JP4420400B2 - アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法 - Google Patents

アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4420400B2
JP4420400B2 JP2005008367A JP2005008367A JP4420400B2 JP 4420400 B2 JP4420400 B2 JP 4420400B2 JP 2005008367 A JP2005008367 A JP 2005008367A JP 2005008367 A JP2005008367 A JP 2005008367A JP 4420400 B2 JP4420400 B2 JP 4420400B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
magnesium
composite material
reinforcing material
spinel layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005008367A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006193799A (ja
Inventor
拓樹 ▲高▼野
広人 庄子
隆 井手籠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2005008367A priority Critical patent/JP4420400B2/ja
Priority to CA002593615A priority patent/CA2593615A1/en
Priority to DE112005003373T priority patent/DE112005003373B4/de
Priority to PCT/JP2005/020059 priority patent/WO2006075431A1/ja
Priority to US11/795,126 priority patent/US20080008899A1/en
Priority to CNB2005800462917A priority patent/CN100535143C/zh
Publication of JP2006193799A publication Critical patent/JP2006193799A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4420400B2 publication Critical patent/JP4420400B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/04—Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • C22C47/10—Infiltration in the presence of a reactive atmosphere; Reactive infiltration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12486—Laterally noncoextensive components [e.g., embedded, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

本発明は、アルミニウム合金を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料を含ませたアルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法に関する。
金属材料の特性向上を図るために、母材となる金属材料に強化材料を含ませた複合材料が用いられている。この複合材料のなかには、母材をアルミニウム（Ａｌ）、強化材料をアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒体とするアルミニウム基複合材料がある。
アルミニウム基複合材料を製造する方法として、多孔質成形体にアルミニウム合金を浸透させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の製造方法によれば、先ず、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒体からなる多孔質成形体を、アルミニウム（Ａｌ）ブロックに載せるとともに、この近傍にマグネシウム（Ｍｇ）を配置し、９００℃まで加熱する。
この加熱で、アルミニウムブロックを溶融するとともに、マグネシウムを昇華する。
次に、窒素ガス（Ｎ２）雰囲気に保ち、窒素ガスとマグネシウムとを反応させて窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）を生成する。
生成したＭｇ３Ｎ２で、多孔質成形体表面のＡｌ２Ｏ３を還元して多孔質成形体表面にアルミニウムを露出する。
この多孔質成形体内の空間に、溶融したアルミニウムを浸透させてアルミニウム基複合材料を得る。
このアルミニウム基複合材料などの複合材は、金属材料に含まれた強化材料が、金属材料中の元素と化学反応をおこす虞がある。
強化材料が金属材料中の元素と化学反応すると、強化材料の形状が変化して、複合材料としての強さを維持することが難しい。
この対策として、強化材料の表面にスピネル層を備えた複合材料の製造方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２の製造方法によれば、強化材料としてホウ酸アルミニウムウィスカー（四国化成工業社製）を用い、先ず、強化材料の表面に、マグネシウム（Ｍｇ）を被覆する。
次に、真空状態において、５００〜１２００℃まで加熱し、この加熱を０．５〜３時間継続する。
強化材料とマグネシウムとに化学反応が生じ、強化材料の表面にスピネル層を形成した複合材料を得る。
強化材料の表面にスピネル層を形成することで、金属材料に含まれた強化材料が、金属材料中の元素と化学反応をおこすことを防止する。
これにより、化学反応で強化材料の形状が変化することを防ぎ、複合材料としての強さを維持することが可能になる。
特許第２９９８８２８号明細書 特開２００１−３１６７８５号公報
ところで、特許文献２の製造方法は、強化材料としてホウ酸アルミニウムウィスカー（四国化成工業社製）を用いる複合材料について示されている。
このホウ酸アルミニウムは、スピネルを形成しやすい材料として知られている。
このため、特許文献２の製造方法では、強化材料として、ホウ酸アルミニウムウィスカー（四国化成工業社製）以外のアルミナを用いた場合、強化材料の表面にスピネル層を形成することはできない。
したがって、アルミナを強化材料としてを用いた複合材料においては、強化材料が、金属材料中の元素と接触して化学反応をおこしてしまい、複合材料としての特性を維持することが難しいとされていた。
さらに、特許文献２の製造方法では、溶融したアルミニウム合金を強化材料間の隙間に進入（浸透）させる際に、アルミニウム合金とスピネル層との間に十分濡れ性を確保することができない虞がある。
したがって、アルミニウム基複合材料の内部に欠陥（すなわち、空隙）が発生し、アルミニウム基複合材料が部分的に脆くなる虞がある。
本発明は、アルミナを強化材料としてを用いた複合材料の特性を高めることができるアルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法を提供することを課題とする。
請求項１に係る発明は、アルミニウム合金を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料を含ませたアルミニウム基複合材料において、
前記強化材料の表面全域にスピネル層を形成し、このスピネル層の表面に窒化アルミニウム層を形成したことを特徴とする。
強化材料および窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）から形成されたスピネル層と、このスピネル層成形時に生じる窒素と、アルミニウム合金の溶湯とが反応して窒化アルミニウムが形成されるので、アルミニウム合金と強化材料との密着性が高くなる。
これにより、スピネル層の表面に窒化アルミニウム層を形成することで、強化材料の表面に母材、すなわちアルミニウム合金を極めて良好に密着させることができる。
ここで、アルミニウム合金に強化材料を含ませるために、強化材間の隙間に溶融させたアルミニウム合金（すなわち、アルミニウム合金の溶湯）を浸透させる方法が採用される。
