JP3457155B2 - Ａｌ基複合材料およびその製造方法 - Google Patents
Ａｌ基複合材料およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強化材の強化作用
を向上させた分散強化型Ａｌ基複合材料およびその製造
方法に関する。
を向上させた分散強化型Ａｌ基複合材料およびその製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】これまで、分散強化型Ａｌ基複合材料に
おいて、強化材の体積率から混合則（複合則）により推
定される強度を実現することは非常に困難であり、期待
される強度に対して実際に得られる強度がかなり低いの
が一般的であった。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金マト
リクス中に１０ vol％のＳｉ3 Ｎ4 粒子を分散させて
も、このＡｌ基複合材料の強度はマトリクス強度に対し
て高々５％程度しか向上しない。この場合、混合則から
はマトリクス強度に対して少なくとも１０〜１５％程度
の強度向上が見込まれるが、実際の複合材料ではその推
定強度を大きくした回る強度しか実現できない。その原
因は明らかではないが、強化材とマトリクスとの界面接
着力が低く強化材の特性が十分に発現できない、あるい
は強化材粒子のサイズが最大で４４μm と比較的粗大で
ある、といった原因が考えられる。
おいて、強化材の体積率から混合則（複合則）により推
定される強度を実現することは非常に困難であり、期待
される強度に対して実際に得られる強度がかなり低いの
が一般的であった。例えば、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金マト
リクス中に１０ vol％のＳｉ3 Ｎ4 粒子を分散させて
も、このＡｌ基複合材料の強度はマトリクス強度に対し
て高々５％程度しか向上しない。この場合、混合則から
はマトリクス強度に対して少なくとも１０〜１５％程度
の強度向上が見込まれるが、実際の複合材料ではその推
定強度を大きくした回る強度しか実現できない。その原
因は明らかではないが、強化材とマトリクスとの界面接
着力が低く強化材の特性が十分に発現できない、あるい
は強化材粒子のサイズが最大で４４μm と比較的粗大で
ある、といった原因が考えられる。
【０００３】ＴｉＣ粒子分散強化型Ａｌ基複合材料およ
びその製造方法が、特開平６−１７１６５号公報に開示
されている。この複合材料は、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、お
よびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成る圧粉成形体を作成
し、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を含浸させた後に、加熱し
てＴｉＣ粒子を生成させ、その後この成形体をＡｌまた
はＡｌ合金の溶湯中に溶解することにより製造される。
びその製造方法が、特開平６−１７１６５号公報に開示
されている。この複合材料は、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、お
よびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成る圧粉成形体を作成
し、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を含浸させた後に、加熱し
てＴｉＣ粒子を生成させ、その後この成形体をＡｌまた
はＡｌ合金の溶湯中に溶解することにより製造される。
【０００４】元来、上記と同様の圧粉成形体を作成し、
これを加熱してＴｉＣ粒子を生成させた後に、Ａｌまた
はＡｌ合金溶湯中に溶解させる方法が、特開昭６３−８
３２３９号公報により知られていた。しかし、多孔質で
ある成形体と溶湯とは種々の要因で馴染みが悪いため、
実際には溶解させることが非常に困難であり、微細なＴ
ｉＣ粒子を均一に分散させた良好な組織のＡｌ基複合材
料を得ることは極めて困難であり、現実の生産方法とし
て採用するには適当でなかった。
これを加熱してＴｉＣ粒子を生成させた後に、Ａｌまた
はＡｌ合金溶湯中に溶解させる方法が、特開昭６３−８
３２３９号公報により知られていた。しかし、多孔質で
ある成形体と溶湯とは種々の要因で馴染みが悪いため、
