JPS59501672A - アルミニウムとホウ素をベースとする複合合金の製造法 - 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】 アルミニウム及びホウ素をベースとする複合合金の製造法及びその適用 本発明は合金もしくは非合金アルミニウム及びホウ素をに一スとする複合合金の 製造法及びその適用に係る。

凝固時のアルミニウム結晶の芽晶作用に重大な役者ｊヲ果しかつ鋳造時の粒子の 優れた精錬手段とな、るＴｉＢ２結晶を形成するために、溶融金属にホウ素を加 えることはアルミニウム精錬業界では公知である。

まｆｃＴｊＢ２結晶の形でチタニウムを析出式せ且つそのようにしてアルミニウ ム合金の電気伝導度を改善するためアルミニウム合金にホウ素元素をドープする ことも公知である。

これらの適用においては、アルミニウムへのホウ素の添加は比較的低い濃度、つ まりおよそ数百ｐｐｍでおこなわれ、ておυ。

それほど小量の添加がある時期に問題を生じ得たらば、その後ＡＴ５Ｂのような 母合金を使用することで解決されていた。ホウ素濃度が数パーセントのオーダー に達する場合には事情は別である。

実際、アルミニウム中でのホウ素の融解度はきわめて低く、アルミニウムの融点 でおよそ３００ｐｐｍ程度であり、従って従来式の溶融−インゴット鋳造法によ りホウ素を添加した合金を製造する場合には、不完全な溶解、多量のホウ素の損 失及びホウ素の強度の偏析にもとすく種々の困難にぶつかることが分っている。

このような状況によって、得られる複合合金は期待される組成に全面的には適わ ず、不均質な構造を呈することになる。

以上のような理由から研究者たちや企業は上記の欠点の是正を研究し、多少とも 興味おる種々の解決法を提案した。

２．５乃至１０チのホウ素を含有するアルミニウム合金に関するフランス特許第 １２６５０５９号では１発明者は、溶融アルミニウムにホウ素を添加するか、ホ ウ砂のようなホウ素化合物全溶融アルミニウムと共に還元するかによってこの種 の合金を製造することが従来までの慣例であったことを指摘している。しかし初 めの場合は１合金は合金形態のホウ素をごく僅かな量しか含有せず、極端に長い 溶解時間を必要とし、他の場合は、ホウ砂の使用の影響が酸素及びその他の不純 物の望ましくない値の吸蔵という形で表われてくる。従って発明者は、アルカリ 金属のフッ化ホウ素酸塩を溶融アルミニウムと接触させて還元することによって ホウ素を混入させることを推奨している。しかしながら、この種の方法はその実 施に要する高価な装置に加えて効率が悪く、ホウ素の１部は同時に湿った環境で 当然生じるＨＦの放出のために著しく毒性の高い化合物であるＢＦｓ及びＫＢＦ ４の形で失われることを知らなければならない。

さらに、このようにして製造てれた合金はアルミニウムの精錬のための母合金と して役立つ。つまシ精錬浴中にごく僅かな量で導入きれ、従って系も功介すうめ は浴中のホウ素の平均濃度を得ることであって、その均質性が最も重要な問題で はない。

ホウ素の含有量の高い合金が例えば優れた耐摩耗性なシ良好な中性子放射の吸収 能なシをもたなければならない部品を製造するために用いられる場合には、ホウ 素が部品全体に一様に作用しうる工う規則的に分布されていなければならないか ら、問題はざらに複雑になる。

また今日までに提案されてきた解決法は母合金ヲ得る方法とは距たりがあり、む しろ粉末冶金のほうに傾いている。例えばフランス特許第２２３１７６４号はホ ウ素をベースとする物質及び金属材料が粉末状態で６Ｃ１これらの粉末が混合、 圧縮及び焼結でれることを特徴とする原子核産業向けのホウ素を含む金属物質の 製造法を開示している。

もちろんこれこそ所望の均質性を得る手段であるが、この方法は従来の溶融−鋳 造法に関して補助工程となる粉末の使用を必要としなければならず、さらに部品 °に対し常に所望の形状を与えうるとは限らない。

他の解決法はアルミニウムー炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）の複合合金をつくるというも のであるが、しかしこの種の合金を鋳造するためには、獲得物質の通常の機械的 特性や非切削性は別としても深刻な困難を経験する。水性環境内では、これらの 合金はしばしばアルミニウム張）による保護全必要とするう以上のような理由か ら、本出願人は提案きれた種々の解決法は不充分であると考え、合金または非合 金のアルミニウムをベースとし、３０％までのホウ素含有率？もち、均質組成の 、適正な機械的特性を有する複合合金の製ｍ方法全研究し、完成した。本方法に よればホウ素の損失は事実上ゼロであり、てらに本方法の実施に複雑で高価な材 料は必要としない。

本方法は液体アルミニウム中にホウ素をホウ化アルミニウムの状態で導入するこ とを特徴とする。つまり冶金法により合金をつくるという最も古典的な方法にた よるわけである。しかし従来法とは違って、本方法ではホウ素はもはや元素やホ ウ砂及びフン化ホウ素酸のような酸化物や塩の形としてではなく、ホウ化アルミ ニウムの状態で存在する。

