JPH02101128A - Manufacture of metal matrix composite - Google Patents

Manufacture of metal matrix composite

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JPH02101128A
JPH02101128A JP25245388A JP25245388A JPH02101128A JP H02101128 A JPH02101128 A JP H02101128A JP 25245388 A JP25245388 A JP 25245388A JP 25245388 A JP25245388 A JP 25245388A JP H02101128 A JPH02101128 A JP H02101128A
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metal
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matrix metal
matrix
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義明 梶川
Tetsuya Suganuma
菅沼 徹哉
Takashi Morikawa
隆 森川
Atsuo Tanaka
淳夫 田中
Masahiro Kubo
雅洋 久保
Tetsuya Nukami
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

PURPOSE:To inefficiently and inexpensively manufacture a reinforcement-filled metal matrix composite by introducing a formed body of reinforcement into a molten matrix metal, such as Al and Mg, through a layer of molten flux of halide formed on the surface of the above molten matrix metal. CONSTITUTION:A molten flux of halide is disposed into a state of layer on the surface of a molten matrix metal, such as Al, Mg, Al alloy, and Mg alloy. A formed body of reinforcement is introduced into the above molten matrix metal through the above layer of molten flux. As the formed body, the one prepared, e.g., by forming SiC whisker, etc., to a fiber volume percentage, e.g., of about 20% can be used. Since the above formed body is coated with flux, the wettability of the formed body to the molten metal is improved and erosion due to the molten metal is prevented. By the above procedure, the molten metal is thoroughly infiltrated into the whole of the formed body. Then, the above formed body is taken out and the matrix metal filled into the formed body is solidified, by which the metal matrix composite of the prescribed shape consisting of the reinforcement and the matrix metal can be obtained in high yield.

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
金属枯複合材料の製造方法に係る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to a composite material, and more particularly to a method for producing a metal composite material using metal fibers as a reinforcing material and an aluminum alloy as a matrix.

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III)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t
li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、■甲溶融加工法、■HIP法等
があることが知られている。
Problems to be solved by conventional techniques and inventions For example, the paper [aluminum "Forming of composite materials (FRM)"
As described in Section III) entitled, methods for producing fiber-reinforced metal composite materials in which the reinforcing fibers are continuous fibers include ■diffusion bonding method, ■plasma spray method, and ■vapor phase t.
There are li deposition method, ■melt infiltration method, ■electrodeposition method (plating method), etc.As methods for manufacturing fiber reinforced metal composite materials whose reinforcing fibers are discontinuous fibers, ■powder metallurgy method, ■compocasting method, ■ It is known that there are methods such as molten metal forging method, ① melt processing method, ① HIP method, etc.

これらの方法のうち溶融浸透法及び溶湯鍛造法は上述の
他の方法に比して量産性等に優れていることから、工業
的には主としてこれらの方法が従来より一般に採用され
ている。しかし溶融浸透法や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、このことか複合材料
の実用化に対する一つの大きな阻害要因となっている。
Among these methods, the melt infiltration method and the molten metal forging method are superior to the other methods mentioned above in terms of mass productivity, and therefore these methods have been generally employed industrially. However, in the melt infiltration method and the molten metal forging method, it is necessary to pressurize the molten matrix metal to a very high pressure, which requires large-scale manufacturing equipment, which makes the manufacturing of composite materials expensive. This is one of the major hindrances to the practical application of composite materials.

かくして溶融浸透法や溶湯鍛造法による複合材料の製造
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。
Thus, in the production of composite materials by the melt infiltration method or the molten metal forging method, the wettability of the reinforcing fibers with the molten matrix metal is important in order to reduce the necessary pressure applied to the molten matrix metal, and furthermore to omit the application of pressure. It is necessary to significantly improve the

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゛な元素が挿加
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。
In view of this demand, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-295344 proposes the use of an aluminum alloy to which a special element is added as a matrix metal. However, there is a problem in that sufficient wettability cannot be ensured simply by adding a special element to the matrix metal, and the composition of the matrix metal is limited to a specific one.

また強化繊維が連続繊維である一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4
9−4250’4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50109904号、特開昭51−2843
3号、特開昭53−38791号、特開昭57−169
036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。
Furthermore, in the case where the reinforcing fibers are continuous fibers, various methods have been proposed to improve the wettability of the fibers to the molten metal of the matrix metal.
9-4250'4 describes a method of applying metal powder to the surface of fibers to thereby improve wettability, and Japanese Patent Application Laid-open No. 50109904 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-2843
No. 3, JP-A-53-38791, JP-A-57-169
No. 036 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-169037 describe a method of coating the surface of fibers with metal to thereby improve wettability.

