JPH01279720A - 金属基複合材料の製造方法 - 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、複合材料に係り、更に詳細には金属繊維等を
強化材とし、アルミニウム合金等をマトリックスとする
金属基複合材料の製造方法に係る。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題例えば日本
軽金属学会の主催により昭和６０年７月１５〜１６日に
熱海市に於て開催された第３回金属成形セミナーに於て
頒布された「アルミニウム複合材料（ＦＲＭ）の成形」
と題する小冊子に記載されている如く、強化繊維が連続
繊維である繊維強化金属複合材料の製造方法として、■
拡散接合法、■プラズマ・スプレィ法、■気相析出法、
■溶融浸透法、■電着法（めっき法）等があり、強化繊
維が不連続繊維である繊維強化金属複合材料の製造方法
として、■粉末冶金法、■コンポキャスティング法、■
溶湯鍛造法、■半溶融加工法、■ＨＩＰ法等があること
が知られている。

特に強化繊維が不連続繊維である場合には、上述の他の
方法に比して量産性等に優れていることから、主として
上述の■の溶湯鍛造法（高圧鋳造法）が従来より一般に
採用されている。しかし溶湯鍛造法に於ては、マトリッ
クス金属の溶湯を非常に高い圧力に加圧する必要があり
、従って製造設備が大規模なものとなり、そのため複合
材料の製造が高コストになり、このことが複合材料の実
用化に対する一つの大きな阻害要因となっている。

かくして強化繊維が短繊維である場合に於ける複合材料
の製造に於ては、マトリックス金属の溶湯に対する必要
加圧力を低減し、更には加圧を省略することが要請され
ており、このことを実現するためには強化繊維とマトリ
ックス金属の溶湯との濡れ性を大幅に改善することが必
要である。

かかる要請に鑑み、例えば特開昭６１−２９５３４４号
公報には、マトリックス金属として特殊な元素が添加さ
れたアルミニウム合金を使用することが提案されている
。しかしマトリックス金属に特殊な元素を添加するだけ
では十分な濡れ性を確保することができず、またマトリ
ックス金属の組成が特定のものに限定されてしまうとい
う問題がある。

また強化繊維が連続繊維である場合についてマトリック
ス金属の溶湯に対する繊維の濡れ性を改善するための種
々の方法が従来より提案されており、例えば特開昭４９
−４２５０４号公報には繊維の表面に金属粉末を塗布し
、これにより濡れ性を改善する方法が記載されており、
特開昭５０−１０９９０４号、特開昭５２−２８４３３
号、特開昭５３−３８７９１号、特開昭５７−１６９０
３６号、特開昭５７−１６９０３７号の各公報には繊維
の表面に金属を被覆し、これにより濡れ性を改善する方
法が記載されている。

これらの公報に記載されている如く、強化繊維が連続繊
維である場合には、一般に繊維が一方向に配向されるの
で、毛細管現象によって個々の連続繊維の間にマトリッ
クス金属の溶湯が浸透し、従って上述の如き方法によれ
ば繊維とマトリックス金属の溶湯との間の濡れ性を向上
させることができる。

しかし強化繊維が短繊維やウィスカである場合には、そ
れらが不連続なものであるため毛細管現象によるマトリ
ックス金属の溶湯の浸透を期待することができず、従っ
て例えば特開昭５９−２０５４６４号公報に記載されて
いる如く、連続繊維について濡れ性を向上させる手段と
して知られている方法を只単に短繊維やウィスカに適用
しただけではそれらの濡れ性を十分に向上させることは
できない。また強化繊維が短繊維やウィスカである場合
には、これらの金属を多量に被覆したり金属粉末を多量
に塗布することが困難であり、また非常に高コストであ
る。これらの問題は米国特許第４，３７６．８０３号及
び同第４，５６９，８８６号公報に記載されている如く
繊維の表面を金属酸化物にて被覆する場合も同様である
。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭５
７−３１４６６号公報や特開昭６２−６７１３３号公報
に記載されている如く、強化材成形体を所定の温度に予
熱し、しかる後成形体中にマトリックス金属の溶湯を加
圧浸透させる方法が知られている。かかる方法によれば
、強化材自身が成る温度に加熱されることによってマト
リックス金属の溶出との濡れ性が向上し、成形体が予熱
されない場合に比してマトリックス金属の溶湯の浸透性
が向上する。しかしこれらの方法に於ては成形体を予熱
することが必須であり、またそのための特別の手段が必
要であり、従ってこれらの方法によっても複合材料の製
造を能率化し低コスト化することに限界がある。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭６
１−１６５２６５号公報に記載されている如く、強化材
の成形体中に含まれる金属酸化物とマトリックス金属中
の成る特定の金属元素との間に於ける酸化還元反応を利
用して強化材成形体中へのマトリックス金属の溶湯の浸
透性を向上させる方法が知られている。しかしこの方法
に於ては互いに酸化還元反応する元素が成る程度制限さ
れるため、任意の組成の金属をマトリックス金属とする
複合材料を製造することができないという問題がある。

