JPH01222029A - ウイスカー強化金属複合材の製造方法 - Google Patents
ウイスカー強化金属複合材の製造方法Info
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- JPH01222029A JPH01222029A JP4704988A JP4704988A JPH01222029A JP H01222029 A JPH01222029 A JP H01222029A JP 4704988 A JP4704988 A JP 4704988A JP 4704988 A JP4704988 A JP 4704988A JP H01222029 A JPH01222029 A JP H01222029A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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。
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、均質組織を有する高品位のウィスカー強化金
属複合材を製造する方法に関する。
属複合材を製造する方法に関する。
針状単結晶から構成されるウィスカーは、極めて高水準
の比強度、比弾性率を有するうえに耐熱性ならびに化学
的安定性に優れているため、特に宇宙・航空機あるいは
自動車用の構造・機能部品となるＡＩ、Ｍｇまたはこれ
ら合金のような軽金属複合材の強化物質として実用化が
進められている。一般に、この種ウィスカー強化金属複
合材の強化特性は、マトリックス金属に対する繊維強化
材の複合界面における濡れ性ならびに分散性の良否に大
きく依存することから、これらの改善を目的とする改良
技術もすでに提案されている。例えば、濡れ性の改善に
効果的な手段としては強化繊維面に予め金属の蒸着皮膜
を形成する方法、また均一分散に有効な方法としてプリ
フォーム溶浸法が知られているが、これらの方法は形態
の整った長繊維を用いる場合には好結果を与えるものの
、微細な短繊維であるウィスカーに適用する際には著し
い処理の煩雑性を伴ううえに所定の結果が得られにくい
難点がある。
の比強度、比弾性率を有するうえに耐熱性ならびに化学
的安定性に優れているため、特に宇宙・航空機あるいは
自動車用の構造・機能部品となるＡＩ、Ｍｇまたはこれ
ら合金のような軽金属複合材の強化物質として実用化が
進められている。一般に、この種ウィスカー強化金属複
合材の強化特性は、マトリックス金属に対する繊維強化
材の複合界面における濡れ性ならびに分散性の良否に大
きく依存することから、これらの改善を目的とする改良
技術もすでに提案されている。例えば、濡れ性の改善に
効果的な手段としては強化繊維面に予め金属の蒸着皮膜
を形成する方法、また均一分散に有効な方法としてプリ
フォーム溶浸法が知られているが、これらの方法は形態
の整った長繊維を用いる場合には好結果を与えるものの
、微細な短繊維であるウィスカーに適用する際には著し
い処理の煩雑性を伴ううえに所定の結果が得られにくい
難点がある。
出願人は上記技術とは異なる手法により界面濡れ性なら
びに均一分散性を改善したＳｉＣウィスカーによるＦＲ
Ｍの製造法として、ＳｉＣウィスカーをＡｌ、Ｍｇまた
はそれらの合金からなるマトリックス金属と８００℃以
上の温度で相互接触させて前駆体を形成し、該前駆体を
マトリックス金属の溶湯中に撹拌分散してインゴット化
する方法をすでに開発した（特開昭５９−４３８３５号
）。
びに均一分散性を改善したＳｉＣウィスカーによるＦＲ
Ｍの製造法として、ＳｉＣウィスカーをＡｌ、Ｍｇまた
はそれらの合金からなるマトリックス金属と８００℃以
上の温度で相互接触させて前駆体を形成し、該前駆体を
マトリックス金属の溶湯中に撹拌分散してインゴット化
する方法をすでに開発した（特開昭５９−４３８３５号
）。
ところが特開昭５９−４３８３５号による先願技術では
、前駆体の形成時およびマトリックス金属への撹拌分散
の段階において相当の高温度と接触・撹拌時間を要する
ため、ＳｉＣウィスカーとマトリックス金属が反応する
現象が発生する。この反応によって生じるＡｇ４Ｃ３な
どの炭化物は極めて脆弱であり、結果として複合強度の
低下を惹起することが避けられなかった。
、前駆体の形成時およびマトリックス金属への撹拌分散
の段階において相当の高温度と接触・撹拌時間を要する
ため、ＳｉＣウィスカーとマトリックス金属が反応する
現象が発生する。この反応によって生じるＡｇ４Ｃ３な
どの炭化物は極めて脆弱であり、結果として複合強度の
