JPH01136941A - 金属マトリックス複合品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属マトリックス複合材料の製造、より詳し
くは、鋳造アルミニウム合金複合材料の製造方法に関す
る。

（従来の技術） 金属マトリックス複合材料（ＭＭＣ）のうち、商業上使
用されている重要なものとしてアルミニウム及びその合
金の繊維強化物、特に、アルミニウム−シリコン合金が
ある。最もよく行われる金属マトリックス複合材料の製
造方法のひとつに、溶融浸透法かある。本方法において
は、好ましくは繊維性アルミナ強化材料よりなる予備成
型物に加圧下で液体金属を浸透せしめ、該複合材料を冷
却させることにより凝固させる。得られた金属マトリッ
クスのミクロ構造は通常、強化されない鋳造において見
られるそれとは同様のものではない。

自由成長の樹枝状結晶（デンドライト）の辺間隔が繊維
の平均間隔よりも大きくなるように、ＡｌＳｉ鋳造の冷
却速度を設定すると、金属マ）　ＩＪフックス枝状結晶
は、アルミナ繊維を回避しながら成長するので辺間隔サ
イズのオーダーになってしまう。このことにより拒絶さ
れた溶質成分が繊維位置に蓄積することになる。Ａｌ−
Ｓｉ合金では、蓄積された溶質成分は、シリコンの大き
な分子あるいは粗大プレートにより構成されている。こ
れら大きなシリコンは物理的性質が劣り、脆く、熱膨張
係数が異なり、複合品の極限性能を減退させる。

平均繊維間隔より平均デンドライトサイズを小さ（する
に充分な程度に冷却速度を高くする場合は、金属マトリ
ックスのミクロ構造は非強化領域の同一になる。しかし
ながら、約２０ｍｍを越える大きな鋳造断面ではデンド
ライトサイズを繊維間隔より小さく保持するように冷却
速度を充分高くすることが不可能である。

数年前から添加物を使用することにより約５〜１５％シ
リコンを含むアルミニウム−シリコン合金において微細
な共融構造が得られ、これによりかかる合金の機械的性
質が向上することか知られている。例えば、アルミニウ
ム−シリコン合金における添加物としてナトリウムまた
はストロンチウムのようなアルカリ金属およびアルカリ
土類金属を使用することは知られている。かかる１各加
剤を使用する方法は改良法として知られている。溶湯に
化学添加剤を加えると、凝固過程における成長速度に影
響し、シリコンサイズが減少し、合金のミクロ構造が改
質される。そのため、同様に、ナトリウムおよびストロ
ンチウムのような添加剤が金属マトリックス複合品の金
属マトリックスミクロ構造を改質するものと期待される
が、溶湯が繊維質の予備成形された強化材を含むと金属
マトリックス複合品のミクロ構造を改質する通常の量を
使用してもナトリウムおよびストロンチウムは全く効果
がない。全体としてナトリウムはかかる状態では殆ど効
果がなく、ストロンチウムは困難はあるが使用すること
ができる。

結果として、金属マトリックス複合材料は、典型的に大
きなシリコン粒子および／あるいは大きな金属間化合物
を含んでいて、これが濾出してきやすく、浸透中に予備
成形／合金溶融界面に蓄積される傾向にある。かかる大
きなシリコン粒子および金属間化合物は複合材料／合金
間の界面においてかなり物性を減退させ、複合材料全体
においてはやや物性を減退させる。金属マトリックス腹
合材料を使用する多くの場合、この特性損失は受忍でき
るものである。しかしながら、熱疲労を考慮しなければ
ならない高圧力状況において複合材料を使用する場合、
このような特性損失を容認することはできない。

（発明の目的） 本発明は、予備成形物内で、共融混合シリコンの適切な
改善あるいは改質を行わせる、；（金材料鋳造品の成形
方法を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、ストロンチウムを改質剤として含有するアル
ミニウム・シリコン合金マトリックスと、マトリックス
中に含浸させた互いに結合するアルミナ強化用繊維予備
成形物よりなる複合鋳造物の形成プロセスに関するもの
であって、強化された繊維成形物に加圧下で上記熔融合
金を浸透せしめ、このように形成された材料物品を冷却
することにより凝固させるにあたり、 熔融合金を浸透させる前に上記繊維をストロンチウムで
被覆して予備成形物を使用することを新規特徴とするも
のである。かかるストロンチウムによる前肢型により予
備成形物の近傍において鋳造合金に改良された改質効果
を与える。