実際には溶解させることが非常に困難であり、微細なＴ
ｉＣ粒子を均一に分散させた良好な組織のＡｌ基複合材
料を得ることは極めて困難であり、現実の生産方法とし
て採用するには適当でなかった。
【０００５】前記特開平６−１７１６５号公報に開示さ
れた技術は、上記と同様の圧粉成形体を作成し、これに
ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を含浸させてから、加熱してＴ
ｉＣ粒子を生成させ、その後、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯
に溶解させる。この方法によれば、含浸により圧粉成形
体の空隙がＡｌまたはＡｌ合金で充填されるため、最終
的に成形体を溶解するＡｌまたはＡｌ合金溶湯との馴染
みが非常に良くなり、溶解が極めて容易にできるように
なる。そのため、微細なＴｉＣ粒子が均一に分散した良
好な組織を持つＡｌ基複合材料を製造することができ
る。この技術の一つのポイントは、成形体を加熱する前
に含浸を行う点にあり、加熱によりＴｉＣとなる前のＴ
ｉが含浸工程においてゲッター作用を発現し、成形体の
空隙内の空気（酸素・窒素）を除去して真空状態を生起
し吸引作用を誘起するため、溶湯は加圧されなくとも空
隙内に容易に浸透し、十分良好な含浸が行われる。
れた技術は、上記と同様の圧粉成形体を作成し、これに
ＡｌまたはＡｌ合金溶湯を含浸させてから、加熱してＴ
ｉＣ粒子を生成させ、その後、ＡｌまたはＡｌ合金溶湯
に溶解させる。この方法によれば、含浸により圧粉成形
体の空隙がＡｌまたはＡｌ合金で充填されるため、最終
的に成形体を溶解するＡｌまたはＡｌ合金溶湯との馴染
みが非常に良くなり、溶解が極めて容易にできるように
なる。そのため、微細なＴｉＣ粒子が均一に分散した良
好な組織を持つＡｌ基複合材料を製造することができ
る。この技術の一つのポイントは、成形体を加熱する前
に含浸を行う点にあり、加熱によりＴｉＣとなる前のＴ
ｉが含浸工程においてゲッター作用を発現し、成形体の
空隙内の空気（酸素・窒素）を除去して真空状態を生起
し吸引作用を誘起するため、溶湯は加圧されなくとも空
隙内に容易に浸透し、十分良好な含浸が行われる。
【０００６】上記のように、特開平６−１７１６５号公
報の技術により良好な特性を持つＴｉＣ粒子分散強化Ａ
ｌ基複合材料が得られるが、やはり混合則から期待され
る推定強度に対してかなり低い強度しか実現できず、よ
り一層の強度向上が望まれていた。
報の技術により良好な特性を持つＴｉＣ粒子分散強化Ａ
ｌ基複合材料が得られるが、やはり混合則から期待され
る推定強度に対してかなり低い強度しか実現できず、よ
り一層の強度向上が望まれていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
ＴｉＣ粒子分散強化Ａｌ基複合材料よりも更に強度を向
上させた分散強化型Ａｌ基複合材料およびその製造方法
を提供することを目的とする。
ＴｉＣ粒子分散強化Ａｌ基複合材料よりも更に強度を向
上させた分散強化型Ａｌ基複合材料およびその製造方法
を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、ＡｌまたはＡｌ合金のマトリクス中にＴｉＣ粒
子およびＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子が強化材とし
て分散していることを特徴とするＡｌ基複合材料によっ
て達成される。上記本発明のＡｌ基複合材料を製造する
方法は、第１の観点によれば、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、お
よびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成りＴｉ粉末と黒鉛粉
末の重量比Ｔｉ／Ｃが４．５〜７．０である混合粉末の
圧粉成形体を作成する工程、該成形体にＳｉ含有Ａｌ合
金の溶湯を含浸させて一体の含浸体とする工程、および
該含浸体を加熱することによりＴｉＣ粒子およびＴｉ−
Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる工程を含むこと
を特徴とする。
よれば、ＡｌまたはＡｌ合金のマトリクス中にＴｉＣ粒
子およびＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子が強化材とし
