JP2005272945A - 低弾性率アモルファス炭素繊維強化アルミニウム複合材料の製造法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】低弾性率炭素繊維の長繊維及び短繊維並びに低弾性率炭素粒子のうちの一種以上の炭素成分を強化材料とし、純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金であるアルミニウム金属をマトリックスとして、該アルミニウム金属に、該炭素成分を体積含有率が5〜80%になるように配合し、粉末冶金法、溶湯鍛造法、溶湯撹拌法,コンポキャスト法、鋳造法又は高温塑性加工法で複合化することを特徴とする、弾性率を低下させたアルミニウム基複合材料を製造する方法、該方法で得られた低弾性率アルミニウム基複合材料及びこれを用いた製品。
【選択図】図1
Description
(1)低弾性率の炭素繊維の長繊維及び短繊維並びに炭素粒子のうちの一種以上の炭素成分を強化材料とし、純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金のアルミニウム金属をマトリックスとして、弾性率を低下させたアルミニウム基複合材料を製造する方法であって、アルミニウム金属に、上記炭素成分を体積含有率が5〜80%になるように配合し、複合化することを特徴とする、低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(2)炭素成分が、アモルファスであることを特徴とする、前記(1)に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(3)アルミニウム合金が、2000系、5000系、6000系及び7000系のアルミニウム合金、メゾ−10及びメゾ−20である高強度アルミニウム合金、Al−Si系合金並びにAl−Li系合金のうちの1種以上であることを特徴とする、前記(1)に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(4)粉末冶金法、溶湯鍛造法、溶湯攪拌法、コンポキャスト法、鋳造法又は高温塑性加工法で複合化することを特徴とする、前記(1)に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(5)複合化した後に、温度200〜650℃、押出比2以上で押出加工を加えて、加工することを特徴とする、前記(1)に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(6)複合化した後に、そのままの状態で、又は金属板若しくは金属管に挟み、200〜550℃の温度に加熱し、歪量1.0〜4.0になるまで圧延加工を加え、加工することを特徴とする、前記(1)に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(7)複合化した後に、200〜650℃の温度で、塑性歪み0.1以上で熱間鍛造するか、又はその熱間鍛造後、圧延加工若しくは押出加工を加えて、加工することを特徴とする、前記(1)に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
(8)前記(1)から(7)のいずれかに記載の方法により製造された低弾性率アルミニウム基複合材料であって、炭素繊維の長繊維及び短繊維並びに炭素粒子のうちの一種以上の炭素成分を強化材料とし、純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金であるアルミニウム金属をマトリックスとして、アルミニウム金属に、上記炭素成分を体積含有率が5〜80%になるように配合し、複合化して、弾性率を低下させたことを特徴とする、低弾性率アルミニウム基複合材料。
(9)前記(8)に記載の、低弾性率アルミニウム基複合材料を構成要素として含むことを特徴とする低弾性率製品用構造部材。
(10)製品が、ゴルフクラブ、ロボット、メガネフレーム、バネ、福祉機器用車椅子又は人工骨補助材であることを特徴とする、前記(9)に記載の構造部材。
本発明では、マトリックスとしての、アルミニウム金属と、強化材料としての、低弾性率の炭素繊維の長繊維及び短繊維並びに炭素粒子のうちの1種以上が使用される。それらのうち、アルミニウム金属としては、例えば、純アルミニウム、2000系、5000系、6000系又は7000系などのアルミニウム合金、メゾ−10、メゾ−20などの高強度アルミニウム合金、Al−Si系合金及びAl−Li系合金などが例示される。また、強化材料としては、使用するアルミニウム金属よりも低弾性率のものであり、使用するアルミニウム金属の弾性率、得られる複合材料の使用目的に合った弾性率に依存して選択される。本発明で用いる炭素繊維としては、アルミニウム金属の弾性率よりも低い弾性率の炭素繊維であれば、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維のいずれでもよいが、アモルファス炭素繊維であることが好ましい。例えば、日本グラファイトファイバー株式会社製グラノックXN−05(引張弾性率55GPa、引張強度1130MPa)、XN−05C(引張弾性率55GPa、引張強度1130MPa)、東海カーボン株式会社製BGC−152(弾性率30GPa)などが例示される。本発明で用いる炭素粒子は、炭素繊維と同様に、アルミニウム金属の弾性率よりも低い弾性率の炭素粒子であれば良く、弾性率が低い炭素繊維をボールミルなどで粉砕して粒子としたものでもよい。