この際に、アルミニウム合金が強化材料と接触して、アルミニウム合金の成分が強化材料と反応する虞がある。
そこで、強化材間の隙間にアルミニウム合金の溶湯を浸透させる前に、強化材料の表面全域にスピネル層を均一に形成することで、強化材料が、アルミニウム合金中の元素と反応することを防ぐようにした。
これにより、アルミナを強化材料としてを用いた複合材料の特性を維持することができる。
請求項２は、アルミニウム合金を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料を含ませたアルミニウム基複合材料において、前記強化材料とマグネシウムとを混合して混合粉体を形成する工程と、この混合粉体にアルミニウム合金のビレットを載せる工程と、このビレットと混合粉体とを、窒素雰囲気中において前記ビレットの融点より低い温度であるマグネシウムの昇華温度まで加熱し、この昇華温度に保つことにより前記混合粉体のマグネシウムを昇華する工程と、昇華したマグネシウムが、窒素と反応して窒化マグネシウムを生成し、この窒化マグネシウムが強化材料のアルミナと反応して強化材料の表面全域にスピネル層を形成するまで前記昇華温度に３時間保つ工程と、このスピネル層を形成した後、前記ビレットの融点まで加熱し、溶融したアルミニウム合金を前記混合粉体内に浸透させるとともに、スピネル層の表面に窒化アルミニウムを形成する工程と、からなることを特徴とする。
窒素雰囲気中において強化材料の表面にスピネル層を形成した。このように、窒素雰囲気を採用することで、強化材料としてアルミナを用いた場合にも、強化材料の表面全域にスピネル層を良好に形成することができる。
また、強化材料とマグネシウムを混合して混合粉体を形成したので、マグネシウムが昇華した際に、昇華したマグネシウムが強化材料の周囲に存在する。
このマグネシウムが窒素と反応して窒化マグネシウムを生成する。よって、強化材料の周囲に窒化マグネシウムが多量に生成する。
これにより、窒化マグネシウムが、強化材料のアルミナと良好に反応して、強化材料の表面全域にスピネル層を均一に形成する。
このように、混合粉末にアルミニウム合金の溶湯を浸透させる前に、強化材料の表面にスピネル層を均一に形成することで、強化材料が、アルミニウム合金中の元素と反応することを防ぐ。
したがって、強化材料としてアルミナを用いた複合材料の特性を維持することができる。
さらに、スピネル層の表面に窒化アルミニウム層を形成する。窒化アルミニウムは濡れ性に極めて優れている。
これにより、アルミニウム基複合材料の内部に欠陥（すなわち、空隙）が発生することを防いで、強化材料の表面にアルミニウム合金を極めて良好に密着させることができる。
加えて、スピネル層は、アルミニウム合金との密着性に優れているので、強化材料にアルミニウム合金をより一層良好に密着させることができる。
また、請求項２は、マグネシウムを昇華する工程において、マグネシウムの昇華温度まで加熱した後、この昇華温度に３時間保つようにした。
マグネシウムの昇華温度に保つことで、マグネシウムが徐々に昇華する。これにより、強化材料の表面に、マグネシウムを比較的長い時間留めておくことが可能になり、強化材の表面全域にスピネル層を均一に形成することができる。
請求項３は、前記混合粉体を形成する工程の前に、前記強化材料の表面に予備スピネル層を予め形成することを特徴とする。
強化材料の表面に予備スピネル層を予め形成することで、スピネル層の厚さを容易に増すことが可能になる。
これにより、強化材料の表面に母材としてのアルミニウム合金をより一層良好に密着させることができる。
加えて、混合粉末にアルミニウム合金の溶湯を浸透させる前に、強化材料の表面にスピネル層をより一層確実に形成することで、強化材料が、アルミニウム合金中の元素と反応することを一層確実に防ぐことができる。
これにより、アルミニウム基複合材料の特性をより一層好適に維持することができる。
さらに、予備スピネル層を予め形成することで、スピネル層の厚さをコントロールして、所望の材料特性に合わせた複合材料を容易に得ることができる。
請求項４は、前記マグネシウムは、粒径が５０〜５００μｍの粉末であることを特徴とする。
ここで、マグネシウムはバルク状で添加することや、アルミニウム合金中の成分元素して添加することが考えられる。しかし、マグネシウムをバルク状でした場合には、マグネシウムが昇華温度で昇華しきれず、残留してしまい、材料特性を悪化させる虞がある。
また、アルミニウム合金の成分として添加した場合には、アルミニウム合金中のマグネシウムと強化材料との間に量的関係や距離に差異が生じ、均一に分布させることは困難である。
そこで、請求項４において、マグネシウムとして粒径が５０〜５００μｍ程度の粉末を用いることにした。粒径が５０〜５００μｍ程度のマグネシウム粉末は、粒径が小さいことで、マグネシウムの溶融温度以下で昇華しやすくなり、例えば５５０℃であっても昇華する。すなわち、マグネシウムの昇華温度を５５０℃に抑えることが可能になる。
ところで、マグネシウムの粒径が５０μｍ未満であると、マグネシウム粉末の反応性が高すぎて、空気と触れるだけで酸化し、酸化マグネシウムを形成してしまい、本発明の反応に十分に寄与することが困難になる。
一方、マグネシウムの粒径が５００μｍを超えた場合は、バルク状と同様に、複合材料内に昇華しきれないマグネシウムが残留する虞がある。
そこで、粒径が５０〜５００μｍ程度のマグネシウム粉末を用いることにした。これにより、マグネシウム粉末を所望の昇華温度（５５０℃）で良好に昇華させることができる。
請求項５は、前記強化材料に対する前記予備スピネル層の体積割合を、５vol％以上、３０vol％以下としたことを特徴とする。
予備スピネル層の体積割合が、５vol％未満では、予備スピネル層を形成しても、その効果を十分に引き出すことが難しいからである。
一方、予備スピネル層の体積割合が、３０vol％を超えると、予備スピネル層の形成に時間がかかりすぎて、生産性を維持することが難しいからである。
請求項１に係る発明では、スピネル層の表面に窒化アルミニウム層を形成することで、強化材料の表面に母材、すなわちアルミニウム合金を極めて良好に密着させることができる。
さらに、強化材料の表面にスピネル層を設けることで、強化材料とアルミニウム中の元素との反応を防いで、アルミナを強化材料としてを用いた複合材料の特性を維持することができる。
このように、強化材料の表面にアルミニウム合金を極めて良好に密着させ、かつ強化材料とアルミニウム中の元素との反応を防ぐことで、複合材料の特性を高めることができるという利点がある。
請求項２に係る発明では、スピネル層を介して強化材料にアルミニウム合金を良好に密着させ、さらに、強化材料としてアルミナを用いた複合材料の特性を維持し、加えて、アルミニウム基複合材料の内部に欠陥（すなわち、空隙）が発生することを防ぐことで、アルミナを強化材料としてを用いた複合材料の特性を高めることができるという利点がある。
さらに、請求項２に係る発明では、強化材料の表面に、マグネシウムを比較的長い時間留めておくことで、強化材の表面にスピネル層を均一に形成し、アルミニウム基複合材料の強さをより一層確実に確保することができるという利点がある。
請求項３に係る発明では、強化材の表面に母材としてのアルミニウム合金をより一層良好に密着させ、さらに、アルミニウム基複合材料の特性をより一層好適に維持することで、アルミニウム基複合材料の強さをより一層確実に確保することができるという利点がある。
請求項４に係る発明では、粒径が５０〜５００μｍ程度のマグネシウム粉末を用いることで、マグネシウム粉末を所望の昇華温度（５５０℃）で良好に昇華させ、強化材料の表面にスピネル層を均一に形成することができるという利点がある。
請求項５に係る発明では、強化材料に対する予備スピネル層の体積割合を、５vol％以上、３０vol％以下とすることで、予備スピネル層の効果を十分に引き出し、かつ、生産性を維持することができる。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係るアルミニウム基複合材料の第１実施の形態を示す断面図である。
アルミニウム基複合材料１０は、アルミニウム合金１１を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料１２…（…は複数を示す）を含ませ、強化材料１２…の表面１２ａ…にスピネル層１３…を形成し、スピネル層１３…の表面１３ａ…に窒化アルミニウム層１４…を形成したものである。
強化材料１２は、一例として、球状体のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒体を示すが、強化材料１２の形状は球状体に限らないで任意に決めることができる。
