JPH02166241A - 複合材料の製造方法 - 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】 ａ、　産業上の利用分野 本発明は、合金材料に添加材料を加えて複合材料を製造
する方法に関するものである。

ｂ、　従来の技術 上述の如き複合材料を得るために、従来では、（１）完
全溶融状態にある合金材料に添加材料を加え、機械式又
は磁界式の攪拌手段にてこれを攪拌する方法、 （２）　　完全溶融状態の合金材料に添加材料を加え、
連続的に冷却しながら機械的な回転攪拌（常に同一の回
転速度）を完全溶融状態から半凝固状態（固相率７０％
程度）になるまで続ける方法、（３）　　粉末状の合金
材料と添加材料とを混ぜ合わせた後に、脱ガス、加圧焼
結、熱間押し出し等を行なう方法、 を採用していた。

Ｃ１発明が解決しようとする課題 上記（１）の方法にあっては、完全溶融状態の合金材料
の溶湯に対して添加材料は濡れ性が悪く、この溶湯にな
じみに＜＜、比重が異なるものは浮遊したり或いは沈降
したりするため、溶湯に添加材料を容易に複合化できな
いのが実状である。

また、上記（２）の方法にあっては、合金材料を半凝固
状態として添加材料の複合化を行なっているので、上述
のような完全溶融状態の場合よりも複合化を有効に行な
うことができるものの、次のような不都合がある。すな
わち、連続的な冷却を行なうと、第４図に示すように、
時間の経過に伴って合金スラリーの固相率が増加し、こ
れに伴って、回転攪拌手段に作用する負荷（回転トルク
）が増大する。そのため、回転攪拌手段の回転トルクが
第３図に示すように徐々に大きくなり、最終的には、固
相率が約８０％程度（第４図におけるＰ４の時点）にな
ると攪拌できなくなる。このため、回転攪拌時間は合金
スラリーの凝固開始温度Ｔ１から凝固終了温度Ｔ２まで
の半凝固温度領域のうち前記温度Ｔ＋から固相率８０％
になる温度Ｔ、までの冷却時間も（第４図参照）内に複
合材料を製造しなければならないため、回転攪拌時間を
長くとれず、従って添加材料の投与量が限られてしまう
上に、均一な攪拌を行なうことがでない場合がある。

また、上記（３）の方法にあっては、製造コスＩ・並び
に製造時間を可成り多く必要とするといった問題点があ
る。

本発明は、上述のような実状に鑑みてなされたものであ
って、その目的は、添加材料の複合化のための回転攪拌
を長時間に亘って行なうことができて添加材料の投与量
（含有量）を多くすることができ、しかも添加材料の複
合を均一にかつ効率良く行なうことができるような複合
材料の製造方法を提供することにある。

ｄ、　課題を解決するための手段 上述の目的を達成するために、本発明において添加材料
を添加した半溶融又は半凝固状態の合金スラリーを冷却
しながら機械式の回転攪拌手段にて攪拌を行なって複合
材料を製造するに際し、前記回転攪拌手段の回転トルク
が大きくなった時点で前記回転攪拌手段の回転数を増大
せしめ、これにより回転１〜ルクが小さくなった時点で
前記回転数を低下せしめる工程を繰り返し行なうように
している。

以下、本発明の一実施例に付き第１図及び第２図を参照
して説明する。

本実施例の方法においては、非金属又はセラミックスの
粒子や繊維等の添加材料を添加した合金スラリーを冷却
しながら機械式の回転攪拌を行なって複合材料を製造す
るに際し、回転攪拌手段の回転トルクの大きさに応じて
この回転撹拌手段の回転数を制御するようにしている。

なお、合金材料としては、例えば、Ａ　１−２０ｗｔχ
Ｃｕ（半溶融又は半凝固の温度域Ｔ＝５４８〜６００°
Ｃ）、Ａ　Ｉ！、−２０重量％Ｎ１（Ｔ、、６５０〜８
００°Ｃ）、やＡ　ｌ−２（ｈｔχ５ｉ（Ｔ＝５７０°
〜６９０°Ｃ）等が挙げられる。