更に上述の何れの従来の方法に於ても、マトリックス金
属の溶湯を成る比較的高い圧力に加圧することが必須で
あり、従ってこれら従来の方法によってはマトリックス
金属の溶出に対する加圧を省略したり、加圧に必要な鋳
型等の使用を省略して能率よく低廉に複合材料を製造す
ることはできず、また鋳造毎に鋳型内の成形体以外の領
域に於て比較的多量のマトリックス金属が凝固すること
が避けられないため、歩留りを向上させることができな
いという問題がある。

また特表昭５９−５００９７３号公報及び１９８５年４
月に出版されたＪｏｒｎａｌ　ｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓ
　５ｃｉｅｎｃｅ　Ｌｅｔｔｅｒｓには、強化繊維の成
形体をフッ素含有試薬で前処理し、その成形体にマトリ
ックス金属の溶湯を含浸させる複合材料の製造方法か記
載されている。しかしこの方法に於ては、強化繊維が炭
素又は炭化物を主成分とし若しくは炭素又は炭化物で表
面被覆された強化繊維に限定され、またマトリックス金
属の溶湯を含浸させる前に処理後の成形体を予熱するこ
とが必要であるという問題がある。

本願発明者等は、従来の複合材料の製造方法に於ける上
述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行った結果、
特定の金属よりなる強化材の成形体中に金属フッ化物の
微細片を混入することにより、特定の金属以外の金属よ
りなる強化材の成形体中に特定の金属及び金属フッ化物
の微細片を混入することにより、上述の如き種々の問題
を解決し得ることを見出した。

本発明は本願発明者等が行った種々の実験的研究の結果
得られた知見に基き、マトリックス金属の溶湯を加圧し
なくてもマトリックス金属が個々の強化材の間に良好に
充填された複合材料を能率よく低廉に製造することので
きる方法を提供することを目的としている。

また本発明は、マトリックス金属の溶湯を加圧するため
の鋳型や所定の形状の複合材料を製造するための鋳型を
用いることなく、実質的に所定の形状及び寸法の複合材
料を非常に能率よく且装置に非常に高い歩留りにて製造
することのできる方法を提供することを目的としている
。

課題を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、■Ｆｅ、Ｃｒ　ｓ
　Ｎ　ｉｓ　Ｔ　Ｉ　ＳＣｕ　ｓ　Ｚ　ｎ　ｓ　Ａ　１
−、　Ｍ　ｇ　％　Ｓｎ　ｓ　Ｍ　ｎ　％　Ｃｏ　ｓ　
Ａ　ｇ　％　Ｐ　ｂ　ｓ　Ｓ　ｌ　％及びこれらの合金
よりなる群より選択された金属よりなる強化材と、金属
フッ化物の微細片とを含む成形体を形成し、前記成形体
の少くとも一部をＡｌ、〜１ｇ１Ａｌ合金、及びＭｇ合
金よりなる群より選択されたマトリックス金属の溶湯に
接触させ、前記溶湯を実質的に加圧することなく前記成
形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方法、■Ｆｅ
、Ｃｒ、Ｎ　ｉ−、Ｔ　１％　Ｃｕ　ＳＺ　ｎ　％　Ａ
　Ｉ　、Ｍ　ｇ　％　Ｓ　ｎ　％　Ｎｉｎ　−、ＣＯ−
、Ａ　ｇ　％　Ｐ　ｂ　ＳＳ　１　ｓ及びこれらの合金
よりなる群より選択された金属以外の金属よりなる強化
材と、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎ１、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａ　ｌ５
Ｍｇ、ＳｎＳＭｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｂ。

Ｓｉ１及びこれらの合金よりなる群より選択された金属
の微細片と、金属フッ化物の微細片とを含む成形体を形
成し、前記成形体の少くとも一部をＡｌ、Ｍｇ、Ａｌ合
金、及びＭｇ合金よりなる群より選択されたマトリック
ス金属の溶湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加圧する
ことなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製
造方法、及び■Ｆｅ５Ｃｒ、Ｎｉｓ　Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ
、、Ａｌ、Ｍｇｓ　Ｓｎｓ　ＭｎＳＣｏ５Ａｇ、Ｐｂ、
Ｓ　ｉｑ及びこれらの合金よりなる群より選択された金
属以外の金属よりなり、Ｆ　ｅ　ｓ　Ｃｒ　ｓ　Ｎ　ｌ
　％　Ｔ　ｔ　５Ｃｕｓ　Ｚｎ５Ａ　Ｉ、Ｍｇ５Ｓｎ、
Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ　ＳＰ　ｂ　ｓ　Ｓ　ｉ、及びこれら
の合金よりなる群より選択された金属にて被覆された強
化材と、金属フッ化物の微細片とを含む成形体を形成し
、前記成形体の少くとも一部をＡｌ５Ｍｇ、Ａｌ合金、
及びＭｇ合金よりなる群より選択されたマトリックス金
属の溶湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加圧すること
なく前記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方
法によって達成される。

