(57)【要約】【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金にＢ（ホウ素）を添加するアルミニウム系金属の製造において、容易かつ効率的に歩留りを向上させることができる方法を提供すること。【解決手段】アルミニウム系金属の製造方法は、ＫＢＦ４とＡｌを混合して混合粉末１を作る混合工程と、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯３に、混合工程で混合されたＫＢＦ４とＡｌの混合粉末１を添加する溶湯工程と、を含む。混合工程では、混合粉末１におけるＡｌの含有量が３０質量％以上７０質量％以下になるように調整される。また、溶湯工程では、溶湯温度が６５０℃以上８１０℃以下の範囲であり、保持部材としてのホスホライザー２１に保持された混合粉末１を溶湯に浸漬させることで混合粉末１を溶湯３に添加する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＫＢＦ４とＡｌを混合して混合粉末を作る混合工程と、
アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯に、前記混合工程で混合されたＫＢＦ４とＡｌの混合粉末を添加する溶湯工程と、
を含むアルミニウム系金属の製造方法。
【請求項２】
前記混合工程では、前記混合粉末におけるＡｌの含有量が３０質量％以上７０質量％以下になるように調整される請求項１に記載のアルミニウム系金属の製造方法。
【請求項３】
前記溶湯工程における溶湯温度が６５０℃以上８１０℃以下の範囲である請求項１又は２に記載のアルミニウム系金属の製造方法。
【請求項４】
前記溶湯工程では、保持部材に保持された前記混合粉末を溶湯に浸漬させることで前記混合粉末を溶湯に添加する請求項１から３の何れかに記載のアルミニウム系金属の製造方法。
【請求項５】
前記溶湯工程の後、溶湯を型に注湯して固めて押し出し、押出形材を製造する工程を更に含む請求項１から４の何れかに記載のアルミニウム系金属の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｂ（ホウ素）を含有するアルミニウム系金属の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルミニウムにＢを添加する技術が知られている。この種の技術を開示するものとして例えば、特許文献１がある。特許文献１には、アルミニウム電線の導電性改良材及び中性子吸収材として使用されるＡｌ−Ｂ合金の製造方法において、Ａｌ溶湯にＫＢＦ４を添加し、ホウ素を全てＡｌＢ２結晶とした後、Ｋ２ＴｉＦ６を添加してＡｌ−Ｂ溶湯の粘性を調整する方法について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３３３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＪＩＳ規格Ａ６０６３のアルミニウム合金等は、サッシを始めとした各種建材に必要とされる機械的性質、耐食性及び陽極酸化性処理を備え、かつ押出性や焼入性に優れていることからアルミニウム合金押出形材として最も生産量が多い。また、微量のＢ（ホウ素）を含む合金は、形材表面の光輝性に優れており、その効果が意匠の観点から注目されている。
【０００５】
一般的には、Ａｌ−４ｗｔ％Ｂ等の市販のＡｌ−Ｂ母合金を用いてＢの添加が行われている。しかし、Ａｌ−４ｗｔ％Ｂ等の市販のＡｌ−Ｂ母合金は、高価であり製造コストが上がる要因となっている。また、Ｂと遷移金属（Ｔｉ，Ｃｒ等）は化合物を形成しやすく、これら遷移金属を含む６０００系アルミニウム合金へのＢ添加は技術的に難しくＢを添加したときの歩留まり改善が大きな課題となっている。Ｂ２Ｏ３，Ｈ２ＢＯ３，ＮａＢ４Ｏ７及びＫＢＦ４を主体とした添加剤を検討してきたものの、一定のＢ添加歩留り（約５％）を示したのは、ＫＢＦ４を主体とした場合であった。この点、特許文献１には、ＫＢＦ４をＡｌ−Ｂ母合金として用いる例が記載されている。
【０００６】
図１３は、従来の方法でＫＢＦ４を添加したときの溶湯別Ｂ添加歩留りを示すグラフである。しかしながら、図１３に示すように、ＫＢＦ４をＡｌ−Ｂ母合金として用いた場合、純アルミニウム溶湯ではある程度の歩留まりが確保できるものの、ＪＩＳ規格Ａ６０６３等の６０００系のアルミニウム合金溶湯では十分な歩留りを得ることができなかった。アルミニウム及びアルミニウム合金の何れにおいても歩留りを向上させる方法が望まれていた。
