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公開番号2025174523
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-28
出願番号2024080943
出願日2024-05-17
発明の名称アルミニウム合金鋳塊の製造方法及び装置
出願人KMアルミニウム株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B22D 27/20 20060101AFI20251120BHJP(鋳造;粉末冶金)
要約【課題】鋳塊の製造工程において、溶湯に対して、従来にない方法で機械的に揺動を与えることにより、結晶粒サイズを微細化して異常組織の発生を抑制すると共に、溶質元素のマクロ的な偏析を低減し、鋳造割れを抑制できるようにする。
【解決手段】アルミニウム合金の溶湯中で所定の撹拌子3を回転させ、溶湯を揺動させながら凝固させる鋳造工程を備えるアルミニウム合金鋳塊の製造方法であって、鋳造工程は、撹拌子を回転させて、凝固界面と垂直方向の速度成分が0.1m/sec以上の流動を凝固界面に作用させるように、溶湯を揺動する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルミニウム合金の溶湯中で所定の撹拌子を回転させ、前記溶湯を揺動させながら凝固させる鋳造工程を備えるアルミニウム合金鋳塊の製造方法であって、
前記鋳造工程は、
前記撹拌子を回転させて、凝固界面と垂直方向の速度成分が０．１ｍ／ｓｅｃ以上の流動を前記凝固界面に作用させるように、前記溶湯を揺動する
アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記溶湯の流動を、前記凝固界面の何れの位置にも作用させる
請求項１に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項３】
前記撹拌子を非定常回転させる
請求項１または請求項２に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項４】
アルミニウム合金の溶湯中で所定の撹拌子を回転させ、前記溶湯を揺動させながら凝固させる鋳造工程を備えるアルミニウム合金鋳塊の製造方法であって、
前記鋳造工程は、
前記撹拌子を非定常回転させて、凝固界面と垂直方向の速度成分を含む流動を前記凝固界面に作用させるように、前記溶湯を揺動する
アルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項５】
前記撹拌子は、
回転のオンとオフの切替え、回転速度の変更、または、回転方向の切替えを、２秒以上３０秒以下の周期で行う
請求項４に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項６】
前記撹拌子は、所定の回転軸と、該回転軸に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転する回転羽根と、を有し、
前記鋳造工程は、
前記溶湯の湯面と前記回転羽根との間に、所定の整流板を位置させた状態で、前記回転軸を回転する
請求項１、請求項２または請求項４に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項７】
前記鋳造工程は、
前記溶湯の湯面に、所定の整流板を位置させた状態で、前記撹拌子を回転する
請求項１、請求項２または請求項４に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項８】
前記撹拌子は、
所定の回転軸と、該回転軸を中心として回転する、回転軸と直角な回転平面に対して２０°以上、７０°以下の傾斜を有して設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転する回転羽根と、を有する
請求項１、請求項２または請求項４に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウム合金は、その純度が９９．９９ｗｔ％以上である
請求項１、請求項２または請求項４に記載のアルミニウム合金鋳塊の製造方法。
【請求項１０】
アルミニウム合金鋳塊の製造を行うアルミニウム合金鋳塊の製造装置であって、
供給されるアルミニウム合金の溶湯が通る湯道と、
該湯道を通り送られる前記溶湯を溜める湯溜まりを有する溶湯受容器と、
該溶湯受容器の下に配置された縦型の鋳型と、
前記溶湯受容器内部に配され、回転させて、凝固界面と垂直方向の速度成分が０．１ｍ／ｓｅｃ以上の流動を前記凝固界面に作用させるように、前記溶湯を揺動する撹拌子と、
を備えるアルミニウム合金鋳塊の製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金鋳塊の製造方法及び装置に関するものである。詳しくは、鋳塊の製造工程において、溶湯に対して機械的に揺動を与えることにより、溶質元素のマクロ的な偏析を低減し、また、結晶粒サイズを微細化して異常組織の発生を抑制すると共に、鋳造割れを抑制することができる、アルミニウム合金鋳塊の製造方法及び装置に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
例えばスパッタリングターゲットは、その化学組成において含有不純物が少ないこと、非金属介在物を始めとした異物を含まないこと、空隙を始めとした欠陥の存在率が低いこと、及びその結晶粒サイズがスパッタ面全体において均一かつ微細であること、が求められ、その素材である鋳塊においても同様の特性が要求される。
【０００３】
スパッタリングターゲットを製造する場合、まず目的の金属を溶融し、成分を調整して溶湯を清浄化し、鋳造することで素材である鋳塊を得る。さらに、この鋳塊に対して所定の塑性加工及び熱処理を行うことにより、スパッタリングターゲットが得られる。
【０００４】
また、スパッタリングターゲットの結晶粒は、塑性加工及び熱処理を行う工程において制御されるが、鋳塊の結晶粒サイズが微細であるほどその制御が容易であり、塑性加工及び熱処理の工程を簡略化することで低コスト化も図ることができる。
【０００５】
なお、スパッタリングターゲット用の素材である鋳塊は、その化学組成において、含有不純物が少なく、凝固過程における凝固核の生成頻度が低いため、結晶粒サイズが粗大になりやすく、羽毛状晶のような異常組織の発生頻度も高い。更に、含有成分には厳しい規制があり、一般的な合金の鋳塊においてしばしば使用される微細化材と呼ばれる金属やその化合物の添加が許されない。
【０００６】
しかし、スパッタリングターゲット用の素材である鋳塊の結晶粒サイズが粗大であることや異常組織の存在は、スパッタリングターゲットの塑性加工の工程においては、変形不良や組織の不均一等の悪影響があること、また、鋳塊の凝固過程においては、凝固応力を集中させ、鋳塊割れの原因となることは知られており、スパッタリングターゲットの品質向上のためには、異常組織の発生の抑制や結晶粒サイズの微細化を図る必要がある。
【０００７】
なお、鋳造においては、溶質元素を含む溶湯を凝固させる際、溶質の再分配が起こり、溶質成分のミクロ的及びマクロ的な偏析が生じる。このうち、特にマクロ的な溶質成分の偏析は、スパッタリングターゲットの特性を悪化させるのみならず、これもまた鋳塊割れの原因となることがあり、溶質元素のマクロ的な偏析を低減すれば、鋳造工程の成功率を高めることができる。
【０００８】
上記各問題は、鋳造工程における凝固界面近傍の溶湯を、機械的或いは電磁的に揺動させることで改善できることは、既に知られており、そのような方法の一つとして、例えば特許文献１に記載の「アルミニウム合金の連続鋳造方法」が提案されている。
【０００９】
この従来の「アルミニウム合金の連続鋳造方法」においては、超音波振動や、経時的に変化する磁場を与えることで溶湯を揺動させる電磁撹拌を組み合わせて採用している。そして、これらの手段により凝固界面に対し平行なベクトルを含む溶湯の流れを生じさせて処理を行っている。なお、超音波振動は、凝固界面に対し平行なベクトルを含む溶湯の流れを生じさせるというより、衝撃や圧力を付与することにより、特許文献２に示されるように、結晶核（凝固核）の数を増加させることを期待して行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開平８－２３８５３９号公報
特開２０１２－０４５５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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