JPH03106552A - アルミニウム複合材 - 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、金属材料部材をアルミニウム又はアルミニウ
ム合金で鋳ぐるんだアルξニウム複合材に関し、特に金
属材料部材とアルミニウム又はアルミニウム合金母材と
の密着性を強固にして、強度を大にした、金属材料部材
をアル藁ニウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるんだアル
ミニウム複合材に関する． 〔従来の技術〕 アルミニウム又はアルミニウム合金製品はその強度が低
いので、その中へ強化材を入れてアルミニウム又はアル
ミニウム合金複合材（本願明細書ではこれを「アルミニ
ウム複合材」という）として、強度を高めることが行わ
れている．従来、鋳造法によりアルミニウム複合材を製
造するにあたっては、その強化材として耐熱性金属もし
くはセラミックスの長繊維、短繊維、ウイスカー又は粒
子、又は鋼材等が考えられている．これらのうち、耐熱
性金属又はセラミックスの長繊維、短繊維、ウイスカー
又は粒子を強化材に用いる場合、通常それら強化材をバ
インダー等を用いて所定形状の戒形体としてあらかじめ
或形しておく必要がある．そして、その成形体を金型内
にセットした後に鋳造を行ない、戒形体中へアルξニウ
ム又はアルミニウム合金溶湯を含浸させることによって
アルミニウム複合材を得ることができる．ところが、こ
うした戒形体については、？３［雑形状のもの、均質な
ものの威形が困難であり、また一般にこれら成形体は脆
くて壊れやすいため、金型セット時の取扱いには慎重に
行わなければならない．なお、これらのうち、長繊維、
ウイスカーのものは価格的に高価であること、短繊維、
粒子のものは複合化による強度の向上の効果は少ないと
いった理由等から強化材としての使用に制約を受けてい
る． また、鋼材を強化材に用いる場合には、その取扱いは簡
便であり、上記のような戒形体中へのアルミニウム又は
アルミニウム合金溶湯の含浸を必要としない、いわゆる
「鋳ぐるみ』による複合化であるため、ダイカスト鋳造
方法のように戊形体中への溶湯含浸が困難な鋳造方法に
は特に有効である．しかしながら、鋼材を鋳ぐるみ鋳造
するとき、鋼材をそのまま使用したのでは、アルミニウ
ム又はアルξニウム合金と鋼材の鋳ぐるみ界面で融着が
生じないことから、界面接合強度は非常に弱く、強度的
に満足できるアル旦ニウム複合材を得るには不十分であ
る．そこで鋼材を鋳ぐるみ鋳造する場合には凹凸形威法
、アルフィン法、メッキ法による前処理をする工夫がな
されている．凹凸法とは、鋳ぐるまれる鋼材の接合面に
微細な凹凸を形威し、これによってアルミニウム又はア
ルミニウム合金溶湯と鋼材との接触面積を増大させて機
械的な接合強度の向上を計る方法である．アルフィン法
とは、鋼材をアルミニウム合金溶湯に浸漬して鋼材の表
面にアルミナイジング処理を施し、そのアルミナイズさ
れた鋼材表面が溶融状態となっている間に鋳ぐるみ鋳造
を行なうという方法である。

メッキ法とは、鋼材の表面にニッケル、銅、亜鉛などの
メッキを施した後に鋳ぐるみ鋳造を行ない、メッキ層と
アルミニウム又はアルミニウム合金との拡散反応により
界面接合強度の向上を図る方法である．そして、メッキ
法によった技術としては、鋳ぐるみ鋳造のさいメッキ層
が高温にさらされて、その層内に内蔵される水素等がガ
ス化するおそれがあるので、メッキを施したものを焼鈍
処理し、しかる後そのメッキした部品をアルミニウム合
金で鋳ぐるむ方法（特開昭５８−１１２６４８号公報）
が提案されている． また、特開平１−１５０４８９号に、あらかじめ製造し
た、薄いニッケル層を片面又は両面に有するニッケルク
ラッドステンレス鋼板と他の金属板とを、前記のニッケ
ル層を介して周辺部で溶接し、次いで該溶接板を室温〜
１０００℃の温度範囲で圧延し、圧着させる方法が提案
されている． さらに、「神戸製鋼技報」第３９巻第３号第６１〜６４
頁（１９８９）には、純アルミニウム＾ｌ１１００及び
