JPH0346533B2 - - Google Patents
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- JPH0346533B2 JPH0346533B2 JP56198354A JP19835481A JPH0346533B2 JP H0346533 B2 JPH0346533 B2 JP H0346533B2 JP 56198354 A JP56198354 A JP 56198354A JP 19835481 A JP19835481 A JP 19835481A JP H0346533 B2 JPH0346533 B2 JP H0346533B2
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- Japan
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- aluminum alloy
- molten
- dispersion
- particles
- molten aluminum
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
本発明は、Al2O3などの物質粒子をアルミ合金
中に分散させて合金強度を向上させた分散強化複
合アルミ合金の製造方法に関するものである。 従来、硬度や強度の向上を目的としたアルミ合
金の分散強化複合合金の製造方法には、表面酸化
法、焼結法、半溶融撹拌法等がある。このうち、
表面酸化法は、表面にAl2O3の薄い酸化被膜を形
成するものであり、表面硬度の向上ははかること
ができるが内部強度の向上をはかることはできな
い。硬度と内部強度の向上を同時にはかるには、
アルミ合金粉末と添加粒子を混合して特殊高温雰
囲気中で焼結させる焼結法や、半溶融状態のアル
ミ合金に分散粒子を混入撹拌した後、押出加工等
により複合合金化する半溶融撹拌法等があるが、
これらは何れもアルミ製品とくに鋳造製品の加
工、製造工程と著しく異なる工程を必要とするた
め、工程が複雑になるとともに製品が高価になる
という問題を有していた。 本発明は、上記問題を解消するために、工程が
簡単でかつ安価に分散粒子を均一に拡散させて、
硬度や強度を向上させた分散強化複合アルミ合金
を得ることを目的とする。 この目的を達成するために、本発明の分散強化
複合アルミ合金の製造方法においては、アルミ合
金はまず680℃ないし800℃に加熱され、粘性の適
度に低い溶湯状態を加熱される。つぎに溶融状態
にされたアルミ合金溶湯中に、分散させようとす
る物質、たとえばAl2O3、ZrO2、SiO2で溶湯中で
大きな沈降または浮上を生じない適当な大きさと
比重を漏つた分散粒子が適当量投入される。ここ
で、分散粒子は、後述するように密度が2.0ない
し10.0ｇ／cm3であるのが望ましく、沈降または浮
上速度が1μ／秒以下であるのが望ましい。また、
投入量はアルミ合金溶湯に対する体積比が0.1％
ないし10％の範囲とするのが望ましい。 分散粒子が投入されたアルミ合金溶湯は、機械
的に撹拌された後、超音波が５分間以上照射さ
れ、分散させようとする粒子の均一化が十分に促
進される。均一分散化がはかられた後、速やかに
溶湯は冷却速度の早い鋳型内に注湯され、分散物
質粒子が大きく沈降または浮上しない間に凝固さ
れ、分散強化複合合金が得られる。 上記の方法により製造される分散強化複合合金
の強度は、分散粒子の大きさ、混入量、分散の均
一性によつて大きく影響を受ける。 分散強化複合金の強度たとえば引張強さσBは、
分散粒子の平均分散粒子間距離λの平方根に反比
例するといわれている。すなわち、 σB＝K1・１／√で表わされる。 （K1：定数） また分散合金の平均粒子間距離は一般に分散粒
子半径ｒに比例し分散粒子体積比Ｓ（％）の３乗
根に反比例するといわれている。すなわち、
中に分散させて合金強度を向上させた分散強化複
合アルミ合金の製造方法に関するものである。 従来、硬度や強度の向上を目的としたアルミ合
金の分散強化複合合金の製造方法には、表面酸化
法、焼結法、半溶融撹拌法等がある。このうち、
表面酸化法は、表面にAl2O3の薄い酸化被膜を形
成するものであり、表面硬度の向上ははかること
ができるが内部強度の向上をはかることはできな
い。硬度と内部強度の向上を同時にはかるには、
アルミ合金粉末と添加粒子を混合して特殊高温雰
囲気中で焼結させる焼結法や、半溶融状態のアル
ミ合金に分散粒子を混入撹拌した後、押出加工等
により複合合金化する半溶融撹拌法等があるが、
これらは何れもアルミ製品とくに鋳造製品の加
