分散する。この半溶融
金属２３は、鋳型１５により冷却されて粒子、繊維が均
一に分散した分散強化型金属基複合材の鋳塊２４となる
。この鋳塊２４に熱間圧延及び熱処理を施すことにより
、任意形状の分散強化型金属基複合材の製品を製造する
ことができる。

なお、ここでは、溶融金属の容器として取鍋を用いたが
、取鍋に限らずタンディツシュ等、他の容器を配置する
こともできる。また、注入流に冷媒体２粒子、繊維を吹
込む方法としては、耐火物製ランスを溶融金属中に浸漬
し、このランスを介して冷媒体を吹込むことも考えられ
る。

次に、この発明の第２の実施例について、第２図を参照
して説明する。第２図において、第１図と同一物には同
一符号を付して説明を省略する。

取鍋１１と減圧槽１４とを連結する溶湯注入用ノズル２
５には８その外周から内周へ貫通する複数の冷媒体通流
孔２６が設けられている。ノズル２５の周囲はハウジン
グ２７で取囲まれており、冷媒体供給源（図示せず）に
連結されたパイプ２８がハウジング２７内に連通してい
る。また、パイプ２８には２粒子。

繊維を貯留したホッパ（図示せず）が、配設されており
、このパイプ２８を通流する冷媒体中に粒子。

繊維を供給するようになっている。

従って、ノズル２５を通流する溶湯１２に、ノズル２５
に設けられた冷媒体通流孔２６から冷媒体及び粒子、繊
維を吹込むことにより、溶湯１２に冷媒体及び粒子、繊
維を混合することができる。また、鋳型１５は、駆動装
置２９により水平方向３０に往復運動することができる
ようになっている。

このように構成された装置においては、まず。

パイプ２８及びハウジング２７を介して冷媒体通流孔２
６に冷媒体を供給しつつストッパ１６を上昇させると、
取鍋１１内の溶湯１２はノズル２５を介して減圧槽１４
内に注入され、冷媒体はノズル２５に設けられた冷媒体
通流孔２６から、ノズル２５を通流している溶場１２中
に吹込まれ、冷媒体が溶湯１２に混合される。

）容湯１２に吹込まれて混合された冷媒体は、減圧槽１
４内で急速に蒸発し膨張することにより、溶湯１２を微
細な液滴２２にする。この微細液滴２２は、冷媒体の藷
発潜熱１分解熱及び潜熱により急速に冷却されて半溶融
状態となり、鋳型１５に鋳込まれる。

このとき、鋳型１５は、液滴２２が均一に鋳込まれるよ
うに、駆動装置２９により水平方向３０に往復運動をし
ている。半溶融金属２３は、鋳型１５内で固液共存相が
均一に存在する状態で鋳型１５により冷却されて凝固す
る。従って、第１の実施例と同様に粒子、繊維を冷媒体
にキャリアさせて溶湯に添加すれば、容易に分散強化型
金属基複合材を得ることができる。

次にこの発明により分散強化型金属基複合材を製造した
製造試験結果の一例について述べる。

真空誘導溶解炉で溶製したＮｊ：９９．２ｗｔ１．　Ｃ
：０．０８−ｔχ、　Ｍｎ：０．１８ｗｔχ、　Ｓｉ：
０．１８ｗｔＸ、　Ｆｅ：０．２ｗｔ！、　Ｓｔ：０．
００５１１ｔχ、　Ｃｕ：０．１３ｗｔχのＮｉ基合金
を用いて第１の実施例に示した装置でＴｉＣ：　５．Ｏ
ｗｔχの粒子を添加した。製造条件は、／８融金金属量
を約５０ｋｇ、溶湯注入用ノズル径をｌＱｓｍφとし、
冷媒体は液化プロパンを用い、流量はｒ、ｓＮ＊／分に
設定し、減圧槽内の真空度は８０Ｔｏｒｒとして、４５
秒間鋳造した。鋳型は、内径が２００　ｗφで、鋳造中
、　２０ｒｐｍの速度で回転させた。

このような条件で製造した鋳塊を長手方向に切断して、
その断面の組織観察をした。その結果。

粒子が均一に分布した分散強化型金属基複合材料を製造
することができた。

なお１本法において鋳型を底部開放鋳型とし。

凝固された鋳塊を下方に連続的に引き抜くような連続鋳
造方式も可能である。

〔発明の効果〕

この発明によれば、溶融金属合金の液滴を生成し、この
液滴を鋳型内に滴下すると共に、冷却媒体中に粒子、繊
維を供給するという手段で１分散相が均一に分散した分
散強化型金属基複合材料を簡単に製造することができる
。このため、この発明は、従来よりも１分散強化型金属
基複合材料を製造するために必要な時間及び工ふルギー
を節約することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例に係る分散強化型金属
基複合材料の製造装置を示す縦断面図。 第２図は同じくその第２の実施例を示す縦断面図。 第３図は従来の分散強化型金属基複合材料の製造工程を
示す図である。 １１・・・取鍋、１２・・・溶湯、　　　１３．２５・
・・ノズル。 １４・・・減圧槽、１５・・・鋳型、１６・・・ストッ
パ。 １７・・・昇降装置、　　　１８．２６・・・冷媒体通
流孔。 ２２・・・液滴、２３・・・半溶融金属、２４・・・鋳
塊特許出願人　　日本鋼管株弐會社 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶湯を収容する容器と、前記容器の底壁に設けられ溶湯
   が通流するノズルと、前記ノズルを通流する溶湯に冷媒
   体及び金属酸化物を除く粒子、繊維を添加してその混合
   流を形成する混合手段と、前記ノズルからの混合流が注
   入される鋳型と、この鋳型を減圧下に保持する減圧槽と
   、を有し、前記混合流を減圧槽に注入することによって
   溶湯を微細粒滴化すると共に金属酸化物を除く粒子、繊
   維を分散させることを特徴とする分散強化型金属基複合
   材料の製造方法。