JPH036979B2 - - Google Patents

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JPH036979B2
JPH036979B2 JP302988A JP302988A JPH036979B2 JP H036979 B2 JPH036979 B2 JP H036979B2 JP 302988 A JP302988 A JP 302988A JP 302988 A JP302988 A JP 302988A JP H036979 B2 JPH036979 B2 JP H036979B2
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Japan
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oxide
particles
reinforcing
metal
product
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JP302988A
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Japanese (ja)
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Bii Arekusandaa Gai
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TEKUNIKARU RISAACHI ASOSHEITSU Inc
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TEKUNIKARU RISAACHI ASOSHEITSU Inc
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、金属の分散強化に関する。本発明は
特にアルミニウム合金の分散強化に関し、溶接温
度に耐え得る一群の前述の合金を提供する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to dispersion strengthening of metals. The present invention relates specifically to dispersion strengthening of aluminum alloys and provides a family of such alloys that can withstand welding temperatures.

(従来の技術及び発明が解決しようとする問題
点) 分散強化した金属ならびに、金属あるいは合金
に高融点粒子を分散することによつて金属の種々
の特性を高める方法は周知である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Dispersion-strengthened metals and methods of enhancing various properties of metals by dispersing refractory particles in metals or alloys are well known.

このような金属およびプロセスは、例えば合衆
国特許第3028234号(Alexander等)、第3290144
号(Iler等)および第3468658号(Herald等)に
開示されており、これらの開示はここに参照する
ことによつて本明細書に取り入れる。
Such metals and processes are described, for example, in US Pat. No. 3,028,234 (Alexander et al.);
(Iler et al.) and No. 3,468,658 (Herald et al.), the disclosures of which are hereby incorporated by reference.

アレキサンダー(Alexander)等は、不活性金
属中の粉末化した固体分散高融点金属酸化物粒子
を、硬化処理を行う金属(特にニツケル)の溶融
物と混合する一般的な方法を見出した。アレキサ
ンダー等は、銅−アルミナ粉末を溶融アルミニウ
ム合金に加える可能性を示唆している(実施例
1)。しかし実際には、実施例1の手順に従うと、
銅−アルミニウム粉末はアルミニウム合金中には
溶解せず、満足出来る分散硬化アルミニウム合金
をつくることができない。さらにアレキサンダー
等は、不活性雰囲気中で銅−アルミニウム粉末を
防護して、銅−アルミニウム粉末を溶融アルミニ
ウムに加える前に銅が酸化するのを防ぐことを教
示している。またアレキサンダー等は、銅−アル
ミニウム粉末を溶融物に導入する前に、銅−アル
ミニウム粉末を焼結することを示唆している。
Alexander et al. discovered a general method of mixing powdered, solid-dispersed refractory metal oxide particles in an inert metal with the melt of the metal (particularly nickel) to be hardened. Alexander et al. suggest the possibility of adding copper-alumina powder to a molten aluminum alloy (Example 1). However, in reality, if you follow the procedure of Example 1,
Copper-aluminum powders do not dissolve in aluminum alloys and cannot produce satisfactory dispersion hardened aluminum alloys. Furthermore, Alexander et al. teach protecting the copper-aluminum powder in an inert atmosphere to prevent the copper from oxidizing before adding the powder to molten aluminum. Alexander et al. also suggest sintering the copper-aluminum powder before introducing it into the melt.

アイラー(Iler)等は、分散硬化銅を生産する
機械的な方法を開示している。この方法は、アル
ミナ粒子を分散させた銅粉末から成る密度の高い
ビレツトを生産することを含んでいる。この銅粉
末は銅化合物を還元することによつて得られ、こ
の銅粉末を不活性雰囲気によつて保護して、密度
の高いビレツトに圧縮成形する前に再酸化するの
を防いでいる。
Iler et al. disclose a mechanical method of producing dispersion hardened copper. The method includes producing a dense billet of copper powder dispersed with alumina particles. The copper powder is obtained by reducing a copper compound, and the copper powder is protected by an inert atmosphere to prevent reoxidation before compaction into a dense billet.

ヘラルド(Herald)等は、酸化アルミニウム
等の分散質(dispersoid)を溶融状態の金属に加
えることを示唆している。硬化処理する金属によ
つてこの分散質をぬらして、アグロメレーシヨン
(塊状化)を防止している。「ぬらし」は、分散質
を溶融金属と混合する際に、分散質の陰イオンに
よつて金属を飽和することによつて行つている。
The Herald et al. suggest adding a dispersoid, such as aluminum oxide, to the metal in the molten state. The dispersoid is wetted by the metal being hardened to prevent agglomeration. "Wetting" is performed by saturating the metal with the anions of the dispersoid when the dispersoid is mixed with the molten metal.

SAP(焼結アルミニウム粉末)金属は、通常の
アルミニウム合金よりも200℃も高い使用温度を
有することが知られている酸化物金属分散硬化ア
ルミニウム合金の一例である。SAPは機械的な
加工法によつて製造される。SAPは優れた特性
を備えているが、それらの特性は融接温度に近い
温度において恒久的に失われる。
SAP (Sintered Aluminum Powder) metal is an example of an oxide metal dispersion hardened aluminum alloy that is known to have service temperatures as much as 200°C higher than regular aluminum alloys. SAP is manufactured using mechanical processing methods. Although SAP has excellent properties, these properties are permanently lost at temperatures close to the fusion welding temperature.

従来技術を示すその他の合衆国特許としては、
バデイア(Badia)等の合衆国特許第3600163が
ある。この特許は、ぬらしのプロセスを用いるこ
とによつて、溶融アルミニウム中に黒鉛を分散す
ることを教示している。黒鉛粒子は、平均断面積
の大きさが望ましくは40ミクロンであるが、20ミ
クロン程度の小さな黒鉛粒子も優れた結果を示し
たことが報告されている。
Other U.S. patents demonstrating prior art include:
There is US Pat. No. 3,600,163 to Badia et al. This patent teaches dispersing graphite in molten aluminum by using a wetting process. The graphite particles preferably have an average cross-sectional area of 40 microns, but it has been reported that graphite particles as small as 20 microns have also shown excellent results.

アイミツチ(Imich)の合衆国特許第2793949
は、エメリー、コランダム、焼きアルミナ、フリ
ント、石英およびその他の種々のセラミツク材料
をぬらして溶融金属に加えることを教示してい
る。アイミツチは、一般に5容積パーセントから
50容積パーセントのセラミツク材料を含有する複
合材料を製造している。セラミツク材料の粒度
は、0.5ミクロン(実施例11)から実施例6に示
された30mmの範囲である。
Imich U.S. Patent No. 2793949
teaches wetting and adding emery, corundum, calcined alumina, flint, quartz, and various other ceramic materials to molten metal. Aimitsuchi is generally from 5% by volume.
A composite material containing 50 volume percent ceramic material is produced. The particle size of the ceramic material ranges from 0.5 micron (Example 11) to 30 mm as shown in Example 6.

(問題点を解決するための手段及び作用・効果) 本発明の目的のひとつは、500°F(260℃)にお
いて高い強度を有し、且つ金属のような十分な延
性を有する、アルミニウムをベースとした合金を
提供することにある。金属のような十分な延性が
あるということは、この生成物を過剰なクラツク
を生じることなく加工、成形することができるこ
とを意味する。本明細書においては、『アルミニ
ウム』と『アルミニウム合金』という用語は、他
に表示するか、あるいは明らかである場合を除い
ては、互いに置き換えることができるものとして
用いられている。
(Means for Solving the Problems and Actions/Effects) One of the objects of the present invention is to provide an aluminum-based material that has high strength at 500°F (260°C) and has sufficient ductility like metal. Our goal is to provide alloys with the following properties. Sufficient ductility, like a metal, means that the product can be processed and shaped without excessive cracking. In this specification, the terms "aluminum" and "aluminum alloy" are used interchangeably, unless otherwise indicated or obvious.

この種の生成物を得るには、下記の特徴を組み
合わせたものが必要である。すなわち、 (a) 高融点酸化物(強化用の酸化物)の分離粒子
は、実質的にアルミニウムあるいはアルミニウ
ム合金から成るマトリツクス全体に分散される
こと。
To obtain products of this type, a combination of the following characteristics is required. (a) Separate particles of high melting point oxide (strengthening oxide) are dispersed throughout the matrix consisting essentially of aluminum or an aluminum alloy.

(b) 粒子間には0.2ミクロン未満、望ましくは
0.05ミクロンから0.15ミクロンの間隔があるこ
と。
(b) less than 0.2 microns between particles, preferably
There should be a spacing of 0.05 micron to 0.15 micron.

(c) 粒度は0.005ミクロンから0.025ミクロンの範
囲であること。
(c) Particle size shall be in the range of 0.005 micron to 0.025 micron.

(d) 強化用酸化物の容積百分率は、延性を保持す
るように1容積パーセントを上回ることがない
こと。さらに、 (e) 強化用酸化物は、アルミニウムあるいはアル
ミニウム合金の溶融バス中で安定しており、オ
ストワルト成長(Ostwald ripening)をする
ことがないことである。すなわち、オストワル
ト成長をすることがないこととは、この酸化物
が比較的高い形成の自由エネルギーと比較的高
い融点を有さねばならないことを意味する。
(d) The volume percentage of reinforcing oxide shall not exceed 1 volume percent so as to preserve ductility. Furthermore, (e) the reinforcing oxide is stable in the melt bath of aluminum or aluminum alloys and is free from Ostwald ripening. That is, the absence of Ostwald growth means that the oxide must have a relatively high free energy of formation and a relatively high melting point.

本発明は、現在入手可能なアルミニウム合金の
特性よりも優れた高温特性を備えた酸化物分散硬
化アルミニウム組成物を提供する。本発明の合金
は、実際の使用温度が500〓(260℃)を越えるこ
とも可能である。本発明の組成物は、使用温度が
現在のアルミニウム合金の性能を上回る用途の一
部においては、チタンをベースとする合金の代わ
りに用いることも可能である。本発明の分散硬化
組成物を用いて製造された部品は、特性を大きく
劣化させることなく現場で溶接することが可能で
ある。
The present invention provides oxide dispersion hardened aluminum compositions with high temperature properties superior to those of currently available aluminum alloys. The alloys of the present invention can have practical service temperatures exceeding 500°C (260°C). The compositions of the present invention can also be used to replace titanium-based alloys in some applications where service temperatures exceed the performance of current aluminum alloys. Parts manufactured using the dispersion hardened compositions of the present invention can be welded in the field without significant deterioration of properties.