【０００７】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金にＢ（ホウ素）を添加するアルミニウム系金属の製造において、容易かつ効率的に歩留りを向上させることができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ＫＢＦ４とＡｌを混合して混合粉末（例えば、後述の混合粉末１）を作る混合工程と、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯（例えば、後述の溶湯３）に、前記混合工程で混合されたＫＢＦ４とＡｌの混合粉末を添加する溶湯工程と、を含むアルミニウム系金属の製造方法に関する。
【０００９】
前記混合工程では、前記混合粉末におけるＡｌの含有量が３０質量％以上７０質量％以下になるように調整されることが好ましい。
【００１０】
前記溶湯工程における溶湯温度（添加温度）が６５０℃以上８１０℃以下の範囲であることが好ましい。
【００１１】
前記溶湯工程では、保持部材（例えば、後述のホスホライザー２１）に保持された前記混合粉末を溶湯に浸漬させることで前記混合粉末を溶湯に添加することが好ましい。
【００１２】
また、アルミニウム系金属の製造方法は、前記溶湯工程の後、溶湯を型に注湯して固めて押し出し、押出形材を製造する工程を更に含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアルミニウム系金属の製造方法によれば、容易かつ効率的に歩留りを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る混合工程で用いられるボールミルを模式的に示す図である。
【図２】本実施形態に係る溶湯工程でＫＢＦ４とＡｌの混合粉末が溶湯に添加された様子を模式的に示す図である。
【図３】６０６３アルミニウム合金のＢ添加歩留りに及ぼす実施例のＢ添加剤使用による効果を示すグラフである。
【図４】３０〜７５ｗｔ％の範囲において５ｗ％刻みでＡｌの含有量を変えた場合のＢ添加歩留りの差異を示すグラフである。
【図５】温度とＢＦ３解離圧の関係を示すグラフである。
【図６】実施例のＢ添加剤（Ａｌ−５０ｗｔ％ＫＢＦ４）のＳＥＭ像である。
【図７】Ｂ添加剤におけるＡｌとＫＢＦ４の混合状態を示す模式図である。
【図８】Ｂ添加剤（ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌ）添加温度とＢ添加歩留りの関係を示すグラフである。
【図９】Ｂ添加剤のＸ線回折結果を示すグラフである。
【図１０】Ｂ添加剤（ＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌ）における反射電子像及びＥＰＭＡ面分析結果である。
【図１１】Ｂ添加剤（ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌ）における反射電子像及びＥＰＭＡ面分析結果である。
【図１２】６０６３アルミニウム合金溶湯におけるＫＢＦ４−６５ｗｔ％ＡｌとＫＢＦ４のＢ添加歩留り比較を示すグラフである。
【図１３】従来の方法でＫＢＦ４を添加したときの溶湯別Ｂ添加歩留りを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明の一実施形態に係るアルミニウム系金属の製造方法では、ＫＢＦ４を母合金としてＡｌ−Ｂ合金の製造を行う。なお、アルミニウム系金属は、アルミニウム及びアルミニウム合金の両方を含むものとする。
【００１６】
Ａｌ−Ｂ合金の製造方法は、ＫＢＦ４粉とＡｌ粉を混合する混合工程と、純Ａｌ溶湯又はＡｌ合金溶湯にＫＢＦ４粉とＡｌ粉の混合粉末１を溶湯に添加する溶湯工程と、溶湯を型から押し出して押出形材を成形する成形工程と、を含む。
【００１７】
まず、混合工程について説明する。図１は、本実施形態に係る粉末混合で用いられるボールミル１０を模式的に示す図である。図１に示すボールミル１０は、Ａｌ粉とＫＢＦ４粉を混合して混合粉末１を得るために用いられる粉砕機である。
【００１８】
ボールミル１０は、撹拌用のボール１２を入れた容器１１の自転運動と容器１１をセットしたステージ（図示省略）の公転運動により、対象を粉砕撹拌する遊星型ボールミルである。Ａｌ粉及びＫＢＦ４粉と撹拌用の複数のボール１２を容器１１に入れて蓋１５をした状態で、所定の回転数（例えば、２００ｒｐｍ）、所定時間（例えば、２０分間）でボールミル１０を稼動させることで、Ａｌ粉とＫＢＦ４粉が混合された混合粉末１を得る。なお、混合工程における混合方法は、遊星ボールミル以外にも、ブレンダ―、ミキサーなど均一に混ぜる方法及び装置を用いればよく、事情に応じて適宜変更することができる。
【００１９】