て分散していることを特徴とするＡｌ基複合材料によっ
て達成される。上記本発明のＡｌ基複合材料を製造する
方法は、第１の観点によれば、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、お
よびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成りＴｉ粉末と黒鉛粉
末の重量比Ｔｉ／Ｃが４．５〜７．０である混合粉末の
圧粉成形体を作成する工程、該成形体にＳｉ含有Ａｌ合
金の溶湯を含浸させて一体の含浸体とする工程、および
該含浸体を加熱することによりＴｉＣ粒子およびＴｉ−
Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる工程を含むこと
を特徴とする。
【０００９】更に、第２の観点によれば、本発明のＡｌ
基複合材料を製造する方法は、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、お
よびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成りＴｉ粉末と黒鉛粉
末の重量比Ｔｉ／Ｃが４．５〜７．０である混合粉末の
圧粉成形体を作成する工程、該成形体にＡｌまたはＡｌ
合金の第１溶湯を含浸させて一体の含浸体とする工程、
該含浸体を加熱することにより、Ａｌ合金の第２溶湯を
形成しつつ該第２合金中にＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ
２元化合物粒子を生成させる工程、および該第２溶湯ま
たは該第２溶湯の凝固物に、Ｓｉ含有Ａｌ合金の第３溶
湯を注湯することにより、ＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ
−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる工程、を含むことを
特徴とする。
基複合材料を製造する方法は、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、お
よびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成りＴｉ粉末と黒鉛粉
末の重量比Ｔｉ／Ｃが４．５〜７．０である混合粉末の
圧粉成形体を作成する工程、該成形体にＡｌまたはＡｌ
合金の第１溶湯を含浸させて一体の含浸体とする工程、
該含浸体を加熱することにより、Ａｌ合金の第２溶湯を
形成しつつ該第２合金中にＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ
２元化合物粒子を生成させる工程、および該第２溶湯ま
たは該第２溶湯の凝固物に、Ｓｉ含有Ａｌ合金の第３溶
湯を注湯することにより、ＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ
−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる工程、を含むことを
特徴とする。
【００１０】本発明者は、Ａｌ基複合材料の強化材とし
て、従来からに用いられていたＴｉＣ粒子に加えてＴｉ
−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子が共存することにより、両
方の粒子の合計体積率に基づく混合則から見積もられる
よりも遙かに大きい強化作用が得られるという全く新し
い事実を見出し、この新規な知見に基づき本発明を完成
させたものである。
て、従来からに用いられていたＴｉＣ粒子に加えてＴｉ
−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子が共存することにより、両
方の粒子の合計体積率に基づく混合則から見積もられる
よりも遙かに大きい強化作用が得られるという全く新し
い事実を見出し、この新規な知見に基づき本発明を完成
させたものである。
【００１１】ＡｌまたはＡｌ合金マトリクス中に、強化
材としてＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子
とを共存させるには、上記第１観点および第２観点のい
ずれかの方法によればよい。すなわち、第１観点の方法
