JPH0219431A - 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
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- JPH0219431A JPH0219431A JP16995988A JP16995988A JPH0219431A JP H0219431 A JPH0219431 A JP H0219431A JP 16995988 A JP16995988 A JP 16995988A JP 16995988 A JP16995988 A JP 16995988A JP H0219431 A JPH0219431 A JP H0219431A
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- particles
- metal
- grains
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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、粒子分散強化合金の製造方法に関する。
（従来の技術）
金属中にセラミックなどの粒子を分散させた分散強化合
金は機能性材料として広く使用されている０分散強化合
金は、金属粉と分散すべき粒子を混合し、次いで圧粉成
形、規結、押出しまたはＨＩＰ処理、機械加工を経る焼
結法で製造される場合が多いが、焼結法は工程が複雑な
ため設備投資が多額であり、且つ金属粉も高価であるこ
とから、最近溶製法による製造が検討されている。溶製
法は金属溶湯に粒子を添加して鋳造する方法であり、更
にポルテックス法、インジエクシ目ン法、コンポキャス
ト法、噴射法等に分けることができるが、技術的に確立
していない点が多い。市販されている分散強化合金とし
ては例えばアメリカ合衆国、デューラル（Ｄｕｒａｌ）
社〔アルカン（Ａｌｃａｎ）社の子会社〕の、粒径１０
〜２０μｍのＳｉＣ粒子をアルミニウム中に分散させた
分散強化合金が挙げられるが、製造方法の詳細は不明で
ある。
金は機能性材料として広く使用されている０分散強化合
金は、金属粉と分散すべき粒子を混合し、次いで圧粉成
形、規結、押出しまたはＨＩＰ処理、機械加工を経る焼
結法で製造される場合が多いが、焼結法は工程が複雑な
ため設備投資が多額であり、且つ金属粉も高価であるこ
とから、最近溶製法による製造が検討されている。溶製
法は金属溶湯に粒子を添加して鋳造する方法であり、更
にポルテックス法、インジエクシ目ン法、コンポキャス
ト法、噴射法等に分けることができるが、技術的に確立
していない点が多い。市販されている分散強化合金とし
ては例えばアメリカ合衆国、デューラル（Ｄｕｒａｌ）
社〔アルカン（Ａｌｃａｎ）社の子会社〕の、粒径１０
〜２０μｍのＳｉＣ粒子をアルミニウム中に分散させた
分散強化合金が挙げられるが、製造方法の詳細は不明で
ある。
前記溶製法では金属溶湯に粒子を添加する手段として、
金属溶湯を撹拌しながらキャリアーガスと共に粒子を吹
きつけるのが一般的である。
金属溶湯を撹拌しながらキャリアーガスと共に粒子を吹
きつけるのが一般的である。
例えば、特開昭６２−１１６７４０号公報に記載された
、非酸化雰囲気中で溶融金属を撹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／秒以上且
つ温度８００℃〜２５００°Ｃ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が提案されている。
、非酸化雰囲気中で溶融金属を撹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／秒以上且
つ温度８００℃〜２５００°Ｃ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が提案されている。
（発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来の溶製法は下記の如く多くの問
題点を有している。
題点を有している。
１）粒子が凝集し易い。即ち、粒子は微細なものほど凝
集する傾向が強く、金属溶湯内へ凝集体として入った場
合には撹拌程度では分離しないため均一に分散させるこ
とが困難である。このため粒子分散強化合金の引張強さ
、ヤング率などの特性値を充分に向上させることができ
ない。
集する傾向が強く、金属溶湯内へ凝集体として入った場
合には撹拌程度では分離しないため均一に分散させるこ
とが困難である。このため粒子分散強化合金の引張強さ
、ヤング率などの特性値を充分に向上させることができ
ない。
２）粒子が粗粉に限定される。即ち、微粒子はどキャリ
アーガスと共に飛散し易（、金属溶湯内へ混入すること
が困難であるため、−膜内に平均粒径１０μｍ以上の粗