次に、溶湯工程について説明する。図２は、本実施形態に係る溶湯工程でＫＢＦ４とＡｌの混合粉末１が溶湯３に添加された様子を模式的に示す図である。図２では、ボールミル１０で混合されたＡｌ粉とＫＢＦ４粉の混合粉末１をアルミニウム箔２に包んでホスホライザー２１にセットし、坩堝２０内のアルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯３に浸漬させる様子が示される。本実施形態の溶湯工程では、６５０℃〜８１０℃の温度で混合粉末１の添加及び浸漬が行われる。
【００２０】
チタン製のホスホライザー２１に離型剤（例えば、東京モーレックス坩堝株式会社製のスターコート）を塗布した状態でＡｌ粉とＫＢＦ４粉の混合粉末１を包んだアルミニウム箔２をホスホライザー２１の内側に係止する。ホスホライザー２１に混合粉末１を包んだアルミニウム箔２を係止する方法は、適宜の方法を用いることができる。なお、保持部材としてのホスホライザー２１は、混合粉末１を包んだアルミニウム箔２をセットして溶湯３に入れることができるものであればよい。本実施形態のホスホライザー２１は、柄の部分とコップ状の保持部分があり、コップ状の保持部分の内側に混合粉末１を包んだアルミニウム箔２がセットされる。また、コップ状の保持部分の周面に貫通孔が形成されているものを用いることもできる。
【００２１】
本実施形態では、アルミニウム箔２で包んだ混合粉末１を所定時間（例えば、５分間）溶湯３に浸漬させた後、ホスホライザー２１から混合粉末１を全て掻き出して所定時間（例えば、１０秒〜２０秒程度）撹拌してから所定時間（例えば、３０分間）静置する。次の成形工程に移行する前に、所定時間（例えば、２０秒）撹拌し、室温の金型に溶湯３を注入する。
【００２２】
なお、溶湯工程では、インペラー等の撹拌装置で溶湯３を撹拌し、撹拌によって生じる回転渦にＡｌ粉とＫＢＦ４粉の混合粉末１を包んだアルミニウム箔２を添加する方法を採用してもよい。この場合、インペラーの撹拌によって溶湯３が飛散しない程度の回転速度で回転させることが好ましい。また、インペラーにはホスホライザー２１に塗布したものと同様の離型剤を塗布することが好ましい。
【００２３】
成形工程では、混合粉末１が溶け込んだアルミニウム溶湯３又はアルミニウム合金溶湯３が室温の金型に注湯され、金型から押し出してＢを含有するアルミニウム系金属（Ａｌ−Ｂ合金）が押出形材として製造される。
【００２４】
以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法は、ＫＢＦ４とＡｌを混合して混合粉末１を作る混合工程と、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶湯３に、混合工程で混合されたＫＢＦ４とＡｌの混合粉末１を添加する溶湯工程と、を含む。
これにより、ＫＢＦ４粉に反応補助剤としてＡｌ粉を混合したものをＢ添加剤薬品として溶湯に添加することにより、アルミニウム又はアルミニウム合金の歩留りを効果的に向上させることができる。
【００２５】
また、本実施形態の混合工程では、混合粉末１におけるＡｌの含有量が３０質量％以上７０質量％以下になるように調整される。
このように、Ａｌ含有量を増やすことにより、ＫＢＦ４の比表面積を増加させて反応式１の反応を促進できるので、より低温かつ短時間で溶湯工程を行うことができ、歩留りをより一層向上させると共に、製造工程の短縮も実現できる。
【００２６】
また、本実施形態では、溶湯工程における溶湯温度が６５０℃以上８１０℃以下の範囲である。
これにより、目標とする歩留りを良好にコントロールできる範囲なので、目標歩留りに応じて温度を設定し、製造設備や生産目的に応じた歩留りでＢ含有アルミニウム系金属の製造を行うことができる。例えば、７６０℃以上８１０℃以下の範囲が歩留りを向上させる観点からは好ましい。また、製造時の燃料費抑制の観点からは６５０℃以上７６０℃未満の範囲が好ましい。このように、目的に応じて６５０℃以上８１０℃以下の範囲で温度を調整することにより、製造設備の制限や生産目標等に応じて歩留りをコントロールし、様々な生産要求に柔軟に対応することができる。なお、好ましい範囲（７６０℃以上８１０℃や６５０℃以上７６０℃未満等）として示した温度範囲は相対的なものであって例示である。そして、本発明は例示した範囲に用途を限定されるものではない。例えば、６５０℃以上７６０℃未満の範囲でも歩留り向上を向上させることができる。
また、ＫＢＦ４を添加剤とする場合ＡｌとＢが反応するため反応温度に依存するが、ＡｌＢ２をＢの母合金とする場合、既にＡｌＢ２となっているので、本実施形態のように温度によってＢ添加歩留りを調整することは難しく、その点でも有利な効果を奏する。