では、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、およびＡｌまたはＡｌ合金
粉末から成る圧粉成形体にＳｉ含有Ａｌ合金の溶湯を含
浸した後、加熱することによりＴｉＣ粒子およびＴｉ−
Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる。
材としてＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子
とを共存させるには、上記第１観点および第２観点のい
ずれかの方法によればよい。すなわち、第１観点の方法
では、Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、およびＡｌまたはＡｌ合金
粉末から成る圧粉成形体にＳｉ含有Ａｌ合金の溶湯を含
浸した後、加熱することによりＴｉＣ粒子およびＴｉ−
Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる。
【００１２】第１観点の方法により製造されるＡｌ基複
合材料は、強化材粒子を高濃度で含有しているので、主
たる用途としては、更に別のＡｌまたはＡｌ合金（Ｓｉ
を含有してもしなくてもよい）溶湯に溶解し強化材濃度
を希釈して別のＡｌ基複合材料を製造するための強化材
導入用を想定している。もちろん、用途によっては、そ
のままで構造部材等として用いることも制限はしない。
合材料は、強化材粒子を高濃度で含有しているので、主
たる用途としては、更に別のＡｌまたはＡｌ合金（Ｓｉ
を含有してもしなくてもよい）溶湯に溶解し強化材濃度
を希釈して別のＡｌ基複合材料を製造するための強化材
導入用を想定している。もちろん、用途によっては、そ
のままで構造部材等として用いることも制限はしない。
【００１３】また、第２観点の方法によれば、Ｔｉ粉
末、黒鉛粉末、およびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成る
圧粉成形体に、先ずＡｌまたはＡｌ合金の第１溶湯を含
浸させて一体の含浸体とし、この含浸体を加熱すること
によりＡｌ合金の第２溶湯を形成しつつ該第２溶湯中に
ＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ２元化合物粒子を生成さ
せ、次に該第２溶湯または該第２溶湯の凝固物に、Ｓｉ
含有Ａｌ合金の第３溶湯を注湯することによりＴｉＣ粒
子およびＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させ
る。
末、黒鉛粉末、およびＡｌまたはＡｌ合金粉末から成る
圧粉成形体に、先ずＡｌまたはＡｌ合金の第１溶湯を含
浸させて一体の含浸体とし、この含浸体を加熱すること
によりＡｌ合金の第２溶湯を形成しつつ該第２溶湯中に
ＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ２元化合物粒子を生成さ
せ、次に該第２溶湯または該第２溶湯の凝固物に、Ｓｉ
含有Ａｌ合金の第３溶湯を注湯することによりＴｉＣ粒
子およびＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させ
る。
【００１４】第２観点の方法により製造されるＡｌ基複
合材料は、第１観点の方法で製造されるＡｌ基複合材料
と比較すると、既に第３溶湯で希釈されており、用途と
しては、そのまま構造部材等として用いることが適当で
ある。更に別の溶湯中に溶解すると希釈され過ぎてしま
い、強化材濃度が低くなり強度向上効果は期待できな
い。
合材料は、第１観点の方法で製造されるＡｌ基複合材料
と比較すると、既に第３溶湯で希釈されており、用途と
しては、そのまま構造部材等として用いることが適当で
ある。更に別の溶湯中に溶解すると希釈され過ぎてしま
い、強化材濃度が低くなり強度向上効果は期待できな
い。
【００１５】いずれの方法も、前出の特開平６−１７１
６５号公報と同じく圧粉成形体中のＴｉのゲッター効果
を利用して成形体に溶湯を含浸させて含浸体の形にする
ので、溶湯との馴染みが良く、溶湯中への溶解が容易に
行える。第１および第２観点にいずれにおいても、圧粉
成形体の構成成分であるＴｉ粉末と黒鉛粉末との重量比
Ｔｉ／Ｃを４．５〜７．０の範囲とすることにより、Ｔ
ｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子との共存に
より、両方の粒子の合計体積率に基づく混合則よりも遙
