JPS58502002A - シキソトロピ−性物質の製造法 - 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】 シキントロピー性物質の製造法 本発明はシキソトロピー性物質の製造法に関する。

第１次回体よりも低い融点ケもち且つ第１次回体とは異なった金属組成？もつ第 ２次相中に均一に分散させた退化模樹石状第１次面体粒子を含む金属組成物の製 造法は周知である。このようなシキントロビー性合金において、第２次相と該固 体粒子とは共に同じ合金組成物から誘導される。この工うな方法において、金属 合金はその液相線温度以上の温度に加熱される。液体金属合金はその後に攪拌帯 域および冷却帯域を通過せしめられる。液体合金は金属合金の一部が固化する際 に殖しく攪拌されて金属中に相互連結した模樹石状ネットワークが形成するのが 防止され、個々の退化した棒樹石または小結節から成る第１次回体が形成される 。

残余の固化していない液体合金がこの退化した模樹石または小結節ケと９まいて 存在する。この液体一固体金属合金組成物は次いで攪拌帝斌力・ら除かれる。液 体と固体とのこのような混合物は通常はシキソトロピー注合金と呼はれる。上記 の方法の実例はＭ、Ｃ。

フレミングスらの米国特許第３．９０２，５４４号（１９７５年９月２日発行） に記載されている。

ロパート・メラビアンらの米国特許第３，９３６，２９８号（１９７６年２月３ 日発行）には、シキソトロビー性金属組成物お工びこの液体一固体合金組成物の 製造法と該組成物の鋳造法が記載されている。この特許には第３成分？含む複合 組成物が記載されている。

これらの組成ｖｌ（ｒｉ、該組成物の大部分またはすべてが液体の状態にある温 度に合金を加熱し、そして該組成物７激しく攪拌しながら冷却してそこに含まれ る固体粒子ケはぼ球形の退化模樹石または小結節に転化させることＶ？−よって 製造される。攪拌に金属組成物のすべてが液体であるときに、あるいは捷た該金 属の小部分が固体であるが固体模樹石ネットワークの形成を促進する量よりも少 ない固体し力）含んでいないときに、開始することができる。然しなから、この 特許のすべての記＆に金属合金？その液体の状態にまで加熱しなければならない ことを示している。

本発明において製造する種類のシキソトロビー性金凧は米国特許第３．９０２． ５４４号および米国特許第３．９３６，２９８号に記載されているけれども、本 発明における合金の製造法はこれらの米国特許に記載のものとは全く異カる。

本発明はその範囲内に、攪拌なしにその液体状態から凍結させたとき相互連結し たネットワークの模樹石状構造を作る金属からの数体−固体組成物の製造を包含 する。その方法は、液化性物質を十分に加熱して該物質ケ完全に液化させること なしに固体の模樹石状粒子？含む液相を形成させ、そして該液体−固体物質をそ の模樹石状構造の少なくとも１部ケ破壊するに十分な剪断作用にかけることから 成る。このような処理は個々に分馴した退化模樹石状粒子または小結節全土せし める。これらの粒子は液体一固体物質の組成物の約６５重重まで？構成すること ができる。本発明によって処理されたシキソトロピ”−性’Ｔｈ質は射出成形性 鍛造において又はダイ−カスト法において使用することができる。

シキソトロビー状態において、この唆１實は第１次粒子と呼ぶ多数の固体粒子か ら成り、そしてまた第２次物質ケ含む。これらの温度において第２次管質は液体 物質であり、第１次回体をと９囲んでいる。この物質の組合せをシ千ソトロピー 物質と定義する。

シキソトロビー型の金属合金が、金属をその液相線温度以上の＠変に加熱し、そ して該合金をその液相線温度以下の温度に冷却しながら激しい屓拌にかけること によって製造しうろことは当業孜術において周知である。この方法はシキントロ ビー性金属合金とふつうに呼ばれる液体一固体金属組成物を形成させる。合金？ その）夜相＠温度以上の温度に加熱する必要なしにシキソトロビー性金属合金を 製造することが望ましい。然しなから従来技術はこれを達成させる方法を考える ことができな〃・つた。本発明（′ｉ金金属よび金属合金を包含するシキソトロ ビー性物質？、該物質ヲその液相線以上の温度に加熱する必要なしに製造する方 法を提供するものである。

