JPH0222430A - 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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- JPH0222430A JPH0222430A JP17167688A JP17167688A JPH0222430A JP H0222430 A JPH0222430 A JP H0222430A JP 17167688 A JP17167688 A JP 17167688A JP 17167688 A JP17167688 A JP 17167688A JP H0222430 A JPH0222430 A JP H0222430A
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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ものであ
る。
る。
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１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ｆ′１ＨＩＰ処理、機械加工を経
る焼結法で製造される場合が多いが、焼結法は王権が複
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。
金は機能１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ｆ′１ＨＩＰ処理、機械加工を経
る焼結法で製造される場合が多いが、焼結法は王権が複
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ｋ （Ｄｕｒ
ａｌ ）社〔アルカ：ｙ （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。又、金属中に分散させるべき粒子と
金属溶湯とのぬれ性が悪いと得られる粒子分散強化合金
の特性が低下するため、粒子と金属溶湯とのぬれ性を改
善する目的で粒子に予め表面処理例えば金属めっきをす
ることも行われている。
、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ｋ （Ｄｕｒ
ａｌ ）社〔アルカ：ｙ （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。又、金属中に分散させるべき粒子と
金属溶湯とのぬれ性が悪いと得られる粒子分散強化合金
の特性が低下するため、粒子と金属溶湯とのぬれ性を改
善する目的で粒子に予め表面処理例えば金属めっきをす
ることも行われている。
前記溶製法では金属溶湯に粒子全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。
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６２−１ｆ６７４０号公報に記載され
た、非酸化雰囲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５＋ｎ／ｓｅ
ｃ以上且つ温度８００〜２，５００℃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を提案した。
た、非酸化雰囲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５＋ｎ／ｓｅ
ｃ以上且つ温度８００〜２，５００℃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を提案した。
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。
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。
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。
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
はあまり入り込まず歩留りが悪く、特に微粒子はど悪い
。
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Ｎ、ガスや入ｒガスなどの高価なガスを
使用する必要がある。
させないようにＮ、ガスや入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。
６）粒子への表面処理としてめっき処理を例にとれば、
めっき工程が複雑でちゃ、微粉はど回収率が悪い。即ち
、粒子にめっきする場合、一般的に無電解めっき法で行
われるが、通常粒子をめっき液に投入し、次いでフィル
ターで粒子を回収し、乾燥させて使用する。フィルター
を使用する場合、フィルターの目を通り抜けてしまう粒
子もあるし、フィルターの目に詰ってしまう粒子もある
ため粒子の回収率が悪く、又、フィルターの目詰シのた
め作業効率が悪い。又、粒子を乾燥するだめの設備や時
間も必要である。更に、通常、微粉になる程乾燥工程で
の粒子の強い固着が起り、金属溶湯内での粒子の分散が
困難となる。
めっき工程が複雑でちゃ、微粉はど回収率が悪い。即ち
、粒子にめっきする場合、一般的に無電解めっき法で行
われるが、通常粒子をめっき液に投入し、次いでフィル
ターで粒子を回収し、乾燥させて使用する。フィルター
を使用する場合、フィルターの目を通り抜けてしまう粒
子もあるし、フィルターの目に詰ってしまう粒子もある
ため粒子の回収率が悪く、又、フィルターの目詰シのた
め作業効率が悪い。又、粒子を乾燥するだめの設備や時
間も必要である。更に、通常、微粉になる程乾燥工程で
の粒子の強い固着が起り、金属溶湯内での粒子の分散が
困難となる。
本発明は上記従来技術における問題点を解決するだめの
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、粒子と金属溶湯とのぬれ性
が改善され、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。
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、粒子と金属溶湯とのぬれ性
が改善され、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。
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表面処理を施した粒子と該粒子
の分散媒体としての表面処理液又は気化性液体とからな
る混合液を、予め溶融させた金属溶湯に噴射することを
特徴とする。
分散相として添加すべき表面処理を施した粒子と該粒子
の分散媒体としての表面処理液又は気化性液体とからな
る混合液を、予め溶融させた金属溶湯に噴射することを
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
要求特性に応じて選択する。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。