【００２７】
また、本実施形態の溶湯工程では、保持部材としてのホスホライザー２１に保持された混合粉末１を溶湯に浸漬させることで混合粉末１を溶湯３に添加する。
これにより、ホスホライザー２１に保持されているので、ＫＢＦ４粉とＡｌ粉の混合粉末１が溶湯中で分散しないので、反応式１の反応を効率的に起こすことができ、歩留りをより一層向上させることができる。また、インペラーを用いて撹拌する場合に比べ、酸素等が混入し難いので反応を効率的に進めることができる。
【００２８】
また、本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法は、溶湯工程の後、溶湯３を型に注湯して固めて押し出し、押出形材を製造する工程を更に含む。
これにより、Ｂ添加により光輝性が向上するので、押出し速度が向上して生産性の高い押出形材の製造方法を実現できる。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、比較例としてアルミニウム粉を混合しないＫＢＦ４をホウ素添加薬品として用いて製造したＡｌ−Ｂ合金と、実施例としてＫＢＦ４粉にアルミニウム粉を混合したものをホウ素添加薬品として用いて製造したＡｌ−Ｂ合金と、のＢ添加歩留りを評価した。各工程の条件について説明する。
【００３１】
なお、本明細書におけるＢ添加歩留りは、ＫＢＦ４を添加してＢが１００％アルミニウム又はアルミニウム合金に溶けたときの値（理論値）を分母とし、分子に実際に溶けたＢの値（実測値）として算出した。実測値は、アルミニウム又はアルミニウム合金を固めた状態で計測した。
【００３２】
混合工程では、フリッチュ社製の遊星型ボールミルＰ−６を用いて粉末混合を行った。本実施例で混合対象が入れられる容器１１は５００ｍｌのアルミニウム製であり、該容器１１にアルミニウム製の直径（Φ）２０ｍｍのボール１２を２０個入れた状態で蓋１５をし、回転数２００ｒｐｍで２０分間混合した。一回の混合で得られる混合粉末１は１００ｇである。
【００３３】
溶湯工程では、黒鉛の坩堝２０に６０６３アルミニウム合金を溶解して行った。１回当たりの溶解量は９００ｇであり、目標組成０．０３％Ｂとして坩堝２０の溶湯３にＢ添加剤（実施例及び比較例）を所定の添加温度で下記条件の添加方法１で添加し、Ｂ添加歩留りを評価した。比較のため、純アルミニウムを同様の条件で溶解させてＢ添加歩留りを評価した。
添加方法１：
インペラーの回転速度を５８０ｒｐｍ（溶湯が飛散しない最大値）として、５分間撹拌した後、室温の円柱状金型に注湯して鋳造した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１は、比較例のＫＢＦ４添加時における合金種によるＢ添加歩留りの差異を示す表である。Ｂ添加歩留りは純Ａｌで４４％に達しているものの、６０６３アルミニウム合金では僅か５％にとどまっており、純Ａｌに比べて６０６３アルミニウム合金へのホウ素添加が従来の方法では難しいことがわかる。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２は、実施例のＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌにおける合金種によるＢ添加歩留りの差異を示す表である。表２では、ＫＢＦ４に市販のアルミニウム粉（≧９９．７％，粒径３０μｍ）を混同したＫＢＦ４−５０ｗｔ％ＡｌにおけるＢ添加歩留りが示されている。なお、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌとは、ＫＢＦ４粉とＡｌ粉におけるＡｌの割合（質量％）であり、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％ＡｌではＫＢＦ４が５０質量％であり、Ａｌ粉が５０質量％であることを示す。また、ＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌでは、ＫＢＦ４が３５質量％でありＡｌ粉が６５質量％であることを示す。
【００３８】
表２に示されるように、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌを添加したときのＢ添加歩留りは、純Ａｌでも５８％とＢ添加歩留り率が向上し、６０６３アルミニウム合金では比較例と比べて４３％とＢ添加歩留りが著しく向上していることが示された。
【００３９】