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、一般に繊維か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
クス金属の溶湯か浸透し、従って上述の如き方法によれ
ば繊維と7トリツ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7トリツクス金属の溶湯と
の濡れ性の悪い強化繊維が使用される場合には、これら
の方法によってもマトリックス金属の溶湯との間の濡れ
性を十分に向上させ、ることか困難であり、そのため強
化繊維とマトリックス金属との間の密着性に優れた複合
材料を製造することが困難である。
As described in these publications, when the reinforcing fibers are continuous fibers, the fibers are generally oriented in one direction, so that the molten matrix metal penetrates between the individual continuous fibers due to capillary action. Accordingly, the method described above can improve the wettability between the fibers and the molten 7-trix metal. However, when reinforcing fibers that have poor wettability with the molten matrix metal are used, it is difficult to sufficiently improve the wettability with the molten matrix metal even with these methods. Therefore, it is difficult to produce a composite material with excellent adhesion between reinforcing fibers and matrix metal.

また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てあ
・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。
Furthermore, when the reinforcing fibers are short fibers or whiskers, since they are discontinuous, penetration of the molten matrix metal by capillary action cannot be expected. means for improving the wettability of continuous fibers, as described in
Merely applying the known methods to short fibers and whiskers cannot sufficiently improve their wettability. Furthermore, when the reinforcing fibers are short fibers or whiskers, it is difficult to cover them with a large amount of metal or apply a large amount of metal powder, and the cost is extremely high. These problems also occur when the surface of the fiber is coated with a metal oxide as described in US Pat. No. 4,376,803 and US Pat. No. 4,569,886.

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
’131466号公報や特開昭62767133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
リックス金属の溶湯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。
In addition, Japanese Patent Application Laid-open No. 5
As described in '131466 and JP-A-62767133, there is a known method in which a reinforcing material molded body is preheated to a predetermined temperature and then a molten matrix metal is infiltrated into the molded body under pressure. There is. According to this method, the wettability of the matrix metal with the molten metal is improved by heating the reinforcing material itself to a temperature at which the reinforcing material itself is heated, and the permeability of the matrix metal with the molten metal is improved compared to the case where the molded body is not preheated. . However, in these methods, it is essential to preheat the molded body, and special means are required for that purpose, so these methods also have limitations in streamlining and reducing the cost of manufacturing composite materials. There is.

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
1−1.65265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
In addition, Japanese Patent Application Laid-open No. 6, filed by the same applicant as the applicant
As described in Japanese Patent No. 1-1.65265, reinforcement is achieved by utilizing an oxidation-reduction reaction between a metal oxide contained in a molded product of a reinforcing material and a specific metal element in a matrix metal. A method of improving the permeability of molten matrix metal into a material molded body is known. However, this method has a problem in that it is not possible to produce a composite material in which the matrix metal is a metal of an arbitrary composition because the elements that undergo redox reactions with each other are limited.

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か必須で
あり、、従ってこれら従来の方法によってはマトリック
ス金属の溶湯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飼料を製造
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7トリツクス金属か凝固するこ
とか避けられないため、歩留りを向上させることができ
ないという問題かある。
Furthermore, in any of the above-mentioned conventional methods, it is essential to pressurize the molten matrix metal to a relatively high pressure, and therefore, in these conventional methods, pressurization of the molten matrix metal is omitted. It is not possible to efficiently and inexpensively produce compound feed by omitting the use of molds, etc. required for pressurization, and a relatively large amount of 7Tx is produced in areas other than the molded product in the mold each time it is cast. The problem is that the yield cannot be improved because the metal inevitably solidifies.

また特表昭59−500973号公報及び1985年4
月に出版されたJornal orMaLer4als
 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飼料の製造方法が記
載されている。しかしこの方法に於ては、強化繊維か炭
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
面被照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かある。
Also, Special Publication No. 59-500973 and April 1985
Journal orMaLer4als published in May
5science Letters describes a method for producing a composite feed in which a reinforcing fiber molded body is pretreated with a fluorine-containing reagent and the molded body is impregnated with a molten matrix metal. However, this method is limited to reinforcing fibers that are mainly composed of carbon or carbide or whose surfaces are coated with carbon or carbide, and the processed molded body is not used before being impregnated with the molten matrix metal. The problem is that it needs to be preheated.

