JPH02247340A - 金属系複合材料の製造方法 - Google Patents

金属系複合材料の製造方法

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JPH02247340A
JPH02247340A JP6758289A JP6758289A JPH02247340A JP H02247340 A JPH02247340 A JP H02247340A JP 6758289 A JP6758289 A JP 6758289A JP 6758289 A JP6758289 A JP 6758289A JP H02247340 A JPH02247340 A JP H02247340A
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JP
Japan
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composite material
metal
fibers
drum
based composite
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JP6758289A
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English (en)
Inventor
Takahito Hosokawa
細川 孝人
Akitatsu Masaki
彰樹 正木
Shigeto Nishide
西出 重人
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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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、金属系複合材料の製造方法に係わり、特に航
空宇宙分野で利用される金属系複合材料の製造方法に関
するものである。
[従来の技術] 一般に航空機材料としては、アルミニウム(Aj)やチ
タニウム(Ti )が採用されており、通常、アルミニ
ウムは約150℃までの温度で使用され、チタニウムは
300〜400℃までの温度で使用されている。そして
、航空機の機体やエンジン部品等には、性能を向上させ
るべく軽量かつ強度を有することが要求される。軽量化
を図るためには材料の肉厚を薄くすれば良いが、その反
面強度が劣ることになる0例えば、強度のない軟らかい
材料を機体に使用すると撓んで振動が生じ、又、エンジ
ンに使用すると、その高速回転による遠心力で形状が変
化してしまう。
そこで、近年、軽量かつ強度を有する材料として金属系
複合材料が創案され航空宇宙分野を始めとする多くの分
野で使用されている。
この金属系複合材料は、例えばアルミニウム合金やチタ
ニウム合金のマトリックス(基地)中に、炭素繊維や、
化学蒸着法(CVD法)等によって得た炭化珪素繊維等
の繊維を含有させたしのである。
このような金属系複合材料を用いると、例えば航空機エ
ンジンのファンブレードに剛性を持たせることができる
ので、振動が防止され相隣接するブレード同士が干渉し
難くくなり、当該ブレードの中央部に設けられているミ
ツト・スパン・シュラウドが不要となるため、空力性能
を向上させることができる。
[発明が解決しようとする課題] しかし、従来の金属系複合材料は、軽量かつ強度を有す
る材料ではあるが、機体や比較的温度の低い領域で使用
される部品等にしか採用することはできず、例えば40
0℃以上の高温で使用すると所望の強度を得ることがで
きないという問題があった。
また、多層の金属系複合材料の成形体を得るためには市
販の板状のプラズマテープを数枚重ね合わせて熱間プレ
スしなければならず、プレス力により繊維が破損するば
かりでなく、連続的に製造できないという問題があった
上述の如き課題に鑑みて本発明は、軽量で高温強度に著
しく優れた多層の金属系複合材料を、繊維を破損させる
ことなく簡単かつ連続的に製造することができる金属系
複合材料の製造方法を提供することを目的とするもので
ある。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成すべく本発明は、回転するドラム上に巻
き付けたバッキングホイル上に金属マトリックスとして
急速凝固状態で特性を有する高耐熱性アルミニウム合金
を溶射した後、この高耐熱性アルミニウム合金層上に、