次に、６０６３アルミニウム合金を溶湯３とした場合における添加方法と添加温度（溶湯温度）が与えるＢ添加歩留りの影響について説明する。添加方法１は上述したインペラーを用いたものであり、添加方法２は、下記の条件で行ったホスホライザー２１を用いたものである。その他の条件は、上述の混合工程と溶湯工程の条件と同じ条件である。
添加方法２：
アルミニウム箔２に包んだＢ添加剤をホスホライザー２１に詰めて溶湯３に押し込み、５分間反応させた後、ホスホライザー２１の中身を全て掻き出して、１０〜２０秒撹拌してから３０分間静置し，注湯前に再び２０秒ほど撹拌してから室温の円柱状金型に鋳造した。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
表３は、Ｂ添加歩留りに及ぼす添加方法１と添加方法２及び添加温度の影響を表したものである。表３には、溶湯工程において添加温度７６０℃で添加方法１と添加方法２の違いを比較例と実施例で行ったＢ添加歩留りと、添加温度８１０℃で添加方法２を選択した場合のＢ添加歩留りが示されている。
【００４２】
表３では、６０６３アルミニウム合金におけるＢ添加歩留りは、インペラー用いた添加方法１よりもホスホライザー２１を用いた添加方法２の方が優れていることと、実施例おいて７６０℃より８１０℃の方が、Ｂ添加歩留りが高いことが示されている。
【００４３】
図３は、６０６３アルミニウム合金のＢ添加歩留りに及ぼす実施例のＢ添加剤使用による効果を示すグラフであり、表１〜表３の結果をまとめたものである。図３に示されるように、比較例のＫＢＦ４単体によるＢ添加歩留りを基準にすると、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌを添加剤として使用することにより、Ｂ添加歩留りが９００％向上することになる。また、溶融工程で、添加方法２によってＢ添加薬品を添加することで＋２００％、添加温度を８１０℃に上げることにより更に＋４００％のＢ添加歩留りの向上が達成することになる。即ち、実施例において、添加方法２を選択して添加温度８１０℃とすることにより、添加温度７６０℃、添加方法１で行った比較例のＢ添加歩留りよりも約１５００％のＢ添加歩留り向上が実現したことになる。これによって、添加温度７００℃でＡｌ−４ｗｔ％をＢ添加薬品として用いた場合に匹敵するＢ添加歩留りを実現できることが明らかとなった。
【００４４】
次に、Ｂ添加剤薬品中のＡｌ含有量の影響について説明する。図４は、３０〜７５ｗｔ％の範囲において５ｗ％刻みでＡｌの含有量を変えた場合のＢ添加歩留りの差異を示すグラフである。添加温度は７６０℃と８１０℃であり、何れも溶融工程では添加方法２でＢ添加剤薬品を溶湯３に添加している。
【００４５】
図４に示されるように、何れの添加温度においても、Ａｌ含有量の増加と共にＢ添加歩留りが向上している。添加温度７６０℃におけるＢ添加歩留りの最高値は６７％であるのに対して添加温度８１０℃の場合は、Ａｌ含有量の増加に伴うＢ添加歩留りの上昇傾向は顕著であり５０ｗｔ％Ａｌを超えると、Ａｌ−４ｗｔ％Ｂ母合金のＢ添加歩留り水準を超え５０ｗｔ％Ａｌ以上では概ね９０％に達している。このように、Ｂ添加剤中のＡｌ含有量を制御することで、Ｂ添加歩留りを飛躍的に向上（１８００％アップ）させることができるのである。アルミニウム合金のＢ添加歩留りを顕著に向上させることができるのである。
【００４６】
次に、歩留りが向上するメカニズムについて説明する。まず、以下の説明で用いるＫＢＦ４の物性値及び温度とＢＦ３解離圧の関係について説明する。
【００４７】
なお、ＫＢＦ４の物理的・化学的性質については、研究論文や安全データシート等に値が記載されているものの、融点やその分解については種々の報告例がある。以下の説明では、日本原子力研究所により無機融体の物性値がまとめられた文献（大野英雄，古川和男：ＪＡＥＲＩ−Ｍ  ５０５３，（１９７２）．）の物性値に基づいて説明を行う。本文献によると、ＫＢＦ４は融点が５７０℃、また２８３℃で相転移し、低温相（ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ構造）から高温相（ＮａＣｌ型面心立方格子）へと変態する。
【００４８】
図５は、温度とＢＦ３解離圧の関係を示すグラフである。ＫＢＦ４は加熱により固体のＫＦ（ｓ）と気体のＢＦ３（ｇ）に分解し、温度とＢＦ３解離圧との間には図５に示す関係がある。このように、分解温度はＢＦ３解離圧によって定まるといえる。ＢＦ３解離圧は６００℃を超えた辺りから徐々に上昇しており、特に７５０℃付近から分解反応が顕著となっており、短時間にＫＢＦ４は完全に分解すると考えられる。なお、各温度において、それぞれ決まったＢＦ３解離圧に達するまで分解するが、開放系での実験であるため平衡状態に達することはなく、解離圧が１ａｔｍになる温度は９３０℃である。
