JPH0368728A - Ａ１またはａ１合金複合材料の製造方法および製造装置 - 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、ＡｌまたはＡｌ合金をマトリックスとし、強
化材としてセラミックス粒子を分散したＡｌ合金複合材
料を製造する方法および製造装置に関するものである。

［従来の技術］ ＡｌおよびＡｌ合金（以下、Ａｌ合金で代表することが
ある）は軽量で比強度が高いという特性を有している。

しかし一般に軟質であり、且つ耐熱性や耐摩耗性に劣る
という欠点がある為、適用分野は著しく制限されていた
。ところが最近、Ａｌ合金中に微細なセラミックス粒子
を強化材として分散せしめ、強度、剛性、耐熱性、耐摩
耗性等の物性を高めたＡｌ合金複合材料が開発されるに
及び、適用分野の大幅な拡大が期待されている。

こうしたＡｌ合金複合材料を製造するに当たっては、Ａ
ｌ合金溶湯とセラミックス粒子の濡れ性が悪いので、溶
融したＡｌ合金中にセラミックス粒子を投入して単に攪
拌するという方法では期待される程の分散効果が得られ
ない、そこでこれに代って下記■〜■の各方法によるの
が一般的である。

■Ａｌ合金粉末とセラミックス粒子を混合した後、高温
、高圧下で成形する粉末冶金法、■Ａｌ合金を半溶融状
態（即ち液相と固相が混在した状態）にし、攪拌しなが
らセラミックス粒子を混合するコンポキャスト法、 ■セラミックス粒子でプリフォームを作製しておき、こ
れにＡｌ合金溶湯を注入するスクイズキャスト法。

［発明が解決しようとする課題］ ところが上記■〜■の方法によれば、夫々下記の様な問
題点があった。即ち上記■の方法によれば、Ａｌ合金を
粉末にする必要があること、および成形装置が必要とな
ることから製造プロセスが複雑になり、複合材料の製造
コストが高くなってしまい、該複合材料の用途が限定さ
れてしまう。

また上記■の方法では、高度な温度管理が必要になり、
更に■の方法では高精度な加圧注入機構が必要となると
いう生産設備上の欠点があった。

そこでＡｌ合金の溶湯中に、セラミックス粒子を投入し
て攪拌する方法が再検討されることとなり、溶湯と粒子
との濡れ性を改善する為に、粒子表面にめっき処理を施
したり、Ａｌ合金の組成を変更することなどが検討され
ている。しかしめつき処理によって生産コストを上げる
という問題やＡｌ合金組成が特定化されて汎用性に欠け
るという問題が生じている。

本発明はこうした技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、濡れ性の改善の為のめっき処
理やＡｌ合金組成の変更を行なうことなく、比較的簡単
なプロセスでＡｌ合金複合材料を製造する為の方法、お
よび製造装置を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明の方法とは、ＡｌまたはＡ
ｌ合金複合材料を製造するに当たり、ＡｌまたはＡｌ合
金溶湯を機械的に対流させつつ該溶湯にセラミックス粒
子を投入すると共に、該対流中の溶湯に剪断力を与える
ことによって前記粒子と前記溶湯の濡れ性を高めて均一
混合する点に要旨を有するＡｌまたはＡｌ合金複合材料
の製造方法である。

また上記方法を実施する為の装置として、ＡｌまたはＡ
ｌ合金複合材料を製造する為の装置であって、Ａｌまた
はＡｌ合金溶湯を機械的に対流させる手段と、該溶湯に
剪断力を与える手段とを設けてなる構成のものが提案さ
れる。

［作用］ 本発明は上述の如く構成されるが、要するにＡｌ合金溶
湯を機械的に対流させる手段と、該溶湯に剪断力を与え
る手段とを設けるという比較的簡単な機械的機構のみで
、合金溶湯とセラミックス粒子との濡れ性を改善するこ
とができ、従来行なわれていた粒子表面のめつき処理や
Ａｌ合金組成の変更等を行なうことなく、溶湯にセラミ
ックス粒子を直接混合する方法によってＡｌ合金複合材
料が製造できたのである。即ち溶湯に強い剪断力を与え
ることによってセラ主ツタ粒子に対する溶湯の衝突力を
高め、これによってセラミック粒子と溶湯の濡れ性を高
めることができたのである。

以下本発明の構成および作用・効果を実施例によって更
に詳細に説明するが、下記実施例はもとより本発明を限
定するものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更
することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるもの
である。

［実施例］ 第１図は本発明に係るＡｌ合金複合材料製造装置の一例
を示す概略説明図であり、図中１はるつぼ、２は隔壁、
３は回転子、４はプロペラ、５は隔壁保持具、６は攪拌
軸、７はチャンバー　８は蓋体、９は脱気バイブ、１０
は隔壁２に設けられた透孔、１１は溶湯を夫々示す。

第１図に示した製造装置を用い、以下の手順によってＳ
ｉＣ粒子強化（体積率２０％）２０２４Ａｌ合金複合材
料を製造した。

マトリックスとなる２０２４Ａｌ合金１５００ｇを、ニ
クロム線電気炉（図示せず）内に設けた本発明装置内の
るつぼ１に入れて溶解した後、７００℃に保持した。溶
解保持が完了した後、隔壁保持具５に保持された筒状の
隔壁２をるつぼ１内に挿入し、更に溶湯１１に推進力を
与えて対流させる為のプロペラ４と、対流する溶湯に剪
断力を与える為の回転子３とを取り付けた攪拌軸６を隔
壁２内に挿入した。尚攪拌軸６は炉外の攪拌機（図示せ
ず）Ｃ接続されており、１０〜１５００ｒｐｍの範囲で
回転させる様心構成した。またプロペラ４と回転子３は
、いずれも隔壁２の下端と、対応する溶湯を隔壁２内に
導入する為の透孔１０の下端との間に位置する様ｋ、攪
拌軸６の挿入深さを設定した。