低下を惹起することが避けられなかった。
一方、ウィスカー強化金属複合材は押出し、圧延等の塑
性加工ができるという大きな利点はあるが、塑性加工の
際に発生する不良部分あるいは切り落し端部が通常の金
属のように返り材として還元使用することができず、こ
れが得率の低下とコスト高をもたらす一因となっている
。
性加工ができるという大きな利点はあるが、塑性加工の
際に発生する不良部分あるいは切り落し端部が通常の金
属のように返り材として還元使用することができず、こ
れが得率の低下とコスト高をもたらす一因となっている
。
本発明は先願技術のような反応を伴わずに濡れ性および
分散性を改善し、更に塑性加工時に生ずる残廃材の再利
用によるコスト低減化も考慮したウィスカー強化金属複
合材の製造方法を提供するものである。
分散性を改善し、更に塑性加工時に生ずる残廃材の再利
用によるコスト低減化も考慮したウィスカー強化金属複
合材の製造方法を提供するものである。
本発明の構成は、予めマトリックス金属にウィスカーを
分散複合させ塑性加工を施した複合体を前記マトリック
ス金属の凝固点−５０’Ｃ〜凝固点（マトリックス金属
が合金の場合には、液相線温度−５０℃〜液相線温度）
の温度範囲に予熱し、次いで前記マトリックス金属と同
一の金属をその凝固点を越え凝固点＋５０℃まで（金属
が合金の場合には、その液相線温度を越え液相線温度＋
５０’Ｃまで）の温度域に加熱保持した溶湯を前記複合
体に接触させて融解分散させたのち加圧凝固することを
特徴とするウィスカー強化金属複合材の製造方法である
。
分散複合させ塑性加工を施した複合体を前記マトリック
ス金属の凝固点−５０’Ｃ〜凝固点（マトリックス金属
が合金の場合には、液相線温度−５０℃〜液相線温度）
の温度範囲に予熱し、次いで前記マトリックス金属と同
一の金属をその凝固点を越え凝固点＋５０℃まで（金属
が合金の場合には、その液相線温度を越え液相線温度＋
５０’Ｃまで）の温度域に加熱保持した溶湯を前記複合
体に接触させて融解分散させたのち加圧凝固することを
特徴とするウィスカー強化金属複合材の製造方法である
。
基材となる塑性加工を施した複合体とは、Ａｌ。
Ｍｇまたはこれらの合金等からなるマトリックス金属に
Ｓ ｉＣ，Ｓ ｉ ａ Ｎ４などのウィスカー強化材を
プリフォーム溶浸法、粉末冶金法その他の複合化手段に
より分散複合させたのち、押出し、圧延等の塑性加工を
おこなった材料である。この複合体は、あらたに作製し
たもののほか、塑性加工時に複合欠陥のある不良材とし
であるいは切り落し端部として廃棄処分の対象とされて
いるウィスカー強化金属複合材が有効に活用される。複
合材の組成としては、ウィスカーのＶｆが１０〜３５％
のものを用いることが望ましく、このＶｆが１０％より
低くなると最終的に得られるウィスカー強化金属複合材
の強化性能が減退し、他方、３５％を越えると分散不良
を招く度合が多くなる。
Ｓ ｉＣ，Ｓ ｉ ａ Ｎ４などのウィスカー強化材を
プリフォーム溶浸法、粉末冶金法その他の複合化手段に
より分散複合させたのち、押出し、圧延等の塑性加工を
おこなった材料である。この複合体は、あらたに作製し
たもののほか、塑性加工時に複合欠陥のある不良材とし
であるいは切り落し端部として廃棄処分の対象とされて
いるウィスカー強化金属複合材が有効に活用される。複
合材の組成としては、ウィスカーのＶｆが１０〜３５％
のものを用いることが望ましく、このＶｆが１０％より
低くなると最終的に得られるウィスカー強化金属複合材
の強化性能が減退し、他方、３５％を越えると分散不良
を招く度合が多くなる。
複合体の予熱温度範囲をマトリックス金属の凝固点−５
０℃〜凝固点（マトリックス金属が合金の場合には、液
相線温度−５０’Ｃ〜液相線温度）に設定すること、お
よび複合体に接触させる前記マトリックス金属と同一の
金属溶湯を凝固点を越え凝固点＋５０℃まで（金属が合
金の場合には、その液相線を越え液相線温度＋５０℃ま
で）の温度域に加熱保持することは、反応の抑制と融解
分散を円滑に進めるための要件で、それぞれが前記の温
度範囲より高くなるとウィスカー成分とマトリックス金
属との反応が生じ、またこれを下廻ると融解分散時に金
属溶湯が凝固する事態が起って円滑な複合化を阻害する
。
０℃〜凝固点（マトリックス金属が合金の場合には、液
相線温度−５０’Ｃ〜液相線温度）に設定すること、お
よび複合体に接触させる前記マトリックス金属と同一の
金属溶湯を凝固点を越え凝固点＋５０℃まで（金属が合
金の場合には、その液相線を越え液相線温度＋５０℃ま
で）の温度域に加熱保持することは、反応の抑制と融解
