JPH01309934A - セラミック‐合金複合体の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、相互に混和しにくい溶融合金とセラミックと
を均一に混合し、均質な複合体を製造する方法に関する
ものである。

従来の技術 最近、各種の使用目的に応じた性質をもつ材料を得るた
めに、合金に対し、種々のセラミック粒子を混合して複
合体とすること、が行われている。

例えばアルミニウム合金や銅合金に黒鉛微粒子を加えて
減摩材とすること、アルミニウム合金にシラスバルーン
のような超軽量ガラス質微小中空球を高配合率で混入さ
せて軽量複合材とすること、アルミニウム合金やその他
の合金に炭素短繊維や、酸化物、炭化物のような充てん
剤を加えて強度を向上させること、溶融アルミニウム合
金にシラス、雲母及び炭酸カルシウムのような発泡源を
含む粒子を加えて発泡させ超軽量発泡アルミニウム合金
とすることなどが知られている。

しかしながら、一般にこれらの複合材に配合されるセラ
ミックは溶融合金とのぬれが悪く、また両者間には比重
差があるため、溶融合金中にセラミック粒子を加え十分
にかきまぜても両者は完全に分散させることが困難であ
り、冷却固化する間に両者が分離するのを免れない。こ
のような難点を解決する方法として、これまで、セラミ
ック粒子の表面をあらかじめ金属で被覆し、これを溶融
合金に加える方法、溶融合金の温度、合金成分、セラミ
ック粒子の混合条件を厳密に制御して混合する方法など
が行われているが、処理が煩雑であっｔ；す、期待どお
りの効果が得られないため、工業的方法としてはまだ十
分に満足しうるものとはいえない。

そのほか、溶融合金の粘性を増大させてセラミックを分
散可能にする方法として、固相線と液相線の温度範囲の
広い合金成分を用いて固相粒子（初晶）の晶出する温度
域で強力なかきまぜを行い、固相粒子を均一に分散させ
ｔ；高粘度固液共存融成体を形成させ、これに炭化ケイ
素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素のようなセラミック
粒子を添加する方法、あるいは溶融合金中に空気、酸素
又は二酸化炭素などの気体を吹き込んでかきまぜ、融成
体中に均一に生成させた微細な酸化物粒子により増粘化
し、これに発泡性セラミックを添加混合して合金発泡体
を得る方法などが知られている。

しかしながら、これらの増粘方法は、適用される溶融合
金やセラミックに制限がある上に、条件制御が厳しく、
普遍的に利用しうるものとはいえない。

発明が解決しようとする課題 本発明は、このような従来の複合体の製法のもつ欠点を
克服し、多くの合金に対して共通的に適用することがで
きる、溶融合金とセラミックとの均一な混合により、均
質な複合体を工業的に製造する方法を提供することを目
的としてなされたものである。

課題を解決するための手段 本発明者らは、このような好ましい特徴を有する複合体
の工業的製法を開発するために種々研究を重ねた結果、
少量の金属カルシウムを含むアルミニウム合金、マグネ
シウム合金、スズ合金、鉛合金及び亜鉛合金などの融成
物を、酸素の存在下で激しくかきまぜ統けるとその粘性
が著しく増大し、セラミック粒子を加えたときに、十分
な分散状態を与えうろことを見出し、この知見に基づい
て本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、アルミニウム合金、マグネシウム
合金、スズ合金、鉛合金及び亜鉛合金の中から選ばれた
１種の合金と、その重量に基づき、０．０５〜５％のカ
ルシウムとの合金−カルシウム混合物を溶製したのち、
セラミック粒子の添加混合に適した粘性に達するまで該
混合物の融成物を酸素の存在下で激しくかきまぜ続けて
酸化促進し、しかるのちセラミンクを加え分散をはかる
ことを特徴とするセラミック−合金複合体の製造方法を
提供するものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

一般に、前記金属の融成物に金属カルシウムを添加する
と、わずかに粘性が増加することが認められる。このよ
うな合金化による増粘現象は、例えば溶融アルミニウム
に対するチタニウム、鉄、銅などの溶解時にみられるよ
うによく知られており鋳造関係では重要な現象である。

しかし、このカルシウムの溶解による粘性の増加のみで
は各種のセラミック粒子を任意に添加、混合できるほど
の十分な粘性を得ることができず、わずかにアルミニウ
ムーガラス中空球の系にその可能性が認められるにすぎ
ない。

一方、カルシウムを含有する溶融合金の酸素存在下にお
けるかきまぜによる増粘機構は、以下のように考。える
ことができる。すなわち、カルシウムが酸素との親和力
の最も大きい元素であるため、溶融合金中に添加、溶解
後、空気に接したカルシウム分は直ちに酸化して微細な
酸化カルシウムとなり、かきまぜにより融成物中に分散
する。引続きかきまぜるとこの溶融合金中の酸化カルシ
ウムの量は次第に増大し、同時に見掛けの粘性の増加も
著しくなる。このような溶融合金中のカルシウムの優先
酸化を利用することが、本発明の特徴となっている。