発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、特定の金属よりなる強化材と金
属フッ化物の微細片とを含む成形体、又は特定の金属以
外の金属よりなる強化材と特定の金属と金属フッ化物の
微細片とを含む成形体が形成され、その成形体の少くと
も一部がマトリックス金属の溶湯と接触せしめられる。

前記特定の金属はマトリックス金属の溶湯に対する濡れ
性に優れているので、溶湯は特定の金属を伝って成形体
中へ浸透する。金属フッ化物はマトリックス金属の溶湯
及び特定の金属の酸化膜を除去して強化材に対する溶湯
の濡れを改善する。またマトリックス金属の溶湯及び金
属は互いに反応することによって発熱し、その熱によっ
て溶湯及び強化材が加熱され、これにより溶湯の成形体
中への浸透性及び強化材の濡れ性が向上され、これによ
りマトリックス金属の溶湯が成形体全体に良好に浸透し
て行く。

従って本発明の方法によれば、マトリックス金属の溶湯
を加圧したり強化材を予熱しなくても、従ってマトリッ
クス金属の溶湯を加圧したり強化材を予熱するための大
川りな設備を要することなく、マトリックス金属が個々
の強化材の間に良好に充填された複合材料を従来の方法
に比して能率よく低廉に製造することができる。

また本発明の方法によれば、上述の如（マトリックス金
属の溶湯が良好に成形体中へ浸透して行くので、特定の
金属よりなる強化材と金属フッ化物の微細片とを含む成
形体、又は特定の金属以外の金属よりなる強化材と特定
の金属と金属フッ化物の微細片とを含む成形体を所定の
形状及び寸法にて形成し、その一部をマトリックス金属
の溶湯に接触させれば、成形体全体にマトリックス金属
の溶湯が過不足なく迅速に浸透し、これにより実質的に
所定の形状及び寸法の複合材料が形成される。従ってマ
トリックス金属の溶湯を加圧したり所定の製品形状を郭
定するための鋳型を要し、また鋳型内の複合材料以外の
部分にて多量のマトリックス金属が凝固することが避け
られない従来の溶湯鍛造法等に比して、非常に高い歩留
りにて実質的に所定の形状及び寸法の複合材料を能率よ
く低廉に製造することができる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、特定の金属は短繊
維、ウィスカ、粉末の如き微細片として使用され、従っ
て特定の金属以外の金属よりなる強化材と特定の金属の
微細片と金属フッ化物微細片とを混合することにより、
或いは強化材の表面に特定の金属の微細片及び金属フッ
化物の微細片を付着することにより、これらよりなる成
形体が形成される。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、特定の金属は
強化材の表面に被覆される。従ってこの場合には特定の
金属にて被覆された強化材と金属フッ化物とを混合する
ことにより、或いは特定の金属にて被覆された強化材の
表面に金属フッ化物を付着させることにより、これらよ
りなる成形体が形成される。

本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、強化材の表面
に特定の金属が被覆され、その被覆層中に金属フッ化物
の微細片が分散され、かかる複合被覆層を有する強化材
を用いて成形体が形成される。

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、成形
体中に特定の金属及び金属フッ化物の微細片が含まれて
いれば、マトリックス金属の？＠湯の成形体中への１ｉ
ｕ性を向上させることができるが、強化材に対する特定
の金属の重量比が１％以上であり、強化材に対する金属
フッ化物の微細片の重量比が０．０１％以上、特に０．
０３９６以上である場合にマトリックス金属の溶湯を成
形体中へ良好に浸透させることができる。従って本発明
の一つの詳細な特徴によれば、成形体中の特定の金属の
皿は強化材に対する重量比で見て１％以上に設定され、
成形体中の金属フッ化物の微細片の量は強化材に対する
重量比で見て０．０１％以上、好ましくは０．０３％以
上に設定される。

また本発明の方法に於ては、金属フッ化物は任意の金属
元素のフッ化物であってよいが、例えばに２　ＺｒＦ６
　、Ｋ２　ＴｉＦ６　、ＫＡｌＦ４　、Ｋ２ＡｌＦ３　
、Ｋ２　ＡｌＦ３　　・Ｈ２０，Ｃ５ＡＩＦ４、Ｃ５Ａ
ＩＦ４　　・Ｈ２０の如く、アルカリ金属、アルカリ土
類金属、希土類金属の如き電気的に正の元素と結合した
Ｔ　ｉ、Ｚ　ｒ、Ｈｆｓ　ＶＪＮｂ、Ｔａの如き遷移金
属又はＡＩを含むフッ化物であることが好ましい。従っ
て本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、金属フッ化
物は電気的に正の金属元素と結合した遷移金属又はＡｌ
を含むフッ化物である。

