JPH03207828A

JPH03207828A - 過共晶Ａｌ―Ｓｉ合金用初晶Ｓｉ微細化剤

Info

Publication number: JPH03207828A
Application number: JP22819590A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kanda; 哲夫神田; Akio Hashimoto; 昭男橋本
Original assignee: NIKKEI GIKEN KK
Current assignee: NIKKEI GIKEN KK
Priority date: 1989-09-20
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1991-09-11
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH0678576B2

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）過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金鋳造体の初晶Ｓｉを微細化するた
めの微細化剤であって、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金材の表面に、Ｐ含有合金メッキ層を形成させた事
を特徴とする過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金用初晶Ｓｉ微細化剤
に係るものである。

（従来の技術）Ａｆ−Ｓｉ系合金は流動性において優れているところか
ら複雑な形状、構造を有する鋳造体を得る目的において
広く採用されている。殊に重量％（以下単に％という）
でＳｉが１１．７％以上を含有した過共晶Ａｆ−Ｓｉ系
合金は熱膨張係数が小さく、耐熱性においても優れてい
て、しかも溶湯凝固の際に初晶Ｓｉが晶出し、この初晶
Ｓｉは硬度が高くて耐摩耗性に優れていることからピス
トンなどの内燃機関材料として広く利用されている。と
ころでこの初晶Ｓｉの粒径が大きいと鋳造体の切削性お
よび機械的性質が低下するのでその粒径を可及的に微細
化することが強く要望されており、このために合金溶湯
を急冷凝固させたり（例えば特開昭５２−　１２９６０
７）　、合金溶湯中にＰを添加してＰ処理をしてから鋳
造し、初晶Ｓｉを微細化しているのが一般的である。

そして、Ｐの添加法としてはへキサメタリン酸ナトリウ
ムなどのフラックスによる方法（例えば、特開昭５２−
１５３８１７）やＣｕ−８％Ｐなどのリン含有合金を添
加する方法（例えば、特開昭６０−２０４８４３）が開
示されている。

（発明により解決しようとする課題）然しこの溶湯にＰを添加して初晶Ｓｉを微細化する場合
においても実際の鋳造に際して困難な問題点を有してい
る。即ち実際の鋳造体においては肉厚の大なる部分と薄
い部分とが一体となっていることが一般的てあって、こ
のような鋳造体を得る場合に、冷却速度の遅い肉厚部分
の初晶Ｓｉを微細化するためにＰの添加量を増加するこ
とが必要で、斯うしてＰの添加量を増加してゆくと溶湯
の流動性が低下し、肉厚の薄い部分においては湯廻り不
良を発生する。そこでこのような湯廻り不良を発生する
ような場合に溶湯の鋳造温度を高くして鋳造することも
行われているが、この場合には肉厚の厚い部分において
は、凝固収縮量が大きくなり、ビンホールを発生して不
良品となる等の欠点を伴う。

そして、Ｃｕ−Ｐ合金などの合金系微細化剤では、Ｐ処
理温度にもよるがＰの歩留が３０％〜５０％と低いため
添加量の増大にともない不純物としての金属、たとえば
Ｃｕなどが溶渦中に増加し、品質上問題となることもあ
る。

一方、フラックス系微細化剤においてはＰの歩留が合金
系よりもさらに低く、１０〜３０％のため、大量のフラ
ックスを必要とし、反応時、不快な臭気を発生するため
作業性が悪く、かつ、発生した滓が鋳造体に巻込まれ、
品質上問題となることも多い。

本発明は、これらの課題を解決するために創案された微
細化剤である。

すなわち、ビンホール防止のため、溶湯への添加温度を
低くすることを可能とし、かつ、不純物の混入を最少に
させるためにＰの歩留を向上させ、鋳造体の機械的性質
の向上もはかるために、初晶Ｓｉの最大粒径を従来品よ
りもさらに小さくし得るよう開発した初晶Ｓｉ微細化剤
に関するものである。