オーステナイト系ステンレスｌｉｓｔｌｓ３０４の板の
表面を洗浄した後、４５０℃にて大気中加熱し、熱間圧
延圧接法に従いｌバスによる強圧下圧延を行い、さらに
３５０゜Ｃで１．５時間又は４００℃で１．５時間安定
化焼鈍を施すことにより、ステンレスＩＩ／アル条二ウ
ムの２層クラッド材及びステンレスｍ／アルミニウム／
ステンレス鋼の３層クラッＦ材をつくり、これらの物理
的性質と機械的性質、ならびにステンレス鋼とアルミニ
ウムとの界面での反応を検討したことが報告されている
． 〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、これらの鋳ぐるみ方法により製造したアルミニ
ウム複合材は各々問題点がある．凹凸法においては、ア
ルξニウム又はアルξニウム合金と鋼材とは単に機械的
に接合しているにすぎず、両者の接合界面には小さな多
数の空隙が存在している．そのため繰返し荷重が負荷さ
れると、その部分より亀裂の発生が生し、破壊へ進むこ
とになる． アルフィン法においては、鋳ぐるみ用アルξニウム又は
アルミニウム合金溶湯の注湯を、鋼材上にアルミナイジ
ングされたアルミニウム合金の凝固する前に行なわなけ
ればならないことから、作業上の制約を受けるため、作
業性が悪くなる．メッキ法においては、被メッキ鋼材と
メッキ層とは金属的な結合がなされていないため、その
界面ではく離が生じ易く、亜鉛のような低融点金属をメ
ッキに用いた場合、鋳ぐるみ鋳造時に溶漫の高温により
メッキそのものが溶解して流されてしまい、メッキの効
果を失うことがある．さらに、特開平１　−１５０４８
９号に開示される方法は周辺部の溶接を必要とすること
により工程数が複雑となるため実用的ではない． 本発明は、鋼材等の金属材料部材とそれを鋳ぐるむアル
ξニウム又はアルミニウム合金との密着性を強固にした
、金属材料部材をアルミニウム又はアルミニウム合金で
鋳ぐるんだアルミニウム複合材を得ることを目的とする
． 〔課題を解決するための手段〕 本発明は、熱的に安定な金属材料部材の両面にアル兆ニ
ウム又はアルミニウム合金層を有するクラッド材をアル
ミニウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるんだアルミニウ
ム複合材によって前記の目的を達威した． 本発明で用いる熱的に安定な金属材料部材としては、ア
ル旦ニウム又はアルミニウム合金の鋳造温度にほぼ相当
する８００゜Ｃ以下の温度で十分な強度を持ち、また脆
化などの影響を生しないもの、例えばＳＵＳ３０４に代
表されるステンレス鋼、１２％Ｃｒ鯛等の耐熱鋼、マル
エージング鋼、Ｎｉ基合金、ＣＯ基合金等の高強度金属
材料が好ましく用いられる．金属材料部材の形状は通常
板状である．例えば、金属材料板の両側にアル逅ニウム
又はアル果ニウム合金シートをあて、クラッド圧延する
．そのシートとしては５０〜１００１１ｍ厚のアルミニ
ウムシ一トを用いるのが好ましいが、アルミニウムと同
様な延性などを有するものならばアルミニウム合金シー
トを用いることができる．圧延の条件はその被圧延材に
よって変るが、圧延率２０％以下とするのが好ましい． この圧延されて得られたクラッド材を強化材として使用
する．接合強度を高めるためにはこのクラッド材をさら
に熱処理することが好ましい．熱処理はｌ５０゜Ｃ以上
４００℃以下の温度範囲で行うことが好ましい．この熱
処理によりクラッドされたアルミニウム又はアルミニウ
ム合金層からアルミニウムなどが金属材料部材中に拡散
して両者の結合を強力なものとする． このクラッド材を鋳造用金型にセットした後、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるむことにより、本発
明のアルミニウム複合材かえられる．実際に行うに当っ
ては、前記の熱処理されたクラッド材を所定形状に加工
した後、脱脂、水洗してクラッド材のアルミニウム表面
を清浄にし、３００”〜４００’Ｃに予熱した後、金型
内にセットする．そして、ダイカスト鋳造、スクイズキ
ャスト鋳造法、低圧、中圧鋳造法などによりアルミニウ
