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Al粒子とTi粒子を用いた鋳造Al用結晶粒微細化剤および当該微細化剤を用いた鋳造材の製造方法 コモンズ

国内特許コード P140010968
掲載日 2014年9月1日
出願番号 特願2014-153765
公開番号 特開2015-071189
出願日 平成26年7月29日(2014.7.29)
公開日 平成27年4月16日(2015.4.16)
優先権データ
  • 特願2013-183743 (2013.9.5) JP
発明者
  • 渡辺 義見
  • 佐藤 尚
  • 山田 素子
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 Al粒子とTi粒子を用いた鋳造Al用結晶粒微細化剤および当該微細化剤を用いた鋳造材の製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】簡便かつ低コストで、結晶粒微細化効果の大きい、鋳造Al用あるいは鋳造Al合金用結晶粒微細化剤および当該微細化剤を用いた鋳造材の製造方法を提供することである。
【解決手段】Al粉末もしくはAl合金粉末とTi粉末とを焼結して得られるAl用もしくはAl合金用の結晶粒微細化剤。前記Al用もしくはAl合金用の結晶粒微細化剤を溶解中のAlもしくはAl合金に投入し、撹拌後に鋳込みを行う、Al鋳造材もしくはAl合金鋳造材の製造方法。
【選択図】 図8
従来技術、競合技術の概要



金属および合金の代表的な加工法の一つに鋳造法がある。鋳造法は、複雑で滑らかな形状の製品が作製可能であることや比較的大きな部材を容易に製造できる特長を有する。しかし、鋳造材は、冷却速度の影響によって粗大な柱状晶を有する場合が多く、強度向上等のために、その組織微細化が必要とされている。Al鋳造材およびAl合金鋳造材における組織微細化方法として、Al-Ti-X(X=B,C)の組成を有する結晶粒微細化剤をAl溶湯中に添加する方法がある。このような結晶粒微細化剤にはAlTi粒子やTiB粒子がAl母相中に存在しており、特に金属間化合物であるD022構造を有するAlTi粒子がAl鋳造材の凝固における異質核として作用することでAl鋳造材の結晶粒を微細化する。





ところで、このような凝固過程において有効な異質核となるためには,異質核物質と鋳造材との界面エネルギーが小さいことが必要である.また、非特許文献1に示すように異質核物質と鋳造材の結晶格子の低指数面における原子配列の不整合度δ(以下の数式1)により異質核物質の有効性が議論できる。





【数1】






ここで、aは不均質核物質の低指数面の格子定数、aは鋳造材の低指数面の格子定数である。δが小さいほど原子配列の整合性がよく、界面エネルギーが小さい。この値が10%以下であると不均質核として有効に働く。さらに、AlTi粒子とAlのような結晶系の異なる物質における不整合度を記述する方法として、非特許文献1では、より具体的に以下の数式2で算出できる平面不整合度を提案している。

【数2】






ここで、(hkl)は異質核粒子の低次指数面、[uvw]は(hkl)面の低次指数方向、(hkl)は核生成する金属の低次指数面、[uvw]は(hkl)面の低次指数方向、d[uvw]は[uvw]方向に沿った原子間距離、d[uvw]は[uvw]方向に沿った原子間距離、θは[uvw]と[uvw]との間の角度を表している。図1に純Alのfcc構造およびAlTiのD022構造を示す。また、AlとAlTiの低次指数面間の格子対応と、その結晶学的方位関係における平面不整合度を図2に示す。





AlTi は結晶の対称性が悪いため、面によって平面不整合度が異なる。これらの面の中では、最小の平面不整合度は{112}Al3Tiにおける2.17%であるものの、最大では(001)Al3Tiにおける4.89%となり、この面における整合性は低い。しかしながら、従来の結晶粒微細化剤中のAlTi粒子は板面が(001)Al3Tiである板形状を有し,不整合度が一番大きい面が圧倒的な割合で占有していた。市販の結晶粒微細化剤における板状AlTi粒子のアスペクト比は0.08 であり、このアスペクト比をもとに図3に示すような板状AlTi粒子を考えた場合、その平均不整合度は4.78%となる。仮に、図4に示す球状粒子を考えた場合、平均不整合度は2.99%まで下がり、高い微細化能を有することが期待される。従来、特許文献1に示すように、結晶粒微細化剤に対して巨大ひずみ加工を施すことでAlTi粒子のアスペクトを1 に近づけているが、球状AlTi 粒子を得るには至っていない。

産業上の利用分野



本発明は、Al粒子とTi粒子との焼結によって作製した鋳造Al用の結晶粒微細化剤に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
Al粉末もしくはAl合金粉末とTi粉末とを焼結して得られるAl用もしくはAl合金用の結晶粒微細化剤。

【請求項2】
前記Al粉末とTi粉末との体積比が80~95:20~5である、請求項1に記載のAl用もしくはAl合金用の結晶粒微細化剤。

【請求項3】
Al粉末もしくはAl合金粉末とTi粉末との焼結がプラズマ焼結である、請求項1または2に記載のAl用もしくはAl合金用の結晶粒微細化剤。

【請求項4】
請求項1~3に記載のAl用もしくはAl合金用の結晶粒微細化剤を溶解中のAlもしくはAl合金に投入し、撹拌後に鋳込みを行う、Al鋳造材もしくはAl合金鋳造材の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014153765thum.jpg
出願権利状態 公開
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