(57)【要約】  液体-固体金属組成物を製造する方法であって、容器2に溶融金属又は合金3を装入する工程と、容器2に固体金属又は合金6を装入する工程と、溶融金属又は合金3をそれが冷却するときに攪拌する工程を含む。固体金属又は合金6と溶融金属又は合金3との間のエンタルピー交換によって相当量の固体粒子7が溶融物3中に形成され、加えられた固体金属又は合金6の少なくとも一部が、溶融金属又は合金3によって移動される熱によって溶融されるように、固体金属又は合金6の量が選択される。【選択図】図１
2008522831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体−固体金属組成物（8）の製造方法であって、
容器（2）に溶融した金属または合金（3）を装入する工程と、
容器（2）に固体の金属または合金（6）を装入する工程と、
溶融した金属または合金（3）をそれが冷却するときに攪拌する工程とを含み、
該固体金属または合金（6）と該溶融金属または合金（3）との間のエンタルピー交換によって相当な量の固体粒子（7）が溶融物（3）の中に形成され、加えられた固体金属または合金（6）の少なくとも一部は、溶融金属または合金（3）により固体金属または合金（６）へと移動される熱によって溶融されるように、固体金属または合金（6）の量が選択されることを特徴とする方法。
【請求項２】
加えられた固体金属または合金（6）の本質的に全てが、溶融金属または合金（3）により固体金属または合金（６）へと移動される熱によって溶融されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
固体金属または合金（6）の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子（7）の量が少なくとも１wt％であるように選択されることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
固体金属または合金（6）の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子（7）の量が少なくとも５wt％であるように選択されることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
固体金属または合金（6）の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子（7）の量が少なくとも１０wt％であるように選択されることを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
固体金属または合金（6）の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子（7）の量が６５wt％未満であるように選択されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
固体金属または合金（6）の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子（7）の量が５０wt％未満であるように選択されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
容器（2）に装入される固体金属または合金（6）は、少なくとも一つの個々の断片として容器（2）中に装入されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
攪拌は機械式攪拌器（5）によって行われ、固体金属または合金（6）は該攪拌器（5）を介して容器（2）に装入されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
該固体金属または合金が、該攪拌器（5）に取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
該固体金属または合金が、攪拌器（5）中の導通路を通じて該溶融金属または合金中に供給されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
攪拌は電磁気攪拌器によって行われることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