本発明による酸化物分散硬化アルミニウム組成
物は、ぬらし金属、および内部分散した高融点金
属酸化物分散質粒子(本明細書においては、『強
化用酸化物』あるいは『金属酸化物充填材』とも
称する)を含むアルミニウム合金から成る。ぬら
し金属および分散質は、それぞれ効果的な量だけ
含有され、その含有量は、望みの金属生成物(す
なわち硬化アルミニウム組成物)の特性ならびに
処理に使用するように選択した粒子物質によつて
広範囲に異なる。強化を目的とする場合には、金
属生成物の少なくとも0.05容積パーセントから最
大約1容積パーセントまでを占めるのに十分な分
散質が存在する。『高融点金属酸化物』あるいは
『強化用酸化物』という用語は、酸化物とともに、
焼結によつて酸化物に変化する全ての高融点金属
化合物(最も代表的なものは水酸化物あるいは水
和酸化物)を含むものとする。
The oxide-dispersed hardened aluminum composition of the present invention comprises a wetted metal and internally dispersed refractory metal oxide dispersoid particles (also referred to herein as "reinforcing oxide" or "metal oxide filler"). ) is made of aluminum alloy. The wet metal and dispersoid are each included in effective amounts, the contents of which can vary over a wide range depending on the properties of the desired metal product (i.e., the hardened aluminum composition) and the particulate materials selected for use in the process. Different. For strengthening purposes, sufficient dispersoid is present to occupy at least 0.05 volume percent and up to about 1 volume percent of the metal product. The term ``refractory metal oxide'' or ``reinforcing oxide'' refers to
It includes all high-melting point metal compounds (most typically hydroxides or hydrated oxides) that are converted into oxides by sintering.

望ましい分散質は、アルミナ、ジルコニア、マ
グネシア、トリア、および原子番号59〜71の希土
類金属酸化物を含む希土類酸化物から成るグルー
プから選択する。これらの分散質は、1000℃で、
酸化物中の酸素1グラム原子当たり少なくとも
100キロカロリーの形成の自由エネルギーを有す
る。実際には、通常はアルミナが分散質として選
択される。
Desirable dispersoids are selected from the group consisting of alumina, zirconia, magnesia, thoria, and rare earth oxides, including rare earth metal oxides with atomic numbers 59-71. These dispersoids, at 1000℃,
per gram atom of oxygen in the oxide
It has a free energy of formation of 100 kilocalories. In practice, alumina is usually chosen as the dispersoid.

分散質粒子の大きさ、形状、体積分率および
IPS(粒子間間隔)は全て、本発明の組成物の特
性にとつて重要である。本開示においては、当該
する場合は、このような物理的なパラメータは全
て統計的なものとして考え、個々の粒子は示され
た平均的な特性からかなり異なる可能性があるも
のと考える。
Dispersoid particle size, shape, volume fraction and
IPS (interparticle spacing) is all important to the properties of the compositions of the invention. In this disclosure, all such physical parameters, where applicable, are considered to be statistical, and it is assumed that individual particles may vary considerably from the average properties shown.

この分散質は、望ましい粒子間間隔(IPS)を
得るのに効果的な量だけ含有され、望ましいIPS
は一般に約0.05ミクロンから0.2ミクロンの範囲
内である。IPSは、処理を完了した組成物の硬さ
および強度特性と相関があり、従つて、それらか
ら測定することが可能である。
This dispersoid is contained in an amount effective to obtain the desired interparticle spacing (IPS), and is
is generally within the range of about 0.05 microns to 0.2 microns. IPS correlates with, and can therefore be measured from, the hardness and strength properties of the processed composition.

組成物のIPSを推定する望ましい方法として
は、第一に、電子顕微鏡法によつて分散質粒子の
粒度(平均直径)を測定する方法がある。あるい
は、分散質粒子を抽出し、それらの表面積を測定
してもよい。そして、例えば化学分析によつて、
組成物中の分散質の体積分率を判断する。これら
2つの定量を行うことにより、IPSは下記の関係
式から計算することができる。
A preferred method for estimating the IPS of a composition is, first, to measure the particle size (average diameter) of the dispersoid particles by electron microscopy. Alternatively, dispersoid particles may be extracted and their surface area measured. And, for example, by chemical analysis,
Determine the volume fraction of dispersoids in the composition. By performing these two quantifications, IPS can be calculated from the following relational expression.

IPS=d〔(1/1.9f)1/3−1)〕 式中、dは分散質粒子の平均直径であり、fは
この系における分散質の体積分率である。
IPS=d [(1/1.9f)1/3-1)] where d is the average diameter of the dispersoid particles and f is the volume fraction of the dispersoids in this system.

組成物は、IPSが0.2ミクロンを下回るように配
合しなければならない。強度および硬度が最も高
い合金は、一般にIPSが約0.05ミクロンから約
0.15ミクロンの範囲である。
The composition must be formulated to have an IPS of less than 0.2 microns. The strongest and hardest alloys generally have an IPS of about 0.05 microns to about
In the range of 0.15 microns.

本発明の望ましい実施態様において、分散質粒
子はほぼ等軸である。すなわち、これらの粒子の
形状は、球状、立方体あるいは正八面体に近い。
等軸粒子は、溶融物を粘らせる傾向があり且つ得
られた鋳造合金に非等軸性を付与する可能性があ
る繊維状あるいは板状の粒子よりも望ましい。本
発明の合金組成物は、鋳造後は全ての方向におい
て等しい強度と硬度特性を示すことが望ましい。
等軸性の分散粒子を用いれば、この目的の達成度
がさらに高くなる。
In preferred embodiments of the invention, the dispersoid particles are approximately equiaxed. That is, the shapes of these particles are close to spherical, cubic, or regular octahedral.
Equiaxed particles are preferred over fibrous or plate-like particles, which tend to thicken the melt and can impart non-equiaxed properties to the resulting cast alloy. It is desirable that the alloy composition of the present invention exhibit equal strength and hardness properties in all directions after casting.
The use of equiaxed dispersed particles further enhances this objective.

上述したように、本発明の組成物の分散質粒子
の容積百分率は、通常は約0.05容積%からから約
1容積%の範囲にある。本発明の望ましい実施態
様においては、高融点酸化物、すなわち強化用酸
化物(分散質)の容積百分率は、約0.05容積%か
ら約0.5容積%の範囲にある。
As mentioned above, the volume percentage of dispersoid particles in the compositions of the present invention typically ranges from about 0.05% to about 1% by volume. In a preferred embodiment of the invention, the volume percentage of the high melting point oxide, or reinforcing oxide (dispersoid), ranges from about 0.05% to about 0.5% by volume.

分散質粒子の粒度は、通常は約0.005ミクロン
から約0.025ミクロンの範囲にあり、さらに望ま
しくは約0.005ミクロンから約0.015ミクロンの範
囲にある。本明細書において『粒度』と称するも
のは、通常の走査電子顕微鏡技術により測定した
粒子の平均直径である。
The particle size of the dispersoid particles typically ranges from about 0.005 micron to about 0.025 micron, more desirably from about 0.005 micron to about 0.015 micron. What is referred to herein as "particle size" is the average diameter of the particles as measured by conventional scanning electron microscopy techniques.

分散質を溶融アルミニウム合金に添加する際
に、ぬらし金属によつて高融点金属酸化物分散質
をぬらすことは、考慮すべき重要事項である。こ
のぬらし金属は、分散質、すなわち強化用酸化物
の形成の自由エネルギーよりも大きな形成の自由
エネルギーを有する金属酸化物を形成する反応を
する必要がある。
Wetting the refractory metal oxide dispersoid with the wetting metal is an important consideration when adding the dispersoid to the molten aluminum alloy. This wet metal must react to form a dispersoid, a metal oxide that has a free energy of formation greater than the free energy of formation of the reinforcing oxide.

マグネシウム金属は、アルミニウム合金の一般
的な成分であり、非常に安定した酸化物を形成す
る。マグネシウムは、1000℃(1832〓)の温度に
おいて、112キロカロリー/モルの形成の自由エ
ネルギーを有する。本発明に従つて分散質として
使用することが可能な2つの酸化物は、下記のよ
うな報告された形成の自由エネルギーを有する。
Magnesium metal is a common component of aluminum alloys and forms very stable oxides. Magnesium has a free energy of formation of 112 kcal/mol at a temperature of 1000°C (1832°). Two oxides that can be used as dispersoids according to the present invention have reported free energies of formation as follows.

分散質 1000℃における自由エネルギー アルミナ 104 ジルコニア 100 したがつて、マグネシウムは、これら2つの酸
化物の望ましいぬらし金属である。同様に、アル
ミニウムは、ジルコニアのぬらし金属である。分
散質粒子の表面は、粒子の表面を上記の種類のぬ
らし金属、特にマグネシウムと反応させることに
よつて、親金属性状態に転換される。本発明の上
記の2つの金属酸化物分散質の場合には、マグネ
シウムはアルミナと反応してマグネシアおよびア
ルミニウムを生じ、さらにジルコニアと反応して
マグネシウムとジルコニウムを生じる。
Dispersoid Free Energy at 1000°C Alumina 104 Zirconia 100 Therefore, magnesium is the preferred wetting metal for these two oxides. Similarly, aluminum is a wetted metal for zirconia. The surface of the dispersoid particles is converted to a metallophilic state by reacting the surface of the particles with a wetting metal of the type mentioned above, especially magnesium. In the case of the above two metal oxide dispersoids of the present invention, magnesium reacts with alumina to form magnesia and aluminum, and further reacts with zirconia to form magnesium and zirconium.