本発明の組成物はその化学組成とは無関係に、攪拌なしに液体状態から凍結させ るとき模樹石状構造を形成する任意の物質系またに純粋物質から製造することが できる。たとえ純粋物質または共融物が単一の温度で溶解しても、それらは本発 明の組成物を製造するために使用することができる。なんとなれば、それらは溶 融物への正味の熱の入力または出力音、その融点において純粋物質まｆｃは共融 物が金属まｆｃｌｄ共融物の液体の一部分のみを溶融させるに足る＝Ｗ含むよう に、調節することによって融点での液体−固体平衡中で存在しうる力・らである 。これは次の理出で起る。

すなわち本発明の鋳造法で使用するスラリ中の融解熱の完全な除去はふつうに使 用される鋳２旬の大きさにより瞬間的にはえられず、供袷熱エネルギーお工び冷 列１器ケ包囲する環境によって除去される熱エネルギーケたとえば激しい攪拌に よって均等化することによって所望の組成物かえられるためである。

本発明は物寡會攪拌なしに液体の状態〃・ら固体の状態に冷却するときに模樹石 状構造全形成する任意の物質について好適に行なわれる。代表的な物質に（グ純 粋な金にならびに金属合金た七えば鉛合金、マグネシウム合金、亜鉛合金、アル ミニウム合金、銅合金、鉄合金、ニッケル合金およびコバルト合金がある。本発 明はまた非金属物質たとえば塩化ナトリウム、水、塩化カリウム々ど７使用して も実施することができる。本発明はまた非金属溶液２工び混合物たとえば水−塩 の溶液お工び水−アルコールの＠液ならびにそれらの混合物に対しても有用であ る。本発明はマグネシウム基材合金音処理するのに特に有用である。

本発明の好ましい具体例は金属または金嗅合金への利用である。

以後、本発明？金属合金の処理のために使用するものとして記述するが、これら の記述および方εは純粋々金属、非金属物質および非金楓溶液とその混合物にも 適用しうるものである。

本発明の実施において、シキソトロピー性金楓合金′（ｉ７を更用する。

すなわち、模樹石状構Ｈ−２もつ合金を使用する。好都合には、非シキソトロピ ー合金は取扱いに都合のよい大きさの粒子捷たはチップに成形される。使用する 粒子の大きさは本発明にとって臨界的ではない。然しなから、熱移動および取扱 いのために、比較的小さい粒径のものを使用するのが好ましい。

金属合金粒子を該合金の同相線湿度よりも高く且つ該合金の液相線温度よりも低 い温度に刀口熱する。種々の合金についての固相線の温度お裏び液相線の重要は 当業者にとって周知である。従って詳細な記述はここに示す必要に々いであろう 。

加熱した合金を、同相線温度以上で液相線温度以下の温度に保持しなから、剪断 作用にかける。これらの条件下でシキソトロピー性金属合金が生成する理由は元 金には明ら〃）になっていない。

然しなから、非シキソトロピー注金属合金は、これ全その固相線温度以上でその 液相線温度以下の温度に加熱して剪断作用に力・けるとシキソトロピー性合金ケ 形成することが発見された。剪断作用？与えるために１更用する具体的な装置は 、金属合金の相互連結した模樹石状ネットワークが少なくとも部分的に破壊され て第１次面体および第２次物質を形成する限シ、臨界的ではない。シキソトロビ ー性金属合金中の第１次面体の量は一体一液体金属組成物の約６５重重係までｒ 構成しうる。約２０〜約４０重ｔ％の固体を含む物質が好ましい。

従って本発明は、合金をその液相線温度以上の温度に加熱してその合金？激しい 攪拌にかけながら冷却するという掃作？なんら必要とすることなしに、シキソト ロビー性金属合金を製造する方法？提供するものである。本発明において製造さ れる合金は従来のものよりＭかに取扱い易い。なんとなればその合金は元金な液 体の状態９、外の状態にいつでもあるからである。更に、本発明の方法は従来技 衝の万伝工９もエネルギー効率が太きい。

本発明で必要とする剪断力は多叡の方法で与えることができる。

好適な方法としてスクリュー押出し器、回転プレート、および高速］−・拌があ げられるが、これらに限定づれない。

本発明の金属合金の処刑のための好都合で好ましい方法は、押出し器の使用によ るものである。市場にはｊ鬼人な種伸の押出し器がある。聞りくねった通路の押 出し船が本発明においてよく作動する。′ｔｆ、た、スクリュー押出し器もよく 作動する。スクリュー押出し器においては、物質はホッパー刀・ら供給スロート ”ｚ　３ｆｉａつてスクリュー鱒に入る。このスクリューはｎ１】体中で回転す る。このスクリューはモータで、駆動される。熱（２外部ヒータから胴体に適用 きれ、温度は熱電対によって測定される。物質がスクリューの溝にぞってにこば れるにつｆて十分に加熱されて固体の僕壱石状粒子を分散さぞた液体？形成する 。

