JPH03111523A - Production of metal-based composite material - Google Patents

Production of metal-based composite material

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JPH03111523A
JPH03111523A JP24940989A JP24940989A JPH03111523A JP H03111523 A JPH03111523 A JP H03111523A JP 24940989 A JP24940989 A JP 24940989A JP 24940989 A JP24940989 A JP 24940989A JP H03111523 A JPH03111523 A JP H03111523A
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JP
Japan
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metal
composite material
molded body
molten
molding
Prior art date
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Application number
JP24940989A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinji Kato
加藤 眞治
Yoshiaki Kajikawa
義明 梶川
Tetsuya Suganuma
菅沼 徹哉
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

PURPOSE:To produce the metal-based composite material dispersed with intermetallic compds. by impregnating the molten metal of Al, Mg, etc., into a porous molding contg. an inorg. reinforcing material, fine pieces of metals, and fine pieces of a metal fluoride, and then subjecting the molding to enforce cooling. CONSTITUTION:The porous molding 16 contg. the inorg. reinforcing material 12, such as SiC whiskers, the metal powder 10 of stainless steels, etc., which form the intermetallic compd. by reacting with Al or Mg and the powder 14 of the metal fluoride, such as K2ZrF6, is formed. This molding 16 is immersed into the molten metal 18 to penetrate the molten matrix metal 18 of Al, Mg, alloys thereof, etc., in the molding. The impregnated molding 16 is then taken out and is imposed on an iron plate, by which the molding is compulsorily cooled to regulate the intermetallic reaction. The composite material 22 which contains the reinforcing material 12, such as SiC, in the matrix metal of Al, etc., finely dispersed with a proper ratio of the intermetallic compds. 24 of Fe3Al24, etc., and has good performance is obtd. in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、金属基複合材料に係り、更に詳細にはセラミ
ック繊維の如き無機質の繊維等を強化材とし、マトリッ
クス金属中に金属間化合物が微細に分散された金属基複
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 metal matrix composite material, and more specifically, it uses inorganic fibers such as ceramic fibers as a reinforcing material, and contains fine intermetallic compounds in the matrix metal. The present invention relates to a method for producing a dispersed metal matrix composite material.

従来の技術 マトリックス金属中に金属間化合物を含む金属基複合材
料の製造方法の一つとして、本願出願人は自らの先願で
ある特願昭63−138697号に於て、無機質の強化
材と、Alと反応して金属間化合物を形成する金属と、
・金属フッ化物の微細片とを含む多孔質の成形体を形成
し、該成形体の少なくとも一部をAl又はAl合金の溶
湯に接触させ、溶湯を実質的に加圧することなく、成形
体中に浸透させる金属間化合物複合材料の製造方法を提
案した。
Conventional Technology As one method for manufacturing a metal matrix composite material containing an intermetallic compound in the matrix metal, the applicant of the present application has proposed an inorganic reinforcing material and , a metal that reacts with Al to form an intermetallic compound;
・Form a porous molded body containing fine pieces of metal fluoride, bring at least a portion of the molded body into contact with a molten metal of Al or an Al alloy, and pressurize the molten metal substantially without pressurizing the molded body. We proposed a manufacturing method for intermetallic compound composite materials that can be infiltrated into

一般にAIと反応して金属間化合物を形成する金属はA
I又はAl合金の溶湯に対する濡れ性に優れているので
、溶湯は金属の微細片を伝って成形体中へ浸透する。ま
た金属フッ化物は溶湯及び金属の微細片の表面の酸化膜
を除去して強化材に対する溶湯の濡れを改善する。また
溶湯及び金属は互いに反応することによって金属間化合
物を形成すると共に発熱し、その熱によって溶湯及び強
化材が加熱され、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が向上され、これにより溶湯が成形
体中へ良好に浸透していくと共に個々の強化材の間に金
属間化合物が順次良好に形成される。
Generally, the metal that reacts with AI to form an intermetallic compound is A.
Since the I or Al alloy has excellent wettability to the molten metal, the molten metal permeates into the molded body through the fine pieces of metal. The metal fluoride also removes the oxide film on the surface of the molten metal and fine metal pieces, thereby improving the wetting of the molten metal to the reinforcing material. In addition, the molten metal and the metal react with each other to form intermetallic compounds and generate heat, which heats the molten metal and the reinforcing material, which improves the permeability of the molten metal into the compact and the wettability of the reinforcing material. As a result, the molten metal penetrates into the molded body well, and intermetallic compounds are successively formed between the individual reinforcing materials.

従ってこの方法によれば、金属の溶湯を加圧したり強化
材を高温に予熱する必要がないので、マトリックス中に
金属間化合物を含む複合材料をホットプレス法等に比し
て能率よく低廉に製造することができる。
Therefore, according to this method, there is no need to pressurize the molten metal or preheat the reinforcing material to a high temperature, so composite materials containing intermetallic compounds in the matrix can be produced more efficiently and inexpensively than with hot pressing methods etc. can do.

