JPH02182367A - 繊維強化複合部材の製造方法 - 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） この発明は、必要な部位を強化繊維により部分的に強化
したｍ維強化複合部材の！Ｊ造方法に関するものである
。

（従来の技術） 従来、アルミニウムなどの金属を部分的に強化する手段
の１つとして、予め、金属を強化ｍ維で複合化した複合
材を、必要部位に配置して、この複合材を他部と接合し
て部分複合化部材を得ており、前記複合材は溶融溶接、
ろう付けにより接合している。

また、他の接合方法として、鋳包みによる接合方法が提
案されている（特開昭６１−１５４７５９号）。

この鋳包み方法は、予め複合化させた複合材を、鋳型内
において所望箇所に配置し、この鋳型内に金属溶湯を注
入して金属溶湯を高圧で加圧しつつ複合材を一体的に鋳
包むものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の接合方法によれば、溶接の場合に
は、溶接熱によって繊維が劣化したり、Ｉ！ｉＮ分布状
態に影響を受けるという問題点があり、ろう付けでは、
ろう材の介在により、機械的特性に悪影響を及ばす問題
点がある。

ざらに、鋳包み法によれば、複合材とマトリックス金属
との境界、すなわち接合部で、十分な強度が得られず、
複合部材全体としての機械的特性に悪影響を及ぼす問題
点がある。

本願発明は、上記問題点を解決することを基本的な目的
とし、複合材を強度に接合することにより、機械的特性
に優れた部分強化型の複合部材が得られる繊維強化複合
部材の！Ｆｊ造方決方法供するものである。

（：！題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本願発明の４１雑強化複合部
材の製造方法は、強化繊維と金属とからなる複合材の外
面のうち所望面で強化繊維を露出させておき、この複合
材を鋳型内に配置して、鋳型内でマトリックス金属溶湯
を高温で加圧しつつ凝固させて、前記複合材と一体化さ
せることを特徴とするものである。

なお、前記複合材は、常法により得られるものであれば
よく、例えば溶湯中に強化ｔＵｔを分散さぜたものや、
強化繊維で成形した成形体に金属溶湯を含浸させたもの
であってもよい。

なお、ここで複合材における金属？８湯の種別は特に制
限されるものではなく、複合材料の使用目的等に応じて
適宜選択することができ、例えば純アルミニウムや、Ｊ
ＩＳ６０６１などのアルミニウム金属を用いる。

また、強化１１雑としては、ＳｉＣ，５ｉ３Ｎｓなどの
短ｍ維や長ｔａｓａを用いることができ、さらに雲母、
黒鉛、／１２０３．Ｆｅ２Ｏ３などの無機化合物、Ｗ、
Ｆｅなどの金属を用いることができる。また繊維は単結
晶（ウィスカー）、多結晶であることを問わす、非晶質
のものであってもよい。

この強化繊維の体積含有率は適宜選定することができる
。

上記により得られた複合材は、接合部分のうち、大きな
接合強匪が望まれる所望面の強化繊維を露出させておく
が、望ましくは接合面の全面で強化繊維を露出させてお
く。

この強化繊維の露出量は、繊維径以上とするのが望まし
い。これは、露出量が小さいと接合強度の向上が十分に
得られないためである。

但し、露出ｍが多いと、露出させた強化繊維に金属溶湯
を含浸させるために高圧力等が必要となるので、過度に
露出させないのが望ましい。

なお、この強化ｔｉｌｔの露出は、複合材の表面を電解
研磨または化学エツチングして金属を部分的に除去する
ことにより行なうことができる。

これら方法によれば、上記所望面の酸化物や汚れも同時
に除去することができ、接合強度も一層増大させること
ができる。

上記により得られた複合材は、複合部材の用途や、要求
特性に基づいて、複合部材を鋳造する鋳型の所望箇所に
配置する。

上記複合材と接合するべく鋳造するマトリックス金属は
、一般には複合材の金属と同一種別のものを用いるが、
必ずしも同一種の金属でなくてもよい。

また、前記１８造時におけるマトリックス金属溶湯への
加圧圧力は、１００　Ｋ９／　ｒ：ｒ！以上とするのが
望ましい。

これは、マトリックス金属溶湯が、複合材における露出
した強化繊維に十分にぬれて、アンカー効果が得られる
ように上記数値以上を望ましいものとしたものである。

なお、１０００Ｋｇ／ｃＩＡを超えて加圧しても、加圧
による上記効果は飽和するので、その加圧力は１０００
ｋｇ／ｉ以下とするのが望ましい。

（作　用） すなわち、この発明によれば、複合材を鋳型内の所望箇
所に配置することにより、複合部材の必要箇所を部分的
に強化することができる。

しかも、複合材の接合面には、マトリックス金属溶湯が
高圧力を加えられながら接触しており、複合材の表面層
の金属が部分的に溶融し、マトリックス金属溶湯と結合
する。この結合に関しては、上述したようにマトリック
ス金属溶湯への高圧加圧により、複合材とマトリックス
金属溶湯が確実に接触するので、熱伝導もよく、上記結
合性が増大する。