プロペラ４と回転子３を取り付けた攪拌軸６を挿入して
位置決めした後、攪拌軸６の回転を開始した。このとき
の回転速度は、Ａｌ合金溶湯がるつぼ１内を対流するの
に必要且つ最小限の値という観点から５００　ｒｐｍと
した。

溶湯１１の対流を開始してから、粒径５０μｍのＳｉＣ
粒子を１０ｇずつ間欠的に隔壁２内に投入し、最終的な
投入量を５００ｇとした。尚このとき投入するＳｉＣ粒
子は７００℃で３０分保持して予熱したものを用いた。

またＳｉＣ粒子の投入手順は、前回投入したＳｉＣ粒子
が溶湯内に完全に巻込まれた後に、次回の１０ｇを順次
投入するという方法に従い、溶湯表面にＳｉＣ粒子が長
時間堆積しない様にした。尚ＳｉＣの全量が投入される
迄に１０分を要した。

溶湯１１の粘性は、ＳｉＣ粒子の投入量が多くなるに従
って高くなり、流動性が悪くなって対流が発生しにくく
なる傾向を示す、そこでＳｉＣ粒子の投入総量が増加す
るに従って、攪拌軸６の回転速度を上げ、溶湯１１に与
える推進力を大きくした。但し回転速度を上げ過ぎると
、溶湯１１と攪拌軸６との間に渦が形成されて溶湯１１
中に大気が巻込まれることがあるので、粒子の投入量に
応じて攪拌軸６の回転速度を徐々に高める必要がある。

ＳｉＣ粒子の全量を投入した後、チャンバー７に蓋体８
をセットし、脱気バイブ９を介してチャンバー内を脱気
し、１０−”Ｔｏｒｒの真空雰囲気とした。前記脱気と
同時に攪拌軸６の回転速度を１５００ｒｐｍまで上げ、
そのまま１５分間対流・攪拌を継続した。このときＳｉ
Ｃ粒子と共に溶湯１１内に多少とも巻込まれていた空気
は、系外に除去される一方、溶湯１１内に巻込まれた粒
子は、るつぼ１内で対流を繰り返すことによって回転子
３と隔壁２の間で剪断力を受け、溶湯１１内に均一に分
散する。

脱気下での攪拌を終了した後、蓋体８、攪拌軸６および
隔壁２を外し、るつぼ１を装置外に取り出し、得られた
ＳｉＣ粒子強化２０２４Ａｌ合金溶湯を金型に鋳込んで
固化成形した。得られたＡｌ合金複合材料は、ＳｉＣ粒
子とＡｌ合金の濡れ性が改善されており、ＳｉＣ粒子が
Ａｌ合金マトリックス中に適度に分散した組織を有して
いた。

尚本発明の製造装置で用いる回転子３の形状の詳細は第
２図に示す通りであり、その回転刃先３ａによって溶湯
１１に剪断力を与えるのであるが、この形状は溶湯１１
に剪断力を与えるものであればよく、第２図に示したも
のに限定されない。また回転子３の外径（即ち刃先３ａ
と隔壁２の間隙）は、投入しようとする粒子の粒径に応
じて適宜設定すればよい。例えば平均粒径が１０〜５０
μｍセラミックス粒子を用いる場合は、回転子３の刃先
３ａと隔壁２の間隙を片側で５■、平均粒径が１〜！０
μｍのセラミックス粒子を用いる場合は前記間隙を片側
で２．５ｍｍとするのが最も好ましい。また対流手段に
ついても特に限定されず不活性ガスのバブリングによる
攪拌、循環ポンプの使用による対流など、任意の手段が
採用される。

上記実施例ではセラミックス粒子としてＳｉＣ粒子を、
またマトリックスＡｌ合金として２０２４Ａｌ合金を用
いたものを示したが、本発明で用いる素材は上記のもの
に限定されず、セラミックス粒子としては例えばＴ１０
粒子やＺｒＣ粒子等、マトリックスＡｌ合金としては純
Ａｌは勿論こと、例えば６０６１Ａｌ合金や７０７５Ａ
ｌ合金等の各種Ａｌ合金を用いることができる。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、セラミックス粒子表面
のめっき処理やＡｌ合金組成の変更を行なわずとも、溶
湯中にセラミックス粒子を投入する方法によって、セラ
ミックス粒子が適度に分散したＡｌ合合金金材料が得ら
れる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るＡｌ合金複合材料製造装置の一例
を示す概略説明図、第２図は回転子３の形状を示す図で
ある。 １・・・るつぼ　　　　　　２・・・隔壁３・・・回転
子　　　　　　４・・・プロペラ５・・・隔壁保持具　
　　　６・・・攪拌軸７・・・チャンバー　　　　８・
・・蓋体９・・・脱気バイブ　　　　１０・・・透孔１
１・・・溶湯 第１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＡｌまたはＡｌ合金複合材料を製造するに当たり
   、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を機械的に対流させつつ、該
   溶湯にセラミックス粒子を投入すると共に、該対流中の
   溶湯に剪断力を与えることによって前記粒子と前記溶湯
   の濡れ性を高めて均一混合することを特徴とするＡｌま
   たはＡｌ合金複合材料の製造方法。
2. （２）ＡｌまたはＡｌ合金複合材料を製造する為の装置
   であって、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を機械的に対流させ
   る手段と、該溶湯に剪断力を与える手段とを設けてなる
   ことを特徴とするＡｌまたはＡｌ合金複合材料の製造装
   置。