該溶融金属または合金と該固体金属または合金（6）の混合物が、固体金属または合金（6）の冷却効果のほかに補助的な外部冷却を受けることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
装入される固体金属または合金（6）が、装入される溶融金属または合金（3）と同じ組成を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
装入される固体金属または合金（6）が、装入される溶融金属または合金（3）とは異なる組成を有することを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
装入される固体金属または合金（6）が、装入される溶融金属または合金（3）中に可溶であることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
加えられる固体金属または合金（6）の冷却効果によって溶融物（3）が冷却するときに溶融物（3）中に形成される固体粒子（7）の量が、さらに加えられる固体金属または合金（6）に頼ることなく、溶融物（3）がさらに冷却するときに液体−固体金属組成物（8）における樹枝状晶構造の成長が実質的に防がれるほどに、十分に多いことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
生成する液体−固体金属組成物が亜共晶液体−固体金属組成物（8）であり、溶融金属または合金が溶融亜共晶金属または合金（3）であり、そして固体金属または合金（6）が前記溶融金属または合金（3）と同じ合金系からの共晶または過共晶の固体金属または合金（6）であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
生成する液体−固体金属組成物が過共晶液体−固体金属組成物（8）であり、溶融金属または合金が溶融過共晶金属または合金（3）であり、そして固体金属または合金（6）が前記溶融金属または合金（3）と同じ合金系からの共晶または過共晶の固体金属または合金（6）であることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
固体金属または合金（6）が、前記溶融金属または合金（3）の合金系とは異なる合金系のものであることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、容器（2）と少なくとも一つの攪拌器（5）とを含み、そして前記攪拌器（5）または少なくとも一つの攪拌器（5）に固体金属または合金（6）が取り付けられていることを特徴とする装置。
【請求項２２】
攪拌器（5）が、容器（2）に装入される液体の金属または合金の融点よりも実質的に高い融点を有する材料によって形成されることを特徴とする、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
攪拌器（5）の全体が、容器（2）に装入される固体金属または合金によって形成されることを特徴とする、請求項２１〜２２のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
請求項１〜２０のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、容器（2）と少なくとも一つの攪拌器（5）とを有し、該少なくとも一つの攪拌器に固体金属または合金を溶融金属または合金中に供給するための導通路が設けられていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体-固体金属組成物の製造方法であって、溶融した金属または合金を容器に装入し、固体の金属または合金をこの容器に装入し、そして溶融した金属または合金が冷却する際に攪拌する工程を含む方法に関する。
【０００２】
本発明はまた、本発明の方法を実施するための装置に関する。
溶融金属または合金の組成物は多様な金属または合金から形成することができるが、しかしそれらは、特に攪拌することなく液体状態から凝固するとき、樹枝状晶成長またはファセット成長の形態を形成する傾向がある。
【０００３】
溶融金属または合金は、容器の中に装入されるとき、液体状態にある必要はないと認識されるべきである。それは固体状態で装入することもでき、次いで、それを液体状態または大部分が液体の状態にするために溶融される。その場合、固体金属または合金は、溶融相が発生した後に装入される。
【０００４】
