JPH044382B2 - - Google Patents
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- JPH044382B2 JPH044382B2 JP62254344A JP25434487A JPH044382B2 JP H044382 B2 JPH044382 B2 JP H044382B2 JP 62254344 A JP62254344 A JP 62254344A JP 25434487 A JP25434487 A JP 25434487A JP H044382 B2 JPH044382 B2 JP H044382B2
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- JP
- Japan
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- rotor
- alloy
- hypereutectic
- molten metal
- composite material
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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、非金属粒子や短繊維の分散によつて
強化した過共晶Al−Si合金複合材料の製造方法
に関するものである。
強化した過共晶Al−Si合金複合材料の製造方法
に関するものである。
［従来の技術］
固液共存状態の合金材料に対して、回転翼によ
り機械的な回転撹拌を加えながら、非金属粒子や
短繊維などの強化材を添加し、均質な複合材料を
つくる鋳造法は、コンポキヤスト法として知られ
ている。また、急冷凝固法などで製造した微細結
晶粉末と非金属粉末を均質混合して焼結させる粉
末冶金法がある。
り機械的な回転撹拌を加えながら、非金属粒子や
短繊維などの強化材を添加し、均質な複合材料を
つくる鋳造法は、コンポキヤスト法として知られ
ている。また、急冷凝固法などで製造した微細結
晶粉末と非金属粉末を均質混合して焼結させる粉
末冶金法がある。
しかるに、上記コンポキヤスト法では回転翼の
回転速度が1000rpm以下に抑えられているので、
結晶粒の均質微細化と粒子の均一分散が十分行わ
れず、鋳造欠陥が生じ易いという問題がある。ま
た、還元性雰囲気や大気中で回転翼を回転させる
ので、不活性ガスや空気を巻き込みやすく、得ら
れた機械的性質はそれほど改善されない。
回転速度が1000rpm以下に抑えられているので、
結晶粒の均質微細化と粒子の均一分散が十分行わ
れず、鋳造欠陥が生じ易いという問題がある。ま
た、還元性雰囲気や大気中で回転翼を回転させる
ので、不活性ガスや空気を巻き込みやすく、得ら
れた機械的性質はそれほど改善されない。
一方、上記粉末冶金法では、均質で微細な結晶
粒をもつた緻密なミクロ組織を得ることができる
が、複雑な材料製造プロセスと大規模な設備が不
可欠であるため、必然的に材料製造費がコスト高
にならざるを得ない。
粒をもつた緻密なミクロ組織を得ることができる
が、複雑な材料製造プロセスと大規模な設備が不
可欠であるため、必然的に材料製造費がコスト高
にならざるを得ない。
［発明が解決しようとする問題点］
本発明の目的は、過共晶Al−Si合金複合材料
における鋳造欠陥の除去と材料特性の向上を図る
に当り、簡易な方法により晶出する初晶Si粒子を
微細化すると共に、マトリツクス合金と非金属粒
子や短繊維からなる強化材との比重差が大きい場
合でも全体を均質に混合できるようにし、それに
よつて、粉末冶金法に匹敵する均質微細なミクロ
組織と機械的性質をもつ耐摩耗性の優れた過共晶
Al−Si合金複合材料を低コストで製造可能にす
ることにある。
における鋳造欠陥の除去と材料特性の向上を図る
に当り、簡易な方法により晶出する初晶Si粒子を
微細化すると共に、マトリツクス合金と非金属粒
子や短繊維からなる強化材との比重差が大きい場
合でも全体を均質に混合できるようにし、それに
