JP3283508B2 - 安定な酸化物形成元素を含有するマトリックスを有する鋳造複合材料 - Google Patents
安定な酸化物形成元素を含有するマトリックスを有する鋳造複合材料Info
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Description
本発明は鋳造金属マトリックス複合材料に関し、さら
に詳しくは、微細構造を改善する材料のマトリックスに
対する化学的修飾に関するものである。
に詳しくは、微細構造を改善する材料のマトリックスに
対する化学的修飾に関するものである。
強化された金属マトリックスの複合材料は、構造材料
として広く受け入れられてきた。典型的に、金属マトリ
ックス複合体は金属マトリックス内に充填されるファイ
バー、グリット、粉末等の強化粒子を構成成分とするも
のである。この強化によって複合体には強度、剛性およ
び他の好ましい特性が与えられる一方、マトリックスは
上記強化材料を保護し、複合片内での負荷を伝達する。
この２つの成分、マトリックスおよび強化材料はしたが
って、共同してそれ自身が有する物性を越えた結果を達
成するものである。 20年前、強化された複合材料は、非常に生産コストが
高くかつ製品設計者には受容されなかったため実験的な
興味を持たれるに過ぎなかった。 近年においては、グラファイト−エポキシ複合材料の
ような非金属性複合材料の生産が非常に進歩してきて、
それらのコストもかなり低減されている。この期間中、
金属マトリックスの複合材料のコストは今だ比較的高い
ものであった。 この数年間において、金属マトリックスを有する鋳造
用強化複合材料を大量に再生産可能とする製造技術の発
見によってこれらの材料コストはかなり低減してきた。
これらの具体例は、米国特許第4,759,995号および米国
特許第4,786,467号に開示されている。 上記特許方法の発見以来、これら材料の多くの適用例
が開発され、それらの用途が増大してきた結果、これら
は構造材料の新たな主要等級をなすようになった。これ
ら鋳造金属マトリックス複合材料は従来の単一材料のコ
ストよりもやや高いコストで改良された物性を有する複
合材料特性を付与する。この近年のコスト低減によって
さえ、非金属マトリックス複合材料は単一の材料および
鋳造複合材料より製造コストがかなり高いものとなって
いる。この鋳造複合材料は昇温下において使用すること
ができ、非金属マトリックス複合材料の使用を妨げるよ
うな他の条件下においても使用することができる。 しかしながら、ある場合、金属マトリックス複合材料
は鋳造によって製造される微細構造がそれらの後鋳造加
工および使用を干渉する種々の不規則性を含むもので、
たとえば、他の固体を含む強化粒子の凝集がときどき鋳
造された固形材料のマトリックス中に観察される。この
凝集によって他の地域の強化レベルが減少することによ
り複合材料の一般的な特性レベルが減退し、構造の均一
性が増加し、負荷時の複合材料の初期破損の開始位置と
なる。 したがって微細構造の不規則性を減少させる修飾を鋳
造複合材料の製造において行う必要があり、その結果よ
り均一な構造が得られることになる。本発明はこの要望
に応え、さらに関連した利点を与えるものである。
として広く受け入れられてきた。典型的に、金属マトリ
ックス複合体は金属マトリックス内に充填されるファイ
バー、グリット、粉末等の強化粒子を構成成分とするも
のである。この強化によって複合体には強度、剛性およ
び他の好ましい特性が与えられる一方、マトリックスは
上記強化材料を保護し、複合片内での負荷を伝達する。
この２つの成分、マトリックスおよび強化材料はしたが
って、共同してそれ自身が有する物性を越えた結果を達
成するものである。 20年前、強化された複合材料は、非常に生産コストが
高くかつ製品設計者には受容されなかったため実験的な
興味を持たれるに過ぎなかった。 近年においては、グラファイト−エポキシ複合材料の
ような非金属性複合材料の生産が非常に進歩してきて、
それらのコストもかなり低減されている。この期間中、
金属マトリックスの複合材料のコストは今だ比較的高い
ものであった。 この数年間において、金属マトリックスを有する鋳造
用強化複合材料を大量に再生産可能とする製造技術の発
見によってこれらの材料コストはかなり低減してきた。
これらの具体例は、米国特許第4,759,995号および米国
特許第4,786,467号に開示されている。 上記特許方法の発見以来、これら材料の多くの適用例
が開発され、それらの用途が増大してきた結果、これら
は構造材料の新たな主要等級をなすようになった。これ
ら鋳造金属マトリックス複合材料は従来の単一材料のコ
ストよりもやや高いコストで改良された物性を有する複
合材料特性を付与する。この近年のコスト低減によって
さえ、非金属マトリックス複合材料は単一の材料および
鋳造複合材料より製造コストがかなり高いものとなって
いる。この鋳造複合材料は昇温下において使用すること
ができ、非金属マトリックス複合材料の使用を妨げるよ
うな他の条件下においても使用することができる。 しかしながら、ある場合、金属マトリックス複合材料
は鋳造によって製造される微細構造がそれらの後鋳造加
工および使用を干渉する種々の不規則性を含むもので、
たとえば、他の固体を含む強化粒子の凝集がときどき鋳
造された固形材料のマトリックス中に観察される。この
凝集によって他の地域の強化レベルが減少することによ
り複合材料の一般的な特性レベルが減退し、構造の均一
性が増加し、負荷時の複合材料の初期破損の開始位置と
なる。 したがって微細構造の不規則性を減少させる修飾を鋳
造複合材料の製造において行う必要があり、その結果よ
り均一な構造が得られることになる。本発明はこの要望
に応え、さらに関連した利点を与えるものである。
本発明は改良された鋳造複合材料およびその製造方法
を提供するものである。本発明にかかる複合材料は幾つ
かの従来のマトリックス中に観測されたような強化粒子
の凝集が見られず、より均一な微細構造およびより良好
な特性を有することになる。本発明の研究により従来の
二次加工方法には単なる微小な変更が要求されるだけで
ある。 本発明によれば、複合材料はアルミニウム含有合金の
マトリックスからなり、このマトリックスはさらに約15
〜約130ppm（重量）の酸化物形成元素を含み、該元素は
酸化マグネシウムより安定な酸化物を形成するものであ
る。また本発明にかかる複合材料は上記マトリックス中
に分配された強化材料を含む。 上記酸化物形成元素は好ましくはベリリウム、ランタ
ン、トリウム、スカンジウムまたはイットリウムであっ
て、約20〜約50ppmの量を存在させるのが好ましい。上
記強化材料は酸化アルミニウムまたは酸化シリコンから