例えば、アルミナ粒体に代えて、アルミナ繊維を採用しても同様の効果が得られる。
スピネル層１３は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）との反応で生成した酸化物（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の層である。
このスピネル層１３は、強化材料１２の表面１２ａ全域に、均一の厚さｔ１で形成することが好ましい。
窒化アルミニウム層１４は、アルミニウム合金１１を溶融させて、強化材料１２…間の空間に浸透させる際に、アルミニウム合金１１のアルミニウム（Ａｌ）成分と、窒素（Ｎ２）が反応して生成された層である。
窒化アルミニウムは濡れ性に極めて優れている。
次に、第１実施の形態のアルミニウム基複合材料１０の製造方法を図２〜図６に基づいて説明する。
図２は第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法を示すフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ１０；強化材料と、マグネシウムとしてのマグネシウム（Ｍｇ）粉末とを混合して多孔質成形体（混合粉体）を形成する。
ＳＴ１１；この多孔質成形体の上方にアルミニウム合金のビレットを載せる。
ＳＴ１２；このビレットと多孔質成形体とを、窒素雰囲気中においてマグネシウム粉末の昇華温度まで加熱し、多孔質成形体のマグネシウム粉末を昇華する。
ＳＴ１３；昇華したマグネシウム粉末が、窒素（Ｎ２）と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）を生成する。この窒化マグネシウムが強化材料のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と反応して強化材料の表面にスピネル層を形成する。
ＳＴ１４；スピネル層を形成した後、ビレットの融点まで加熱し、溶融したアルミニウム合金（すなわち、アルミニウム合金の溶湯）を多孔質成形体内に浸透させるとともに、スピネル層の表面に窒化アルミニウムを形成する。
これにより、アルミニウム基複合材料１０（図１参照）を得る。
以下、ＳＴ１０〜ＳＴ１４の内容を図３〜図６に基づいて詳しく説明する。
図３（ａ），（ｂ）は第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料とマグネシウム粉末を混合する例を説明する図であり、ＳＴ１０を説明する。
（ａ）において、混合容器２０の蓋体２１を外して混合容器２０の開口部（図示せず）を開ける。この開口部から混合容器２０内に、強化材料（アルミナ粒体）１２…、およびマグネシウムとしてのマグネシウム（Ｍｇ）粉末１５…を収納する。
マグネシウム粉末１５は、粒径が５０〜５００μｍの粉末である。
混合容器２０の開口部を蓋体２１で閉じ、混合容器２０を攪拌装置２２に取り付ける。攪拌装置２２を矢印Ａの如く回転することにより、強化材料１２…およびマグネシウム粉末１５…を混合する。
混合した後、混合容器２０内から強化材料１２…およびマグネシウム粉末１５…を取り出す。
（ｂ）において、取り出した強化材料１２…およびマグネシウム粉末１５…を、粉体状に形成して多孔質成形体（混合粉体）１６を得る。
多孔質成形体１６は、強化材料１２…の表面１２ａ…に、マグネシウム粉末１５…が略均一に配置されている。
図４（ａ）〜（ｃ）は第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料の表面にスピネル層を形成する例を説明する図であり、（ａ）においてＳＴ１１〜ＳＴ１２を説明し、（ｂ）、（ｃ）においてＳＴ１３の前半を説明する。
（ａ）において、アルミニウム基複合材料の製造装置２５を構成する雰囲気炉２６内の坩堝（るつぼ）２７の底面２７ａに、多孔質成形体１６を配置し、多孔質成形体１６の頂部にアルミニウム合金のビレット（以下、「アルミニウム合金ビレット」と称す）１７を載せる。
アルミニウム合金のビレット１７とは、アルミニウム合金の塊をいう。
雰囲気炉２６内の空気を除去するために、真空ポンプ２９で真空引きして一定の真空度に達したとき真空ポンプ２９を止める。次に、アルゴンガス（Ａｒ）を雰囲気炉２６内に供給する。
雰囲気炉２６内がアルゴンガスの雰囲気になり、アルミニウム合金ビレット１７およびマグネシウム粉末１５…の酸化を防ぐ。
次に、窒素ガス（Ｎ２：「黒丸」で示す）３２を雰囲気炉２６に矢印Ｂの如く供給する。同時に、雰囲気炉２６の内部を加圧（例えば、大気圧＋約０．５kg/cm２）して、雰囲気炉２６内の雰囲気を窒素ガス３２に置換する。
次いで、加熱コイル３４で雰囲気炉２６を加熱することで、多孔質成形体１６およびアルミニウム合金ビレット１７をマグネシウム粉末１５の昇華温度（例えば、約５５０℃）まで加熱する。
ここで、５５０℃は、マグネシウム粉末１５が昇華を開始する温度である。
この際、雰囲気炉２６内の温度を温度センサ３５で検知し、温度センサ３５からの検知信号に基づいて制御部３６で雰囲気炉２６内の温度を昇華温度（例えば、約５５０℃）に保つ。
なお、マグネシウム粉末１５の昇華時間は、約３時間である。
（ｂ）において、昇華したマグネシウム３８が、窒素ガス３２と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）４１を生成する。
生成した窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）４１が、多孔質成形体１６を構成する強化材料１２…のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と次のように反応する。
３Ａｌ２Ｏ３＋Ｍｇ３Ｎ２＋３［Ｏ］→３ＭｇＡｌ２Ｏ４＋Ｎ２
（ｃ）において、窒化マグネシウム４１が強化材料１２…のアルミナと反応することで、強化材料１２…の表面１２ａ…全域にスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）層１３が形成される。
上述したように、マグネシウム粉末１５の昇華温度（例えば、約５５０℃）に保つことで、マグネシウム粉末１５…が徐々に昇華する。
これにより、強化材料１２…の表面１２ａ…に、マグネシウム粉末１５…を比較的長い時間留めておくことが可能になり、強化材１２…の表面１２ａ…全域にスピネル層１３…を均一に形成することができる。
ここで、強化材料１２…の表面１２ａ…にスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）層１３…が形成される理由について説明する。
すなわち、図３（ｂ）示すように、強化材料１２…とマグネシウム粉末１５…を混合して多孔質成形体１６を形成した。
よって、マグネシウム粉末１５…が昇華した際に、昇華したマグネシウム３８は、図４（ｂ）に示すように、強化材料１２…の周囲に存在する。このマグネシウム３８が窒素３２と反応して窒化マグネシウムを生成する。
よって、図４（ｂ）に示すように、強化材料１２…の周囲に窒化マグネシウム４１が多量に生成する。
これにより、窒化マグネシウム４１が、強化材料１２…のアルミナと良好に反応して、強化材料１２…の表面１２ａ…全域にスピネル層１３…を好適に形成する。
図５（ａ），（ｂ）は第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてアルミニウム合金ビレットの融点まで加熱する例を説明する図であり、（ａ）においてＳＴ１３の後半を説明し、（ｂ）においてＳＴ１４の前半を説明する。
（ａ）において、多孔質成形体１６は、強化材料１２…の表面１２ａ…にマグネシウム粉末１５…が略均一に配置されている（図３（ｂ）参照）。
よって、強化材料１２…の表面１２ａ…全域に、スピネル層１３…を均一に形成する。
（ｂ）において、強化材料１２…の表面１２ａ…に、スピネル層１３…を均一に形成した後、アルミニウム合金ビレット１７の融点（８５０℃）まで加熱する。
アルミニウム合金ビレット１７が溶融し、溶融したアルミニウム合金１１（図１参照）が、多孔質成形体１６内に矢印Ｃの如く浸透する。
ここで、強化材料１２…の表面１２ａ…に、スピネル層１３…を均一に形成した後、多孔質成形体１６内に矢印Ｃの如く浸透させるので、強化材料１２…が、アルミニウム合金１１中の元素と反応することを防ぐ。
図６は第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてアルミニウム合金ビレットが多孔質成形体内の空間に浸透する例を説明する図であり、ＳＴ１４の後半を説明する。
溶融したアルミニウム合金１１（図１参照）が、多孔質成形体１６内の空間１６ａ…に矢印Ｄの如く浸透する。
