JP2795587B2 - 板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基複合材 - Google Patents
板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基複合材Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、耐摩耗性材料、耐熱
性材料として用いられる板状アルミニウム酸化物粒子含
有アルミニウム基複合材に関するものである。
性材料として用いられる板状アルミニウム酸化物粒子含
有アルミニウム基複合材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＳＰＡ（Ｓｉｎｔｅｒｅｄ Ａｌｕｍｉ
ｎｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ）として知られるアルミナ分散強
化アルミニウムは、アルミニウム粉にアルミナ粉を加え
て混合し、さらに冷間又は熱間で圧粉し、熱間押出を経
て素形材とする。従来、押出材に粒状アルミナを含有さ
せた場合、押出方向（Ｌ方向）に垂直な面の耐摩耗性は
良好であった。しかし、実際の製品ではＬ方向に平行な
面の耐摩耗性を特に要求される場合が多い。
ｎｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ）として知られるアルミナ分散強
化アルミニウムは、アルミニウム粉にアルミナ粉を加え
て混合し、さらに冷間又は熱間で圧粉し、熱間押出を経
て素形材とする。従来、押出材に粒状アルミナを含有さ
せた場合、押出方向（Ｌ方向）に垂直な面の耐摩耗性は
良好であった。しかし、実際の製品ではＬ方向に平行な
面の耐摩耗性を特に要求される場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術の事情
に鑑み、本発明ではＳＡＰ系アルミニウム基材料とし
て、Ｌ方向と平行な面の耐摩耗性と、耐熱性に優れた複
合材を提供するものである。
に鑑み、本発明ではＳＡＰ系アルミニウム基材料とし
て、Ｌ方向と平行な面の耐摩耗性と、耐熱性に優れた複
合材を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、アルミニウ
ム又はアルミニウム基合金中に、５〜３０重量％の板状
アルミニウム酸化物粒子を平行配向してなることを特徴
とする板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基
複合材である。これによって、Ｌ方向（押出方向）に平
行な面の耐摩耗性が優れ、かつ耐熱性に優れた複合材が
得られる。
ム又はアルミニウム基合金中に、５〜３０重量％の板状
アルミニウム酸化物粒子を平行配向してなることを特徴
とする板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基
複合材である。これによって、Ｌ方向（押出方向）に平
行な面の耐摩耗性が優れ、かつ耐熱性に優れた複合材が
得られる。
【０００５】板状アルミニウム酸化物粒子としては、例
えば特開平４−３９３６２号公報に開示された板状アル
ミナ（α−Ａｌ2Ｏ3）粒子や、板状ベーマイト粒子が挙
げられる。上記板状アルミナは結晶系が六方晶系で特定
の結晶面が平板状に成長した微細なもので、粒子の大き
さは２．０μｍ以下、厚さが０．１μｍ以下のものが望
ましい。このような板状アルミナ粒子は、例えばアルミ
ナ水和物を出発原料として、これとアルカリ水溶液とで
スラリーを作製し、オートクレーブにて温度４００℃以
上で水熱処理することにより得ることができる。
えば特開平４−３９３６２号公報に開示された板状アル
ミナ（α−Ａｌ2Ｏ3）粒子や、板状ベーマイト粒子が挙
げられる。上記板状アルミナは結晶系が六方晶系で特定
の結晶面が平板状に成長した微細なもので、粒子の大き
さは２．０μｍ以下、厚さが０．１μｍ以下のものが望
ましい。このような板状アルミナ粒子は、例えばアルミ
ナ水和物を出発原料として、これとアルカリ水溶液とで
スラリーを作製し、オートクレーブにて温度４００℃以
上で水熱処理することにより得ることができる。
【０００６】又、板状ベーマイト粒子は、結晶形が斜方
晶系で特定の結晶面が平板状に成長した微細な板状粒子
で、粒径としては、長径および短径が５μｍ以下であ
り、さらにサブミクロン以下であることが好ましい。そ
して、短径と長径との比は１〜５好ましくは１〜１．
５、アスペクト比３〜１００の形状のものが好ましい。
このような板状ベーマイト粒子は、サブミクロンオーダ
ーに粒度調整した水酸化アルミニウム又はアルミナ水和