よつて、粉末冶金法に匹敵する均質微細なミクロ
組織と機械的性質をもつ耐摩耗性の優れた過共晶
Al−Si合金複合材料を低コストで製造可能にす
ることにある。
［問題点を解決するための手段、作用］
上記目的を達成するための本発明の合金複合材
料製造方法は、内部を真空に保持した冷却室にお
いて固液共存状態の過共晶Al−Si合金中に、黒
鉛などの非金属粒子や短繊維からなる強化材をア
ルミ箔でくるんで添加して、溶湯中に挿入した回
転子を低速回転させることにより上記強化材を分
散させ、凝固開始と同時に回転子を高速回転させ
て、粉砕した初晶Si結晶の間隙に強化材を均一に
分散させ、均質な粒子分散強化または繊維強化を
行つた合金複合材料を得ることを特徴とするもの
である。
料製造方法は、内部を真空に保持した冷却室にお
いて固液共存状態の過共晶Al−Si合金中に、黒
鉛などの非金属粒子や短繊維からなる強化材をア
ルミ箔でくるんで添加して、溶湯中に挿入した回
転子を低速回転させることにより上記強化材を分
散させ、凝固開始と同時に回転子を高速回転させ
て、粉砕した初晶Si結晶の間隙に強化材を均一に
分散させ、均質な粒子分散強化または繊維強化を
行つた合金複合材料を得ることを特徴とするもの
である。
本発明の方法についてさらに具体的に説明する
と、まず、マトリツクス合金としての過共晶Al
−Si合金は、真空容器内において加熱炉により溶
解し、この過共晶Al−Si合金に対して固液共存
状態において黒鉛などの非金属粒子や短繊維から
なる強化材を添加する。これらの強化材は、固液
共存状態にある過共晶Al−Si合金を回転撹拌す
る回転子に、アルミ箔にくるんだ状態で固定し
て、溶湯へ挿入するのが好ましく、これによつて
アルミ箔の溶融と同時にそれを溶湯中に押し込む
ことができ、回転子を溶湯への挿入後に直ちに低
速回転させることにより、Al−Si合金の溶湯内
に非金属粒子や短繊維を均一に分散させることが
できる。
と、まず、マトリツクス合金としての過共晶Al
−Si合金は、真空容器内において加熱炉により溶
解し、この過共晶Al−Si合金に対して固液共存
状態において黒鉛などの非金属粒子や短繊維から
なる強化材を添加する。これらの強化材は、固液
共存状態にある過共晶Al−Si合金を回転撹拌す
る回転子に、アルミ箔にくるんだ状態で固定し
て、溶湯へ挿入するのが好ましく、これによつて
アルミ箔の溶融と同時にそれを溶湯中に押し込む
ことができ、回転子を溶湯への挿入後に直ちに低
速回転させることにより、Al−Si合金の溶湯内
に非金属粒子や短繊維を均一に分散させることが
できる。
上記強化材としては、粒子分散強化型や繊維強
化型の合金複合材料を得るのに適した非金属材料
の粉末や短繊維、例えば、上記黒鉛以外に、炭化
チタンなどの炭化物、アルミナなどの酸化物、窒
化ケイ素などの窒化物等のいずれか、またはそれ
らの複数の混合物を用いることができ、マトリツ
クス合金に対するそれらの混合割合は、３〜8wt
％程度が適している。
化型の合金複合材料を得るのに適した非金属材料
の粉末や短繊維、例えば、上記黒鉛以外に、炭化
チタンなどの炭化物、アルミナなどの酸化物、窒
化ケイ素などの窒化物等のいずれか、またはそれ
らの複数の混合物を用いることができ、マトリツ
クス合金に対するそれらの混合割合は、３〜8wt
％程度が適している。
一般に、溶湯中への他の成分の添加は、その添
加成分を湯面上に注入するのが通例であるが、上
記過共晶Al−Si合金の溶湯内へ黒鉛等の非金属
粒子や短繊維を添加する場合には、そのぬれ性が
よくないため、溶湯と分離した状態になり易い。
しかるに、上述したように非金属粒子や短繊維を
アルミ箔にくるんだ状態で溶湯中に押し込むと、
それらの酸化も少なく、多少は溶湯と分離する傾
向があつても、直ちに回転子を回転させるので、
極めて能率的に粒子や短繊維を均一に分散させる
ことができる。
加成分を湯面上に注入するのが通例であるが、上
記過共晶Al−Si合金の溶湯内へ黒鉛等の非金属
粒子や短繊維を添加する場合には、そのぬれ性が
よくないため、溶湯と分離した状態になり易い。
しかるに、上述したように非金属粒子や短繊維を