またこの先の提案にかかる方法によれば、上述の如く金
属の溶湯が良好に成形体中へ浸透して行くので、強化材
と金属と金属フッ化物の微細片とを含む成形体を所定の
形状及び寸法にて形成し、その一部を金属の溶湯に接触
させれば、成形体全体に溶湯が過不足なく迅速に浸透す
ると共に金属間化合物が形成され、これにより実質的に
所定の形状及び寸法の複合材料が形成される。従って非
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
材料を能率よく低廉に製造することができる。
Furthermore, according to the method proposed in the future, the molten metal penetrates into the molded body well as described above, so that the molded body containing the reinforcing material, metal, and fine pieces of metal fluoride can be shaped into a predetermined shape. If a part of the molded body is brought into contact with molten metal, the molten metal will quickly penetrate into the entire molded body in just the right amount and an intermetallic compound will be formed. A dimensional composite material is formed. Therefore, composite materials of substantially predetermined shapes and dimensions can be produced efficiently and inexpensively with very high yields.

発明が解決しようとする課題 しかし上述の先の提案にかかる複合材料の方法に於ては
、溶湯及び金属は互いに反応して発熱しその熱によって
それらの化合反応が促進されるので、溶湯や金属の種類
及び金属の量によっては化合反応が著しく進行し、その
結果マトリックス金属中の金属間化合物の量が多くなり
過ぎてマトリックス金属が脆化したり、強化材に熱的劣
化が惹起こされ、そのため複合材料の強度や耐摩耗性の
如き性質を十分に向上させることかできないという問題
がある。
Problems to be Solved by the Invention However, in the composite material method proposed above, the molten metal and metal react with each other and generate heat, which accelerates their combination reaction. Depending on the type and amount of metal, the compounding reaction may proceed significantly, resulting in an excessive amount of intermetallic compounds in the matrix metal, which may cause the matrix metal to become brittle or cause thermal deterioration of the reinforcing material. There is a problem in that properties such as strength and abrasion resistance of composite materials cannot be sufficiently improved.

本発明は、上述の先の提案にかかる複合材料の方法に於
ける上述の如き問題に鑑み、マトリックス金属中に適当
な量の金属間化合物が微細に分散され良好な性能を有す
る複合材料を能率よく且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。
In view of the above-mentioned problems in the above-mentioned methods for producing composite materials, the present invention aims to efficiently produce composite materials having good performance in which an appropriate amount of intermetallic compounds are finely dispersed in the matrix metal. The purpose is to provide a method that can be manufactured easily and inexpensively.

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、無機質の強化材と
、Al若しくはMgと反応して金属間化合物を形成する
金属の微細片と、金属フッ化物の微細片とを含む多孔質
の成形体を形成し、該成形体中にAt SMg、Al合
金、Mg合金よりなる群より選択されたマトリックス金
属の溶湯を浸透させ、しかる後前記成形体を強制冷却す
る金属基複合材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 object is to provide an inorganic reinforcing material, fine pieces of metal that react with Al or Mg to form an intermetallic compound, and fine pieces of metal fluoride. forming a porous molded body containing the above, infiltrating a molten metal of a matrix metal selected from the group consisting of At SMg, Al alloy, and Mg alloy into the molded body, and then forcibly cooling the molded body. This is achieved by a method of manufacturing a base composite material.

本発明の一つの詳細な特徴によれば、成形体は強化材と
、Al若しくはMgと反応して金属間化合物を形成する
金属(以下特定の金属という)の微細片と、金属フッ化
物の微細片とを混合し成形することにより、或いは強化
材及び特定の金属の微細片の表面に金属フッ化物の微細
片を付着させ、かくして処理された強化材及び特定の金
属の微細片の混合物を成形することにより形成される。
According to one detailed feature of the invention, the molded body comprises a reinforcing material, fine pieces of a metal (hereinafter referred to as specific metal) that reacts with Al or Mg to form an intermetallic compound, and fine pieces of a metal fluoride. or by adhering fine pieces of metal fluoride to the surface of the reinforcement and the particular metal fine pieces, thus forming a mixture of the treated reinforcement and the particular metal fine pieces. It is formed by

本発明の一つの実施例によれば、強化材として特定の金
属よりなる強化材が使用され、これにより成形体中に別
途特定の金属よりなる微細片が混入されることが省略さ
れる。
According to one embodiment of the present invention, a reinforcing material made of a specific metal is used as the reinforcing material, thereby eliminating the need to mix separate fine pieces of the specific metal into the molded body.

また本発明の他の一つの実施例によれば、無機質の強化
材と、特定の金属の微細片と、金属フッ化物の微細片と
、マトリックス金属の溶湯との濡れ性に優れ且マトリッ
クス金属と実質的に化合反応しない金属の微細片とより
なる成形体が形成される。
According to another embodiment of the present invention, the inorganic reinforcing material, the specific metal fine pieces, the metal fluoride fine pieces, and the matrix metal have excellent wettability with the molten metal. A molded body consisting of fine pieces of metal that do not substantially undergo chemical reaction is formed.