かに大きい強度向上効果が得られる。重量比Ｔｉ／Ｃが
４．５より小さいと生成粒子の量が少なくなり、逆に
７．０より大きいと生成粒子のサイズが大きくなり、い
ずれの場合も強化作用が低下し、混合則を超える強度向
上効果は得られない。
６５号公報と同じく圧粉成形体中のＴｉのゲッター効果
を利用して成形体に溶湯を含浸させて含浸体の形にする
ので、溶湯との馴染みが良く、溶湯中への溶解が容易に
行える。第１および第２観点にいずれにおいても、圧粉
成形体の構成成分であるＴｉ粉末と黒鉛粉末との重量比
Ｔｉ／Ｃを４．５〜７．０の範囲とすることにより、Ｔ
ｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子との共存に
より、両方の粒子の合計体積率に基づく混合則よりも遙
かに大きい強度向上効果が得られる。重量比Ｔｉ／Ｃが
４．５より小さいと生成粒子の量が少なくなり、逆に
７．０より大きいと生成粒子のサイズが大きくなり、い
ずれの場合も強化作用が低下し、混合則を超える強度向
上効果は得られない。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明のＡｌ基複合材料の製造方
法に用いるＳｉ含有Ａｌ合金は、基本的にはＳｉを含有
するＡｌ基合金であれば本発明の効果が得られるが、Ｓ
ｉ含有量が０．３〜１８wt％であることが望ましく、
１．０〜１８wt％であることが更に望ましい。
法に用いるＳｉ含有Ａｌ合金は、基本的にはＳｉを含有
するＡｌ基合金であれば本発明の効果が得られるが、Ｓ
ｉ含有量が０．３〜１８wt％であることが望ましく、
１．０〜１８wt％であることが更に望ましい。
【００１７】Ｓｉが０．３wt％以上存在することによ
り、ＴｉＣ粒子に加えてＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒
子が共存する効果が明瞭になり、ＴｉＣ粒子のみを分散
させた場合に比べて、２種類の強化材粒子の合計体積率
に基づく混合則よりも大きい強度向上効果が得られる。
この効果はＳｉ含有量が１．０wt％以上になると更に顕
著になり、Ｓｉ含有量の増加に伴い効果も大きくなる。
ただし、Ｓｉが１８wt％を超えて存在すると、Ａｌ基複
合材料が脆化する傾向が顕著になり、生産性の観点から
実用的でない。
り、ＴｉＣ粒子に加えてＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒
子が共存する効果が明瞭になり、ＴｉＣ粒子のみを分散
させた場合に比べて、２種類の強化材粒子の合計体積率
に基づく混合則よりも大きい強度向上効果が得られる。
この効果はＳｉ含有量が１．０wt％以上になると更に顕
著になり、Ｓｉ含有量の増加に伴い効果も大きくなる。
ただし、Ｓｉが１８wt％を超えて存在すると、Ａｌ基複
合材料が脆化する傾向が顕著になり、生産性の観点から
実用的でない。
【００１８】
〔実施例１〕ＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物
粒子を強化材とする分散強化型Ａｌ基複合材料を以下の
手順で製造した。 [圧粉成形体の作成]０．９〜１．５ｇ（０．１ｇきざ
み、７水準）のＴｉ粉末（住友シチックス製、−３２５
メッシュ）、０．２ｇの黒鉛粉末（ＡＥＳＡＲ製、−３
２５メッシュ）、および０．５ｇの純Ａｌ粉末（東洋ア
ルミニウム製、−１００メッシュ）を秤量混合した。得
られた混合粉末を金型圧縮法にて面圧４トンでφ１１．
３ｍｍ×５ｍｍの円柱状に成形した。これにより、Ｔｉ
含有量が７水準に異なる７種類の圧粉成形体が得られ
た。
粒子を強化材とする分散強化型Ａｌ基複合材料を以下の
手順で製造した。 [圧粉成形体の作成]０．９〜１．５ｇ（０．１ｇきざ
み、７水準）のＴｉ粉末（住友シチックス製、−３２５
メッシュ）、０．２ｇの黒鉛粉末（ＡＥＳＡＲ製、−３
２５メッシュ）、および０．５ｇの純Ａｌ粉末（東洋ア
ルミニウム製、−１００メッシュ）を秤量混合した。得
られた混合粉末を金型圧縮法にて面圧４トンでφ１１．
３ｍｍ×５ｍｍの円柱状に成形した。これにより、Ｔｉ
含有量が７水準に異なる７種類の圧粉成形体が得られ
た。
【００１９】[圧粉成形体への溶湯含浸（含浸体の作
成)]これらの圧粉成形体を、純Ａｌ溶湯（温度：７８０
℃）中に３０秒間浸漬した後、取り出して赤熱しないよ
うに凝固させ、含浸体とした。 [含浸体の加熱（強化粒子の予備生成過程)]上記含浸体