【００４９】
次に、Ａｌ粉とＫＢＦ４粉を混合することにより、歩留りが向上するメカニズムについて説明する。
【００５０】
図６は、実施例のＢ添加剤（Ａｌ−５０ｗｔ％ＫＢＦ４＝ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌ）ＫＢＦ４のＳＥＭ像であり、（ａ）が（ｂ）に比べて低倍率のＳＥＭ像であり、（ｂ）がＫＢＦ４を拡大したＳＥＭ像である。
【００５１】
図６（ａ）の矢印で示すように、丸みを帯びたＡｌ粒子の間にＫＢＦ４の凝集体が存在している。またＡｌ粒子表面にはＫＢＦ４微粒子が付着している。このような状態のＢ添加剤を加熱すると、ＡｌとＫＢＦ４は反応式１に示す固相間反応を起こす。
（反応式１）
ＫＢＦ４（ｓ）＋３Ａｌ（ｓ）→２ＡｌＢ２（ｓ）＋ＫＡｌＦ４（ｓ）［４９０℃］
【００５２】
本実施例では、Ｂ添加剤をアルミ箔に包んでから溶湯３に添加している。従ってＢ添加剤は、添加方法１又は添加方法２の何れの添加方法を用いても添加直後に反応式１の反応を起こしてから溶湯３に分散すると考えられる。
【００５３】
添加方法１と添加方法２をそれぞれ比較した場合、添加方法２のホスホライザー２１にＢ添加剤を詰めて溶湯３に添加する方法の方が、Ｂ添加剤の溶湯へ３の分散を抑えられるため反応式１の反応を効率的に起こす上で有利と言える。これによって、添加方法１は添加方法２に比べてより低温で高い添加歩留まりが達成できたと考えられる。
【００５４】
図４のグラフからも示されるように、Ａｌ含有量の増加は反応式１の反応促進因子となっていることは明らかである。
【００５５】
次に、Ａｌ含有量と歩留りの関係について説明する。図７は、Ｂ添加剤におけるＡｌとＫＢＦ４の混合状態を示す模式図である。室温におけるＫＢＦ４の比重γＫＢＦ４は２．５、Ａｌの比重γＡｌは２．７であるため、γＫＢＦ４≒γＡｌとみなすことができる。また、各粒子（凝集体）を同サイズの立方体と考え、それらがランダムに混合されたときのＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌをシミュレートとしたものが図７中の（ａ）である。同様に、ＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌの混合状態をシミュレートしたものが図７中の（ｂ）である。
【００５６】
図７の（ａ）（ｂ）により、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌに比べてＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌの方が離散的な分布形態になることがわかる。これにより、ＫＢＦ４−６５ｗｔ％ＡｌにおけるＫＢＦ４の比表面積（表面積／体積）は、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌよりも１．３６倍大きくなる。その結果、ＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌの方が反応式１の反応速度が大きくなると考えられる。このシミュレーション結果より、Ａｌ含有量の増加はＫＢＦ４の比表面積の増加をもたらし、反応式１の反応を促進するため、より低温かつ短時間でのＢ添加を可能とすることがわかった。
【００５７】
次に、添加温度と歩留りの関係について説明する。図８は、Ｂ添加剤（ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌ）添加温度とＢ添加歩留りの関係を示すグラフである。
【００５８】
図８に示されるように、Ｂ添加歩留まりは溶湯温度（添加温度）の上昇に伴って大きくなっている。これは高温になるほど起こりやすくなるようなＢ添加に関する反応が反応式１以外にも存在することを示唆している。例えば反応式１において未反応のＫＢＦ４は５７０℃で融点に達する。
ＫＢＦ４（ｓ）→ＫＢＦ４（Ｌ）［５７０℃］
【００５９】
そして、５７０℃を超えると、反応式１は以下の反応式２となる。
（反応式２）
２ＫＢＦ４（Ｌ）＋３Ａｌ（Ｌ）→２ＡｌＢ２（ｓ）＋２ＫＡｌＦ４（ｓ）
【００６０】
ＫＡｌＦ４は５９０℃で融点に達するため，それ以降はフラックス（ＫＢＦ４＋ＫＡｌＦ４）とＡｌの反応になる。ここでフラックスはＡｌ溶湯と分離する傾向があると考えられる。更に、図５に示したように、７５０℃を超えると以下の分解反応が顕著になる。
（反応式３）
ＢＦ４（Ｌ）⇔ＫＦ（ｓ）＋ＢＦ３（ｇ）
【００６１】
反応式３によると、ＫＢＦ４あるいはそれを含むドロス・スラッジからもＢＦ３が発生すると考えられる。ＢＦ３が溶湯と接触すると以下に示す反応式４）を生じる可能性がある。