工、製造工程と著しく異なる工程を必要とするた
め、工程が複雑になるとともに製品が高価になる
という問題を有していた。 本発明は、上記問題を解消するために、工程が
簡単でかつ安価に分散粒子を均一に拡散させて、
硬度や強度を向上させた分散強化複合アルミ合金
を得ることを目的とする。 この目的を達成するために、本発明の分散強化
複合アルミ合金の製造方法においては、アルミ合
金はまず680℃ないし800℃に加熱され、粘性の適
度に低い溶湯状態を加熱される。つぎに溶融状態
にされたアルミ合金溶湯中に、分散させようとす
る物質、たとえばAl2O3、ZrO2、SiO2で溶湯中で
大きな沈降または浮上を生じない適当な大きさと
比重を漏つた分散粒子が適当量投入される。ここ
で、分散粒子は、後述するように密度が2.0ない
し10.0ｇ／cm3であるのが望ましく、沈降または浮
上速度が1μ／秒以下であるのが望ましい。また、
投入量はアルミ合金溶湯に対する体積比が0.1％
ないし10％の範囲とするのが望ましい。 分散粒子が投入されたアルミ合金溶湯は、機械
的に撹拌された後、超音波が５分間以上照射さ
れ、分散させようとする粒子の均一化が十分に促
進される。均一分散化がはかられた後、速やかに
溶湯は冷却速度の早い鋳型内に注湯され、分散物
質粒子が大きく沈降または浮上しない間に凝固さ
れ、分散強化複合合金が得られる。 上記の方法により製造される分散強化複合合金
の強度は、分散粒子の大きさ、混入量、分散の均
一性によつて大きく影響を受ける。 分散強化複合金の強度たとえば引張強さσBは、
分散粒子の平均分散粒子間距離λの平方根に反比
例するといわれている。すなわち、 σB＝K1・１／√で表わされる。 （K1：定数） また分散合金の平均粒子間距離は一般に分散粒
子半径ｒに比例し分散粒子体積比Ｓ（％）の３乗
根に反比例するといわれている。すなわち、
【式】で表わされる。
したがつて分散強化複合合金の強度を高くする
には、平均分散粒子間距離λを小さくすること、
言いかえれば分散粒子半径ｒを小さくし、分散粒
子体積比Ｓ（％）を大きくすればよいことがわか
る。 また、分散粒子の添加量は分散強化合金の強度
と密接に関連している。添加量が少ないと強度向
上効果が少ないが、逆に添加量が多すぎると、分
散粒子同志が凝集して細粒子分散の効果が得られ
ず、かつ溶湯上へ粒子が密集浮上するので、良質
な鋳物製品が得られない。その添加量は溶湯の
0.1％〜10％程度とするのがよい。 つぎに、分散物質粒子の分散の均一性について
であるが、拡散には機械的撹拌後、超音波照射に
よる分散が行なわれる。 分散強化複合合金の基地を形成するアルミ溶湯
の溶湯温度は、適度な溶湯粘性を与えるため、
680℃〜800℃程度がよく、これ以下では照射され
る超音波の溶湯内減衰が著しく溶湯全体への粒子
分散が得られず、またこれ以上ではアルミ溶湯の
粘度が低くなりすぎて、以下に示すように分散粒
子のアルミ溶湯中での沈降または浮上速度が速く
なりすぎる。 粒子の拡散後、良好な分散性を維持したまま凝
固する必要があるが、そのためには、凝固までの
粒子の沈降または浮上が抑制されなければならな
い。 上記のような均一分散を得るにはアルミ合金の
溶湯中に投入分散された物質粒子が溶湯アルミ合
金が凝固するまでに、比重の違いで沈降や浮上を
生じて分散の均一性が乱れることを防止しなけれ
ばならない。この場合、液体中での分散粒子沈降
（浮上）速度はストークスの法則より Ｖ＝2g.r2・（ｄ−d0）／9η で表わされる。 ここでＶ：分散粒子の沈降（浮上）する最終速
度（mm／sec） ｇ：重力加速度（980.665cm／sec2） ｒ：分散粒子半径（cm） ｄ：溶湯の密度（ｇ／cm3） d0：分散粒子密度（ｇ／cm3） η：溶湯の粘度（CP＝10-2ｇ／cm・sec） である。 上記理論にもとづきアルミ溶湯粘度、分散粒子
半径および密度を変化させた場合の分散粒子沈降
（浮上）速度の推定計算結果を第１表に示す。
には、平均分散粒子間距離λを小さくすること、
言いかえれば分散粒子半径ｒを小さくし、分散粒
子体積比Ｓ（％）を大きくすればよいことがわか
る。 また、分散粒子の添加量は分散強化合金の強度
と密接に関連している。添加量が少ないと強度向
上効果が少ないが、逆に添加量が多すぎると、分
散粒子同志が凝集して細粒子分散の効果が得られ
ず、かつ溶湯上へ粒子が密集浮上するので、良質
な鋳物製品が得られない。その添加量は溶湯の
0.1％〜10％程度とするのがよい。 つぎに、分散物質粒子の分散の均一性について
であるが、拡散には機械的撹拌後、超音波照射に
よる分散が行なわれる。 分散強化複合合金の基地を形成するアルミ溶湯