い粒子が使用される。
アーガスと共に飛散し易（、金属溶湯内へ混入すること
が困難であるため、−膜内に平均粒径１０μｍ以上の粗
い粒子が使用される。
このため、及び添加される粒子は硬質材からなるものが
多く採用されているため、得られる粒子分散強化合金の
被削性が著しく悪い。例えば、旋盤切削においては、高
価なダイヤモンドコートの工具を使用しなければ切削で
きない。
多く採用されているため、得られる粒子分散強化合金の
被削性が著しく悪い。例えば、旋盤切削においては、高
価なダイヤモンドコートの工具を使用しなければ切削で
きない。
３）歩留まりが悪い。即ち、添加すべき粒子のうち、キ
ャリアーガスの流れに沿って飛散するものが多く、溶湯
内にはあまり入り込まず、歩留まりが悪く、特に微粒子
はど悪い。
ャリアーガスの流れに沿って飛散するものが多く、溶湯
内にはあまり入り込まず、歩留まりが悪く、特に微粒子
はど悪い。
４）キャリアーガスが必要である。即ち、溶湯を酸化さ
せないようにＮ２ガスやＡｒガスなどの高価なガスを使
用する必要がある。
せないようにＮ２ガスやＡｒガスなどの高価なガスを使
用する必要がある。
５）付帯設備が必要である。即ち、上記のように粒子が
キャリアーガスと共に飛散するため、粉塵作業となり作
業環境が悪い。そのため、集塵機等の付帯設備が必要と
なる。
キャリアーガスと共に飛散するため、粉塵作業となり作
業環境が悪い。そのため、集塵機等の付帯設備が必要と
なる。
本発明は上記従来技術における問題点を解決するための
ものであり、その目的とするところは平均粒径の小さな
粒子であっても凝集を生じさせることなく、金属中に均
一に分散させることができ、且つ容易に実施することが
できる粒子分散強化合金の製造方法を提供することにあ
る。
ものであり、その目的とするところは平均粒径の小さな
粒子であっても凝集を生じさせることなく、金属中に均
一に分散させることができ、且つ容易に実施することが
できる粒子分散強化合金の製造方法を提供することにあ
る。
（課題を解決するための手段）
上記の目的を達成するために、本発明の粒子分散強化合
金の製造方法は、予め溶融させた金属溶湯に、該溶湯の
温度以下の沸点を有する液体を噴射し、同時に、金属中
へ分散相として添加すべき粒子を、噴射された液体また
は溶湯面に対して投入することを特徴とする。
金の製造方法は、予め溶融させた金属溶湯に、該溶湯の
温度以下の沸点を有する液体を噴射し、同時に、金属中
へ分散相として添加すべき粒子を、噴射された液体また
は溶湯面に対して投入することを特徴とする。
粒子としては、金属溶湯の温度より融点の高いセラミッ
ク、金属等からなるものを使用することができる。粒子
の材質、大きさ、形状等は目的とする粒子分散強化合金
の要求特性に応じて選択する。なお、本文中の粒子の用
語の中には、ウィスカーや短繊維などで同様に使用しう
るちのも含まれる。粒子は単一種類のものを使用しても
よいし、または二種類以上組み合わせて使用してもよい
。
ク、金属等からなるものを使用することができる。粒子
の材質、大きさ、形状等は目的とする粒子分散強化合金
の要求特性に応じて選択する。なお、本文中の粒子の用
語の中には、ウィスカーや短繊維などで同様に使用しう
るちのも含まれる。粒子は単一種類のものを使用しても
よいし、または二種類以上組み合わせて使用してもよい
。
粒子を分散させるための液体としては、金属溶湯の温度
より沸点の低い液体を使用することができる。例えば水
などの不燃性で分解しにくいものが好ましい。
より沸点の低い液体を使用することができる。例えば水
などの不燃性で分解しにくいものが好ましい。
該液体の金属溶湯への噴射速度は、１ｍ／秒以上が望ま
しい、これは、噴射速度を１ｍ／秒未満とすると、液滴
が溶湯表面に到達する以前に蒸発してしまうか、蒸気を
出しながら、溶湯表面に浮いてしまうため、充分に粒子
を金属溶湯中に分散させることができなくなるためであ
る。
しい、これは、噴射速度を１ｍ／秒未満とすると、液滴
が溶湯表面に到達する以前に蒸発してしまうか、蒸気を
出しながら、溶湯表面に浮いてしまうため、充分に粒子
を金属溶湯中に分散させることができなくなるためであ
る。
該液体の噴射形態は特に限定されない。例えば、容器内
で撹拌されている金属溶湯の表面もしくは内部に噴射し
ても良いし、または金属溶湯を落下もしくは流下させな
がら、その表面もしくは内部に噴射しても良い。また、
該液体を空気等の気体とともに噴射してもよい。
で撹拌されている金属溶湯の表面もしくは内部に噴射し
ても良いし、または金属溶湯を落下もしくは流下させな
がら、その表面もしくは内部に噴射しても良い。また、
該液体を空気等の気体とともに噴射してもよい。
粒子の供給速度は、液体の噴射供給速度により実験的に
決定される。粒子を短時間で効率良く分散させるために
は、金属溶湯を撹拌装置などにより均一撹拌するのが好
ましい。
