JPS58100643A - 分散強化複合アルミ合金の製造方法 - 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】 本発ｔＩＡｔｊ、Ａｔ♀０８Ｉなどの物質粒子をアルミ
合金中に分散させて合金強度を向上させ九分散強化複合
アルξ合金の製造方法に関するものである。

従来、硬度や強度の向上を目的としたアルミ合金の分散
強化複合合金の製造方法Ｋｔｒｉ６表向酸化法、ｓｉ結
法、半溶融攪拌法等がある。このうち１表面酸化法は１
表面Ｋ　ｋｔａｏｓの薄い酸化被膜を形成するものであ
り０表面硬度の向上ははかることができるが内部強度の
向上１ｆｔはかることはできない、硬度と内部強度の向
上を同時ＫＦＩかるＫｔｊ、アルミ合金粉末と添加粒子
を混合して特殊高温雰囲気中で焼結させる焼結法や。

半溶融状態のアルミ合金に分散粒子を混入攪拌した稜押
出加工等により複合合金化する半溶融攪拌法等があるが
、これらは何れもアルミ製品と（Ｋ＃造製品の加工、製
造工程と著しく異なる工程を必要とするため、工程が複
雑になるとと本に製品が高価になるという問題を有して
いた。

本発明は、上記問題を解消する友めに、工程が簡単でか
つ安価に分散粒子を均一に拡散させて、硬度や強［１向
上させ次分散強化複合アルミ合金を得ることを目的とす
る。

この目的ｆ４成するために８本発明の分散強化複合アル
ミ合金の製造方法においては、アルミ合金はまず粘性の
適度に低い浴湯状１１ｊＫなるまで加熱される。つぎに
溶融状態にされたアルζ合金溶湯中に１分散させようと
する物質、友とえばＡｚｓＯｓ　、ＺｒＯｓ　、ＳｔＯ
ｌ、　？溶湯中で大きな沈降ま几は浮上を生じない適当
な大きさと比重ｔ４つ友粒子が適当量投入され１機械的
に攪拌される。ついで１機械的に攪拌された溶湯に超音
波が所定時間照射され１分散させようとする粒子の均一
化が十分に促進される。均一分散化がはかられ友後速や
かに溶湯は冷却速度の早い鋳型内に注湯され１分散物質
粒子が大きく沈降ｔｔは浮上しない間に凝固され１分散
強化複合合金が得られる。

上記の方法ＶＣより製造される分散強化複合合金の強度
は１分散粒子の大きさ、混入量１分散の均一性によって
大きく影響を受ける。

分散強化機合金の＠度たとえば引張強さσＢは。

分散粒子の平均分散粒子間距離λの平方根に反比例する
といわれている。すなわち。

また分散合金の平均粒子間距離は一般に分散粒子半径ｒ
Ｋ比例し分散粒子体積比Ｓ（−の３乗したがって分散強
化複合合金の強度を高くするＫｔｆ、平均分散粒子間距
離λを小さくすること、Ｗいかえれば分散粒子半径ｒ′
ｆｔ小さくシ。

分散粒子体積比Ｓ　＜＠＊大きくすればよいことがわか
る。

また６分散粒子の添カロｉｌは分散強化合金の強度と密
接に関連している。添加量が少ないと強度向上効果が少
ないが、逆に添加量が多すぎると１分散粒子同志が凝集
して細粒子分数の効果が得られず、かっ溶湯上へ粒子が
密集浮上するので、良質な鋳物製品が得られない、その
添加量は溶湯の０．１慢〜１ｏ慢程度とするのがよい。

つぎに、分散物質粒子の分散の均一性についてであるが
、拡散ＫＦｉ機械機械的攪拌後前超音波照射る分散が行
なわれる。

分散強化複合合金の基地を形成するアルミ溶湯Ｏ爵湯温
ｆは、適度な溶湯活性を与えるため。

６８０＠Ｏ〜８００°Ｃ程度がよく、これ以下では照射
される超音波の溶湯内減衰が著しく溶湯全体への粒子分
散が得られず、またこれ以上てはアル建溶湯の粘度が低
くなりすぎて、以下に示すように分散粒子のアルミ溶湯
中での沈降または浮上速度が速くなりすぎる。

粒子の拡散後、良好な分散柱管維持したまま凝固する必
要があるが、そのためＫｔｆ、凝ｖＡまでの粒子の沈降
または浮上が抑止されなければならない。

上記のような均一分散を得るＫはアルミ合金の浴湯中に
役人分散された物質粒子が溶湯アルミ合金が凝固する迄
に、比重の違いて沈降や浮上を生じて分散の均一性が乱
れることを防止しなければならない。この場合、液体中
での分散ここでＶ：分散粒子の沈降（浮上）する最終速
屓（ｃｑ／ａ・Ｃ） ｇ：重力加速＆　　　（９８（Ｌ６６５ｃｍ／ｓｅａ寓
）ｒ：分散粒子半径　　　　　　（ａｍ）ｄ：浴湯の密
度　　　　　　（ｇ／ａｍ’　）ｄｏ＝分散粒子密度　
　　　　（ｍｅ　ｍ５）η：溶湯の粘度　　（ＣＰ＝１
０’ｇ／ａｍ−ｓｅａ）である。