分散を円滑に進めるための要件で、それぞれが前記の温
度範囲より高くなるとウィスカー成分とマトリックス金
属との反応が生じ、またこれを下廻ると融解分散時に金
属溶湯が凝固する事態が起って円滑な複合化を阻害する
。
金属溶湯を接触させて複合体を融解させながら相互分散
をおこなう工程は、例えばダイキャストマシンのような
装置を用い金属溶湯を噴流とじて複合体に急激に接触さ
せることにより撹拌分散化を図ることが効果的である。
をおこなう工程は、例えばダイキャストマシンのような
装置を用い金属溶湯を噴流とじて複合体に急激に接触さ
せることにより撹拌分散化を図ることが効果的である。
この場合の適切な金属溶湯の接触速度は、５００〜１０
００ｍｍ／秒である。また、金属溶湯の量は最終製品の
ウィスカー■ を考慮して設定されるが、このＶｆは素
材となる複合体Ｖ、の■／１０〜１／２、より好適には
１／１０〜１／３の範囲にすることが処理の円滑性なら
びに複合性能面から望ましい。
００ｍｍ／秒である。また、金属溶湯の量は最終製品の
ウィスカー■ を考慮して設定されるが、このＶｆは素
材となる複合体Ｖ、の■／１０〜１／２、より好適には
１／１０〜１／３の範囲にすることが処理の円滑性なら
びに複合性能面から望ましい。
複合体を融解分散した金属溶湯は、素早く加圧し急冷凝
固してウィスカー強化金属複合材を得る。
固してウィスカー強化金属複合材を得る。
本発明において基材となる複合体は塑性加工されている
ため、含有ウィスカーが個別的に分散しているうえに一
度複合化されている関係で金属との濡れ性が向上してい
る。この複合体性状と特定された予熱温度ならびに接触
させる金属の溶湯温度との作用が相互に相俟って、優れ
た濡れ性および分散性を保ちながらウィスカーとマトリ
ックス金属間の反応を伴うことがない高性能複合化を実
現する。これらの作用は、同時に複合化処理を迅速かつ
円滑に進めるために機能し、工程時間を短縮する効果も
与える。
ため、含有ウィスカーが個別的に分散しているうえに一
度複合化されている関係で金属との濡れ性が向上してい
る。この複合体性状と特定された予熱温度ならびに接触
させる金属の溶湯温度との作用が相互に相俟って、優れ
た濡れ性および分散性を保ちながらウィスカーとマトリ
ックス金属間の反応を伴うことがない高性能複合化を実
現する。これらの作用は、同時に複合化処理を迅速かつ
円滑に進めるために機能し、工程時間を短縮する効果も
与える。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例 １
第１図に示すような真空引き孔１およびプランジャー２
を備える融解分散室３、金属溶湯導入口４、プランジャ
ー５および噴出孔６を備える溶湯室７、ストッパー板８
を介して融解分散室３と区画して設けられた凝固室９と
からなるダイキャストマシンを準備した。
を備える融解分散室３、金属溶湯導入口４、プランジャ
ー５および噴出孔６を備える溶湯室７、ストッパー板８
を介して融解分散室３と区画して設けられた凝固室９と
からなるダイキャストマシンを準備した。
ウィスカーとして平均直径０．４μｓ、平均長さ３０−
のβ−５ｉＣウイスカー、マトリックス金属に液相線温
度１３３８℃のＡＮ合金（ＪＩＳ ２０２４）を用いて
プリフォーム溶浸法により複合化した直径１２０１１１
１％高さ２００ｍｍ、Ｖｆ２４％の円柱状材料を、直径
４０＋ａｍに押出して塑性加工した。このようにして塑
性加工された複合体ｌＯを６００℃の温度に予熱して前
記ダイキャストマシンの噴出孔６上部に当る融解分散室
３内にセットし、溶湯室７に８５０℃に加熱した複合体
マトリックスと同−Ａ１合金（ＪＩＳ ２０２４）の溶
湯を導入口４から注入した。ついで、ストッパー板８を
開の状態にして融解分散室３および凝固室９を１０’ｔ
ｏｒｒに真空引きしたのち、ストッパー板８と真空引き
孔１を閉とした（第１図参照）。
のβ−５ｉＣウイスカー、マトリックス金属に液相線温
度１３３８℃のＡＮ合金（ＪＩＳ ２０２４）を用いて
プリフォーム溶浸法により複合化した直径１２０１１１
１％高さ２００ｍｍ、Ｖｆ２４％の円柱状材料を、直径
４０＋ａｍに押出して塑性加工した。このようにして塑
性加工された複合体ｌＯを６００℃の温度に予熱して前
記ダイキャストマシンの噴出孔６上部に当る融解分散室
３内にセットし、溶湯室７に８５０℃に加熱した複合体
マトリックスと同−Ａ１合金（ＪＩＳ ２０２４）の溶
湯を導入口４から注入した。ついで、ストッパー板８を
開の状態にして融解分散室３および凝固室９を１０’ｔ
ｏｒｒに真空引きしたのち、ストッパー板８と真空引き
孔１を閉とした（第１図参照）。
