JPH04158952A - 半凝固金属スラリーの保持方法 - 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） 本発明は懸濁した凝固金属粒子を均一に分散させるとと
もに粒子の凝集、粗大化を抑えながら半凝固金属スラリ
ーを容器中に保持する方法に関する。

一般に金属あるいは合金を固−液共存温度域で攪拌する
と、晶出する固相はデンドライトが分断されて、球状の
粒状晶となって溶湯中に懸濁し、半凝固金属スラリーと
なる。この半凝固スラリーは体積固相率で０．５〜０．
６までならば液体と同程度の流動性を保有している。こ
の特徴を利用して、半凝固金属スラリーを用いる成形加
工法が開発されつつあり、それというのは、 固体加工法にくらべて、小さな加工力で成形が可能であ
ること、 単一工程で製品に近い形状に成形できること、鋳造法に
くらべて、溶湯よりも体積収縮量が小さいために、凝固
時の収縮孔欠陥の少ない鋳物が得られること、 熱負荷が軽減するため金型の寿命が延長すること など、優れた特徴をあられし得るからである。

とは言え半凝固金属スラリー製造装置により製造してこ
れを成形加工機へ供給するために、保持あるいは移送す
る際には、固相率や流動性などスラリーの性状が変化し
てそのために半凝固金属加工法を適用できない場合があ
る。すなわち、半凝固金属スラリーの固相率は固液共存
域の保持温度により決定されるから、保持容器中の浴全
体が均一に、所定温度に保持されていなければならず、
また保持中に懸濁固相粒子の凝集、粗大化が起こるとス
ラリーの流動性が低下するので、これを抑え、懸濁固相
粒を浴中に均一に分散させる必要もある。

（従来の技術） これらの問題に対処するために、従来は保持容器中で、
攪拌翼による機械攪拌方式あるいは、電磁攪拌方式によ
る半凝固スラリーの攪拌が行われているのみである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これらの方法で、攪拌が弱いと浴中温度の不均
一、固相粒子の凝集粗大化による流動性の劣化および固
相と液相の分離が起こるため、非常に強い浴の攪拌が必
要となる。その結果、攪拌保持中に空気の巻き込みが避
けられずして、成形製品品質の劣化の原因となっている
。

この対策として、上記攪拌法に真空脱ガス法を併用する
ことも考えられるが、この方法は設備的に非常に大規模
なものとなり実用的ではない。

（課題を解決するための手段） 発明者らは、上記のような溶湯の攪拌ないしは真空脱ガ
ス法の適用に伴われる問題点を解決するために、種々の
検討を行ない、保持容器中に収容した半凝固金属スラリ
ーに超音波をイ」与することによって、懸濁固相粒子を
浴中に均一に分散させて流動性を維持するとともに、保
持中の空気巻込を完全に防止できることを見出したもの
である。

このような知見に基き本発明は、溶融金属中にその金属
の一部が凝固して懸濁している半凝固金属スラリーを、
その流動性を維持しながら、容器中で保持する方法にお
いて、溶融金属中に浸漬したホーンを通して超音波を付
与することによって溶湯中に懸濁している凝固金属粒子
を均一に分散させ、凝固金属粒子の凝集、粗大化を抑え
ることを特徴とする半凝固金属スラリーの保持方法を構
成の要部とし、この場合において、半凝固金属スラリー
が、凝固金属粒子に加えて、各種金属の酸化物、窒化物
、炭化物などの異種物質の微細粒子を懸濁させた複合ス
ラリーであることとしてもよい。

なお従来から超音波は通信的な応用の他に水溶液中の化
学反応の促進あるいは脱気、発泡なとには用いられ、さ
らに溶融金属に利用された例としては、綱の連続鋳造に
おいて鋳型と鋳塊表面の摩擦抵抗の低下に利用されてい
るにすぎない。

（作　用） 本発明によれば、半凝固金属製造装置から保持容器に受
湯した半凝固金属スラリーを所定の温度に保持しながら
浴中に浸漬したホーンを通して、超音波を付与すること
によって、懸濁している凝固金属粒子を均一に分散させ
、かつ凝集、粗大化を抑えて、流動性などのスラリーの
特性を劣化させることなく保持することができる。さら
に、本発明の方法は保持中の攪拌にともなう溶湯のマク
ロ的な流動がほとんどないので、機械攪拌あるいは電磁
攪拌方式の保持方法にみられる大気の巻込みは、全く発
生しない。むしろ超音波振動により浴中の固溶ガスの脱
ガスが期待できる。