また本発明の方法に於ては、金属フッ化物は任意の金属
元素のフッ化物であってよいが、例えばに2 ZrF6
  K2 TiF6 、KAlF4  K3AlF6 
、K2 AlF3 −H20SCsAIF4CsAIF
5 ψHごO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、
Zr、Hf、、VSNb、Taの如き遷移金属又はAl
を含むフッ化物であることが好ましい。従って本発明の
他の一つの詳細な特徴によれば、金属フッ化物は電気的
に正の金属元素と結合した遷移金属又はAlを含むフッ
化物である。
Further, in the method of the present invention, the metal fluoride may be a fluoride of any metal element, but for example, 2 ZrF6
K2 TiF6, KAlF4 K3AlF6
, K2AlF3-H20SCsAIF4CsAIF
5 Ti combined with electrically positive elements such as alkali metals, alkaline earth metals, and rare earth metals, such as ψH and O,
Transition metals such as Zr, Hf, , VSNb, Ta or Al
It is preferable that it is a fluoride containing. According to another detailed feature of the invention, therefore, the metal fluoride is a fluoride containing a transition metal or Al in combination with an electrically positive metal element.

また本発明の方法に於ては、金属の微細片を構成する金
属はAl若しくはMgと反応して金属間化合物を形成す
る限り任意の金属であってよいが、特にマトリックス金
属がAt又はAl合金である場合にはNi5Fe、Co
、Cr、Mn、Cu。
Further, in the method of the present invention, the metal constituting the metal fine pieces may be any metal as long as it reacts with Al or Mg to form an intermetallic compound, but in particular, the matrix metal may be At or an Al alloy. If Ni5Fe, Co
, Cr, Mn, Cu.

Ag、S i、Mg、Zr5ZnSSn、Pb、Ti%
Nb、又はこれらの何れかを主成分とする合金であるこ
とが好ましく、マトリックス金属がMg又はMg合金で
ある場合にはNi、Fe、CO%Cr、Mn、Cu、A
g5S i、Z r、%Zn、Sn、Pb%Ti、Nb
、又はこれらの何れかを主成分とする合金であることが
好ましい。従って本発明の他の一つの詳細な特徴によれ
ば、金属の微細片を構成する金属はマトリックス金属が
AI又はAl合金である場合にはN15FeSCo、C
rSMn5Cu、Ag5S 15Mg5Z rSZn。
Ag, Si, Mg, Zr5ZnSSn, Pb, Ti%
Nb or an alloy containing any of these as the main component is preferable, and when the matrix metal is Mg or an Mg alloy, Ni, Fe, CO% Cr, Mn, Cu, A
g5S i, Z r, %Zn, Sn, Pb%Ti, Nb
, or an alloy containing either of these as a main component is preferable. According to another detailed feature of the invention, therefore, the metal constituting the metal particles is N15FeSCo, C
rSMn5Cu, Ag5S 15Mg5Z rSZn.

Sn、Pb、Ti5Nb、及びこれらの何れかを主成分
とする合金よりなる群より選択され、マトリックス金属
がMg又はMg合金である場合にはNi、Fe、、Co
、Cr、Mn、Cu%Ag、%S1、Z r、Zn5S
nSPb、Tib Nb、又はこれらの何れかを主成分
とする合金よりなる群より選択される。
Selected from the group consisting of Sn, Pb, Ti5Nb, and alloys containing any of these as main components, and when the matrix metal is Mg or Mg alloy, Ni, Fe, Co
, Cr, Mn, Cu%Ag,%S1, Zr, Zn5S
The material is selected from the group consisting of nSPb, Tib Nb, or an alloy containing any of these as a main component.

尚本発明の方法に於ては、成形体の予熱は不要であるが
、金属の溶湯に対する強化材及び金属の微細片の濡れ性
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。また本発明に於ける金属及び金属フッ化物の微細片
の形態は粉末、ウィスカ、短繊維の如き任意の形態のも
のであってよい。
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 and fine metal pieces to the molten metal, the temperature The temperature is preferably lower than conventionally employed temperatures. Further, the fine particles of metal and metal fluoride in the present invention may be in any form such as powder, whiskers, or short fibers.

また本発明の方法に於ては、強化材の形態及び材質は任
意のものであってよく、例えば炭化ケイ素繊維、アルミ
ナ繊維の如きセラミック繊維、鉄繊維、タングステン繊
維の如き金属繊維、炭素繊維の如きセラミック及び金属
以外の無機質繊維、炭化ケイ素ウィスカの如きウィスカ
、炭化ケイ素粒子、炭化チタン粒子の如き粒子であって
よい。
In addition, in the method of the present invention, the reinforcing material may have any form and material, for example, silicon carbide fibers, ceramic fibers such as alumina fibers, iron fibers, metal fibers such as tungsten fibers, carbon fibers, etc. The particles may be inorganic fibers other than ceramics and metals such as ceramics and metals, whiskers such as silicon carbide whiskers, silicon carbide particles, and titanium carbide particles.