しかも、強化繊維の露出部では、マトリックス金属溶湯
への加圧により溶湯が強化繊維に強制的にぬれることと
なり、強化繊維のアンカー効果が確実に得られる。

また、前記加圧により鋳造時に生じゃすい鋳巣の発生も
防止でき、マトリックス金属の材質改善効果も得られる
。

（実施例１） 以下に、この発明の一実施例を添付図面に基づいて説明
する。

まず第１に、Ｊ　ｌ５６０６１アルミニウム合金中に、
繊維径０．５１ｆＲ，繊維長５０ｉｆＲのＳｉＣウィス
カを２０％の容積率で含有する角型の複合材を用意する
（第１図）。

なお、この複合材中のウィスカの配向はランダムなもの
とする。

上記複合材１の接合面２は、予め箱盛加工を施して脱脂
しておく。

次に、１０％ＮａＯＨ水溶液を５５℃に加熱し、この水
溶液中に前記複合材を浸して、接合面に１分間のエツチ
ング処理を行った（第２図）。その後、電気炉内で６０
０℃で１時間の加熱処理を行い、鋳造用金型３の所望箇
所に配置した。

その後、７５０℃のＪＩＳ６０６１アルミニウム合金溶
氾４を前記金型内に注ぎ、この溶湯に１００ＯＮ５Ｆ／
ａｉｌの圧力を加えつつ鋳造（加圧ｖｌ造）して、部分
強化をした複合部材を得た。この複合部材はＴ６熱処理
を行って時効硬化させた。

次に、複合材とマトリックス金属との接合強度を評価す
るため、上記実施例１とは別に、上記製造工程において
、複合材にエツチング処理を施すことなく、他の条件を
同一にして複合材とマトリックス金属とを複合−休止さ
せた複合部材（比較例１）を得た。

そして、比較例１は、複合材と、マトリックス金属との
接合を人力により解くことが可能であり、接合強度は極
めて小さく、実用に耐え得るものではなかった。

一方、実施例１は、接合面の引張り強さが２０〜２５Ｋ
ｇ／ｍであり、十分な接合強度が得られた。

（実施例２） 次に、他の実施例を以下に説明する。

ＪＩＳ２０１４アルミニウム合金に対し、３ｉＣウイス
カ（０，５ｊｆｆｉ径、５０ｕＲ長さ）を容積率として
２５％含有する複合材から２０ｓｎ径の押出丸棒を得た
。

この丸棒の端面に対し、過塩素酸１０％エタノール液に
より、−１０℃、２０Ｖで３分間電解研磨して、前記Ｓ
ｉＣウィスカを露出させた。この際に、ウィスカの突出
長さは１〜４ｔＩＲであった。

この丸棒の強化ｍ維露出面（接合面）を上部にして、電
気炉中で５００℃、１時間の予備加熱処理をした。

次に、丸棒を鋳造用金型に配置し、金型内に７５０℃の
ＪＩＳ２０１４アルミニウム合金を注入し、５０ＯＮｙ
／ｍの加圧力で高圧鋳造した。

得られた複合材料は、Ｔ６熱処理を行い、その接合部の
引張強度を測定したところ、マトリックス金属の強度に
近い３５に９／ＩＩｔＩＡの値が得られた。

（実施例３） 次に、複合材の予備加熱温度の影響を検討するために、
実施例１の工程において、予備加熱温度のみを変えて、
複合材料を製造し、その接合部の引張強度を測定した。

その結果は第１表に示す。

第１表 上記のように、複合材の予備加熱温度は、３００℃以上
とすることにより、接合強度の増加が顕著となった。

（実施例４） 次に、ｖＩ造時の加圧力による接合強度への影響を検討
するために、実施例１の工程で、加圧力を変えて複合材
料を製造し、得られた複合材料の接合強度を測定した。

その結果を第２表に示す。

上記のように、１００に９／ｃｍ以上の加圧力により十
分なる接合強度が得られており、５００ｋｆｆ／−を超
えても、接合強度の向上効果は飽和している。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の繊維強化複合部材の製
造方法によれば、強化繊維と金属とからなる複合材の外
面のうち所望面で強化ｌ１１Ｍを露出さＵておき、この
複合材を鋳型内に配置して、鋳型内でマトリックス金属
溶湯を高圧で加圧しつつ凝固させて、前記複合材と一体
化させるので、複合材が強固に接合され、複合材料の機
械的特性が著しく改善されるという効果がある。

また、強化繊維の露出を、電解研磨または化学エツチン
グで行うことにより、強化繊維の露出とともに酸化物や
汚れも除去され、接合強度が一層向上するという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の工程における複合材の斜
視図、第２図は同じくエツチング処理を施した複合材の
斜視図、第３図は同じく加圧鋳造時の断面図である。 １・・・複合材　　２・・・接合面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　強化繊維と金属とからなる複合材の外面のうち所望
   面で強化繊維を露出させておき、この複合材を鋳型内に
   配置して、鋳型内でマトリックス金属溶湯を高圧で加圧
   しつつ凝固させて、前記複合材と一体化させることを特
   徴とする繊維強化複合部材の製造方法 ２　複合材の所望面は電解研磨または化学エッチングし
   て強化繊維を露出させることを特徴とする請求項１記載
   の繊維強化複合部材の製造方法 ３　マトリックス金属溶湯への加圧圧力は、１００ｋｇ
   ／ｃｍ＾２以上としたことを特徴とする請求項１または
   ２記載の繊維強化複合部材の製造方法