JPH0196341A - 過共晶Al−Si合金複合材料の製造方法 - Google Patents

過共晶Al−Si合金複合材料の製造方法

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JPH0196341A
JPH0196341A JP25434487A JP25434487A JPH0196341A JP H0196341 A JPH0196341 A JP H0196341A JP 25434487 A JP25434487 A JP 25434487A JP 25434487 A JP25434487 A JP 25434487A JP H0196341 A JPH0196341 A JP H0196341A
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hypereutectic
alloy
composite material
melt
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Kiyoshi Ichikawa
市川 洌
Satoru Ishizuka
哲 石塚
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Suzuki Motor Corp
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Agency of Industrial Science and Technology
Suzuki Motor Corp
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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、非金属粒子や短taM1の分散によって強化
した過共晶A Q−9i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
な回転攪拌を加えながら、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
ポキャ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、上記コンポキャスト法では回転翼の回転速度
が1100Orp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性われず、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っ
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−5r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
、マトリックス合金と非金属粒子や短m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、それによって、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A12−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AΩ
−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、破
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った合金複合材
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
、マトリックス合金としての過共晶へΩ−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A
l−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AΩ−Si合金
を回転攪拌する回転子に、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、これによってア
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、AΩ−9i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、マトリッ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AΩ−
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
傾向があっても、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から溶湯の
冷却を継続するので1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maを均一に分散させる
。その結果、均質な粒子分散強化型や#a維強化型の合
金複合材料を得ることができる。
マトリックス合金としての過共晶AΩ−S+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、はぼ5:1の重量比をもつTiとB、
あるいは1丁a、Nb、Zrなどがある。これらの結晶
粒微細化剤は、マトリッ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−9i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ャンバ本体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
熱性のシャック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←、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lO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、チャンバ本体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、炉上のシャッタ
2を開放して、チャンノく本体1の下面を貫通する支持
tP!511を昇降可能にしたるつぼ昇降機構で、上記
黒鉛るっぽ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・部
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攪拌させる。
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10000 rprrr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、それらをディ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、
500〜11000rp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A(2−17!Si合金中に
水冷外筒内で回転子を挿入し、その際、回転子によって
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1000 rptnで低速回転させ、その後、
凝固開始から凝固終了直前まで、3000 rpmで高
速回転攪拌凝固させ、Afl−17$5i−820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、21
0Orpmテ回転攪拌を続行し、Al−17$5i−6
20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って得られた
合金複合材料の二次電子像を示すもので、これらによれ
ば、極めて均質で微細な過共晶Aρ−Si合金が得られ
ることがわかる。
[発明の効果] このような本発明の方法によれば、過共晶AΩ−9i合
金複合材料を、溶湯の均質混合及び高速回転攪拌鋳造に
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#I1
1摩耗性材料を低コストで製造することができる。
また、従来のコンポキャスト法に比して、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。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に基づいて過共晶AΩ−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図は本発明によって得うレタAU−17
$5i−820及びAl−17%’;1−GZC(7)
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。 l・・真空容器、  6・・冷却室、 9・・回転子。 第3図 第4図 手続補正書(自発) 特許庁長官 吉 1)文 毅 殿 ■、事件の表示 昭和62年特許願第254344号 2、発明の名称 過共晶An−5i合金複合材料の製造方法3、補正をす
る者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区霞が関1丁目3番1号(114
)名 称 工業技術院長 飯 塚  幸 三住 所 静
岡県浜名郡可美村高塚300番地名 称 鈴木自動車工
業株式会社 取締役社長 鈴 木  修 4、指定代理人 住 所 茨城系つくば市並木1丁目2番地(昭和82年
11月30日の行政区画変更による)(0030)名 
称 工業技術院機械技術研究所長曽  1) 長  一
部 5、復代理人(工業技術院長の復代理人)住 所 東京
都新宿区西新宿−丁目9番12号6、代理人(鈴木自動
車工業株式会社の代理人)住 所 東京都新宿区西新宿
−丁目9番12号7・補正命令の日付は 自  発 8、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 9、補正の内容 別紙の通り 補正の内容 (1)明細書第9頁第12行に記載の「合金複合材料の
二次電子像を」を、「合金複合材料中の黒鉛粒子のX線
像を」と補正します。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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、破砕した初晶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っ
    た合金複合材料を得ることを特徴とする過共晶Al−S
    i合金複合材料の製造方法。
JP25434487A 1987-10-08 1987-10-08 過共晶Al−Si合金複合材料の製造方法 Granted JPH0196341A (ja)

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JPH044382B2 (ja) 1992-01-28

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