マグネシウムあるいはその他のぬらし金属は、
通常は分散質と反応して、分散質粒子を取り囲む
亜酸化物外層を形成する。(ここで用いる『亜酸
化物』という用語は、純金属酸化物と比較して酸
素欠損であることを意味する。)この亜酸化物外
層は、粒子の内部の金属酸化物と、粒子の外の周
りの金属の双方に対してぬれて(あるいは付着し
て)いる。このようにして、強化用酸化物を親金
属性とし、ぬらして、溶融アルミニウム合金に添
加することが出来る。アルミニウム自体は、ジル
コニアのぬらし金属として機能する。マグネシウ
ムをぬらし金属として用いる場合には、その効果
的な量は、一般に組成物の全重量の約0.1重量%
から約4重量%の範囲にある。
Magnesium or other wet metals are
It usually reacts with the dispersoids to form an outer suboxide layer surrounding the dispersoid particles. (The term "suboxide," as used herein, means oxygen-deficient compared to pure metal oxides.) This outer suboxide layer combines the metal oxide inside the particle with the metal oxide outside the particle. It is wet (or attached) to both the surrounding metal. In this way, the reinforcing oxide is made metallophilic and can be wetted and added to the molten aluminum alloy. Aluminum itself acts as a wetting metal for the zirconia. When magnesium is used as the wet metal, its effective amount is generally about 0.1% by weight of the total weight of the composition.
to about 4% by weight.

分散させる酸化物粒子を除いて、系に酸素が追
加されることは殆ど許容出来ない。過剰な酸素
は、有効なマグネシウムあるいはその他のぬらし
金属を費消し、意図した分散質を親金属性の状態
に転換するためのぬらし金属が足りなくなる。分
散質を溶融物に添加する際に、酸化銅あるいは酸
化鉄等の分散質に随伴する可能性がある過剰酸素
は、金属生成物中に存在する銅あるいは鉄の約
0.1重量%未満に、望ましくは約0.05重量%未満
に、最も望ましくは0.01重量パーセント未満に抑
える必要がある。
Addition of oxygen to the system, other than the oxide particles being dispersed, is hardly tolerated. Excess oxygen consumes available magnesium or other wetter metal, leaving insufficient wetter metal to convert the intended dispersoid to a metallophilic state. When the dispersoids are added to the melt, excess oxygen that may accompany the dispersoids, such as copper oxide or iron oxide, will reduce the amount of copper or iron present in the metal product.
It should be kept to less than 0.1 weight percent, preferably less than about 0.05 weight percent, and most preferably less than 0.01 weight percent.

分散質の凝集および粒子成長を防ぐ条件のもと
で、溶融アルミニウムバスに分散質を導入するこ
とが望ましい。このような導入を達成するための
現在望ましい仕方は、最初に、水素を用いて酸化
物を還元することが可能な金属によつて、分散質
粒子を取り囲むことである。このような仕方で使
用することが可能な金属は銅および鉄であり、さ
らに被覆された粒子は、本開示において『鉄ある
いは銅のマスターミツクス』と呼ぶ。
It is desirable to introduce the dispersoid to the molten aluminum bath under conditions that prevent agglomeration and particle growth of the dispersoid. The currently preferred way to accomplish such introduction is to first surround the dispersoid particles with a metal capable of reducing the oxide with hydrogen. Metals that can be used in this manner are copper and iron, and the coated particles are referred to in this disclosure as ``iron or copper master mixes.''

鉄あるいは銅の高融点酸化物マスターミツクス
を形成するのに用いることができる手順の一つ
は、鉄または銅を金属酸化物あるいは水酸化物と
して、分散質金属酸化物(高融点充填材)粒子の
まわりに共沈させることである。このマスターミ
ツクスは、分散質の個々の粒子を効果的に取り囲
み、また機械的に取り込んで、粒子を互いに分離
した状態に保つのに十分な量の担体金属(鉄ない
しは銅)を含む。担体金属の量が過剰になること
は、許容は出来るが、望ましいことではない。い
ずれにしても、マスターミツクスとともに溶融物
に導入されるこれら金属の最小有効量および偶発
的な過剰量は、本開示では『キヤリア量』と呼
ぶ。
One procedure that can be used to form a refractory oxide master mix of iron or copper is to form the iron or copper as the metal oxide or hydroxide with a dispersed metal oxide (refractory filler). Co-precipitation around the particles. The master mix contains a sufficient amount of carrier metal (iron or copper) to effectively surround and mechanically entrain the individual particles of the dispersoid to keep them separate from each other. Excessive amounts of support metal, while acceptable, are not desirable. In any case, the minimum effective amounts and any incidental excess amounts of these metals introduced into the melt with the master mix are referred to in this disclosure as "carrier amounts."

本発明の分散硬化組成物の調製に有用なマスタ
ーミツクスは、通常は最大約20容積パーセントま
での強化用酸化物すなわち分散質を含むが、約5
容積パーセントから約20容積パーセントが実用的
な範囲であると考えられ、約5容積パーセントか
ら約10容積パーセントが現在では最も望ましい。
Master mixes useful in preparing the dispersion-curing compositions of the present invention typically contain up to about 20 volume percent reinforcing oxide or dispersoid, but about 5
Volume percent to about 20 volume percent is believed to be a practical range, with about 5 volume percent to about 10 volume percent currently most desirable.

アルミニウム溶融物にマスターミツクスが適切
に分散するには、いくつかの条件を満たす必要が
ある。(『アルミニウム溶融物』という用語は、本
明細書においては広い意味で使用されており、実
質的に純アルミニウムおよび有用なアルミニウム
合金、特に商業的に入手可能な鋳造用合金および
加工用合金を含む。)第1に、溶融アルミニウム
合金は、マスターミツクスの銅または鉄と直接接
触しなければならない。第2に、銅あるいは鉄へ
のアルミニウムの拡散が、溶融アルミニウム合金
中に銅あるいは鉄を溶解ないしは融解するのに必
要な程度まで起きねばならない。このように、溶
融物は、混合された金属が液体となつて拡散と混
合が起きるように、十分に高温でなければならな
い。適切な溶融物温度は当該する相図、例えば溶
融物中の銅およびアルミニウム合金(銅がマスタ
ーミツクスの金属である場合)の相図から決定す
ることが出来る。第3に、溶融アルミニウム合金
に含まれるマグネシウムまたはその他のぬらし金
属(場合によつてはアルミニウム自体)は、強化
用酸化物のコロイド粒子と反応して、それらの粒
子を親金属性にする(溶融アルミニウム合金によ
るぬれ)機会がなければならない。
For proper dispersion of master mixes in the aluminum melt, several conditions must be met. (The term "aluminum melt" is used herein in a broad sense and includes substantially pure aluminum and useful aluminum alloys, particularly commercially available casting and processing alloys. ) First, the molten aluminum alloy must be in direct contact with the copper or iron of the master mix. Second, diffusion of aluminum into the copper or iron must occur to the extent necessary to dissolve or melt the copper or iron into the molten aluminum alloy. Thus, the melt must be hot enough so that the mixed metals become liquid and diffusion and mixing occur. Appropriate melt temperatures can be determined from the relevant phase diagram, such as that of copper and aluminum alloys in the melt (if copper is the mastermix metal). Third, the magnesium or other wetting metal in the molten aluminum alloy (and in some cases the aluminum itself) reacts with the colloidal particles of reinforcing oxide, rendering them metallophilic (melting There must be an opportunity for wetting (wetting by aluminum alloys).

マスターミツクスは、最初にスラグまたはビレ
ツトに圧縮すること(一般に約30トン/平方イン
チの圧力で)によつて、溶融アルミニウム合金に
加えてもよい。このビレツトを炉に入れ、表面の
酸化銅あるいは酸化鉄を除去するのに効果的な温
度で、水素によつて処理し、軽度の焼結を行う。
軽度に焼結したビレツトは、窒素またはアルゴン
等の、酸素を含まない不活性零囲気中で溶融アル
ミニウム合金にビレツトを加えるまで、酸素を含
まない不活性(非酸化)零囲気中に保存する。
The master mix may be added to the molten aluminum alloy by first compacting it into a slug or billet (generally at a pressure of about 30 tons per square inch). The billet is placed in a furnace and treated with hydrogen at a temperature effective to remove surface copper or iron oxides, resulting in light sintering.
The lightly sintered billet is stored in an oxygen-free inert (non-oxidizing) atmosphere, such as nitrogen or argon, until the billet is added to the molten aluminum alloy in an oxygen-free inert atmosphere, such as nitrogen or argon.

ビレツトが表面酸化すると、溶融物中のアルミ
ニウムおよびその他の金属が、表面の酸化銅ある
いは酸化鉄と反応し、ビレツトの周囲にアルミナ
を生じ、それによつて溶融金属からビレツトを隔
離し、担体金属(銅あるいは鉄)の溶解および強
化用金属の溶融物中の分散を妨げるという望まし
くない傾向が生じる。
When a billet is surface oxidized, aluminum and other metals in the melt react with surface copper or iron oxides to form alumina around the billet, thereby isolating the billet from the molten metal and removing the support metal ( This has an undesirable tendency to impede the dissolution of the reinforcing metal (copper or iron) and the dispersion of the reinforcing metal in the melt.

本発明に必要な粒度、すなわち0.005ミクロン
から0.025ミクロンの強化用酸化物のコロイド状
粒子は、凝集および合体の問題のために、溶融物
への添加前と添加中は取扱いが非常に難しい。合
体が起こり、コロイド状粒子の粒度が約0.025ミ
クロンを上回ると、強度が失われる結果となる。
Colloidal particles of reinforcing oxide of the particle size required for this invention, ie 0.005 micron to 0.025 micron, are very difficult to handle before and during addition to the melt due to agglomeration and coalescence problems. Coalescence occurs and results in a loss of strength when the particle size of the colloidal particles exceeds about 0.025 microns.

強化用酸化物(分散質)のコロイド状粒子を、
凝集や合体を生じていない互いに分離した個々の
粒子として、溶融アルミニウム合金に確実に分散
させるために、粒子を実際に溶融物に導入する前
に、互いの粒子を物理的に分離させておく措置を
行う。これらの措置は、強化用酸化物の個々の粒
子を担体金属(例えば銅)粒子で取り囲み、さら
に担体金属粒子、あるいは化学的還元によつてそ
れから担体金属を得た担体金属酸化物の粒子を、
強化用酸化物の粒子を前者に分散する際に、合体
や凝集しないようにすることから成る。強化用酸
化物の粒子を物理的に互いに分離させておくこと
ができない場合には、溶融温度で粒子が互いに接
触した時に粒子が凝集してしまう。
Colloidal particles of reinforcing oxide (dispersoid),
A measure of physically separating the particles from each other before they are actually introduced into the melt to ensure that they are dispersed in the molten aluminum alloy as separate individual particles without agglomeration or coalescence. I do. These measures involve surrounding individual particles of reinforcing oxide with carrier metal (e.g. copper) particles, and then surrounding the carrier metal particles or particles of carrier metal oxide from which the carrier metal is obtained by chemical reduction.
This consists of ensuring that particles of the reinforcing oxide do not coalesce or agglomerate when dispersed in the former. If the reinforcing oxide particles cannot be kept physically separated from each other, they will agglomerate when they come into contact with each other at melting temperatures.