本願発明者等は、従来の複合飼料の製造方法に於ける」
一連の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行った結果
、7トリツクス金属の溶湯の表面にハロゲン化物のフラ
ックスの溶融液を層状に配置し、該溶融液の層を経て溶
湯内に強化材成形体を導入することにより、上述の如き
種々の問題を解決し得ることを見出した。
In the conventional method for producing compound feed, the inventors of the present application
In view of a series of problems, various experimental studies were conducted, and the result was that a molten halide flux was placed in a layer on the surface of a 7-trix metal molten metal, and a reinforcing material was introduced into the molten metal through the molten layer. It has been found that the various problems mentioned above can be solved by introducing a molded body.

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
充填された複合飼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。
The present invention is based on the knowledge obtained as a result of various experimental studies conducted by the inventors of the present invention, and is based on the knowledge obtained as a result of various experimental studies conducted by the inventors of the present invention. The purpose is to provide a method for efficiently and inexpensively producing feed.

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飼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1」法の複合
飼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11的として
いる。
Furthermore, the present invention can produce a compound feed of substantially a predetermined shape and a 1" method very efficiently without using a mold for pressurizing a molten matrix metal or a mold for producing a compound feed of a predetermined shape. The eleventh objective is to provide a method that can be manufactured easily and with a very high yield of equipment.

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、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
クス金属の溶湯の表面にハロゲン化物のフラックスの溶
融液を層状に配置し、前記溶融液の層を経て前記溶湯内
に強化材成形体を導太し、前記強化材成形体中に浸透し
た溶湯を凝固させる金属基複合飼料の製造方法によって
達成される。
Means for Solving the Problems According to the present invention, the above-mentioned objects are achieved by using Al, Mg, Al
A molten halide flux is arranged in a layer on the surface of a molten metal of a matrix metal selected from the group consisting of alloys and Mg alloys, and a reinforcing material molded body is introduced into the molten metal through the layer of the molten liquid. This is achieved by a method for producing a metal-based composite feed in which the molten metal that has permeated into the reinforcing material molded body is solidified.

発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、マトリックス金属の溶湯の表面
にハロゲン化物のフラックスの溶融液が層状に配置され
、該溶融液の層を経て溶湯内に強化材成形体か導入され
る。フラックスの溶融液はマトリックス金属の溶湯及び
強化Hの表面の酸化膜を除去して強化材に対する溶湯の
濡れを改善し、これにより溶湯の成形体中への浸透性及
び強化材の濡れ性か向上され、これによりマトリックス
金属の溶湯か成形体全体に良好に浸透して行く。
Effects and Effects of the Invention According to the method of the present invention, a molten halide flux is arranged in a layer on the surface of a molten matrix metal, and a reinforcing material molded body is introduced into the molten metal through the layer of the molten metal. Ru. The molten flux removes the oxide film on the surface of the molten matrix metal and the reinforcement H, improving the wettability of the molten metal to the reinforcing material, thereby improving the permeability of the molten metal into the compact and the wettability of the reinforcing material. This allows the molten matrix metal to penetrate well into the entire molded body.

従って本発明のh°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高温に予熱しなくでも、従って
7トリツクス金属の溶湯を加圧したり強化材を高温に予
熱するための大損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祠
料を従来の方法に比して能率よく低廉に製造することか
できる。
Therefore, according to the h° method of the present invention, there is no need to pressurize the molten matrix metal or preheat the reinforcement to a high temperature, and therefore there is no need to pressurize the molten matrix metal or preheat the reinforcement to a high temperature. Composite abrasive materials in which matrix metal is well filled between individual reinforcing materials can be produced more efficiently and at lower cost than conventional methods without requiring any equipment.