（反応式４）
ＢＦ３（ｇ）＋Ａｌ（Ｌ）⇔Ｂ（ｓ）＋ＡｌＦ３（ｓ）
【００６２】
反応式４における反応の標準ギブス自由エネルギー変化ΔＧＴｏは，室温以上で常に負（例えば、８１０℃ではΔＧ８１０ｏ＝−１５０Ｊ／ｍｏｌ）となることから、ＢＦ３の圧力ＰＢＦ３が１ａｔｍならば反応は右方向へ進む。しかし、ＢＦ３の圧力が１ａｔｍに達するのは、上述のように、９３０℃である。従って、８１０℃においては、ΔＧＴ＝ΔＧＴｏ＋ＲＴｌｎＫｐの関係よりΔＧＴ＝−１５０＋９００４．５ｌｎ（１／ＰＢＦ３）となる。従って、ＰＢＦ３＜０．９８ａｔｍでは、ΔＧＴ＞０となるため、反応は右方向に進まないことになる。しかし、Ｂ添加歩留まりの温度依存性を考えると反応式４は無視できない。例えば、溶湯中における微視的なＢＦ３気泡の発生等を仮定すればＰＢＦ３＞１ａｔｍになるケースも考えられるためである。なお、ＢＦ３は比重が空気の約２．３倍であるため炉内に滞留しやすいが、その分圧を考えると湯面を介しての反応は起こらないと考えられる。
【００６３】
次に、Ｂ添加剤中のＫＢＦ４粉とＡｌ粉によるＡｌＢ２の生成メカニズムについて説明する。
【００６４】
図９は、Ｂ添加剤のＸ線回折結果を示すグラフである。Ｂ添加剤が６０６３アルミニウム溶湯に添加されたとき、加熱によりどのような相変化・反応生成物を生じるかを明らかにするため、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌを油圧プレスで圧粉成形し、電気炉の設定温度で１００℃から１０００度まで１００℃刻みでそれぞれ２０分間加熱後、反応生成物の有無等をＸ線回折による定性分析及び電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により調べた。
【００６５】
Ｘ線回折は管電圧４５ｋＶ，管電流２００ｍＡとした。ＥＰＭＡによる分析条件は，加速電圧１５ｋＶ，ビーム電流１００ｎＡ，分析領域１２０×９０μｍ，測定ピッチ０．３μｍ，画像サイズ４００×３００ｐｉｘｃｅｌ，積分時間１０ｍｓ／ｐｏｉｎｔである。また、Ｂ検出用の分光結晶はＬＳＡ１２０とした。なお、圧粉成形した理由は、加熱後、組織観察に供するためである。
【００６６】
図９中の（ａ）は、Ｂ添加剤を電気炉中でアルゴンを流しながら１００℃ごとに５００℃まで加熱した後のＸ線回析結果である。３００℃までは添加剤の成分（ＡｌとＫＢＦ４）のピークしか確認されないが、４００℃以上ではＫＢＦ４のピークは消失し、代わりにＡｌＢ２とＫＡｌＦ４のピークが新たに確認された。２８３℃で起こる低温相から高温相への相変態に伴う回折ピークの位置変化は確認されなかった。
【００６７】
図９中の（ｂ）は、（ａ）と同様に１００℃ごとに６００℃〜１０００℃まで加熱した後のＸ線回析結果を示す。６００℃以上でも回折ピークの位置はほとんど変化せず、構成相はＡｌ，ＡｌＢ２及びＫＡｌＦ４の３つであることが確認された。なお、Ｘ線回折についてはＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌの場合に関しても同様の結果が得られた。
【００６８】
図９中の（ｂ）の結果から、ＫＢＦ４とＡｌ粉末を混合した混合粉末１を８００℃で予備加熱した場合、Ａｌ−Ｂ化合物が形成されることがわかる。このようなＡｌ−Ｂ化合物が形成されたものを上述のアルミニウム合金の溶湯に添加してみたがＢは溶湯に全く含有されなかった。これは予備加熱で生成した副生成物がＡｌ−Ｂ化合物に付着し溶湯との濡れ性を阻害した為と推測される。このことからも、ＫＢＦ４とＡｌ粉をミリング後、ホスホライザー２１で添加する方が好ましいことがわかる。
【００６９】
図１０は、Ｂ添加剤（ＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌ）における反射電子像及びＥＰＭＡ面分析結果である。図１０に示す分析では、ＫＢＦ４−６５％Ａｌを圧粉成形し、アルゴン雰囲気中で８００℃に加熱した。反射電子像においては，色の黒い部分が母相Ａｌよりも平均原子番号の低い部分を表しており，面分析結果では、Ｂの多い部分に対応している。
【００７０】
図１０に示す面分析結果より、分析対象元素であるＢ，Ｆ及びＫは、何れも試料中微細に分散していることが分かる。ＦとＫは分布位置が重複しているが、Ｂに関してはそれら元素とは独立して存在している。また、図８のＢ濃度の高い部分をＥＰＭＡにより定量分析したところ、ＡｌとＢのｍｏｌ比は概ね１対２となっていることが確認された。Ｘ線回折結果と併せて考えると、Ｂ濃度の高い部分はＡｌＢ２，ＦとＫが重複している部分はＫＡｌＦ４であるといえる。以上より、Ｂ添加剤の添加過程においては、微細なＡｌＢ２粒子が形成され、それらが溶湯中に広がることでＢ添加が行われることが組織学的に確認された。また固相反応（反応式１）により，ＫＢＦ４はほぼ完全にＡｌＢ２とＫＡｌＦ４に変化すると考えられる。