また本発明の方法に於ては、特定の金属は上述の任意の
金属であってよいが、特にＮｉ５Ｆｅ。

Ｔｉ５Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓ　ｉ、ＺｎＳＳｎ、又はこれらを
主成分とする合金であることが好ましい。従って本発明
の他の一つの詳細な特徴によれば、金属はＮｉ、Ｆｅ、
Ｔｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓ　ｉ、Ｚｎ。

Ｓｎ、及びこれらを主成分とする合金よりなる群より選
択された金属である。

また本発明の方法に於ては、強化材の形態は任意の形態
のものであってよいが、本発明の方法は強化材が長繊維
の場合よりも短繊維、ウィスカ、粒子、又はそれらの混
合物である場合に特に有用である。従って本発明の更に
他の一つの詳細な特徴によれば、強化材は短繊維、ウィ
スカ、粒子、及びそれらの混合物よりなる群より選択さ
れる。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中の強化材、特定の金属、及び金属フッ化物の微
細片の合計の体積率が低過ぎても逆に高過ぎてもマトリ
ックス金属の溶湯を成形体中に良好に浸透させることが
困難になる。従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴
によれば、成形体中の強化材、特定の金属、及び金属フ
ッ化物の微細片の合計の体積率は４〜９０％、好ましく
は５〜８５％に設定される。

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中に含まれる特定の金属の体積率が高い値であっ
てもその種類によってはマトリックス金属の溶湯を成形
体中に良好に浸透させることができるが、金属の量が多
くなればなる程強化材の体積率が相対的に低下し、また
マトリックス金属の組成が大きく変化することになる。

従って本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、成
形体中の特定の金属の体積率は８５％以下、好ましくは
８０％以下に設定される。

また本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、成形
体は所定の形状及び寸法を有し、その−部のみが゛マト
リックス金属の溶湯に浸漬される。

かかる方法によれば、マトリックス金属の溶湯を加圧し
たり所定の製品形状を郭定するための鋳型等を使用する
ことなく、所定の形状及び寸法の複合材料を非常に高い
歩留りにて能率よく且装置に製造することができる。

尚本発明の方法に於ては、成形体の予熱は不要であるが
、マトリックス金属の溶湯に対する強化材等の濡れ性を
向上させるべく成形体を予熱する場合には、その温度は
従来より採用されている温度よりも低いことが好ましい
。また本発明に於ける金属フッ化物の微細片の形態は短
繊維、ウィスカ、粉末の如き任意の形態のものであって
よい。

また本願出願人により本願と同日付にて出願された特願
昭６３−　　　　　号明細書には金属以外の無機質の強
化材の成形体に金属及び金属フッ化物の微細片を混入す
る複合材料の製造方法が、また特願昭６３−　　　　　
号明細書には強化材の成形体に金属の微細片を混入する
複合材料の製造方法が開示されている。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 平均繊維径３０μｍ、平均繊維長１，５■のＮｉ繊維（
２，７ｇ）と、平均粒径２０μｍのに２ＺｒＦ６粉末（
０，００５４ｇ）とを混合し、その混合物を金型を用い
て約１００　ｋｇ／　ｃｌＢ２の圧力にて加圧すること
により、第１図に示されている如く、１０ｘ３０Ｘ５ｆ
ｆｉＩｍの寸法を有する成形体１０を形成した。尚この
成形体のＮｉ繊維１４の体積率は約２０％であり、Ｎｉ
繊維に対するに２　ＺｒＦ６粉末１６の重量比は約０．
２％であり、これらは実質的に互いに均一に混合された
状態にあった。

次いで第２図に示されている如く、各成形体を予熱する
ことなくその下端より約１／３の部分を７５０℃の純Ａ
Ｉの溶湯１８中に約１０秒間浸漬し、しかる後成形体を
溶湯より取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。

この場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形
体に付着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落
ちることはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認めら
れた。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体の溶湯に浸漬され
なかった部分を含む成形体全体にＡＩが過不足なく良好
に浸透しており、Ｎｉ繊維とＡＩとの密着状態も良好で
ある複合材料が形成されていることが確認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＺｒＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どＡＩの溶湯が浸透せず、実質的に複
合材料を製造することはできなかった。

実施例２ 平均繊維径３０μｍ１平均繊維長２ｍＩＩのＮｉ繊維（
２，７ｇ）と、平均粒径２０μｍのに２ＺｒＦ６粉末（
０，００３ｇ）とを混合し、その混合物を金型を用いて
約１００　ｋｇ／　ｃｍ”の圧力にて加圧することによ
り、１０１０Ｘ３０Ｘ５の寸法を有する成形体を形成し
た。尚この成形体のＮｉ繊維の体積率は約２０％であり
、Ｎｉ繊維に対するに２ＺｒＦ６粉末の重量比は約０．
１９６であり、これらは実質的に互いに均一に混合され
た状態にあった。