本発明の金属生成物に高温における強度を付与
し且つ延性を維持するには、コロイド状粒子の容
積百分率を、1容積パーセント未満に維持するこ
とが不可欠である。同時に、高強度を得るには、
粒子間間隔が0.2ミクロンを下回ることが不可欠
である。これら2つの条件を同時に達成するに
は、コロイド状粒子の粒度が0.025ミクロンを下
回る必要がある。粒度が大きいと、高温において
必要な硬化および強化の効果が得られない。この
ような効果は、望ましい目標として現在使用可能
な温度よりも高温で運転する航空機および宇宙航
空用機器あるいはピストンおよび自動車エンジン
にこの金属生成物を使用する場合に必要である。
To impart high temperature strength and maintain ductility to the metal products of this invention, it is essential to maintain the volume percentage of colloidal particles below 1 volume percent. At the same time, to obtain high strength,
It is essential that the interparticle spacing be less than 0.2 microns. To achieve these two conditions simultaneously, the particle size of the colloidal particles must be below 0.025 microns. Large particle sizes do not provide the necessary hardening and strengthening effects at high temperatures. Such an effect is necessary when using this metal product in aircraft and aerospace equipment or pistons and automobile engines operating at higher temperatures than currently available as a desirable goal.

(実施例) 下記の実施例は、本発明を実施するうえで現在
最善の方法とされるものを含んでいる。
EXAMPLES The following examples include the best current method of carrying out the invention.

実施例 1 室温の混合機内で、水358グラムに70%硝酸2.4
グラムを混合して、水溶性アルミナゾルを調製し
た。約15分を掛けて激しく撹拌しながらこの混合
物にアルミナ粉末(ニユーヨーク州のRemet
Corporationから入手)40グラムを加え、10重量
パーセントのアルミナを含有するゾルを得た。
Example 1 In a mixer at room temperature, 358 grams of water was mixed with 2.4 grams of 70% nitric acid.
A water-soluble alumina sol was prepared by mixing grams. Add alumina powder (Remet, New York) to this mixture with vigorous stirring for approximately 15 minutes.
40 grams (obtained from Alumina Corporation) to obtain a sol containing 10 weight percent alumina.

溶液は下記のように調製した。 Solutions were prepared as follows.

(1)206グラムのCu(NO32・2H2Oを蒸溜水に溶
解希釈し、溶液500mlを得た。(2)上記のアルミナ
ゾル20mlを蒸溜水で希釈し、500mlの溶液を得た。
(3)水酸化アンニモウム溶液を下記のように調製し
た。水酸化アンモニウムの濃度は、上記の硝酸銅
溶液の試料を、4.5規定水酸化アンモニウム
(NH4OH)溶液を用いて、PH5.7に滴定すること
により定めた。次に、水酸化アンモニウムの濃度
を、等容積の水酸化アンモニウム溶液と硝酸銅溶
液を混合した時にPHが5.7となるように調整した。
さらにこの硝酸アンモニウム溶液500mlを上記の
他の2つの溶液と共に用いた。3つの溶液を、混
合機内に入れた水100mlに容積測定によつて同じ
割合で加え、アルミナ分散粒子を含む水酸化銅の
沈澱物を生成させた。この沈澱物を濾過洗浄し
て、全ての水溶性塩を除去した。次に、このフイ
ルターケーキを175℃(347〓)のオーブンで乾燥
させた。これによつて、フイルターケーキは、青
色の水酸化銅から黒色の酸化銅形態に転換され
た。この酸化銅形態においては、アルミナ粒子は
酸化銅粒子に取り囲まれる。
(1) 206 grams of Cu(NO 3 ) 2.2H 2 O was dissolved and diluted in distilled water to obtain 500 ml of solution. (2) 20 ml of the above alumina sol was diluted with distilled water to obtain 500 ml of solution.
(3) Annimium hydroxide solution was prepared as follows. The concentration of ammonium hydroxide was determined by titrating a sample of the above copper nitrate solution to pH 5.7 using a 4.5N ammonium hydroxide (NH 4 OH) solution. Next, the concentration of ammonium hydroxide was adjusted so that the pH would be 5.7 when equal volumes of ammonium hydroxide solution and copper nitrate solution were mixed.
Additionally, 500 ml of this ammonium nitrate solution was used along with the other two solutions mentioned above. The three solutions were added volumetrically in equal proportions to 100 ml of water placed in a mixer to form a copper hydroxide precipitate containing alumina dispersed particles. The precipitate was filtered and washed to remove all water-soluble salts. This filter cake was then dried in an oven at 175°C (347°C). This converted the filter cake from blue copper hydroxide to black copper oxide form. In this copper oxide form, alumina particles are surrounded by copper oxide particles.

酸化銅を調製した後、この酸化銅を石英ボート
に入れ、管状炉に入れた。この管状炉内において
は、窒素と水素の混合物をこの酸化物の周りに通
し、これを金属銅に還元した。この還元温度を調
整して、早すぎる焼結が起きるのを防いだ。特
に、炉の温度を2時間にわたつて200℃(392〓)
に保ち、その後の2時間は400℃(752〓)まで上
げた。その結果得られた物質は、個々のアルミナ
粒子が銅粒子に取り囲まれた銅−アルミナ粉末で
あつた。
After preparing the copper oxide, the copper oxide was placed in a quartz boat and placed in a tube furnace. In this tube furnace, a mixture of nitrogen and hydrogen was passed around the oxide to reduce it to metallic copper. This reduction temperature was adjusted to prevent premature sintering from occurring. In particular, the temperature of the furnace was increased to 200℃ (392〓) for 2 hours.
The temperature was then raised to 400°C (752°C) for the next 2 hours. The resulting material was a copper-alumina powder in which individual alumina particles were surrounded by copper particles.

400℃(752〓)では、銅粒子の軽度の焼結が起
こる。本明細書で用いる『軽度の焼結』という用
語は、焼結を受けている物質(銅粒子)の表面積
が約1/10から1/50に減少することを意味する。
At 400℃ (752〓), slight sintering of the copper particles occurs. As used herein, the term "mild sintering" means that the surface area of the material (copper particles) undergoing sintering is reduced by about a factor of 10 to 150.

還元過程を終えた銅−アルミナ粉末は、その後
は酸素含有雰囲気に一度も暴露されなかつた。
After the reduction process, the copper-alumina powder was never exposed to an oxygen-containing atmosphere.

銅−アルミナ粉末を20tsi(トン/平方インチ)
で圧縮することにより、直径1インチ(2.5cm)、
厚み約3/16インチ(0.47cm)のビレツトを調製し
た。これらのビレツトは、水素で処理して、表面
酸化銅を全て還元した。処理温度は、ゆつくりと
600℃(1112〓)まで上げた。その後、ビレツト
は、溶融アルミニウム−マグネシウム合金に添加
するまで、酸素を全く含まない不活性雰囲気中に
保つた。溶融物の周囲には、酸素を全く含まない
アルゴン雰囲気を維持した。
20tsi (tons/square inch) of copper-alumina powder
By compressing with
A billet approximately 3/16 inch (0.47 cm) thick was prepared. These billets were treated with hydrogen to reduce any surface copper oxide. The processing temperature should be adjusted slowly.
The temperature was raised to 600℃ (1112〓). The billet was then kept in an inert atmosphere free of oxygen until it was added to the molten aluminum-magnesium alloy. An oxygen-free argon atmosphere was maintained around the melt.

600℃(1112〓)においては、ビレツト中の銅
粒子の軽度の焼結が起きる。ビレツトの少なくと
も外表面に軽度の焼結を生じさせて、ビレツトを
加えるアルミニウム合金の溶融バス中のビレツト
の溶解速度を低減することが望ましい。銅粒子の
表面積が1/100にもあるいはもつと小さくなるほ
ど、全体的な焼結は望ましくないので避ける必要
がある。銅粒子に取り囲まれたアルミナ粒子を最
大20容積%まで含む一般的な分散質においては、
例えば、温度が最高約700℃(1292〓)に達する
までは、軽度の焼結が起きる。全体的な焼結は、
例えば、900℃(1652〓)で起きる。全体的な焼
結を避けることができる最高温度は800℃(1472
〓)である。
At 600°C (1112°), slight sintering of the copper particles in the billet occurs. It is desirable to cause a slight sintering of at least the outer surface of the billet to reduce the rate of dissolution of the billet in the melt bath of the aluminum alloy to which it is added. As the surface area of the copper particles decreases by as much as 1/100, total sintering becomes undesirable and must be avoided. In a typical dispersoid containing up to 20% by volume of alumina particles surrounded by copper particles,
For example, slight sintering occurs until temperatures reach a maximum of about 700°C (1292°C). The overall sintering is
For example, it occurs at 900℃ (1652〓). The maximum temperature at which total sintering can be avoided is 800℃ (1472
〓).

上記の銅−アルミナビレツトを、下記のように
調製した溶融バスに加えた。99.7%アルミニウム
チツプ135グラムおよびマグネシウム9グラムを
黒鉛るつぼに入れ、不活性雰囲気(アルゴン)中
で900℃(1652〓)で溶融した。この溶融金属に、
前述の銅−アルミナビレツト6グラムを添加し
た。このビレツト内には、10容積%のアルミナ粒
子が分散しており、粒子の平均粒度は0.030ミク
ロンであつた。黒鉛棒およびアルゴンの吹き込み
を用いて溶融物を撹拌し、900℃(1652〓)に1
時間のあいだ保ち、それから鋳造した。その結
果、内部にアルミナ粒子が分散したAl−4Cu−
3Mg(4重量%銅、3重量%マグネシウム)合金
を得た。
The above copper-alumina billet was added to a melt bath prepared as follows. 135 grams of 99.7% aluminum chips and 9 grams of magnesium were placed in a graphite crucible and melted at 900° C. (1652°) in an inert atmosphere (argon). In this molten metal,
Six grams of the copper-alumina billet described above was added. Dispersed within the billet were 10% by volume of alumina particles with an average particle size of 0.030 microns. Stir the melt using a graphite rod and a blow of argon and heat to 900 °C (1652 °C) for 1
It was kept for an hour and then cast. As a result, Al−4Cu− with alumina particles dispersed inside.
A 3Mg (4% by weight copper, 3% by weight magnesium) alloy was obtained.