（課題を解決するための手段）過共晶Ａｆ−Ｓｉ合金における初晶Ｓｉの微細化法とし
て鋳造前の溶湯へのＰ添加が、すでに述べたように一般
的であるが、Ｐ添加による初晶Ｓｉの微細化現象につい
て種々実験した結果、初晶Ｓｉを微細化させるにはアル
ミニウム溶湯中に、遊離のＰが必要で、そのＰがＡｆと
反応して、ＡｉＰ化合物を形成し、それが初晶Ｓｉの結
晶核となり、従って結晶核が多数あるほど初晶Ｓｉが微
細化されると推定された。それゆえ、アルミニウム溶渦
中へ遊離のＰを多量に存在させる事が、初晶Ｓｉ微細化
のポイントとなるわけである。そして、アルミニウム又
はアルミニウム合金素材の表面にＮｉ−Ｐ合金メッキを
行って製造した微細化剤が従来よりも６０゜Ｃも低温で
Ｐ処理が可能であり、Ｐの歩留も９０％以上と、Ｃｕ−
Ｐ合金添加の場合よりも５０％も良く、かつ初晶Ｓｉの
最大結晶粒径も２０μｍも小さくなり、従って、鋳造体
の機械的性質を向上させる微細化剤であることを見出し
たのである。

以下、アルミニウム又はアルミニウム素材にＮｉ−Ｐ合
金メッキした微細化剤が過共晶Ａｉ−Ｓｉ合金の初晶Ｓ
ｉ微細化剤として有効に効く理由を説明する。

（１）　　初晶Ｓｉの微細化に関するＮｉ−Ｐ合金メッ
キ中のＰの役割についてフラックス系のＰ添加剤よりも合金系のＰ添加剤の方が
、Ｐの歩留および作業性、炉滓などの反応生成物の鋳造
体への混入の点ではるかに有利であることは言うまでも
無いが、課題はＰ含有合金を製造するところにある。

ＡＩ！−Ｐ系合金の製造は高温反応等のため、工業的に
は非常にむづかしく、Ｃｕ−Ｐ．　Ｆｅ−Ｐ．　Ｍｎ−
ＰなどのＰ含有合金などが反応温度を下げるため、共晶
点を利用して製造されている。そして、出来上ったＰ含
有合金は当然のことながら、Ｐの形態として遊離のＰ、
すなわち固溶しているＰは少なく、ほとんどがＰと金属
の融点の高い金属間化合物、例えばＣｕｓＰ．　Ｐｅ２
Ｐ，　ＭｎｓＰなどになっている。それゆえ、これらの
Ｐ含有合金を過共晶Ａｉ−Ｓｉ合金の溶湯中へ添加し、
微細化処理を行う場合、得られた知見によると、遊離の
ＰとＡｉの反応生成物が初晶Ｓｉの結晶核として必要ゆ
え、溶湯の温度を上げて、Ｐの金属間化合物を分解し、
遊離のＰを生じさせなければならない。この事はアルミ
ニウム溶湯のガスの吸収などの点で不都合であり、逆に
温度を上げなければ、Ｐの歩留を低下させ、十分な初晶
Ｓｉの微細化が行なわれない。ところが、このＰ含有合
金の製造をメッキ法にて行うと、メッキ皮膜中のＰが皮
膜合金中に固溶された状態、すなわち遊離の状態で多量
に存在し、従って、これがアルミニウム溶湯中に溶けた
場合、ＰとＡｉの反応がすみやかに行なわれて、初晶Ｓ
ｉの結晶核となるＡｊ７−Ｐ化合物が多量に生或する。

そして、処理温度も、Ｐの金属間化合物を分解する必要
が無いため高温にしなくても良いゆえ、ガス吸収も少な
くなり、Ｐの歩留も良い。

メッキによるＰ含有合金の製造法では、Ｎｉ−Ｐ以外に
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｐ　．　Ｍｎ−Ｐ，　Ｆｅ−Ｐ，　Ｃｏ−
Ｐ等も知られているが、全く同じ事が言える。