また、一般に、溶融金属または合金と固体金属または合金が容器の中に装入される順序は任意であるということも認識されるべきである。
【背景技術】
【０００５】
半固体材料から製造された部材は従来の方法に従って製造された対応する部材に対して大きな利点を備えていることが、良く知られている。「半固体（semi-solid）」とは、溶融物が冷却する際に生じた一定の質量パーセントの固体粒子を含む溶融物として適用される。そのような材料を鋳造することによって製造される鋳造部材の利点は、欠陥が少ないことや良好な機械的特性を有することなどであろう。
【０００６】
半固体材料に基づいて金属部材を製造することは通常、容器の中の金属または合金を加熱してそれを液体にすることと、次いで溶融材料をそれが半固体状態に達するまで冷却することを含む。半固体状態に達したら、材料は典型的に、製品または半製品（semi-product）を形成させるために鋳型もしくは連続鋳造装置の中に鋳込むことができる。
【０００７】
多くの金属と合金は、凝固する際、いわゆる樹枝状晶構造を形成しやすい。しかし、そのような構造は半固体材料のチキソトロピー性に逆効果を及ぼすので、可能であれば避けるべきである。最も近い先行技術によれば、例えば米国特許6,645,323号に開示されているように、冷却し凝固したときのそのような樹枝状晶構造の形成は、溶融物を攪拌することによって避けられる。
【０００８】
米国特許6,645,323号によれば、液体である溶融金属は制御された条件下で急冷され、それと同時に、望ましいチキソトロピー性スラリーを形成させるために、回転する機械装置によって攪拌される。攪拌を起こすための他の方法、例えば電磁気攪拌も実施できる。固体材料の所定の少量の割合が溶融物中に形成される一定の時点まで、攪拌は続けられる。次いで、さらなる攪拌を行うことなく冷却は続けられる。スラリー中に固体金属の所与の割合が得られたら、鋳造操作に用いる。
【０００９】
しかし、この先行技術による方法は溶融物の外部冷却が必要であり、それは容器の外側に設けられた冷却手段によるか、あるいは溶融物の中（例えば攪拌器の中）に設けられた冷却手段のいずれかによって行われる。従って、先行技術においては、固体材料の得られる割合を制御する目的のために、温度制御を含めた冷却の制御が必要となる。このことは、これら先行技術の方法を比較的時間がかかり、費用のかかるものにしている。
【００１０】
先行技術はまた、溶融物に固体金属または合金を、核生成を促進させるための接種剤（inoculant）として、あるいは合金化の手段として添加することを教示している。
WO 2004/027101は、過共晶合金と固体または半固体の亜共晶合金を混合することによって過共晶合金中の一次シリコンを調質する（refine）ための方法を開示している。この方法は、一次Si粒子の形成により望ましい機械的特性を付与するために、亜共晶Al-Si液体を過共晶のものと混合することによって過共晶Al-Si鋳造物の中の一次Siの形態、大きさおよび分布を制御することを提供する。この先行技術によれば、この方法はまた、半固体金属が形成されるための時間の長さにわたって過共晶合金-亜共晶合金混合物の冷却を制御することも必要とする。混合が行われる間の温度のより急速な降下により、一次Si粒子の概ね均一な分布が制御される。溶融物を冷却する間にこの溶融物を攪拌することは提示されていない。
【００１１】
米国特許6,880,613号によれば、固体または半固体の亜共晶スラリーの中に少なくとも二つの亜共晶合金を混合することによって亜共晶合金中の一次アルミニウムを調質するための方法が記載されている。この方法は、望ましい機械的特性を付与するために、亜共晶Al-Si液体を固体の亜共晶Al-Si粒子と混合することによって亜共晶Al-Si鋳造物中の一次Alの形態、大きさおよび分布を制御することを提供する。この先行技術の一態様において、液体の亜共晶Al-Si合金と混合させるために亜共晶Al-Si合金の小さな固体の塊が用いられ、それにより亜共晶Al-Siスラリーが形成された。混合が行われる間の温度のより急速な降下により、一次Al粒子の概ね均一な分布が制御される。混合が行われる間に溶融物を攪拌することは提示されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発明の目的
本発明の第一の目的は、液体-固体金属合金の容積の中に固体粒子が均質に分散された液体-固体組成物を迅速に形成するための方法を提供することである。この液体-固体金属には、それがさらに冷却するときに、さらに攪拌することなく、固体の樹枝状晶の網状組織が形成されることが避けられるような特性が与えられなければならない。