発明の作用 本発明の方法によれば、無機質の強化材と、特定の金属
の微細片と、金属フッ化物の微細片とを含む多孔質の成
形体が形成され、該成形体中にA合金等のマトリックス
金属の溶湯が浸透せしめられ、しかる後成形体が強制冷
却される。
Effect of the Invention According to the method of the present invention, a porous molded body containing an inorganic reinforcing material, fine pieces of a specific metal, and fine pieces of metal fluoride is formed, and the A alloy is contained in the molded body. The molded body is then forcedly cooled.

一般に特定の金属はAl合金等の溶湯に対する濡れ性に
優れているので、溶湯は特定の金属を伝って成形体中へ
浸透する。また金属フッ化物は溶湯及び特定の金属の表
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
する。また溶湯及び特定の金属は互いに反応することに
よって金属間化合物を形成すると共に発熱し、その熱に
よって溶湯及び強化材が加熱され、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が向上され、これ
により溶湯が成形体中へ良好に浸透していくと共にマト
リックス金属中に金属間化合物が微細に分散された状態
で順次良好に形成される。またこの過程に於て、マトリ
ックス金属の溶湯が浸透した成形体が強制冷却され、こ
れにより溶湯と特定の金属との間の化合反応が強制的に
終了せしめられることにより、マトリックス金属中の金
属間化合物の量が多くなり過ぎることに起因するマトリ
ックス金属の脆化や、反応熱の発生量が過大になること
に起因する強化材の熱的劣化が回避され、更にはマトリ
ックス金属の組織の微細化が達成される。
In general, certain metals, such as Al alloys, have excellent wettability with molten metal, so the molten metal penetrates into the molded body through the specific metal. Metal fluoride also removes oxide films on the surface of the molten metal and certain metals to improve wetting of the molten metal to the reinforcing material. In addition, the molten metal and specific metals react with each other to form intermetallic compounds and generate heat, which heats the molten metal and the reinforcing material, which improves the permeability of the molten metal into the compact and the wettability of the reinforcing material. As a result, the molten metal permeates well into the molded body, and the intermetallic compound is successively formed in a finely dispersed state in the matrix metal. In addition, during this process, the molded body penetrated by the molten matrix metal is forcibly cooled, and as a result, the chemical reaction between the molten metal and a specific metal is forcibly terminated. This avoids embrittlement of the matrix metal due to an excessive amount of compounds and thermal deterioration of the reinforcing material due to an excessive amount of reaction heat, and further refines the structure of the matrix metal. is achieved.

従って本発明の方法によれば、マトリックス金属中に適
当な量の金属間化合物が微細に分散され従って良好な性
能を有する複合材料が形成される。
Thus, according to the method of the present invention, a suitable amount of intermetallic compound is finely dispersed in the matrix metal, thus forming a composite material with good performance.

また本発明の方法によれば、マトリックス金属や特定の
金属の種類及び二に拘らず、マトリックス金属の溶湯が
浸透した成形体が強制冷却されることにより溶湯と特定
の金属との間の反応が強制的に終了せしめられるので、
マトリックス金属中に適当な量の金属間化合物を形成す
べくマトリックス金属及び特定の金属の種類に応じて成
形体中の特定の金属の微細片の体積率を厳密に調整する
ことは不要になる。
Furthermore, according to the method of the present invention, the reaction between the molten metal and the specific metal is prevented by forced cooling of the molded body into which the molten metal of the matrix metal has permeated, regardless of the type of the matrix metal or the specific metal. Because it is forced to terminate,
It is no longer necessary to strictly adjust the volume fraction of the specific metal fine particles in the compact depending on the type of the matrix metal and the specific metal in order to form an appropriate amount of intermetallic compound in the matrix metal.

尚本明細書に於て、「強制冷却」とは成形体を空冷より
も高い冷却速度にて冷却することを意味する。
In this specification, "forced cooling" means cooling the molded article at a higher cooling rate than air cooling.

以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。
The invention will now be described in detail by way of example embodiments with reference to the accompanying drawings.

実施例1 平均粒径40μmのステンレス鋼粉末(JIS規格5U
S430)と平均繊維径1.0μm、平均繊維長300
μIのSiCウィスカと、平均粒径40μtaのに2Z
r FB粉末とを1.2:1.:0.04の重量比にて
混合し、該混合物を金型にて直径30IIlff11高
さ5mmの円柱状に圧縮成形することにより、第1図に
示されている如く、ステンレス鋼粉末10とSiCウィ
スカ12とに、ZrF6粉末14とよりなる多孔質の成
形体16を形成した。
Example 1 Stainless steel powder with an average particle size of 40 μm (JIS standard 5U
S430), average fiber diameter 1.0 μm, average fiber length 300
SiC whiskers of μI and 2Z of average particle size of 40μta
r FB powder at a ratio of 1.2:1. :0.04, and the mixture was compression-molded in a mold into a cylindrical shape with a diameter of 30IIff11 and a height of 5mm, as shown in Fig. 1, stainless steel powder 10 and SiC A porous molded body 16 made of ZrF6 powder 14 was formed on the whisker 12.

