(57)【要約】  本発明は、半凝固金属スラリーの製造方法及び装置に関するもので、更に詳細には、半凝固金属スラリーを簡単な工程を介して均一な球形化組織に製造することができるようにするために、  球形化の均一な組織の半凝固金属スラリーを製造するための方法において、溶解炉に溶湯を給送する溶湯給送段階と；前記溶解炉に給送された溶湯に、電子攪拌機によって電磁気場を印加して、溶湯の温度偏差を除去すると同時に、樹枝状の組織成長を抑制する電磁気場攪拌段階と；前記溶解炉から排出される溶湯の比熱と潜熱を冷却部で急速冷却して不活性雰囲気で酸化を防止し、樹枝状の組織が形成されないようにする冷却段階と；前記冷却されたスラリーが傾斜づいて設置されたガイド部材を介して落ちてくるのをスラリー貯蔵容器に均一に分布されるように貯蔵するスラリー貯蔵段階とを含むことを特徴とする半凝固金属スラリーの製造方法及び装置に関するものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
球形化組織の半凝固金属スラリーを製造するための装置において、
上部に形成されるハウジング１の内部に溶湯が給送、排出されるように耐火材によって形成される溶解炉１０と；
前記溶解炉に電磁気場が形成されるように設置される電子攪拌機２０と；
前記溶解炉の排出路の下部に設置され、排出される溶湯を急速冷却する冷却器３０と；
前記冷却器の下部に設置され、冷却されたスラリーを下部に案内する、傾斜づいて設置されたガイド部材４０と；
前記ガイド部材の下部に設置され、ガイド部材によって案内されるスラリーを均一に分布させて貯蔵する貯蔵部５０とを具備するのだが、
前記冷却器３０を成す内壁３４と外壁３６との間には空間部３５が形成され、前記内壁の内側中央には溶解炉の排出路と連結された通路３２が形成され、前記外壁の一側には前記空間部と連結される供給連結管３６aが形成され、前記内壁には前記空間部と連結される多数の噴射孔３４aが形成されていることを特徴とする半凝固金属スラリーの製造装置。
【請求項２】
前記溶解炉１０の内部には、溶解炉内の雰囲気温度と溶湯の温度とによって内部温度を調節する温度調節器６０が具備されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半凝固金属スラリーの製造装置。
【請求項３】
前記温度調節器６０は、温度感知センサーと、その温度感知センサーの信号によって発熱するヒーティング部材とを具備していることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の半凝固金属スラリーの製造装置。
【請求項４】
前記電子攪拌機２０は、溶解炉１０と冷却器３０の外側に設置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半凝固金属スラリーの製造装置。
【請求項５】
前記貯蔵部５０は、スラリーの受容されるスラリー貯蔵容器５２と、前記スラリー貯蔵容器に落ちてくるスラリーが均一に貯蔵され得るように旋回運動をする旋回手段５４とを具備していることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半凝固金属スラリーの製造装置。
【請求項６】
前記旋回手段５４は、入力されたプログラムによってスラリー貯蔵容器を一定軌跡で旋回させることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の半凝固金属スラリーの製造装置。
【請求項７】
前記スラリー貯蔵容器５２は、熱伝導率の低いセラミックス材であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の半凝固金属スラリーの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、半凝固金属スラリーの製造方法及び装置に関するもので、より詳細には、半凝固金属スラリーを簡単な工程を介して均一な球形化組織に製造することができるようにした半凝固金属スラリーの製造方法及び装置に関するものである。
【０００２】
〔背景技術〕
一般的に、半凝固金属形成（Semi-Solid Metal Forming）技術は、液相と固相の共存する温度領域で金属または金属系複合材料を成形する方法で、既存の液体状態で成形する鋳造と固体状態で成形する鍛造技術の短所を補完し、長所を極大化することのできる新しい成形技術で、実用化のために多くの研究及び技術開発がされており、効果的な半凝固金属成形のためには、初期組織が、樹枝状組織がなく、球形の粒子が均一に分布されるスラリーを製造することが重要である。
【０００３】