の溶湯温度は、適度な溶湯粘性を与えるため、
680℃〜800℃程度がよく、これ以下では照射され
る超音波の溶湯内減衰が著しく溶湯全体への粒子
分散が得られず、またこれ以上ではアルミ溶湯の
粘度が低くなりすぎて、以下に示すように分散粒
子のアルミ溶湯中での沈降または浮上速度が速く
なりすぎる。 粒子の拡散後、良好な分散性を維持したまま凝
固する必要があるが、そのためには、凝固までの
粒子の沈降または浮上が抑制されなければならな
い。 上記のような均一分散を得るにはアルミ合金の
溶湯中に投入分散された物質粒子が溶湯アルミ合
金が凝固するまでに、比重の違いで沈降や浮上を
生じて分散の均一性が乱れることを防止しなけれ
ばならない。この場合、液体中での分散粒子沈降
（浮上）速度はストークスの法則より Ｖ＝2g.r2・（ｄ−d0）／9η で表わされる。 ここでＶ：分散粒子の沈降（浮上）する最終速
度（mm／sec） ｇ：重力加速度（980.665cm／sec2） ｒ：分散粒子半径（cm） ｄ：溶湯の密度（ｇ／cm3） d0：分散粒子密度（ｇ／cm3） η：溶湯の粘度（CP＝10-2ｇ／cm・sec） である。 上記理論にもとづきアルミ溶湯粘度、分散粒子
半径および密度を変化させた場合の分散粒子沈降
（浮上）速度の推定計算結果を第１表に示す。
【表】
この表において、注湯から凝固までの２〜３秒
の時間内に分散粒子間距離に大きな変化をもたら
さない沈降または浮上速度の範囲は大略1μ／秒
以下であることから、太線で囲んだ範囲が分散強
化複合アルミ合金の製造に適していると考えられ
る。 以下に、上記理論にもとづいた本発明の分散強
化複合アルミ合金の製造方法の実施例について説
明する。 まず、純アルミ合金の700℃および750℃の溶湯
中に半径0.04μのα−Al2O3粒子を２％添加し、撹
拌棒による適度の機械的撹拌を与え、一応溶湯と
分散粒子の今後状態とした後、溶湯に28KHzの超
音波を15分間照射した。しかる後できるだけ速や
かに鋳型内へ鋳造した。なお鋳造に際しては凝固
を促進するため水冷金型を用いた。 上記の方法により鋳造したテストピースの硬さ
測定結果を第１図に、またそれらの顕微鏡でみた
金属組織を第２図、ないし第５図に示す。 第１図に示される如く、本実施例においては、
単にAl2O3を添加して鋳造したものに比べて粒子
添加後超音波照射したものは、分散均一性が得ら
れその硬度が著しく向上した。さらに第２図ない
し第５図で明らかなように、超音波照射したもの
はしないものに比べて、添加粒子１がアルミ合金
２の組織中に均一に分散していることが認められ
る。 なお、本発明はアルミ合金に関して説明した
が、溶湯合金と分散粒子との関係が密度比、粘
性、粒度に関して維持される限り、銅合金、鉄合
金など他合金にも応用できる。 以上の通りであるから、本発明の分散強化複合
アルミ合金の製造方法によるときは、アルミ合金
を680℃ないし800℃に加熱して粘性の低い溶融状
態にし、この溶融状態にあるアルミ合金溶湯中
に、溶融アルミ合金中の粒子を分散させる性質を
有しこのアルミ合金溶湯に対する沈降または浮上
速度が1μ／秒以下の分散粒子をアルミ合金溶湯
に対する体積比が0.1％ないし10％の範囲で投入
し、この分散粒子が投入されたアルミ合金溶湯を
機械的に撹拌した後、このアルミ合金溶湯に超音
波を５分間以上照射し、この超音波照射後のアル
ミ合金溶湯を速やかに冷却速度の速い鋳型内に注
湯して鋳造、凝固させるようにしたので、従来の
アルミ鋳造製品の製造方法に近似した方法で鋳造
を行なうことができる。したがつて、製造工程が
複雑になるという問題や、これに起因して製品が
高価になるという問題を解消することができる。 しかも、分散粒子が投入されたアルミ合金溶湯
を機械的に撹拌した後に、このアルミ合金溶湯に
超音波を照射させるようにしているので、比較的
短い時間で分散粒子の拡散を促進させることが可
能となり、分散の均一性を促進させることができ
る。これにより鋳物の硬さを飛躍的に増加させる
ことができる他、機械的強度も高めることができ
る。
の時間内に分散粒子間距離に大きな変化をもたら
さない沈降または浮上速度の範囲は大略1μ／秒
以下であることから、太線で囲んだ範囲が分散強
化複合アルミ合金の製造に適していると考えられ
る。 以下に、上記理論にもとづいた本発明の分散強
化複合アルミ合金の製造方法の実施例について説
明する。 まず、純アルミ合金の700℃および750℃の溶湯
中に半径0.04μのα−Al2O3粒子を２％添加し、撹
拌棒による適度の機械的撹拌を与え、一応溶湯と
分散粒子の今後状態とした後、溶湯に28KHzの超
音波を15分間照射した。しかる後できるだけ速や
