JPH01195249A - 金属マトリックス複合品のアルミニウム−シリコン合金改質方法 - 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？ＩＪ合材料の製造方法に
関する。

（従来の技術） 金属マトリックスル合材料（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、溶融浸透法がある。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Ｐ（合材］；
゛［を冷却、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）の適間隔が繊維
の平均間隔よりも大きくなるように、Ａ１Ｓｉ鋳造の冷
却速度を設定すると、金属マトリックス樹枝状結晶は、
アルミナ繊維を回避しながら成長するので適間隔サイズ
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くする
に充分な程度に冷却速度を高（する場合は、金属７トリ
ツ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２０＋ｅｍ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（保持するように冷
却速度を充分高（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
リコンヲ含むアルミニウム−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
質が向上することが知られている。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！、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。かかる添加
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。

米国特許第３４４６１７０号では、ストロンチウムは２
ｆｆｆｆｆｉ％はアルミニウム−シリコン合金に加える
ことができるとしている。しかしながら、０．１％以上
のストロンチウムを使用している実施例はなく、ここ数
年、Ｏ，１ｆｆｌｆｆｉ％をはるかに下回る世において
ストロンチウムは改質剤として最良の機能を果たすと思
われてきた。ストロンチウムが約０．１ｆｆＥ１５ｔ％
以上のｍ存在するときは、Ａｌ４Ｓｒと５ｉＳｒの大き
な金属間化合物が形成し始めることは知られている。こ
のような金属間化合物は合金強度を非常に悪化させてし
まうという問題があった。

非数’Ｎのアルミニウム−シリコン合金マトリックス複
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、これが岡山してき
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／合金量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
。金属マトリックス複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） 本発明の目的は、複合材料鋳造物品の成形プロセスを改
良するため、予備成形物内で、共融混合シリコンの適切
な精製あるいは改質を行わせる、複合材料鋳造品の成形
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
中に含浸させたアルミナ強化用繊維予備成形物よりなる
）Ｕ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合金の溶融体に浸透
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、 約０．５〜１．　０ｍｍ％の範囲の非常に特定された■
のストロンチウム改質剤を使用することにより、予備成
形物内において共融混合シリコンを適切に改善あるいは
改質されることを見い出して完成されたものである。

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シリカにより結合されているような
状況においてである。合金溶湯は典型的には約７００％
以上の高温で浸透させるが、このような高温では、予備
成形物バインダー中のシリカは加熱されたアルミニウム
と反応し、自由なシリコンを形成し、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。

この増加したシリコン濃度では、マトリックスを改質す
ることが困難になるが、本発明によると、ストロンチウ
ムを使用することにより、適切な改質を達成することが
可能になる。

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
されているト（合鋳造材料の製造方法を使用すると、本
発明方法は特に効果的である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。

（実施例） シリコン１２％を含有する市販Ａｌ−３ｉ合金（アルキ
ャン４６０２０）を溶融し、ストロンチウムで改質した
。ストロンチウムｍ、０．２５重ｉ１％、０．５ｍ１ｔ
ｔ％、１重１１１％と量を変えてこのような溶融体を調
製した。いずれの場合も、溶融体を６０分〜９０分間、
温度７００°Ｃで維持し、時々撹拌して溶解を補助した
。

強化材料の予備成形物は、直径３μｍのアルミナ繊維（
１（ｌから入手可能、商品名５ａｆｌｉｌ）から調製し
た。シリカに結合していた予備成形物は、１５容積％の
繊維を含有し、高さ３０開、直径７０ｍｍであった。こ
の種の予備成形物は、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入手可能である。予
備成形物を８００°Ｃまで加熱し、予め５００℃に加熱
した直径７５ＩＩＩＩｌの押型に投入した。上記の如く
調製した溶融体を加熱した予備成形物上に直ちに注入し
た。

溶融合金を多孔性予備成形物に押し込むために冷えたラ
ム（２５℃）を使用した。浸透圧力は呼称２０　Ｍ　Ｐ
　ａ　？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６ｉ１１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ル合材ネ
：１を得ることができた。このように形成された各々の
材料を冷却して凝固させ、望ましい複合＃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
微鏡試験に付した。特に、どの程度の共融混合物のミク
ロ構造が好ましい微細繊維形状へと改質されたかを決定
するために試験される。

合金がストロンチウム０．２５゛重量％を含有するとき
、第１図かられかるように、合金と複合材料間の界面は
ΔＩａＳｒと５ｉＳｒの高濃度金属間化合物よりなる一
方、第２図に示すように、複合材料内の界面から６ｍｍ
位置では、共融混合物は明らかに改質されていない。

合金内のストロンチウム量°を０．　５ｆｆｌｆ１％増
加させると、第３図かられかるように、Ａ１．Ｓｒと５
ｉＳｒの金属間化合物が合金／複合材料界面近傍に形成
され、幾分合金自体の過剰改質が生じる一方、第４図か
られかるように、実質的な改質が複合材料内で発生した
。改質剤ストロンチウムの含有ｆ［ｔｆ：１ｆｆｒｆｉ
ｔ％に増加させると、第５図に示すように、大きな５ｉ
ＳｒとＡ１．Ｓｒの金属間化合物が合金／ル合材料界面
に観察され、合金の実質的な過剰改質を生じるが、第６
図かられかるように、複合材料中央部は完全に改質され
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
のではなく、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、合金と設合材料間の界面に観察されるＳｒＯ
，２５％を含有する複合品の顕微鏡写真、第２図は、第
１図に示すと同様の材料物品の；（金材料域内での顕微
鏡写真、 第３図は、合金と複合材料量界面に観察されたＳｒ０．
　５％を含有する複合材料品の顕微鏡写真、第４図は、
第３図に示すと同様の材料物品の複合材料内での顕微鏡
写真、 第５図は、合金と複合材材間界面に観察されたＳｒ１．
０％を含有する；（合材料品の顕微鏡写真、第６図は、
第５図に示すと同様のｔ（合材料品のｔ（金材料内での
顕微鏡写真である。 特許出願人　アルキャン・インターナショナル・リミテ
ッド 代　理　人　弁理士　青　山　　葆　ばか２名Ｖ面ｆｌ
Ｉ麿１内容に変更なし） ｐｊｌＧ、１ ｏＯＸ ＋　　ｆ″　　′ ・−、・り、２ ２００× Ｆ；（、づ ）ＯＯＸ Ｆ、ｔ”；、４ ２００メ 臼Ｇ、５ Ｆ　ｊＧ、Ｇ 手続補正書　（方式） 金属マトリックス複合品のアルミニウムーシリコン合金
改質方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名セ１；　　アルキャン・インターナショナル・リミテ
ッド４、代理人 住所　〒５４０　　大阪府大阪市東区域見２丁目１番６
１号６、補正の対象　二　図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共融混合物凝固に際し、シリコンにより到達する粒
   子サイズを減少させるためにストロンチウム改質剤を含
   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たＳｉＯ＿２により互いに結合
   する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溶融体を浸透せしめ、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、 上記合金中にストロンチウム改質剤を約０．５〜１．０
   重量％の範囲で混合し、それにより共融混合シリコンの
   適切な改善あるいは改質を上記予備成形物内で行なわせ
   ることを特徴とする金属マトリックス複合品のアルミニ
   ウム−シリコン合金改質方法。 ２、上記予備成形繊維がアルミナ繊維である特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３、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１項記載の方法
   。