JPH0225529A - 粒子分散強化アルミ合金の製造方法 - 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アルミ合金の製造方法に関するも
のである。

（従来の技術） アルミニウム又はその合金中にセラミックなどの粒子を
分散させた分散強化アルミ合金は機能性材料として広く
使用されている。分散強化アルミ合金は、アルミ粉と分
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、焼結法は工穆が複雑なため設備投資が多額
であり、且つアルミ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。

溶製法はアルミ溶湯く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、インジェクタ１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
に確立していなめ点が多い。市販されている分散強化ア
ルミ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アルミ合金が挙げられるが、製
造方法の詳細は不明である。

前記溶製法ではアルミ溶湯に粒子を添加する手段として
、アルミ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、非酸化雰囲気中で
溶融金属例えば溶融アルミを攪拌しながら該溶融金属の
表面に１分散相としての微粒子を速度５　ｍ／　ｓｅｃ
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、上記従来のよう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、アルミ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アルミ合金の引張強さ、ヤング率
などの特性値を十分く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、アルミ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ｇｋ１０μｍ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アルミ
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／ドコート
の工具を使用しなければ切削できない。

５）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
はあまシ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
せないように凡ガスや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（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。その丸め、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、母材中に均
一に分散させることができ、生成するＡＪＮ微粒子も母
材中に均一に分散させることにより特性の優れた強化ア
ルミ合金が得られ、かつ容易に実施することができる粒
子分散強化アルミ合金の製造方法を提供することＫある
。

（間禮点を解決するための手段） 即ち本発明の粒子分散強化アルミ合金の製造方法は、ア
ルミニウム又はその合金中へ分散相として添加すべき粒
子と該粒子の分散媒体としてのアンモニア又はアンモニ
ウムイオン含有化合物を含む気化性液体とからなる混合
液を、予め溶融させたアルミ溶湯に噴射することを特徴
とする。

粒子としてはアルミ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アル
ミ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、又は二徨類以上組合せて使用してもよい。

気化性液体としてはアルミ溶湯の温度よシ沸点の低い液
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。

アンモニア又はアンモニウムイオン含有化合物はアルミ
溶湯と反応して微細なＡｌＮを生ずる。

アンモニウムイオン含有化合物としては水酸化アンモニ
ウム、アンモニウム塩等が挙ケラレる。気化性液体く溶
解するものが好ましいが、不溶性でも気化性液体中に分
散させて使用することができる。

アンモニア又はアンモニウムイオン含有化合物の気化性
液体中対する割合は５〜２５ｗｔ％程度が使用し易い。

粒子とアンモニア又はアンモニウムイオン含有化合物を
含む気化性液体との混合比は、粒子重量（対して前記液
体が１０ｗｔ％以上であるのが好ましい。アンモニア又
はアンモニウムイオン含有化合物を含む気化性液体の混
合比が１０ｗｔ％未満の場合ＫＦ！、、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く十分
ではない。

アルミ溶湯への混合液の噴射速度は１ｍ１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（到達する前にその気化性成分が蒸発して
しまうか、或いは蒸気を出しながら溶湯表面に浮くだけ
であり、粒子をアルミ溶湯中に十分く分散させることが
できない。

混合液のアルミ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アルミ溶湯の表面若しく
は内部に混合液を噴射してもよいし、又はアルミ溶湯を
落下若しくは流下させながらもその表面若しくは内部に
混合液を噴射してもよい。