ム又はアルごニウム合金により前記クラッド材を鋳ぐる
む。

鋳造に用いるアルミニウム又はアルミニウム合金として
は、従来鋳造に用いられているアルミニウム又はアル逅
ニウム合金をすべて用いることができ、強度を与える上
からアルξニウム合金を用いることが好ましい．アルミ
ニウム合金としては、例えばアル旦ニウムーマグネシウ
ム合金、アルξニウムーシリコン合金、アルミニウム銅
合金などを用いることができ、その用途に応じて適切な
ものを選択する． 本発明のアルミニウム複合材は、強度を要するアルミニ
ウム製品を必要とする各種分野に広く適用することがで
きる． 〔作用〕 本発明では、熱的に安定な金属材料部材の両面にアルミ
ニウム又はアルミニウム合金シートを圧延してあるので
、金属材料部材の両面にアルミニウム又はアルミニウム
合金シートが強力に密着し、いわば喰い込むようになっ
ている．そして、そのクラッド材をさらに熱処理した場
合には、アルミニウム金属などが金属材料部材中に拡散
するためにクラッド材のアルミニウム又はアルミニウム
合金層と金属材料部材との結合がきわめて強力なものと
なったクラッド材が得られる．その熱処理は１５０゜以
上４００℃以下で行うのが好ましく、もし４００゜Ｃよ
り上で行うと、高い温度で熱処理されることになり、次
に鋳ぐるまれるさいにこのクラッド材は再度熱処理され
て、硬化を生してしまうという欠点を生しることになる
．４００゜Ｃ以下であるならば、鋳ぐるみにおけるクラ
ッド材の硬化は生じない。

このクラッド材は両面にアルミニウム又はアルミニウム
合金層を有しているために、鋳ぐるむさいに鋳造される
アルミニウム又はアルミニウム合金と融着性がよい．前
記神戸製鋼技報記載のステンレスクラツドアルミニウム
板は元々軽量複合材料の開発をＤ的としてつくられたも
ので、アルミニウム鋳造に用いることは示されていない
が、かりにアル逅ニウム鋳ぐるみに用いたとしても、ス
テンレス鯛／アルミニウムの２層クラッド材は片面がス
テンレス鋼であるため、またステンレス鋼／アルごニウ
ム／ステンレス鋼の３層クラッド材は両面がステンレス
鋼であるため、アルξニウム又はアルミニウム合金母材
に対し強く結合することができないが、本発明で用いる
クラッド材は両面にアル果二ウム又はアルミニウム合金
層を有するため、そのような欠点はない． このクラッド材を金型内にセットし、７００〜８００℃
のアルミニウム又はアルξニウム合金の溶湯で鋳造すれ
ば、金型内への溶湯が充填されるときに、溶湯の高温に
よりクラフド材のアル主ニウム又はアルミニウム合金表
面は熔融し、その部分で鋳ぐるみに用いられたアルミニ
ウム又はアルミニウム合金とクラフド材は融着を生ずる
こととなる．特に、ダイカスト鋳造法によれば高速高圧
で充填されるため鋳造時のクラッド材のアルミニウム又
はアルミニウム合金表面はその融点以上でしかモｌｏｏ
Ｏｋｇ／ｃｍ”近い圧力でアルミニウム又はアルξニウ
ム合金溶湯と激しく接触されることとなり、良好な融着
接合が得られる．また、スクイズキャスト鋳造法によれ
ば、溶湯からのクラッド材表面への熱伝達が大きいこと
から鋳造金属又は合金とクラッド材のアルミニウム又は
アルミニウム合金層の界面では拡散現象を生じ、強固な
界面複合が得られる．これらの場合、クラッド材の母材
である金属材料部材は８００’Ｃまでの温度範囲では熱
的に安定であるから、強度的にも優れた複合材を製造す
ることができる． 〔実施例〕 以下、実施例により本発明を具体的に説明する．ただし
、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではな
い． 実施例１ 厚さ１．０５ｍ、幅８０■、長さ２００■のＪＩＳ　５
０５６３Ｇのステンレス鋼板を厚さ０．１０ｍ、幅８０
閣、長さ２００閣のアルミニウムシ一トで両面からはさ
み込み、これをローラーにより圧延して厚さ１．０５−
の圧延材とする．更にこれを２７０℃、１時間熱処理し
、ステンレスｌｌ板とアルミニウムシ一トとの間で拡散
接合させる．その後、このクラツド材を第１図に示すよ
うなテストピース形状に加工し、３５０’Ｃ、１時間真