このように懸濁した凝固金属粒子を均一に分散させる効
果は、懸濁物が凝固金属粒子のみに限られるわけではな
く、面相として異種物質の微粒子が懸濁している場合に
も全く同一の効果を持っている。

例えば金属基複合材料の製造のために、凝固金属粒子と
同程度の１００〜５００μｍの粒径の各種金属の酸化物
、窒化物、炭化物などを添加しても、添加物粒子が均一
に分散するとともに、半凝固金属粒子の凝集、粗大化は
認められない。

付与すべき超音波の大きさは、ホーンの振動振幅が１０
μｍ程度で充分である。また適用可能固相率は、体積固
相分率としてＯ〜０．６０であり、従来の機械攪拌法や
電磁攪拌方式と変らない。

なお異種物質微粒子を添加するときは、添加微粒子の量
は上記固相率に含めて、評価しなければならないのは、
いうまでもない。

（実施例） 第１図は本発明の実施に適した保持装置の例を示す。

保持容器８に半凝固金属スラリー７を入れ、所定の固相
率に保持するために加熱ヒータ６により一定温度に保持
する。

超音波は発振器１から振動子２、水冷ブースター４を経
由して、浴中に浸漬されたホーン３により半凝固金属ス
ラリー７へ付与される。

異種物質微粒子の添加のためには、保持容器８へ受湯す
る前に半凝固金属製造装置において添加してもよいが、
本発明の保持容器で添加しても全く同一の効果が得られ
る。

第１図に示した本発明に従う保持装置とし、内径１００
睡φ、高さ１５０鵬のアルミナ類の保持容器８に１０％
Ｃｕ−Ａｎ合金の半凝固金属スラリー７の１．５　ｋｇ
を受入れ、外径６０ｍｍφの鋼製ロッドにアルミナをコ
ートしたホーン３を浴中に１０ｍ深さまで浸漬し、固相
率０．４の相当温度で振動振幅１０μＩの超音波を付与
しながら、１５分間の保持を行なった。

保持の途中で、浴中から試料を採取して、懸濁固相の粒
径の変化を調査した。

第２図には浴中から採取した試料の顕微鏡組織の一例を
示しているが、白色の粒状部分が半凝固金属スラリー７
中で固相であった粒子である。

第３図は半凝固金属スラリーの受入れ後の保持時間と懸
濁固相の粒径の関係を「撹拌なし」と「超音波攪拌」及
び「機械攪拌」の各場合における条件について、異種物
質微粒子として１００μ−粒径のアルミナ粉を固相率０
．２相当分添加したものと、無添加のものについて示し
ている。

超音波攪拌を行ったとき、いずれも懸濁固相粒径の増大
はなく、機械攪拌と同様に懸濁固相粒の粗大化は完全に
防止されている。

また、複合添加アルミナの分散状態も均一で、空気の巻
込みも全く認められなかった。

このように半凝固金属スラリーに超音波を付与すること
によって、スラリーの性状を劣化させることなく、また
空気の巻込みを完全に抑えて長時間の保持が可能である
。

（発明の効果） 本発明によれば、半凝固金属スラリーを保持するさいに
、該スラリーの浴に浸漬したホーンを通して超音波を付
与るすことによって、凝固金属粒子の均一分散を図り、
かつ半凝固金属スラリーの固相率および流動性の保持が
可能である。

さらに、従来行なわれていた機械攪拌法、あるいは電磁
攪拌法において問題であった、攪拌保持中の空気巻込み
についても完全に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に適した保持装置を示す説明図、 第２図は半凝固金属スラリーの粒子構造を示す顕微鏡写
真、 第３図は攪拌の方法並びに複合添加剤を変化させた場合
における懸濁固相の粒径と保持時間の関係を示すグラフ
である。 １・・・超音波発振器　　２・・・振動子３・・・ホー
ン　　　　　４・・・水冷ブースター５・・・熱電対　
　　　　６・・・加熱ヒータ７・・・半凝固金属スラリ
ー ８・・・保持容器 第３図 保持時間（介）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融金属中にその金属の一部が凝固して懸濁してい
   る半凝固金属スラリーを、その流動性を維持しながら、
   容器中で保持する方法において、 溶融金属中に浸漬したホーンを通して超音波を付与する
   ことによって溶湯中に懸濁している凝固金属粒子を均一
   に分散させ、凝固金属粒子の凝集、粗大化を抑えること
   を特徴とする半凝固金属スラリーの保持方法。 ２、請求項第１項において、半凝固金属スラリーが、凝
   固金属粒子に加えて、各種金属の酸化物、窒化物、炭化
   物などの異種物質の微細粒子を懸濁させた複合スラリー
   である半凝固金属スラリーの保持方法。