溶融したアルミニウム合金１１のアルミニウム（Ａｌ）成分が、窒素（Ｎ２）と反応する。この反応で、スピネル層１３…の表面１３ａ…に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層１４が形成される。
窒化アルミニウムは濡れ性に極めて優れている。よって、溶融したアルミニウム合金１１を多孔質成形体１６内の空間１６ａ…に良好に充填させる。
これにより、図１に示すアルミニウム基複合材料１０を得る。
図１に戻って、アルミニウム基複合材料１０は、強化材料１２…および窒化マグネシウム４１（図４（ｂ）参照）から形成されたスピネル層１３…と、このスピネル層１３…の成形時に生じる窒素と、アルミニウム合金１１の溶湯とが反応して窒化アルミニウム層１４が形成されている。
よって、アルミニウム合金１１と強化材料１２…との密着性が高くなる。
これにより、アルミニウム基複合材料１０は、強化材料１３…の表面１３ａ…に母材、すなわちアルミニウム合金１１を極めて良好に密着させることができる。
加えて、多孔質成形体１６内の空間１６ａ…（図６参照）にアルミニウム合金１１の溶湯を浸透させる前に、強化材料１２…の表面１２ａ…にスピネル層１３…を均一に形成することで、強化材料１２…が、アルミニウム合金１１中の元素と反応することを防ぐ。
したがって、第１実施の形態のアルミニウム基複合材料１０によれば、強化材料１２…としてアルミナを用いたアルミニウム基複合材料１０の特性を維持することができる。
さらに、スピネル層１３の表面１３ａに窒化アルミニウム層１４を形成する。窒化アルミニウムは濡れ性に極めて優れている。
よって、溶融したアルミニウム合金１１を強化材料１２…間の隙間に進入（浸透）させる際に、アルミニウム合金１１と窒化アルミニウム層１４との間に十分濡れ性を確保することができる。
これにより、アルミニウム基複合材料１０の内部に欠陥（すなわち、空隙）が発生することを防いで、強化材料１２…にアルミニウム合金１１を極めて良好に密着させ、アルミニウム基複合材料１０の特性を高めることができる。
次に、第２実施の形態のアルミニウム基複合材料について説明する。なお、第２実施の形態のアルミニウム基複合材料において、第１実施の形態のアルミニウム基複合材料１０と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。
第２実施の形態
図７は本発明に係るアルミニウム基複合材料の第２実施の形態を示す断面図、図８は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料を示す要部拡大図である。
アルミニウム基複合材料５０は、アルミニウム合金１１を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料１２…を含ませ、強化材料１２…の表面１２ａ…に予備スピネル層５１…をそれぞれ形成し、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…にスピネル層１３…を形成し、スピネル層１３…の表面１３ａ…に窒化アルミニウム層１４…を形成したものである。
予備スピネル層５１は、スピネル層１３と同様に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）との反応で生成した酸化物（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の層である。
この予備スピネル層５１は、強化材料１２の表面１２ａ全域に、均一の厚さｔ２で形成することが好ましい。
次に、第２実施の形態のアルミニウム基複合材料５０の製造方法を図９〜図１４に基づいて説明する。
図９は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法を示すフローチャートである。
ＳＴ２０；強化材料の表面に予備スピネル層を予め形成する。
ＳＴ２１；予備スピネル層を予め形成した強化材料と、マグネシウムとしてのマグネシウム（Ｍｇ）粉末とを混合して多孔質成形体（混合粉体）を形成する。
ＳＴ２２；この多孔質成形体の上方にアルミニウム合金のビレットを載せる。
ＳＴ２３；このビレットと多孔質成形体とを、窒素雰囲気中においてマグネシウム粉末の昇華温度まで加熱し、多孔質成形体のマグネシウム粉末を昇華する。
ＳＴ２４；昇華したマグネシウム粉末が、窒素（Ｎ２）と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）を生成する。この窒化マグネシウムが強化材料のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と反応して強化材料の表面にスピネル層を形成する。
ＳＴ２５；スピネル層を形成した後、ビレットの融点まで加熱し、溶融したアルミニウム合金を多孔質成形体内に浸透させるとともに、スピネル層の表面に窒化アルミニウムを形成する。
これにより、アルミニウム基複合材料５０（図７参照）を得る。
以下、ＳＴ２０〜ＳＴ２４の内容を図１０〜図１４に基づいて詳しく説明する。
図１０（ａ），（ｂ）は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料の表面に予備スピネル層を予め形成する例を説明する図であり、ＳＴ２０の前半を説明する。
（ａ）において、強化材料１２…および水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）５２…を混合する。
これにより、強化材料１２…の表面１２ａ…に、水酸化マグネシウム５２…が略均一に配置される。
（ｂ）において、大気雰囲気、不活性雰囲気、あるいは真空中において、スピネル層反応温度（１０００〜１５００℃）で５時間加熱する。
水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）５２…が、強化材料１２…のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と反応する。この反応で、強化材料１２…の表面１２ａ…全域に予備スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）層５１を、均一の厚さｔ２で予め形成する。
図１１（ａ），（ｂ）は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料とマグネシウム粉末を混合する例を説明する図であり、（ａ）はＳＴ２０の後半を説明し、（ｂ）はＳＴ２２の前半を説明する。
（ａ）において、強化材料１２…の表面１２ａ…に水酸化マグネシウム５２…が略均一に配置されている。
よって、強化材料１２…の表面１２ａ…全域に、予備スピネル層５１…を均一に形成する。
（ｂ）において、混合容器２０の蓋体２１を外して混合容器２０の開口部（図示せず）を開ける。この開口部から混合容器２０内に、予備スピネル層５１が形成された強化材料（アルミナ粒体）１２…と、マグネシウムとしてのマグネシウム（Ｍｇ）粉末１５…とを収納する。
混合容器２０の開口部を蓋体２１で閉じ、混合容器２０を攪拌装置２２に取り付ける。攪拌装置２２を矢印Ｅの如く回転することにより、予備スピネル層５１が形成された強化材料（アルミナ粒体）１２…と、マグネシウム（Ｍｇ）粉末１５…とを混合する。
混合容器２０内から、予備スピネル層５１が形成された強化材料１２…と、マグネシウム粉末１５…とを取り出す。
図１２（ａ），（ｂ）は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてマグネシウム粉末を昇華する例を説明する図であり、（ａ）はＳＴ２１の後半を説明し、（ｂ）はＳＴ２２，２３を説明する。
（ａ）において、取り出した強化材料１２…およびマグネシウム粉末１５…を、粉体状に形成して多孔質成形体（混合粉体）５４を得る。
多孔質成形体５４は、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…に、マグネシウム粉末１５…が略均一に配置されている。
（ｂ）において、アルミニウム基複合材料の製造装置２５を構成する雰囲気炉２６内の坩堝２７の底面２７ａに、多孔質成形体５４を配置し、多孔質成形体５４の頂部にアルミニウム合金ビレット１７を載せる。
雰囲気炉２６内の空気を除去するために、真空ポンプ２９で真空引きして一定の真空度に達したとき真空ポンプ２９を止める。次に、アルゴンガス（Ａｒ）を雰囲気炉２６内に供給する。
雰囲気炉２６がアルゴンガスの雰囲気になり、アルミニウム合金ビレット１７およびマグネシウム粉末１５…の酸化を防ぐ。