をＡｒガス雰囲気中にて５℃／分の加熱速度で１２００
℃まで加熱した後、加熱を停止して同雰囲気中で室温ま
で自然冷却してペレットを得た。
成)]これらの圧粉成形体を、純Ａｌ溶湯（温度：７８０
℃）中に３０秒間浸漬した後、取り出して赤熱しないよ
うに凝固させ、含浸体とした。 [含浸体の加熱（強化粒子の予備生成過程)]上記含浸体
をＡｒガス雰囲気中にて５℃／分の加熱速度で１２００
℃まで加熱した後、加熱を停止して同雰囲気中で室温ま
で自然冷却してペレットを得た。
【００２０】冷却後、各ペレットの組織を観察したとこ
ろ、Ｔｉ含有量によらず全ての試料においてサブミクロ
ンサイズのＴｉＣ粒子とＴｉＡｌ3 粒子が微細に分散し
た組織を有するペレットが得られたことが確認された。 [Ｓｉ含有Ａｌ合金溶湯中への溶解（最終的な強化粒子
の生成)]最終的にＡｌ基複合材料中でのＴｉＣ粒子の体
積率が０．５ vol％となるように、上記７種類のペレッ
トを各々適量秤量し、ＪＩＳ−Ａ４０３２合金（Ａｌ−
１２wt％Ｓｉ−１wt％Ｃｕ−１wt％Ｍｇ−１wt％Ｎｉ）
の溶湯１００ｇ（温度：７５０℃）中に溶解した。凝固
後に組織を観察したところ、Ａｌ合金マトリクス中に微
細なＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子が均
一に分散しており、良好な組織を持つＡｌ基複合材料が
得られたことが確認された。
ろ、Ｔｉ含有量によらず全ての試料においてサブミクロ
ンサイズのＴｉＣ粒子とＴｉＡｌ3 粒子が微細に分散し
た組織を有するペレットが得られたことが確認された。 [Ｓｉ含有Ａｌ合金溶湯中への溶解（最終的な強化粒子
の生成)]最終的にＡｌ基複合材料中でのＴｉＣ粒子の体
積率が０．５ vol％となるように、上記７種類のペレッ
トを各々適量秤量し、ＪＩＳ−Ａ４０３２合金（Ａｌ−
１２wt％Ｓｉ−１wt％Ｃｕ−１wt％Ｍｇ−１wt％Ｎｉ）
の溶湯１００ｇ（温度：７５０℃）中に溶解した。凝固
後に組織を観察したところ、Ａｌ合金マトリクス中に微
細なＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子が均
一に分散しており、良好な組織を持つＡｌ基複合材料が
得られたことが確認された。
【００２１】上記７種類のＡｌ基複合材料にＴ６処理を
施した後、機械加工により試験片を作成し常温で引張試
験を行った。得られた結果を図１に示す。図１に示した
ように、圧粉成形体中のＴｉ粉末配合量が０．９〜１．
４ｇの場合に、マトリクス合金ＪＩＳ−Ａ４０３２の強
度に対して混合則による推定強度を大幅に上回る強度が
得られた。
施した後、機械加工により試験片を作成し常温で引張試
験を行った。得られた結果を図１に示す。図１に示した
ように、圧粉成形体中のＴｉ粉末配合量が０．９〜１．
４ｇの場合に、マトリクス合金ＪＩＳ−Ａ４０３２の強
度に対して混合則による推定強度を大幅に上回る強度が
得られた。
【００２２】すなわち、従来ＴｉＣ粒子が０．５ vol％
存在するだけではマトリクス強度に対して高々数％の強
度向上しか得られなかったのに対して、本発明によりＴ
ｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子とを共存さ
せることによって、マトリクス強度に対して２０％近い
強度向上が得られた。上記Ｔｉ粉末配合量０．９〜１．
４ｇの範囲は、成形体構成成分の比率に換算するとＴ
ｉ：Ａｌ：Ｃ＝９〜１４：５：２であるから、Ｔｉ粉末
と黒鉛粉末の配合比で表すと重量比Ｔｉ／Ｃ＝４．５〜
７となる。この範囲の重量比でＴｉ粉末と黒鉛粉末を配
合して圧粉成形体を作成することにより、最終的なＡｌ
基複合材料において混合則からの推定を大きく上回る強
度向上が得られる。
存在するだけではマトリクス強度に対して高々数％の強
度向上しか得られなかったのに対して、本発明によりＴ
ｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子とを共存さ
せることによって、マトリクス強度に対して２０％近い
強度向上が得られた。上記Ｔｉ粉末配合量０．９〜１．
４ｇの範囲は、成形体構成成分の比率に換算するとＴ
ｉ：Ａｌ：Ｃ＝９〜１４：５：２であるから、Ｔｉ粉末
と黒鉛粉末の配合比で表すと重量比Ｔｉ／Ｃ＝４．５〜
７となる。この範囲の重量比でＴｉ粉末と黒鉛粉末を配
合して圧粉成形体を作成することにより、最終的なＡｌ