また本発明によれば、強化材成形体はフラックスの溶融
液の層を経てマトリックス金属の溶湯中に導入されるの
で、少くとも初期段階に於ては強化材はフラックスの溶
融液の層にて被覆された状態にある。従ってフラックス
の溶融液か使用されない従来の方法の場合に比して、強
化材が7トリツクス金属の溶湯と反応することによる劣
化か防止若しくは低減され、これにより7トリツクス金
属が良好に複合強化された複合飼料を製造することがで
きる。
Further, according to the present invention, the reinforcing material molded body is introduced into the molten matrix metal through the layer of the molten flux, so that at least in the initial stage, the reinforcing material is introduced into the molten metal in the layer of the molten flux. It is in a covered state. Therefore, compared to the conventional method in which no flux melt is used, the deterioration caused by the reaction of the reinforcing material with the molten 7-trix metal is prevented or reduced, and the 7-trix metal is thereby successfully compositely strengthened. Compound feed can be produced.

また本発明の方法によれば、上述の如くマトリックス金
属の溶湯か良好に強化材成形体中へ浸透して行くので、
強化材にて所定の体積率の成形体を所定の形状及び寸法
にて形成し、その成形体をマトリックス金属の溶湯中に
浸漬した後溶湯より取出せば、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祠料が所定の強化制体
積率にて形成される。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
状及び寸法の複合飼料を能率よく低置に製造することが
できる。
Furthermore, according to the method of the present invention, as mentioned above, the molten metal of the matrix metal can penetrate well into the reinforcing material molded body.
If a molded body with a predetermined volume ratio is formed with a reinforcing material in a predetermined shape and size, and the molded body is immersed in a molten matrix metal and then taken out from the molten metal, the molten matrix metal will overflow over the entire molded body. It penetrates quickly and completely, thereby forming a composite abrasive material of substantially a predetermined shape and size with a predetermined reinforcement volume ratio. Therefore, a mold is required to pressurize the molten matrix metal and define a predetermined product shape, and a large amount of the matrix metal inevitably solidifies in parts of the mold other than the composite material. Compared to the forging method, etc., it is possible to efficiently produce a composite feed having a substantially predetermined shape and size at a very high yield in a low-lying manner.

本発明の方法に於ては、フラ・リクスはフッ化物系、塩
化物系、及びこれらの混合物であってよく、例えばに2
 ZrF6 、K2 TiF6 、KAlF4、K3 
AlF3 、K2 AlF3  ・H2O、C5AIF
4、C3AIF5 ・H2O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Ti、Zr5HfSVSNb、Taの如き遷移
金属又はAIを含むフッ化物や、従来よりアルミニウム
はんだ用フラックスとして使用されているKCI、Na
C1,LiC1、ZnCl、NH4Cl、CaC12、
S rC12,5nC12、NaF等であることが好ま
しい。
In the method of the invention, the fluorics may be fluoride-based, chloride-based, and mixtures thereof, such as
ZrF6, K2 TiF6, KAlF4, K3
AlF3, K2 AlF3 ・H2O, C5AIF
4. C3AIF5 ・Fluorides containing transition metals or AI such as Ti, Zr5HfSVSNb, Ta combined with electrically positive elements such as alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth metals, such as H2O, and conventional aluminum solders. KCI, Na, which is used as a flux for
C1, LiC1, ZnCl, NH4Cl, CaC12,
SrC12, 5nC12, NaF, etc. are preferable.

また本発明の方法に於ては、Ni、Fe、Co。Further, in the method of the present invention, Ni, Fe, Co.

CrS Mn、Cu、Ag、S  iS MgS A 
l、Zn5SnSTi、又はこれらを主成分とする合金
の微細片が強化材成形体中に含まれていてよく、成るい
は個々の強化材がかかる特定の金属にて被覆されていて
よい。
CrS Mn, Cu, Ag, SiS MgS A
1, Zn5SnSTi, or alloys based on these may be included in the reinforcement compact, or individual reinforcements may be coated with such specific metals.

かくして強化材成形体中に特定の金属の微細片が含まれ
ている場合若しくは強化材が特定の金属にて被覆されて
いる場合には、マI・す・ノクス金属の溶湯に対する強
化材の濡れ性を更に一層向上させることができる。
In this way, if the reinforcing material molded body contains minute pieces of a specific metal, or if the reinforcing material is coated with a specific metal, the wetting of the reinforcing material with respect to the molten metal may be reduced. properties can be further improved.