粉末冶金法により、炭素繊維(引張強度1160MPa、弾性率.51GPa、直径10μm)の短繊維(平均線維長300μm)と、Al−Cu−Mg系の2017アルミニウム合金(弾性率70GPa、引張強度400MPa)とから、炭素繊維短繊維の体積含有率を変えて、直径が40mmの棒状の炭素繊維短繊維強化2017アルミニウム合金複合材料を製造した。この炭素繊維短繊維強化2017Al複合材料に対し、773Kで押出加工を行い、40mmの棒材を、10mmの線材に加工し、更に、この素材を、773Kの温度で加熱し、歪量約0.1以下になるような圧下率で圧延した。これを繰り返し、約2mmの厚さになるまで圧延を行い、板状の複合材料を製造した。
上記のようにして調製した、約2mm厚の板状の複合材料を、内部摩擦測定装置により弾性率を測定したところ、弾性率が、炭素繊維の体積含有率が25%において、46GPaに低下していた。図1に、押出加工後圧延加工を加えた、この炭素繊維短繊維強化2017Al複合材料の、弾性率と炭素繊維の体積含有率との関係を示す。この図から、この複合材料の弾性率は、炭素繊維短繊維の体積含有率が5%を超えると、約40〜60GPaであり、アルミニウムの弾性率を低下させ得ることが分かった。また、図2に、炭素繊維短繊維強化2017Al複合材料の、炭素繊維短繊維の体積含有率が10%である場合の光学顕微鏡組織を示す。この図から、粉末冶金法により、炭素繊維短繊維が均一に分散した複合材料を製造できることが分かる。
Claims (10)
- 低弾性率の炭素繊維の長繊維及び短繊維並びに炭素粒子のうちの一種以上の炭素成分を強化材料とし、純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金のアルミニウム金属をマトリックスとして、弾性率を低下させたアルミニウム基複合材料を製造する方法であって、アルミニウム金属に、上記炭素成分を体積含有率が5〜80%になるように配合し、複合化することを特徴とする、低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- 炭素成分が、アモルファスであることを特徴とする、請求項1に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- アルミニウム合金が、2000系、5000系、6000系及び7000系のアルミニウム合金、メゾ−10及びメゾ−20である高強度アルミニウム合金、Al−Si系合金並びにAl−Li系合金のうちの1種以上であることを特徴とする、請求項1に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- 粉末冶金法、溶湯鍛造法、溶湯攪拌法、コンポキャスト法、鋳造法又は高温塑性加工法で複合化することを特徴とする、請求項1に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- 複合化した後に、温度200〜650℃、押出比2以上で押出加工を加えて、加工することを特徴とする、請求項1に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- 複合化した後に、そのままの状態で、又は金属板若しくは金属管に挟み、200〜550℃の温度に加熱し、歪量1.0〜4.0になるまで圧延加工を加え、加工することを特徴とする、請求項1に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- 複合化した後に、200〜650℃の温度で、塑性歪み0.1以上で熱間鍛造するか、又はその熱間鍛造後、圧延加工若しくは押出加工を加えて、加工することを特徴とする、請求項1に記載の低弾性率アルミニウム基複合材料の製造方法。
- 請求項1から7のいずれかに記載の方法により製造された低弾性率アルミニウム基複合材料であって、炭素繊維の長繊維及び短繊維並びに炭素粒子のうちの一種以上の炭素成分を強化材料とし、純アルミニウム及び/又はアルミニウム合金であるアルミニウム金属をマトリックスとして、アルミニウム金属に、上記炭素成分を体積含有率が5〜80%になるように配合し、複合化して、弾性率を低下させたことを特徴とする、低弾性率アルミニウム基複合材料。
- 請求項8に記載の、低弾性率アルミニウム基複合材料を構成要素として含むことを特徴とする低弾性率製品用構造部材。
- 製品が、ゴルフクラブ、ロボット、メガネフレーム、バネ、福祉機器用車椅子又は人工骨補助材であることを特徴とする、請求項9に記載の構造部材。
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