基複合材料において混合則からの推定を大きく上回る強
度向上が得られる。
【００２３】〔実施例２〕含浸体の加熱を昇温速度３℃
／分に遅くして行った以外は実施例１と同じ手順と条件
で７種類のＴｉＣ粒子・Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒
子分散強化Ａｌ基複合材料を製造した。実施例１と同じ
Ｔ６処理を施した後、引張試験を行ったところ、Ｔｉ／
Ｃ＝４．５〜７の範囲で実施例１とほぼ同様の強度向上
効果が得られた。加熱時の昇温速度は生成する強化粒子
のサイズに影響するが、３℃／分と５℃／分の昇温速度
の差では強度特性が実質的な変動するような粒子サイズ
の差は生じないことがわかる。
／分に遅くして行った以外は実施例１と同じ手順と条件
で７種類のＴｉＣ粒子・Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒
子分散強化Ａｌ基複合材料を製造した。実施例１と同じ
Ｔ６処理を施した後、引張試験を行ったところ、Ｔｉ／
Ｃ＝４．５〜７の範囲で実施例１とほぼ同様の強度向上
効果が得られた。加熱時の昇温速度は生成する強化粒子
のサイズに影響するが、３℃／分と５℃／分の昇温速度
の差では強度特性が実質的な変動するような粒子サイズ
の差は生じないことがわかる。
【００２４】〔実施例３〕加熱処理後の含浸体を溶解す
るＳｉ含有Ａｌ合金の組成を、ＪＩＳ−Ａ４０３２（Ａ
ｌ−１２wt％Ｓｉ−１wt％Ｃｕ−１wt％Ｍｇ−１wt％Ｎ
ｉ）に代えてＡｌ−１２wt％Ｓｉ−４wt％Ｃｕとした以
外は、実施例１と同じ手順と条件で７種類のＴｉＣ粒子
・Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子分散強化Ａｌ基複合
材料を製造した。
るＳｉ含有Ａｌ合金の組成を、ＪＩＳ−Ａ４０３２（Ａ
ｌ−１２wt％Ｓｉ−１wt％Ｃｕ−１wt％Ｍｇ−１wt％Ｎ
ｉ）に代えてＡｌ−１２wt％Ｓｉ−４wt％Ｃｕとした以
外は、実施例１と同じ手順と条件で７種類のＴｉＣ粒子
・Ｔｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子分散強化Ａｌ基複合
材料を製造した。
【００２５】実施例１と同じＴ６処理を施した後、引張
試験を行ったところ、Ｔｉ／Ｃ＝４．５〜７の範囲で実
施例１とほぼ同様の強度向上効果が得られた。含浸体を
溶解する合金の組成を、実施例１と対比するとＭｇおよ
びＮｉが存在せずＣｕ量が多いがＳｉは１２wt％で同じ
であるため、同様な強度向上効果が得られたものと考え
られる。
試験を行ったところ、Ｔｉ／Ｃ＝４．５〜７の範囲で実
施例１とほぼ同様の強度向上効果が得られた。含浸体を
溶解する合金の組成を、実施例１と対比するとＭｇおよ
びＮｉが存在せずＣｕ量が多いがＳｉは１２wt％で同じ
であるため、同様な強度向上効果が得られたものと考え
られる。
【００２６】なお、上記実施例１〜３においては、第２
観点の製造方法により直接構造部材等として用いられる
Ａｌ基複合材料を製造する例を示したが、第１観点の製
造方法により強化材粒子を高濃度で含有するＡｌ基複合
材料を製造した場合にも、上記と同様に混合則を上回る
強度向上効果が得られた。
観点の製造方法により直接構造部材等として用いられる
Ａｌ基複合材料を製造する例を示したが、第１観点の製
造方法により強化材粒子を高濃度で含有するＡｌ基複合
材料を製造した場合にも、上記と同様に混合則を上回る
強度向上効果が得られた。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のＴｉＣ粒子分散強化Ａｌ基複合材料よりも更に強
度を向上させた、ＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化
合物粒子が共存する分散強化型Ａｌ基複合材料およびそ
の製造方法が提供される。
従来のＴｉＣ粒子分散強化Ａｌ基複合材料よりも更に強
度を向上させた、ＴｉＣ粒子とＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化
合物粒子が共存する分散強化型Ａｌ基複合材料およびそ
の製造方法が提供される。
【図１】図１は、圧粉成形体中のＴｉ粉末配合量とＡｌ
基複合材料の引張強さとの関係をＡｌ合金マトリクス強
度と対比して示すグラフである。
基複合材料の引張強さとの関係をＡｌ合金マトリクス強