具体的に述べると、複合材料の製造に際しては、まず、
半溶融又は半凝固状態の合金スラリーに、非金属又はセ
ラミックスの粒子や繊維の添加材料を添加した混合材料
を調製する。この混合材料の調製の仕方は２通りの方法
があり、第１の方法は第１図（Ａ）　に示すように坩堝
ｌ内で固形の合金材料を加熱して半溶融状態の合金スラ
リー２にするか或いは溶融させた合金スラリー２を冷却
して半凝固状態にし、その合金スラリー２に添加材料３
を投入する方法であり、また第２の方法は第１図（Ｂ）
　に示すように坩堝１内に固形の合金材料４及び添加材
料３を一緒に入れて加熱し半溶融又は半凝固状態とする
方法である。

このようにして得られた複合材料を冷却しながら機械式
回転攪拌手段にて攪拌し、これにより添加材料３を合金
スラリー２内において均一に拡散せしめる。なお、機械
的回転攪拌手段としては、例えば、第１図（Ｃ）に示す
ように円筒状部材５の周面に螺旋状の溝６を形成して成
る撹拌棒７を用い、この撹拌棒７を図外の回転駆動手段
にてその軸心を中心に矢印で示す方向に回転させること
によって合金スラリー２及び添加材料３を下方に押し込
むような回転攪拌を行なう。或いは、必要に応じて、添
加材料３を合金スラリー２の上面部分でころがすような
機械的攪拌を行なう。

次いで、上述の撹拌棒７の回転トルクを検出する図外の
検出装置より得られる回転トルク値をモニターしながら
合金スラリー２の攪拌を進行する。

そして、時間の経過に伴って合金スラリー２の冷却が進
んで固相率が増加してくるのに伴い撹拌棒７の回転トル
ク（負荷）が第２図に示すように上昇して成る設定値α
に達した時点Ａ１で撹拌棒７の回転数すなわち回転速度
の上昇操作を開始し、それ以後はほぼ一定の割合で前記
回転数を徐々に増大させる。そうすると、撹拌棒７の回
転トルクの値は第２図に示すようにそれ以後も引き続い
てさらに大きくなるものの、時点へ１から成る時間経過
した時点Ｃ１で回転トルクの値はピークとなり、この時
点Ｃ１以後はその値が徐々に低下する。その理由は、冷
却が進むにつれて合金スラリー２内で固相同志が合体し
て大きく成長するので撹拌棒７の回転トルクが徐々に大
きくなるのであるが、上述のように撹拌棒７の回転数を
増大させて攪拌作用を激しくしてやると、大きく成長し
た固相が分断されて再び細分化されるからである。

しかして、撹拌棒７の回転数の増大によりトルク値が成
る程度に小さくなるため、この時点で撹拌棒７の回転数
を再び減少させてもトルク値が許容範囲内となり、効果
的な攪拌が行なわれる。従って、本例においては、前記
回転数の増大に伴いトルク値がピーク点より徐々に低下
してトルク値が再びαになった時点Ｂ＋でこのトルク値
を前記検出装置にて検出し、この検出結果に基いて撹拌
棒７の回転数を徐々に減少させるようにしている。

このようにして工程１が終了するが、これに引き続いて
前記工程１と同様の操作を以後の工程２．３　、−−−
−−−−　、Ｎにおいて繰り返し行なう。なおこの際、
第２図に明示するように、撹拌棒７の回転数を増大及び
減少するために切換制御を行なう時点（第２図のおいて
Ａ、、　Ａ２−−−−−八、及びＢ、、　Ｂ２　−−−
−−−Ｂ、で示す時点のトルク値は工程が進むにつれて
増大せしめられるようになっており、これにより、工程
１から工程Ｎまで、すなわち合金スラリー２が凝固する
直前までに亘って断続的に合金スラリー２の回転攪拌作
業を円滑に行なえるようにしている。