次に、窒素ガス（Ｎ２：「黒丸」で示す）３２を雰囲気炉２６に矢印Ｆの如く供給する。同時に、雰囲気炉２６の内部を加圧（例えば、大気圧＋約０．５kg/cm２）して、雰囲気炉２６内の雰囲気を窒素ガス３２に置換する。
次いで、加熱コイル３４で雰囲気炉２６を加熱することで、多孔質成形体５４およびアルミニウム合金ビレット１７をマグネシウム粉末１５の昇華温度（例えば、約５５０℃）まで加熱する。
ここで、５５０℃は、マグネシウム粉末１５が昇華を開始する温度である。
この際、雰囲気炉２６内の温度を温度センサ３５で検知し、温度センサ３５からの検知信号に基づいて制御部３６で雰囲気炉２６内の温度を昇華温度（例えば、約５５０℃）に保つ。
図１３（ａ）〜（ｃ）は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において予備スピネル層の表面にスピネル層を形成する例を説明する図であり、ＳＴ２４を説明する。
（ａ）において、昇華したマグネシウム３８が、窒素ガス３２と反応して窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）４１を生成する。
生成した窒化マグネシウム（Ｍｇ３Ｎ２）４１が、予備スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）層５１…のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）成分と次のように反応する。
３Ａｌ２Ｏ３＋Ｍｇ３Ｎ２＋３［Ｏ］→３ＭｇＡｌ２Ｏ４＋Ｎ２
（ｂ）において、窒化マグネシウム４１が、予備スピネル層５１…のアルミナ成分と反応することで、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…全域にスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）層が形成される。
上述したように、マグネシウム粉末１５の昇華温度（例えば、約５５０℃）に保つことで、マグネシウム粉末１５…が徐々に昇華する。
これにより、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…に、マグネシウム粉末１５…を比較的長い時間留めておくことが可能になり、表面５１ａ…全域にスピネル層１３…を均一に形成することができる。
ここで、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…にスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）層が形成される理由について説明する。
すなわち、図１２（ａ）示すように、予備スピネル層５１…が形成された強化材料１２…と、マグネシウム粉末１５…とを混合して多孔質成形体５４を形成した。
よって、マグネシウム粉末１５…が昇華した際に、昇華したマグネシウム３８は、図１３（ａ）に示すように、予備スピネル層５１…の周囲に存在する。このマグネシウム３８が窒素３２と反応して窒化マグネシウムを生成する。
よって、図１３（ａ）に示すように、予備スピネル層５１…の周囲に窒化マグネシウム４１が多量に生成する。
これにより、窒化マグネシウム４１が、予備スピネル層５１…のアルミナ成分と良好に反応して、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…全域にスピネル層１３…を好適に形成する。
（ｃ）において、多孔質成形体５４は、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…にマグネシウム粉末１５…が略均一に配置されている（図１２（ａ）参照）。
よって、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…全域に、スピネル層１３…を均一に形成することができる。
図１４（ａ），（ｂ）は第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてアルミニウム合金ビレットが多孔質成形体内の空間に浸透する例を説明する図であり、ＳＴ２５を説明する。
（ａ）において、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…に、スピネル層１３…を均一に形成した後、アルミニウム合金ビレット１７の融点（８５０℃）まで加熱する。
アルミニウム合金ビレット１７が溶融し、溶融したアルミニウム合金１１（図７参照）が、多孔質成形体５４内に矢印Ｇの如く浸透する。
ここで、強化材料１２…の表面１２ａ…を予備スピネル層５１…およびスピネル層１３…で覆った後、多孔質成形体１６内に矢印Ｃの如く浸透させるので、強化材料１２…が、アルミニウム合金１１中の元素と反応することを防ぐ。
（ｂ）において、溶融したアルミニウム合金１１（図７参照）が、多孔質成形体５４内の空間５４ａ…に矢印Ｈの如く浸透する。
溶融したアルミニウム合金１１のアルミニウム（Ａｌ）成分が、窒素（Ｎ２）と反応する。この反応で、スピネル層１３…の表面１３ａ…に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層１４が形成される。
窒化アルミニウムは濡れ性に極めて優れている。よって、溶融したアルミニウム合金１１を多孔質成形体５４内の空間５４ａ…に良好に充填させる。
これにより、図７に示すアルミニウム基複合材料５０を得る。
図７および図８に戻って、アルミニウム基複合材料５０は、窒化マグネシウム４１（図１３（ａ）参照）が、予備スピネル層５１…のアルミナ成分と反応して、予備スピネル層５１…の表面５１ａ…にスピネル層１３…を好適に形成する。
よって、強化材料１２…の表面１２ａ…に、予備スピネル層５１…およびスピネル層１３…を形成し、スピネル層５１，１３の厚さを（ｔ２＋ｔ１）と厚くすることができる。
これにより、強化部材１２…の表面１２ａ…に、母材としてのアルミニウム合金１１をより一層良好に密着させることができる。
加えて、多孔質成形体５４内の空間５４ａ…に溶融したアルミニウム合金１１を浸透する前に、スピネル層５１，１３の厚さ（ｔ２＋ｔ１）をより一層厚く形成することで、強化材料１２…が、アルミニウム合金１１中の元素と反応することをより一層良好に確実に防ぐことができる。
したがって、第２実施の形態のアルミニウム基複合材料５０によれば、アルミニウム基複合材料５０の特性をより一層好適に維持することができる。
さらに、予備スピネル層５１…を予め形成することで、スピネル層５１，１３の厚さをコントロールして、所望の材料特性に合わせた複合材料を容易に得ることができる。
また、図１に示すアルミニウム基複合材料１０と同様に、スピネル層１３の表面１３ａに窒化アルミニウム層１４を形成することで、アルミニウム基複合材料５０の内部に欠陥（すなわち、空隙）が発生することを防ぐことができる。
これにより、強化材料１２…にアルミニウム合金１１を極めて良好に密着させ、アルミニウム基複合材料５０の特性を高めることができる。
加えて、第２実施の形態のアルミニウム基複合材料５０によれば、第１実施の形態のアルミニウム基複合材料１０と同様の効果を得ることができる。
次に、第１、第２実施の形態のアルミニウム基複合材料１０，５０の特性（特に、曲げ強さ）を図１５〜図１６に基づいて説明する。
図１５は本発明に係るアルミニウム基複合材料の試験片を説明する図であり、（ａ）は比較例、（ｂ）〜（ｅ）は実施例１〜４を示す。
（ａ）の比較例は、アルミナ粒体の強化材料１２…にスピネル層を形成しない状態で、アルミニウム合金１１に含ませたアルミニウム基複合材料である。あるいは、アルミニウム合金１１中の元素成分としてマグネシウムが含ませているものをアルミナ粒体の強化材料１２…間の隙間に浸透させたもので、アルミナ粒体の強化材料１２…にスピネル層が均一に形成されない状態で、アルミニウム合金１１に含ませたアルミニウム基複合材料である。
すなわち、比較例は、スピネル層が形成されていないもの、あるいは、スピネル層が均一に形成されていないものである。
ここで、スピネル層が均一に形成されていないものは、スピネル層に不十分な厚さの部位が生じる。
強化材料１２の半径Ｒは３μｍである。
（ｂ）の実施例１は、アルミナ粒体の強化材料１２…にスピネル層１３を均一に形成し、スピネル層１３…に窒化アルミニウム層１４…を形成し、このアルミナ粒体の強化材料１２…をアルミニウム合金１１に含ませたアルミニウム基複合材料である。
（ｃ）の実施例２は、アルミナ粒体の強化材料１２…に予備スピネル層５１およびスピネル層１３を均一に形成し、スピネル層１３…に窒化アルミニウム層１４…を形成し、このアルミナ粒体の強化材料１２…をアルミニウム合金１１に含ませたアルミニウム基複合材料である。
強化材料１２の半径Ｒは３μｍ、予備スピネル層５１の厚さｔ２は２５ｎｍである。