溶融アルミニウム合金に空気等の吹込みにより強制酸化
を行い、同じく見掛けの粘性の増加法について前記した
が、この方法は本発明者らの実験によると、増粘効果を
あげるためには、かなりの長時間空気吹込みを必要とし
、またマグネシウム合金には危険であり、スズ合金、鉛
合金、亜鉛合金には空気吹込みによる増粘効果は少ない
。また合金の固液共存領域を用いる増粘法は共晶合金な
どには適用できない。さらにセラミック微粒子をあらか
じめ金属膜で被覆処理する方法は経済的には不利である
。

これに対し、本発明方法は溶融合金自体の酸化よりも添
加されたカルシウムの優先酸化によるため、酸化速度が
大きく、したがって増粘時間も短くて済み、しかも任意
の合金系に対して適用でき、また複合化するセラミック
粒子の材質や形状を選ばないなどの優れた特徴をもつも
のである。

従来より金属に対するカルシウムの添加剤は非常に少な
く、わずかに酸化防止剤あるいは脱酸剤としてごく微量
（０，０１〜０．０２％以下）を用いる例が知られてい
るにすぎない。ただし、一般にカルシウムは合金を脆化
さゼるため、添加量を多くすることは控えるべきである
。

本発明はこの点を十分検討した結果、カルシウムの前記
合金の融成物に対する添加量が、該融成物の重量に基づ
き、０．０５％から増粘作用が顕著になり、５％を超え
ると増粘作用はますます大きくなるが、合金自体の脆化
が著しくなり、特性が失われることから、添加量として
は、０．０５％ないし５％の範囲内で選ばれる。望まし
くは、０．５％ないし１％の範囲であるが、溶融合金の
種類やセラミック粒子の添加量などにより変動する。

発明の効果 本発明方法は、多くの合金に対して共通的に適用するこ
とができる上に、溶融合金とセラミックとを均一に混合
することができ、それにより均質な複合体を容易に得る
ことができるという顕著な効果を奏する。

本発明の利用分野は、既に記したように合金中にセラミ
ック粒子の分散を必要とする各種のセラミック−合金複
合体の製造にあり、具体的には例えば、減摩材を目的と
する黒鉛・合金複合体、軽量化合金を目的とする軽量ガ
ラス質微小中空球・合金複合体、強化を目的とする酸化
物、炭化物、′窒化物、炭素などの微粒子、短繊維・合
金複合体、超軽量化を目的とするシラス、雲母、炭酸塩
、水素化物など発泡源を含むセラミックを用いた発泡合
金などに対しても適用可能である。

実施例 次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ 電気炉により＃ｌＯの黒鉛ルツボ中で６８０°Ｃの溶融
状態に保たれｆ：　１　ｋｇのＡｌ２−１２％Ｓｉ合金
にカルシウム５ｇを添加混合し、増粘処理を行った後、
構造水を残留させた平均粒径１５０μｍのシラスバルー
ン５００ｍ１２を添加し、約５分間炉中に保持した後、
冷却したところ、発泡現象により比重０．５２の均質な
発泡アルミニウム合金複合体を得た。なおりルシウムの
添加を行わない場合には、シラスバルーンの混入の途中
で分離現象が多く見られた。

実施例２ 電気炉により＃ｌＯの黒鉛ルツボ中で６４０°Ｃの溶融
状態に保たれたＡ１２−１２％５１合金にその重量に基
づきカルシウムを帆５％添加し、増粘処理を行った後、
長さ約５ｍｍの炭素短繊維（径８μｍ）を添加した。約
４００ｇのＡｌ−１２％Ｓｉ合金に前記炭素短繊維４０
９の混入が可能であった。凝固後の組織は、炭素繊維が
比較的よく分散した状態を示しｔ；。

実施例３ 電気炉により＃ｌＯの黒鉛ルツボ中で５００℃の溶融状
態に保たれた１ｋｇのＺｎ−４％Ａｌ２合金にカルシウ
ムｌｏｇを添加混合し、増粘処理を行った後、粒径８０
μｍのアルミナ粒子１００ｇを添加した。カルシウムを
添加することによりアルミナ−Ｚｎ合金複合体を得た。

なお、カルシウムの添加を行わない場合は、アルミナの
混入の途中で分離現象を示し複合体が得られない。

特許出願人　工業技術院長　飯　塚　幸　三指定代理人
　工業技術院九州工業技術試験所長小林和夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　アルミニウム合金、マグネシウム合金、スズ合金、
   鉛合金及び亜鉛合金の中から選ばれた１種の合金と、そ
   の重量に基づき、０．０５〜５％のカルシウムとの合金
   −カルシウム混合物を溶製したのち、セラミック粒子の
   添加混合に適した粘性に達するまで該混合物の融成物を
   酸素の存在下で激しくかきまぜ続けて酸化促進し、しか
   るのちセラミックを加え分散をはかることを特徴とする
   セラミック−合金複合体の製造方法。