次にプランジャー５を押し上げ、溶湯を８００ｍ＋ｓ／
秒の速度で噴出孔６から噴出させて複合体１０と接触さ
せた。複合体１０は溶湯噴流による撹拌作用によフて急
速に溶湯に融解分散した（第２図参照）。
秒の速度で噴出孔６から噴出させて複合体１０と接触さ
せた。複合体１０は溶湯噴流による撹拌作用によフて急
速に溶湯に融解分散した（第２図参照）。
複合体ＩＯが完全に融解分散した時点で直ちにプランジ
ャー２を前進させ、最終的にｉｔ／ｃｄ（プランジャー
面圧）で加圧しながら複合化溶湯を急冷凝固した（第３
図参照）。
ャー２を前進させ、最終的にｉｔ／ｃｄ（プランジャー
面圧）で加圧しながら複合化溶湯を急冷凝固した（第３
図参照）。
得られたウィスカー強化金属複合材１１はＶｆ約６％の
もので、組織的な複合欠陥は全く認められなかった。
もので、組織的な複合欠陥は全く認められなかった。
表Ｉは本実施例によるＳｉＣウィスカー強化金属複合材
の強化特性を複合化前めマトリックス金属Ｃ２Ｄ２４Ａ
１合金）の特性と対比して示したもので、本発明により
強度、耐力ともに顕著に向上していることが判る。
の強化特性を複合化前めマトリックス金属Ｃ２Ｄ２４Ａ
１合金）の特性と対比して示したもので、本発明により
強度、耐力ともに顕著に向上していることが判る。
表 １
本発明品２．８０５ ５２．５ ３７．１ ８５００マ
トリツクス金属 ２．７８０ ４２．０ ８３
．１ ７８００（注）＊Ｔ４処理実施後。
トリツクス金属 ２．７８０ ４２．０ ８３
．１ ７８００（注）＊Ｔ４処理実施後。
実施例 ２
ＳｉＣウィスカーと凝固点６５０℃の純度９９．６％の
純アルミニウムとにより粉末冶金法で作成し押出し塑性
加工した複合体（Ｖ、２０％）のうち、組織に微小ボア
ーのある複合欠陥品を基材とした。
純アルミニウムとにより粉末冶金法で作成し押出し塑性
加工した複合体（Ｖ、２０％）のうち、組織に微小ボア
ーのある複合欠陥品を基材とした。
上記複合体を実施例１と同一の装置および手順に従って
ＳｉＣウィスカー強化金属複合材を製造した。なお、実
施例２の複合体予熱温度は６４０℃、溶湯温度は６８０
℃としたが、比較のために複合体予熱温度を６７０℃、
溶湯温度を７５０℃と高めた条件を適用して複合化した
（比較例）。
ＳｉＣウィスカー強化金属複合材を製造した。なお、実
施例２の複合体予熱温度は６４０℃、溶湯温度は６８０
℃としたが、比較のために複合体予熱温度を６７０℃、
溶湯温度を７５０℃と高めた条件を適用して複合化した
（比較例）。
それぞれについて得られたＳＩＣウィスカー強化金属複
合材はＶ、約５％で、表■に示す複合性能を示した。
合材はＶ、約５％で、表■に示す複合性能を示した。
表 ■
比較例 １２．３ ５．２ ７７００ あ
り表■の結果は、本発明の基材として従来廃棄していた
組織欠陥のある複合体でも十分使用可能であること、比
較例のように本発明の特定範囲を越える予熱温度および
溶湯温度ではＳｉＣウィスカーとＡＩマトリックスとの
反応が起ってＡ Ｉ ａ Ｃａが生成し、強度特性の減
退を招くこと、を示している。
り表■の結果は、本発明の基材として従来廃棄していた
組織欠陥のある複合体でも十分使用可能であること、比
較例のように本発明の特定範囲を越える予熱温度および
溶湯温度ではＳｉＣウィスカーとＡＩマトリックスとの
反応が起ってＡ Ｉ ａ Ｃａが生成し、強度特性の減
退を招くこと、を示している。
以上のとおり、本発明によれば濡れ性と均一分散性を高
め、かつウィスカーとマトリックス金属とが反応しない
条件下で迅速、円滑、にウィスカー強化金属複合材を製
造することができる。そのうえ、従来、残廃材とされて
いた欠陥複合材を基材として還元再利用することが可能
となるから、製造原価の低廉化を図ることもできる。
め、かつウィスカーとマトリックス金属とが反応しない
条件下で迅速、円滑、にウィスカー強化金属複合材を製
造することができる。そのうえ、従来、残廃材とされて
いた欠陥複合材を基材として還元再利用することが可能
となるから、製造原価の低廉化を図ることもできる。
第１図、第２図および第３図は、本発明の実施例で用い
たダイキャストマシンと複合化工程を段階的に示した断
面図である。 ３・・・融解分散室 ７・・・溶湯室 ９・・・凝固室 １０・・・複合体 特許出願人 東海カーボン株式会社
たダイキャストマシンと複合化工程を段階的に示した断
面図である。 ３・・・融解分散室 ７・・・溶湯室 ９・・・凝固室 １０・・・複合体 特許出願人 東海カーボン株式会社
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、予めマトリックス金属にウィスカーを分散複合させ