半径Ｒ（３μｍ）の強化材料１２に対する予備スピネル層５１の体積割合は、５vol％（体積％）である。
（ｄ）の実施例３は、アルミナ粒体の強化材料１２…に予備スピネル層５１およびスピネル層１３を均一に形成し、スピネル層１３…に窒化アルミニウム層１４…を形成し、このアルミナ粒体の強化材料１２…をアルミニウム合金１１に含ませたアルミニウム基複合材料である。
強化材料１２の半径Ｒは３μｍ、予備スピネル層５１の厚さｔ２は５２ｎｍである。
半径Ｒ（３μｍ）の強化材料１２に対する予備スピネル層５１の体積割合は、１０vol％である。
（ｅ）の実施例４は、アルミナ粒体の強化材料１２…に予備スピネル層５１およびスピネル層１３を均一に形成し、スピネル層１３…に窒化アルミニウム層１４…を形成し、このアルミナ粒体の強化材料１２…をアルミニウム合金１１に含ませたアルミニウム基複合材料である。
強化材料１２の半径Ｒは３μｍ、予備スピネル層５１の厚さｔ２は１６８ｎｍである。
半径Ｒ（３μｍ）の強化材料１２に対する予備スピネル層５１の体積割合は、３０vol％である。
比較例および実施例１〜４の各試験片を、曲げ試験で曲げることで荷重とたわみを測定し、曲げ強さσを求める。
曲げ強さσは、次の計算式から求める。
σ＝Ｍ／Ｚ
但し、
Ｍ：曲げモーメント
Ｚ：断面係数
加えて、比較例および実施例１〜４の各試験片のヤング係数Ｅを求めた。
ヤング係数Ｅは、次の計算式から求める。
Ｅ＝（Ｐ×Ｌ）／（λ×Ａ）
但し、
Ｐ：試験片に加わる軸荷重
Ｌ：試験片の原長
λ：試験片の伸びまたは縮み
Ａ：試験片の横断面積
求めた結果を、図１６のグラフに示す。
図１６は本発明に係るアルミニウム基複合材料の曲げ強さを説明するグラフであり、縦軸は曲げ強さσ（ＭＰａ）を示し、横軸はヤング係数Ｅ（ＧＰａ）を示す。
図１６のグラフにおいて、比較例を×、実施例１を○、実施例２を◇、実施例３を●、実施例４を□で示す。
比較例は、曲げ強さσが平均で２２０（ＭＰａ）、ヤング係数Ｅが平均で９２（ＧＰａ）であった。
実施例１は、曲げ強さσが平均で３３０（ＭＰａ）、ヤング係数Ｅが平均で９８（ＧＰａ）であった。
実施例２は、曲げ強さσが平均で３５０（ＭＰａ）、ヤング係数Ｅが平均で１１８（ＧＰａ）であった。
実施例３は、曲げ強さσが平均で３７０（ＭＰａ）、ヤング係数Ｅが平均で１１４（ＧＰａ）であった。
実施例４は、曲げ強さσが平均で４００（ＭＰａ）、ヤング係数Ｅが平均で１１２（ＧＰａ）であった。
比較例は、曲げ強さσが平均で２２０（ＭＰａ）、ヤング係数Ｅが平均で９２（ＧＰａ）であったが、実施例１〜実施例４は、曲げ強さσが２２０（ＭＰａ）以上で、かつヤング係数Ｅが９２（ＧＰａ）以上であった。
これにより、強化材料１２の表面１２ａにスピネル層１３，５１、窒化アルミニウム層１４を形成することで、アルミニウム基複合材料の特性を高めることができることが分かる。
なお、比較例は、グラフに示すように曲げ強さσおよびヤング係数Ｅにバラつきが生じたが、その理由は次の通りである。
すなわち、比較例は、アルミナ粒体の強化材料１２…にスピネル層を形成しないもの、あるいは、スピネル層に不十分な厚さの部位が生じたものである。
スピネル層を形成しないものは破断がし易くなる可能性があり、スピネル層の厚さが不十分なものは、不十分な厚さの部位が破断の基点となりやすい。
このため、複合材料の強度がバラつくものと思われる。
また、実施例１と比較すると、実施例２〜実施例４は曲げ強さσやヤング係数Ｅが大きい。強化材料１２に予備スピネル層５１を備えることで、スピネル層全体の厚さを（ｔ１＋ｔ２）と厚くすることで、アルミニウム基複合材料の特性を高めることができることが分かる。
さらに、実施例２〜実施例４から、予備スピネル層５１の厚さｔ２を厚くして、スピネル層全体の厚さ（ｔ１＋ｔ２）を厚くすることで、アルミニウム基複合材料の特性を高めることができることが分かる。
ここで、強化材料１２に対する予備スピネル層５１の体積割合は、５vol％以上、３０vol％以下とすることが好ましい。
予備スピネル層５１の体積割合が、５vol％未満では、予備スピネル層５１を形成しても、その効果を十分に引き出すことが難しいからである。
一方、予備スピネル層５１の体積割合が、３０vol％を超えると、予備スピネル層５１の形成に時間がかかりすぎて、生産性を維持することが難しいからである。
なお、前記実施の形態では、混合粉体として多孔質成形体１６，５４を用いた例について説明したが、これに限らないで、強化材料１２…とマグネシウム粉体１５…とを混合させた粉体をそのままの状態で坩堝２７内に敷き詰めるだけでも同様の効果を得ることができる。
また、前記第２実施の形態では、強化材料１２に予備スピネル層５１を予め形成するために、強化材料１２に水酸化マグネシウム５２を配置し、スピネル層反応温度（１０００〜１５００℃）で５時間熱処理するという方法を採用したが、これに限らないで、例えば第１実施の形態のように、水酸化マグネシウム５２に代えてマグネシウムを用いることも可能である。
さらに、前記第２実施の形態では、強化材料１２に予備スピネル層５１とスピネル層１３とを２層に分けて形成することで、スピネル層を厚くした例について説明したが、これに限らないで、第１実施の形態のＳＴ１３の工程時間を長く確保することや、マグネシウム粉末１５の添加量を増すことでスピネル層を厚くすることも可能である。
この場合でも、第２実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本発明は、アルミニウム合金を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料を含ませたアルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法に好適である。
本発明に係るアルミニウム基複合材料の第１実施の形態を示す断面図である。 第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法を示すフローチャートである。 第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料とマグネシウム粉末を混合する例を説明する図である。 第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料の表面にスピネル層を形成する例を説明する図である。 第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてアルミニウム合金ビレットの融点まで加熱する例を説明する図である。 第１実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてアルミニウム合金ビレットが多孔質成形体内の空間に浸透する例を説明する図である。 本発明に係るアルミニウム基複合材料の第２実施の形態を示す断面図である。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料を示す要部拡大図である。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法を示すフローチャートである。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料の表面に予備スピネル層を予め形成する例を説明する図である。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において強化材料とマグネシウム粉末を混合する例を説明する図である。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてマグネシウム粉末を昇華する例を説明する図である。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法において予備スピネル層の表面にスピネル層を形成する例を説明する図である。 第２実施の形態に係るアルミニウム基複合材料の製造方法においてアルミニウム合金ビレットが多孔質成形体内の空間に浸透する例を説明する図である。 本発明に係るアルミニウム基複合材料の試験片を説明する図である。 本発明に係るアルミニウム基複合材料の曲げ強さを説明するグラフである。
符号の説明
１０，５０…アルミニウム基複合材料、１１…アルミニウム合金、１２…強化材料、１２ａ…強化材料の表面、１３…スピネル層、１３ａ…スピネル層の表面、１４…窒化アルミニウム層、１５…マグネシウム粉末（マグネシウム）、１６，５４…多孔質成形体（混合粉体）、１６ａ，５４ａ…空間、１７…アルミニウム合金のビレット（アルミニウム合金ビレット）、３２…窒素、３８…マグネシウム、４１…窒化マグネシウム、５１…予備スピネル層。