【００１３】
本発明の目的はまた、液体-固体金属組成物を製造するための方法であって、溶融金属または合金を外部から冷却する必要性が少なくなるかあるいは除かれ、しかしそれでもなお例えば製品または半製品が製造される後続の鋳造プロセスにおいて用いることのできる、液体-固体スラリーが迅速に生成される方法を提示することである。本発明はまた、液体-固体スラリーを製造する間に溶融物の温度を制御する必要性も少なくするだろう。
【００１４】
本発明の目的はまた、液体の金属または合金と固体の金属または合金の新しい組成の組み合わせから液体-固体金属組成物を迅速に生成することのできる方法を提示することである。
【００１５】
本発明の目的はまた、容易に実施できるとともに費用対効果が高い方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
発明の概要
本発明の目的は最初に明示される方法によって達成され、この方法は、固体の金属または合金と溶融金属または合金との間のエンタルピーの交換によって相当な量（substantial amount）の固体粒子が混合物中に形成され、加えられた固体の金属または合金の少なくとも一部は、溶融金属または合金によって移動される熱によって溶融されるように、固体の金属または合金の量が選択される、ということによって特徴づけられる。言い換えると、本発明は外部冷却ではなく内部冷却の使用を提示する。本発明について重要なことは、加えられる固体金属または合金の量は、溶融金属の一定割合の凝固が起きて、この凝固は固体金属または合金の添加から直接誘導される、と結論付けられるような量である、ということである。言い換えると、固体金属または合金の量は、固体金属または合金と溶融金属または合金との間のエンタルピーの交換によって、溶融液または合金の凝固が開始して液体−固体スラリーが生成されるような量でなければならない。従って、装入される固体金属または合金は溶融金属または合金よりも低い温度を有していなければならず、好ましくは室温である。しかしながら、それは溶融金属または合金と同じ組成を有している必要はない。あるいは、混合は一工程よりも多いかあるいは連続した工程で行われる。固体金属または合金は、溶融物すなわち溶融金属または合金中に可溶でなければならない。言い換えると、それは、混合が行われる間に溶融物の中に完全にまたは部分的に溶融して分散することができる。好ましくは、混合と攪拌は同時に行われ、そして固体金属または合金が装入されている間、またエンタルピー交換が起こっている間、溶融物は攪拌される。
【００１７】
溶融物の中での核生成と初期の凝固は固体金属または合金の添加によるものであり、基本的にいかなる外部冷却によるものでもない、というのが本発明の重要な見地である。しかしながら、このことは補助的な冷却手段として外部冷却を用いる可能性を排除するものではない。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、固体金属または合金の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子の量が少なくとも１wt％、好ましくは少なくとも５wt％、より好ましくは少なくとも１０wt％、そして最も好ましくは少なくとも１５wt％、あるいはさらに好ましくは少なくとも２０wt％であるように選択される。極めて重要なことは、溶融物中の固体粒子の量または比率およびその分布は、溶融物がさらに冷却して凝固する際に樹枝状晶の網状組織または構造の生成が抑制されることが保証されるような程度である、ということである。攪拌を行う間の凝固の直接の結果であって、また固体金属または合金の本発明の添加に伴うものである固体粒子の初期の生成が起きた後は、スラリーがさらに冷却するときに、樹枝状晶の有意な形成を伴うことなく、粗大化による固体粒子のさらなる成長が起こり、これはスラリーのさらなる攪拌を行わずとも起こるであろう、ということに留意しなければならない。
【００１９】
好ましい態様によれば、固体金属または合金の量は、前記エンタルピー交換によって形成される固体粒子の量が６５wt％未満、好ましくは５０wt％未満、そして最も好ましくは３０wt％未満であるように選択される。固体分のパーセントがもっと高くなると、スラリーが容易に変形しにくくなり、そしていかなる後続プロセス、例えば鋳造プロセスにおいても使用しにくくなるであろう。