繊維を巻き取り、その上に上記高耐熱性アルミニウム合
金を再び溶射することを繰り返して、多層の金属系複合
材料を成形するようにしたものである。
[作用] 上記構成によれば、ドラムを回転させながら金属マトリ
ックスとしての急速凝固状態で特性を発揮する高耐熱性
アルミニウム合金の溶射と、繊維の巻き取りとを交互に
行う簡単な方法で連続的に多層の金属系複合材料が成形
されるものである。
このように金属マトリックス中に多層に繊維が含有され
たことにより、材料の剛性が向上しその成形品が軽量化
され、さらに、上記金属マトリックス自体が急速凝固状
態で特性を発揮する高耐熱性アルミニウム合金にて形成
されたので、溶射したままのポーラスな状態でも高温強
度が著しく向上するものである。
[実施例] 以下に本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて詳述
する。
第1A図乃至第1D図に示す如く、本発明の金属系複合
材料の製造方法は、まず、直径的800 mのドラム1
上にバッキングホイル2として純アルミニウム<AN 
)薄板を巻き付ける(第1A図)。
次に、上記ドラム1を回転させながら上記バッキングホ
イル2上に金属マトリックス3として、例えばAl−8
Cr−IFe又はAj−4Ti等の高耐熱性アルミニウ
ム合金をプラズマ溶射4する(第1B図)、そして、こ
の高耐熱性アルミニウム合金層上に、上記炭化珪素繊維
(SiCF)5を巻き取り(第1C図)、この5iCF
S上に上記高耐熱性アルミニウム合金を再びプラズマ溶
射4筆る(第1D図)、このような工程を繰り返し行い
多層の金属系複合材料を成形する。その後、上記ドラム
1から取り外した多層の金属系複合材料を風孔処理する
。最後に、上記バッキングホイル2のAjを化学的に除
去するものである。上記風孔処理を行う変りに、多層の
金属系複合材料二枚を溶射面を合わせて、873にx3
9HPa x3Onin。
の条件で、熱間プレスにより拡散結合及び溶射欠陥除去
を行うようにしても良い。
尚、上記多層の金属系複合材料における上記5ICFの
体積含有率は48%とした。
第2図は、以上のような製造方法により成形した金属系
複合材料の繊維に対して90°方向の断面ミクロ組織を
示すものである0図示するように、この金属系複合材料
6の金属マトリックス3は、急速凝固状態で特性を発揮
する高耐熱性アルミニウム合金にて形成されている。そ
して、この金属マトリックス3中に含有されている繊維
は上記5LCF5にて形成されている。この5iCF5
は5iCj4やCs H4の雰囲気にした反応容器内で
炭素繊維(OF)7上に化学蒸着法(CVD法)により
5IC8を成長させたものであり、約0.14mgの径
を有している。
次に上記実施例における作用を述べる。
このように本発明は、ドラム1を回転させながら金属マ
トリックス3としての急速凝固状態で特性を発揮する高
耐熱性アルミニウム合金のプラズマ溶射4と、5LCF
5の巻き取りとを交互に行う簡単な方法で連続的に多層
の金属系複合材料6を成形することができるものである
。そして、上記金属マトリックス3中に多層に5iCF
5が含有されたことにより、材料の剛性が向上しその成
形品を軽量化することができる。さらに、上記金属マト
リックス3自体が急速凝固状態で特性を発揮するAJ 
 8Cr−IPe又はAオー4Ti等の高耐熱性アルミ
ニウム合金にて形成されたので、溶射したままのポーラ
スな状態でも高温強度が著しく向上するものである。
従って、プレス力を受けないので5ICF5が破損する
ことがない、また、多層の金属系複合材料6二枚を溶射
面を合わせて、873にx39HPa x301n、の
条件で、熱間ブレスにより拡散結合及び溶射欠陥除去す
ることにより、良好な特性を有する成形体が得られる6 次に、このように製造した上記AJ−8Cr−IFeを
゛金属マトリックスとした場合(S i、 CFAj−
8Cr−IFe)の金属系複合材料6の0°方向及び9
0°方向の、室温(RT) 、 573に。
723に、及び823Kにおける引張強度を下記機、1
に示す。
ここで、上記O′方向とは金属系複合材料6を繊維方向
に引っ張る場合であり、90°方向とは繊維方向に対し
て90゛の方向に引っ張る場合である。
表、 I  5iCF AJ −8Cr −I Feノ
高温引張強度上記表、1に示す如く、5iCFAj −
8Cr−lFeは、O″方r&+の引張強度として室温
平均1833HPaと単一系のa:、 V D 1lI
ii強化AJマトリックス金属系複合材料(FRM)と
しては、最高の強度を示した。
