JPH0225528A - 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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- JPH0225528A JPH0225528A JP17649988A JP17649988A JPH0225528A JP H0225528 A JPH0225528 A JP H0225528A JP 17649988 A JP17649988 A JP 17649988A JP 17649988 A JP17649988 A JP 17649988A JP H0225528 A JPH0225528 A JP H0225528A
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- particles
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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ものであ
る。
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シ、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〔アルカン（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。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シ、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〔アルカン（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４２−１ｊ６７４０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Ｋ、分散相としての微粒子を速度５ｍ／’ｓｅ
ｅ以上且つ温度８００〜２５００℃で噴射することを特
徴とする粒子分散強化合金Ｏ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Ｋ、分散相としての微粒子を速度５ｍ／’ｓｅ
ｅ以上且つ温度８００〜２５００℃で噴射することを特
徴とする粒子分散強化合金Ｏ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、上記従来のような溶製法は下記の如く多
くの問題点を有している。
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＃１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。
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丸め、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。
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丸め、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、添加すべき粒子のりちキャリ
アーガスの流れに沿って飛散するものが多く、溶湯内に
はあまシ入シ込まず歩留シが悪く、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
はあまシ入シ込まず歩留シが悪く、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、溶湯を醸化さ
せないようにＮ、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Ｎ、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、粉塵作業となシ作
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、粉塵作業となシ作
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
ものであシ、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。
ものであシ、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を予め溶融させた金属溶湯
に添加して予備的に分散させ、しかる後該粒子を均一に
分散させるための気化性液体を該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粒子を予め溶融させた金属溶湯
に添加して予備的に分散させ、しかる後該粒子を均一に
分散させるための気化性液体を該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シ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
も含壕れる。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
も含壕れる。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
しにぐいものが好ましい。
を使用することができる。例えば水などの不燃性で分解
しにぐいものが好ましい。
気化性液体の噴射量は、あ″１シ少ないと液滴の瞬間的
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
分ではなく、逆にあ″！シ多いと金属溶湯の冷却や爆発
力の増大による危険があるので、粒子の種類、量、金属
溶湯の種類、量、温度等の条件を考慮して選択する。
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
分ではなく、逆にあ″！シ多いと金属溶湯の冷却や爆発
力の増大による危険があるので、粒子の種類、量、金属
溶湯の種類、量、温度等の条件を考慮して選択する。
金属溶湯への気化性液体の噴射速度は１ｍ／秒以上であ
るのが望ましい。噴射速度がこれよシ遅い場合には、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シ、粒子
を金属溶湯中に十分に分散させることができない。
るのが望ましい。噴射速度がこれよシ遅い場合には、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シ、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気化
性液体を噴射してもよい。
。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気化
性液体を噴射してもよい。
気化性液体は、所望により空気などの気体を含んでいて
もよい。
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４〜５０ｖ
ｔ慢が望ましい。これよシ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。
ｔ慢が望ましい。これよシ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）
予備的に粒子を分散させた金属溶湯に気化性液体を噴射
することによ、シ、溶湯中での気化性液体の急激彦体積
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。
することによ、シ、溶湯中での気化性液体の急激彦体積
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。
（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。
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２図ＶＣ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
Ａ７０７５合金）を溶融して溶湯４を請判した。この溶
湯４を攪拌装置５に接続された攪拌羽ｓ６で攪拌しなが
ら、溶湯４の表面に粉体供給装置１１から平均粒径ｃＬ
１〜５０μｍのＳｔＣ粒子８供給して溶湯４内に分散さ
せた。
ぼ３内で母材金属としてアルミニウム合金（ＪＩＳ
Ａ７０７５合金）を溶融して溶湯４を請判した。この溶
湯４を攪拌装置５に接続された攪拌羽ｓ６で攪拌しなが
ら、溶湯４の表面に粉体供給装置１１から平均粒径ｃＬ
１〜５０μｍのＳｔＣ粒子８供給して溶湯４内に分散さ
せた。
この時、特に平均粒径１０μｍ以下のＳＩＣ粒子８はそ
の殆んどが凝集体１２となっており、この凝集体１２は
溶湯４内においても残存し、攪拌装置５では容易に解離
しない。所定量のＳｉＣ粒子８を溶湯４に供給後、第１