空中時効処理させ、これをダイカスト鋳ぐるみ用強化材
とする． この強化材を脱脂、水洗いし、３００℃で３０分間予熱
した後、グイカストテストピース用金型中にセットして
ダイカスト用アルミニウム合金ＡＤＣＩＯで鋳ぐるみ鋳
造を行なった． このようにして得られた複合材の形状及び断面組織写真
を第２図、第３図に示す．ｌは複合材、２はクラッド材
である．この写真により、アルミニウムシ一トとＡＤＣ
ＩＯ合金界面では融着による空隙のない接合が生じてい
ることがわかる．また、比較材１として、前記のステン
レス鋼材をアルごニウムシ一トでクラッドせずにそのま
まアルミニウム合金ＡＤＣＩＯで鋳ぐるんだ複合材をつ
くった．第４図にその複合材の界面組織写真を示す．ま
た、比較材２として、前記ステンレス鋼材にアルごニウ
ムメッキした強化材をアルミニウム合金ＡＤＣＩＯで鋳
ぐるんだ複合材をつくった．第５図にその複合材の界面
組織写真を示す．これらの写真からわかるように、ステ
ンレス鋼材単独を鋳ぐるんだものの界面には空隙が認め
られ、またアルミニウムメッキした鋼材を鋳ぐるんだも
のではメッキが部分的には《離しており、その界面では
僅かながらに空隙が見られる． 次に、本発明の複合材の引張試験結果を第６図及び第７
図に示す．第６図には、ステンレス鋼クラッド材／＾Ｄ
ＣＩＯ合金複合材（Ｖｆ−６％、本発明例）、＾ＤＣＩ
Ｏ合金鋳造品（比較例）の応力一歪曲線を示す．これに
より本発明の複合材の方が弾性率、降伏強さの点で優れ
ていることがわかる．第７図には、ステンレス鋼クラッ
ド材／＾ＤＣＩＯ合金複合材（νｆ−６％、本発明例）
、ステンレス鋼／ＡＩＩＣＩＯ合金複合材（比較Ｎ）　
、ＡＤＣＩＯ合金鋳造品（比較例）の引張試験結果（実
験例）を示してある。ステンレス鋼／　ＡＤＣ合金複合
材においては界面接合強度が弱いため、試験時にステン
レス鋼材とＡＤＣ合金母材の間にはく離が発生し、引き
抜けを尖したものが多かった．しかしながら、本発明例
であるステンレス鋼クランド材／　ＡＤＣＩＯ合金複合
材ではＡ［ＩＣ１０合金母材とクラッド材が同時に破断
し、試験時の引き抜けはなかった．また、本発明例複合
材はＡＤＣＩＯ合金鋳造品、ステンレス鋼／ＡＤＣＩＯ
合金複合材に比べ強度的にも優れていた．実施例２ 実施例１と同様なダイカスト鋳造法により第８図に示す
ような形状のステンレス鋼クラッド材／＾ＤＣＩＯ合金
複合材（Ｖｆ＝６％）を製造した後、３点曲げ試験によ
る曲げ強さの評価を行った．その曲げ試験結果を第９図
に示す。本発明例であるステンレス鋼クラッド材／＾Ｄ
ＣＩＯ合金複合材の曲げ強さはステンレス鋼／ＡＤＣＩ
Ｏ合金複合材、ＡＤＣＩＯ合金の曲げ強さに比べ優れて
いることがわかる．また、第１０図、第１１図にこれら
の曲げ試験後の界面ａ織写真を示す．第１０図は、ステ
ンレスｇ／Ａ！）ＣＩＯ合金複合材の界面組織写真であ
るが、試験後界面で完全にはく離しているのがわかる．
一方、第１１図は、本発明例複合材の界面組織写真であ
るが、試験後も界面は接合したままであるのが認められ
る．実施例３ 実施例ｌと同様にして製造されたステンレス鋼クラッド
材を強化材として、ＡＯＣＩＯ合金を用いスクイズキャ
スト鋳造法による鋳ぐるみ複合化を行った．その時の複
合材界面＆ｌ織及びＥＰＭＡ線分析結果の一例をそれぞ
れ第１２図及び第１３図に示す．これらからわかるよう
に、複合材界面は良好に接合しており、その界面を介し
て拡散反応が認められる． さらに、第１４図及び第１５図には、この複合材を３９
０℃、３時間加熱処理したものの複合材界面組織及びＥ
ＰＭＡ線分析結果を示す．これらからわかるように、こ
の複合材を熱処理することにより、界面を介しての拡散
反応は一層進行している．〔発明の効果〕 本発明においては、熱的に安定な金属材料部材の両面に
アルミニウム又はアルξニウム合金層を有するクラッド
材を強化材としているために、鋳ぐるみに用いるアルξ
ニウム又はアルミニウム合金溶渇と融着性の良いアルミ
ニウム又はアルミニウム合金層が前記金属材料部材と強
固に結合していて、このアルミニウム又はアル旦ニウム
合金シートを介して鋳造したアルミニウム又はアルミニ