Claims (5)

  1. アルミニウム合金を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料を含ませたアルミニウム基複合材料において、
    前記強化材料の表面全域にスピネル層を形成し、このスピネル層の表面に窒化アルミニウム層を形成したことを特徴とするアルミニウム基複合材料。
  2. アルミニウム合金を母材とし、この母材にアルミナ粒体またはアルミナ繊維の強化材料を含ませたアルミニウム基複合材料において、
    前記強化材料とマグネシウムとを混合して混合粉体を形成する工程と、
    この混合粉体にアルミニウム合金のビレットを載せる工程と、
    このビレットと混合粉体とを、窒素雰囲気中において前記ビレットの融点より低い温度であるマグネシウムの昇華温度まで加熱し、この昇華温度に保つことにより前記混合粉体のマグネシウムを昇華する工程と、
    昇華したマグネシウムが、窒素と反応して窒化マグネシウムを生成し、この窒化マグネシウムが強化材料のアルミナと反応して強化材料の表面全域にスピネル層を形成するまで前記昇華温度に３時間保つ工程と、
    このスピネル層を形成した後、前記ビレットの融点まで加熱し、溶融したアルミニウム合金を前記混合粉体内に浸透させるとともに、スピネル層の表面に窒化アルミニウムを形成する工程と、からなることを特徴とするアルミニウム基複合材料の製造方法。
  3. 前記混合粉体を形成する工程の前に、前記強化材料の表面に予備スピネル層を予め形成することを特徴とする請求項２記載のアルミニウム基複合材料の製造方法。
  4. 前記マグネシウムは、粒径が５０〜５００μｍの粉末であることを特徴とする請求項２または請求項３記載のアルミニウム基複合材料の製造方法。
  5. 前記強化材料に対する前記予備スピネル層の体積割合を、５vol％以上、３０vol％以下としたことを特徴とする請求項３記載のアルミニウム基複合材料の製造方法。
JP2005008367A 2005-01-14 2005-01-14 アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法 Expired - Fee Related JP4420400B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005008367A JP4420400B2 (ja) 2005-01-14 2005-01-14 アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法
CA002593615A CA2593615A1 (en) 2005-01-14 2005-10-26 Aluminum-based composite material and method for production thereof
DE112005003373T DE112005003373B4 (de) 2005-01-14 2005-10-26 Verbundmaterial auf Aluminiumbasis und Verfahren zu dessen Herstellung
PCT/JP2005/020059 WO2006075431A1 (ja) 2005-01-14 2005-10-26 アルミニウム基複合材料およびその製造方法
US11/795,126 US20080008899A1 (en) 2005-01-14 2005-10-26 Aluminum-Based Composite Material and Method for Production Thereof
CNB2005800462917A CN100535143C (zh) 2005-01-14 2005-10-26 铝基复合材料及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005008367A JP4420400B2 (ja) 2005-01-14 2005-01-14 アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006193799A JP2006193799A (ja) 2006-07-27
JP4420400B2 true JP4420400B2 (ja) 2010-02-24