本発明にかかるプロセスが特に効果的であるのは、予備
成形物の強化繊維がＳｉＯ２により結合されているよう
な状況においてである。したがって、予備成形物内の５
ｉＯａは保護されない状態におかれ、浸透していく熔融
アルミニウムかかる５ｉＯｚと反応して、フリーシリコ
ンに還元し、不可避的に強化繊維に隣接した部分に過剰
シリコンを発生させてしまう。しかしながら、この浸透
前に例えば、ＳｒＯ形態のストロンチウムを繊維に付着
させておくと、溶湯浸透中はアルミニウムがＳｒＯをＳ
ｒに還元し、それをフリーな状態にしてＡｌ−８ｉ溶湯
と反応させ、これにより構造を改質する。このＳｒＯは
ＳｒＯ用先駆物質溶液、例えば、５ｒ（ＮＯ＋）ｔおよ
びＨ，Ｏにデイピングすることにより付着させることが
できる。その後、この予備成形物を例えば、２００〜８
００℃の範囲で加熱して乾燥させ、アルミニウム繊維上
にＳｒＯの微細残留物を残す。先駆物質として５ｒ（Ｎ
Ｏｓ）　を以外の化合物は例えば、酢酸ストロンチウム
、炭酸ストロンチウムを使用することができる。充分量
の先駆物質を適用して熔融アルミニウムによる還元後少
な（とも予備成形物の上に元素ストロンチウムの単分子
層が保証されるようにする。望むなら、先駆物質溶液は
飽和または過剰飽和であるのがよい。

強化繊維そのものはアルミナ、アルミナ−シリケート、
シリコン、グラスウール等の種々の材料により製造する
ことができる。

Ａｌ−Ｓｉ合金は典型的には約５〜１５重量％のシリコ
ンを含有し、０．０５〜０．４重量％のストロンチウム
を添加して改質するのが典型的である。

最良の結果は約０．０２〜０．０８重量％のストロンチ
ウムによって得られる。

本発明に係る被覆された予備成形物の使用はロイド及び
ギヤラノールトによる昭和６２年１１月１２日日本国出
願の昭和６２年特許願２８８２８５号に記載されている
複合鋳造材料の製造方法を使用すると、特に効果的であ
る。

（実施例） 強化材料の予備成形物は、直径３μｍのアルミナ繊維（
ＩＣ■から入手可能、商品名５ａｆｆｉ１）から調製し
た。チョツプド繊維は５ｉＯｙベースの懸濁液からなる
バインダーにより被覆し、該被覆された繊維をケーキ内
に濾去し、焼成して湿分を除去し、強固な２０容量％の
予備成形物を形成する。上記タイプの予備成形物はニュ
ーシャーシー州フェアフィールドのミルマスターオニキ
ス社より人手可能である。

５ｉＯｚの活性の不動化するために、予備成形物を５ｒ
（Ｎｏ３）、とＨ，Ｏの飽和溶液に浸漬し、この予備成
形物を５００’Ｃで４時間焼き、アルミナ繊維上にＳｒ
Ｏの微細残留物を残す。

上記予備成形物を８００’Ｃに加熱し、５００℃に予熱
した直径７５＋＋ｕｎの押型に投入した。シリコン呼称
１２．３５％を含有する市販Ａｌ−Ｓｉ合金（アルキャ
ン４６０２０）をストロンチウム０゜１０重量％を添加
して改質した。この改質溶融体を加熱した予備成形物上
に直ちに注入し、冷えたラム（２５°Ｃ）を使用して多
孔質予備成形物に溶湯を強制した。浸透圧力は呼称２０
　Ｍ　Ｐ　ａであって、これは予備成形物を完全に浸透
させるのに充分な溶融体を使用した。予備成形物の上方
および下方に自由なマトリックス合金を有する複合材料
を得ることができた。このように形成された複合材料を
冷却して凝固させ、所望の複合鋳造品を得た。

得られた複合鋳造品の断面は、光学顕微鏡による金属顕
微鏡試験に付し、観察したが、大きなシリコン粒子およ
び大きな金属間化合物は見られなかった。

本発明は、特に上述した方法及び実施例に限定されるも
のではな（、本発明の要旨を逸脱することなく、その他
の方法で実施し得るものである。

特許出願人　アルキャン・インターナショナル・リミテ
ッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ストロンチウムを改質量含有するアルミニウム−シ
   リコン合金マトリックスと、マトリックスに組み込まれ
   る互いに結合した繊維の予備成形物とからなり、上記強
   化繊維予備成形物に加圧下に上記合金の熔融体を浸透せ
   しめ、これにより形成された複合品を冷却することによ
   り凝固させる複合鋳造品の形成にあたり、 上記合金熔融体を浸透させる前にストロンチウムにて上
   記繊維を被覆して、かかる予備成形物を使用することを
   特徴とする金属マトリックス複合品の製造方法。 ２、上記予備成形物の強化繊維がＳｉＯ＿２により互い
   に結合されている特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、上記繊維がアルミナにより形成されている特許請求
   の範囲第２項記載の方法。 ４、上記予備成形物上のストロンチウム被膜がＳｒＯか
   らなる特許請求の範囲第２項記載の方法。 ５、上記アルミニウム−シリコン合金がシリコン約５〜
   １５重量％を含有する特許請求の範囲第２項記載の方法
   。 ６、上記予備成形物をＳｒＯ用先駆物質にて被覆し、加
   熱下にＳｒＯを形成させる特許請求の範囲第４項記載の
   方法。 ７、上記ＳｒＯ先駆物質が硝酸ストロンチウム、酢酸ス
   トロンチウムまたは炭酸ストロンチウムから選ばれる特
   許請求の範囲第６項記載の方法。 ８、合金熔融体によるＳｒＯの還元により予備成形物上
   に少なくともストロンチウム元素の単分子層が形成され
   るように充分量のＳｒＯ先駆物質を適用する特許請求の
   範囲第６項記載の方法。