ニホウ化アルミニウム（ＡｌＢ２）なり、−ニホウ化アルミニウム（ＡｌＢ１２ ）なり、これらｆつの混合物なりの状態をもつこのホウ化物は大気中での安定性 の高い、揮発性の低い、有害なエマネーション放出（５ｍａｎａｔｉｏｎ）を生 じない特性を備えた平衡のとれた化合物であるうこの化合物は当業者に公知の種 々の方法で製造することができ、さらに湿潤と液体アルミニウムへの導入を容易 にするためアルミニウムで包んだ５〜３０μｍの平均粒度の粒子の形状を与えら ルることがでさる。

この化合物は、アルミニウムまたは例えばＡＴ５Ｂ’を用いて好ましくは￥ｉｉ ｌ錬処理にあらかじめ付された２００ｏ乃至８０００系列に属する合金中の１つ の浴に導入てれるっこの浴はアルミニウムの精錬法において従来から用いられて いる脱酸素溶剤、フラクス（ｆｌｕｘ　ｄｅｓｏｘｙｄａｎｔ）によって表面を 保護されており、ホウ化物の導入期間中は攪拌を持続される。

ホウ化物の導入速度はアルミニウムもしくは合金の浴をその凝固温度以上に保つ べく調節される。

これらの作業は１例えば大気または湿気によるあらゆる汚染を防ぐため、窒素Ｕ のような不活性ガスの雰囲気下で維持された装置内でおこなわれることが有効で ｈＤうるう複合合金中で期待でれる濃度を得るため必要なホウ素の量が加えられ てから、次に窒素下もしくは真空下の浴の脱ガスをおこない、次に適正形状の部 品を直接的に得るためには鋳型中に、圧延、鍛造、押出し、引抜き、等々の変形 作業のうち少くとも１つに付す予定の物質を得るためにはチル鋳型（ｌｉｎｇｏ ｔｉ５ｒｅ）中に直ちに合金を鋳込む。

１笑施例として、本発明方法に基づいてＡ　−８１０Ｂ　３型の複合合金が製造 てれた。次にこの合金を鋳造して放射性物質の運搬に用いるかご（ｐａｎｉｅｒ ｓ）を作った。合金の顕微鏡写真横歪によって、アルミニウム合金のマトリック ス内でホウ化物が規則的に分布していることが確認でれた。通常の１−ｓｌｏと の比較精錬テストから、ホウ素の存在が合金のマトリックスの品質に影響しない ことがわかる。つまり物理的特性の面では密度。

熱伝導率、膨張係数、凝固温度範囲１機械的特性の面では機械的強度、伸び（こ れは僅かながら低下する）、技術的特性の面では鍛造、圧延、引抜き、鋳造、溶 接、切削性、封止性のほとんどがそのまま保存される。

さらに、加水分解テストからこの合金は４０℃の脱鉄化水中で優れた安定性を示 し、・腐食の痕跡は皆無であることが判明した。

本発明に従う方法は摩耗ないし摩擦に対する優れた強度が期待される複合合金の 製造に適用する。

またこの方法は中性子捕獲元素としてのホウ素が存在していること及びその他の 特徴により、原子核エネルギの分野で原子核廃棄物の貯蔵及び運搬用かととして 空気中もしくは水中で使用される中性子障壁の製造にも適用する。

従ってこの複合合金は、ホウ化銅のプレートもしくはホウ化ステンレス鋼のラッ クと比較した場合とくに原価面及び使用の容易さの面から、ホウ化物質を用いた 機械溶接ないし鋳造に有利にとって代わることができる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、含金もしくは非合金のアルミニウムをベースとし、かつ３０重号俤までのホ ウ素を含有しており、前記ホウ素を液体アルミニウム内にホウ化アルミニウムの 状態で導入することを特徴とする複合合金の製造法。 ２、ホウ化アルミニウムがニホウ化アルミニウムＡｔＢ２及び十ニホウ化アルミ ニウムＡ７Ｂ＋２よりなるグループに属することを特徴とする請求の範囲１に記 載の方法。 ３、　ホウ化物が５乃至３０μｍの平均粒度の、アルミニウムで包んだ粒子の形 で導入されることを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。 ４、　ホウ化物の導入に先立ちＡＴ５Ｂによるアルミニウムの精錬をおこなうこ とを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。 ５、ホウ化物が導入さｎている間脱酸素剤によシ液体アルミニウムを保護するこ とを特徴とする請求の範囲１に記載の方法。 ６、ホウ化物が導入きれている間液体アルミニウムを攪拌しておくことを特徴と する請求の範囲１に記載の方法。 ７、　ホウ化物の導入速度を、アルミニウムをその凝固温度以上に保持するべく 調節することを特徴とする請求の範囲ｌに記載の方法。 ８、複合合金を鋳込む前に脱ガスをおこガりことを特徴とする請求の範囲１に記 載の方法。 ９、耐摩耗性の複合合金の製造への請求の範囲ｌに記載の方法の適用。 １０、中性子障壁を形成する複合合金の製造への請求の範囲１に記載の方法の適 用。 １１、圧延、鍛造、押出し及び鋳造よりなるグループに属する技術のうちいずれ かによシ複合合金ｋＫ形することによる部品の製造への請求の範囲１に記載の方 法の適用。