また本発明の方法に於ては、強化材の形態は長繊維、短
繊維、ウィスカ、粒子、又はそれらの混合物の如き任意
の形態のものであってよく、強化材が長繊維である場合
には強化材成形体は繊維束、強化繊維の編織体などであ
ってよく、また強化材が短繊維、ウィスカ、粒子、又は
それらの混合物である場合には強化材の吸引成形体や圧
縮成形体等であってよい。
Further, in the method of the present invention, the reinforcing material may be in any form such as long fibers, short fibers, whiskers, particles, or mixtures thereof, and when the reinforcing material is long fibers, The reinforcing material molded product may be a fiber bundle, a knitted or woven material of reinforcing fibers, etc., and if the reinforcing material is short fibers, whiskers, particles, or a mixture thereof, a suction molded product or a compression molded product of the reinforcing material may be used. etc.

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
。また本発明の方法に於ては、マトリックス金属の溶湯
は強化材成形体が浸漬された状態にて凝固せしめられて
もよく、またその場合マトリックス金属の溶湯は加圧さ
れた状態にて凝固せしめられてもよい。
In the method of the present invention, it is not necessary to preheat the compact, but when preheating the compact to improve the wettability of the reinforcing material, etc. to the molten matrix metal, the temperature may be set at the same temperature as conventional methods. It is preferable that the temperature is lower than that shown in the figure. Furthermore, in the method of the present invention, the molten matrix metal may be solidified while the reinforcing material molded body is immersed therein, and in that case, the molten matrix metal may be solidified under pressure. It's okay to be hit.

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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention will be explained in detail below by way of example embodiments with reference to the accompanying figures.

実施例1 第1図に示されている如く、平均繊維径0.5μ、平均
繊維長150μのSiCウィスカ10(東海カーボン株
式会社製)を成形することにより、20 X 10 X
 30 m+mの寸法を有し繊維体積率が20%である
強化材成形体12を形成した。また第2図に示されてい
る如く、10%MgCl2.40%CaCl2.30%
NaC1,20%KCIなる組成を有する粉末状のフラ
ックスを約800℃の純マグネシウムの溶湯16の表面
に層状に配置し、フラックスを溶湯の熱によって溶融さ
せることにより、溶湯の表面をフラックスの溶融液14
にて覆った。
Example 1 As shown in FIG. 1, SiC whisker 10 (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.) having an average fiber diameter of 0.5 μm and an average fiber length of 150 μm was formed into a 20×10×
A reinforcing material molded body 12 having dimensions of 30 m+m and a fiber volume fraction of 20% was formed. Also, as shown in Figure 2, 10%MgCl2.40%CaCl2.30%
Powdered flux having a composition of NaCl and 20% KCI is arranged in a layer on the surface of pure magnesium molten metal 16 at about 800°C, and the flux is melted by the heat of the molten metal, so that the surface of the molten metal is covered with the molten flux. 14
Covered with.

次いで強化材成形体12を200℃に予熱した後、第3
図及び第4図に示されている如く、溶融液14の層を経
て純マグネシウムの溶湯中に強化材成形体12を導入し
、溶湯中に約20秒間浸漬保持した後溶湯より取出し、
強化材成形体中に浸透した溶湯をそのままの状態にて凝
固させた。この場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力
により強化材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。
Next, after preheating the reinforcing material molded body 12 to 200°C, the third
As shown in the figure and FIG. 4, the reinforcing material molded body 12 is introduced into the pure magnesium molten metal through a layer of the molten liquid 14, immersed in the molten metal for about 20 seconds, and then taken out from the molten metal.
The molten metal that had penetrated into the reinforcing material molded body was solidified in that state. In this case, the molten metal remained attached to the reinforcing material compact due to surface tension until it solidified, and substantially did not drip from the compact.

溶湯が完全に凝固した後、かくして得られた凝固体をそ
の長手方向中央にて切断し、その断面を研磨して光学顕
微鏡にて観察したところ、強化材成形体全体に亙り純マ
グネシウムが過不足なく良好に浸透しており、SiCウ
ィスカと純マグネシウム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。またこの複合
飼料の寸法は元の強化材成形体の寸法と実質的に同一で
あり、またSiCウィスカの体積率は元の強化祠成形体
に於ける体積率と実質的に同一の20%であった。
After the molten metal was completely solidified, the solidified body thus obtained was cut at the center in the longitudinal direction, and the cross section was polished and observed under an optical microscope. As a result, it was found that there was an excess or deficiency of pure magnesium throughout the reinforcing material molded body. It was confirmed that a composite material was formed in which SiC whiskers and pure magnesium had good adhesion and had good adhesion. In addition, the dimensions of this composite feed are substantially the same as the dimensions of the original reinforcement molded body, and the volume fraction of SiC whiskers is 20%, which is substantially the same as the volume fraction of the original reinforcement molded body. there were.