Family

ID=36677465

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005008367A Expired - Fee Related JP4420400B2 (ja) 2005-01-14 2005-01-14 アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20080008899A1 (ja)
JP (1) JP4420400B2 (ja)
CN (1) CN100535143C (ja)
CA (1) CA2593615A1 (ja)
DE (1) DE112005003373B4 (ja)
WO (1) WO2006075431A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4583334B2 (ja) * 2006-05-02 2010-11-17 啓治 山部 鋳造用の金属−セラミックス複合材料の製造法
CN103757570A (zh) * 2013-11-04 2014-04-30 吴雅萍 一种铝基复合材料
CN103757567A (zh) * 2013-11-04 2014-04-30 吴雅萍 一种铝基复合材料及制造方法
CN103757568A (zh) * 2013-11-04 2014-04-30 吴雅萍 一种铝基复合材料制造方法
JP6632995B2 (ja) * 2014-12-16 2020-01-22 日本碍子株式会社 セラミック素地及びその製造方法
KR101822276B1 (ko) * 2016-04-28 2018-01-25 현대자동차주식회사 자동차용 실린더 블록 제조방법
CN106987787A (zh) * 2017-02-24 2017-07-28 昆明理工大学 高孔隙率铝合金/铝芯氧化铝纤维复合泡沫的制备方法
CN107541684A (zh) * 2017-10-11 2018-01-05 四川恒诚信电子科技有限公司 一种高导热铝基板的铝基材料配方及其制备方法
CN113857464A (zh) * 2021-09-27 2021-12-31 上海交通大学 一种纤维增强铝基复合材料的制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IE74680B1 (en) * 1988-11-10 1997-07-30 Lanxide Technology Co Ltd Methods of forming metal matrix composite bodies by a spontaneous infiltration process
US5000248A (en) * 1988-11-10 1991-03-19 Lanxide Technology Company, Lp Method of modifying the properties of a metal matrix composite body
JP2909828B2 (ja) * 1989-07-05 1999-06-23 セイコーインスツルメンツ株式会社 複合走査型トンネル顕微鏡
GB2291434B (en) * 1994-07-20 1997-12-24 Honda Motor Co Ltd Process for producing sintered aluminium products
GB2294272B (en) * 1994-07-28 1998-02-25 Honda Motor Co Ltd Method for producing metal-ceramic composite materials.
JP2998828B2 (ja) * 1994-07-28 2000-01-17 本田技研工業株式会社 金属・セラミックス複合材料の製造方法
JP3721393B2 (ja) * 2000-04-28 2005-11-30 国立大学法人広島大学 多孔質プリフォーム、金属基複合材料及びそれらの製造方法
JP4685357B2 (ja) * 2004-01-20 2011-05-18 本田技研工業株式会社 金属基複合材製成形品の成形方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20080008899A1 (en) 2008-01-10
CN101098975A (zh) 2008-01-02
JP2006193799A (ja) 2006-07-27
DE112005003373B4 (de) 2011-05-12
DE112005003373T5 (de) 2007-12-06
WO2006075431A1 (ja) 2006-07-20
CA2593615A1 (en) 2006-07-20
CN100535143C (zh) 2009-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4420400B2 (ja) アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法
US7297368B2 (en) Method of making carbon fiber-carbon matrix reinforced ceramic composites
NL195062C (nl) Bekleed keramisch vulmateriaal.
EP2978872B1 (en) Superabrasive material with protective adhesive coating and method for producing said coating
CS277307B6 (en) Process for producing self-supporting ceramic body
JPH01224255A (ja) 複合材料及びその製造方法
EP0378503A1 (en) A method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby
US8357423B2 (en) Method for making a refractory carbide layer on a part made of C/C composite material
US5198187A (en) Methods for production of surface coated niobium reinforcements for intermetallic matrix composites
CS277570B6 (en) Self-supporting ceramic body and process for preparing thereof
US6187260B1 (en) Aluminum metal matrix composite materials reinforced by intermetallic compounds and alumina whiskers
JPS6374972A (ja) セラミック複合物物体の製造方法
JP3247364B2 (ja) 金属マトリックス複合材料体の製造方法
Bouix et al. Physico-chemistry of interfaces in inorganic-matrix composites
US6521061B1 (en) Preforms, metal matrix composite materials using said preforms, and producing processes thereof
WO2001046486A1 (fr) Procede de production d'un materiau composite a base de metal
CN108884591B (zh) 坩埚
JP2002356754A (ja) 複合材料の製造方法及び同製造方法により製造された複合材料
KR101694260B1 (ko) 알루미늄 기지 복합재료의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 알루미늄 기지 복합재료
Wang et al. Structure and properties of fine diameter continuous SiC ceramic fiber reinforced Al matrix composites
JP2000204453A (ja) マグネシウム基複合材料の製造方法及びマグネシウム基複合材料
US20100239880A1 (en) Metal matrix composites and metallic composite foams with in-situ generated carbonaceous fibrous reinforcements
JPH09268080A (ja) 長繊維複合セラミックスの製造方法
JPH09268063A (ja) セラミックス基繊維複合材料
WO1999032679A9 (en) Preparation of a metal matrix composite body by a spontaneous infiltration process

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080729

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080926

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090421

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090612

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091125

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091127

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121211

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131211

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees