JPH07121408B2 - 異種金属を被覆した金属押出材の製造方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、管、棒、板等の金属押出材の表面に、異種
金属を層状に被覆した異種金属被覆押出材の製造方法、
およびこれに用いる製造装置に関する。

従来の技術 金属押出材は、その各種用途との関係で表面に異種金属
を薄く被覆せしめた所謂クラッド材として実用に供され
る場合が多くある。たとえば、Al押出材の場合には、防
食とか他の部材とのろう付け接合の便宜性のために、そ
の外面に犠牲防食層としてのZn層が被覆され、あるいは
ろう材としてのAl−Si合金層が被覆されることがある。
またCu押出材の場合には、耐摩耗性、ハンダ付性の改
善、あるいは接触抵抗の低減等のためにその外面にNi、
Sn、Ag等が被覆され、Fe押出材の場合には防食のために
Zn、Al、Pbが被覆されることが多い。

従来、上記のような異種金属を被覆した押出材を製造す
る場合、通常の方法で予め押出成形された押出材に異種
金属を別途メッキ法、圧着法、イオンプレーティング
法、蒸着法等を採用して被覆する方法が採られている。

発明が解決しようとする問題点 ところが、金属押出材は、その押出直後から大気に触
れ、異種金属が被覆されるまでの過程で多かれ少なかれ
表面に酸化膜を生じ、あるいは汚染を生じるため、異種
金属の被覆前に上記酸化膜を取除き、表面を清浄化する
ための洗浄処理を行うことが不可欠である。特に例えば
Al押出材の場合には、押出しの直後において既に表面に
強固な酸化膜を生成するため、爾後異種金属を被覆する
ためには苛性洗浄等によつ当該酸化膜の除去処理を行う
ことが必須である。このような前処理工程を経て、しか
る後別途異種金属の被覆処理を行うものであるため、異
種金属被覆材の製造は実際上相当に多くの工程と労力を
要し、生産性に劣るものであった。

のみならず、如何に表面の清浄化処理を行っても、もと
よりそれは完全無欠な母材金属表面を呈出せしめるもの
となすことは不可能である。とりわけAl材の場合には、
その酸化膜は極めて安定で強固な皮膜として存在するた
め、その完全な除去は不可能である。このため、その表
面に異種金属を被覆しても、母材金属と被覆金属との間
に完全な状態での金属接合を生じさせることが困難であ
り、被覆金属の密着性に充分な満足度を得難く、クラッ
ド材の品質の安定を欠き易いという本質的な問題があっ
た。

この発明は、上記のような技術的背景の中で、金属押出
材の表面に、異種金属を被覆するのに最も簡便でしかも
強固な純粋の金属接合を生ぜしめうる方法と、それに直
接用いられる装置を提供しようとするものである。

即ち、この発明の目的は、異種金属を被覆した金属押出
材の製造において、工程の簡素化をはかり、生産性を向
上すること、及び被覆金属材の接合の密着性を向上し、
品質的に安定なものを得ることにある。

問題点を解決する為の手段 この発明は、上記の目的において、母材金属の押出し直
後に、その押出材を外気に触れる機会を与えることな
く、被覆しようとする異種の金属の溶湯の中に通して、
恰も浸漬法の如くして該異種金属を押出材表面に付着さ
せ、かつ該押出材の活性で清浄な表面に強固な金属接合
を生ぜしめるようにしたものである。

即ち、この発明の１つは、上記異種金属被覆押出材の製
造方法に関して、母材金属の押出し直後において、該押
出材を押出しダイスのサイジング孔の外側に貯溜された
異種金属の溶湯中に通過せしめて該異種金属を付着接合
一体化せしめることを特徴とするものである。

また、他のもう１つの発明は、上記製造方法に用いられ
る装置に関して、押出しダイスの外面に、ベアリング部
で規定されたサイジング孔を槽内面の一部に開口する異
種金属溶湯の貯溜槽が設けられ、上記サイジング孔から
押出されてくる押出材を上記貯溜槽内を通って外部に導
出せしめるものとなされていることを特徴とするもので
ある。

上記押出しに用いる母材金属としては、押出し加工が出
来るものであれば何でも良く、特に限定されるものでは
ない。一般的なものとしては、Al、Cu、Mg、Fe、Ti、お
よびそれらをベースとする合金のうちのいずれか１種が
用いられる。

上記母材金属押出材の表面に被覆される異種金属は、こ
れも押出材の用途、およびそれに求められる性質との関
係で任意に選ばれるものであり、特に限定されない。例
えば母材がAl押出材である場合、防食の目的でZnまたは
Zn−Al合金が、またろう付けの目的でAl−Si系ろう材
が、あるいはまた弾性率、耐摩耗性その他の機械的性質
の改善の目的でCu、Mg、Zn、Si等の強化元素を多量に含
む高濃度Al基合金とか、セラミックスやウィスカー等の
強化粒子ないし繊維を分散含有した分散強化型Al基複合
材が用いられる。また、押出材の母材金属がCuであるよ
うな場合の一般的な例としては前記したように耐摩耗
性、ハンダ付性、あるいは接触抵抗の低減等の目的で、
Ni、Sn、Ag等が用いられ、母材金属がMgである場合に
は、防食の目的でAlが用いられる。また、母材金属がFe
であるような場合には、同じく防食の目的でZn、Al、Pb
等が用いられ、更にまた母材金属がTiであるような場合
は、表面硬化させる目的でステンレス鋼等が用いられ
る。

押出材の母材金属とこれに被覆される金属との関係にお
いては、相互に異種の金属材料が用いられるべきことは
勿論であるが、最も好適かつ一般的には、母材金属に対
し被覆金属の方が融点の低いものが用いられる。何故な
ら、押出材が被覆金属の溶湯の中を通過する間に、押出
材の表面がその融点以上に加熱されると、表面部に溶解
を生じて正常な押出材の断面形状を保持し得ないおそれ
が予想されるからである。もっともこの事項は本発明の
本質的な限定をなすものではない。即ち押出材の押出し
速度が速く、被覆金属溶湯の中を通過する時間が極く短
い場合には、押出材に有害な変形を生じさせることな
く、上記被覆金属を付着させることも可能である。

異種金属の押出材表面への付着厚さ、即ち被覆金属層の
厚さは、種々の要素によって支配される。その最も支配
的な要素は、押出材が被覆金属溶湯の中を通過する時間
であり、この時間は押出し速度と、溶湯の貯溜深さとの
相対関係によって定められる。被覆金属層の厚さを厚く
したい場合には、押出速度を遅くするかあるいは被覆金
属溶湯の貯溜深さを大にして長い時間押出材を上記溶湯
に接触させるものとし、逆に薄い被覆金属層を欲する場
合には、上記時間を短いものとすれば良い。被覆金属層
の厚さを支配する要素は、ほかに押出温度、被覆金属の
溶湯温度、押出ダイス構造等であり、これらの製造条件
の選定によって上記厚さは任意に制御され得る。

この発明の製造方法の実施に用いる装置は、公知の押出
し機のダイス部分に改造を加えたものである。押出機自
体の形式は直接型のものでも間接型のものでも良い。押
出材をその押出直後の時間的なインタバルを置かない時
点で被覆金属溶湯の中に進入せしめることの必要性か
ら、該被覆金属溶湯の貯溜槽は押出しダイスの出口側に
該ダイスと密接な関係をもって配備されなければならな
い。即ち、貯溜槽の内面の一部に、押出ダイスにおける
ベアリング部で規定されたサイジング孔が開口したもの
とすることが必要である。従って、ダイスのリリーフ
部、バッカー内面等は上記貯溜槽壁の一部をなすものと
して構成される。

押出材の押出し方向は、上向き、横向きのいずれでも良
いが、異種金属の付着膜厚の制御の行い易さ、溶湯の保
持管理の行い易さなどの面で上向きに押出すものとする
のが有利である。即ち、押出ダイスを上向きに設けて、
そのサイジング孔を貯溜槽の内底面に開口せしめたもの
として押出材を押出しの直後に上記被覆金属溶湯の貯溜
槽内に進入させるものとするのが有利である。従って、
この場合、押出材は上向きに押出され、直後に被覆金属
溶湯中を通って更に上方に導出される。この上向き押出
しを実行するために、最も好都合なのは竪型押出機を用
いることである。しかしながら、横式押出機でもコンテ
ナの先端にメタルの流れ方向を変える１つの中継用のブ
ロックを設けてダイスとの間に介在させることによって
同様の上向き押出しを実行することが可能である。即
ち、コンテナの先端に、該コンテナと連通するＬ字状の
メタル通路を有する転向ブロックを固着し、このブロッ
クの上面に押出しダイスを上向きに取付けるものとして
も良い。

被覆金属の貯溜槽内にダイスのサイジング孔が開口され
る結果、この開口状態のまゝでは金属溶湯が該孔から流
出するので、金属押出材の押出し作業に先立って、コン
テナに母材金属ビレットを装填したのち予備押出操作を
行い、母材金属の一部がダイスのサイジング孔から僅か
に突出して該孔を塞いでから、いったんステムの前進を
停止して貯溜槽に被覆金属溶湯の注湯を行い、然るの
ち、本押出し操作を開始するものとするのが有利であ
る。

貯溜槽内に貯溜される被覆金属溶湯は、母材金属の押出
し過程を通じて、設計的に定められた温度範囲内に正し
く保持されなければならない。このために、槽壁には直
接的または間接的な加熱手段を具備せしめることが望ま
れる。更には必要に応じて昇温しすぎた溶湯の温度を下
げるために、水等の冷媒を通す冷却手段も同時に具備せ
しめることが推奨される。これらの温度調節のための手
段は、ダイスやコンテナに装備されている温度制御手段
と同様のものを用いることができる。

また、貯溜槽内の雰囲気は異種金属溶湯の酸化を防い
で、欠陥の無い金属被膜を形成せしめるために、不活性
ガスの吹き込み等により、非酸化性雰囲気に調整保持す
るものとなすことが望ましい。

この発明の実施による押出機の一例を示す第１図および
第２図において、該押出機は直接押出し方式の竪型のも
のであり、（１）は機枠、（２）はコンテナ、（３）は
ステム、（４）は押出ダイス、（５）はステム作動用の
油圧シリンダーを示し、ダイス（４）の上面には環状壁
（６）が設けられることによって被覆金属の溶湯のため
の貯溜槽（７）が形成されている。従って、該貯溜槽
（７）は、その内底面中央にダイス（４）のベアリング
部（10）に画定されたサイジング孔（11）が開口され、
かつ下部周壁がダイスのリリーフ部（12）によって構成
されると共に、上部周壁が上記環状壁（６）によって構
成されたものとなされている。

而して、上記装置により異種金属を被覆した押出材を製
造するに際しては、母材金属のビレット（13）を要すれ
ば予熱してコンテナ（２）に装填し、ステム（３）を押
し進めて母材金属の一部をダイス（４）のサイジング孔
（11）から僅かに突出せしめ、これによって該孔を塞い
だのちいったんステム（３）の前進を中止し、貯溜槽
（７）内に被覆金属の溶湯（９）を注いで所要深さに充
填する。然るのち再びステム（３）を前進させ常法に従
った本押出し操作を開始する。すると、ダイス（４）か
ら棒、管等の所定形状に押出された押出材（８）は、押
出直後にすぐさま被覆金属の溶湯中に押出され、それと
接触するため、押出し直後の未だ高い活性をもつ押出材
（８）の清浄な表面に被覆金属が付着し、金属接合を生
じてそれと強固に一体化される。この付着量は、押出速
度とか溶湯の貯溜深さ、溶湯温度、押出し温度、ダイス
温度等によって定まり、溶湯中から上方に導き出された
時点で第３図に示すように押出材（８）はその表面に所
定厚さに異種金属の被覆層（15）が形成されたものな
り、その後冷却されることによって異種金属被覆押出材
として製品化される。斯くして製造された製品は、押出
材（８）の母材金属と異種の金属からなる被覆層（15）
とが、金属の種類によっては一部に拡散層を介して固体
反応による完全なる接合界面（16）を形成したものとな
る。

第４図及び第５図は、横型の直接押出し機を用いる場合
の一例を示す。該横型の押出機の場合には、コンテナ
（２）の先端にメタルの流れ方向を横向きから上向きに
変える鋼製の転向ブロック（17）が固着される。該転向
ブロック（17）は一端がコンテナ（２）の先端に連通
し、他端が上面に開口したＬ字状のメタル通路（18）を
有し、その横向き通路部分が閉塞自在なエア抜き用細孔
（19）を通じて外気に連通自在なものとなされる。この
エア抜き用細孔（19）は、予備押出し操作時において、
通路（18）内に充満される母材金属との置換空気を排出
するためのものである。そして、上記転向ブロック（1
7）の上面に、上記メタル通路（18）に連通せしめる態
様で押出しダイス（４）が設けられる。この図示例にお
けるダイス（４）は中空押出型材、即ち管材の押出し用
のポートホール型のものであり、サイジング孔（11）内
に中子（20）を有する。そして、ダイス（４）の周りに
環状槽壁（21）が高く立設され、ダイス（４）の先端に
位置するバッカー（22）とともにダイス孔に連通する被
覆金属溶湯のための貯溜槽（７）を形成したものとなさ
れている。この貯溜槽（７）の内面には、好ましくはそ
れに溜められる被覆金属溶湯に対応した防食層が形成さ
れる。また槽壁（21）内には適宜ヒーター等の加熱手段
（23）が設けられる。