このため、半凝固金属成形加工法を利用して半凝固金属スラリーを製造するための既存の方法及び装置においては、いろいろな方式及び多様な形態の装置が案出されて使用されているのだが、その代表的なものとして、溶湯が凝固する途中、機械的または電磁気的攪拌による剪断応力で樹枝状組織を破壊して球形にする方法が主に使用されている実情である。
【０００４】
しかし、従来の半凝固金属スラリーの製造方法及び装置においては、冷却過程で既に形成された樹枝状結晶形態を粉砕して粒状の金属組織にするために剪断力を利用しているもので、つまり溶融金属の一部が液相線以下に温度が下がった時、始めて振動などの力を加えるので、初期凝固層、またはこれによって形成された金属組織も、容器内での温度の不均一のため全体的に均一で微細な組織を得難く、溶融金属の容器への注入温度を調節しないと、容器壁面部と中心部との温度差によって、組織の不均一性は更に増大することになるという問題点を有している。
【０００５】
このような問題点を解消しようと、従来は、図７に示されているように、攪拌力を作用させていない状態で（a）でのように容器の壁面に傾斜角を与え溶湯を満たす溶湯注入工程１１０と、これをすぐに（b）でのように容器の外壁に、内、外部の温度偏差を減らそうと冷却炉などでエアーによって冷却させる冷却工程１２０を行うことになるのだが、前記容器の外壁で行われるエアー冷却は、容器の外壁に樹枝状の組織を形成させ、これを再び（c）でのように高周波加熱を介して適正温度に上昇させると、拡散の原理上、アルファ相が成長して内、外部温度の偏差が平等になりながら、組織均一化がなされることになる高周波加熱工程１３０を行うもので、こうして製造された半凝固金属スラリーを（d）でのように容器から分離して必要とする形態に成形する成形段階１４０を行う。
【０００６】
しかし、このような方法においても、半凝固金属スラリーを製造する過程が、別途の各工程別になされることによって、作業が煩わしくなるだけでなく、長時間が所要されるのは勿論、生産性も著しく低下するという問題点を有していた。
【０００７】
〔発明の開示〕
そこで、本発明は、前記のような従来の諸般問題点を解消しようと案出されたもので、その目的は、半凝固金属スラリーを簡単な工程を介して均一な球形化組織に製造することのできる製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、半凝固金属スラリーを、供給から成形まで単一化された簡単な構造で、球形化の均一な組織に簡便に製造することができるようにする製造装置を提供することにある。
【０００９】
本発明のまた別の目的は、溶解炉に供給される溶湯の温度偏差が最小化されることができるようにすることにある。
【００１０】
本発明のまた別の目的は、溶湯への急速冷却がより効率的になされることができるようにすることにある。
【００１１】
本発明のまた別の目的は、貯蔵されるスラリーが均一に分布されることができるようにすることにある。
【００１２】
前記のような目的を達成するための本発明は、球形化の均一な組織の半凝固金属スラリーを製造するための方法において、溶解炉に溶湯を給送する溶湯給送段階と；前記溶解炉に給送された溶湯に、電子攪拌機によって電磁気場を印加して、溶湯の温度偏差を除去すると同時に、樹枝状の組織成長を抑制する電磁気場攪拌段階と；前記溶解炉から排出される溶湯の比熱と潜熱を冷却部で急速冷却して不活性雰囲気で酸化を防止し、樹枝状の組織が形成されないようにする冷却段階と；前記冷却されたスラリーが傾斜づいて設置されたガイド部材を介して落ちてくるのをスラリー貯蔵容器に均一に分布されるように貯蔵するスラリー貯蔵段階とを含むことを特徴とする。
【００１３】
前記溶解炉の内部に給送された溶湯の温度と溶解炉内の雰囲気温度とによって、温度調節器により、内部温度を調節する温度調節段階を更に含むことを特徴とする。
【００１４】
球形化の均一な組織の半凝固金属スラリーを製造するための装置において、上部に形成されるハウジングの内部に溶湯が給送、排出されるように耐火材によって形成される溶解炉と；前記溶解炉の外側に電気印加によって電磁気場が形成されるように設置される電子攪拌機と；前記溶解炉の排出路の下部に設置され、排出される溶湯を急速冷却できるように設置される冷却器と；前記冷却器の下部に設置される支持フレームに、冷却されたスラリーを下部に案内するように傾斜づいて設置されるガイド部材と；前記ガイド部材の下部に設置され、落ちてくるスラリーが均一に分布されるように貯蔵する貯蔵部とで構成されていることを特徴とする。
【００１５】
前記溶解炉の内部には、溶解炉内の雰囲気温度と溶湯の温度とによって内部温度を調節する温度調節器が具備されていることを特徴とする。
