粒子/溶融メタル界面現象解析・制御による粒子分散強化型アルミニウム複合材料製造

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溶湯撹拌法によって複合材料を製造する場合には、界面現象を正しく把握し、これを制御する必要がある。実験は1023Kに保持した約60gのAlあるいはAl合金に各種炭化物粒子15gを添加し、アルミナ棒にて撹拌した。溶湯表面あるいは坩堝/溶湯界面近辺に粒子を認めなくなるまで撹拌し、粒子混入時間を測定した。溶融純AlへのSiC粒子(直径約14μm)の混入時間は約210秒であるが、Ca、Mg、Liを添加すると、各種金属間化合物を形成して混入時間を著しく短縮した。表面活性なこれら3成分はSiC粒子表面に吸着し、本来の濡れ性を改善するとともに、分解生成Siを消費して、SiCの分解反応を促すことによって、粒子表面の活性化、濡れ性の改善に寄与する。また、Si添加により、混入時間が長くなりSiCの分解が濡れ性あるいは粒子混入速度を支配することを示唆している。一方、TiC粒子混入時間はSi、Ca、Zr、Mg、Li添加によって短縮されるが、Ti添加によって長くなり、この場合にはTiCの分解過程が、粒子の濡れ性あるいは粒子混入の支配因子となる。また、ZrC粒子混入においてもZrの添加によって混入時間が長くなり、ZrC粒子混入もの分解過程に支配されている。この他、WC、Mo_2C粒子は粒子混入と同時に分解して複合材料製造は因難であったが、TaC粒子は界面反応を示さず、また混入も容易であった。一方、VC、NbC粒子は純AL中への混入は難しいが、Mg添加によって可能となった。なお製造した複合材料中のTiCおよびZrC粒子分散性は良好であり、SiC粒子のようにクラスタ-を形成しない優れた複合材料を製造できた。このように炭化物、合金元素を選択すれば、簡便な溶湯撹拌法によって粒子の均一分散性が優れた複合材料を作製出来ることが明らかになった。