また比較の1」的で、この実施例に於て形成された強化
材成形体と同様の強化材成形体を200℃にf熱した後
、純マグネシウムの溶湯中に直接浸漬し20秒間保持し
た後溶湯より取出して溶湯を凝固させたところ、純マグ
ネシウムの溶湯は強化材成形体中に全く浸透していなか
った。
In addition, for comparison 1, a reinforcing material compact similar to the reinforcing material compact formed in this example was heated to 200°C, and then directly immersed in a pure magnesium molten metal and held for 20 seconds. When the molten metal was removed from the molten metal and solidified, it was found that the pure magnesium molten metal had not penetrated into the reinforcing material molded body at all.

実施例2 第5図に示されている如く、容器18に貯容された湯温
760°Cの純アルミニウムの溶湯20に仕切り壁22
を部分的に浸漬することにより溶湯の表面を二つの部分
に分割した。
Embodiment 2 As shown in FIG. 5, a partition wall 22 is placed between a pure aluminum molten metal 20 at a temperature of 760°C stored in a container 18.
The surface of the molten metal was divided into two parts by partial immersion.

次いでフラックスとしてのKAlF4粉末を純アルミニ
ウムの溶l易20の一方の表面に層状に配置し、KAl
F4粉末を溶湯の熱によって溶融させることにより、溶
湯の一方の表面をKAlF4の溶融液24にて覆った。
Next, KAlF4 powder as a flux is arranged in a layer on one surface of the pure aluminum melt 20, and the KAlF4 powder is
By melting the F4 powder using the heat of the molten metal, one surface of the molten metal was covered with a molten liquid 24 of KAlF4.

次いて第5図に示されている如く、表面に厚さ0.2μ
にてN1が無電解めっきされた繊維径7μの炭素繊維(
東し株式会社製rT300j)のヤーン26(フィラメ
ント数3000本)を溶融液24の層を経て純アルミニ
ウムの溶湯中に連続的に導入し、溶湯の他方の表面より
連続的に人気中に取出し、炭素繊維のヤーンに浸透した
溶湯をそのまま連続的に凝固させ、これにより炭素繊維
にて複合強化された線状の複合材料28を連続的に形成
した。
Next, as shown in Figure 5, the surface is coated with a thickness of 0.2μ.
Carbon fiber with a fiber diameter of 7μ electrolessly plated with N1 (
Toshi Co., Ltd. rT300j) yarn 26 (3000 filaments) was continuously introduced into the pure aluminum molten metal through the molten liquid 24 layer, and continuously taken out from the other surface of the molten metal, The molten metal that had permeated the carbon fiber yarn was continuously solidified as it was, thereby continuously forming a linear composite material 28 reinforced with carbon fibers.

かくして形成された複合材料を長平方向に垂直に切断し
、その断面を研磨して光学顕微鏡にて観察したところ、
個々の炭素繊維の間に純アルミニウムが過不足なく良好
に浸透しており、炭素繊維と純アルミニウムとの密着状
態も良好であることが認められた。尚炭素繊維の体積率
は約40%であった。
When the composite material thus formed was cut perpendicularly to the longitudinal direction, the cross section was polished and observed under an optical microscope.
It was found that the pure aluminum penetrated well between the individual carbon fibers, and the adhesion between the carbon fibers and the pure aluminum was also good. The volume percentage of carbon fiber was approximately 40%.

実施例3 強化材成形体として平均繊維径8μのステンレス鋼(J
IS規格5US316L)繊維よりなる帯状のフェルト
(日本精線株式会社製「ナスロンフェルト」、厚さ51
11m5幅50mm)が使用され、フラックスとして2
0%NaC1,45%KCI。
Example 3 Stainless steel (J
IS standard 5US316L) band-shaped felt made of fiber (Nippon Seisen Co., Ltd. "Naslon Felt", thickness 51
11m5 width 50mm) was used, and 2
0% NaCl, 45% KCI.

15%LiC1,10%LiF、10%ZnC12なる
組成を有する粉末状のフラックスが使用され、マトリッ
クス金属の溶湯として湯温730°Cのアルミニウム合
金(JIS規格AC4C)の溶湯が使用された点を除き
実施例2と同様の要領にて帯状の複合材料を製造した。
Except that a powdered flux having a composition of 15% LiC1, 10% LiF, and 10% ZnC12 was used, and a molten aluminum alloy (JIS standard AC4C) at a temperature of 730 ° C was used as the molten metal for the matrix metal. A strip-shaped composite material was manufactured in the same manner as in Example 2.