【００２０】
一態様によれば、容器に装入される固体金属または合金は、容器の中に装填される少なくとも一つの個々の断片として装入される。固体金属または合金は段階的に装入してもよく、各々の工程において異なる金属組成物を用いる場合であってもそうである。容器に装入される液体金属または合金も段階的に装入してもよく、各々の工程において異なる金属組成物を用いる場合であってもそうである。
【００２１】
さらに好ましい態様によれば、攪拌は機械的な攪拌器によって、あるいは幾つかの機械的な攪拌器によって行われ、そして容器に装入される固体金属または合金は攪拌器に接続されるか、あるいは複数の攪拌器のうちの少なくとも一つに接続される。固体金属または合金は、例えば、溶接等の手段によって攪拌器に接続される１またはそれを超える断片によって形成することができる。固体金属または合金はまた、例えば、攪拌器を通って延びる導通路等を介して、単一または複数の攪拌器を通じて、または攪拌器から、溶融物の中に連続的または段階的に供給してもよい。攪拌器自体は、溶融物からの熱によって溶融しないように、液体金属または合金よりも実質的に高い融点を有する材料によって形成することができる。固体金属または合金は好ましくは攪拌器の作動部分であってもよく、それによって、エンタルピーの交換体としてのその機能以外に、攪拌効果に実際に寄与する。あるいは、攪拌器の全体を、本発明に従ってエンタルピー交換が行われる間に溶融される固体金属または合金によって形成してもよい。攪拌は機械的な攪拌によって行われるのが好ましい。しかしながら、攪拌は電磁気攪拌によって行ってもよく、機械的攪拌と電磁気攪拌の組み合わせによって行ってもよい。これは、例えば、スラリーを製造する間に、単一または複数の攪拌器を通じて、または攪拌器から、固体金属または合金を溶融物中に連続的に供給する場合であろう。
【００２２】
本発明によれば、同じ合金系からの液体の亜共晶金属合金と共晶または過共晶固体金属合金とを混合させて、これら装入される液体金属または合金と固体金属または合金の量および初期温度を制御することによって、亜共晶の半固体金属スラリーを生成させることができる。そのような例は、亜共晶Al-Si合金（例えば５％Si）に過共晶Al-Si合金（例えば１３％Si）を添加して亜共晶Al-Siスラリーを形成させる場合であろう。攪拌は、スラリーの内部に固体粒子を均一に分布させるために必要である。同じ合金系からの液体の過共晶合金と共晶または過共晶固体合金とを混合させて、これら装入される液体金属または合金と固体金属または合金の量および初期温度を制御することによって、過共晶の半固体金属スラリーを生成させることができる。そのような例は、過共晶Al-Si合金（例えば２０％Si）に過共晶Al-Si合金（例えば１３％Si）を添加して過共晶Al-Siのスラリーを形成させる場合であろう。スラリー内部に固体粒子を均一に分布させるために、やはり攪拌が必要である。異なる合金系からの液体金属または合金と固体金属または合金とを混合させて、これら装入される液体金属または合金と固体金属または合金の量および初期温度を制御することによって、半固体金属のスラリーを生成させることもできる。そのような例は、液体Mg-Al合金（例えば９％Al）に固体Mg-Zn合金（例えば７％Zn）を添加してMg-Al-Znのスラリーを形成させる場合であろう。スラリー内部に固体粒子を均一に分布させるために、攪拌が必要である。
【００２３】
本発明はまた、本発明に従う方法を実施するための装置に関し、この装置は、容器と攪拌器を含み、攪拌器に固体金属または合金が取り付けられていることを特徴とする。
本発明はまた、本発明に従う方法を実施するための装置に関し、この装置は、容器と少なくとも一つの攪拌器を含み、少なくとも一つの攪拌器に、溶融金属または合金中に固体金属または合金を供給するための導通路が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
本発明のさらなる特徴と利益は、以下の発明の詳細な説明および添付した従属請求項の中で提示されるだろう。
発明の詳細な説明
本発明の方法と装置の好ましい態様の詳細な説明を、添付した図面に基づいて以下で行う。
【００２５】
図１は本発明方法の好ましい態様における３つの個々の工程を示す。工程１は溶解炉１と、本発明に従う容器を形成するタンディッシュ（tundish）２を示す。溶融金属または合金からなる溶融物３が炉１の中で生成され、次いでタンデッシュ２の中に注がれる。タンデッシュ２の壁は断熱材料で構成されているか、あるいは断熱材料で覆われている。