なるのが好ましく、複合材料の約５〜約30容量％の量で
ある。マグネシウムは通常上記マトリックス合金中に含
まれる。 本発明の方法的観点によれば、ベリリウム、ランタ
ン、トリウム、スカンジウムおよびイットリウムからな
る群から選ばれる酸化物形成元素を重量で約15〜130ppm
を含むアルミニウム含有マトリックス合金を用意し、ま
た強化材料粒子を用意し、上記マトリックス合金を溶融
し、溶融したマトリックスに強化材料粒子を添加し、上
記溶融したマトリックス合金と上記強化材料粒子とを共
に混合してマトリックス合金で上記粒子を濡らす一方、
該混合物へのガスの導入および混合物内のガスの残留を
最小にし、得られる混合物を鋳造する工程からなる複合
材料の製造方法が提供される。 安定な酸化物形成元素が存在しない場合は、少量のア
ルミニウム、マグネシウムおよび可能な他の金属元素の
安定な酸化物の延伸されたストリンガーを上記溶融マト
リックス合金と強化材料との混合中に形成する場合があ
る。即ち、これら酸化物は溶融金属の表面に主として皮
殻として形成される。この強化材料のマトリックスへの
混合中には、酸化物皮殻は破壊されてストリンガーを形
成し、それが混合物の容量全体に渡って分配されること
になる。これらストリンガーは幾分強化材料粒子の典型
的なサイズよりも大きい。したがって強化材料粒子の幾
つかはこの酸化物ストリンガーに接着し、ストリンガー
による粒子の凝集が起こることになる。これらの凝集に
よって強化材料の凝離が起こり、それによってマトリッ
クスによる強化材料粒子の濡れが阻害され、強化材料粒
子の複合材料の残りが消耗され、その強度が減少する。
また、この凝集によって使用中に複合材料の早期破壊に
導かれる場合もあるストレス集中の形成の原因となる。 この酸化物形成元素はアルミニウム、マグネシウムお
よび他金属元素により溶融金属の表面に通常形成される
ものよりも優先して溶融金属の表面に薄い酸化物皮殻を
形成する。したがって、マグネシウムよりも大きな負の
形成自由エネルギーを有する酸化物を有するすべての酸
化物形成元素が使用可能である。このような元素にはベ
リリウム、トリウム、ランタン、スカンジウム、および
イットリウムが含まれる。ベリリウムはコストおよび製
造の点を考慮すると望ましいものである。 ベリリウムの場合、最も好ましい酸化物形成元素であ
って、ベリリウム酸化物の薄い層または皮殻は通常の酸
化物に優先して溶融金属の表面に形成される。このベリ
リウム酸化物が破損し溶融金属に混合されたとしても、
酸化物に強化材料粒子を凝集させる傾向は少ない。何故
ならばベリリウム酸化物の皮殻は非常に薄いものである
からである。アルミニウム含有マトリックスを有し、鋳
造されかつ凝固した複合材料は安定な酸化物形成元素の
添加によって、修飾されない複合材料の粒子特性である
凝集を示さない。 酸化物形成元素の量はアルミニウム、マグネシウムお
よび他の金属酸化物に優先してその酸化物を形成するに
十分であるべきであるが、上記材料の流動性または鋳造
可能性を干渉するほど大きなものであってはならない。
重量基準で少なくとも約15、好ましくは少なくとも20pp
mがマトリックスアレイ中に存在すべきである。より少
ない量は微細構造から金属性酸化物ストリンガーを除去
するに不十分であって、結果として強化材料粒子の凝集
が依然観測される。酸化物形成元素の最大量は約130、
好ましくは50ppm（マトリックス合金重量基準で）であ
る。実際には酸化物形成元素のほんの少量だけが溶融金
属の表面に酸化物を形成し、多量の添加は浪費的でかつ
非経済的である。さらに、ベリリウムの場合は、大量の
添加は鋳造プラントの環境において健康問題の原因とな
る場合がある。上記表示した限度より多い酸化物形成元
素の量は何の改善も産まず、複合材料の鋳造性を幾分害
する場合がある。 本発明は鋳造可能な金属マトリックス複合材の分野に
おいて重大な進歩を提供するものであって、酸化マグネ
シウムより安定な酸化物を有する元素のアルミニウムマ
トリックス溶融物への少量の添加は強化材料粒子の凝集
の誘因を減少させ、より均一な微細構造を形成する。本
発明の他の特徴および利点は以下の好ましい実施例の詳
細な記載から明らかとなろう。但し、添付図面をもって
説明するがこれは具体例により本発明の原理を例示する
ものである。 図面の簡単な説明 図１は分散用羽根車を有する混合装置の斜視図で、部
分的に破断されている。図２は安定な酸化物形成元素を
添加することなく鋳造した複合材料の微細構造の顕微鏡
写真である。また、図３は安定な酸化物形成元素を添加
した場合の鋳造複合材料の微細構造の顕微鏡写真であ
る。 発明の実施形態 鋳造により複合材料を製造する装置は図１に例示され
ている。この鋳造装置は本発明の一部を形成するもので
はないので、本装置における説明は本発明の技術背景を
提供するものである。 図１によると、この装置は金属スタンド11を有し、該
スタンドには回転可能な炉支持手段12が支持されてい
る。この炉支持手段12はそこに固定されたシャフト13お
よび14を備える。このシャフトは順に枕状ブロック15お
よび16に回転可能に支持されている。シャフト16にはハ
ンドル17が固定され、上記支持手段12を溶融または鋳造
の要望により回転するために使用される。 ルツボ18は溶融金属によって実質的に侵食されない材
料から形成されている。ある具体例では、ルツボ18はア
ルミナから形成され、内径9.5cmおよび高さ28cmであ
る。このルツボはアルミ合金約2.3キロを溶融するに適
するものである。また、このルツボはサーモクラフトN
o.RH274ヒータのようなヒータ19によって抵抗加熱され
る。この加熱されたルツボは加熱されるルツボはワット
ロウの積載絶縁物22によって絶縁され、20aで示される
低密度の耐火物によって絶縁されている。この絶縁され
た組体は304ステンレス鋼パイプの内側に位置してお
り、該パイプは6mm厚の固体ベース23と熔接された上部
フランジ24を有し、容器21を形成している。該容器21は
単にルツボ18の受けとして機能するだけでなく、混合中
の真空室として機能する。ヒータ19の電力は２本のヴァ
リアン製造の中間電力真空フィードスルー19aおよび19b
を介して供給される。ルツボ18とヒータ19の間に２個の
タイプＫサーモカップルが位置し、温度モニターおよび
制御のために使用される。そしてこれらはオメガ・スワ
ッジロックタイプの密封ヒッティング（図示しない）に
よって容器21に供給されている。 ルツボ18の温度はオメガ40比例コントローラ25によっ
て制御され、該コントローラはルツボとヒータとの間の
温度を監視している。このコントローラ25は、60ampの
ワットロウの水銀リレーを駆動し、該リレーがヒータ19