【００７１】
図１１は、Ｂ添加剤（ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌ）における反射電子像及びＥＰＭＡ面分析結果である。図１０での分析と同様に処理した試料の反射電子像及びＥＰＭＡ面分析結果が示されている。
【００７２】
図１１に示されるように、図１０と同様に主な生成物はＡｌＢ２とＫＡｌＦ４になる。また、Ｂ添加剤中のＫＢＦ４量がＫＢＦ４−６５％Ａｌよりも多いことから、それらの生成量も図９中の（ｂ）で観察されるより増えているように見える。また、図１１中の矢印で示すように、ＫＡｌＦ４中、Ｆ濃度のみ高い箇所も多数観察された．Ｘ線回折では確認できなかったが、これはＡｌＦ３の生成，即ち前述の反応式４が起きたこと、即ち、フラックス（ＫＢＦ４＋ＫＡｌＦ４）中におけるＫＢＦ４の分解を示唆している。図６において、ＫＢＦ４−５０％Ａｌは  ＫＢＦ４−６５％Ａｌに比べＫＢＦ４の比表面積が小さいため反応速度が小さくなると考えられる。図１０は、Ｂ添加剤を圧粉成形した状態で２０分間の加熱を行った後の結果であるが、実際は添加後、短時間でＢ添加剤は溶湯中に分散する。以上の結果は、ＫＢＦ４−６５％Ａｌの場合に比べ，ＫＢＦ４−５０％Ａｌでは反応式１で消費されるＫＢＦ４が少なく、反応式２及び反応式４に基づくＢ添加が成される割合が多いことを示している。
【００７３】
以上のＸ線回折及びＥＰＭＡ分析の結果、反応式１の反応は４００℃付近の低温から容易に起こり、微細なＡｌＢ２が生成することが明らかになった。また、Ａｌ含有量の低下はＫＢＦ４の比表面積を低下させ、反応式１の反応速度を小さくするため、Ｂ添加剤中での反応式１の反応量が少なくなり、Ｂ添加における反応式２及び反応式４の依存度が大きくなることが分かったのである。
【００７４】
Ｂ添加に係る反応は主に２つと考えられる。１つは、Ｂ添加剤添加時の固相反応に起因する反応式１であり、もう１つは、高温時ＢＦ３の発生に伴う反応式４によるものである。これらの両方、又は何れかの反応を促進させるよう、製造条件を調整することで、Ｂ添加歩留まりの向上を実現できるのである。例えば、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌを添加剤として使用し、添加方法２で添加温度を８１０℃に設定することで、従来比１５００％のＢ添加歩留まり改善がなされ、  Ａｌ−４ｗｔ％Ｂ母合金添加時に匹敵するＢ添加歩留まりが得られた。また、Ｂ添加剤中のＡｌ含有量，添加方法及び添加温度を調整することにより，Ｂ添加歩留まりが飛躍的に改善（１８００％アップ）されることが明らかになった。例えば、ＫＢＦ４−５０ｗｔ％Ａｌで高いＢ添加歩留（９０％以上）が示されている。
【００７５】
図１２は、６０６３アルミニウム合金溶湯におけるＫＢＦ４−６５ｗｔ％ＡｌとＫＢＦ４のＢ添加歩留り比較を示すグラフである。条件は上述したものと同じ条件である。従来は、ＫＢＦ４を６０６３アルミニウム合金溶湯に添加しても良好な歩留りを得ることはできなかった（図１３参照）。しかしながら、図１２に示すように、本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法によりＫＢＦ４にＡｌ粉を混合すれば、ＫＢＦ４単独で溶湯に添加するよりもＢ添加歩留りを著しく向上させることができる。図１２では、７００℃、７５０℃、８００℃の何れの場合においても、ＫＢＦ４にＡｌ粉を混合したＫＢＦ４−６５ｗｔ％Ａｌの方がＫＢＦ４単独で溶湯に添加したものよりも歩留りが大きく向上している。このことからも、本実施形態のアルミニウム系金属の製造方法がアルミニウム系金属の光輝性向上を安価で信頼性の高い新しいＢ添加技術を実現していることがわかる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態、実施例や測定結果に限定されるものではなく、事情に応じて適宜その構成や方法を変更することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１  ＫＢＦ４とＡｌの混合粉末
２  アルミニウム箔
３  溶湯
２１  ホスホライザー（保持部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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