この実施例の複合材料に於ても元の強化材成形体全体に
亙りアルミニウム合金が過不足なく良好に浸透しており
、ステンレス鋼繊維とアルミニウム合金との密着状態も
良好であることが認められた。またこの複合材料の;」
法も元の強化材成形体の・J゛法と実質的に同一であり
、またステンレス鋼繊維の体積率も元の強化材成形体に
於ける体積率と実質的に同一の8%であった。
In the composite material of this example as well, it was observed that the aluminum alloy penetrated well throughout the original reinforcing material molded body, and the adhesion between the stainless steel fibers and the aluminum alloy was also good. Ta. Also of this composite material;
The method was also substantially the same as the J method for the original reinforcement compact, and the volume fraction of stainless steel fibers was 8%, which was substantially the same as the volume fraction in the original reinforcement compact. Ta.

また比較のに1的で、実施例1の比較例の場合と同様、
フラックスの溶融液を使用することなく複合材料の製造
を試みたところ、ステンレス鋼繊維よりなる強化材成形
体中にはアルミニウム合金が全く浸透していなかった。
Also, for comparison, as in the case of the comparative example of Example 1,
When we attempted to manufacture a composite material without using a flux melt, we found that the aluminum alloy did not penetrate into the reinforcing material molded body made of stainless steel fibers at all.

以上に於ては本発明を幾つか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種々の実施例が可能で
あることは当業名にとって明らかであろう。例えばフラ
ックスの溶融液はフラックスの粉末等を加熱することと
により形成され、しかる後マトリックス金属の溶湯の表
面に配置されてもよい。
Although the present invention has been described above in detail with reference to several embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be obvious to those skilled in the art that this is the case. For example, a molten flux may be formed by heating flux powder or the like, and then placed on the surface of the molten matrix metal.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第4図は本発明による金属基複合材料の製造
方法の一つの実施例の一連の工程を示す工程図、第5図
は本発明による金属基複合材料の製造方法の他の一つの
実施例を示ず解図である。 10・・・SiCウィスカ、12・・・強化材成形体。 14・・・フラックスの溶融液、16・・・純マグネシ
ウムの溶湯、18・・・容器、20・・・純アルミニウ
ムの溶湯、22・・・仕切り壁、24・・・KA I 
F4の溶融液、26・・・炭素繊維のヤーン、28・・
・複合材料特 許 出 願 人  トヨタ自動車株式会
月代     理     人   弁理士  明  
石  昌  毅]8 第 図 第 図
1 to 4 are process diagrams showing a series of steps of one embodiment of the method for producing a metal matrix composite material according to the present invention, and FIG. 5 is a process diagram showing another method for producing a metal matrix composite material according to the present invention. This is an illustrative diagram without showing two embodiments. 10... SiC whisker, 12... Reinforcement molded body. 14...Flux molten liquid, 16...Pure magnesium molten metal, 18...Container, 20...Pure aluminum molten metal, 22...Partition wall, 24...KA I
Melt of F4, 26...Carbon fiber yarn, 28...
・Composite material patent applicant: Toyota Motor Corporation Tsukiyoshi attorney Akira, patent attorney
Takeshi Ishimasa] 8 Figure Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 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の表面にハロゲン化物
のフラックスの溶融液を層状に配置し、前記溶融液の層
を経て前記溶湯内に強化材成形体を導入し、前記強化材
成形体中に浸透した溶湯を凝固させる金属基複合材料の
製造方法。
A molten halide flux is arranged in a layer on the surface of a molten metal of a matrix metal selected from the group consisting of Al, Mg, Al alloys, and Mg alloys, and reinforcing material is introduced into the molten metal through the layer of the molten liquid. A method for producing a metal matrix composite material, which comprises introducing a molded body and solidifying the molten metal that has penetrated into the reinforcing material molded body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110423915A (en) * 2019-08-29 2019-11-08 东北大学 A kind of preparation method of aluminum matrix composite
CN112620612A (en) * 2020-12-02 2021-04-09 南京理工大学 Protective agent in aluminum alloy liquid forming packaging ceramic and preparation and use methods thereof

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