【００１６】
前記温度調節器は、温度感知センサーと、その温度感知センサーの信号によって発熱するヒーティング部材とを具備していることを特徴とする。
【００１７】
前記冷却器は、前記冷却器を成す内壁と外壁との間には空間部が形成され、前記内壁の内側中央には溶解炉の排出路と連結された通路が形成され、前記外壁の一側には前記空間部と連結される供給連結管が形成され、前記内壁には前記空間部と連結される多数の噴射孔が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
前記電子攪拌機は、溶解炉と冷却器の外側に設置されていることを特徴とする。
【００１９】
前記貯蔵部は、スラリーの受容されるスラリー貯蔵容器と、前記スラリー貯蔵容器に落ちてくるスラリーが均一に貯蔵され得るように旋回運動する旋回手段とを具備していることを特徴とする。
【００２０】
前記旋回手段は、入力されたプログラムによってスラリー貯蔵容器を一定軌跡で旋回させることを特徴とする。
【００２１】
前記スラリー貯蔵容器は、熱伝導率の低いセラミックス材であることを特徴とする。
【００２２】
〔発明の実施のための最善の形態〕
以下、本発明の好ましい実施例を、添付の図面を参照してより詳細に説明すると次のとおりである。
【００２３】
図１は、本発明の製造段階を示した概略的なブロック図である。
【００２４】
図示されているように、複雑な形状の要求と値数精度、成型加工性、熱処理、気泡欠陥耐圧試験及び生産性が優れているだけでなく、耐摩耗性や延伸率、硬度及び引張強度の優秀な、方向性のない均一な球形化組織を有する半凝固金属スラリーを製造するための方法において、
本発明は、公知のレードル注入口を介して溶解炉に溶湯を給送する溶湯給送段階Ｓ１と；
前記溶解炉に給送された溶湯に、電子攪拌機によって電磁気場を印加して、溶湯の温度が均一に分布され得るように温度偏差を除去すると同時に、樹枝状の組織成長を抑制する電磁気場攪拌段階Ｓ２と；
前記溶解炉から排出される溶湯の比熱と潜熱を冷却部で急速冷却して、不活性雰囲気で酸化を防止し、樹枝状の組織が形成されないようにする冷却段階Ｓ３と；
前記冷却されたスラリーが傾斜づいて設置されたガイド部材を介して落ちてくるのをスラリー貯蔵容器に均一に分布されるように貯蔵するスラリー貯蔵段階Ｓ４とを含んでいることを示したものである。
【００２５】
また、前記溶解炉の内部に給送された溶湯の温度と、溶解炉内の雰囲気温度とに従い、その温度を感知し、発熱して温度を調節する温度調節器によって内部温度を調節する温度調節段階Ｓ１aを更に含む。特に、前記温度調節段階で一定の温度に調節することができる条件によって、溶解炉に溶湯を再供給時、初期熱量の損失を最小化することができる条件を有することになる。
【００２６】
図２は、本発明の製造装置を示した概略的な要部縦断面図である。
【００２７】
図示されているように、複雑な形状の要求と数値精度、成型加工性、熱処理、気泡欠陥耐圧試験及び生産性が優れているだけでなく、耐摩耗性や延伸率、硬度及び引張強度が優秀な、方向性のない均一な球形化組織の半凝固金属スラリーを製造するための装置において、
本発明は、上部に形成されるハウジング１の内部に、公知のレードル注入口を介して溶湯が給送、排出されるように、熱伝導率の低い耐火材によって形成される溶解炉１０と；
前記溶解炉の外側に、電気印加によって電磁気場が形成され、前記溶解炉内に給送されて注入された溶湯の温度が均一な分布になるようにすると同時に、樹枝状の組織成長を抑制するように設置される通常の電子攪拌機２０と；
前記溶解炉１０の排出路１２の下部に排出される溶湯の比熱と潜熱を急速冷却して、不活性雰囲気で酸化を防止することができるように設置される冷却器３０と；
前記冷却器の下部に設置される支持フレーム４２に、前記冷却器で冷却されたスラリーを下部に案内するように傾斜づいて設置される漏斗形のガイド部材４０と；
前記ガイド部材の下部に設置され、ガイド部材から落ちてくるスラリーが均一に分布されるように貯蔵する貯蔵部５０とで構成されていることを示したものである。
【００２８】
前記溶解炉１０の内部には、通常の温度感知センサー（図示せず）と、その温度感知センサーの信号によって発熱するヒーティングコイルなどのような公知のヒーティング部材（図示せず）とを具備し、溶解炉内の雰囲気温度と溶湯の温度とによって内部温度を調節する公知の温度調節器６０を具備するのが好ましい。
【００２９】
これによって、溶湯の注入される前記溶解炉の内部と注入される溶湯の温度変化を最小化することができるようになるので、半凝固金属スラリーを製造するための最適な状態を維持することができるようになるのである。
【００３０】