上記装置による場合、ステム（３）の前進によって押出
しのための母材金属はコンテナ（２）内から転向ブロッ
ク（17）内のメタル通路（18）内に満たされたのち、ダ
イス（４）のサイジング孔（11）から上向きに押出され
る。そして貯溜槽（７）内の被覆金属溶湯中を通って上
方に導き出され、所期する異種金属被覆押出材に製造さ
れる。

発明の効果 この発明によれば、母材金属の押出しに際し、その押出
し直後の未だ外気に全く触れる機会のない状態のもと
で、被覆すべき異種金属の溶湯中に押出材が進入し、そ
の外面に該被覆金属溶湯に接触される。従って、押出材
の表面が未だ高い活性をもち、しかも完全に清浄な状態
で異種金属が被覆されることとなり、固体反応による理
想的な金属接合が達成される。しかも溶湯中を押出材が
通過することで被覆金属がそれに自から付着するので、
均一な厚さをもった強固で安定した異種金属被覆層が形
成され、製品の品質を極めて優れたものとなしうる。

また、前記従来法による場合のように、押出材の表面に
形成される酸化膜の除去工程を省略しうることのほか、
押出し工程時に同時に押出材表面に異種金属の被覆を達
成しうるので、製造工程上の大幅な簡素化を達成でき、
生産性を向上して製品コストの低減をはかることができ
る。更には、押出し速度、押出し温度、被覆金属溶湯の
温度、及びその貯溜深さ等の調整により、被覆金属層の
厚さを自在に制御することができ、従来行われているメ
ッキ法、蒸着法等では製造が困難であったような厚い異
種金属被覆層を有する押出材をも極めて容易に製造する
ことができ、製品設計の自由性を増大しうる等の効果を
得ることができる。

実施例 実施例１ 押出しのための母材金属としてA1100合金を用いる一
方、これに被覆すべき異種金属材料として、95％Zn−５
％Al合金を用いた。

また、押出機には、100tonの第１図に示されるような竪
型直接押出機を用い、これに直径8mmの丸棒押出し用の
ダイス（４）を装備し、該ダイス上にダイス口をとり囲
むようにして高さ70mm、厚さ5mm、内径90mmの鋼製環状
槽壁（６）を設けてその内側に被覆金属のための溶湯貯
溜槽（７）を形成せしめたものとした。

そして、上記母材金属ビレットを予め500℃に加熱した
状態において500℃の保温状態とした押出機のコンテナ
中に装填したのち、先ず予備押出操作によって母材金属
の一部をダイス（４）から上方に僅かに突出する程度に
まで押出し、これによってサイジング孔（11）を閉塞状
態とした。次いですぐさま、上記貯溜槽（７）に被覆用
の異種金属の500℃の溶湯を注湯し、その湯面の高さを
サイジング孔（11）から略8cmの高さ位置に設定した。

続いて、上記ビレット温度、及び異種金属溶湯の温度を
上記温度に保持しながら、押出し速度10m/minの条件で
本押出し操作を行った。そして押出材が上記貯溜槽
（７）内を通過して、その湯面から出てきたのち、槽内
に影響が及ばない状態のもとで空冷（水冷）した。

然るところ、母材金属の1100合金からなる直径8mmの丸
棒の表面に、厚さ４〜5mmの均一なZn−Al合金被覆層が
強固に接合一体化した異種金属被覆押出材を得ることが
できた。また、この押出材の表面部のZn濃度を調べたと
ころ約60％であり、該押出材はそのままでも良好な防食
性能を保有するが、加熱処理によってZn被覆層を拡散せ
しめることによりさらに優れた防食性能を付与し得るも
のであることを確認し得た。

実施例２ 押出温度（ビレット温度、ダイス温度、コンテナ温度）
を400℃とし、かつ溶湯温度を420℃としたことのほかは
実施例１と同様の条件で押出しを行ったところ、押出材
の表面のZn−Al合金被覆層の厚さを、実施例１の場合４
〜５μｍであったのに対し、約10μｍのものとなし得
た。