次いで各成形体を予熱することなくその下端より約１／
３の部分を７８０℃の純Ｍｇの溶湯中に約１０秒間浸漬
し、しかる後成形体を溶湯より取出し、そのままの状態
で溶湯を凝固させた。この場合溶湯はそれが凝固するま
で表面張力により成形体に付着した状態を維持し、実質
的に成形体より滴り落ちることはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認めら
れた。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体の溶湯に浸漬され
なかった部分を含む成形体全体にＭｇが過不足なく良好
に浸透しており、Ｎｉ繊維とＭｇとの密着状態も良好で
ある複合材料が形成されていることが確認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＺｒＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どＭｇの溶湯が浸透せず、実質的に複
合材料を製造することはできなかった。

実施例３ 平均繊維径４０μｍ１平均繊維長２＋ｎｍのＣｒ繊維（
２，１ｇ）と、平均粒径１００μｍのＳｎ粉末（０，５
ｇ）と、ＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末（０，０１５ｇ）とを湿式
混合し、その混合物を金型を用いて約１２０　ｋｇ／　
ｃｍ”の圧力にて加圧することにより、１０１０Ｘ３０
Ｘ５の寸法を有する成形体を形成した。尚この成形体の
Ｃｒ繊維の体積率は約５％、約２０％であり、Ｃｒ繊維
に対するＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末の重量比は約０．７％であ
り、これらは実質的に互いに均一に混合された状態にあ
った。

次いで成形体を予熱することなくその下端より約１／３
の部分を７５０°Ｃの純ＡＩの溶湯中に約１０秒間浸漬
し、しかる後成形体を溶湯より取出し、そのままの状態
で溶湯を凝固させた。この場合溶湯はそれが凝固するま
で表面張力により成形体に付着した状態を維持し、実質
的に成形体より滴り落ちることはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を、８１１ｊ定したところ、この凝固体は元の
成形体と実質的に同一の形状及び寸法を有していること
が認められた。またこの凝固体を切断し、その断面を研
磨して光学顕微鏡にて観察したところ、成形体の溶湯に
浸漬されなかった部分を含む成形体全体にＡＩが過不足
なく良好に浸透しており、Ｃｒ繊維とＡＩとの密着状態
も良好である複合材料が形成されていることが確認され
た。

また比較の目的で、ＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末が含まれていな
かった点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同
様の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の
場合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかし
その成形体中には殆どＡｌの溶湯が浸透せず、実質的に
複合材料を製造することはできなかった。

実施例４ 平均繊維径３０μｍ、平均繊維長１．５＋ｎｍのＴｉ繊
維（５ｇ）と、平均粒径４０μｍのアルミニウム合金粉
末（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）（０，７ｇ）と、平均粒径２
０μｍのに２ＺｒＦ６粉末（１ｇ）とを混合し、その混
合物を金型を用いて約１２０ｋｇ／ｃ−の圧力にて加圧
することにより、外径８５ｎｕｎ、内径７０ｍ１＋、高
さ４ｍｍのリング状の成形体を形成した。尚この成形体
のＴｌ繊維及びアルミニウム合金粉末の体積率はそれぞ
れ約１５％、約２０％であり、Ｔｉ繊維に対するに２Ｚ
ｒＦ４粉末の重量比は約１４％であり、Ｎｉ繊維、アル
ミニウム合金粉末、及びに２ＺｒＦ６粉末は実質的に互
いに均一に混合された状態にあった。

次いで成形体を３００℃に予熱し、しかる後第３図に示
されている如くピストンを重力鋳造するための金型２２
のトップリング溝部に対応する位置に成形体２０を配置
し、金型内に約７３０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規
格ＡＣ８Ａ）の溶湯を注湯し、該溶湯を実質的に加圧す
ることなく凝固させ、これにより第４図に示されている
如きピストン粗材２４を形成した。

次いでかくして形成されたピストン粗材を切断し、その
断面を研磨して光学顕微鏡にて観察した所、元の成形体
に対応する部分全体にアルミニウム合金が良好に浸透し
ており、またかくして成形された複合材料の部分と他の
アルミニウム合金のみの部分との界面には空隙やアルミ
ニウム合金の溶湯の酸化被膜の残存の如き欠陥は全く認
められなかった。

実施例５ 平均繊維径６０μｍ、平均繊維長３Ｉのステンレス鋼（
ＪＩＳ規格５ＵＳ３０４）繊維（１７０ｇ）と、平均粒
径４０μｍのＮｉ粉末（１１０ｇ）とを混合し、その混
合物を金型を用いて約１２０ｋｇ／ｃｒＡ２の圧力にて
加圧することにより、第５図に示されている如く、直径
９０ｍｍ、長さ４０ｍＩＱの寸法を有する円柱状の成形
体２６を形成した。