かに鋳型内へ鋳造した。なお鋳造に際しては凝固
を促進するため水冷金型を用いた。 上記の方法により鋳造したテストピースの硬さ
測定結果を第１図に、またそれらの顕微鏡でみた
金属組織を第２図、ないし第５図に示す。 第１図に示される如く、本実施例においては、
単にAl2O3を添加して鋳造したものに比べて粒子
添加後超音波照射したものは、分散均一性が得ら
れその硬度が著しく向上した。さらに第２図ない
し第５図で明らかなように、超音波照射したもの
はしないものに比べて、添加粒子１がアルミ合金
２の組織中に均一に分散していることが認められ
る。 なお、本発明はアルミ合金に関して説明した
が、溶湯合金と分散粒子との関係が密度比、粘
性、粒度に関して維持される限り、銅合金、鉄合
金など他合金にも応用できる。 以上の通りであるから、本発明の分散強化複合
アルミ合金の製造方法によるときは、アルミ合金
を680℃ないし800℃に加熱して粘性の低い溶融状
態にし、この溶融状態にあるアルミ合金溶湯中
に、溶融アルミ合金中の粒子を分散させる性質を
有しこのアルミ合金溶湯に対する沈降または浮上
速度が1μ／秒以下の分散粒子をアルミ合金溶湯
に対する体積比が0.1％ないし10％の範囲で投入
し、この分散粒子が投入されたアルミ合金溶湯を
機械的に撹拌した後、このアルミ合金溶湯に超音
波を５分間以上照射し、この超音波照射後のアル
ミ合金溶湯を速やかに冷却速度の速い鋳型内に注
湯して鋳造、凝固させるようにしたので、従来の
アルミ鋳造製品の製造方法に近似した方法で鋳造
を行なうことができる。したがつて、製造工程が
複雑になるという問題や、これに起因して製品が
高価になるという問題を解消することができる。 しかも、分散粒子が投入されたアルミ合金溶湯
を機械的に撹拌した後に、このアルミ合金溶湯に
超音波を照射させるようにしているので、比較的
短い時間で分散粒子の拡散を促進させることが可
能となり、分散の均一性を促進させることができ
る。これにより鋳物の硬さを飛躍的に増加させる
ことができる他、機械的強度も高めることができ
る。
第１図は各種条件で分散強化した複合アルミ合
金と硬さとの関係図、第２図は、溶湯温度750℃、
粒子添加なし、超音波照射なしの条件で製造され
た分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した金
属組織図、第３図は、溶湯温度750℃、α−
Al2O32％添加、超音波照射なしの条件で製造さ
れた分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した
金属組織図、第４図は、溶湯温度750℃、α−
Al2O32％添加、超音波照射有の条件で製造され
た分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した金
属組織図、第５図は、溶湯温度700℃、α−
Al2O32％添加、超音波照射有の条件で製造され
た分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した金
属組織図、である。 １……分散粒子、２……アルミ合金。
金と硬さとの関係図、第２図は、溶湯温度750℃、
粒子添加なし、超音波照射なしの条件で製造され
た分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した金
属組織図、第３図は、溶湯温度750℃、α−
Al2O32％添加、超音波照射なしの条件で製造さ
れた分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した
金属組織図、第４図は、溶湯温度750℃、α−
Al2O32％添加、超音波照射有の条件で製造され
た分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した金
属組織図、第５図は、溶湯温度700℃、α−
Al2O32％添加、超音波照射有の条件で製造され
た分散強化複合アルミ合金の200倍に拡大した金
属組織図、である。 １……分散粒子、２……アルミ合金。
Claims (1)
- １ アルミ合金を680℃ないし800℃に加熱して粘
性の低い溶融状態にし、該溶融状態にあるアルミ
合金溶湯中に、溶融アルミ合金中の粒子を分散さ
せる性質を有する物質であつて該溶融アルミ合金
溶湯に対する沈降または浮上速度が1μ／秒以下
となる粒子径と比重を有する分散粒子を、前記ア
ルミ合金溶湯に対する体積比が0.1％ないし10％
の範囲で投入し、該分散粒子が投入されたアルミ
合金溶湯を機械的に撹拌した後、該アルミ合金溶