への215ボルトをスイッチングし、この温度をワットロ
ウのレジタルサーモメータによってモニターしている。 この混合装置はMinarik製の可逆ソリットシテットコ
ントローラ（図示せず）によって制御される1/4馬力のB
obine製のDC可変速度モータ26を有し、該モータ26はア
ーム31に固定され、ゴムベルト27によってボールベアリ
ングのスピンドル28に連結され、該スピンドルはルツボ
18の上方に支持され、回転する分散用羽根車29を保持し
ている。 このスピンドル28は支持部32および33にスライド可能
に接続されたアーム31に固定され、アーム31が垂直方向
に移動できるようになっている。クランク34および35は
上記アーム31を所定の位置に固定するためのロック手段
である。 分散用羽根車29は304スレンレス鋼から機械加工さ
れ、必要により互いに熔接され、ビードブラストにかけ
られ、そしてAremco552のセラミック接着剤によって被
覆されている。この被覆された羽根車29は必要となるま
で200℃に保持される。また、この分散用羽根車29はル
ツボのセンターラインに沿って垂直方向に配置される。
より大きなルツボを使用するときは粒子は溶融物の外周
部表面に集まる傾向にあって、もし壁側から溶湯の中心
に向けて強制され、分散用羽根車方向に移動させないな
らば、かかる粒子は溶湯内に混合することができない場
合がある。このような場合、図示しないが壁側から粒子
を離し、分散用羽根車の影響を受けるように清掃用羽根
車を使用することができる。 取り外し可能な金属フランジ36が容器21を覆い、容器
コンテナ21の上部フランジと上記フランジ36の間にはガ
スケット36aを備えられ、クランプ28aおよび28bによっ
て気密様式で封鎖できるようになっている。シャフト37
はチャック手段38によりスピンドル28に取り外し可能に
固定され、真空の回転フィードスルー41を通ってフラン
ジ41aを備えている。 このフランジ41aと一時嵌合して取り付けられたポー
ト42は供給源（図示せず）からアルゴンを導入および排
出できるようになっている。そしてルツボ18の排気を行
うための真空ラインに適応できるように形成されてい
る。 アルミ合金マトリックスに約５〜約30容量％の酸化ケ
イ素または酸化アルミニウムを含有した好ましい複合材
料を製造するにあたっては上記ヒータを作動させ、上記
コントローラをセットし、温度をマトリックス合金の液
相以上とする。マトリックス合金を上記ルツボに導入し
溶融させる。上記温度は幾分減少させ、上記溶融物をア
ルゴンガスを溶融物内にバブリングすることによりアル
ゴンによって吹風させる。その後粒子材料を添加する。
酸化ケイ素または酸化アルミニウム粒子はその後この溶
融物に添加され、上記混合装置を適正位置に配置し、真
空引きを行い、混合を始める。周期的にこの部屋を開放
させ、溶融物の表面にはアルゴンのカバーを形成しつ
つ、もし必要ならばルツボ壁の清掃を行う。十分に混合
が行われると、溶融した複合材料を適当な手段により型
またはモールド内に鋳造させる。 本発明は鋳造複合材料の製造において使用するマトリ
ックス合金の組成に一部関連するものである。このマト
リックス合金は合金のほとんどがアルミニウムであるア
ルミニウムベースからなる。そしてこのマトリックス合
金はしばしば少なくとも幾分かのマグネシウムを含有
し、このマグネシウムは鋳造アルミニウム合金および鍛
造アルミニウム合金の双方の合金成分として使用されて
いる重要なものである。このマトリックスはまた他の基
本的な合金元素を、たとえば銅、シリコン、マンガン、
鉄またはチタンの実質的な量、たとえば1/10％から10％
またはそれ以上を含んでいてもよい。このマグネシウム
および他の基本的な合金元素は強度、靭性、加工性、鋳
造性、および他の必要な特性を与える。 マトリックスの主要なまたは主要でない合金成分の種
類または量について制限はない。本発明において使用可
能ないくつかの共通のアルミニウム合金として1000、20
00、6000、および7000系統の合金を含む。ベリリウム
（または他の酸化物形成体）の添加効果は溶融物の表面
において酸化物構造に対し物理的な効果を与えることに
大いに起因しており、それはマトリックスの（または強
化材料の）の合金成分との化学的相互作用に基づくもの
ではない。それ故に強化材料粒子が実質的な量を存在す
る限り、本発明の適用可能性が特定のアルミニウム合金
に限定されるべきであると信ずる理由は全くない。 アルミニウム、アルミニウムおよびマグネシウム相互
および他の金属性元素（市販される合金中に通常存在す
る他の金属元素）は酸化物形成体であって、その酸化物
は負の生成自由エネルギーを有する。マトリックスの固
体成分および強化材料粒子からそれらのルツボ内での混
合前に酸素ガスを脱気することに、また混合装置それ自
身から酸素ガスを脱気することに注意が支払われるが、
上記溶融物上方の雰囲気には幾分少量の酸素ガスがほと
んどいつも残存していて、表面に付着しまたは溶解す
る。アルミニウムおよび他の金属成分はこの少量の酸素
さえも捕捉する機能を有し、厚い酸化物層または皮殻を
形成し、溶融物の表面に浮遊する。酸化物はより迅速は
酸化から溶融物を保護する有効な効果を有する。 しかしながら、厚い表面酸化層はマトリックス合金で
上記粒子を湿潤するために使用される激しい撹拌中に破
損してストリンガーとなるという有害な効果もある。こ
のストリンガーは混合された合金中に分散される。本明
細書においてストリンガーとは、破断されて表面から剥
がれ、溶融物中に混合された表面酸化物の断片である。
このストリンガーは通常独立した強化材粒子よりも非常
に大きく、しばしば延伸されており、それによって大き
な表面対容積比率を有している。強化材の粒子のいくつ
かはこのストリンガーに接着し、酸化物ストリンガーの
強化材粒子の凝集を溶融合金のマトリックス全体に渡っ
て行う。そして、この酸化物は非常に安定であり溶解す
る傾向にない。溶湯中に混合される上記酸化物はさもな
くば結局溶湯上に浮遊するが、強化材粒子が存在するこ
とによって、そしてルツボ内での撹拌作用によりそれら
はドロスとして回収される表面に浮遊することを妨げら
れる。事実この撹拌作用は表面酸化物を破壊し、溶湯中
に引き込み、ストリンガーを形成する傾向にある。 この大きな酸化物ストリンガーとそこに凝集した強化
材は上記溶湯全体に渡って混合され、凝固した溶湯内に
位置して固定される。図２は約15容量％の酸化アルミニ
ウム強化材粒子を2014アルミ合金マトリックスに混合し
て製造された鋳造複合材料の顕微鏡写真であり、本発明
の安定な酸化物形成元素を有していない。なお、2014ア
ルミ合金は重量％でケイ素0.5〜1.2、鉄1.0、銅3.9〜5.