、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
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。
粒子に施す表面処理は粒子と金属溶湯とのぬれ性を改善
するものであればよく、物理的又は化学的手段による表
面変性、めっきなどによる親和層の形成等が挙げられる
。
するものであればよく、物理的又は化学的手段による表
面変性、めっきなどによる親和層の形成等が挙げられる
。
粒子の分散媒体は表面処理に使用した表面処理液をその
まま用いてもよく、又は、表面処理液を気化性液体によ
って置換してもよい。
まま用いてもよく、又は、表面処理液を気化性液体によ
って置換してもよい。
表面処理としてめっきを用いる場合について具体的に説
明すると、めっき液に粒子を投入し粒子表面にめっき層
を形成した状態でめっき液と粒子との混合液を直接金属
溶湯に噴射するか、又はめつき液を他の気化性液体に置
換した混合液金金属溶湯に噴射してもよい。めっきの徨
類はぬれ性を改善するものであれば特に限定されない。
明すると、めっき液に粒子を投入し粒子表面にめっき層
を形成した状態でめっき液と粒子との混合液を直接金属
溶湯に噴射するか、又はめつき液を他の気化性液体に置
換した混合液金金属溶湯に噴射してもよい。めっきの徨
類はぬれ性を改善するものであれば特に限定されない。
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。
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。
粒子と表面処理液又は気化性液体との混合比は、粒子重
量に対して表面処理液又は気化性液体が５ｗｔチ以上で
あるのが好ま１〜い。表面処理液又は気化性液体の混合
比が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
。
量に対して表面処理液又は気化性液体が５ｗｔチ以上で
あるのが好ま１〜い。表面処理液又は気化性液体の混合
比が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
。
金属溶湯への混合液の噴射速度は１ｍ／秒以上であるの
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、或いは、
蒸気を出しながら溶湯表面に浮くだけであジ、粒子を金
属溶湯中に十分に分散させることができない。
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、或いは、
蒸気を出しながら溶湯表面に浮くだけであジ、粒子を金
属溶湯中に十分に分散させることができない。
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混合液を
噴射してもよい。
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混合液を
噴射してもよい。
混合液は粒子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。
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謹々の
金属を使用することができる。
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〜ｓｏ
ｗｔ矢 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。
ｗｔ矢 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。
表面処理全施［−た粒子全分散した表面処理液又は気化
性液体を金属溶湯に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で粒子を金属溶
湯中に均一に分散させる。又、粒子に表面処理を施すこ
とにより金属溶湯とのぬれ性を向上させる。
性液体を金属溶湯に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で粒子を金属溶
湯中に均一に分散させる。又、粒子に表面処理を施すこ
とにより金属溶湯とのぬれ性を向上させる。
以下の実施例において本発明全史に詳細に説明する。な
お、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
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
３内で母材金属としてアルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ
７０７５合金）を溶融して溶湯４を調製した。別途、無
成解ニッケルめっき液にッケル塩濃度０１モル）、１０
ｔに平均粒径ｃＬ３μｍノＳｉ（、’粒子１３ ｉ １
０（ｌ投入し２０ＫＨｚ（７）超音波を３分付与して微
振動を与え、個々の粒子に均一なめっき層を形成した。
３内で母材金属としてアルミニウム合金（ＪＩＳ Ａ
７０７５合金）を溶融して溶湯４を調製した。別途、無
成解ニッケルめっき液にッケル塩濃度０１モル）、１０
ｔに平均粒径ｃＬ３μｍノＳｉ（、’粒子１３ ｉ １
０（ｌ投入し２０ＫＨｚ（７）超音波を３分付与して微
振動を与え、個々の粒子に均一なめっき層を形成した。
次いで、溶湯４を攪拌装置５に接続された攪拌羽根６で
攪拌しながら、めっき液とＳＩＣ粒子８との混合液９全
スプレーガン１０により溶湯４の表面へ噴射速度５ ｍ
７秒で吹き付けた。本例では粒子上のＮｉめっぎ層の
厚さを０．０５μｍとし、めっき反応が飽和してから噴
射した。めっき液を直接噴射することにより、めっきさ
れたＳｉＣ粒子８を１００％利用することかできる。な
お、めっき液の組成によっては直接噴射できないので、
この場合はめっき処理後ＳｉＣ粒子８を沈殿させ、上澄
液を捨てて水を加えることによシ得られるめっきされた
ＳｉＣ粒子８と水との混合液９を噴射することにより同
様の効果が得られる。
攪拌しながら、めっき液とＳＩＣ粒子８との混合液９全
スプレーガン１０により溶湯４の表面へ噴射速度５ ｍ
７秒で吹き付けた。本例では粒子上のＮｉめっぎ層の
厚さを０．０５μｍとし、めっき反応が飽和してから噴
射した。めっき液を直接噴射することにより、めっきさ
れたＳｉＣ粒子８を１００％利用することかできる。な
お、めっき液の組成によっては直接噴射できないので、
この場合はめっき処理後ＳｉＣ粒子８を沈殿させ、上澄
液を捨てて水を加えることによシ得られるめっきされた
ＳｉＣ粒子８と水との混合液９を噴射することにより同
様の効果が得られる。
実施例２
本例では第２図に示すように、アルミニウム合金の溶湯
４全とりべ１１から落下させ、この落下溶湯中へＳｉＣ
粒子８とめっき液との混合液９をスプレーガン１０より
噴射してそのまま鋳ｍ１２へ鋳込んだ。
４全とりべ１１から落下させ、この落下溶湯中へＳｉＣ
粒子８とめっき液との混合液９をスプレーガン１０より
噴射してそのまま鋳ｍ１２へ鋳込んだ。
実施例６
本例では第５図に示すように、容器１６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Ｓｉ