アルミ箔にくるんだ状態で溶湯中に押し込むと、
それらの酸化も少なく、多少は溶湯と分離する傾
向があつても、直ちに回転子を回転させるので、
極めて能率的に粒子や短繊維を均一に分散させる
ことができる。
溶湯中においては、回転子を低速回転させなが
ら溶湯の冷却を継続するので、間もなく溶湯は凝
固を開始するが、この凝固開始と同時に回転子を
高速回転させ、生成した結晶の間隙に非金属粒子
や短繊維を均一に分散させる。その結果、均質な
粒子分散強化型や繊維強化型の合金複合材料を得
ることができる。
ら溶湯の冷却を継続するので、間もなく溶湯は凝
固を開始するが、この凝固開始と同時に回転子を
高速回転させ、生成した結晶の間隙に非金属粒子
や短繊維を均一に分散させる。その結果、均質な
粒子分散強化型や繊維強化型の合金複合材料を得
ることができる。
マトリツクス合金としての過共晶Al−Si合金
には、必要に応じて、その溶融に際し予め微量の
結晶粒微細化剤を添加しておくことができる。こ
の結晶粒微細化剤としては、例えば、ほぼ５：１
の重量比をもつTiとＢ、あるいは、Ta、Nb、
Zrなどがある。これらの結晶粒微細化剤は、マ
トリツクス合金の粒結晶を微細化して、TiC粒子
を均一に分散させ易い状態にするものである。
には、必要に応じて、その溶融に際し予め微量の
結晶粒微細化剤を添加しておくことができる。こ
の結晶粒微細化剤としては、例えば、ほぼ５：１
の重量比をもつTiとＢ、あるいは、Ta、Nb、
Zrなどがある。これらの結晶粒微細化剤は、マ
トリツクス合金の粒結晶を微細化して、TiC粒子
を均一に分散させ易い状態にするものである。
次に、図面を参照して本発明の過共晶Al−Si
合金複合材料を製造する装置例について説明す
る。
合金複合材料を製造する装置例について説明す
る。
第１図は、上記合金複合材料を製造する装置の
一例を示すもので、前面に開閉扉を持つチヤンバ
本体１は真空容器を構成し、その内部をエアシリ
ンダ３で開閉される耐熱性のシヤツタ２により上
下に区画して、下方の加熱室４内に抵抗加熱炉５
を配置すると共に、上方の冷却室６内に、冷却コ
イル８を持つ水冷外筒７及びその冷却外筒７内に
上方から垂下した第２図に示すような断面形状の
回転子９を配置し、この回転子９をトルクモータ
１０で回転駆動するようにしたものである。
一例を示すもので、前面に開閉扉を持つチヤンバ
本体１は真空容器を構成し、その内部をエアシリ
ンダ３で開閉される耐熱性のシヤツタ２により上
下に区画して、下方の加熱室４内に抵抗加熱炉５
を配置すると共に、上方の冷却室６内に、冷却コ
イル８を持つ水冷外筒７及びその冷却外筒７内に
上方から垂下した第２図に示すような断面形状の
回転子９を配置し、この回転子９をトルクモータ
１０で回転駆動するようにしたものである。
この装置においては、チヤンバ本体１内を図示
しない真空源に接続して、真空排気後、炉内の黒
鉛るつぼ１２中で供試合金を加熱溶解し、その溶
解後、炉上のシヤツタ２を開放して、チヤンバ本
体１の下面を貫通する支持棒１１を昇降可能にし
たるつぼ昇降機構で、上記黒鉛るつぼ１２を水冷
外筒７内まで上昇させることにより、るつぼ１２
内の溶湯中に回転子９を挿入し、冷却室６内にお
ける急速な冷却過程において、その回転子９の回
転により半溶融合金を撹拌させる。
しない真空源に接続して、真空排気後、炉内の黒
鉛るつぼ１２中で供試合金を加熱溶解し、その溶
解後、炉上のシヤツタ２を開放して、チヤンバ本
体１の下面を貫通する支持棒１１を昇降可能にし
たるつぼ昇降機構で、上記黒鉛るつぼ１２を水冷
外筒７内まで上昇させることにより、るつぼ１２
内の溶湯中に回転子９を挿入し、冷却室６内にお
ける急速な冷却過程において、その回転子９の回
転により半溶融合金を撹拌させる。
上記回転子９を回転させるトルクモータ１０
は、回転子９を10000rpm程度まで高速回転させ
得るものとし、その回転軸にトルク検出器及び回
転検出器を設けて、それらをデイジタル表示器に
接続している。
は、回転子９を10000rpm程度まで高速回転させ
得るものとし、その回転軸にトルク検出器及び回
