(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ、Ｓｉ及びＭ(但し、ＭはＦｅ、Ｎｉ及びＣｒからなる三種の元素)を含む合金溶湯を、冷却液中に投入し、急冷凝固させることによって作製される粉末であって、該粉末の組成は、Ｓｉ40ＭyＡｌ(60-y)(但し、ｙは原子％を表し、１５≦ｙ≦２３)であり、実質的にアモルファス相からなり、硬度(Ｈｖ)が６２３を越えることを特徴とするＡｌ−Ｓｉ系合金粉末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ａｌ−Ｓｉ合金は、軽量で強度が高く、耐熱性、耐摩耗性、熱伝導性にすぐれ、更に熱膨張率が低いという性質を有しており、自動車エンジンの各種部品、自動二輪車のシリンダーライナー、コンプレッサー用ローター、ＶＴＲ用シリンダー等の粉末冶金製品の材料として広く使用されている。
このため、Ａｌ−Ｓｉ合金は粉末の形態で用いられることが多く、形状の球状性、ハンドリング性等の点で、アトマイズ粉が広く利用されている。アトマイズ粉の代表的な作製方法として、回転水流アトマイズ法がある。この回転水流アトマイズ法は、図２に示すように、旋回する冷却液中に合金の溶湯を流下し、合金溶湯を急冷凝固させることによって、合金粉末を作製するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の粉末冶金製品では、熱間押出、ホットプレス、ＨＩＰ(熱間等方加圧)等の熱間加工によって真密度の成形体を得るものであり、Ａｌ−Ｓｉ合金のアトマイズ粉は十分に満足できるものであった。
しかしながら、前述の特性を利用して、例えばハイブリッドカー等の放熱基板への溶射材料として、Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を、熱間加工を施すことなく直接適用しようとすると、例えば硬度の点で、不十分であった。
【０００４】
本発明の目的は、Ａｌ−Ｓｉの２元合金の特性を損なうことなく、高硬度のＡｌ−Ｓｉ系合金粉末を回転水流アトマイズ法により作製することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のＡｌ−Ｓｉ系合金粉末は、Ａｌ、Ｓｉ及びＭ(但し、ＭはＦｅ、Ｎｉ及びＣｒからなる三種の元素)を含む合金溶湯を、冷却液中に投入し、急冷凝固させることによって作製される粉末であって、該粉末の組成は、Ｓｉ40ＭyＡｌ(60-y)(但し、ｙは原子％を表し、１５≦ｙ≦２３)であり、実質的にアモルファス相からなり、硬度(Ｈｖ)が６２３を越える。
なお、組成範囲を図１に示している。
【０００７】
【作用及び効果】
Ａｌ−Ｓｉの２元合金では、回転水流アトマイズ法を用いて急冷凝固しても、合金の組成上、組織全体が結晶質であるため、高い硬度を得ることはできなかった。
しかしながら、Ａｌ、Ｓｉ及びＭ(但し、ＭはＦｅ、Ｎｉ及びＣｒからなる三種の元素)から、回転液体アトマイズ法によって、組成がＳｉ40ＭyＡｌ(60-y)(但し、ｙは原子％を表し、１５≦ｙ≦２３)である粉末を作製すると、得られたＡｌ−Ｓｉ系合金粉末は、全体が実質的にアモルファス相が形成される。
このＡｌ−Ｓｉ系合金粉末は、一部にのみアモルファス相を有する粉末と比べて、硬度が更に向上する。
また、回転液体アトマイズ法により得られたＡｌ−Ｓｉ系合金粉末は、合金塊を粉砕して得られる角張った形状の粉末とは異なり、形状が略球状であるため、焼結、ＨＩＰ等の粉末冶金用だけでなく、溶射材料用としても適している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
《実施形態１》
実施形態１では、一部にアモルファス相を有するＡｌ−Ｓｉ系合金粉末の作製方法について説明する。
Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末は、図２に示すアトマイズ装置(10)を用いて、回転液体アトマイズ法により作製することができる。
アトマイズ装置(10)は、金属溶湯(56)を供給する噴射ルツボ(50)と、噴射ルツボ(50)から噴射された金属溶湯(56)を急冷凝固する冷却容器(42)を具えている。噴射ルツボ(50)は、図２に示すように、下端に噴射孔(52)を有する容器であって、外周には、高周波加熱コイル(54)が配備されている。