決定される。粒子を短時間で効率良く分散させるために
は、金属溶湯を撹拌装置などにより均一撹拌するのが好
ましい。
金属溶湯へ分散される粒子の重量比は、４重量％から５
０重量％程度が望ましい。これは、４重量％未満では粒
子を添加しても特性値の向上が見られず、５０重量％未
満では靭性が低下するためである。
０重量％程度が望ましい。これは、４重量％未満では粒
子を添加しても特性値の向上が見られず、５０重量％未
満では靭性が低下するためである。
強化すべき金属としては、アルミニウムまたはその合金
等、種々の金属を使用することができる。
等、種々の金属を使用することができる。
（作用）
本発明の粒子分散強化合金の製造方法においては、微粒
子を噴射液体により溶湯内に分散させるため、微粒子が
飛散することなく、また凝集した微粒子であっても崩壊
して溶湯内に分散される。従って、微粒子が溶湯内に均
一に分散した粒子分散強化合金を製造することができる
。
子を噴射液体により溶湯内に分散させるため、微粒子が
飛散することなく、また凝集した微粒子であっても崩壊
して溶湯内に分散される。従って、微粒子が溶湯内に均
一に分散した粒子分散強化合金を製造することができる
。
（実施例）
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１：
第１図に示すように、発熱体１を備えた加熱炉２内に保
持されたるつぼ３内で母材金属としてアルミニウム合金
（ＪＩＳ＾７０７５合金）を溶融して溶湯４を調整した
。この溶湯４を撹拌装置５に接続された撹拌羽根６で撹
拌しながら、スプレーガン１０により５１Ｉｌ／秒の噴
射速度で、水９を溶湯４の表面に噴射した。それと同時
に粉体供給装置７から、粒径０．１〜５０μｍのＳｉＣ
粒子８を噴射液体に沿って投入した。本方法において、
ＳｉＣ粒子の凝集体８ａは噴射液体により崩壊して、溶
湯４内へ分散する。
持されたるつぼ３内で母材金属としてアルミニウム合金
（ＪＩＳ＾７０７５合金）を溶融して溶湯４を調整した
。この溶湯４を撹拌装置５に接続された撹拌羽根６で撹
拌しながら、スプレーガン１０により５１Ｉｌ／秒の噴
射速度で、水９を溶湯４の表面に噴射した。それと同時
に粉体供給装置７から、粒径０．１〜５０μｍのＳｉＣ
粒子８を噴射液体に沿って投入した。本方法において、
ＳｉＣ粒子の凝集体８ａは噴射液体により崩壊して、溶
湯４内へ分散する。
比較例：
実施例１の水の代わりにＡｒガスをキャリアーガスとし
て使用すること以外は、実施例１と同様にして行った。
て使用すること以外は、実施例１と同様にして行った。
実施例１及び比較例の方法で平均粒径を変えて製造した
強化合金について、本方決と従来法の粒子の均一分散性
を評価した。結果を第２図に示す。均一分散性の評価は
、５段階評価法（数字が大きいほど均一分散性が良い）
で行った。第２図から、本方法によると平均粒子仔が数
μｍ以下の粒子を使用した場合でも粒子の分散性が向上
しているのがわかる。
強化合金について、本方決と従来法の粒子の均一分散性
を評価した。結果を第２図に示す。均一分散性の評価は
、５段階評価法（数字が大きいほど均一分散性が良い）
で行った。第２図から、本方法によると平均粒子仔が数
μｍ以下の粒子を使用した場合でも粒子の分散性が向上
しているのがわかる。
第３図に、本方法及び従来法を用いて、ＪＩＳＡ７０７
５合金に平均粒径０．３μｍのＳｉＣ粒子を２０重量％
添加して製造した粒子分散強化合金の引張強さを示す。
５合金に平均粒径０．３μｍのＳｉＣ粒子を２０重量％
添加して製造した粒子分散強化合金の引張強さを示す。
従来法では粒子の凝集のため母材金属並の引張強さしか
得られないが、本方法では均一に分散するため、高い引
張強さを得ることができる。
得られないが、本方法では均一に分散するため、高い引
張強さを得ることができる。
実施例２：
本例では第４図に示すように、アルミニウム合金の溶湯
４をとりべ１１から落下させ、この落下中の溶湯へ水を
スプレーガン１０により噴射し、それと同時に粉体供給
装置７からＳｉＣ粒子８を供給し、そのまま鋳型１２へ
鋳込んだ。
４をとりべ１１から落下させ、この落下中の溶湯へ水を
スプレーガン１０により噴射し、それと同時に粉体供給
装置７からＳｉＣ粒子８を供給し、そのまま鋳型１２へ
鋳込んだ。
実施例３
本例では第５図に示すように、容器１３内のアルミニウ
ム合金の溶湯４をとい１４に流し、その流下表面にスプ
レーガン１０により水を噴射し、それと同時に粉体供給
装置７からＳｉＣ粒子８を供給し、そのまま鋳型１２へ
鋳込んだ。
ム合金の溶湯４をとい１４に流し、その流下表面にスプ
レーガン１０により水を噴射し、それと同時に粉体供給
装置７からＳｉＣ粒子８を供給し、そのまま鋳型１２へ
鋳込んだ。
なお、実施例１〜３に用いたスプレーガンは空気と水と
ＳｉＣ粒子が噴射されるタイプ、水とＳｉＣ粒子のみが
噴射されるタイプの両方を用いたが、両方とも本発明の