無電解メッキしたＮｉ−１１％Ｐメッキ皮膜のＸ線チャ
ート図によると、Ｎｉの（１１１）面のピークがブロー
ドでＮｉ−Ｐ金属間化合物のピークは明瞭ではない。

電解メッキしたＮｉ−２％Ｐメッキ皮膜のＸ線チャート
図によると、Ｎｉの（１１１）面およびＮｉの（２００
）面のピークが明瞭でＮｉ−Ｐ金属間化合物のピークは
明瞭ではない。いずれの皮膜も　４００゜Ｃ以上に加熱
するとＮｉｓＰ等の金属間化合物のピ一クが明瞭になる
ゆえ、メッキしたままの皮膜中のＰは、大部分が金属間
化合物を形成せず、Ｎｉに固溶している事を示している
。

（２）被メッキ体についてＰ含有メッキされる被メッキ体は、金属であれば何んで
も良いわけであるが、アルミニウム合金へ添加される微
細化剤としての用途ゆえアルミニウム又はアルミニウム
合金材が最も好ましい。そして、形状は板、線、箔、粉
など特に限定する必要は無いが、アルミニウム合金材と
言えども添加量は少ない方が好ましいゆえ、重量あたり
の表面積が大きい方が良い。かつ表面積が大きければ、
Ｐ含有メッキ皮膜が、すみやかにアルミニウム溶湯に溶
ける。従って細線、箔、粉などが良いが、メッキ方法や
、経済的効果を考えると、圧延板くず、線引くず、箔く
ず、切削くずなどを、バレルメッキする方法が微細化剤
として最も安価に製造出来る。

（３）　　Ｎｉ−Ｐメッキについてメッキの方法としては電気を使う電気メッキ方法と、電
気を使わない無電解メッキ方法の２種類が一般的である
。そして、微細化の効果に対しては、どちらの方法も大
差ない。被メッキ体上ヘメッキされる皮膜厚さは、メッ
キ時間に依存しているが、厚い方が溶湯への添加量が少
なくて済むゆえ取扱いやすいが、厚さに関する限定は不
要である。しかし、生産性の点では無電解法では条件に
もよるが１時間で生戒する皮膜厚さは３μｍ〜２０μｍ
位いであるが、電気法では無電解法の約１０倍の生産性
がある。皮膜中のＰの含有量は、メッキ方法、液組成に
依存しているが、微細化効果に対しては変りない。

従って、Ｐ含有量を特に限定する必要は無い。

しかし、Ｐ含有量が多い方が、当然のことながら微細化
剤の添加量は少なくて済むし、Ｎｉの増加も防止出来る
。無電解法では５％〜１５％位いのＰ含有量であるのに
対し、電気法では２％〜６％位いのＰ含有量である。電
気メッキ法の一例をあげると以下の様である。基本浴組
成はスルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸、
次亜リン酸であり、陽極には消耗電極であるＮｉを使用
した。無電解メッキ法の一例をあげると以下の様である
。基本浴組成は塩化ニッケル、次亜リン酸ナトリウム、
こはく酸ナトリウム、りんご酸である。経済性から見る
と、アルミニウム製品の耐食性、耐摩耗性用にメッキし
た無電解Ｎｉ−Ｐ液の廃液にてアルミニウム素材のくず
を無電解Ｎｉ−Ｐメッキすることが廃液からのＮｉやＰ
の回収にもなり従って原材料代が安価で済み、最も好ま
しい。もちろん、アルミニウム製品の耐食性や耐摩耗性
等の目的のためにＮｉ−Ｐメッキした時発生した不良材
や使用済材を初晶Ｓｉ用微細化剤として利用出来ること
は言うまでも無い。