さらに、上記5iCFAj−8Cr−IFe(sicp
の体積含有率は48%)及び5ICFAj−4TI (
SiCFの体積含有率は48%)の高温引張強度を従来
の金属マトリックスを月86061としたS i CF
e2O2の高温引張強度と対比した。第、3図は、0゛
方向の高温引張強度の対比であり、第4図は90”方向
の高温引張強度の対比を示すものである。
第3図に示す如く、O゛方向高温引張強度は、全温度域
でS I CFe2O2を上まわっており、723にで
も平均強度1490HPaを維持している。上記SIC
F A J  3 Cr1 p eは、同等の5iCF
の体積含有率を有するS i CFe2O2に対し、O
@左方向耐熱温度を約150に向上しているといえる。
しかし、5LCFAj−4Tiと比較すルト、室温から
573Kまでは同等以上の強度を有しているが、573
に以上では同等もしくは若干それを下まわっている。
また、第4図に示す如く、90゛方向の高温引張強度は
、室温から723に程度まで顕著な低下を示さず、約5
0HPaを維持している。5iCF6061に比べれば
、室温付近では低強度であるが、約550に以上で高い
値となっており、600に以上では約130にの耐熱温
度向上がみられる。5iCFAオー4Tiに対しては、
室温から723にの範囲で同等以下の強度となっている
[発明の効果] 以上要するに本発明によれば、軽量で高温強度に著しく
優れた多層の金属系複合材料を、繊維を破損させること
なく簡単かつ連続的に製造することができるという優れ
た効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の金属系複合材料の製造方法を説明する
ための概略図、第2図は本発明により製造した金属系複
合材料の断面ミクロ組織を示す図、第3図はO゛方向高
温引張強度を示すグラフ、第4図は90’方向の高温引
張強度を示すグラフである。 図中、1はドラム、2はバッキングホイル、3は金属マ
トリックス、4は溶射、5は繊維、6は金属系複合材料
である。 特許出願人 石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士 
絹  谷  信  雄 (外1名) 手続補正書(岐) 特許庁長官  吉 1)文 毅  殿 1、事件の表示 特願平1−67582号 2、発明の名称 金属系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 (009)石川島播磨重工業株式会社 4、代理人 郵便番号 105 東京都港区愛宕1丁目6番7号 平成1年7月20日 1、事件の表示 特願平1−67582号 2、発明の名称 金属系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 (009)石川島#11磨重工業株式会社4、代理人 郵便番号 105 東京都港区愛宕1丁目6番7号 愛宕山弁護士ビル 5、補正命令の日付 平成1年7月4日 (発送口) (1〕  明細書10頁18〜20行「、第3図は0°
方向の高温引張強度を示すグラフ、第4図は90゛方向
の高温引張強度を示すグ自発 6、補正の対象 明細書(図面の簡単な説明の欄)及び図面7、補正の内
容 中 図面の簡単な説明の欄を次のように訂正。 「 第1図は本発明の金属系複合材料の製造方法を説明
するための概略図、第2図は本発明により製造した金属
系複合材料の断面ミクロ組織を示す図、第3図は0°方
向の高温引張強度を示すグラフ、第4図は90°方向の
高温引張強度を示すグラフである。」 ダ1張彌/Jj(MPa) づl張坂度(MFb)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、回転するドラム上に巻き付けたバッキングホイル上
    に、金属マトリックスとして急速凝固状態で特性を有す
    る高耐熱性アルミニウム合金を溶射した後、この高耐熱
    性アルミニウム合金層上に、繊維を巻き取り、その上に
    上記高耐熱性アルミニウム合金を再び溶射することを繰
    り返して、多層の金属系複合材料を成形するようにした
    ことを特徴とする金属系複合材料の製造方法。
JP6758289A 1989-03-22 1989-03-22 金属系複合材料の製造方法 Pending JPH02247340A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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