この合金の薄い切断片を温間圧延し、その後に
ジエツト電解研磨することによつて、この合金に
薄い箔を調製した。使用した電解質は、メタノー
ル750ml、グリセリン225mlおよび過塩素酸25mlで
あつた。研磨は、26V〜30Vの電圧を用いて25℃
(77〓)で行つた。穴のあいた3mmの円板を調製
し、エタノール中でただちに洗浄した。試験片
は、200kV電子顕微鏡JEM−200CXを用いて調
べた。ケベツクス(KEVEX)検出器およびアナ
ライザーを用いたエネルギーデイスパーシプスペ
クトロスコープ(Energy Dispersive
Spectroscope: EDS)を用いて、種々の微小
構成成分の定性化学分析をおこなつた。
Thin foils of this alloy were prepared by warm rolling thin sections of this alloy followed by jet electropolishing. The electrolytes used were 750 ml methanol, 225 ml glycerin and 25 ml perchloric acid. Polishing at 25℃ using a voltage of 26V to 30V
I went with (77〓). 3 mm disks with holes were prepared and immediately washed in ethanol. The specimen was examined using a 200kV electron microscope JEM-200CX. Energy Dispersive Spectroscope with KEVEX detector and analyzer
Qualitative chemical analyzes of various minute components were performed using a spectroscope (EDS).

この合金の顕微鏡組織は、アルミニウムマトリ
ツクス中の3つの明らかに異なる粒子から構成さ
れていた。第1の種類の粒子は、もつぱら結晶粒
界に見られ、非常に滑らかな球形であつた。
EDSで分析したところ、これらの粒子の成分は
主にシリカであることがわかつた。これらの粒子
は、酸化物不純物として存在するものと思われ
た。これらのシリカ粒子の粒度は約1ミクロンで
あつた。
The microstructure of this alloy was composed of three distinctly different grains in an aluminum matrix. The first type of particles were found mostly at grain boundaries and had a very smooth spherical shape.
EDS analysis revealed that these particles were mainly composed of silica. These particles appeared to exist as oxide impurities. The particle size of these silica particles was about 1 micron.

第2の種類の粒子も約1ミクロンであり、同じ
く主に結晶粒界に見られた。これらの粒子の化学
分析によつて、これらの粒子は主に大量の銅と少
量のマグネシウムを有するアルミニウムであるこ
とがわかつた。これらの粒子は、ビレツトの不完
全な溶解の結果生じたθ沈澱物であると考えられ
る。検査したところ、これらの粒子は粒子中に分
散したアルミナ粒子を含有することがわかつた。
The second type of particles was also about 1 micron and was also found primarily at grain boundaries. Chemical analysis of these particles showed that they were primarily aluminum with large amounts of copper and small amounts of magnesium. These particles are believed to be theta precipitates resulting from incomplete dissolution of the billet. Upon examination, these particles were found to contain alumina particles dispersed within the particles.

第3の種類の粒子はアルミナであり、直径は
0.03ミクロン程度であつた。さらに、これらのア
ルミナ粒子は合金マトリツクス中に均等に分散し
ていることが分かつた。アルミナ粒子の容積は、
使用した成分から計算したところ、0.1容積%で
あつた。したがつて、上述した関係から計算した
粒子間隔は約0.2ミクロンであつた。
The third type of particle is alumina, which has a diameter of
It was about 0.03 microns. Furthermore, these alumina particles were found to be evenly dispersed within the alloy matrix. The volume of alumina particles is
When calculated from the ingredients used, it was 0.1% by volume. Therefore, the particle spacing calculated from the above relationship was approximately 0.2 microns.

鋳造組成物の顕微鏡組織は、その外観がSAP
と類似しており、その鋳造品あるいは溶接部品
は、SAPの物理特性と類似した特性を有するも
のと予測されることを示唆している。
The microstructure of the casting composition shows that its appearance is SAP
, suggesting that the cast or welded part is expected to have physical properties similar to those of SAP.

実施例 2 銅−ジルコニアの共沈物を下記のように調製し
た。銅100グラムを、濃硝酸300mlおよび水100ml
に溶解した。得られた硝酸銅溶液の最終容積を、
水を加えて500mlに調整した。酸化シルコニウム
(ジルコニア)の分離粒子を含有するコロイド状
アクアゾルは、ジヨンソンマテイ(Johnson
Matthey)から購入した。このジルコニア粒子の
平均粒度は0.005ミクロンであつた。ジルコニア
12.34グラムに相応するこのジルコニアゾルの容
積に、蒸留水を加えて500ミリリツトルとした。
100mlを上回る水を入れた容器に、非常に激しく
撹拌しながら同じ量の硝酸銅溶液とジルコニアゾ
ルを計量して同時に注入した。これと同時に、充
分なアンモニアガスを加えてPHを5.5±0.1に維持
した。これらの溶液の添加は、1時間にわたつて
行われた。沈澱が終了した後に、沈澱物を濾過
し、蒸留水で洗浄し、さらに290℃(554〓)で乾
燥させた。
Example 2 A copper-zirconia coprecipitate was prepared as follows. 100 grams of copper, 300 ml of concentrated nitric acid and 100 ml of water
dissolved in The final volume of the resulting copper nitrate solution is
The volume was adjusted to 500ml by adding water. Colloidal aquasols containing isolated particles of silconium oxide (zirconia) have been developed by Johnson
Purchased from Matthey. The average particle size of the zirconia particles was 0.005 micron. zirconia
The volume of this zirconia sol corresponding to 12.34 grams was made up to 500 milliliters by adding distilled water.
Equal amounts of copper nitrate solution and zirconia sol were measured and poured simultaneously into a container containing more than 100 ml of water with very vigorous stirring. At the same time, enough ammonia gas was added to maintain the pH at 5.5±0.1. Addition of these solutions was carried out over a period of 1 hour. After the precipitation was completed, the precipitate was filtered, washed with distilled water, and further dried at 290°C (554°C).

得られた分散ジルコニアを含む黒色の酸化銅
を、100メツシユの粉末に粉砕し、還元反応によ
つて水が放出されなくなるまで、300℃(572〓)
の水素中で還元を行い、それから温度を700℃
(1292〓)にして1時間保持した。この過程から
得た生成物は、全体に分散した個々のジルコニア
粒子を取り囲んだ粉末状の軽度焼結銅粒子であつ
た。
The resulting black copper oxide containing dispersed zirconia was ground into a powder of 100 meshes and heated at 300°C (572°C) until no water was released by the reduction reaction.
The reduction is carried out in hydrogen of
(1292〓) and held for 1 hour. The product from this process was powdered, lightly sintered copper particles surrounding individual zirconia particles dispersed throughout.

銅−ジルコニア粉末は、酸素が存在しない雰囲
気中で瓶に詰め、不活性雰囲気を入れたグローブ
ボツクスに移した。グローブボツクス内の気体の
酸素含有量は0.05重量%未満であつた。この粉末
を圧縮機に送り、前述の不活性雰囲気中で32ト
ン/平方インチの圧力でスラグに圧縮した。スラ
グ中の酸化銅の形態をとつた酸素の含有量は、銅
重量の0.01%を下回つた。
The copper-zirconia powder was bottled in an oxygen-free atmosphere and transferred to a glove box containing an inert atmosphere. The oxygen content of the gas within the glovebox was less than 0.05% by weight. The powder was sent to a compactor and compacted into a slag at a pressure of 32 tons/in² in the inert atmosphere described above. The content of oxygen in the form of copper oxide in the slag was less than 0.01% of the weight of copper.

純アルミニウム削りくず91グラムおよびマグネ
シウム4グラムを、グローブボツクスの不活性雰
囲気中で溶融容器に加えた。これらの金属を溶融
し、温度を900℃(1652〓)に上げた。全量4.9グ
ラムの銅を含有する銅−アルミナスラグを、前述
の不活性雰囲気中の溶融物に加え、この溶融物を
温度900℃(1652〓)に1時間半のあいだ保持し
た。その後、この溶融物は鋼製鋳型に鋳込み、鋳
物を押し出し加工により成形した。この鋳物は直
径1インチ、長さ5インチ(2.5cm×12.5cm)の
円筒であり、この押し出し成形品は直径0.25イン
チ(0.625cm)の棒であつた。
Ninety-one grams of pure aluminum shavings and four grams of magnesium were added to the melting vessel in the inert atmosphere of a glove box. These metals were melted and the temperature raised to 900°C (1652°). A copper-alumina slag containing a total of 4.9 grams of copper was added to the previously described melt in an inert atmosphere, and the melt was maintained at a temperature of 900 DEG C. (1652 DEG) for one and a half hours. Thereafter, this melt was poured into a steel mold, and the casting was formed by extrusion. The casting was a cylinder 1 inch in diameter and 5 inches long (2.5 cm x 12.5 cm), and the extrusion was a rod 0.25 inch (0.625 cm) in diameter.

鋳込みおよび押し出しを行つた生成物のビツカ
ース微小硬さは150dphであり、ジルコニアを除
いては組成が同じ対照生成物の値は65であつた。
鋳込み時の結晶粒度は76ミクロンであつたが、対
照生成物の結晶粒度は25ミクロンであり、T6状
態に転換した後の結晶粒度は21ミクロンであり、
対照生成物は45ミクロンであつた。T6とは、約
500℃(932〓)における溶液の熱処理し、水中で
の焼入れ、および約177℃(350〓)での約9時間
から11時間の時効から成る熱処理を意味する。
T6処理の後に、対照と較べた場合の本発明の生
成物のより細かな結晶粒度は、分散した強化酸化
物によつて結晶粒成長が遅延したことを反映す
る。より細かな結晶粒度は、より高い強度を生成
物に付与するので望ましい。
The cast and extruded product had a Vickers microhardness of 150 dph, while the control product, which had the same composition except for the zirconia, had a value of 65.
The grain size as cast was 76 microns, while the grain size of the control product was 25 microns, and after conversion to the T6 state the grain size was 21 microns.
The control product was 45 microns. T6 is approx.
Means a heat treatment consisting of solution heat treatment at 500°C (932°), quenching in water, and aging at about 177°C (350°) for about 9 to 11 hours.
After T6 treatment, the finer grain size of the products of the invention compared to the control reflects the retardation of grain growth by the dispersed reinforcing oxides. Finer grain size is desirable as it imparts higher strength to the product.