以上の如く本例の製造方法によれば、次のような利点が
ある。

すなわち、撹拌棒７を一定の回転数Ｒで回転させて攪拌
を行なうようにした従来の方法では合金スラリーの冷却
開始時点から短時間ｔを経過した時点でトルク値が最大
限界値βまで上昇してもはや攪拌できなくなってしまう
が（第３図及び第４図参照）、本例の製造方法では撹拌
棒７の回転数の制御によってトルク値の一方的な増大を
抑止でき、最大限界値βに上昇するまでの時間を長引か
せることができるため、効果的な攪拌を行なうことがで
きる。従って、成分偏析が少なく、添加材料３の均一性
が高く、結晶粒の微細な均質な複合材料を製造すること
ができる。

以上、本発明の一実施例に付き述べたが、本発明は既述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基いて各種の変更が可能である。

例えば、機械式の回転攪拌手段としては、既述の撹拌棒
７に限らず、羽根車やプロペラ等の如き部材を用いても
よい。また、既述の実施例では成る１工程において撹拌
棒７の回転数を増大せしめる時点のトルク値とそれを減
少せしめる時点のトルク値αを同一としているが、必要
に応じてこれらを互いに異なる値に設定するようにして
もよい。

ｅ、　発明の作用 以上の如く、本発明は、添加材料が添加された半溶融又
は半凝固状態の合金スラリーを機械的に回転攪拌する際
に、回転トルクの増大に伴って回転攪拌手段の回転数を
増大し、これにより回転トルクが低下した時点で前記回
転数を低下させる工程を繰り返し行なうようにしたもの
であるから、回転数制御にて回転トルクの一方的な上昇
が抑えられることとなり、その結果、撹拌時間を長くと
ることができる。これに伴い、合金スラリーと添加材料
との接触時間を長くとれるので、添加材料の量を多くす
ることが可能となる上に、複合材料（マトリックス合金
）の成分偏析を少な（抑えることができかつ結晶粒もよ
り微細にでき、より均質な複合材料を得ることができる
。

さらに、上述の如く回転数制御によって回転トルクが回
転攪拌不能な最大トルク値まで急激に上昇することがな
いため、回転攪拌装置やその構成部品に作用する負荷を
小さく抑えることができ、装置の耐久性の向上を図るこ
とができる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
ものであって、第１図（八）は坩堝内の半溶融状態の合
金スラリーに添加材料を投与する状況を示す概念図、第
１図（Ｂ）　　は坩堝内の固形の合金材料に添加材料を
添加する状況を示す概念図、第１図（Ｃ）は添加材料が
添加された半溶融状態の合金スラリーを機械的に回転攪
拌している状況を示す概念図、第２図は各工程における
機械式回転攪拌手段の回転トルクと回転数との関係を示
すグラフ、第３図及び第４図は従来例を説明するための
ものであって、第３図は回転攪拌手段の回転数と回転ト
ルクとの関係を示すグラフ、第４図は合金スラリーの温
度と固相率との関係を示すグラフである。 １・・・坩堝、　　　　２・・・合金スラリー３・・・
添加材料、 ７・・・機械式回転攪拌手段としての撹拌棒。 ■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 添加材料を添加した半溶融又は半凝固状態の合金スラリ
   ーを冷却しながら機械式の回転撹拌手段にて攪拌を行な
   って複合材料を製造するに際し、前記回転攪拌手段の回
   転トルクが大きくなった時点で前記回転撹拌手段の回転
   数を増大せしめ、これにより回転トルクが小さくなった
   時点で前記回転数を低下せしめる工程を繰り返し行なう
   ようにしたことを特徴とする複合材料の製造方法。