0、マンガン0.4〜1.2、マグネシウム0.2〜0.8、クロム
0.1、亜鉛0.25、チタン0.15、他の元素最大0.15残部ア
ルミニウムからなる公称組成範囲を有している。図２は
暗色の酸化物ストリンガーを示しており、これに軽色の
粒子が接着し、すなわちストリンガーを凝集形態をなし
て修飾しており、軽色のアルミニウムマトリックス中に
すべてが存在している。このストリンガーの間にはわず
かな強化材粒子を有するが、大きな裸状態のマトリック
ス地域が存在している。 図２に示される微細構造の種類は少なくとも３つの方
法により複合材料の所望の特性が減退に導かれている。
まず、酸化物と粒子との凝集によって溶融したマトリッ
クスによる強化材粒子の湿潤が妨げられる。第２に強化
材粒子は上記酸化物地域に凝集して残りの溶湯全体に渡
って分散されて利用される強化材粒子の量を減少させ、
強化材の分散の均一性を損なわせる。それによって残り
の溶湯中の全複合体特性が低減する。第３に、上記酸化
物と強化材粒子との凝集によって負荷または疲労中に複
合材に微小クラックが形成される源となり、それによっ
て複合材料の欠陥が促進される。 本発明によればアルミニウムの厚い酸化物、またはア
ルミニウムおよびマグネシウムの厚い酸化物および他の
金属元素の厚い酸化物が複合材料溶湯表面に形成される
のを減少させ、望ましくは除去することができ、それら
が鋳造複合材料に存在するのを解消することができる。
本発明は、マグネシウムより有効な酸化物形成元素を少
量上記溶湯に添加することによって安定な酸化物形成元
素の薄い表面酸化物を優先的に上記アルミニウムまたは
他の厚い表面酸化物皮殻に渡って形成させるものであ
る。もっとも好ましい酸化物形成元素はベリリウムであ
り、マトリックス重量で約20〜約50ppm添加されるのが
好ましい。より少量のベリリウムはかなり効果に劣り、
約15ppm以下の量は厚い表面酸化物の存在を避けるには
全く効果がない。約50ppm以上の量は溶湯の表面に厚い
酸化物を形成する傾向にあり、溶湯の表面にあるドロス
および補強材と、それが酸化物形成元素と反応するなら
ば化合物を形成する可能性がある。この溶融した複合材
料は鋳造することが困難となる。約130ppm以上の酸化物
形成元素は非常に多量の酸化物を形成し、合金の鋳造性
を減退させる。 本発明の主題である鋳造複合材料の鋳造は単一の非複
合材料の鋳造とはかなり異なっている。強化材粒子を約
５〜約30容量％を存在することによって、複合材料の流
動性および鋳造性を変化させる。溶湯の表面にベリリウ
ム酸化物を形成させるために複合材料にベリリウムを添
加するが、ベリリウムが約130ppmを越えると鋳造性の減
退が始まる。これに対してタイプ357のような特定の非
複合アルミニウム合金では400から700ppmのベリリウム
を含む場合があるが、それらは依然鋳造可能である。何
故ならばそれらは強化材粒子を含まないからである。強
化材粒子を含む鋳造複合材料の挙動は単一の非複合材料
の従来の経験からは簡単には推測することはできない。 ベリリウム酸化物は公知の危険な物質であって、それ
故に効果を保持しながらできるだけ低く含有量を保持す
るのが好ましい。好ましい範囲はそれ故に約20〜約50pp
mであって、最も好ましい量は商業的な鋳造の実行にお
いては30ppmである。もしベリリウムの量を約15ppmの下
限有効値により近ずけるならばベリリウムの許容量を市
販の鋳造の実行のもとにおいて保証することが困難な場
合がある。 図３は図２において説明したと同一の複合材料の微細
構造を示し、約30ppmのベリリウムを、酸化アルミニウ
ム粒子強化材がマトリックスに混合される前にマトリッ
クス合金に混合された以外は上記と同様であって2014マ
トリックス合金が約15容量％の酸化アルミニウム補強粒
子を含んでいる。図２の微細構造と比較すると、ベリリ
ウムの添加によって複合材料の微細構造がより均一にな
ることが促進される。酸化物の大きなストリンガーと凝
集された補強材粒子はもはや存在しない。また図２の微
細構造において見られるような同一サイズの裸となった
地域も見られない。 図２および図３は酸化アルミニウム補強材粒子を有す
る複合材料を例示したが、酸化アルミニウムは安定な酸
化物形成元素の有効な効果がその補強材料に対し最も顕
著であるので、本発明の用途にとって好ましい補強材で
ある。しかしながら、他の補強材料に対しても有効な効
果が得られ、それらは本発明の範囲内である。補強材粒
子とストリンガーとの相互作用は物理的な作用であっ
て、補強材の化学組成は本発明を限定するものでない。
次の実施例は本発明の観点を例示するもので、本発明の
範囲を限定するものでない。ただし添加されるベリリウ
ムの量はppmで示されている。 実施例１ 2014アルミニウムマトリックス合金中に15容量％の酸
化アルミニウム補強材粒子を有する一連の複合材料を溶
融と鋳造法により製造した。このマトリックス合金中に
存在するベリリウムの量は複合材料によって変えた。ベ
リリウムの添加がない場合は、複合材料の全体に渡って
ストリンガーが分配された。その微細構造は図２に示す
ものとなる。約15ppmのベリリウムが存在する場合は、
図３に示すものの方向の、微細構造における顕著なしか
し小さな改善が見られた。しかし依然少量のストリンガ
ーが存在していた。マトリックス中に約30ppmおよび50p
pmのベリリウムを有する複合材料は図３に示すタイプの
優れた微細構造を示した。約30ppmのベリリウムを有す
る複合材料は図３に示すタイプの許容できる微細構造の
特性を示したが、鋳造の困難性が現れていた。さらに、
鋳造後の残存するドロスのベリリウム含有量が健康に影
響する可能性が出てきた。275ppmのベリリウムを有する
複合材料は許容できる微細構造を示したが、かなり厚い
ベリリウム酸化物の皮殻のため複合材料の鋳造がかなり
困難であった。 実施例２ マトリックス合金を6061アルミ合金とした以外は実施
例１を繰り返した。種々のベリリウム添加を繰り返し実
質的に同一の結果を得た。それ故本発明においては従来
可能であったよりも高品質でかつ均一な微細構造の鋳造
複合材料が製造することができる。例示の目的で本発明
の特定の具体例を詳細に記載したが、本発明の精神およ