物を水又はアルカリ水溶液中で温度１５０℃以上、圧力
１００気圧以下に水熱処理することによって得ることが
できる。
晶系で特定の結晶面が平板状に成長した微細な板状粒子
で、粒径としては、長径および短径が５μｍ以下であ
り、さらにサブミクロン以下であることが好ましい。そ
して、短径と長径との比は１〜５好ましくは１〜１．
５、アスペクト比３〜１００の形状のものが好ましい。
このような板状ベーマイト粒子は、サブミクロンオーダ
ーに粒度調整した水酸化アルミニウム又はアルミナ水和
物を水又はアルカリ水溶液中で温度１５０℃以上、圧力
１００気圧以下に水熱処理することによって得ることが
できる。
【０００７】このようなアルミニウム酸化物粒子は形状
が微細な板状であるために、アルミニウム又はアルミニ
ウム基合金粉末と混合して押出成形する際に、板面が押
出方向（Ｌ方向）に平行に配向し、Ｌ方向に平行な面の
耐摩耗性と引張強さを向上させるものである。そのため
の適正な配合量は５〜３０重量％である。５重量％より
少ないと、アルミニウム酸化物粒子の量が少な過ぎて耐
摩耗性の向上に寄与しない。又、３０重量％より多い
と、耐摩耗性、耐熱性の向上には寄与するが、押出材が
徐々に脆くなり、実用化しにくくなる。
が微細な板状であるために、アルミニウム又はアルミニ
ウム基合金粉末と混合して押出成形する際に、板面が押
出方向（Ｌ方向）に平行に配向し、Ｌ方向に平行な面の
耐摩耗性と引張強さを向上させるものである。そのため
の適正な配合量は５〜３０重量％である。５重量％より
少ないと、アルミニウム酸化物粒子の量が少な過ぎて耐
摩耗性の向上に寄与しない。又、３０重量％より多い
と、耐摩耗性、耐熱性の向上には寄与するが、押出材が
徐々に脆くなり、実用化しにくくなる。
【０００８】アルミニウム酸化物粒子の残部は基本的に
はアルミニウム又はアルミニウム基合金であればよく、
合金種はその用途に応じて選択される。
はアルミニウム又はアルミニウム基合金であればよく、
合金種はその用途に応じて選択される。
【０００９】板状アルミニウム酸化物粒子をアルミニウ
ム又はアルミニウム基合金中に分散させる方法として
は、下記の方法がある。
ム又はアルミニウム基合金中に分散させる方法として
は、下記の方法がある。
【００１０】（１）粉末法を用いる場合、アルミニウム
又はアルミニウム基合金粉末中に、板状アルミニウム酸
化物粒子を加えて混合し、ボールミル等のメカニカルア
ロイングやその他の類似の方法で混合および複合した粉
末を作製する。この処理後の粉末から押出用ビレットを
作製し、このビレットを押出して固化材とする一般的粉
末冶金法が用いられる。
又はアルミニウム基合金粉末中に、板状アルミニウム酸
化物粒子を加えて混合し、ボールミル等のメカニカルア
ロイングやその他の類似の方法で混合および複合した粉
末を作製する。この処理後の粉末から押出用ビレットを
作製し、このビレットを押出して固化材とする一般的粉
末冶金法が用いられる。
【００１１】（２）合金溶湯を用いる場合アルミニウム
又はアルミニウム基合金溶湯中に板状アルミニウム酸化
物粒子を分散させ、かかる合金溶湯を鋳造し、ビレット
とし、これを押出して固化材とする。
又はアルミニウム基合金溶湯中に板状アルミニウム酸化
物粒子を分散させ、かかる合金溶湯を鋳造し、ビレット
とし、これを押出して固化材とする。
【００１２】以上の２つの方法があるが、いずれの方法
も、押出法を利用することによって、板状アルミニウム
酸化物粒子の板面の配向を制御している。
も、押出法を利用することによって、板状アルミニウム
酸化物粒子の板面の配向を制御している。
【００１３】この発明の複合材は、所定の組成にて押出
によって製造すると、板状アルミニウム酸化物粒子が均
一に配向しているために、粒状粒子を用いる場合に比較
して、同じ温度で押出をする場合でも面圧が小さくてす
むので、押出作業が容易となる。又、アルミニウム酸化
物粒子は硬質であるので、その板面が露出して配向して
いる方向と平行な面では耐摩耗性が向上する。
によって製造すると、板状アルミニウム酸化物粒子が均
一に配向しているために、粒状粒子を用いる場合に比較
して、同じ温度で押出をする場合でも面圧が小さくてす
むので、押出作業が容易となる。又、アルミニウム酸化
物粒子は硬質であるので、その板面が露出して配向して
いる方向と平行な面では耐摩耗性が向上する。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明材に使用される板状アルミナ
粒子の走査型電子顕微鏡写真である。写真からわかるよ
うに、厚み０．１〜０．２μｍ、粒径０．５〜２μｍの
板状の形をしている。この板状アルミナ６ｇと市販のア
ルミニウム合金粉末（平均粒径５００μｍ）２４ｇを分