（実施例１）１．２ｇ厚さの１ｌ００合金のアルミニウム板へ、無電
解法で４時間Ｎｉ−Ｐ合金メッキを行った。得られたメ
ッキ皮膜厚さはｌ６μｍであり、皮膜中のＰ含有量は１
１．２％であった。これを第ｌ表に示すような配合目標
値になるように計量し、Ａｆ−２３％Ｓｉ−１．５％Ｃ
ｕの７９０゜Ｃ溶湯中に添加して、２０分間保持後試料
の厚さが２ａｎになるような金型へ鋳造した。

比較試料としてＰを無添加の試料および微細化剤として
、Ｃｕ−８．　４％Ｐ合金を添加した試料も作成した。

各試料のＰの分析結果およびＰの歩留を第１表に示す。

第１表を見れば判るように本発明品で微細化した場合は
、Ｐの歩留が９３％以上であるのに対し、比較品のＣｕ
−８．　４％Ｐ合金で微細化した場合は、Ｐの歩留が３
０％〜３６％と低い。

第１図にＰ無添加の場合、本発明品を０．０１％Ｐ目標
添加した場合およびＣｕ−８．　４％Ｐで０．Ｏｌ％Ｐ
目標添加した場合の鋳造体のミクロ組織を示す。

初晶Ｓｉは、Ｐ無添加の場合には最大粒子径でｌ００μ
ｍ以上の大きさのものがあるのに対し、本発明品添加で
は約２０μと微細化されている。比較品のＣｕ−８．　
４％Ｐ添加では最大粒子径約８０μｍでありＰの歩留も
悪く、微細化能力は劣っている。

０．０２％Ｐ目標、０．０３％Ｐ目標添加したものでも
同様であった。

次に・電気メッキ法で１．２ｍｍ厚さの１１００合金の
アルミニウム板へＮｉ−Ｐ合金メッキを行った。

液の基本浴組成として、スルフ７ミン酸ニッケル、塩化
ニッケルおよび次亜リン酸を用いた。

メッキ時間は６０分であり、得られたメッキ皮膜厚さは
、約６０μｍであった。皮膜中のＰ含有量は、２．０％
であった。

これを０．０１％Ｐ目標になるようにＡｆ−２３％Ｓｉ
−１．５％Ｃｕの７９０℃溶湯中に添加して、２０分間
保持後試料の厚さが２ａｎになるような金型へ鋳造した
。

得られた鋳造体のミクロ組織を第１図に示す。

無電解Ｎｉ−１１．２％Ｐの場合と比較し、初晶Ｓｉは
平均３０μｍとやや大きいが、Ｃｕ−８．４％Ｐと比較
すれば、はるかに細かく均一に微細化されている。

（実施例２）ＡＩ−２３％Ｓｉ−１．　５％Ｃｕ合金の溶湯へ、Ｐの
歩留りを考慮して、鋳造試料中のＰの含有量が０．０２
％となるように、微細化剤として無電解メッキしたＮｉ
−１１．２％Ｐの１．　２　ａｍ　ｔのアルミニウム板
を添加し、Ｐ処理温度で２０分間保持して試料の厚さが
２ｏｎになるような金型へ鋳造した。Ｐ処理温度は、７
３０℃から８５０℃まで変化させた。比較材として、Ｃ
ｕ−８．　４％Ｐ合金を添加した試料も作威した。

得られた試料の初晶Ｓｉの最大粒径を測定した。

結果を第２図に示す。

本発明品を用いた場合、７６０″ＣのＰ処理温度で、す
でに初晶Ｓｉの最大粒径が約３０μｍと微細化されてお
り、微細化能が大きいことが判る。当然の事ながらＣｕ
−８．　４％Ｐ合金は歩留が悪いゆえ、Ｐ量としてはＮ
ｉ−１１．２％Ｐメッキ板よりも多く投入している。