ウム合金母材と金属材料部材との強固な接合が得られる
。これにより強度の大きい複合材が得られる．さらに、
クラッド圧延したものを更に熱処理したクラッド材を用
いるときには、前記の接合が一層強固となって、さらに
強度の大きい複合材が得られる． また、この複合材は、曲げる力に対してもアルミニウム
又はアルミニウム合金シートと金属材料部材との接合が
強く、界面はく離を生しることがないため、良好な結果
を示す． 本発明においては、強化材の主材として熱的に安定な金
属材料部材が用いられているため、強度低下もほとんど
なく、強度に優れた複合効果が得られる，強化材として
実施例に示すステンレス鋼以外にもマルエージング鋼、
耐熱鋼Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金等を使用しても同様の効
果が得られる。

金型にセソトするとき、強化材の主材として金属材料部
材を使用しているから、破損しないため、強化材の取扱
いが簡単であり、鋳造作業性も良好であり、形状が限定
されず複雑なものが使用できるので、必要箇所に部分的
に使用する強化材としても用いることができる． 以上の特徴により、本発明の複合材は、強度、生産性、
コストの点で有用であり、例えばダイカスト法による本
発明の複合材を用いると、トランスくノションの薄肉化
、剛性向上、振動防止等が可能となり、他にも剛性が要
求されるコンプレッサーハウジング、クラッチハウジン
グ等への応用ができる。なお、本発明の複合材は、これ
で製品全体を構威してもよいし、また部分的に用いても
よい．

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例ｌにおけるテストピース形状のクラッ
ド材を示し、第２図は、実施例１において得られた複合
材の形状を示し、第３図は、実施例１で得られた複合材
の断面組織写真を示し、第４図は、実施例１における比
較材１の界面組織写真を示し、第５図は、実施例ｌにお
ける比較材２の界面組織写真を示し、第６図は、ステン
レス鋼クラッド材／＾ＯＣ１０合金複合材、八〇ＣＩＯ
合金鋳造品の応力一歪曲線を表わす図を示し、第７図は
、ステンレス鋼クラッド材／＾ＤＣＩＯ合金複合材、ス
テンレス鋼／＾ＤＣＩＯ合金複合材、ＡＤＣＩＯ合金鋳
造品の引張試験結果を表わす図を示し、第８図は、実施
例２のステンレス鋼クラッド材／＾ＤＣＩＯ合金複合材
の試験片を示し、第９図は実施例２の試験片の曲げ試験
結果を表わす図を示し、第１０図はステンレスＩＩ／八
〇〇ＩＯ合金複合材の曲げ試験後の界面組織写真を示し
、第１１図は、ステンレス鋼タラッド材／ＡＤＣＩＯ合
金複合材の曲げ試験後の界面組織写真を示し、第１２図
は、実施例３のステンレス鋼クラッド材／ＡＤＣＩＯ合
金複合材の界面組織写真を示し、第１３図は、実施例３
のステンレス鋼クラッド材／＾ＤＣＩＯ合金複合材のＥ
ＰＭ＾線分析結果を表わす図を示し、第１４図は実施例
３の前記複合材を３９０℃、３時間加熱処理したものの
界面組織写真を示し、第１５図は、その加熱処理した複
合材のＥＰＭＡ線分析結果を表わす図を示す． ｌ：複合材　　　　　２：クラッド材 （ほか３名） 第　　２　　図 図面の浄書 第 ３ 図 ＡＤＣｌ０ アルミ：ウＡ スー冫Ｌス４問 図面の浄凹 ５ 図 図面の浄書 第 ４ 図 壬（７．） 第 ７ 図 第 ９ 図 図面の浄書 第 １０ 図 図面の｝ｑ−言 第 １１ 図 第 １３ 図 図面の；♀書 第 １２ 図 図面の｝′：ｉ書 粥 私 図 手続争甫正書（方式）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱的に安定な金属材料部材の両面にアルミニウム
   又はアルミニウム合金層を有するクラッド材をアルミニ
   ウム又はアルミニウム合金で鋳ぐるんだアルミニウム複
   合材。
2. （２）熱的に安定な金属材料部材の両面にアルミニウム
   又はアルミニウム合金シートを圧延し、拡散熱処理させ
   たクラッド材をアルミニウム又はアルミニウム合金で鋳
   ぐるんだアルミニウム複合材。