取し、ボールミルによって５時間混合して複合粉末とし
た。この複合粉末を４００℃で圧粉し、ビレットとした
後、４４０℃、押出比１０：１で押出し、複合固化材を
得た。図２，図３は板状アルミナを含む複合材のＸ線回
折図である。図２は押出方向に垂直な面、図３は押出方
向と平行な面についてのグラフである。図３では板状ア
ルミナの板面１０４，１１６面（Ｃ面）であることを示
す３５°と５７°付近のピークが強くなっている。それ
に対して、図２では３５°と５７°付近のピークが弱
く、逆に板状アルミナの面の回折ピークである４３°が
強くなっている。したがって、薄片状のアルミナが、板
面が押出方向に平行して並んでいることが分かる。図
４，図５は比較用として同様に作製した粒状アルミナを
含む複合材のＸ線回折図である。両方の図を見ても３５
°と５７°のピークの高さに差が見られない。つまりア
ルミナの方位が押出方向と平行な方向にも、押出方向と
垂直な方向にも同じように存在していることを示してい
る。以上より板状アルミナを混ぜたものでは、アルミナ
の面積の広い面（板面）が押出方向に平行に並んで（配
向して）いることが図により読み取れる。このように押
出時にアルミナの板面が配向されると、同じ温度で押出
をするときに面圧が少なくて済むと予想され、実際、下
記表１に示すように、小さな力で押出が可能である。
粒子の走査型電子顕微鏡写真である。写真からわかるよ
うに、厚み０．１〜０．２μｍ、粒径０．５〜２μｍの
板状の形をしている。この板状アルミナ６ｇと市販のア
ルミニウム合金粉末（平均粒径５００μｍ）２４ｇを分
取し、ボールミルによって５時間混合して複合粉末とし
た。この複合粉末を４００℃で圧粉し、ビレットとした
後、４４０℃、押出比１０：１で押出し、複合固化材を
得た。図２，図３は板状アルミナを含む複合材のＸ線回
折図である。図２は押出方向に垂直な面、図３は押出方
向と平行な面についてのグラフである。図３では板状ア
ルミナの板面１０４，１１６面（Ｃ面）であることを示
す３５°と５７°付近のピークが強くなっている。それ
に対して、図２では３５°と５７°付近のピークが弱
く、逆に板状アルミナの面の回折ピークである４３°が
強くなっている。したがって、薄片状のアルミナが、板
面が押出方向に平行して並んでいることが分かる。図
４，図５は比較用として同様に作製した粒状アルミナを
含む複合材のＸ線回折図である。両方の図を見ても３５
°と５７°のピークの高さに差が見られない。つまりア
ルミナの方位が押出方向と平行な方向にも、押出方向と
垂直な方向にも同じように存在していることを示してい
る。以上より板状アルミナを混ぜたものでは、アルミナ
の面積の広い面（板面）が押出方向に平行に並んで（配
向して）いることが図により読み取れる。このように押
出時にアルミナの板面が配向されると、同じ温度で押出
をするときに面圧が少なくて済むと予想され、実際、下
記表１に示すように、小さな力で押出が可能である。
【００１５】次に、上述の製造法により複数のアルミニ
ウム基複合材を製造した。いずれも組成はアルミニウム
粉末６０〜９５重量％とアルミナ５〜４０重量％の範囲
である。図６はアルミナ含有量を０〜４０重量％の範囲
で変化させた複合材の引張強さである。０〜２０重量％
まで板状アルミナの方が比較用粒状アルミナより優れ、
さらに２０重量％以上では板状アルミナの方がさらに優
れた値を出していることがわかる。ただし、アルミナが
３０重量％を越えると伸びが減少し、実用には供するこ
とができない。
ウム基複合材を製造した。いずれも組成はアルミニウム
粉末６０〜９５重量％とアルミナ５〜４０重量％の範囲
である。図６はアルミナ含有量を０〜４０重量％の範囲
で変化させた複合材の引張強さである。０〜２０重量％
まで板状アルミナの方が比較用粒状アルミナより優れ、
さらに２０重量％以上では板状アルミナの方がさらに優
れた値を出していることがわかる。ただし、アルミナが
３０重量％を越えると伸びが減少し、実用には供するこ
とができない。
【００１６】さらに小型軸受試験機で耐摩耗性について
測定した。ピンの直径８ｍｍ、回転速度１８００ｒｐｍ
でピンの押出し方向に沿った面の摩耗試験を行ったとき
の結果を同様に表１に示す。この結果から、本発明材の
耐摩耗性が優れていることが分かる。
測定した。ピンの直径８ｍｍ、回転速度１８００ｒｐｍ
でピンの押出し方向に沿った面の摩耗試験を行ったとき
の結果を同様に表１に示す。この結果から、本発明材の
耐摩耗性が優れていることが分かる。
【００１７】
【表１】
【００１８】又、図７は７２重量％Ａｌ＋１８重量％
（Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｍ−Ｚｒ）＋１０重量％板状アルミナ