効果を充分発揮した。また、スプレーガンの代わりに他
の噴射手段を用いても同様の効果が得られる。
ＳｉＣ粒子が噴射されるタイプ、水とＳｉＣ粒子のみが
噴射されるタイプの両方を用いたが、両方とも本発明の
効果を充分発揮した。また、スプレーガンの代わりに他
の噴射手段を用いても同様の効果が得られる。
（発明の効果）
上述の如く、本発明の粒子分散強化合金の製造方法は、
予め溶融させた金属溶湯に液体を噴射し、同時に、粒子
を噴射された液体または溶湯面に投入するため、強化合
金に対する粒子の均一分散性が向上し、その結果強化合
金の引張強さなどの特性値が向上した。また、従来法で
は使用が困難であった微粒子を用いることができるので
強化合金の被削性が向上した。例えば平均粒径０．３μ
ｍのＳｉＣ粒子を添加したアルミニウム合金ではダイヤ
モンドコートの工具を用いなくても通常の超硬工具で切
削することができる。また、粒子の歩留まりが向上した
。即ち、従来法を用いて平均粒径０．３μｍのＳｉＣ粒
子をアルミニウム合金に添加する場合の歩留まりは１０
〜２０重量％であったが、本方法では６０〜８０重量％
に向上した。さらに、キャリアーガスや集塵機等の付帯
設備が不要となったため製造コストが安くなり、また、
作業環境が良好となった。
予め溶融させた金属溶湯に液体を噴射し、同時に、粒子
を噴射された液体または溶湯面に投入するため、強化合
金に対する粒子の均一分散性が向上し、その結果強化合
金の引張強さなどの特性値が向上した。また、従来法で
は使用が困難であった微粒子を用いることができるので
強化合金の被削性が向上した。例えば平均粒径０．３μ
ｍのＳｉＣ粒子を添加したアルミニウム合金ではダイヤ
モンドコートの工具を用いなくても通常の超硬工具で切
削することができる。また、粒子の歩留まりが向上した
。即ち、従来法を用いて平均粒径０．３μｍのＳｉＣ粒
子をアルミニウム合金に添加する場合の歩留まりは１０
〜２０重量％であったが、本方法では６０〜８０重量％
に向上した。さらに、キャリアーガスや集塵機等の付帯
設備が不要となったため製造コストが安くなり、また、
作業環境が良好となった。
第１図は本発明の粒子分散強化合金の製造方法の実施例
１の説明図、 第２図は粒子の平均粒径と粒子の強化合金に対する均一
分散性との関係を示す図、 第３図は各種強化合金の引張強さを示す図、第４図は本
発明の方法の実施例２の説明図、第５図は本発明の方法
の実施例３の説明図である。 図中、 １・・・発熱体 ２・・・加熱炉 ３・・・る
つぼ４・・・溶湯 ５・・・撹拌装置 ６・・
・撹拌羽根７・・・粉体供給装置 ８・・・粒子
９・・・水１０・・・スプレーガン １１・・・とりべ
１２・・・鋳型１４・・・とい 第４ 第５ 値−役 中鏝型一一
１の説明図、 第２図は粒子の平均粒径と粒子の強化合金に対する均一
分散性との関係を示す図、 第３図は各種強化合金の引張強さを示す図、第４図は本
発明の方法の実施例２の説明図、第５図は本発明の方法
の実施例３の説明図である。 図中、 １・・・発熱体 ２・・・加熱炉 ３・・・る
つぼ４・・・溶湯 ５・・・撹拌装置 ６・・
・撹拌羽根７・・・粉体供給装置 ８・・・粒子
９・・・水１０・・・スプレーガン １１・・・とりべ
１２・・・鋳型１４・・・とい 第４ 第５ 値−役 中鏝型一一
Claims (1)
- 予め溶融させた金属溶湯に、該溶湯の温度以下の沸点を
有する液体を噴射し、同時に、金属中へ分散相として添
加すべき粒子を、噴射された液体または溶湯面に対して
投入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 |
|---|---|---|---|
| JP16995988A JPH0219431A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16995988A JPH0219431A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0219431A true JPH0219431A (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=15896004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16995988A Pending JPH0219431A (ja) | 1988-07-07 | 1988-07-07 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0219431A (ja) |
-
1988
- 1988-07-07 JP JP16995988A patent/JPH0219431A/ja active Pending
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