JPH0222429A - 粒子分散強化合金の製造方法 - 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〕 本発明は粒子分散強化合金の製造方法に関するものであ
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。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、焼結、押出し又は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、インジェクション法、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ｙ　（Ａｌｃａｎ　）社の子会社〕の、粒径１
０〜２０μｍ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ＭＢ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、
金属溶湯を攪拌しながらキャリアーガスと共に粒子を吹
き付けるのが一般的である。

本出願人は特開昭６２−１１６７４０号公報に記載され
た、非醸化雰四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
以上且つ温度８００〜２．５００℃で噴射すること全特
徴とする粒子分散強化合金の製造方法を提案した。

〔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。

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
合には攪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十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く、金属溶湯内へ混入すること
が困難であるため一般的に平均粒径１０μ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
被剛性が著しく悪い。

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
はあまり入シ込まず歩留りが悪く、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ガスや人ｒ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υ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、か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。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち本発明の粒子分散強化合金の製造方法は、金属中へ
分散相として添加すべき粒子と酸化性粉末と該粒子の分
散媒体としての気化性液体とを、予め溶融させた金属溶
湯に同時に添加又は噴射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
要求特性に厄じて選択する。なお本文中の粒子の用語の
内にはウィスカーや短繊維などで同様に使用し得るもの
も含まれる。粒子は単一種類のものを使用してもよいし
、又は二種類以上組合せて使用してもよい。

気化性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。

酸化性粉末としては金属溶湯又はその近傍の温度で急激
な酸化反応全件なうものを使用することができる。具体
的には例えばＭｇ、Ｔｉ、Ｓｉ。

α、ＡＩとＦｅＯとの混合粉末等が有効である。なお、
酸化反応によって生じた酸化物が金属中に混入した場合
でもその特性を低下させないか、又は、酸化物が金属溶
湯中に混入し難く、スラッジなどとして容易に除去でき
るものがよい。

又、酸化性粉末は金属中に分散相として添加すべき粒子
と反応しないことが必要である。

粒子と酸化性粉末と気化性液体とは、予め全部を混合し
ておいてそれ金金属溶湯に加えてもよいし、又はその内
の二種の混合物を金属溶湯に加えている所に他の一糧を
加えてもよいし、又は全部を別々に（ただし同一箇所に
）金属溶湯に加えてもよい。

粒子に対する気化性液体の添加比率は、粒子重量に対し
て気化性液体が５ｗｔ　１以上であるのが好ましい。気
化性液体の添加比率が５ｗｔ％未満の場合には、液滴の
瞬間的気化における小爆発の力が粒子相互の凝集を解く
のに十分ではない。

粒子に対する酸化性粉末の添加比率は粒子重量に対して
酸化性粉末が５〜５０ｗｔ％であるのが好ましい。５ｗ
ｔ％以下では十分な効果がない。

又、５０ｗｔ％　以上では多量に生成する酸化物による
不具合が生ずる。酸化性粉末の平均粒径は、粉末の種類
や金属溶湯の温度、種類等によって異なるが、平均粒径
があまり小さいと自然発火し、逆にあ１９太きいと気化
性液体の爆発よりも遅れて酸化反応が起るため添加効果
がない。

それ故、０．５〜１０μｍ程度のものが実用上都合がよ
い。

金属溶湯への気化性液体又はそれと粒子及び／又は酸化
性粉末との混合液の噴射速度は１四軸以上であるのが望
ましい。噴射速度がこれより遅い場合には、液滴は金属
溶湯面に到達する前に蒸発してしまうか、或ＸＡは、蒸
気を出しながら溶湯表面に浮くだけであシ、酸化性粉末
による急激な酸化反応の発熱効果を加算しても粒子を金
属溶湯中に十分に分散させることができない。

気化性液体又は前記混合液の金属溶湯への噴射形態は特
に限定されない。例えば容器内で攪拌されている金属溶
湯の表面若しくは内部に気化性液体若しくは混合液を噴
射してもよいし、又は金属溶湯を落下若しくは流下させ
ながらその表面若しくは内部に気化性液体若しくは混合
液を噴射してもよい。

混合液は粒子及び／又は酸化性粉末と気化性液体以外に
、所望により空気などの気体を含んでいてもよい。

強化すべき金属はアルミニウム又はその合金等の種々の
金属を使用することができる。

金属中へ分散相として添加する粒子の重量は、４〜５０
ｗｔ％が望ましい。これより少ない場合には粒子を添加
しても強化合金の特性値の向上が見られず、又、多い場
合には靭性が低下する。