び要旨を逸脱することなく種々の変形が可能である。し
たがって本発明は添付されたクレーム以外には限定され
ないものである。
を提供するものである。本発明にかかる複合材料は幾つ
かの従来のマトリックス中に観測されたような強化粒子
の凝集が見られず、より均一な微細構造およびより良好
な特性を有することになる。本発明の研究により従来の
二次加工方法には単なる微小な変更が要求されるだけで
ある。 本発明によれば、複合材料はアルミニウム含有合金の
マトリックスからなり、このマトリックスはさらに約15
〜約130ppm（重量）の酸化物形成元素を含み、該元素は
酸化マグネシウムより安定な酸化物を形成するものであ
る。また本発明にかかる複合材料は上記マトリックス中
に分配された強化材料を含む。 上記酸化物形成元素は好ましくはベリリウム、ランタ
ン、トリウム、スカンジウムまたはイットリウムであっ
て、約20〜約50ppmの量を存在させるのが好ましい。上
記強化材料は酸化アルミニウムまたは酸化シリコンから
なるのが好ましく、複合材料の約５〜約30容量％の量で
ある。マグネシウムは通常上記マトリックス合金中に含
まれる。 本発明の方法的観点によれば、ベリリウム、ランタ
ン、トリウム、スカンジウムおよびイットリウムからな
る群から選ばれる酸化物形成元素を重量で約15〜130ppm
を含むアルミニウム含有マトリックス合金を用意し、ま
た強化材料粒子を用意し、上記マトリックス合金を溶融
し、溶融したマトリックスに強化材料粒子を添加し、上
記溶融したマトリックス合金と上記強化材料粒子とを共
に混合してマトリックス合金で上記粒子を濡らす一方、
該混合物へのガスの導入および混合物内のガスの残留を
最小にし、得られる混合物を鋳造する工程からなる複合
材料の製造方法が提供される。 安定な酸化物形成元素が存在しない場合は、少量のア
ルミニウム、マグネシウムおよび可能な他の金属元素の
安定な酸化物の延伸されたストリンガーを上記溶融マト
リックス合金と強化材料との混合中に形成する場合があ
る。即ち、これら酸化物は溶融金属の表面に主として皮
殻として形成される。この強化材料のマトリックスへの
混合中には、酸化物皮殻は破壊されてストリンガーを形
成し、それが混合物の容量全体に渡って分配されること
になる。これらストリンガーは幾分強化材料粒子の典型
的なサイズよりも大きい。したがって強化材料粒子の幾
つかはこの酸化物ストリンガーに接着し、ストリンガー
による粒子の凝集が起こることになる。これらの凝集に
よって強化材料の凝離が起こり、それによってマトリッ
クスによる強化材料粒子の濡れが阻害され、強化材料粒
子の複合材料の残りが消耗され、その強度が減少する。
また、この凝集によって使用中に複合材料の早期破壊に
導かれる場合もあるストレス集中の形成の原因となる。 この酸化物形成元素はアルミニウム、マグネシウムお
よび他金属元素により溶融金属の表面に通常形成される
ものよりも優先して溶融金属の表面に薄い酸化物皮殻を
形成する。したがって、マグネシウムよりも大きな負の
形成自由エネルギーを有する酸化物を有するすべての酸
化物形成元素が使用可能である。このような元素にはベ
リリウム、トリウム、ランタン、スカンジウム、および
イットリウムが含まれる。ベリリウムはコストおよび製
造の点を考慮すると望ましいものである。 ベリリウムの場合、最も好ましい酸化物形成元素であ
って、ベリリウム酸化物の薄い層または皮殻は通常の酸
化物に優先して溶融金属の表面に形成される。このベリ
リウム酸化物が破損し溶融金属に混合されたとしても、
酸化物に強化材料粒子を凝集させる傾向は少ない。何故
ならばベリリウム酸化物の皮殻は非常に薄いものである
からである。アルミニウム含有マトリックスを有し、鋳
造されかつ凝固した複合材料は安定な酸化物形成元素の
添加によって、修飾されない複合材料の粒子特性である
凝集を示さない。 酸化物形成元素の量はアルミニウム、マグネシウムお
よび他の金属酸化物に優先してその酸化物を形成するに
十分であるべきであるが、上記材料の流動性または鋳造
可能性を干渉するほど大きなものであってはならない。
重量基準で少なくとも約15、好ましくは少なくとも20pp
mがマトリックスアレイ中に存在すべきである。より少
ない量は微細構造から金属性酸化物ストリンガーを除去
するに不十分であって、結果として強化材料粒子の凝集
が依然観測される。酸化物形成元素の最大量は約130、
好ましくは50ppm（マトリックス合金重量基準で）であ
る。実際には酸化物形成元素のほんの少量だけが溶融金
属の表面に酸化物を形成し、多量の添加は浪費的でかつ
非経済的である。さらに、ベリリウムの場合は、大量の
添加は鋳造プラントの環境において健康問題の原因とな
る場合がある。上記表示した限度より多い酸化物形成元
素の量は何の改善も産まず、複合材料の鋳造性を幾分害
する場合がある。 本発明は鋳造可能な金属マトリックス複合材の分野に
おいて重大な進歩を提供するものであって、酸化マグネ
シウムより安定な酸化物を有する元素のアルミニウムマ
トリックス溶融物への少量の添加は強化材料粒子の凝集
の誘因を減少させ、より均一な微細構造を形成する。本
発明の他の特徴および利点は以下の好ましい実施例の詳
細な記載から明らかとなろう。但し、添付図面をもって
説明するがこれは具体例により本発明の原理を例示する
ものである。 図面の簡単な説明 図１は分散用羽根車を有する混合装置の斜視図で、部
分的に破断されている。図２は安定な酸化物形成元素を
添加することなく鋳造した複合材料の微細構造の顕微鏡
写真である。また、図３は安定な酸化物形成元素を添加
した場合の鋳造複合材料の微細構造の顕微鏡写真であ
る。 発明の実施形態 鋳造により複合材料を製造する装置は図１に例示され
ている。この鋳造装置は本発明の一部を形成するもので
はないので、本装置における説明は本発明の技術背景を
提供するものである。 図１によると、この装置は金属スタンド11を有し、該
スタンドには回転可能な炉支持手段12が支持されてい
る。この炉支持手段12はそこに固定されたシャフト13お
よび14を備える。このシャフトは順に枕状ブロック15お
よび16に回転可能に支持されている。シャフト16にはハ
ンドル17が固定され、上記支持手段12を溶融または鋳造