転検出器を設けて、それらをデイジタル表示器に
接続している。
上記装置例に示す内径55mmの黒鉛るつぼ内にお
いて、８角形断面の回転子を用いる場合、その低
速回転は、500〜1000rpm程度で回転させる必要
があり、またそれに続く高速回転は2000〜
6000rpm程度にする必要がある。
いて、８角形断面の回転子を用いる場合、その低
速回転は、500〜1000rpm程度で回転させる必要
があり、またそれに続く高速回転は2000〜
6000rpm程度にする必要がある。
［実施例］
第１図及び第２図に示す構成の合金複合材料製
造装置を用い、真空溶解した過共晶Al−Si合金
中に水冷外筒内で回転子を挿入し、その際、回転
子によつてアルミ箔でくるんだ８％の黒鉛粒子を
合金中に押込み、回転子を1000rpmで低速回転さ
せ、その後、凝固開始から凝固終了直前まで、
3000rpmで高速回転撹拌凝固させ、Al−17％Si−
８％Ｃの合金複合材料を得た。
造装置を用い、真空溶解した過共晶Al−Si合金
中に水冷外筒内で回転子を挿入し、その際、回転
子によつてアルミ箔でくるんだ８％の黒鉛粒子を
合金中に押込み、回転子を1000rpmで低速回転さ
せ、その後、凝固開始から凝固終了直前まで、
3000rpmで高速回転撹拌凝固させ、Al−17％Si−
８％Ｃの合金複合材料を得た。
また、同様にして凝固開始から凝固終了直前ま
で、2100rpmで回転撹拌を続行し、Al−17％Si−
６％Ｃの合金複合材料を得た。
で、2100rpmで回転撹拌を続行し、Al−17％Si−
６％Ｃの合金複合材料を得た。
第３図及び第４図は、上述したところによつて
得られた合金複合材料中の黒鉛粒子のＸ線像を示
すもので、これらによれば、極めて均質で微細な
過共晶Al−Si合金が得られることがわかる。
得られた合金複合材料中の黒鉛粒子のＸ線像を示
すもので、これらによれば、極めて均質で微細な
過共晶Al−Si合金が得られることがわかる。
［発明の効果］
このように本発明の方法によれば、非金属粒子
や短繊維からなる強化材をアルミ箔にくるんで溶
湯中に押し込み、その状態で回転子を低速回転さ
せて強化材を分散させると共に、溶湯の凝固開始
と同時に回転子を高速回転させて破砕した初晶Si
結晶の間〓に強化材を分散させるようにしたの
で、溶湯に対するぬれ性が悪いために溶湯と分離
した状態になり易い強化材を、アルミ箔の溶融と
同時に溶湯中に確実に添加、分散させることがで
きるばかりでなく、生成した結晶の間〓に均一に
分散させることができ、しかも強化材の酸化を防
ぐこともでき、この結果、過共晶Al−Si合金複
合材料を、溶湯の均質混合及び高速回転撹拌鋳造
により、従来の粉末冶金法のように同合金を一旦
粉末化せずに、晶出する初晶Si粒子を均質微細化
して上記粉末冶金法に匹敵するミクロ組織と機械
的性質をもつ耐摩耗性材料を低コストで製造する
ことができる。
や短繊維からなる強化材をアルミ箔にくるんで溶
湯中に押し込み、その状態で回転子を低速回転さ
せて強化材を分散させると共に、溶湯の凝固開始
と同時に回転子を高速回転させて破砕した初晶Si
結晶の間〓に強化材を分散させるようにしたの
で、溶湯に対するぬれ性が悪いために溶湯と分離
した状態になり易い強化材を、アルミ箔の溶融と
同時に溶湯中に確実に添加、分散させることがで
きるばかりでなく、生成した結晶の間〓に均一に
分散させることができ、しかも強化材の酸化を防
ぐこともでき、この結果、過共晶Al−Si合金複
合材料を、溶湯の均質混合及び高速回転撹拌鋳造
により、従来の粉末冶金法のように同合金を一旦
粉末化せずに、晶出する初晶Si粒子を均質微細化
して上記粉末冶金法に匹敵するミクロ組織と機械
的性質をもつ耐摩耗性材料を低コストで製造する
ことができる。
また、従来のコンポキヤスト法に比して、回転
子の回転速度を数倍に上昇させるので、均質微細
化と粒子の均一分散が可能となり、しかも真空中
で行うので、異物の巻き込みも生じない。
子の回転速度を数倍に上昇させるので、均質微細
化と粒子の均一分散が可能となり、しかも真空中
で行うので、異物の巻き込みも生じない。