特に、前記溶解炉の内部に具備される温度調節器は、溶湯の再供給時、初期熱量の損失を最小化することができる役割も有することになるのである。
【００３１】
前記冷却器３０は、前記冷却器３０を成す内壁３４と外壁３６との間には空間部３５が形成され、前記内壁の内側中央には溶解炉の排出路と連結された通路３２が形成され、前記外壁の一側には前記空間部と連結される供給連結管３６aが形成され、前記内壁には前記空間部と連結される多数の噴射孔３４aが形成されて、前記通路を介して通過する溶湯に冷媒を供給して急速に冷却させるように構成するのが好ましい。
【００３２】
前記電子攪拌機２０は、溶解炉１０と冷却器３０の外側をカバーすることができるように設置することによって、溶解炉内の溶湯は勿論、冷却器を介して冷却される過程で電磁気場によって発生する攪拌力により樹枝状の組織が形成されないようにするのが好ましい。
【００３３】
前記貯蔵部５０は、スラリーの受容されるスラリー貯蔵容器５２と、前記スラリー貯蔵容器に落ちてくるスラリーが均一に貯蔵され得るように公知のターンテーブルや自動化機器によって旋回運動する旋回手段５４とを具備し、前記旋回手段は、入力されたプログラムによってスラリー貯蔵容器を一定軌跡で旋回させるのが好ましい。
【００３４】
これによって、スラリー貯蔵容器に貯蔵されるスラリーが一部分に偏心されて貯蔵されるのではなく、隅々均一な状態で貯蔵されることができるのである。
【００３５】
前記スラリー貯蔵容器５２は、熱伝導率の低いセラミックス材で形成し、貯蔵されるスラリーの温度変化が最小限になされることができるようにするのが好ましい。
【００３６】
前記のような本発明の方法及び装置によって製造される半凝固金属スラリーを、参考的に、図３乃至図６でのように公知の光学顕微鏡を使用して撮影したもので、図３は、組織の上部を、図４は、組織の下部を、図５は、組織の内部を、図６は、組織の外部を撮影したもので、上部から下部は勿論、内、外部まで方向性のない、均一な球形化組織が形成されているのが分かる。
【００３７】
従って、本発明は、溶解炉に注入された溶融金属を、一定の温度を維持すると共に、液相線の温度で電磁気場の攪拌によって全体的に均一で微細な組織を得ることができるだけでなく、スラリー貯蔵容器に貯蔵されるスラリーも、内、外部の温度偏差なしに、一定の温度を維持することのできる条件を具備することによって、一つのユニット化された装置で簡便に製造がなされるだけでなく、簡単な製造過程を介して半凝固金属スラリーの全体が均一な球形化組織を有することができるように製造することができるようになるのである。
【００３８】
〔産業上の利用可能性〕
上述のように、本発明は、単一化された簡単な構造と簡単な工程を介して、半凝固金属スラリーを均一な球形化組織に製造することのできる製造方法及び装置を提供するので、均一な球形化された組織を有する半凝固金属スラリーを、短時間内に最大限の生産性を有することができるようにするのは勿論、製造原価を著しく節減することができる効果を有するのである。
【００３９】
また、溶解炉に供給される溶湯の温度偏差を最小化できるようにすることによって、半凝固金属スラリーを製造するための最適な状態を有することができる効果も有する。
【００４０】
また、二重管形態の冷却器によって溶湯への急速冷却がより効率的になさることができるようにすることによって、溶湯で、不活性雰囲気で酸化を防止し、樹枝状の組織が形成されないようにする効果も有する。
【００４１】
また、貯蔵部の旋回手段によってスラリー貯蔵容器に貯蔵されるスラリーが均一に分布され得るようにする効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の製造段階を示した概略的なブロック図である。
【図２】本発明の製造装置を示した概略的な要部縦断面図である。
【図３】本発明によって製造された半凝固金属スラリーの各部分の組織状態を示した要部写真である。
【図４】本発明によって製造された半凝固金属スラリーの各部分の組織状態を示した要部写真である。
【図５】本発明によって製造された半凝固金属スラリーの各部分の組織状態を示した要部写真である。
【図６】本発明によって製造された半凝固金属スラリーの各部分の組織状態を示した要部写真である。
【図７】従来の半凝固金属スラリーを製造する方法を示した要部図である。
【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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【国際調査報告】
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