度と対比して示すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐藤 和明
愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自
動車株式会社内
(72)発明者 出崎 亨
愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地 大豊
工業株式会社内
(72)発明者 神谷 荘司
愛知県豊田市緑ヶ丘３丁目65番地 大豊
工業株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−212320（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 1/10
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、およびＡｌまたは
Ａｌ合金粉末から成りＴｉ粉末と黒鉛粉末の重量比Ｔｉ
／Ｃが４．５〜７．０である混合粉末の圧粉成形体を作
成する工程、 該成形体にＳｉ含有Ａｌ合金の溶湯を含浸させて一体の
含浸体とする工程、および該含浸体を加熱することによ
りＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ−Ｓｉ３元化合物粒子を
生成させる工程を含むことを特徴とするＡｌ基複合材料
の製造方法。 - 【請求項２】 Ｔｉ粉末、黒鉛粉末、およびＡｌまたは
Ａｌ合金粉末から成りＴｉ粉末と黒鉛粉末の重量比Ｔｉ
／Ｃが４．５〜７．０である混合粉末の圧粉成形体を作
成する工程、 該成形体にＡｌまたはＡｌ合金の第１溶湯を含浸させて
一体の含浸体とする工程、 該含浸体を加熱することにより、Ａｌ合金の第２溶湯を
形成しつつ該第２溶湯中にＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ
２元化合物粒子を生成させる工程、および該第２溶湯ま
たは該第２溶湯の凝固物に、Ｓｉ含有Ａｌ合金の第３溶
湯を注湯することにより、ＴｉＣ粒子およびＴｉ−Ａｌ
−Ｓｉ３元化合物粒子を生成させる工程、 を含むことを特徴とするＡｌ基複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21058797A JP3457155B2 (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | Ａｌ基複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21058797A JP3457155B2 (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | Ａｌ基複合材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150179A JPH1150179A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3457155B2 true JP3457155B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=16591795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21058797A Expired - Fee Related JP3457155B2 (ja) | 1997-08-05 | 1997-08-05 | Ａｌ基複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3457155B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109182802B (zh) * | 2018-11-12 | 2021-11-05 | 华北电力大学（保定） | 一种碳材料增强铜/铝基复合材料的制备方法 |
-
1997
- 1997-08-05 JP JP21058797A patent/JP3457155B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1150179A (ja) | 1999-02-23 |
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