次いでこの成形体を約100℃に約10分間予熱した後
、第2図に示されている如く、成形体16を約750℃
の純AIの溶湯18中に10秒間浸漬して溶湯より取出
し、しかる後直ちに第3図に示されている如く、純AI
の溶湯が浸透した成形体16′を30X30X、1.2
mmの寸法を有する鉄板(JIS規格5PCC)20上
に配置することにより、成形体及びそれに浸透した純A
lの溶湯を強制冷却して凝固させ、これにより第4図に
示されている如く、体積率的20%のSiCウィスカ1
2にて複合強化された純AIよりなる円柱状の複合材料
22を形成した。
Next, after preheating this molded body to about 100°C for about 10 minutes, the molded body 16 was heated to about 750°C as shown in FIG.
It is immersed in a molten metal 18 of pure AI for 10 seconds and taken out from the molten metal.
The molded body 16' penetrated with the molten metal is 30X30X, 1.2
By placing it on an iron plate (JIS standard 5PCC) 20 having dimensions of
1 of the molten metal is forcedly cooled and solidified, thereby forming SiC whiskers 1 with a volume fraction of 20%, as shown in FIG.
In step 2, a cylindrical composite material 22 made of compositely reinforced pure AI was formed.

次いでかくして形成された複合材料をその軸線を通る平
面に沿って切断し、その断面を光学顕微鏡にて観察した
ところ、マトリックス金属としての純Al中にはステン
レス鋼粉末中のFeとAIとの反応により生じた適当な
量の金属間化合物Fe5Al24が微細に分散しており
、SiCウィスカの性状も良好であることが認られた。
Next, the thus formed composite material was cut along a plane passing through its axis, and the cross section was observed using an optical microscope. It was found that an appropriate amount of the intermetallic compound Fe5Al24 produced by the above was finely dispersed, and the properties of the SiC whiskers were also good.

尚SiCウィスカの体積率は約20%であった。The volume fraction of SiC whiskers was approximately 20%.

また比較の目的で、成形体が純Alの溶湯中に浸漬され
溶湯より取出された後空中に放置されることにより成形
体中に浸透した純AIの溶湯が空冷された点を除き、上
述の実施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料
を製造し、その複合材料の断面を光学顕微鏡にて観察し
た。その結果この比較例の複合材料に於ては、ステンレ
ス鋼粉末と純AIとの間に於ける反応が著しく進行し、
マトリックス金属としての純Al中に非常に多ユの金属
間化合物Fe3Alが発生し、これによりマトリックス
金属が著しく脆化していることが認められた。
For the purpose of comparison, the molded body was immersed in a pure Al molten metal, taken out from the molten metal, and then left in the air, so that the pure AI molten metal that had penetrated into the molded body was air-cooled. A composite material was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1, and the cross section of the composite material was observed with an optical microscope. As a result, in the composite material of this comparative example, the reaction between the stainless steel powder and pure AI progressed significantly,
It was found that a very large amount of intermetallic compound Fe3Al was generated in pure Al as the matrix metal, and that this caused the matrix metal to become extremely brittle.

実施例2 ステンレス鋼粉末の代わりに平均粒径2μmのNi粉末
が使用され、Ni粉末とSiCウィスカとに!! Zr
 F6粉末との混合比が1.に1:8XIO”−’に設
定され、成形体の予熱温度が300℃に設定され、マト
リックス金属の溶湯として約740℃のアルミニウム合
金(JIS規格AC2C)が使用され、成形体及びこれ
に浸透したアルミニウム合金の溶湯を強制冷却するため
の鉄板の厚さが1mmに設定された点を除き、上述の実
施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を製造
し、その複合材料の断面を光学顕微鏡にて観察した。
Example 2 Ni powder with an average particle size of 2 μm is used instead of stainless steel powder to form Ni powder and SiC whiskers! ! Zr
The mixing ratio with F6 powder is 1. The temperature was set to 1:8 A composite material was manufactured in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above, except that the thickness of the iron plate for forced cooling of the molten aluminum alloy was set to 1 mm, and the cross section of the composite material was was observed using an optical microscope.

その結果この複合材料に於てもマトリックス金属として
のアルミニウム合金中に適当な量の金属間化合物Ni3
Alが微細に分散されており、SICウィスカの性状も
良好であることが認められた。尚SiCウィスカの体積
率は約10%であった。
As a result, this composite material also contains an appropriate amount of intermetallic compound Ni3 in the aluminum alloy as the matrix metal.
It was found that Al was finely dispersed and the properties of the SIC whiskers were good. The volume fraction of SiC whiskers was about 10%.