第１図は本発明に基づいて過共晶Al−Si合金
複合材料を製造する装置の断面図、第２図はその
要部断面図、第３図及び第４図は本発明によつて
得られたAl−17％Si−８％Ｃ及びAl−17％Si−
６％Ｃの合金複合材料についての金属組織を示す
図面代用写真である。 １……真空容器、６……冷却室、９……回転
子。
複合材料を製造する装置の断面図、第２図はその
要部断面図、第３図及び第４図は本発明によつて
得られたAl−17％Si−８％Ｃ及びAl−17％Si−
６％Ｃの合金複合材料についての金属組織を示す
図面代用写真である。 １……真空容器、６……冷却室、９……回転
子。
Claims (1)
- １ 内部を真空に保持した冷却室において固液共
存状態の過共晶Ａ−Si合金中に、黒鉛などの非金
属粒子や短繊維からなる強化材をアルミ箔でくる
んで押し込み、溶湯中に挿入した回転子を低速回
転させることにより上記強化材を分散させ、凝固
開始と同時に回転子を高速回転させて、破砕した
初晶Si結晶の間〓に強化材を均一に分散させ、均
質な粒子分散強化または繊維強化を行つた合金複
合材料を得ることを特徴とする過共晶Ａ−Si合金
複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25434487A JPH0196341A (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25434487A JPH0196341A (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0196341A JPH0196341A (ja) | 1989-04-14 |
| JPH044382B2 true JPH044382B2 (ja) | 1992-01-28 |
Family
ID=17263691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25434487A Granted JPH0196341A (ja) | 1987-10-08 | 1987-10-08 | 過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0196341A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5513688A (en) * | 1992-12-07 | 1996-05-07 | Rheo-Technology, Ltd. | Method for the production of dispersion strengthened metal matrix composites |
| JP5655953B2 (ja) * | 2011-10-11 | 2015-01-21 | 日本軽金属株式会社 | Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系化合物及び初晶Ｓｉを微細化させたアルミニウム合金の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5782441A (en) * | 1980-11-12 | 1982-05-22 | Manabu Kiuchi | Manufacture of grain reinforced composite material |
| JPS61119632A (ja) * | 1984-11-14 | 1986-06-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 高延性材料の製造方法 |
-
1987
- 1987-10-08 JP JP25434487A patent/JPH0196341A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0196341A (ja) | 1989-04-14 |
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