混合液は粒子とアンモニア又はアンモニウムイオン含有
化合物を含む気化性液体以外に、所望くより空気などの
気体を含んでいてもよい。

アルミニウム又はその合金中へ分散相として添加する粒
子の重量は２〜５０ｗｔ％、工程中九発生させるＡ４Ｎ
の分散量は１５〜１０ｗｔ％、両者の合計量は５〜５０
ｗｔ％が望ましい。これより少ない場合には強化合金の
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） 粒子を分散し九アンモニア又はアンモニウムイオン含有
化合物を含む気化性液体をアルミ溶湯に噴射することに
よシ、溶湯中での気化性液体の急激な体積膨張による爆
発力で粒子をアルミ溶湯中に均一に分散させるとともに
、アンモニア又はアンモニウムイオン含有化合物とアル
ミ溶湯との下記（１）又は（■）： （Ｘは００Ｈなどのアーオンを表わす）の反応によりて
生ずる微細なＡＪＮ（窒化アルミニウム）をアルミ溶湯
中に均一（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
５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。この溶湯
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
、容器７内の平均粒径３μｍのＳｉＣ粒子８とアンモニ
ア水（アンモニア濃度１０ｗｔ％）との混合液９（アン
モニア水に対する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５ｍ１秒
で吹き付けた。

比較例１ 実施例１のアンモニア水の代りく水を使用すること以外
は、実施例１と同様にして行ったつ比較例２（従来法） 実施例１のアンモニア水の代、９ＫＡｒ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。

く粒子分散強化合金の特性比較〉 第２図に、本方法、比較例１の方法及び比較例２の方法
（従来法）を用いて、ＪＩＳ　Ａ７０７５合金に平均粒
径３μｍのＳｉＣ粒子を１０ｗｔ％添加（本方法におい
ては更に）ＪＮを２　ｗｔ％分散）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弓張強さし
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、本方法は比較例１のアンモニア又はアンモニウムイ
オン含有化合物を使用しない方法に比べても引張強さが
向上しているのが判る。

実施例２ 本例では第５図に示すよう（、アルミニウム合金の溶湯
４をとクベ１１から落下させ、この落下溶湯中へＳｉＣ
粒子８とアンモニア水との混合液９をスプレーガン１０
よシ噴射してそのまま鋳型１２へ鋳込んだ。

実施例３ 本例では第４図に示すよう罠、容器１５内のアルミニウ
ム合金の溶湯４をとい１４に渡し、その流下表面ＫＳｉ
Ｃ粒子８とアンモニア水との混合液９をスプレーガン１
０よりｖ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（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。

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
効果を十分発揮した。

又、スプレーガンの代り（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アルミ合金の製造方
法は、アルミニウム又はその合金中へ分散相として添加
すべき粒子と該粒子の分散媒体としてのアンモニア又は
アンモニウムイオン含有化合物を含む気化性液体とから
なる混合液を、予め溶融させたアルミ溶湯に噴射するた
め、強化合金に対する粒子の均一分散性が向上し、又、
生成するＭＡＮもアルミ合金中に均一分散されるので、
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り九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３μｍ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５μｍのＳｉ
Ｃ粒子をアルミニウム合金に添加する場合の歩留シは１
０〜２０ｗｔ％であったが、本方法では６０〜８０ｗｔ
％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。又、粒子と）、ｅＮ（微粒子）
を同時に母材中に分散させるため、粒子のみを分散させ
る場合に比べて同一強度の強化アルミ合金を製造する場
合には投入する粒子量が低減し、かつよシ短時間で分散
操作を完了することができる。

【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図は各種強化合金の引張強さを示す図、第５図は本
発明の方法の実施例２の説明図、第４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　　　　２−一加熱炉 ５・・・−・るつぼ　　　　４−−−−−一溶湯５−−
・−攪拌装置　　　６　＋＋＋＋＋攪拌羽根７、ｊ５−
・−容器　　　８−・−粒子９・・四−・混合液　　　
　１０−・−−−スプレーガン１１−−−一とりべ　　
　１２・・・−・−鋳型１４−・−一とい 第１　囚 第　２　図 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 −１８’ｌ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　アルミニウム又はその合金中へ分散相として添加すべ
   き粒子と該粒子の分散媒体としてのアンモニア又はアン
   モニウムイオン含有化合物を含む気化性液体とからなる
   混合液を、予め溶融させたアルミ溶湯に噴射することを
   特徴とする粒子分散強化アルミ合金の製造方法。