の要望により回転するために使用される。 ルツボ18は溶融金属によって実質的に侵食されない材
料から形成されている。ある具体例では、ルツボ18はア
ルミナから形成され、内径9.5cmおよび高さ28cmであ
る。このルツボはアルミ合金約2.3キロを溶融するに適
するものである。また、このルツボはサーモクラフトN
o.RH274ヒータのようなヒータ19によって抵抗加熱され
る。この加熱されたルツボは加熱されるルツボはワット
ロウの積載絶縁物22によって絶縁され、20aで示される
低密度の耐火物によって絶縁されている。この絶縁され
た組体は304ステンレス鋼パイプの内側に位置してお
り、該パイプは6mm厚の固体ベース23と熔接された上部
フランジ24を有し、容器21を形成している。該容器21は
単にルツボ18の受けとして機能するだけでなく、混合中
の真空室として機能する。ヒータ19の電力は２本のヴァ
リアン製造の中間電力真空フィードスルー19aおよび19b
を介して供給される。ルツボ18とヒータ19の間に２個の
タイプＫサーモカップルが位置し、温度モニターおよび
制御のために使用される。そしてこれらはオメガ・スワ
ッジロックタイプの密封ヒッティング（図示しない）に
よって容器21に供給されている。 ルツボ18の温度はオメガ40比例コントローラ25によっ
て制御され、該コントローラはルツボとヒータとの間の
温度を監視している。このコントローラ25は、60ampの
ワットロウの水銀リレーを駆動し、該リレーがヒータ19
への215ボルトをスイッチングし、この温度をワットロ
ウのレジタルサーモメータによってモニターしている。 この混合装置はMinarik製の可逆ソリットシテットコ
ントローラ（図示せず）によって制御される1/4馬力のB
obine製のDC可変速度モータ26を有し、該モータ26はア
ーム31に固定され、ゴムベルト27によってボールベアリ
ングのスピンドル28に連結され、該スピンドルはルツボ
18の上方に支持され、回転する分散用羽根車29を保持し
ている。 このスピンドル28は支持部32および33にスライド可能
に接続されたアーム31に固定され、アーム31が垂直方向
に移動できるようになっている。クランク34および35は
上記アーム31を所定の位置に固定するためのロック手段
である。 分散用羽根車29は304スレンレス鋼から機械加工さ
れ、必要により互いに熔接され、ビードブラストにかけ
られ、そしてAremco552のセラミック接着剤によって被
覆されている。この被覆された羽根車29は必要となるま
で200℃に保持される。また、この分散用羽根車29はル
ツボのセンターラインに沿って垂直方向に配置される。
より大きなルツボを使用するときは粒子は溶融物の外周
部表面に集まる傾向にあって、もし壁側から溶湯の中心
に向けて強制され、分散用羽根車方向に移動させないな
らば、かかる粒子は溶湯内に混合することができない場
合がある。このような場合、図示しないが壁側から粒子
を離し、分散用羽根車の影響を受けるように清掃用羽根
車を使用することができる。 取り外し可能な金属フランジ36が容器21を覆い、容器
コンテナ21の上部フランジと上記フランジ36の間にはガ
スケット36aを備えられ、クランプ28aおよび28bによっ
て気密様式で封鎖できるようになっている。シャフト37
はチャック手段38によりスピンドル28に取り外し可能に
固定され、真空の回転フィードスルー41を通ってフラン
ジ41aを備えている。 このフランジ41aと一時嵌合して取り付けられたポー
ト42は供給源（図示せず）からアルゴンを導入および排
出できるようになっている。そしてルツボ18の排気を行
うための真空ラインに適応できるように形成されてい
る。 アルミ合金マトリックスに約５〜約30容量％の酸化ケ
イ素または酸化アルミニウムを含有した好ましい複合材
料を製造するにあたっては上記ヒータを作動させ、上記
コントローラをセットし、温度をマトリックス合金の液
相以上とする。マトリックス合金を上記ルツボに導入し
溶融させる。上記温度は幾分減少させ、上記溶融物をア
ルゴンガスを溶融物内にバブリングすることによりアル
ゴンによって吹風させる。その後粒子材料を添加する。
酸化ケイ素または酸化アルミニウム粒子はその後この溶
融物に添加され、上記混合装置を適正位置に配置し、真
空引きを行い、混合を始める。周期的にこの部屋を開放
させ、溶融物の表面にはアルゴンのカバーを形成しつ
つ、もし必要ならばルツボ壁の清掃を行う。十分に混合
が行われると、溶融した複合材料を適当な手段により型
またはモールド内に鋳造させる。 本発明は鋳造複合材料の製造において使用するマトリ
ックス合金の組成に一部関連するものである。このマト
リックス合金は合金のほとんどがアルミニウムであるア
ルミニウムベースからなる。そしてこのマトリックス合
金はしばしば少なくとも幾分かのマグネシウムを含有
し、このマグネシウムは鋳造アルミニウム合金および鍛
造アルミニウム合金の双方の合金成分として使用されて
いる重要なものである。このマトリックスはまた他の基
本的な合金元素を、たとえば銅、シリコン、マンガン、
鉄またはチタンの実質的な量、たとえば1/10％から10％
またはそれ以上を含んでいてもよい。このマグネシウム
および他の基本的な合金元素は強度、靭性、加工性、鋳
造性、および他の必要な特性を与える。 マトリックスの主要なまたは主要でない合金成分の種
類または量について制限はない。本発明において使用可
能ないくつかの共通のアルミニウム合金として1000、20
00、6000、および7000系統の合金を含む。ベリリウム
（または他の酸化物形成体）の添加効果は溶融物の表面
において酸化物構造に対し物理的な効果を与えることに
大いに起因しており、それはマトリックスの（または強
化材料の）の合金成分との化学的相互作用に基づくもの
ではない。それ故に強化材料粒子が実質的な量を存在す
る限り、本発明の適用可能性が特定のアルミニウム合金
に限定されるべきであると信ずる理由は全くない。 アルミニウム、アルミニウムおよびマグネシウム相互
および他の金属性元素（市販される合金中に通常存在す
る他の金属元素）は酸化物形成体であって、その酸化物
は負の生成自由エネルギーを有する。マトリックスの固
体成分および強化材料粒子からそれらのルツボ内での混
合前に酸素ガスを脱気することに、また混合装置それ自
身から酸素ガスを脱気することに注意が支払われるが、
上記溶融物上方の雰囲気には幾分少量の酸素ガスがほと
んどいつも残存していて、表面に付着しまたは溶解す
る。アルミニウムおよび他の金属成分はこの少量の酸素
さえも捕捉する機能を有し、厚い酸化物層または皮殻を
形成し、溶融物の表面に浮遊する。酸化物はより迅速は
酸化から溶融物を保護する有効な効果を有する。 しかしながら、厚い表面酸化層はマトリックス合金で
上記粒子を湿潤するために使用される激しい撹拌中に破
損してストリンガーとなるという有害な効果もある。こ
のストリンガーは混合された合金中に分散される。本明
細書においてストリンガーとは、破断されて表面から剥
がれ、溶融物中に混合された表面酸化物の断片である。
このストリンガーは通常独立した強化材粒子よりも非常
に大きく、しばしば延伸されており、それによって大き
な表面対容積比率を有している。強化材の粒子のいくつ
かはこのストリンガーに接着し、酸化物ストリンガーの
強化材粒子の凝集を溶融合金のマトリックス全体に渡っ
て行う。そして、この酸化物は非常に安定であり溶解す
る傾向にない。溶湯中に混合される上記酸化物はさもな
くば結局溶湯上に浮遊するが、強化材粒子が存在するこ
とによって、そしてルツボ内での撹拌作用によりそれら
はドロスとして回収される表面に浮遊することを妨げら
れる。事実この撹拌作用は表面酸化物を破壊し、溶湯中
に引き込み、ストリンガーを形成する傾向にある。 この大きな酸化物ストリンガーとそこに凝集した強化
材は上記溶湯全体に渡って混合され、凝固した溶湯内に
位置して固定される。図２は約15容量％の酸化アルミニ
ウム強化材粒子を2014アルミ合金マトリックスに混合し
て製造された鋳造複合材料の顕微鏡写真であり、本発明
の安定な酸化物形成元素を有していない。なお、2014ア
ルミ合金は重量％でケイ素0.5〜1.2、鉄1.0、銅3.9〜5.
0、マンガン0.4〜1.2、マグネシウム0.2〜0.8、クロム
0.1、亜鉛0.25、チタン0.15、他の元素最大0.15残部ア
ルミニウムからなる公称組成範囲を有している。図２は
暗色の酸化物ストリンガーを示しており、これに軽色の
粒子が接着し、すなわちストリンガーを凝集形態をなし
て修飾しており、軽色のアルミニウムマトリックス中に
すべてが存在している。このストリンガーの間にはわず
かな強化材粒子を有するが、大きな裸状態のマトリック
ス地域が存在している。 図２に示される微細構造の種類は少なくとも３つの方
法により複合材料の所望の特性が減退に導かれている。
まず、酸化物と粒子との凝集によって溶融したマトリッ
クスによる強化材粒子の湿潤が妨げられる。第２に強化
材粒子は上記酸化物地域に凝集して残りの溶湯全体に渡
って分散されて利用される強化材粒子の量を減少させ、
強化材の分散の均一性を損なわせる。それによって残り
の溶湯中の全複合体特性が低減する。第３に、上記酸化
物と強化材粒子との凝集によって負荷または疲労中に複
合材に微小クラックが形成される源となり、それによっ
て複合材料の欠陥が促進される。 本発明によればアルミニウムの厚い酸化物、またはア
ルミニウムおよびマグネシウムの厚い酸化物および他の
金属元素の厚い酸化物が複合材料溶湯表面に形成される
のを減少させ、望ましくは除去することができ、それら
が鋳造複合材料に存在するのを解消することができる。
本発明は、マグネシウムより有効な酸化物形成元素を少
量上記溶湯に添加することによって安定な酸化物形成元
素の薄い表面酸化物を優先的に上記アルミニウムまたは
他の厚い表面酸化物皮殻に渡って形成させるものであ
る。もっとも好ましい酸化物形成元素はベリリウムであ
り、マトリックス重量で約20〜約50ppm添加されるのが
好ましい。より少量のベリリウムはかなり効果に劣り、
約15ppm以下の量は厚い表面酸化物の存在を避けるには
全く効果がない。約50ppm以上の量は溶湯の表面に厚い
酸化物を形成する傾向にあり、溶湯の表面にあるドロス
および補強材と、それが酸化物形成元素と反応するなら
ば化合物を形成する可能性がある。この溶融した複合材
料は鋳造することが困難となる。約130ppm以上の酸化物
形成元素は非常に多量の酸化物を形成し、合金の鋳造性
を減退させる。 本発明の主題である鋳造複合材料の鋳造は単一の非複
合材料の鋳造とはかなり異なっている。強化材粒子を約
５〜約30容量％を存在することによって、複合材料の流
動性および鋳造性を変化させる。溶湯の表面にベリリウ
ム酸化物を形成させるために複合材料にベリリウムを添
加するが、ベリリウムが約130ppmを越えると鋳造性の減
退が始まる。これに対してタイプ357のような特定の非
複合アルミニウム合金では400から700ppmのベリリウム
を含む場合があるが、それらは依然鋳造可能である。何
故ならばそれらは強化材粒子を含まないからである。強
化材粒子を含む鋳造複合材料の挙動は単一の非複合材料
の従来の経験からは簡単には推測することはできない。 ベリリウム酸化物は公知の危険な物質であって、それ
故に効果を保持しながらできるだけ低く含有量を保持す
るのが好ましい。好ましい範囲はそれ故に約20〜約50pp
mであって、最も好ましい量は商業的な鋳造の実行にお
いては30ppmである。もしベリリウムの量を約15ppmの下
限有効値により近ずけるならばベリリウムの許容量を市
販の鋳造の実行のもとにおいて保証することが困難な場
合がある。 図３は図２において説明したと同一の複合材料の微細
構造を示し、約30ppmのベリリウムを、酸化アルミニウ
ム粒子強化材がマトリックスに混合される前にマトリッ
クス合金に混合された以外は上記と同様であって2014マ
トリックス合金が約15容量％の酸化アルミニウム補強粒
子を含んでいる。図２の微細構造と比較すると、ベリリ
ウムの添加によって複合材料の微細構造がより均一にな
ることが促進される。酸化物の大きなストリンガーと凝
集された補強材粒子はもはや存在しない。また図２の微
細構造において見られるような同一サイズの裸となった
地域も見られない。 図２および図３は酸化アルミニウム補強材粒子を有す
る複合材料を例示したが、酸化アルミニウムは安定な酸
化物形成元素の有効な効果がその補強材料に対し最も顕