次いで第６図に示されている如く、成形体２６を約９０
℃のに２ＴｉＦ５水溶液２８中に浸漬し、しかる後その
成形体を約１２０℃の温度に加熱することによって乾燥
し、これによりステンレス鋼繊維及びＮｉ粉末の表面に
に２ＴｉＦ６を微細に再結晶させた。尚かくして処理さ
れた成形体のステンレスｆ！ｌｌｌ繊維及びＮｉ粉末の
体積率はそれぞれ約８％、約５％であり、ステンレス鋼
繊維に対するに２ＴｉＦ６粉末の重量比は約０．８％で
あり、これらは実質的に互いに均一に混合された状態に
あった。

次いで成形体を約３５０°Ｃに予熱し、しかる後その成
形体を約８００℃のマグネシウム合金（ＪＩｓ規格ＭＣ
２）の溶湯中に約１５秒間浸漬し、しかる後成形体を溶
湯より取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。こ
の場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形体
に付着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落ち
ることはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認めら
れた。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にマグネシウ
ム合金が過不足なく良好に浸透しており、ステンレス鋼
繊維及びＮｉ粉末とマグネシウム合金との密着状態も良
好である複合材料が形成されていることが確認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＴｉＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どマグネシウム合金の溶湯が浸透せず
、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例６ 先ず平均繊維径１２μｍのＮｉ合金繊維（Ｎｉ−２０％
Ｃｒ）のストランド（フィラメント数１０００本）を用
意し、またＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末を水に添加することによ
りＫＡ　Ｉ　Ｆ４が懸濁されたスラリーを形成した。

次いで第７図に示されている如く、ストランド３０をス
ラリー３２に連続的に通すことにより、各Ｎｉ合金繊維
の間にＫＡ　Ｉ　Ｆ４の微粒を付着させ、しかる後その
ストランドを連続的に乾燥炉３４に通し、これによりス
トランドを約１２０°Ｃに加熱して水分を除去し、更に
ストランドを予熱炉３６に通すことにより約４００℃に
予熱した。更に第８図に示されている如く、かくして処
理されたストランド３０′を約７６０℃の純ＡＩの溶湯
３８中に連続的に通し、これにより個々のＮｉ合金繊維
の間にＡＩの溶湯を浸透させ、しかる後溶湯を凝固させ
、更にセラミック製のダイス４０に通すことにより、Ｎ
ｉ合金繊維にて複合強化されたＡｌよりなる連続的なプ
リフォームワイヤ４２を製造した。

次いでかくして製造されたワイヤを切断し、その断面を
研摩して光学顕微鏡にて観察したところ、個々のＮｉ合
金繊維の間にＡＩが良好に浸透していることが認められ
た。尚この複合材料のＮｉ合金繊維の体積率は約３０％
であった。

また比較の目的で、ＫＡ　Ｉ　Ｆａ粉末が含まれていな
かった点を除きこの実施例に於て形成されたストランド
と同様のストランドを形成し、そのストランドを用いて
この実施例の場合と同様の要領にて複合材料の製造を試
みた。しかしそのストランド中には殆どＡＩの溶湯が浸
透せず、実質的に複合材料を製造することはできなかっ
た。

実施例７ 先ず平均繊維径１００μ■の、平均繊維長３０ｍａｎの
ステンレス鋼繊維のフェルトよりなり、幅３００ｍ＋ｎ
厚さ１０ｍｍのストラップを用意し、またＣｓ　Ａ　Ｉ
　Ｆ　４粉末を水に添加することによりＣ５ＡＩＦ４が
懸濁されたスラリーを形成した。

次いでストラップをスラリーに連続的に通すことにより
、各ステンレス鋼繊維の表面にＣ５ＡｌＦ４の微粒を付
着させ、しかる後そのストラップを連続的に乾燥炉に通
し、これによりストラップを約１２０℃に加熱して水分
を除去し、更にストラップを予熱炉に通すことにより約
２００°Ｃに予熱した。更にストラップを約７２０℃の
アルミニウム合金の溶湯中に連続的に通し、これにより
個々のステンレス鋼繊維の間にアルミニウム合金の溶湯
を浸透させ、しかる後溶湯を凝固させることにより、ス
テンレス鋼繊維にて複合強化されたアルミニウム合金よ
りなる板状のプリフォームを形成し、そのプリフォーム
が高温状態にある間にそれを圧延し、これにより厚さ５
ｍｍの板状の複合材料を製造した。

次いでかくして製造された複合材料を切断し、その断面
を研摩して光学顕微鏡にて観察したところ、個々のステ
ンレス鋼繊維の間にアルミニウム合金が良好に浸透して
いることが認められた。尚この複合材料のステンレス鋼
繊維の体積率は約１０％であった。