【００２６】
工程２は本発明方法における次の工程を示し、また、本発明装置の好ましい態様も示している。工程２は工程１のタンデッシュすなわち容器２を示す。タンデッシュ２には、カバー４と、このカバー４を貫通して延びていて溶融物３の中に浸漬されている機械式攪拌器５が設けられている。
【００２７】
少なくとも一つの断片である固体金属または合金６が攪拌器５に取り付けられている。固体の金属または合金６は溶融物３中に溶解することができる。すなわち、それは溶融物からの熱によって完全にまたは部分的に溶融し、溶融物３の中に分配されるだろう。固体金属または合金６は金属複合材であってもよく、すなわちそれは、金属母材内部に一定量の非金属粒子を含有する。一方、固体金属または合金６のより低い温度により、溶融金属または合金３とのエンタルピーの交換が生じ、そして溶融物３の中で核の形成が生じるだろう。核生成は固体金属片または合金片６の外表面上または外表面近傍で起こると考えられる。しかし、攪拌器５を回転させることにより、これらの新しく形成された核７は固体金属片または合金片６の表面から放出され、溶融物の中で比較的均一に分配され、それにより概ね均質なスラリーが形成されるだろう。攪拌は装入される液体金属または合金と固体金属または合金との間の熱交換の速度も増大させ、それにより短時間で大量のスラリーを生成させることを可能にする。
【００２８】
工程３は攪拌器５が溶融物３から取り出された状態を示し、このとき溶融物３は、溶融相と固体粒子７を含む液体−固体金属組成物すなわち半固体スラリー８になっている。
装入された溶融金属または合金３と装入された固体金属または合金６との間のエンタルピー交換によって溶融物中に形成される固体粒子７の量は、鋳造操作のような任意の後続の処理プロセス中でさらに冷却する際の液体−固体金属組成物８における樹枝状晶構造の成長が実質的に防がれるほどに、十分に多い。
【００２９】
スラリー８の固体分は、装入される液体金属または合金と装入される固体金属または合金の組成、初期温度、さらには装入される液体金属または合金と固体金属または合金との間の質量比を調整することによって制御することができる。多くの場合、スラリー８の固体分を２０〜３０％の範囲に制御するのが望ましい。この固体分において、スラリー８は、いかなる樹枝状晶の成長をも防ぐのに十分な量の固体粒子または結晶粒（grain）をすでに含んでいるが、しかしそれでも、タンデッシュ２から鋳造装置中に注ぐのに十分な流動性を有している。次いで、スラリー８を、供給原料を製造するための連続鋳造装置（図示せず）中に注ぐことができる。スラリー８はまた、あらゆる他のタイプの鋳造操作、例えばいわゆるレオキャスティングまたは半固体ストリップ鋳造に用いてもよい。
【００３０】
実施例
以下の実施例によって本発明を例証するが、これらが本発明を限定することは意図されていない。
【実施例１】
【００３１】
溶融物を異なる組成の固体と混合することによって製造したAl-７％Si合金のスラリー：
以下は、約７質量パーセントのSiを含有し、退化した樹枝状晶構造を有するAl-Si合金のスラリーを製造するための方法を図２を参照して詳細に説明するものである。
【００３２】
約６.５質量パーセントのSiを含有する２０１３gのAl-Si合金素材を、電気抵抗炉内部の粘土−黒鉛ルツボ内で溶融した。ルツボは約１６５mmの高さ、１１０mmの内径、および１５mmの壁厚を有していた。Al-６.５％Si合金が完全に溶融して、その液相線温度よりも約１０℃高い６３０℃に達したとき、炉の電力を停止した。約１２質量パーセントのSiを含有する１９７gの固体Al-Si合金を、機械式のステンレス鋼の攪拌器に取り付けた。両者とも最初は室温にあったAl-１２％Si合金とこれを取り付けた攪拌器とを、溶融物中に浸漬した。攪拌を３７秒間続けた。もはや攪拌器に取り付けられていないAl-１２％Siを、最初の溶融物と均質に混合した。次いで、攪拌器を溶融物から取り出した。その結果、約７質量パーセントのSiを含有する新しいAl-Si合金が形成された。液体と加えられた固体との間のエンタルピー交換に主に起因して、攪拌後のAl-７％Si合金の最終的な温度は５９３℃であった。スラリーの少量をルツボから取り出し、冷水中で急冷した。得られた微細構造を図２に示す。
【実施例２】
【００３３】
溶融物を同じ組成の固体と混合することによって製造したMg-９％Al合金のスラリー：