実施例 3 この実施例は、10重量パーセントの銅をアルミ
ニウム−1%マグネシウムの溶融物に加えた点を
除いて、実施例2に類似している(同じ銅−ジル
コニア粉末を用いた)。生成物は、鋳込みおよび
押し出し加工を行い、600〓(316℃)における引
張強さを測定したところ、ジルコニアを含まない
対照生成物の引張強さの2倍であるとがわかつ
た。
Example 3 This example is similar to Example 2 (the same copper-zirconia powder was used), except that 10 weight percent copper was added to the aluminum-1% magnesium melt. The product was cast and extruded and its tensile strength at 600° (316°C) was determined to be twice that of a control product without zirconia.

実施例 4 この実施例は、平均粒度が0.005ミクロンのア
ルミナを分散質として用いる以外は、実施例2と
類似している。鋳込んだ2024アルミニウム合金の
結晶粒度は、分散質を含まない同じ合金(対照)
の約半分であり、600〓(316℃)で100時間のあ
いだこの鋳物を時効した後の結晶粒度の相対的な
差異は増大した。対照と比較して、引張強さは
600〓(316℃)で2倍となり、この性能の改善
は、600〓(316℃)で100時間にわたり時効を行
つた後も持続した。
Example 4 This example is similar to Example 2 except that alumina with an average particle size of 0.005 microns is used as the dispersoid. The grain size of the cast 2024 aluminum alloy is that of the same alloy without dispersoids (control).
The relative difference in grain size increased after aging this casting for 100 hours at 600°C (316°C). Compared to the control, the tensile strength is
It doubled at 600° (316°C), and this improvement in performance persisted even after aging at 600° (316°C) for 100 hours.

先に述べたように、本発明の重要な特徴は、強
化用酸化物の平均粒度にある。強化用酸化物の容
積を一定とした場合、粒度のいかなる増大(凝結
あるいは凝集による)も、粒子間隔の増大ならび
に強度の低下をもたらす。望ましい粒度(最大
0.025ミクロン)の強化用酸化物をはじめから提
供することは可能であるが、最終的な金属生成物
が生産される前に強化用酸化物粒子が受ける様々
な処理プロセスにおいて、強化用酸化物の凝集あ
るいは凝結を避けるよう注意を払う必要がある。
As previously mentioned, an important feature of the present invention is the average particle size of the reinforcing oxide. For a constant volume of reinforcing oxide, any increase in particle size (by coagulation or agglomeration) results in an increase in particle spacing and a decrease in strength. Desired particle size (max.
Although it is possible to provide a reinforcing oxide from the beginning (0.025 microns), the reinforcing oxide is Care should be taken to avoid agglomeration or agglomeration.

強化用酸化物の凝集は、それら粒子を互いに分
離した状態に保つことによつて回避することが可
能であり、これは、種々のプロセス過程におい
て、強化用酸化物の個々の粒子をその他の粒子で
取り囲むことによつて達成することができる。こ
れらのその他の粒子とは、第二の酸化物(例えば
酸化銅あるいは酸化鉄)の粒子、または第二の酸
化物から化学的に還元された金属の粒子である
が、プロセスの過程によつて異なる。さらに、周
りを取り巻く粒子の凝集あるいは凝結が起きない
ように注意する必要がある。なぜなら、これが起
きると、強化用酸化物の粒子は、その他の粒子
(すなわち第二の酸化物あるいは金属粒子)によ
つて取り囲まれたり、機械的に取り込まれたりす
ることのない隅のほうに押しやられてしまう。こ
のようになると、強化用酸化物粒子の凝集は容易
に避けることが出来ない。
Agglomeration of the reinforcing oxide can be avoided by keeping the particles separate from each other, which allows individual particles of reinforcing oxide to be mixed with other particles during various process steps. This can be achieved by surrounding it with These other particles are particles of a second oxide (e.g. copper oxide or iron oxide) or particles of a metal that has been chemically reduced from the second oxide, but which may be reduced during the process. different. Furthermore, care must be taken to avoid agglomeration or agglomeration of the surrounding particles. This is because when this happens, the reinforcing oxide particles are pushed toward the corners where they are not surrounded or mechanically entrained by other particles (i.e., secondary oxide or metal particles). I'll get hit. In this case, agglomeration of the reinforcing oxide particles cannot be easily avoided.

隣接する粒子の凝集は熱応力によつて促進され
る。最初は、隣接する粒子(すなわちゲル状構
造)のあいだには孔あるいは空隙があるが、熱応
力の影響で、粒子が空隙に入り、あるいは空隙を
埋めて、まず隣接する粒子間に頸部状の連結構造
を形成し、続いて孔あるいは空隙を次々と埋めて
ゆき、さらにこのような形で10個から50個の隣接
する粒子のグループが凝集してだんだん卵形の構
造物を形成する傾向がある。最終的には、多数の
小さな粒子が1個の球状粒子に合体する。
Agglomeration of adjacent particles is promoted by thermal stress. Initially, there are pores or voids between adjacent particles (i.e. gel-like structure), but under the influence of thermal stress, the particles enter or fill the voids, first forming necks between adjacent particles. the tendency for groups of 10 to 50 adjacent particles to agglomerate to form increasingly oval structures There is. Eventually, many small particles coalesce into one spherical particle.

前述した機構は、強化用酸化物粒子を取り巻く
酸化銅粒子にあてはまり、酸化銅粒子が合体する
と、強化用酸化物粒子はもはや以前ほどには酸化
銅粒子によつて取り囲まれることはなく、強化用
酸化物粒子の移動の余地が増え、強化用酸化物粒
子はさらに上記のような形で凝集することにな
る。10個から50個の粒子の凝集物が形成される
と、そして実質的に全ての強固用酸化物の粒子が
このような形で凝集すると、強化に用いることが
可能な粒子数は1/10から1/50まで低減し、粒子間
隔は10倍かあ50倍に増大する。
The mechanism described above applies to copper oxide particles surrounding reinforcing oxide particles; once the copper oxide particles have coalesced, the reinforcing oxide particles are no longer surrounded by the reinforcing copper oxide particles as before; There is more room for the oxide particles to move, and the reinforcing oxide particles will further aggregate in the manner described above. When agglomerates of 10 to 50 particles are formed, and virtually all the reinforcing oxide particles are agglomerated in this way, the number of particles available for reinforcement is reduced by a factor of 10. to 1/50, and the particle spacing increases by a factor of 10 or 50.

したがつて、強化用酸化物粒子が他の粒子(例
えば酸化銅あるいは銅)によつて取り囲まれた
り、または機械的に取り込まれる程度を低減させ
るような状態を避けることが望ましい。さらに、
強化用酸化物粒子が他の粒子によつて脇に押しや
られたり、強化用酸化物粒子が移動するのを許容
するような状態を低減することが望ましい。この
ように、強化用酸化物と前述のその他の粒子の混
合物の孔あるいは空隙の量を実行可能な限り低減
する必要がある。
Therefore, it is desirable to avoid conditions that reduce the extent to which reinforcing oxide particles become surrounded or mechanically entrained by other particles (eg, copper oxide or copper). moreover,
It is desirable to reduce conditions where reinforcing oxide particles are pushed aside by other particles or allow reinforcing oxide particles to migrate. Thus, it is necessary to reduce the amount of pores or voids in the mixture of reinforcing oxide and other particles mentioned above as much as practicable.

凝集は上記の種々のプロセス段階において起き
る可能性があるので、これらの各段階において凝
集が起きる機会を最小限に抑えるような措置を取
る必要がある。したがつて、例えば、酸化銅がコ
ロイド状アルミナと共沈するような共沈過程で
は、望ましくは濃縮溶液(例えば3モル硝酸銅溶
液)を使用し、これらの溶液を混合容器の激しく
撹拌されている部分に導入するべきである。濃縮
度の高い溶液は、孔および空隙が占める容積が少
ない緻密な共沈物を生成するので、凝集の機会、
特に共沈過程の乾燥時の凝集の機会が低減する。
緻密な共沈物とは、孔あるいは空隙が占める容積
が粒子が占める容積を下回るものである。
Since agglomeration can occur at the various process steps mentioned above, steps must be taken to minimize the chance of agglomeration occurring at each of these steps. Thus, for example, in a coprecipitation process where copper oxide is coprecipitated with colloidal alumina, concentrated solutions (e.g. 3 molar copper nitrate solutions) are preferably used and these solutions are placed in a vigorously stirred mixing vessel. It should be introduced where it is. Highly concentrated solutions produce dense coprecipitates with less volume occupied by pores and voids, reducing the chance of agglomeration,
In particular, the chance of agglomeration during drying during the coprecipitation process is reduced.
A dense coprecipitate is one in which the volume occupied by the pores or voids is less than the volume occupied by the particles.

酸化銅が銅に転換される還元過程では、界面エ
ネルギーによつて銅粒子の表面積が低減する(す
なわち焼結する)傾向があり、銅粒子の表面積が
低減するにつれて、強化用酸化物粒子が排除され
たり脇に押しやられたりする場合には、強化用酸
化物粒子がこのプロセス段階で凝集または合体す
る可能性がある。還元後の銅粒子の全体的な焼結
は、最終温度を800℃(1472〓)未満に抑えるこ
とによつて回避する必要がある。
During the reduction process in which copper oxide is converted to copper, interfacial energy tends to reduce the surface area of the copper particles (i.e., sinter them), and as the surface area of the copper particles is reduced, the reinforcing oxide particles are eliminated. The reinforcing oxide particles can agglomerate or coalesce during this process step if they are removed or pushed aside. Global sintering of the copper particles after reduction must be avoided by keeping the final temperature below 800°C (1472°C).

