JPH06192705A - 急冷凝固物品の製造方法 - Google Patents

急冷凝固物品の製造方法

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JPH06192705A
JPH06192705A JP4358391A JP35839192A JPH06192705A JP H06192705 A JPH06192705 A JP H06192705A JP 4358391 A JP4358391 A JP 4358391A JP 35839192 A JP35839192 A JP 35839192A JP H06192705 A JPH06192705 A JP H06192705A
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JP
Japan
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molten metal
rapidly solidified
rotating disk
solidified article
article
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JP4358391A
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English (en)
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Tomio Sato
富雄 佐藤
Kunio Okimoto
邦郎 沖本
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な急冷凝固速度並びに良好な特性を有す
る急冷凝固物品を、回転円盤噴霧法の原理を利用し、簡
便なプロセスでもって経済的に、かつ直接的に量産可能
とした製造方法を提供する。 【構成】 溶解した金属溶湯8を回転円盤5に当てるこ
とにより、その溶湯を噴霧化すると同時に、遠心力を付
与して飛散させ、これを上記回転円盤5の周囲に配設し
た急冷凝固用シリンダ10の内側に溶着、堆積させるこ
とによって、円筒状の急冷凝固物品を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新素材として、既存材
料よりも格段に優れた性能を有する急冷凝固物品を、複
雑なプロセスを経ることなく、経済的に簡便に、かつ直
接的に製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】既存材料の特性向上や機能性の新たな付
与として、近年、新素材が注目されている。この新素材
の創製手段として、急冷凝固粉末法が知られている。こ
の急冷凝固粉末法の基本的なプロセスは、ガス噴霧法、
メルトスピニング法、回転円盤噴霧法などの何らかの方
法によって先ず急冷凝固粉末を製造し、次いで該粉末を
固化成形してブロック状や板状の物品とするものであ
る。
【0003】この固化成形に際しての最も重要なポイン
トは、急冷凝固粉末の組織的特性、すなわち、偏析の防
止、組織の微細・均質化、合金元素の過飽和固溶、準安
定相の出現、などの急冷凝固の効果を減殺しないことで
ある。そのため、通常の燒結工程の場合よりも低温の下
で固化成形ができる熱間成形、熱間押出し、CIP(冷
間等方圧成形)、HIP(熱間等方圧成形)などの方法
が用いられている。また、粉末の製造から固化成形に至
るまで、粉末表面の酸化防止が極めて重要である。しか
し、このような方法では量産性に乏しく、得られた急冷
凝固物品は高価なものとなり、その需要の拡大を阻害す
る一因となっている。
【0004】一方、ノズルより噴出する合金溶湯に噴霧
媒を当てて溶湯を噴霧すると共に、その前方にモールド
を設置し、このモールド内に噴霧された溶湯を堆積させ
て物品を得るスプレーフォーミング法がある。この場
合、モールド内に噴霧された溶湯はモールドに衝突、溶
着することによって凝固層を次々に形成し、固液共存状
態となる。このスプレーフォーミング法によれば、上に
述べた粉末の固化成形工程を経る必要がなくなり、工程
の簡略化を図れるが、急冷凝固の効果の点で、前述の急
冷凝固粉末の場合に比して若干劣り、また、溶湯を噴霧
するための噴霧媒として多量の不活性ガスを用いるため
に、急冷凝固粉末の場合と同様、経済性の点でやや問題
がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、十分な急冷凝固速度並びに良好な特性を有する急冷
凝固物品を、回転円盤噴霧法の原理を利用し、簡便なプ
ロセスでもって経済的に、かつ直接的に量産可能とした