の組成の押出材の、室温から５７３Ｋの温度範囲におけ
る高温での引張強さと伸びの関係を示している。これよ
り板状アルミナを含む複合材料が、高温で高い引張強さ
を維持していることが分かる。
（Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｍ−Ｚｒ）＋１０重量％板状アルミナ
の組成の押出材の、室温から５７３Ｋの温度範囲におけ
る高温での引張強さと伸びの関係を示している。これよ
り板状アルミナを含む複合材料が、高温で高い引張強さ
を維持していることが分かる。
【００１９】なお以上の実施例では板状アルミナ粒子を
配合した場合について述べたが、板状ベーマイト粒子を
用いてもほぼ同様の結果が得られた。
配合した場合について述べたが、板状ベーマイト粒子を
用いてもほぼ同様の結果が得られた。
【００２０】
【発明の効果】本発明においては、含有しているアルミ
ニウム酸化物粒子が板状であるため、Ｌ方向の耐摩耗性
を改善した複合材が得られる。従来材と比較して、耐摩
耗性および耐熱性に優れた材料であるため、各種工業上
の要求に応えることができる。
ニウム酸化物粒子が板状であるため、Ｌ方向の耐摩耗性
を改善した複合材が得られる。従来材と比較して、耐摩
耗性および耐熱性に優れた材料であるため、各種工業上
の要求に応えることができる。
【図１】本発明に用いる板状アルミナ粒子の粒子構造を
示す１万倍電子顕微鏡写真である。
示す１万倍電子顕微鏡写真である。
【図２】板状アルミナを含む複合材の押出方向に垂直な
面のＸ線回折図である。
面のＸ線回折図である。
【図３】板状アルミナを含む複合材の押出方向と平行な
面のＸ線回折図である。
面のＸ線回折図である。
【図４】粒状アルミナを含む複合材の押出方向に垂直な
面のＸ線回折図である
面のＸ線回折図である
【図５】粒状アルミナを含む複合材の押出方向に平行な
面のＸ線回折図である。
面のＸ線回折図である。
【図６】アルミナの量を変化させた複合材の引張強さを
示すグラフである。
示すグラフである。
【図７】実施例の複合材の温度と引張強さ並びに伸びの
関係を示すグラフである。
関係を示すグラフである。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 21/00 C22C 1/10 C22C 32/00 B22F 1/00 B22F 3/20
Claims (1)
- 【請求項１】 アルミニウム又はアルミニウム基合金中
に、５〜３０重量％の板状アルミニウム酸化物粒子を平
行配向してなることを特徴とする板状アルミニウム酸化
物粒子含有アルミニウム基複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4246550A JP2795587B2 (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4246550A JP2795587B2 (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基複合材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0693361A JPH0693361A (ja) | 1994-04-05 |
| JP2795587B2 true JP2795587B2 (ja) | 1998-09-10 |
Family
ID=17150086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4246550A Expired - Lifetime JP2795587B2 (ja) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | 板状アルミニウム酸化物粒子含有アルミニウム基複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2795587B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113186432B (zh) * | 2021-04-22 | 2022-10-14 | 上海交通大学 | 带有矿物桥结构的氧化铝增强铝基叠层复合材料及其制备方法 |
-
1992
- 1992-09-16 JP JP4246550A patent/JP2795587B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0693361A (ja) | 1994-04-05 |
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