また比較の目的で、アルミニウム合金の溶湯が浸透した
成形体が空気中にて冷却された点を除き、同一の要領及
び条件にて複合材料を製造したところ、Niと溶湯中の
Alとの間の反応が急激に進行して急激に発熱し、その
結果成形体が空気中に飛散してしまった。
For the purpose of comparison, a composite material was manufactured using the same procedure and conditions, except that the molded body impregnated with the molten aluminum alloy was cooled in the air. The reaction proceeded rapidly, generating rapid heat generation, and as a result, the molded product was scattered into the air.

実施例3 平均粒径15μ0のNi粉末と、平均粒径4゜μmのT
i粉末と、平均繊維径]−10μm、平均繊維長300
μlのSiCウィスカと、平均粒径20μlのKA I
 F4粉末とよりなる成形体が形成され、これらの混合
比が1.1:0.7:l:0.4に設定され、成形体の
予熱温度及び時間がそれぞれ約300℃、20分に設定
され、マトリックス金属の溶湯として約750℃のアル
ミニウム合金(JIS規格AC8A)が使用され、アル
ミニウム合金の溶湯が浸透した成形体がそれを水中に投
入することにより強制冷却された点を除き、上述の実施
例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を製造し
、その複合材料の断面を光学顕微鏡にて観察した。
Example 3 Ni powder with an average particle size of 15 μm and T with an average particle size of 4 μm
i powder, average fiber diameter] -10 μm, average fiber length 300
µl of SiC whiskers and KA I with an average particle size of 20 µl.
A molded body consisting of F4 powder was formed, the mixing ratio of these was set to 1.1:0.7:l:0.4, and the preheating temperature and time of the molded body were set to approximately 300°C and 20 minutes, respectively. The method described above was carried out as follows, except that an aluminum alloy (JIS standard AC8A) at about 750°C was used as the molten matrix metal, and the molded body impregnated with the molten aluminum alloy was forcedly cooled by placing it in water. A composite material was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1, and the cross section of the composite material was observed with an optical microscope.

その結果この複合材料に於てもマトリックス金属として
のアルミニウム合金中に適当な量の金属間化合物Ni3
Alが微細に分散されており、SiCウィスカの性状も
良好であることが認められた。尚SiCウィスカの体積
率は約10%であった。
As a result, this composite material also contains an appropriate amount of intermetallic compound Ni3 in the aluminum alloy as the matrix metal.
It was found that Al was finely dispersed and the properties of the SiC whiskers were also good. The volume fraction of SiC whiskers was approximately 10%.

また比較の目的で、アルミニウム合金の溶湯が浸透した
成形体が空気中にて冷却された点を除き、同一の要領及
び条件にて複合材料を製造したところ、NfとAIとの
間に於ける反応が著しく進行し、マトリックス金属中に
非常に多量の金属間化合物N i 3 A 1が発生し
、これによりマトリックス金属が著しく脆化しているこ
とが認められた。
For comparison purposes, a composite material was manufactured using the same procedure and conditions, except that the molded body impregnated with molten aluminum alloy was cooled in air. It was observed that the reaction progressed significantly and a very large amount of intermetallic compound N i 3 A 1 was generated in the matrix metal, which caused the matrix metal to become extremely brittle.

実施例4 ステンレス鋼粉末及びSiCウィスカの代わりに平均繊
維径20μm、平均繊維長1 mmのステンレスM繊維
(JIS規格5US430)が使用され、ステンレス鋼
繊維とに2 Zr Fa粉末との混合比が1:0.1に
設定され、成形体の予熱温度が200℃に設定され、マ
トリックス金属の溶湯としr約750℃のアルミニウム
合金(JIS規格AC8A)が使用され、成形体及びこ
れに浸透したアルミニウム合金の溶湯を強制冷却するた
めの鉄板の厚さが1.6mmに設定された点を除き、上
述の実施例1の場合と同、−の要領及び条件にて複合材
料を製造し、その複合材料の断面を光学顕微鏡にて観察
した。
Example 4 Stainless steel M fibers (JIS standard 5US430) with an average fiber diameter of 20 μm and an average fiber length of 1 mm were used instead of stainless steel powder and SiC whiskers, and the mixing ratio of the stainless steel fibers and the 2 Zr Fa powder was 1. :0.1, the preheating temperature of the molded body was set to 200°C, and an aluminum alloy (JIS standard AC8A) at about 750°C was used as the molten matrix metal, and the molded body and the aluminum alloy infiltrated into it were A composite material was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above, except that the thickness of the iron plate for forced cooling of the molten metal was set to 1.6 mm. The cross section was observed using an optical microscope.

その結果この複合材料に於てもマトリックス金属として
のアルミニウム合金中に適当な二の金属間化合物F e
 3 A 1が微細に分散されており、繊維径及び繊維
長が若干低下してはいたもののステンレス鋼繊維は繊維
としての性状を維持していることが認められた。尚ステ
ンレス鋼繊維の体積率は約20%であった。
As a result, in this composite material, two suitable intermetallic compounds F e are present in the aluminum alloy as the matrix metal.
3 A1 was finely dispersed, and although the fiber diameter and fiber length were slightly reduced, it was observed that the stainless steel fibers maintained their properties as fibers. The volume percentage of stainless steel fibers was approximately 20%.