湯に超音波を５分間以上照射し、該超音波照射後
のアルミ合金溶湯を速やかに冷却速度の速い鋳型
内に注湯して鋳造、凝固させることを特徴とする
分散強化複合アルミ合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198354A JPS58100643A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 分散強化複合アルミ合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56198354A JPS58100643A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 分散強化複合アルミ合金の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58100643A JPS58100643A (ja) | 1983-06-15 |
| JPH0346533B2 true JPH0346533B2 (ja) | 1991-07-16 |
Family
ID=16389709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56198354A Granted JPS58100643A (ja) | 1981-12-11 | 1981-12-11 | 分散強化複合アルミ合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58100643A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63297529A (ja) * | 1987-05-28 | 1988-12-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合材料の製造方法 |
| US5094700A (en) * | 1990-03-22 | 1992-03-10 | University Of Cincinnati | Solder and brazing alloys having improved properties and method of preparation |
| CN102108450B (zh) | 2009-12-25 | 2012-08-29 | 清华大学 | 镁基复合材料的制备方法 |
| CN102108455B (zh) | 2009-12-25 | 2013-11-06 | 清华大学 | 铝基复合材料的制备方法 |
| CN101851716B (zh) * | 2010-06-14 | 2014-07-09 | 清华大学 | 镁基复合材料及其制备方法，以及其在发声装置中的应用 |
| CN103451456A (zh) * | 2013-06-26 | 2013-12-18 | 浙江天乐新材料科技有限公司 | 一种利用超声重熔稀释预制块强制分散纳米粒子强化铝合金的方法 |
| JP7297201B2 (ja) * | 2019-06-10 | 2023-06-26 | 日本マテリアル株式会社 | マグネシウム合金成形品の製造方法及びマグネシウム合金用添加剤 |
| CN111663061B (zh) * | 2020-06-23 | 2021-11-23 | 江苏大学 | 一种制备Al-Si合金晶粒细化剂的方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5119775Y2 (ja) * | 1971-02-16 | 1976-05-25 | ||
| JPS54663Y2 (ja) * | 1973-03-22 | 1979-01-13 | ||
| JPS5326011Y2 (ja) * | 1973-03-30 | 1978-07-03 | ||
| JPS5334822U (ja) * | 1976-09-01 | 1978-03-27 |
-
1981
- 1981-12-11 JP JP56198354A patent/JPS58100643A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58100643A (ja) | 1983-06-15 |
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| JPH0122342B2 (ja) | ||
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