Ｃ粒子８とめっき液との混合液９をスプレーガン１０よ
り噴射してそのまま鋳型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Ｓｉ
Ｃ粒子８とめっき液との混合液９をスプレーガン１０よ
り噴射してそのまま鋳型１２へ鋳込んだ。
実施例２と３は、実施例１のように攪拌装置５を使用す
る必要がなく、簡単なスプレー装置のみでよいという利
点がある。
る必要がなく、簡単なスプレー装置のみでよいという利
点がある。
なお、実施例１〜３に用いたスプレーガンは空気と水（
表面処理液）とＳｉＣ粒子が噴射されるタイプ、水（表
面処理液）とＳｉＣ粒子のみが噴射されるタイプの両方
を用い九が、両方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。
表面処理液）とＳｉＣ粒子が噴射されるタイプ、水（表
面処理液）とＳｉＣ粒子のみが噴射されるタイプの両方
を用い九が、両方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。
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表面処理を施した粒子
と該粒子の分散媒体としての表面処理液又は気化性液体
とからなる混合液を、予め溶融させた金属溶湯に噴射す
るため、強化合金に対する粒子の均−分散性及び粒子と
金属溶湯とのぬれ性が向上し、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
被剛性が向上した。
金属中へ分散相として添加すべき表面処理を施した粒子
と該粒子の分散媒体としての表面処理液又は気化性液体
とからなる混合液を、予め溶融させた金属溶湯に噴射す
るため、強化合金に対する粒子の均−分散性及び粒子と
金属溶湯とのぬれ性が向上し、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
被剛性が向上した。
例えば平均粒径α３μｍ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。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
Ｑ、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１０〜２０ｗｔ％であったが、本方法で
は６０〜８０ｗｔ％に向上した。又、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
くな夛、又、作業環境が良好となった。又、表面処理を
施した粒子例えばめっき粒子を単離せずに使用するため
１００％利用することができ、従来の粒子分散強化合金
の製造方法においてめっき粒子を使用する場合に比べて
めっき粒子の損失がなく、その回収や乾燥のための設備
や時間が不用となう、コスト低減及び作業性向上効果が
ある。
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
Ｑ、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１０〜２０ｗｔ％であったが、本方法で
は６０〜８０ｗｔ％に向上した。又、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
くな夛、又、作業環境が良好となった。又、表面処理を
施した粒子例えばめっき粒子を単離せずに使用するため
１００％利用することができ、従来の粒子分散強化合金
の製造方法においてめっき粒子を使用する場合に比べて
めっき粒子の損失がなく、その回収や乾燥のための設備
や時間が不用となう、コスト低減及び作業性向上効果が
ある。
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図は本発明の方法の実施例２の説明図、第６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・・・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・・・とりべ １
２・・・鋳型１４・・・とい 第１図 第２図 特許出願人 トヨタ自動車株式会社
１の説明図、 第２図は本発明の方法の実施例２の説明図、第６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・・・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・・・とりべ １
２・・・鋳型１４・・・とい 第１図 第２図 特許出願人 トヨタ自動車株式会社
Claims (1)
- 金属中へ分散相として添加すべき表面処理を施した粒子
と該粒子の分散媒体としての表面処理液又は気化性液体
とからなる混合液を、予め溶融させた金属溶湯に噴射す
ることを特徴とする粒子分散強化合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17167688A JPH0222430A (ja) | 1988-07-09 | 1988-07-09 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17167688A JPH0222430A (ja) | 1988-07-09 | 1988-07-09 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0222430A true JPH0222430A (ja) | 1990-01-25 |
Family
ID=15927632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17167688A Pending JPH0222430A (ja) | 1988-07-09 | 1988-07-09 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0222430A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016152350A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | アイシン精機株式会社 | 金属複合材料の製造装置 |
-
1988
- 1988-07-09 JP JP17167688A patent/JPH0222430A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016152350A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2016-09-29 | アイシン精機株式会社 | 金属複合材料の製造装置 |
| JPWO2016152350A1 (ja) * | 2015-03-25 | 2018-01-25 | アイシン精機株式会社 | 金属複合材料の製造装置 |
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