また比較の目的で、アルミニウム合金の溶湯が浸透した
成形体が空気中にて冷却された点を除き、同一の要領及
び条件にて複合材料を製造したところ、ステンレス鋼繊
維中のFe及びNiとAIとの間に於ける反応が著しく
進行し、マトリックス金属中に非常に多量の金属間化合
物Fe3Alが発生し、これによりマトリックス金属が
著しく脆化しており、また元のステンレスM繊維は著し
く変質し、最早繊維としての形態を喪失していることが
認められた。
For comparison purposes, a composite material was manufactured using the same procedure and conditions, except that the molded body impregnated with molten aluminum alloy was cooled in the air. The reaction with AI progressed significantly, and a very large amount of intermetallic compound Fe3Al was generated in the matrix metal, which caused the matrix metal to become extremely brittle, and the original stainless steel M fiber was significantly altered. It was observed that the fibers had already lost their form as fibers.

実施例5 ステンレス鋼粉末の代わりに平均粒径2μmのNi粉末
が使用され、強化材として平均繊維径3μm1平均繊維
長30μlのチタン酸カリウムウィスカが使用され、N
l粉末とチタン酸カリウムウィスカとに2 Zr F5
粉末との混合比が0.7:1:40X10−3に設定さ
れ、成形体の予熱温度が約300℃に設定され、マトリ
ックス金属の溶湯として約740℃の純Mgの溶湯が使
用された点を除き、上述の実施例1の場合と同一の要領
及び条件にて複合材料を製造し、その複合材料の断面を
光学顕微鏡にて観察した。
Example 5 Ni powder with an average particle size of 2 μm was used instead of stainless steel powder, potassium titanate whiskers with an average fiber diameter of 3 μm 1 average fiber length of 30 μl were used as reinforcement, and N
2 Zr F5 to l powder and potassium titanate whiskers
The mixing ratio with the powder was set to 0.7:1:40X10-3, the preheating temperature of the compact was set to about 300°C, and a pure Mg molten metal at about 740°C was used as the matrix metal molten metal. A composite material was produced in the same manner and under the same conditions as in Example 1 above, except for the above, and the cross section of the composite material was observed with an optical microscope.

その結果マトリックス金属としての純Mg中に適当な量
の金属間化合物MgpNiが微細に分散されており、チ
タン酸カリウムウィスカの性状も良好であることが認め
られた。尚チタン酸カリウムウィスカの体積率は約20
%であった。
As a result, it was found that an appropriate amount of the intermetallic compound MgpNi was finely dispersed in pure Mg as the matrix metal, and the properties of the potassium titanate whiskers were also good. The volume fraction of potassium titanate whiskers is approximately 20
%Met.

また比較の目的で、純Mgの溶湯が浸透した成形体が空
気中にて冷却された点を除き、同一の要領及び条件にて
複合材料を製造したところ、NiとMgとの間に於ける
反応が著しく進行し、マトリックス金属中に非常に多量
の金属間化合物MgpNiが発生し、これによりマトリ
ックス金属が著しく脆化していることが認められた。
For comparison purposes, a composite material was manufactured using the same procedure and conditions, except that the molded body impregnated with pure Mg molten metal was cooled in air. It was observed that the reaction progressed significantly and a very large amount of intermetallic compound MgpNi was generated in the matrix metal, which caused the matrix metal to become extremely brittle.

尚純Mgの溶湯の代りに約700℃のMg合金(JIS
規格MC2)が使用された場合にもこの実施例と同様良
好な複合材料を製造し得ることが確認された。
Furthermore, instead of pure Mg molten metal, Mg alloy (JIS
It was confirmed that even when standard MC2) was used, a good composite material could be produced in the same way as in this example.

実施例6 ステンレス鋼粉末の代わりに平均粒径1511mのNi
粉末が使用され、強化材として平均粒径5μmのSiC
粉末が使用され、Ni粉末とSiC粉末とに2ZrFs
粉末との混合比が0.3:]、:2×10−3に設定さ
れ、成形体の予熱温度が300℃に設定され、マトリッ
クス金属の溶湯として約750℃のアルミニウム合金(
JIS規格AC8A)が使用され、成形体及びこれに浸
透したアルミニウム合金の溶湯を強制冷却するための鉄
板の厚さが]、、6m+mに設定された点を除き、上述
の実施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を
製造し、その複合材料の断面を光学顕微鏡にて観察した
Example 6 Ni with an average particle size of 1511 m instead of stainless steel powder
SiC powder with an average particle size of 5 μm is used as reinforcement.
2ZrFs is used in Ni powder and SiC powder.
The mixing ratio with the powder was set to 0.3:], :2×10-3, the preheating temperature of the compact was set to 300°C, and the aluminum alloy (at about 750°C) was used as the molten matrix metal.
Same as in Example 1 above, except that JIS standard AC8A) was used and the thickness of the iron plate for forced cooling of the molded body and the molten aluminum alloy permeated therein was set to 6 m + m. A composite material was manufactured using the same procedure and conditions, and the cross section of the composite material was observed using an optical microscope.