実施例３ 母材金属としてCuを用いる一方、これに被覆する異種金
属材料としてAgを用いた。

そして、前記実施例１と同様の装置により、次の条件で
押出工程を実施した。

ビレット温度 ： 500℃ ダイス温度 ： 1,000℃ 押出速度 ： 10m/min 被覆金属溶湯の貯溜深さ :8cm しかるところ、厚さ1mmのCu板の表面にAg層が厚さ10μ
ｍの厚さにおいて均一に付着接合一体化した棒状のクラ
ッド材を得ることができた。このクラッド材は、電気接
触抵抗の小さいものとして、例えば接点、接触子材料の
用途に好適に使用しうるものである。

実施例４ 母材金属としてMgを用いる一方、これに被覆する異種金
属材料として、Alを用いた。

そして、前記実施例１と同様の押出装置により、次の条
件で押出しを行った。

ビレット温度 ： 450℃ ダイス温度 ： 700℃ 押 出 速度 ： 10m/min 被覆金属溶湯の貯溜深さ ： 8cm しかるところ、直径8mmのMg製パイプの表面にAl層が厚
さ10μｍのクラッドパイプ材を得ることができた。この
クラッドパイプ材は、軽量で耐食性に優れたものとし
て、例えばスキー・ストック、テニス・ラケット等のス
ポーツ用具に好適に使用しうるものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施態様を示すもので、第１図は竪型
直接押出機の一部を切欠いて示した概略正面図、第２図
はそのダイス口部の拡大断面図、第３図は異種金属被覆
押出材の金属界面部の状態を示す断面図、第４図は横型
直接押出機の要部の縦断面図、第５図は第４図Ｖ−Ｖ線
の断面図である。 （２）……コンテナ、（４）……押出しダイス、（７）
……貯溜槽、（８）……押出材、（９）……溶湯、（1
0）……ベアリング部、（11）……サイジング孔、（1
3）……ビレット、（15）……被覆層、（17）……転向
ブロック、（18）……メタル通路、（23）……加熱手
段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 昭一 大阪府堺市海山町６丁224番地 昭和アル ミニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−204169（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−48590（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母材金属の押出し直後において、該押出材
   を押出しダイスのサイジング孔の外側に貯溜された異種
   金属の溶湯中に通過せしめて該異種金属を付着接合一体
   化せしめることを特徴とする、異種金属を被覆した金属
   押出材の製造方法。
2. 【請求項２】母材金属はサイジング孔を上向きに備えた
   押出装置により上方に押出すものとなす特許請求の範囲
   第１項記載の異種金属を被覆した金属押出材の製造方
   法。
3. 【請求項３】母材金属は、被覆する異種金属より融点の
   高い金属が用いられる特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の異種金属を被覆した金属押出材の製造方法。
4. 【請求項４】母材金属は、Al、Cu、Mg、Fe、Tiおよびそ
   れらのベース合金のうちの１種からなる特許請求の範囲
   第１項ないし第３項のいずれか１に記載の異種金属を被
   覆した金属押出材の製造方法。
5. 【請求項５】予備押出操作により母材金属でダイスのサ
   イジング孔を塞いだのち、該サイジング孔の外側に設け
   られた被覆金属貯溜槽に異種金属の溶湯を注湯し、以降
   通常の本押出し操作を開始する特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれか１に記載の異種金属を被覆した金
   属押出材の製造方法。
6. 【請求項６】押出しダイスの外面に、ベアリング部で規
   定されたサイジング孔を槽内面の一部に開口する被覆金
   属溶湯の貯溜槽が設けられ、上記サイジング孔から押出
   されてくる押出材を上記貯溜槽内を通って外部に導出せ
   しめるものとなされていることを特徴とする、異種金属
   を被覆した金属押出材の製造装置。
7. 【請求項７】サイジング孔が異種金属溶湯貯溜槽の内底
   面に開口されている特許請求の範囲第２項記載の異種金
   属を被覆した金属押出材の製造装置。
8. 【請求項８】被覆すべき異種金属の貯溜槽の槽壁に加熱
   手段が具備されている特許請求の範囲第６項または第７
   項に記載の異種金属を被覆した金属押出材の製造装置。
9. 【請求項９】横型の直接押出機におけるコンテナの先端
   に、該コンテナに連通するＬ形通路を有する転向用ブロ
   ックが固着され、転向ブロックの上面に押出しダイスが
   上向きに設けられると共に、該ダイスの外面に、ベアリ
   ング部で規定されるサイジング孔を槽内底面に開口する
   異種金属溶湯の貯溜槽が設けられ、前記サイジング孔か
   ら押出されてくる押出材を上記貯溜槽内を通じて上方に
   導出せしめるものとなされていることを特徴とする、異
   種金属を被覆した金属押出材の製造装置。