押出し器のＭ体は抵抗ヒータ′または誘導ヒータのいずれかによって′に急曲に 加熱することかでき、あるいはｉたオイルもしくは他の熱移動媒質の循環するジ ャケットによって加熱することもできる。

押出し器を通過する金属合金の温度調節は九々の那熱機構を使用して行なうこと ができる。訪混コイル型ヒータカニ不発明の場合によく作動することが見出され た。

単一スクリユー３’４ｊ出し器の太きき（霊、Ｉｉ白体の内径（（よって規定さ れる。ふつうの押出し器の大きさｉ４２．５〜２０ｚ（１〜８インチ）である。

更に太き々憬械は注文生理である。その能力は２．５σ径の装置での斧’ｊ２． ２７　Ｋｇ／　ｈ、ｒｃ　５１ｂＡｒ　）から２０ｏｎ径の装置での約４５４　 Ｋ９／　ｈｒ　（１，０００１ｂＡｒ　）壕でのｉｒｏ、Ｆｆ４　Ｔある。

好ましい押出し器の最も重要な部分はスクリューである。その機能はホッパーか らそしてスクリュー溝を通して物質をはこぶことにある。

押出し磯の肺体は物質に剪断會付与するための表面の１つと外部の熱？物質に伝 える表面とを提供する。これらは十分な熱移動面積および混合と剪断の十分な機 会を与えるように設計される。

押出し器を操作する便利な方法は下記に要約するとおりである。

第１に、処理すべき物質を押出し器のスクリューに好都合に適合しうる大きさに 粉砕する。粉砕した物質は予熱ホッパーに入れることができる。処理すべき物質 が酸化され易い場合にはホッパーケシールして保護雰囲気ケ物質のまわ９に配置 して酸化を最少にすることができる。たとえば、物質がマグネシウム合金である 場合、アルゴンが好都合な保護雰囲気であることが見出された。処理すべき物質 は予熱ホッパー中にある間に予熱することができ、あるいは該物質はスクリュー 押出し器中に呈温で供給することもできる。物質を予熱する場合、それは金属合 金の同相線温度に近い温度に加熱することができる。好都合な予熱温度はマグネ シウム合金については５００〜５００℃の範囲でありうる。物ｆｆ１ｒスクリュ ー押出し器に供給する前に、処理すべき金属合金の同相線温度に近いか又はこれ エリ高い温度にスクリュー押出し器を予熱することができる。保護雰囲気が必要 な場合、保護ガスケスクリユー押出し器中に、ならびに予熱ホッパー中に流通さ せるべきである。押出し器のシリンダが操作温度に到達した後に、予熱ホッパー 刀・ら押出し器へのＷ質の供給勿始める。物質がスクリュー押出し器ケ流れるに つれて、金属の温度は外部から適用され加熱によっておよび胴体中での摩擦によ って、その固相線温度以上であるがその液相＠温度以下である温度に上昇する。

然しなから、金属はこの方法の如何なる段階においてもその特定合金の液相線温 度？越える温度に壕で加熱すべきではない。スクリュー押出し器はその端部に向 けてのスクリューの回転によって物質？移動させる。

この移動作用中に物質は剪断力？受ける。同時に物質は那帯される。金属の温度 はそれが押出し話中？流れる際に測定され調節されるべきである。物質の温度は 合金の同相線温度を越え々ければならないが、シキソトロビー＄遣？形成するに 十分な時間押出し器の少なくとも若干の点において合金の液相線温度を越えるべ きでは々い。押出し器の剪断力と関連してのこの温度の組合せは合金の模樹石状 構造の少なくとも一部分を破壊してシキソトロビー状態の液体−固体金顔合全組 成物音形成させる。この時点においてシキソトロビー荘物質ｉｌ″ｌｔ押出し器 を出て縛々の方法で加工される。

押出し器によって受ける剪断力は、たとえば押出し器を通る金属合金が出口へ向 かう道にある小さな溝中に圧入せしめられるときに生ずる。竹刀目的な剪断力は 、合金の一部がスクリューの作用によって壁に付層し且つ壁から除かれるために 生ずる。スクリューによるこの付備と除去は金属合金上に剪断カケもたらす。本 発明の方法で必要とする剪断力の框度と量は変化しうる。金属の僕栃石状構造の 少なくとも一部に破壊するに十分な剪断作用が必要である。