製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段、作用】上記課題を解決す
るための本発明の急冷凝固物品の製造方法は、溶解した
金属溶湯を回転円盤に当てることにより、その溶湯を噴
霧化すると同時に、遠心力を付与して飛散させ、これを
上記回転円盤の周囲に配設したところの冷却された急冷
凝固用シリンダの内側に溶着、堆積させることによっ
て、円筒状の急冷凝固物品を直接的に製造することを特
徴とするものである。上記方法においては、回転円盤に
より噴霧化されて飛散する溶湯に急速冷却用の冷却媒を
当て、それを半凝固状態としたうえで急冷凝固用シリン
ダの内側に堆積させることもできる。
【0007】更に具体的に説明すると、先ず、本発明の
方法においては、溶解した金属溶湯を噴霧化するため、
回転円盤噴霧法(遠心噴霧法ともいう。)の原理を利用
している。この回転円盤噴霧法の概要を説明すると、図
1に示すように、同法を実施する装置は、粉末製造室1
内に、高周波加熱コイルまたは電熱ヒーター3により加
熱される溶解るつぼ2、およびそのるつぼ2の下方の溶
湯ノズル4に対面してモータ6の回転駆動により高速回
転する回転円盤5を備えている。
【0008】溶融金属の噴霧化に際しては、粉末製造室
1およびるつぼ2内を真空あるいは不活性ガス雰囲気と
した後、るつぼ2内の溶解原料を高周波加熱コイルまた
は電熱ヒーター3で加熱溶解し、次いで、るつぼ2内に
給気管7を通して噴射圧を作用させ、るつぼ2内の溶湯
8を、るつぼ下部に設けたノズル4を通じて高速回転し
ている回転円盤5上へ噴出させる。円盤5に衝突した溶
湯は、円盤5の回転作用を受け、円盤上に膜状に広がっ
て、円盤5の周端部から遠心力により微細な液滴となっ
て飛散し、噴霧化する。
【0009】回転円盤5により飛散している微細な液滴
に対しては、粉末製造室1内において、急冷凝固用のヘ
リウム、窒素、アルゴン等のガス流9を冷却媒として数
次にわたって作用させることにより熱交換を行わせ、そ
れらの液滴を微細な急冷凝固粉末として、粉末製造室1
内に堆積させる。得られた急冷凝固粉末は、圧縮成形、
焼結・熱間加工、後処理等が施されて製品となる。この
方法によれば、表面の清浄な粉末が得られる、粒度分布
の範囲が他の噴霧粉末の場合に比して狭く、均質な粉末
が得られる、急冷凝固速度が大きい、大量生産に適す
る、などの特徴がある。
【0010】本発明の方法は、このような回転円盤噴霧
法を利用するもので、図2に本発明の方法を実施するた
めの装置を示している。この装置は、図1に示す装置と
同様に、粉末製造室1内に、高周波加熱コイルまたは電
熱ヒーター3により加熱される溶解るつぼ2、およびそ
のるつぼ2の下方の溶湯ノズル4に対面してモータ6の
回転駆動により高速回転する回転円盤5を備えている。
さらに、上記回転円盤5の周囲には、飛散した溶湯の微
細な液滴を内側面に溶着、堆積させるための急冷凝固用
シリンダ10を、図示しない駆動装置により昇降可能と
して配設している。この急冷凝固用シリンダ10は、水
冷可能とした銅製である。周知のように、銅は、金属お
よび合金の中で銀についで高い熱伝導率(0.94×1
-2cal/cm・deg・s)を有するので、その内部を水冷する
と、顕著な急冷の効果を得ることができる。
【0011】上記構成を有する装置において、るつぼ2
内で加熱して溶解した金属溶湯8を噴出させ、それを回
転円盤5に当てると、回転円盤5から与えられる遠心力
によりその溶湯が噴霧化すると同時に、周囲に飛散せし
められ、その溶湯の微細液滴が上記回転円盤5の周囲に
配設した急冷凝固用シリンダ10の内側に溶着して、堆
積層11を形成し、それによって、円筒状の急冷凝固物
品が直接的に製造される。シリンダ10は、それが銅製
で水冷されている場合、銅の熱伝導率が高いために特に
急冷の効果が著しく、そのため、回転円盤5から飛散し
てシリンダ10に衝突、溶着した微細液滴は、瞬時に急
冷凝固され、その上に次々と微細液滴が溶着、堆積して
いく。
【0012】上記銅製の急冷凝固用シリンダ10の内径
は、任意の寸法がとられるが、回転円盤5の直径や回転
数、金属溶湯の組成、溶湯温度、溶湯噴出量等によって
適切な値が変化するが、例えば、回転円盤5の直径が7
0mmф程度の場合には、その最大内径は1〜1.5mф
が適当である。その理由は、シリンダ10の内径が過度
に大きいと、シリンダ10に到達する以前に液滴が凝固
してしまい、健全な堆積層が得られなくなるためであ
る。
【0013】また、目的に応じて、上記回転円盤5から
噴霧化されて飛散している微細液滴に急速冷却用のヘリ
ウム、窒素、アルゴン等のガス流を冷却媒として当て、
微細液滴を半凝固状態としたうえで、急冷凝固用シリン
ダ10の内側に溶着、堆積させることも可能である。こ
の場合に、溶湯の微細液滴化、噴霧化は回転円盤5によ
り行い、ガスは微細液滴の急速冷却のためだけに用いら