ビレツトを加えた後に、特に酸化銅または酸化
鉄が存在する場合には、溶融バス中で凝集が起き
る可能性がある。酸化銅あるいは酸化鉄は、例え
ばマグネシウム等のぬらし金属と反応して、酸上
マグネシウム(マグネシア)を形成する傾向があ
る。マグネシアは形成されるともに、例えば、ア
ルミナ等の強化用酸化物粒子をマグネシウムアル
ミン酸塩の形で集める傾向がある。このように多
くのアルミナ粒子が共に集められると、生成物中
のアルミナ粒子数が低減し、且つ粒子間隔が広が
り、その結果、高温における強度が低下する。し
たがつて、ビレツト中の酸化銅または酸化鉄の含
有量を制御し、酸化銅または酸化鉄として存在す
る酸素が、ビレツト中の銅または鉄の重量の0.05
%を下回ることが望ましく、またこの酸素が0.01
%を下回ることはさらに望ましいことである。
After adding the billet, agglomeration can occur in the melt bath, especially if copper or iron oxides are present. Copper or iron oxides tend to react with wet metals, such as magnesium, to form magnesium on acid (magnesia). As magnesia is formed, it tends to collect reinforcing oxide particles, such as alumina, in the form of magnesium aluminate. This collection of many alumina particles together reduces the number of alumina particles in the product and increases the particle spacing, resulting in reduced strength at high temperatures. Therefore, the content of copper oxide or iron oxide in the billet is controlled and the oxygen present as copper oxide or iron oxide accounts for 0.05 of the weight of copper or iron in the billet.
It is desirable that this oxygen is less than 0.01%.
% is even more desirable.

また銅−アルミナビレツトが急速に溶解しすぎ
る場合にも、溶融バス中で凝集が起きる可能性が
ある。銅−アルミナ粉末を圧縮し且つこの圧縮ビ
レツトを軽度に焼結するとによつてその表面積を
低減し、溶解速度を低減することが望ましい。こ
れに加えて、溶解速度は、溶融バスの温度を溶融
バス(すなわちアルミニウム合金)の融点を100
℃ないし150℃上回るレベルに制御することによ
つても低減することができる。
Agglomeration can also occur in the melt bath if the copper-alumina billet melts too quickly. It is desirable to compress the copper-alumina powder and lightly sinter the compressed billet to reduce its surface area and reduce its dissolution rate. In addition to this, the melting rate increases the temperature of the melting bath by increasing the melting point of the melting bath (i.e. aluminum alloy) by 100
It can also be reduced by controlling the temperature to a level above 150°C.

ビレツトが溶融バス中に完全に溶解した後は、
強化用酸化物の分散粒子は、オストワルト成長と
して知られる現象によつて成長する可能性があ
る。この理由から、溶融金属中での溶解度が低い
強化用酸化物を選択することが大切であり、溶解
度が低い場合には、強化用酸化物が溶融金属中で
成長する傾向はほとんど無い。オストワルト成長
によつて粒子が成長する場合には、これら粒子の
粒度は容易に0.025ミクロンを上回る可能性があ
り、効果的な高温強化機構が失われることにな
る。オストワルト成長を避けるには、強化用酸化
物の形成の自由エネルギーおよび融点が比較的に
高くなければならない。形成の自由エネルギーが
ジルコニアのものよりも低い酸化物は望ましくな
く、分散質は1500℃(2732〓)を上回る融点をも
つことが望ましい。
After the billet is completely dissolved in the melt bath,
Dispersed particles of reinforcing oxide may grow by a phenomenon known as Ostwald growth. For this reason, it is important to select a reinforcing oxide that has a low solubility in the molten metal; if the solubility is low, the reinforcing oxide has little tendency to grow in the molten metal. If the grains are grown by Ostwald growth, the grain size of these grains can easily exceed 0.025 microns and an effective high temperature strengthening mechanism will be lost. To avoid Ostwald growth, the free energy of formation and melting point of the reinforcing oxide must be relatively high. Oxides with free energies of formation lower than that of zirconia are undesirable, and it is desirable that the dispersoid have a melting point above 1500°C (2732°).