上記理論にもとづきアルミ溶湯粘度１公散粒子半径およ
び密度を変化させ九場合の分散粒子沈降（浮上）速度の
推定計算結果を第１表に示す。

第１表　分散粒子沈降（浮上）速度推定計算結果（単位
Ｃル’５ｅｃ） この表において、注湯から凝固までの２〜３秒の時間内
に分散粒子間距離に大きな変化をもたらさない範囲は大
略ＩＶ秒以下であることから。

太線で囲んだ範囲が分散強化−合アルミ合金の製造に適
していると考えられる。

以下に、上記理論にもとづいた本発明の分散強化接合ア
ルミ合金の製造方法の実施例について説明する。

まず、純アルミ合金の７００’Ｏおよび７５０＠ｃの溶
湯中に半径■４μのα−ムｔａｏｓ粒子を２チ添加し、
撹拌棒による適度の機械的攪拌を与え、一応溶湯と分散
粒子の混合状態とし友後、溶湯に２８ＫＨｇ　Ｏ超音波
ｆｔ１５分間照射し友、シかる後できるだけ速やかに鋳
型内へ鋳造した。なお鋳造に際してＦｉ凝固を促進する
ため水冷金型を用いた。

上記Ｃ方法に工り＃造したテストピースの硬さ欄定結釆
を第１図に、またそれらの顕微鏡でみた金属組織を第２
図、ないし＠５図に示す。

第１図に示される如く８本実施例においては。

単Ｋ　Ａｊｓ０３粒子を添加して鋳造した本のに比べて
粒子添加稜超音波照射したものは１分散均一性が得られ
その硬度が著しく向上し友。さらに第２図ないし第５図
で明きらかなように、超音波照射したものはしないもの
に比べて、添加粒子１がアルミ合金２の組織中に均一に
分散していることが■められる。

以上の通りであるから０本発明の分散強化豪合アルξ合
金の製造方法によるときは、ｋｔｍｏｓ。

ＺｒＯｓ　、ＳｉＱ、ｓなどの分散させようとする物質
を。

その投入量１粒子の大きさなどを選定してアルミ合金溶
湯中に投入し０機械的に攪拌し超音波音照射した後に速
やかに鋳型内に鋳造、凝固させればよいので、極めて簡
単な方法で、しかも従来のアルミ鋳造型品の製造方法に
近似し念方法で鋳ｍ’ｅ←なうことができる。

しかも、超音波照射を用いているため、単にｋｌ）Ｏｓ
粒子を分散させ、Ｗｋ械的に攪拌し念場合に比べて分散
の均一性を促進でき、第１図に示すように飛躍的に硬さ
を増加させることができる他、その他の機械的強度も増
加させることがでちる。

なお１本発明はアルミ合金に関して説明したが、浴湯合
金と分散粒子との関係が密度比、粘性６粒度に関して維
持される限り、銅合金、鉄合金など他合金にも応用でき
る。

【図面の簡単な説明】 ＠１図は各種条件で分散強化し友複合アルミ合金と硬さ
との関係図。 第２図は、溶湯温度７５０’Ｃ、粒子添加なし。 超音波照射なしの条件で製造され定分散強化複合アルミ
合金の２００倍に拡大した金属組ｗｃｗ。 第３図ｔ！、　溶湯ｉ［７５０°Ｃ、ａ−ｋｔｚｏｓ　
２　％　添加、超音波照射なしの条件で製造された分散
強化複合アルミ合金の２００倍に拡大し友金属組織図。 第４図は、ｆ！４湯温度７５０°Ｃ１α−ＡｚａＯｓ　
２チ添加、超音波照射有の条件で製造された分散強化複
合アルミ合金の２００倍に拡大した金属組織図。 第５図は、溶湯温度ｒｏｏ”ｃ、α−ＡｔｇＯｓ　２噂
添加、超音波照射有の条件で製造され友分散強化複曾ア
ルミ合金の２００倍に拡大し友金績組織図。 である。 １拳・・・分散粒子。 ２・・・・アルミ合金。 篇２８１２

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　アルミ合金を適度に粘性の低い溶融状ｍＶｃ
   なるまで加熱し、該溶融状態にあるアルミ合金溶湯中に
   １分散させようとする物質で、前記溶湯中における沈降
   ま友は浮上速度を小とさせるサイズと比重をもった粒子
   を投入して機械的に攪拌し、前記分散粒子を含むアルミ
   合金溶湯に所定時間超音波を照射後、速やかに冷却速度
   の速い鋳型内に鋳造、凝固させること？４？像とする分
   散強化複合アルミ合金の製造方法。
2. （２）　　４１！ｉｉ許請求の範囲第１項に記載の分散
   強化複合アルミ合金の製造方法において、アルミ合金を
   適度に粘性の低い溶融状態とする溶湯の温度ｔ　６８０
   ＠Ｃないしｓｏｏ”ｃとするもの。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の分散強化複合アル
   ミ合金の製造方法において１分散させようとする物質粒
   子の大きさと比重が、アルミ合金溶湯中で、沈降または
   浮上速度が１ｖ嘗以下となる大きさと比重であるもの。
4. （４）　　特許請求の範囲第１項に記載の分散強化複合
   アルミ合金の製造方法において、アルミ合金溶湯中に投
   入する分散させようとする物質粒子の体積比がアルミ合
   金溶湯の０１〜１０−の範囲にあるもの。
5. （５）特ＦＩＦｎ求の範囲第１項に記載の分散強化複合
   アルミ合金の製造方法において、アルミ合金溶湯への超
   音波照射時間が５分間以上であるもの。