れるため、ガス噴霧法やスプレーフォーミング法のよう
に、溶湯をガス圧で分断、噴霧化する場合と異なり、そ
の消費量は少量で済む。
【0014】さらに、必要に応じて銅製シリンダを上下
(軸)方向に任意速度で移動させながら運転することに
よって、急冷凝固円筒状物品の高さおよびその厚さを任
意に制御できる。また、るつぼ2からの溶湯の噴出位置
を、回転円盤5の中心ではなく、半径方向に若干偏心し
た位置に対向させることによって、円周方向に肉厚の異
なる急冷凝固円筒状物品の製造も可能である。
【0015】以上に詳述した方法において、回転円盤5
によって飛散する溶湯の噴霧は、ガス噴霧法や水噴霧法
等の他の方法の場合に比して、液滴の粒度(大きさ)の
揃ったものが得られるという特徴がある。また、従来の
スプレーフォーミング法による場合よりも一段と組織の
均一性が得られることになる。さらに、上記一連のプロ
セスは、真空あるいは不活性ガスの雰囲気の下で行われ
るため、堆積層の内部に酸化物等の発生もない。なお、
以上のようにして得られた急冷凝固円筒状物品は、必要
に応じてその一部を切断し、圧延等を施してシート状に
成形できるのは勿論のことである。
【0016】
【実施例】耐摩耗性、低熱膨張率、高強度等の優れた機
械的性質を有し、現在、Al合金の中で最も注目されて
いるAl−Si系合金の急冷凝固円筒状物品を本発明方
法により製造した。合金の具体的な化学組成は、Al-25S
i-0.7Zr(wt%)であり、溶湯温度は 880℃である。回転円
盤の直径は 70 mmф、その回転数は 15,000 rpm とし
た。回転円盤の材質には、耐熱・耐熱衝撃性に優れた複
合セラミックスを用いた。また、銅製シリンダの内径
は、250 mmфとした。以上の諸条件の下で、急冷凝固円
筒状物品を複雑なプロセスを経ることなく、直接製造す
ることができた。また、製造される円筒状物品として
は、十分な急冷凝固速度により既存材料よりも格段に優
れた性能をもたせ得ることを確認することができた。
【0017】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明の方法に
よれば、高価なガス等を全くあるいは多量に用いること
なく、経済的に合金溶湯から急冷凝固物品を直接製造す
ることができ、また、簡便なプロセスでもって、十分な
急冷凝固速度による性能のよい急冷凝固物品を量産でき
るばかりでなく、酸化物生成量の低減化による特性向上
をも図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】回転円盤噴霧法の概要を説明するための模式的
断面図である。
【図2】本発明による急冷凝固円筒状物品の製造方法の
概要を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
5 回転円盤、 8 金属溶湯、 10 急冷凝固用シリンダ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶解した金属溶湯を回転円盤に当てること
    により、その溶湯を噴霧化すると同時に、遠心力を付与
    して飛散させ、これを上記回転円盤の周囲に配設したと
    ころの冷却された急冷凝固用シリンダの内側に溶着、堆
    積させることによって、円筒状の急冷凝固物品を直接的
    に製造することを特徴とする急冷凝固物品の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の方法において、回転円盤
    により噴霧化されて飛散する溶湯に急速冷却用の冷却媒
    を当て、それを半凝固状態としたうえで急冷凝固用シリ
    ンダの内側に堆積させることを特徴とする急冷凝固物品
    の製造方法。
JP4358391A 1992-12-25 1992-12-25 急冷凝固物品の製造方法 Pending JPH06192705A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002301554A (ja) * 2000-08-31 2002-10-15 Showa Denko Kk 遠心鋳造方法、遠心鋳造装置、それにより製造した合金
JP2003001389A (ja) * 2001-06-15 2003-01-07 Showa Denko Kk 水素吸蔵合金の製造方法

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JPS6234650A (ja) * 1985-08-06 1987-02-14 Nippon Kokan Kk <Nkk> 微細組織を有する鋳塊の鋳造装置

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