以下は、９質量パーセントのAlを含有し、退化した樹枝状晶構造を有するMg-Al合金のスラリーを製造するための方法を図３を参照して詳細に説明するものである。
【００３４】
９質量パーセントのAlを含有する１０１gのMg-Al合金素材を、電気抵抗炉内部の鋼製ルツボ中で溶融した。ルツボは約１５０mmの高さ、３０mmの内径、および１.５mmの壁厚を有していた。Mg-９％Al合金が完全に溶融して、その液相線温度よりも約１０℃高い６０５℃に達したとき、炉の電力を停止した。９質量パーセントのAlを含有する室温の固体Mg-Al合金を全部で１５g、個々の断片として３回添加し、それぞれの添加の間に細い鋼の棒によって手動で攪拌した。全体の攪拌時間は約２分であった。液体と添加された固体の間のエンタルピー交換に主に起因して、攪拌後のMg-９％Al合金の最終的な温度は５７６℃であった。スラリーの少量をルツボから取り出し、冷水中で急冷した。得られた微細構造を図３に示す。
【実施例３】
【００３５】
溶融物を異なる合金系からの固体と混合することによって製造した（少量のMgも含有する）Al-２０％Si合金のスラリー：
以下は、約２０質量パーセントのSiと少量のMgを含有し、非樹枝状晶の一次シリコン粒子を有するAl-Si合金のスラリーを製造するための方法を図４を参照して詳細に説明するものである。
【００３６】
約２１質量パーセントのSiを含有する１９１３gのAl-Si合金素材を、電気抵抗炉内部の粘土−黒鉛ルツボ中で溶融した。ルツボは約１６５mmの高さ、１１０mmの内径、および１５mmの壁厚を有していた。Al-２１％Si合金が完全に溶融して７２１℃に達したとき、炉の電力を停止した。約１質量パーセントのMgを含有する１０１gの固体Al-Mg合金の断片を、機械式のステンレス鋼の攪拌器に取り付けた。両者とも最初は室温にあったAl-１Mg合金の断片とこれを取り付けた攪拌器とを、溶融物中に浸漬した。攪拌を２７秒間続けた。もはや攪拌器に取り付けられていないAl-１Mg合金の断片を、最初の溶融物と均質に混合した。次いで、攪拌器を溶融物から取り出した。その結果、約２０質量パーセントのSiと少量のMgを含有する新しいAl-Si合金が形成された。液体と加えられた固体との間のエンタルピー交換に主に起因して、攪拌後のAl-２０％Si合金スラリーの最終的な温度は約６３０℃であった。次いで、スラリーの少量をルツボから取り出し、冷水中で急冷した。得られた微細構造を図４に示す。
【００３７】
本発明の別のさらなる態様が当業者に自明であることが、理解されるべきである。しかし、本発明の範囲はここで説明した特定の態様には限定されず、添付した特許請求の範囲に記述されていることによってのみ限定される。
【００３８】
例えば、本発明に従う方法の結果にとって重要なのは、溶融金属または合金と混合されるべき固体金属または合金の量だけではなく、固体金属または合金と溶融金属または合金の初期温度、ならびに攪拌時間、保持時間なども重要である。典型的に、溶融金属または合金の初期温度はその液相線温度よりもわずかに高くあるべきであるが、効率的な核生成の促進のためには、固体金属または合金の初期温度は室温に近いものであるべきである。さらに、系が熱力学的平衡状態に近づくときの拡散プロセスに起因して、プロセスに関係する時間も、スラリー中の固体粒子の最終的な比率や形状に影響を及ぼすかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明方法のプロセスを示す概略図である。
【図２】図２は実施例１の金属組成物の顕微鏡写真であり、混合する間に形成された一次固体と攪拌した後に急冷する間に形成された二次固相とを含む。
【図３】図３は実施例２の金属組成物の顕微鏡写真であり、混合する間に形成された一次固体と攪拌した後に急冷する間に形成された二次固相とを含む。
【図４】図４は実施例３の金属組成物の顕微鏡写真であり、混合する間に形成された一次固体と攪拌した後に急冷する間に形成された二次固相とを含む。
【図１】
2008522831.tif 000003
【図２】
2008522831.tif 000004
【図３】
2008522831.tif 000005
【図４】
2008522831.tif 000006
【国際調査報告】
2008522831.tif 000007
2008522831.tif 000008
2008522831.tif 000009
2008522831.tif 000010