〔作　用〕

粒子と酸化性粉末と気化性液体とを金属溶湯に同時に添
加又は噴射することにより、溶湯中での気化性液体の急
激な体積膨張による爆発力を酸化性粉末の酸化反応によ
る発熱によって更に増強した爆発力で、粒子全金属溶湯
中に均一に分散させる。

〔実施例〕

以下の実施例及び比較例において本発明を更に詳細に説
明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるもので
はない。

実施例１ 第１図において、発熱体１を備えた加熱炉２内のるつぼ
６内で母材金属としてアルミニウム合金（ＪＩＳ人７０
７５合金）を溶融して溶湯４を調製した。この溶湯４を
攪拌装置ｆ５に接続された攪拌羽根６で攪拌しながら、
容器７内の平均粒径０．１〜６μｍのＳｉＣ粒子８と水
との混合液９（水に対するＳｉＣ粒子の濃度３０ｗｔ％
）をスプレーガン１０により溶湯４の表面へ噴射速度５
即Ｃで吹き付けた。この時噴射流の中へ粉体供給装置ｔ
１１かり匂粉末１２を供給し、噴射流と共に溶＃４０表
面に吹き付けた。Ｍｇ粉末１２は溶湯４の表面で急激に
酸化反応を起し、その反応熱により水の急激な体積膨張
による爆発力を強め、粒子８の溶湯４への均一な分散に
効果があった。

比較例１ Ｍｇ粉末１２を使用しないこと以外は、実施例１と同様
にして粒子分散強化合金を製造した。

比較例２（従来法） 水の代りに入ｒガスを使用し、Ｍｇ粉末１２ヲ使用しな
いこと以外は、実施例１と同様にして粒子分散強化合金
を製造した。

〈粒子の均一分散性の比較〉 実施例１及び比較例１．２の方法で平均粒径を変えて製
造した強化合金について、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径が数μｍ以下の粒
子を使用した場合でも比較例２の従来法に比べて粒子の
分散性が著しく向上しているのが判る。又、本方法は比
・咬例１のＭｇ粉末を供給しない方法に比べて特に微粉
側での分散性が向上しているのが判る。

〈粒子分散強化合金の特性比較〉 第３図に、本方法、従来法及び鳩粉末を供給しない方法
を用いて、ＪＩＳ　Ａ　７０７５合金に平均粒径０．３
μｍのＳｉＣ粒子を２０ｗｔ％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
ため母材金属差み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。又、本方法によるとＭｇを供給しない方法に比べて
も引張強ざが向上した。

実施例２ 第１図において、粉体供給装置１１にＳｉＣ粒子８とＭ
ｇ粉末１２との混合粉末を充填し、一方、スプレーガン
１０からは水を噴射すること以外は実施例１と同様にし
て実施し、実施例１と同様の効果を確認した。

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、両刀とも
本発明の効果を十分発揮した。又、スプレーガンの代り
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、
金属中へ分散相として添加すべき粒子と酸化性粉末と該
粒子の分散媒体としての気化性液体とを、予め溶融させ
た金属溶湯に同時に添加又は噴射するため、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。又、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０．３μｍのＳ
ｉＣ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。又、粒子の歩留りが向上した。すなわち
、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りは１０〜２０ｗ
ｔ４　　であったが、本方法では８０〜９Ｏｗ　ｔチに
同上した。更に、キャリアーガスや集塵機等の付帯設備
が不用となったため製造コストが安くなシ、又、作業環
境が良好となった。

【図面の簡単な説明】

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６図は各種強化合金の引張強さを示す図である。 図中、 １・・・発熱体　　２・・・加熱炉　　６・・・るつぼ
４・・・溶湯　　　５・・・攪拌装置　６・・・攪拌羽
根７．１３・・・容器　８・・・粒子　　　９・・・混
合液１０・・・スプレーガン　１１・・・粉体供給装置
１２・・・鳩粉末 第１図 第２図 母材：ＪＩＳＡ７０７５合金 第３図 母ぐ：ＪＩＳＡ７０７５合金 特許出願人　　トヨタ自動車株式会社 （ほか２名） １活

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属中へ分散相として添加すべき粒子と酸化性粉末と該
   粒子の分散媒体としての気化性液体とを、予め溶融させ
   た金属溶湯に同時に添加又は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。