また比較の目的で、（：５ＡＩＦ４粉末が含まれていな
かった点を除きこの実施例に於て形成されたストラップ
と同様のストラップを形成し、そのストラップを用いて
この実施例の場合と同様の要領にて複合飼料の製造を試
みた。しかしそのストラップ中には殆どアルミニウム合
金の溶湯が浸透せず、実質的に複合材料を製造すること
はできなかった。

実施例８ 平均セルサイズ１＋ｎｍ、気孔率９５％のＮｉ発泡体を
機械加工することにより、２０Ｘ１０Ｘ８０）の直方体
を形成した。次いで約９０℃のに２ＺｒＦ６水／８液（
１３ｇ／１００ｃｃ）中に直方体を浸漬し、その溶液を
攪拌した後約４０℃まで冷却することにより、第９図に
示されている如く、Ｎ１発泡体４４のセル４６中にに２
ＺｒＦ６の微細片４８を微細に再結晶させた。尚この成
形体のＮｉ発泡体に対するに２ＺｒＦ５の微細片の重量
比は約２％であった。

次いで成形体を約２００℃に予熱し、しかる後その成形
体を７５０℃のアルミニウム合金（ＪｌＳ規格Ａ３９０
）の溶湯中に約１５秒間浸漬し、しかる後成形体を溶湯
より取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。この
場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形体に
付着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落ちる
ことはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認めら
れた。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にアルミニウ
ム合金が過不足なく良好に浸透しており、Ｎｉ発泡体と
アルミニウム合金との密着状態も良好である複合材料が
形成されていることが確認された。

また比較の目的で、Ｋ２ＺｒＦ６粉末が含まれていなか
った点を除きこの実施例に於て形成された成形体と同様
の成形体を形成し、その成形体を用いてこの実施例の場
合と同様の要領にて複合材料の製造を試みた。しかしそ
の成形体中には殆どアルミニウム合金の溶湯が浸透せず
、実質的に複合材料を製造することはできなかった。

実施例９ Ｃｒめっき厚さ０，２μｍにてＣｒめっきが施された平
均繊維径２０μｍのＷ連続繊維を長さ１０ｃ＋ｎに切断
し、外径８ｍｍ５内径６　ｔｎｍｓ長さｌｌＣ１Ｍのス
テンレス鋼製のバイブに一方向に配向して充填した。こ
の場合Ｗ繊維の繊維体積率は約４０％であった。次いで
この成形体をバイブ毎約９０℃のに２ＺｒＦ６飽和水溶
液中に浸漬した後取出し、約１５０℃に加熱することに
より乾燥させた。これによりＷ繊維の表面に均一にに２
ＺｒＦ６の結晶を微細に析出させた。このに２ＺｒＦ６
の微細片のＷ繊維に対する重量比は０９０３％であった
。

次いで上述の成形体を約７００℃のＡｌ合金（ＪＩＳ規
格ＡＣ７Ｂ）の溶湯中に約１／２の長さまで約２０秒間
浸漬し、しかる後成形体を溶湯より取出し、そのままの
状態で溶湯を凝固させた。

この場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形
体に付着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落
ちることはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を１ＴｌｌＩ定したところ、この凝固体は元の
成形体と実質的に同一の形状及び寸法を有していること
が認められた。またこの凝固体を切断し、その断面を研
磨して光学顕微鏡にて観察したところ、成形体の溶湯に
浸漬されなかった部分を含む成形体全体にＡｌ合金が過
不足なく良好に浸透しており、Ｗ繊維とＡｌ合金との密
着状態も良好である複合材料が形成されていることが確
認された。

実施例１０ 平均繊維径１０μｍのＫＡ　Ｉ　Ｆ４粉末が懸濁された
Ｎｉめっき浴中に、平均繊維径１５μｍ１平均繊維長２
ＩのＭｏ繊維を浸漬し、繊維の表面に厚さ１０μｍにて
Ｎｉを無電解めっきした。この場合Ｎｉめっき層中には
体積率約５％にてＫＡｌＦ４粉末が分散されていた。

次いでかくしてめっきされたＭｏ繊維に対し真空成形を
行うことにより、２０Ｘ５０Ｘ１０ｍｍの寸法を有する
成形体を形成した。尚この成形体のＭｏ繊維及びＮｉの
体積率はそれぞれ約１０％、約４０％であり、Ｍｏ繊維
に対するＫＡｌＦ４粉末の重量比は約６２６であった。

次いで各成形体を予熱することなく７８０℃の純Ａｌの
溶湯中に約２０秒間浸漬し、しかる後成形体を溶湯より
取出し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。この場合
、溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形体に付
着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落ちるこ
とはなかった。

溶湯が完全に凝固し冷却した後、かくして得られた凝固
体の寸法を測定したところ、この凝固体は元の成形体と
実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認めら
れた。またこの凝固体を切断し、その断面を研磨して光
学顕微鏡にて観察したところ、成形体全体にＡＩが過不
足なく良好に浸透しており、Ｍｏ繊維とＡｌとの密着状
態も良好である複合材料が形成されていることが確認さ
れた。