塑性加工を施した複合体を前記マトリックス金属の凝固
点−５０℃〜凝固点（マトリックス金属が合金の場合に
は、液相線温度−５０℃〜液相線温度）の温度範囲に予
熱し、次いで前記マトリックス金属と同一の金属をその
凝固点を越え凝固点＋５０℃まで（金属が合金の場合に
は、その液相線温度を越え液相線温度＋５０℃まで）の
温度域に加熱保持した溶湯を前記複合体に接触させて融
解分散させたのち加圧・凝固することを特徴とするウィ
スカ−強化金属複合材の製造方法。 ２、ウィスカーのＶ＿ｆが１０〜３５％の複合体を使用
する請求項１記載のウィスカー強化金属複合材の製造方
法。 ３、マトリックス金属と同一の金属溶湯を５００〜１０
００ｍｍ／秒の速度で複合体と接触させる請求項１記載
のウィスカー強化金属複合材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4704988A JPH01222029A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ウイスカー強化金属複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4704988A JPH01222029A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ウイスカー強化金属複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01222029A true JPH01222029A (ja) | 1989-09-05 |
| JPH0472891B2 JPH0472891B2 (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=12764307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4704988A Granted JPH01222029A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ウイスカー強化金属複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01222029A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628149A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-08-08 | 北京科技大学 | 一种石墨晶须增强铜基复合材料的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943835A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-12 | Tokai Carbon Co Ltd | ＳｉＣウイスカ−によるＦＲＭの製造法 |
| JPS6160257A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-27 | Mazda Motor Corp | 金属複合材の製造法 |
-
1988
- 1988-02-29 JP JP4704988A patent/JPH01222029A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943835A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-12 | Tokai Carbon Co Ltd | ＳｉＣウイスカ−によるＦＲＭの製造法 |
| JPS6160257A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-27 | Mazda Motor Corp | 金属複合材の製造法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628149A (zh) * | 2012-03-23 | 2012-08-08 | 北京科技大学 | 一种石墨晶须增强铜基复合材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0472891B2 (ja) | 1992-11-19 |
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