JPH02247342A - 高性能金属系複合材料 - Google Patents

高性能金属系複合材料

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JPH02247342A
JPH02247342A JP6758089A JP6758089A JPH02247342A JP H02247342 A JPH02247342 A JP H02247342A JP 6758089 A JP6758089 A JP 6758089A JP 6758089 A JP6758089 A JP 6758089A JP H02247342 A JPH02247342 A JP H02247342A
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JP
Japan
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composite material
metal
strength
metal matrix
metallic composite
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Pending
Application number
JP6758089A
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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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Publication date
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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、高性能金属系複合材料に係わり、特に航空宇
宙分野で利用される高性能金属系複合材料に関するもの
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(Al)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°Cまでの温度で使用され、チタニウム
は300〜400’Ct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ものである。
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
ツド・スパン・シュラウドが不要となるなめ、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、機体や比教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。
上述の如き課題に鑑みて本発明は、軽量でかつ高温強度
に著しく優れた高性能金属系複合材料を提供することを
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、繊維強化金属の金属マ
トリックスを急速凝固状態で特性を発揮する高耐熱性ア
ルミニウム合金にしたものである。
また、上記高耐熱性アルミニウム合金がAl−8Cr 
 1FeあるいはAl−4TIにて形成されたものであ
る。
[作用] 上記構成によれば、金属マトリックス中に繊維が含有さ
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Al−8Cr−1FeあるいはA
JI−47i等の高耐熱性アルミニウム合金にて形成さ
れなので、溶射等の簡単な方法で成形した金属系複合材
料の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1図は、本発明の高性能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。この
高性能金属系複合材料1の金属マトリックス2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。この高耐熱性アルミニウム合金には
、例えば低圧溶射等の急速凝固状態で特性を発揮するA
l−8Cr−1Fe又はAl−4Tiを採用する。そし
て、この金属マトリックス2中に含有されている繊維3
は炭化珪素繊維(SICF)にて形成されている。この
炭化珪素繊維は5iCj4やCs H4の雰囲気にした
反応容器内で炭素繊維(CF)4上に化学蒸着法(CV
D法〉により5iC5を成長させたものであり、約0.
14mmgの直径を有している。
この高性能金属系複合材料1は、次のように製造する。
まず、直径的800 tmのドラム上にバッキングホイ
ルとして純アルミニウム(Al)薄板を巻き取る。そし
て、このバッキングホイル上に上記金属マトリックス2
として、上記Al−8Cr−1Fe又はAl−4Ti等
の高耐熱性アルミニウム合金を低圧溶射(LPPS)す
る0次に、この高耐熱性アルミニウム合金上に、上記5
iCFを巻き取り、この上にLPPSで再び上記高耐熱
性アルミニウム合金を溶射する。このような工程を繰り
返し行う方法で、多層プリフォームを製造する。その後
、上記ドラムから取り外した多層プリフォーム2枚を溶
射面を合わせて、873に×398Fa x30min
、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、この熱間プレス成形後、上記バッキングホイ
ルのAIを化学的に除去したものである。
尚、この高性能金属系複合材料1における上記5iCF
の体積含有率は48%である。
次に上記実施例における作用を述べる。
上記Al−8Cr〜1Feを金属マトリックスとした場
合(SiCFAl−8C,r−1Fe)の高性能金属系
複合材料1の0°方向及び90°方向の、室温(RT)
 、 573に、 723に、及び823Kにおける引
、張強度を下記衣、1に示す。
ここで、上記0°方向とは高性能金属系複合材料1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 Al −8Cr −I Feノ
高温引張強度上記表、1に示す如く、5iCFAl−8
Cr−1Feは、0°方向の引張強度として室温平均1
83314Paと単一系のCVD繊維強化Alマトリ・
ノクス金属系複合材料(FRM)としては、最高の強度
を示した。
次に、上記5iCFAl−8Cr−1Fe(SICFの
体積含有率は48%)及び5iCFAJ −4T1 (
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JIS6061としたS I C
Fe2O2の高温引張強度と対比した。第2図は、0゛
方向の高温引張強度の対比であり、第3図は90”方向
の高温引張強度の対比を示すものである。
第2図に示す如く、0°方向の高温引張強度は、全温度
域でS L CFe2O2を上まわっており、723に
でも平均強度14908Paを維持している。上記51
CFAl−8Cr−1Feは、これと同等ノ5ICFの
体積含有率のS i CFe2O2に対し、O0方向の
耐熱温度を約15(IK内向上ているといえる。しかし
、5iCFAオー4Tiと比較すると、室温から573
K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3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。 S i CF606j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
耐熱温度の向上がみられる。5iCFAJ−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。
このように、金属マトリックス2中に5iCF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。また、上記金属マトリックス2自
体が例えば低圧溶射のような急速凝固状態で特性を発揮
するAl−8Cr−1Fe又はAl−47i等の高耐熱
性アルミニウム合金にて形成されたので、成形した金属
系複合材料の高温強度を著しく向上させることができる
ものである。
[発明の効果] 以上要するに本発明によれば、軽量でかつ高温強度の著
しく優れた材料を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の高性能金属系複合材料の断面ミクロ組
織を示す図、第2図はO°方向の高温引張強度を示すグ
ラフ、第3図は90”方向の高温引張強度を示すグラフ
である。 図中、1は高性能金属系複合材料、2は金属マトリック
ス、3は繊維である。 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) 第2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、繊維強化金属の金属マトリックスを急速凝固状態で
    特性を発揮する高耐熱性アルミニウム合金にしたことを
    特徴とする高性能金属系複合材料。 2、上記高耐熱性アルミニウム合金がAl−8Cr−1
    FeあるいはAl−4Tiにて形成された請求項1記載
    の高性能金属系複合材料。
JP6758089A 1989-03-22 1989-03-22 高性能金属系複合材料 Pending JPH02247342A (ja)

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