同様に、電気メッキしたＮｉ−２．０％Ｐについての結
果を第２図に示す。

無電解Ｎｉ−１１．２％Ｐよりは、効果は劣るものの、
Ｃｕ−８．４％Ｐよりは微細化効果は大きい。

次に．７９０゜ＣでＰ含有量０．０２％となるように添
加し、２０分間保持して鋳造し、Ｔ７処理した試料の機
械的性質は第２表のようであった。

無電解Ｎｉ　−　１　１．　２％Ｐメッキの本発明品の
微細化剤を用いた場合、初晶Ｓｉの最大粒径が２０μｍ
と比較品よりも２０μｍも小さくなっているため、常温
強度、高温強度等の著るしい向上が認められ、同じＰ含
有量で初晶Ｓｉがさらに微細化されている効果が大きく
現われている。

（実施例３）ＡＪ７−２３％Ｓｉ−１．　５％Ｃｕ合金の７６０℃の
溶湯へ微細化剤として無電解メッキしたＮｉ−１１．　
２％Ｐの１．　２　ｗｎ　ｔのアルミニウム板をＰの歩
留りを考慮して鋳造試料中のＰ量が０．０２％となるよ
うに添加し、保持時間をＩＯ分間から６０分間変化させ
て、試料の厚さが２ａｎになるような金型へ鋳造した。

比較材としてＣｕ−８．　４％Ｐ合金を添加した試料も
作威した。得られた試料の初晶Ｓｉの最大粒径を測定し
た。結果を第３図に示す。

本発明品を用いた場合保持時間ｌＯ分間で初晶Ｓｉの最
大粒径が約３０μｍとなっており、添加後微細化剤がす
みやかに溶解し初晶Ｓｉの結晶核を生成している事が分
る。

電気メッキしたＮｉ−２．０％Ｐの場合を同じく第３図
に示す。

無電解Ｎｉ−１１．２％Ｐよりは効果は劣るものの、Ｃ
ｕ−８．　４％Ｐよりは良い。

（発明の効果）以上詳細に説明したようにアルミニウム又はアルミニウ
ム合金素材の表面にＮｉ−Ｐ合金メッキした微細化剤は
メッキ皮膜中のＰが遊離の状態になっているゆえ、過共
晶Ａｆ−Ｓｉ合金溶湯中へ添加された時、初晶Ｓｉの最
大粒径が３０μｍを合格点とすれば、比較品のＣｕ−８
．　４％Ｐ合金よりも６０℃も低温度で添加が可能にな
る。また、７９０゜Ｃで微細化剤が添加された場合、Ｐ
の歩留が比較品のＣｕ−８．４％Ｐよりも５０％も良い
。かつＰの含有量を０．０２％になるよう７９０℃で添
加すれば、微細化された初晶Ｓｉの最大粒径は比較品の
Ｃｕ−８．　４％Ｐ添加の場合よりも２０μｍも小さい
。従って鋳造された鋳造体の機械的性質も向上し、強度
で２割以上良くすることが出来る。又、添加後の保持時
問もすみやかに溶解するため短くて済む。このように本
発明品は実用上極めてすぐれた効果を奏する。微細化剤
製造コストの面では、アルミニウムくずやＮｉ−Ｐメッ
キ廃液が利用出来るゆえ、安価に製造出来る。

なお、Ｎｉ以外の金属のＰ合金メッキ品を過共晶Ａｆ−
Ｓｉ合金の微細化剤として用いても、微細化原理は全く
同じゆえＮｉの場合と同様の効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ａｆ−２３％Ｓｉ−１．５％Ｃｕ合金のミク
ロ組織を示す金属組織写真を示す。第２図は、Ａｆ−２３％Ｓｉ−１．　５％Ｃｕ合金の初
晶Ｓｉ最大粒径におよぼすＰ処理温度の影響を示すグラ
フを示す。第３図は、ＡＩ！−２３％Ｓｉ−１．　５％Ｃｕ合金の
初晶Ｓｉ最大径粒におよぼすＰ処理後の保持時間の影響
を示すグラフを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金材の表面に
、Ｐ含有合金メッキをして得られた過共晶Ａｌ−Ｓｉ合
金用初晶Ｓｉ微細化剤。