前述の詳細な説明は、本発明の理解を明確にす
るために示したものであり、当業者においては変
更が自明であろうから、説明に不必要な制限を見
出すべきではない。
The foregoing detailed description has been presented for the purpose of clarifying the understanding of the invention and no unnecessary limitations should be found thereon as modifications will become apparent to those skilled in the art.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 鋳造形態の金属生成物であつて、該鋳造生成
物が、 本質的にアルミニウムから成るマトリツクス
と、 前述のマトリツクス全体に分散した強化用酸化
物粒子とから成り、 前述の強化用酸化物が、酸化物中の酸素のグラ
ム原子当たり100キロカロリーを上回る形成の自
由エネルギーを有し、 前述の鋳造生成物がさらに、前述の強化用酸化
物のためのぬらし金属から成り、 前述のぬらし金属が、前述の強化用酸化物の形
成の自由エネルギーよりも大きな形成の自由エネ
ルギーを有する酸化物を形成する反応性があり、 前述の強化用酸化物粒子の平均粒度が、0.025
ミクロンを上回らず、 前述の強化用酸化物粒子が、前述の金属生成物
容積の1%を上回ることがなく、 前述の粒子間隔が、0.2ミクロンを下回り、 さらに前述の鋳造生成物が、溶接温度において
その物理的な特性を失うことなく溶接可能である
もの。 2 前述の粒子が、実質的に均一に前述のマトリ
ツクスに分散している特許請求の範囲第1項に記
載の生成物。 3 前述の粒子が、分離しており且つ実質的に等
軸性である特許請求の範囲第1項に記載の生成
物。 4 前述の粒子が、実質的に球形である特許請求
の範囲第1項に記載の生成物。 5 前述の強化用酸化物が、マグネシア、アルミ
ナ、ジルコニア、トリアおよび原子番号59〜71の
希土類金属酸化物から成るグループから選択され
る特許請求の範囲第1項に記載の生成物。 6 前述の強化用酸化物が、前述のマトリツクス
を溶融した時に安定なように、マトリツクスの融
点よりも十分に高い融点を有する特許請求の範囲
第1項に記載の生成物。 7 前述の強化用酸化物が、1500℃(2732〓)を
上回る融点を有する特許請求の範囲第1項に記載
の生成物。 8 前述の強化用酸化物の粒子が、前述の生成物
容積の少なくとも0.05%を占める特許請求の範囲
第1項に記載の生成物。 9 前述のぬらし金属が、実質的に前述の強化用
酸化物の全粒子をぬらすに足る量だけ存在する特
許請求の範囲第8項に記載の生成物。 10 前述の強化用酸化物粒子が、前述の生成物
容積の0.05〜0.5%を占める特許請求の範囲第1
項記載の生成物。 11 前述の強化用酸化物がアルミナであり、且
つ前述のぬらし金属がマグネシウムである特許請
求の範囲第1項記載の生成物。 12 前述のマグネシウムが、前述の生成物の
0.1〜4重量パーセントである特許請求の範囲第
11項に記載の生成物。 13 前述のマトリツクスが、アルミニウムをベ
ースとする合金から成る特許請求の範囲第1項に
記載の生成物。 14 前述のアルミニウムをベースとする合金が
銅を含む特許請求の範囲第13項に記載の生成
物。 15 前述の粒子間隔が、約0.05〜0.15ミクロン
の範囲の特許請求の範囲第1項に記載の生成物。 16 前述の平均粒度が、0.005〜0.015ミクロン
の範囲の特許請求の範囲第1項に記載の生成物。 17 本質的にアルミニウムから成るマトリツク
スと、マトリツクス全体に分散した強化用酸化物
の分離粒子とを有する金属生成物を製造する方法
であつて、該方法が、 予め定めた容積の前述の強化用酸化物を、平均
粒度が0.025ミクロンを上回らない分離粒子の形
状でもたらす過程と、 前述の強化用酸化物の分離粒子を、酸化銅およ
び酸化鉄から成るグループから選択した十分な量
の第2の酸化物粒子で取り囲み、強化用酸化物粒
子を互いに分離したばらばらの状態に保持し、前
述の第2の酸化物中に分散した実質的に最大20容
積%の前述の強化用酸化物粒子から成る第1の分
散質を形成する過程と、 前述の第1の分散質中の前述の第2の酸化物を
高温で水素と反応させ、第2の酸化物を金属に還
元する過程と、 第1の分散質からの未還元の第2の酸化物の酸
素含有量が、第2の酸化物から還元された前述の
金属の量の0.1重量%を下回るまで、前述の反応
過程を継続する過程と、 前述の反応過程の結果、前述の強化用酸化物の
分離粒子を取り囲む実質的に酸素が存在しない前
述の金属粒子中に分散した本質的に前述の強化用
酸化物の分離粒子から成る第2の分散質を成形す
る過程と、 前述の第2の分散質を圧縮して圧縮された形状
にする過程と、 主成分として本質的にアルミニウムから成り且
つ前述の強化用酸化物のためのぬらし金属を含む
溶融バスをもたらす過程と、 実質的に酸素が存在しない状態で前述の圧縮形
成物を前述の溶融バスに加え、前述の強化用酸化
物の分離粒子を、前述の溶融バスに実質的に均一
に分散する過程と、 前述の強化用酸化物粒子を取り囲む金属をゆつ
くりと前述の溶融バスに溶融する過程と、 前述の分散した強化用酸化物を含有する前述の
溶融バスを鋳造形態に流し込む過程と、から成る
もの。 18 前述の強化用酸化物が、前述の第1の分散
質の5〜20容積%を成す特許請求の範囲第17項
に記載の方法。 19 前述の反応過程において、前述の金属粒子
の全体的な焼結を避けることから成る特許請求の
範囲第17項に記載の方法。 20 前述の反応過程における温度を、約800℃
(1472〓)を上回らないように制限することから
成る特許請求の範囲第19項に記載の方法。 21 前述の添加過程の前に、前述の圧縮形成物
を酸素が存在しない雰囲気中で加熱し、圧縮形成
物の少なくとも表面の金属粒子の軽度の焼結を行
うことから成る特許請求の範囲第17項に記載の
方法。 22 前述の圧縮形成物の前述の軽度の焼結の際
に、温度を約700℃(1292〓)を上回らないよう
に制限することから成る特許請求の範囲第21項
に記載の方法。 23 前述の反応過程において前述の金属粒子が
凝集するのを防ぐこと、 および前述の圧縮形成物に表面酸化物が形成さ
れるのを防ぐことから成る特許請求の範囲第17
項に記載の方法。 24 前述の金属粒子が銅から成る特許請求の範
囲第23項に記載の方法。 25 前述の強化用酸化物が、前述の強化用酸化
物内の酸素の1グラム原子当たり100キロカロリ
ーを上回る形成の自由エネルギーを有する特許請
求の範囲第17項に記載の方法。 26 前述の強化用酸化物が、前述の溶融バス内
において安定であるように、前述の溶融バスの融
点よりも十分に高い融点を有する特許請求の範囲
第25項に記載の方法。 27 前述の強化用酸化物が1500℃(2732〓)を
上回る融点を有し、 さらに、前述の溶融バスの温度が、前述の強化
用酸化物の融点よりも低い特許請求の範囲第26
項に記載の方法。 28 前述の強化用酸化物が、マグネシア、アル
ミナ、ジルコニア、トリアおよび原子番号59〜71
の希土類金属酸化物から成るグループから選択さ
れる特許請求の範囲第26項に記載の方法。 29 前述の溶融バスが前述の強化用酸化物のた
めのぬらし金属を含み、 さらに、前述の方法が、前述の添加過程におい
て、前述の強化用酸化物の分離粒子を前述のぬら
し金属でぬらし、ばらばらの粒子として前述の強
化用酸化物の分散を促進することから成る特許請
求の範囲第17項に記載の方法。 30 前述の強化用酸化物がアルミナであり、 且つ前述のぬらし金属がマグネシウムである特
許請求の範囲第29項に記載の方法。 31 前述の取り囲みの過程が、溶液からの、(a)
前述の強化用酸化物、および(b)前述の第2の酸化
物あるいは化学的に還元して前述の第2の酸化物
を生成可能な化合物の共沈から成る特許請求の範
囲第17項に記載の方法。 32 前述の化学的に還元可能な化合物が水酸化
物であり、 且つ前述の取り囲みの過程が、前述の水酸化物
を加熱してそれを前述の第2の酸化物に転換する
ことから成る特許請求の範囲第31項に記載の方
法。 33 前述の強化用酸化物の粒子を取り囲む前述
の金属を、溶融バスの温度を前述の溶融バスの融
点より約150℃高いレベルを上回らないように制
限することによつて、前述の溶融バスにゆつくり
と溶解する特許請求の範囲第17項に記載の方
法。 34 前述の圧縮過程が、前述の実質的に酸素を
含まない金属が再酸化するのを防止するために、
酸素を含まない雰囲気中で実施される特許請求の
範囲第17項に記載の方法。 35 前述の添加過程が、酸素を含まない雰囲気
中で実施される特許請求の範囲第34項に記載の
方法。 36 前述の添加過程に先立ち、前述の圧縮形成
物が高温において還元雰囲気に暴露され、前述の
反応過程後に形成された可能性がある酸化物を全
て還元する特許請求の範囲第17項に記載の方
法。 37 前述の第1に述べた取り囲み過程と前述の
添加過程の間に、前述の第1および第2の分散質
および前述の圧縮形成物を、酸素を含まない雰囲
気中に保持する特許請求の範囲第17項に記載の
方法。
Claims: 1. A metal product in cast form, comprising a matrix consisting essentially of aluminum and reinforcing oxide particles dispersed throughout said matrix, the reinforcing oxide has a free energy of formation of greater than 100 kilocalories per gram atom of oxygen in the oxide, said cast product further comprising wet metal for said reinforcing oxide, and said casting product further comprising wet metal for said reinforcing oxide; the wet metal is reactive to form an oxide having a free energy of formation greater than the free energy of formation of the aforementioned reinforcing oxide, and the average particle size of the aforementioned reinforcing oxide particles is 0.025
microns, the said reinforcing oxide particles do not exceed 1% of the volume of said metal product, said particle spacing is less than 0.2 microns, and further said casting products have a welding temperature which can be welded without losing its physical properties. 2. The product of claim 1, wherein said particles are substantially uniformly dispersed in said matrix. 3. A product according to claim 1, wherein said particles are discrete and substantially equiaxed. 4. A product according to claim 1, wherein said particles are substantially spherical. 5. The product of claim 1, wherein said reinforcing oxide is selected from the group consisting of magnesia, alumina, zirconia, thoria and rare earth metal oxides with atomic numbers 59-71. 6. The product of claim 1, wherein said reinforcing oxide has a melting point sufficiently higher than the melting point of said matrix such that said reinforcing oxide is stable when melting said matrix. 7. A product according to claim 1, wherein said reinforcing oxide has a melting point above 1500°C (2732°C). 8. A product according to claim 1, wherein the particles of said reinforcing oxide account for at least 0.05% of the volume of said product. 9. The product of claim 8, wherein said wetting metal is present in an amount sufficient to wet substantially all particles of said reinforcing oxide. 10 Claim 1, wherein said reinforcing oxide particles account for 0.05 to 0.5% of said product volume.
Products described in Section. 11. The product of claim 1, wherein said reinforcing oxide is alumina and said wetting metal is magnesium. 12 The above-mentioned magnesium is added to the above-mentioned product.
12. A product according to claim 11, which is between 0.1 and 4 percent by weight. 13. The product of claim 1, wherein said matrix consists of an aluminum-based alloy. 14. The product of claim 13, wherein said aluminum-based alloy comprises copper. 15. The product of claim 1, wherein said particle spacing is in the range of about 0.05 to 0.15 microns. 16. The product of claim 1, wherein said average particle size ranges from 0.005 to 0.015 microns. 17. A method for producing a metal product having a matrix consisting essentially of aluminum and discrete particles of a reinforcing oxide dispersed throughout the matrix, the method comprising the steps of: a process in which the aforementioned separating particles of reinforcing oxide are injected with a sufficient amount of a second oxide selected from the group consisting of copper oxide and iron oxide. a second oxide comprising substantially up to 20% by volume of said reinforcing oxide particles dispersed in said second oxide, said reinforcing oxide particles being surrounded by said reinforcing oxide particles and keeping said reinforcing oxide particles separated from each other and in a loose state; a process of forming a first dispersoid; a process of reacting the second oxide in the first dispersoid with hydrogen at high temperature to reduce the second oxide to a metal; continuing said reaction process until the oxygen content of the unreduced second oxide from the dispersoid is less than 0.1% by weight of the amount of said metal reduced from the second oxide; As a result of the aforementioned reaction process, a second particle consisting essentially of isolated particles of the aforementioned reinforcing oxide dispersed in the aforementioned metal particles substantially free of oxygen surrounding the isolated particles of the aforementioned reinforcing oxide is formed. forming a dispersoid; compressing said second dispersoid into a compressed shape; adding said compacted formation to said melt bath in the substantial absence of oxygen, and dispersing separated particles of said reinforcing oxide substantially uniformly into said melt bath; slowly melting the metal surrounding said reinforcing oxide particles into said melting bath; and pouring said melting bath containing said dispersed reinforcing oxide into a cast form. process and something that consists of. 18. The method of claim 17, wherein said reinforcing oxide comprises 5 to 20% by volume of said first dispersoid. 19. A method according to claim 17, comprising avoiding total sintering of said metal particles in said reaction process. 20 The temperature in the above reaction process was set to about 800°C.
(1472〓). 21. Claim 17, which comprises, prior to the addition step, heating the compacted product in an oxygen-free atmosphere to effect a slight sintering of the metal particles at least on the surface of the compacted product. The method described in section. 22. The method of claim 21, comprising limiting the temperature during said mild sintering of said compacted formation to no more than about 700°C (1292°C). 23. Claim 17 consisting of preventing said metal particles from agglomerating during said reaction process and preventing surface oxides from forming on said compacted product.
The method described in section. 24. The method of claim 23, wherein said metal particles consist of copper. 25. The method of claim 17, wherein said reinforcing oxide has a free energy of formation of greater than 100 kilocalories per gram atom of oxygen in said reinforcing oxide. 26. The method of claim 25, wherein said reinforcing oxide has a melting point sufficiently higher than the melting point of said melt bath such that said reinforcing oxide is stable within said melt bath. 27. Claim 26, wherein said reinforcing oxide has a melting point above 1500°C (2732〓), and further, the temperature of said melting bath is lower than the melting point of said reinforcing oxide.
The method described in section. 28 The above-mentioned reinforcing oxides include magnesia, alumina, zirconia, thoria, and atomic numbers 59 to 71.
27. The method of claim 26, wherein the rare earth metal oxides are selected from the group consisting of rare earth metal oxides. 29. said melt bath comprises a wetting metal for said reinforcing oxide, and the said method further comprises, in said addition step, wetting separated particles of said reinforcing oxide with said wetting metal; 18. The method of claim 17, comprising promoting the dispersion of said reinforcing oxide as loose particles. 30. The method of claim 29, wherein said reinforcing oxide is alumina and said wetting metal is magnesium. 31 The above-mentioned enclosing process causes (a)
Claim 17 comprising a co-precipitation of said reinforcing oxide and (b) said second oxide or a compound capable of being chemically reduced to form said second oxide. Method described. 32. A patent in which said chemically reducible compound is a hydroxide and said enclosing step consists of heating said hydroxide to convert it into said second oxide. 32. The method of claim 31. 33 The aforementioned metal surrounding the aforementioned reinforcing oxide particles is added to the aforementioned melt bath by limiting the temperature of the melt bath to no more than about 150° C. above the melting point of the aforementioned melt bath. 18. The method according to claim 17, which dissolves slowly. 34. In order to prevent said compression process from re-oxidizing said substantially oxygen-free metal,
18. The method of claim 17, which is carried out in an oxygen-free atmosphere. 35. The method of claim 34, wherein said addition step is carried out in an oxygen-free atmosphere. 36. Prior to said addition step, said compaction is exposed to a reducing atmosphere at an elevated temperature to reduce any oxides that may have been formed after said reaction step. Method. 37 Claims wherein the first and second dispersoids and the compacted product are maintained in an oxygen-free atmosphere between the first-mentioned surrounding step and the addition step. The method according to paragraph 17.
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