前述の如く、本発明の方法において製造される物質は射出成形することができる 。射出成形機中むときは、シキントロビー性物質ケ射出成影するために使用する 射出成形機それ自体を該物質？処理してシキソトロピー性合金を形成させるため の装置として使用することができる。押出し話中の物質ケ射出成形機中に供給す る前に処理する必要はない。むしろ、模初石状の構造をもつ金属合金は射出成形 碌ＶＣ＠接供絽することができる。’ｍ實は射出成形機ヲ通る際に加熱すべきで あり且つ射出成形機中のスクリューによって生ずる剪断力にかけるべきである。

押出し器について述べたのと同様に、物質の温度はその固相線温度よりも高く且 つその液相線温度よりも低くあるべきである。射出成形機によって生ずる剪断力 と関連してこの温度調節は金属合金中の模樹石構造の少なくとも一部分ケ破壊す る。これは非シキソトロビー性金属合金者シキソトロピー性金属合金に転化させ る一′Ｘ発甲の方法に１史用するのに好都合な種類の射出成形機は往復運動スク リュー射出成形機である。液体圧力フランプ付きの往復運動スクリュー射出成形 機の場合の成形法の工程は次のとおりである。

１、物質をホッパーに供給する。

２、クランプラムの後方のオイルＦｉ移動用プラテンを移動させて鋳型を閉じる 。クランプラムの後方の圧力は蓄積して射出サイクル中の鋳型？智閉状態に保持 するに十分な力に発達する。射出用物質の力がクランプのカよりも大きいと鋳型 は開放される。物質は鋳型の表面の仕切り線１通る。“フラッシュ”が生じたら これを除くか又はこの片會除外して再粉砕しなけれはならない。

３　物質は主としてスクリューの回転によって剪断される。物質は射出成形慎會 通過する際に加熱される。物質に加熱されるにつれてスクリューフライトにそっ て前進してスクリューの前方端部に至る。スクリューによって物質上に発生する 圧力（徒、スクリュー、スクリュー駆動装置および油圧モータ背面を押圧してス クリュー前方の貯４に去る。スクリューは射出成形装置の佐方の運動がリミット スイッチケ押して回転を停止させる壕で回転しつづける。このリミットスイッチ は調節自在であって、その西２ｙはスクリューの前面に残る′Ｓ實の量（“ショ ット″の大きさ）？決定する。

スクリューのポンプ作用はまた油圧射出シリンダ（スクリューの各面に１つ）？ 抜刀に押す。油圧シリンダ〃・らのこのオイルの返還流は適切なバルブによって 調節することができる。これは“逆圧”と叶ばれＯから約２８　Ｋ９／　ａｄ　 （４００ｐｓｉ　）に１で調節可能である。

４　大部分の射出成形機はこの地点でスクリューを僅かに収縮させてｗＩ實の圧 縮？解放し、物質がノズル〃１ら洩れないようにする。これは“５ｒｔｘ、ｋ　 ｂａｃｋ″と呼（ゲｊ１、通常にタイマーによって制御される。

５２つの油圧射出シリンダは今やスクリューケ削進させ、物質γ納形の空洞に射 出する。射出圧は所定の時間保持される。この時間の大部分の間、スクリューの 先端にバルブが存在して物質が射出中にスクリューのフライト中に洩れてくるの ？防ぐ。それはスクリューが回転しつつあるときに開放状態となって物質をその 前方に流れさせる。

６．２つの射出シリングのオイルの速度および圧力は必要なたけ迅速に鋳型ｋｉ ｄすに十分な速度に発達し、そして汚点、流れマーク、溶接点その他の欠点の々 い部品？成形するに十分カ圧力を保持する。

７、物ｌ實は冷却するにつれて粘稠性？瑠し、射出圧の抹待がもはや価値なくな る小に１で固化する。

８、鋳型中のドリル穴？通して冷却媒質（通常１ｃ水）を循環させることによっ て鋳型から熱會連続的に除去することができる。

部品ｒ固化させて鋳型力・ら取９出すことができるようにするに必要な時間はク ランプタイマー上にセットされる。タイマーの時間がすぎると移動可能なプラテ ンかもとの位置にもどって鋳型？開放する。

９　＠型からの取り出しへ侯は成形ん品ケ鋳型から分踊させ、射出成形機は次の サイクルの憔備がととのう。

なお、該物・質はダイ・カスト法會使用して部品に成形することもできる。好ま しい種類のダイ・カスト族（り冷室高圧ダイ・カスト慎および遠心カスト依であ る。高圧ダイ・カスト派は一般に約７０　Ｋ９／ｌｉ　（ＩＪ）００　ｐｓｉ　 ）　ｋｎえる射出圧で操作される。