尚上述の実施例１〜３に於て、成形体全体をマトリック
ス金属の溶湯中に浸漬した場合にも複合状態が良好な複
合材料を製造することができた。

また上述の実施例４〜１０に於て成形体を予熱しない場
合にも複合状態が良好な複合材料を製造することができ
た。更に上述の実施例１〜５及び実施例９．１０の比較
例の成形体を用いて良好な複合材料を製造するためには
、マトリックス金属の溶湯を５００〜１０００ｋｇ／ａ
ｎ’の高い圧力に加圧することが必要であることが認め
られた。

以上に於ては本発明を種々の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の江々の実施例が可能であ
ることは当業者にとってあらかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は特定の金属よりなる強化材としてのＮｉ繊維と
に２ＺｒＦ６粉末とよりなる成形体を示す斜視図、第２
図は第１図に示された成形体がマトリックス金属の溶湯
中に部分的に浸漬された状態を示す解図、第３図及び第
４図は本発明の方法に従ってピストン粗材を製造する工
程を示す解図、第５図は特定の金属よりなる強化繊維と
してのステンレス鋼繊維と特定の金属の微細片としての
Ｎｉ粉末とよりなる円柱状の成形体を示す斜視図、第６
図は第５図に示された成形体かに２ＴｉＦ６水溶液中に
浸漬された状態を示す、第７図及び第８図は本発明の方
法に従ってプリフォームワイヤを製造する工程を示す解
図、第９図はＮｉ発泡体のセル中にに２ＺｒＦ６の微細
片が微細に再結晶された状態を示す断面図である。 １０・・・成形体、１４・・・Ｎｉ繊維、１６・・・Ｋ
２　ＺｒＦ６粉末、１８・・・純Ａｌの溶湯、２０・・
・成形体。 ２２・・・金型、２４・・・ピストン粗材、２６・・・
成形体。 ２８・・・Ｋ２ＴｉＦ６水溶液、３０・・・ストランド
。 ３２・・・スラリー、３４・・・乾燥炉、３６・・・予
熱炉。 ３８・・・紙Ａｌの溶湯、４０・・・ダイス、４２・・
・プリフォームワイヤ、４４・・・Ｎｉ発泡体、４６・
・・セル。 ４８−に２　Ｚ　ｒ　Ｆ６の微細片 持　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
　　理　　　　　人　　　弁理士　　明　　石　　昌　
　毅図面の浄書 第１図 第２図 １０・・成形体 １４・・ＮＬ纜帷 １６・・Ｋ２ＺｒＦ６　　粉末 第　３　図 部　４　図 ２０・・成形体 ２４　・　ピストン８オオ 第　５　図 第６図 ２６・・成形体 ２８・・Ｋ２Ｔｊ　Ｆ６ホ溶府 第　７　図 第８図 ３Ｑ・・ストランド ３８−　純へしの溶ノ易 ４２・　プリフォームワイヤ 第９図 ４４・・Ｎし発泡体 ４８−−　Ｋ２Ｚｒ　Ｆ６の微細片 （方　式） 手続補正書 １、事件の表示　昭和６３年特許願第１０８１７２号２
、発明の名称 金属基複合材料の製造方法 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　愛知県豊田市トヨタ町１番地名　称　　（３
２０）　　）ヨタ自動車株式会社４、代理人

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍ
   ｇ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、及びこれら
   の合金よりなる群より選択された金属よりなる強化材と
   、金属フッ化物の微細片とを含む成形体を形成し、前記
   成形体の少くとも一部をＡｌ、Ｍｇ、Ａｌ合金、及びＭ
   ｇ合金よりなる群より選択されたマトリックス金属の溶
   湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加圧することなく前
   記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方法。
2. （２）Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍ
   ｇ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、及びこれら
   の合金よりなる群より選択された金属以外の金属よりな
   る強化材と、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａ
   ｌ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、及び
   これらの合金よりなる群より選択された金属の微細片と
   、金属フッ化物の微細片とを含む成形体を形成し、前記
   成形体の少くとも一部をＡｌ、Ｍｇ、Ａｌ合金、及びＭ
   ｇ合金よりなる群より選択されたマトリックス金属の溶
   湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加圧することなく前
   記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方法。
3. （３）Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍ
   ｇ、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、及びこれら
   の合金よりなる群より選択された金属以外の金属よりな
   り、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｇ
   、Ｓｎ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｐｂ、Ｓｉ、及びこれらの
   合金よりなる群より選択された金属にて被覆された強化
   材と、金属フッ化物の微細片とを含む成形体を形成し、
   前記成形体の少くとも一部をＡｌ、Ｍｇ、Ａｌ合金、及
   びＭｇ合金よりなる群より選択されたマトリックス金属
   の溶湯に接触させ、前記溶湯を実質的に加圧することな
   く前記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方法
   。