図に示す如く容器７内の水９をスプレーガン１０により
溶湯４の表面へ噴射速度５ｍ／秒で所定量吹き付けた。
の殆んどが凝集体１２となっており、この凝集体１２は
溶湯４内においても残存し、攪拌装置５では容易に解離
しない。所定量のＳｉＣ粒子８を溶湯４に供給後、第１
図に示す如く容器７内の水９をスプレーガン１０により
溶湯４の表面へ噴射速度５ｍ／秒で所定量吹き付けた。
比較例
粉体供給装置１１を使用せず、又、水９の代シに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。
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。
〈粒子の均一分散性の比較〉
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、本方法と従来法の粒子の均一分散性
を評価した。結果を第３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。
強化合金について、本方法と従来法の粒子の均一分散性
を評価した。結果を第３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３図から、本方法によると平均粒子径が教師以下の粒
子を使用し九場合でも分散性が向上しているのが判る。
子を使用し九場合でも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４図に、本方法及び従来法を用いて、ＪＩＳＡ７０７
５合金に平均粒径α３μｍ０３ｉＣ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並みの引張強さしか
得られないが、本方法では均一に分散するため高い引張
強さ金得ることができる。
５合金に平均粒径α３μｍ０３ｉＣ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並みの引張強さしか
得られないが、本方法では均一に分散するため高い引張
強さ金得ることができる。
実施例２
本例では第５図に示すように、ＳｉＣ粒子８を予備的に
分散させたアルミニウム合金の溶湯４をとりべ１３から
落下させ、この落下溶湯中へ水９をスプレーガン１０よ
り噴射してそのまま鋳型１４へ鋳込んだ。
分散させたアルミニウム合金の溶湯４をとりべ１３から
落下させ、この落下溶湯中へ水９をスプレーガン１０よ
り噴射してそのまま鋳型１４へ鋳込んだ。
実施例３
本例では第６図に示すように、容器１５内のＳＩＣ粒子
８を予備的に分散させたアルミニウム合金の溶湯４をと
い１６に流し、その流下表面に水９をスプレーガン１０
より噴射してそのま−ｉ鋳型１４へ鋳込んだ。
８を予備的に分散させたアルミニウム合金の溶湯４をと
い１６に流し、その流下表面に水９をスプレーガン１０
より噴射してそのま−ｉ鋳型１４へ鋳込んだ。
実施例２と５Ｆｉ実施例１のように攪拌装置５を使用す
る必要がなく、簡単なスプレーガン１０のみでよいとい
う利点がある。
る必要がなく、簡単なスプレーガン１０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が
噴射されるタイプ、水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十分発揮した。又、
スプレーガンの代シに他の噴射手段を用いても同様の効
果が得られる。
噴射されるタイプ、水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十分発揮した。又、
スプレーガンの代シ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１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を予め溶融させた
金属溶碍に添加して予備的に分散させ、しかる後該粒子
を均一に分散させるための気化性液体を該金属溶湯に噴
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が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ス粒子を用いる
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１１３μｍ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
シが向上した。すなわち、従来法を用いて平均粒径（Ｌ
３μｍ（ＤＳｉＣ粒子をアルミニウム合金に添加する場
合の歩留シは１０〜ｚｏｗｔ＊であったが、本方法では
９５ｗｔ％に向上した。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。
金属中へ分散相として添加すべき粒子を予め溶融させた
金属溶碍に添加して予備的に分散させ、しかる後該粒子
を均一に分散させるための気化性液体を該金属溶湯に噴
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が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ス粒子を用いる
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１１３μｍ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
シが向上した。すなわち、従来法を用いて平均粒径（Ｌ
３μｍ（ＤＳｉＣ粒子をアルミニウム合金に添加する場
合の歩留シは１０〜ｚｏｗｔ＊であったが、本方法では
９５ｗｔ％に向上した。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。
第１図及び第２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３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４図は各種強化合金の引張強さを示す図、第５図り本
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５の説明図である。 図中、 １・・・発熱体 ２・・・加熱炉 ５・・・るつぼ ４・・・溶湯 ５・・・攪拌装置 ６・・・攪拌羽根 ス１５−容器 ８・・・粒子 ９・・・水 １０・・・スプレーガン １１・−粉体供給装量 １２・・・凝集体 １３・・・とりべ １４・−鋳型 １６・・・とい （ほか２名） 第 図 ９材ＪＩＳＡ７０７５今金 千ｑ框径（１ｍ） 第 図 才 図 オ６図 Δ
法の実施例１の説明図、 第３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４図は各種強化合金の引張強さを示す図、第５図り本
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５の説明図である。 図中、 １・・・発熱体 ２・・・加熱炉 ５・・・るつぼ ４・・・溶湯 ５・・・攪拌装置 ６・・・攪拌羽根 ス１５−容器 ８・・・粒子 ９・・・水 １０・・・スプレーガン １１・−粉体供給装量 １２・・・凝集体 １３・・・とりべ １４・−鋳型 １６・・・とい （ほか２名） 第 図 ９材ＪＩＳＡ７０７５今金 千ｑ框径（１ｍ） 第 図 才 図 オ６図 Δ
Claims (1)
- 金属中へ分散相として添加すべき粒子を予め溶融させた
金属溶湯に添加して予備的に分散させ、しかる後該粒子
を均一に分散させるための気化性液体を該金属溶湯に噴
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 |
|---|---|---|---|
| JP17649988A JPH0225528A (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17649988A JPH0225528A (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0225528A true JPH0225528A (ja) | 1990-01-29 |
Family
ID=16014718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17649988A Pending JPH0225528A (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 粒子分散強化合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0225528A (ja) |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP17649988A patent/JPH0225528A/ja active Pending
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