ルツボ(50)には、最終組成比が、ＳｉxＭyＡｌ(100-x-y)(但し、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｖ及びＴｉからなる群より選択される一種以上の元素、また、２０≦ｘ≦６０、７≦ｙ≦３５、２０≦１００−ｘ−ｙ≦６０、図１参照)となるように調製された原料が投入され、加熱コイル(54)により、金属原料を加熱して、金属溶湯(56)を得る。
【００１０】
ルツボ(50)の内部に、不活性ガス等の加圧圧媒を供給すると、内圧の上昇によって、噴射孔(52)から金属溶湯(56)が噴出する。
【００１１】
冷却容器(42)は、下方に向けて縮径しており、内壁に沿って冷却液が旋回して冷却液層(44)が形成される。ルツボ(50)から流下した金属溶湯(56)は、冷却液層(44)中で急冷凝固して粉末となる。一部にアモルファス相を有するＡｌ−Ｓｉ系合金粉末が作製される。
なお、流下する金属溶湯(56)に高圧のガスを噴射すると、ガスの分断圧力によって、得られる粉末の粒径を小さくすることができる。
【００１２】
Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末は冷却液の中に懸濁しており、スラリーとして冷却容器(42)の下端から排出される。排出されたスラリーから水分を除去し、乾燥させることにより、一部にアモルファス相を有するＡｌ−Ｓｉ系合金粉末が得られる。
【００１３】
《実施形態２》
全体が実質的にアモルファス相であるＡｌ−Ｓｉ系合金粉末は、最終組成比が、Ｓｉ40ＭyＡｌ(60-y)(但し、ＭはＦｅ、Ｎｉ及びＣｒからなる三種の元素、１５≦ｙ≦２３、図１参照)となるようにルツボ(50)に金属原料を投入し、実施形態１と同様に回転液体アトマイズ法によって、金属原料を急冷凝固することにより作製することができる。
【００１４】
【実施例】
《実施例１》
回転液体アトマイズ法により、Ｓｉ40Ａｌ46Ｆｅ5Ｎｉ4.5Ｃｒ4.5である粉末(本発明の請求項１に記載の組成範囲：発明例１)と、Ｓｉ40Ａｌ41Ｆｅ7Ｎｉ6Ｃｒ6である粉末(本発明の請求項２に記載の組成範囲：発明例２)及びＳｉ50Ａｌ50(比較例)のＡｌ−Ｓｉ系合金粉末を３種類作製し、Ｘ線回折パターンを測定した。
【００１５】
結果を図３に示す。
図３を参照すると、発明例２の粉末は、ＡｌとＳｉのピークは観察されず、ハローパターンを示しており、全体が実質的にアモルファス状態であることがわかる。
また、発明例１の粉末は、ハローパターンを示しているが、Ｓｉのピークも観察され、結晶質とアモルファスの両相が混在していることがわかる。
一方、比較例は、ハローパターンは観察されず、Ｓｉ、Ａｌのピークが観察されることから全体が結晶質であることがわかる。
【００１６】
《実施例２》
上記発明例２と比較例の粉末について、マイクロビッカース硬さ試験機を用いて硬度(Ｈｖ)を測定した。測定は、荷重５０ｇの条件で１０回ずつ行ない、夫々の平均値を算出した。結果を表１に示している。
【００１７】
【表１】
0004106855.tif 000002
【００１８】
表１を参照すると、発明例２は、比較例に比べて４倍程度、硬度が高くなっていることがわかる。これは、比較例の粉末が結晶質であるのに対し、発明例２の粉末は、全体がアモルファス状態となっているためである。
発明例１についても、同様の測定を行なったところ、発明例２よりも劣るが、比較例よりも高い硬度であった。
【００１９】
本発明のＡｌ−Ｓｉ系合金粉末は、結晶質であるＡｌ−Ｓｉ合金粉末よりも硬度が高く、また、熱伝導性にすぐれ、熱膨張性が小さいため、ホットプレス、ＨＩＰ等の熱間焼結材料の他に、溶射材料用として適している。また、本発明のＡｌ−Ｓｉ系合金はリチウムイオンに対して反応する性質を有しているから、リチウムイオン電池の負極材料としての適用も可能であり、高硬度を具えているので微粉化し難い利点がある。
【００２０】
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＡｌ−Ｓｉ系合金粉末の組成範囲を示すグラフである。
【図２】アトマイズ装置の説明図である。
【図３】Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
(10)  アトマイズ装置
(50)  噴射ルツボ
(56)  金属溶湯
(42)  冷却容器
【図１】
0004106855.tif 000003
【図２】
0004106855.tif 000004
【図３】
0004106855.tif 000005