著であるので、本発明の用途にとって好ましい補強材で
ある。しかしながら、他の補強材料に対しても有効な効
果が得られ、それらは本発明の範囲内である。補強材粒
子とストリンガーとの相互作用は物理的な作用であっ
て、補強材の化学組成は本発明を限定するものでない。
次の実施例は本発明の観点を例示するもので、本発明の
範囲を限定するものでない。ただし添加されるベリリウ
ムの量はppmで示されている。 実施例１ 2014アルミニウムマトリックス合金中に15容量％の酸
化アルミニウム補強材粒子を有する一連の複合材料を溶
融と鋳造法により製造した。このマトリックス合金中に
存在するベリリウムの量は複合材料によって変えた。ベ
リリウムの添加がない場合は、複合材料の全体に渡って
ストリンガーが分配された。その微細構造は図２に示す
ものとなる。約15ppmのベリリウムが存在する場合は、
図３に示すものの方向の、微細構造における顕著なしか
し小さな改善が見られた。しかし依然少量のストリンガ
ーが存在していた。マトリックス中に約30ppmおよび50p
pmのベリリウムを有する複合材料は図３に示すタイプの
優れた微細構造を示した。約30ppmのベリリウムを有す
る複合材料は図３に示すタイプの許容できる微細構造の
特性を示したが、鋳造の困難性が現れていた。さらに、
鋳造後の残存するドロスのベリリウム含有量が健康に影
響する可能性が出てきた。275ppmのベリリウムを有する
複合材料は許容できる微細構造を示したが、かなり厚い
ベリリウム酸化物の皮殻のため複合材料の鋳造がかなり
困難であった。 実施例２ マトリックス合金を6061アルミ合金とした以外は実施
例１を繰り返した。種々のベリリウム添加を繰り返し実
質的に同一の結果を得た。それ故本発明においては従来
可能であったよりも高品質でかつ均一な微細構造の鋳造
複合材料が製造することができる。例示の目的で本発明
の特定の具体例を詳細に記載したが、本発明の精神およ
び要旨を逸脱することなく種々の変形が可能である。し
たがって本発明は添付されたクレーム以外には限定され
ないものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハドソン、ラリー・ジー アメリカ合衆国、カリフォルニア 92009、カールスバンド、ビビエンダ・ サークル3313番 (72)発明者 スカイボー、ミッシェル・デイ アメリカ合衆国、カリフォルニア 92024、ルーカディア、イオラス・スト リート1346番 (56)参考文献 特開 昭60−194039（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−262448（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−87106（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152229（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−49374（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−819（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平５−81654（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 1/10 C22C 47/00 - 49/14
Claims (14)
- 【請求項１】アルミニウム系合金で、酸化マグネシウム
より安定な酸化物を形成する酸化物形成元素を重量で15
〜130ppmを含むマトリックスと、該マトリックス中に分
散する炭化ケイ素及び酸化アルミニウムの群から選ばれ
た強化材料からなる複合材料。 - 【請求項２】酸化物形成元素がベリリウム、ランタン、
トリウム、スカンジウムおよびイットリウムからなる群
から選ばれる請求項１記載の複合材料。 - 【請求項３】酸化物形成元素がベリリウムである請求項
１記載の複合材料。 - 【請求項４】酸化物形成元素が重量で20〜50ppm存在す
る請求項１記載の複合材料。 - 【請求項５】強化材料がマトリックスと強化材料の全量
の５〜30容量％存在する請求項１記載の複合材料。 - 【請求項６】複合材料が実質的に溶解され、捕捉された
ガスを内部に有しない請求項１記載の複合材料。 - 【請求項７】マトリックス合金がさらにマグネシウムを
含有する請求項１記載の複合材料。 - 【請求項８】アルミニウム系合金で、実質的に溶解さ
れ、捕捉されたガスを内部に有せず、更にベリリウム、
ランタン、トリウム、スカンジウムおよびイットリウム
からなる群から選ばれる酸化物形成元素を重量で15〜13
0ppmを含むマトリックスと、該マトリックス中に分散
し、炭化ケイ素および酸化マグネシウムからなる群から
選ばれ、複合材料の５〜30重量％を構成する強化材料か
らなる複合材料。 - 【請求項９】ベリリウム、ランタン、トリウム、スカン
ジウムおよびイットリウムからなる群から選ばれる酸化
物形成元素を重量で15〜130ppmを含むアルミニウム系マ
トリックス合金を用意し、また、炭化ケイ素及び酸化ア
ルミニウムからなる群から選ばれた強化材料粒子を用意
し、上記マトリックス合金を熔融し、該熔融したマトリ
ックスに強化材料粒子を添加し、上記溶融したマトリッ
クス合金と上記強化材料粒子とをともに混合してマトリ
ックス合金で上記粒子を濡らす一方、該混合物へのガス
の導入および混合物内の残留を最小にし、得られる混合
物を鋳造する工程からなる複合材料の製造方法。 - 【請求項１０】酸化物形成元素が20〜50ppm存在する請
求項９記載の方法。 - 【請求項１１】混合工程中上記熔融物を減圧状態におく
請求項９記載の方法。 - 【請求項１２】上記混合工程を上記熔融物に浸漬した回
転する羽根車にて行う請求項９記載の方法。 - 【請求項１３】上記マトリックスがさらにマグネシウム
を含有する請求項９記載の方法。 - 【請求項１４】上記強化材料が複合材料の５〜30容量％
存在する請求項９記載の方法。
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