捷た、本発明において製造される物質は通常のん造技術２使用して部品に成形す ることもできる。

本発明はほぼ水平のスクリュー押出し器に関する。１ＰＬ体供給物質はこの工う な刊゛出し器？千支用してもう１＜１′巳ｊＪさせえない。従２ って供給物質は固体の状態になければならない。

本発明を次の笑ハ例により更に具体的に説明する。

央旅例　１゜ 非シキソトロビー性マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂ’ｒ処理してシキソトロビー註 合金を製ス宜した。マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂの名目上の組成１句アルミニウ ム９φ、亜鉛０７％、マンガン０．２係および残余量のマグネシウムである。

マグネシウム合金ＡＺ９１Ｂ２約５０メノンユでたはそれ以上の適当なメツンユ サイズｒもつ不規則形状のチップにした。多量のＡＺ９１Ｂ合金チップをスクリ ュー押出し器に取り付けた予熱ホッパーに入れた。このホッパー７ソールし、ア ルゴンの不活性雰囲気を内部に入れて合金の酸化？最少にした。合金チップをス クリュー押出し器の呈に入れた。スクリュー押出し器の室の内径は５．７　ｔｙ ｎ　（２’／Ａインチ）であった。スクリュー（はＡｌ５ＩＨ−２１製であり、 熱処理したものであった。クランプもＡｌ５Ｉ　Ｈ−２１製であシ、熱処理した ものであった。スクリューは５．７ｍ（２，２５インチ）の一定のピッチ、４０ ４σ（１，５’９１インチ）の一定のルート、？−び１１２．５ｃｒｎ（４４， ３インチ）の全長ケもつものであツタ。１０馬力、１８００γ匹のモータ〃）ら ギヤ・ボックス？介シてスクリューに動力？与えた。ギヤ・ボックスはスクリュ ーを約Ｏｒｐｍ−約２７ｒｐｍの速度で回転はぜた。２２１回の熱′町１対オス クリユーシリンダの表面に航・看させ、−＝た２２イｉｊの熱′電対ｔ・内側内 面力・ら約０．　ｌ　６　ｔｚ　（’％１６　インチ）の法官てシリンダ中に埋 め込んだ。

押出し器のスクリューのｒｐｍ　ｉ１６．９にセットした。押出し器に毎時約１ ０Ｋｇ（２２ボンド）の供給速度でＡＺ９１Ｂ合金を乏しく供給した。スクリュ ー押出し器７通る合金の温度に５８８℃の最大温度に達した。これはＡＺ９１Ｂ 合金の液相線温度よりも低い温度である。次いでＡＺ９１Ｂ合金？オリフイスケ 介して押出し器の端部から押出した。この物質は桿樹石状構造ケもつ合金力・ら シキソトロビー型の液体−同体構造をもつ合金に転化した。

この溶融温度は５８８℃であり、これは約１４〜１５％の固体重量係含量に相当 するものであった。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　（ａ）模樹石状構造全もつ金属合金？その合金の固相線温度以上であって その合金の液相線温度以下の温度に加熱し、そして（ｂ）その加熱した金属を該 金属合金の模樹石状構造の少なくと′も１部分？破壊するに十分な剪断作用にか けて液体−同体金属合金組成物音形成させる、こと全特徴とする液体一固体金属 合金の製造法。 ２、金属合金がマグネシウム合金である請求の範囲第１項記載の方法。 ３、マグネシウム合金がＡＺ９１Ｂである請求の範囲第２項ｉｉｅ歌の方法。 ４　押出し器によって剪断作用を付与する請求の範囲第１項〜第３項のいずれか に記載の方法。 ５、液体一固体金属合金組成物が約６５重量％までの固体を含む請求の範囲第１ 項〜第４項のいずれかに記載の方法。 ６、金属合金全射出成形して部品全製造する工程を含む請求の範囲第１項〜第５ 項のいずれかに記載の方法。 ７、射出成形機によって剪断作用全付与する請求の範囲第１項〜第３項のいずれ かに記載の方法。 ８、射出成形機が往復運動スクリュー射出成形機である請求の範囲第７項記載の 方法。 ９、高圧冷呈ダイ・カスト機を使用して液体一固体金属を成形物に成形する工程 ？含む請求の範囲第１項〜第３項のいづれかに記載の方法。 ５ １０、鍛造機？使用して液体一固体金属全成形物に成形する工程？含む請求の範 囲第１項〜第３項のいずれ力・に記載の方法。