その結果この複合材料に於てもマトリックス金属として
のアルミニウム合金中に適当な量の金属間化合物Ni3
Alが微細に分散されており、SiC粒子の性状も良好
であることが認められた。
As a result, this composite material also contains an appropriate amount of intermetallic compound Ni3 in the aluminum alloy as the matrix metal.
It was found that Al was finely dispersed and the properties of the SiC particles were also good.

尚SiC粒子の体積率は約20%であった。The volume fraction of SiC particles was about 20%.

また比較の目的で、アルミニウム合金の溶湯が浸透した
成形体が空気中にて冷却された点を除き、同一の要領及
び条件にて複合材料を製造したところ、NiとAlとの
間に於ける反応が著しく進行し、マトリックス金属中に
非常に多量の金属間化合物Ni3Alが発生し、これに
よりマトリックス金属が著しく脆化していることが認め
られた。
For comparison purposes, a composite material was manufactured using the same procedure and conditions, except that the molded body impregnated with molten aluminum alloy was cooled in air. It was observed that the reaction progressed significantly and a very large amount of intermetallic compound Ni3Al was generated in the matrix metal, which caused the matrix metal to become extremely brittle.

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池の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。
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 embodiments of the pond are possible within the scope of the present invention. It will be clear to those skilled in the art that

発明の効果 本発明の方法によれば、マトリックス金属の溶湯が成形
体中へ浸透していくと共にマトリックス金属中に金属間
化合物が微細に分散された状態で順次形成される過程に
於て、マトリックス金属の溶湯が浸透した成形体が強制
冷却され、これにより溶湯と特定の金属との間の化合反
応が強制的に終了せしめられることにより、マトリック
ス金属中の金属間化合物の量が多くなり過ぎることに起
因するマトリックス金属の脆化や、反応熱の発生量が過
大になることに起因する強化材の熱的劣化が回避され、
更にはマトリックス金属の組織の微細化が達成される。
Effects of the Invention According to the method of the present invention, in the process in which the molten metal of the matrix metal permeates into the compact and the intermetallic compounds are sequentially formed in a finely dispersed state in the matrix metal, the matrix metal is The amount of intermetallic compounds in the matrix metal becomes too large due to forced cooling of the molded body penetrated by molten metal, which forcibly terminates the chemical reaction between the molten metal and a specific metal. The embrittlement of the matrix metal caused by this and the thermal deterioration of the reinforcing material caused by the excessive amount of reaction heat generated are avoided.
Furthermore, the microstructure of the matrix metal can be refined.

例えば第5図及び第6図はそれぞれマトリックス金属の
溶湯が浸透した成形体の冷却速度と複合材料の曲げ強さ
及び摩耗量との間の関係を示すグラフである。これらの
グラフより、マトリックス金属の溶湯が浸透した成形体
を強制冷却することとにより複合材料の強度及び耐摩耗
性を向上させることかできることが解る。
For example, FIGS. 5 and 6 are graphs showing the relationship between the cooling rate of a molded body permeated with molten matrix metal and the bending strength and wear amount of the composite material, respectively. From these graphs, it can be seen that the strength and wear resistance of the composite material can be improved by forcibly cooling the compact into which the molten matrix metal has permeated.

かくして本発明の方法によれば、成形体中にマトリック
ス金属の溶湯が浸透された後成形体が強制冷却されるま
での時間及び冷却速度を適宜に設定することにより、マ
トリックス金属中に適当な量の金属間化合物が微細に分
散され良好な性能を有する複合材料を製造することがで
きる。
Thus, according to the method of the present invention, by appropriately setting the time and cooling rate after the molten matrix metal is infiltrated into the molded body until the molded body is forcibly cooled, an appropriate amount of matrix metal can be contained in the matrix metal. It is possible to produce a composite material in which intermetallic compounds are finely dispersed and have good performance.

また本発明の方法によれば、マトリックス金属や特定の
金属の種類及び量に拘らず、マトリックス金属の溶湯が
浸透した成形体が強制冷却されることにより溶湯と特定
の金属との間の反応が強制的に終了せしめられるので、
マトリックス金属中に適当な量の金属間化合物を形成す
べくマトリックス金属及び特定の金属の種類に応じて成
形体中の特定の金属の微細片の体積率を厳密に調整する
ことは不要であり、従って上述の如くマトリックス金属
中に適当な量の金属間化合物が微細に分散され良好な性
能を有する複合材料を能率よく且低廉に製造することが
できる。
Furthermore, according to the method of the present invention, the reaction between the molten metal and the specific metal is prevented by forced cooling of the molded body into which the molten matrix metal has permeated, regardless of the type and amount of the matrix metal or the specific metal. Because it is forced to terminate,
It is not necessary to strictly adjust the volume fraction of the specific metal fine pieces in the compact depending on the type of matrix metal and specific metal in order to form an appropriate amount of intermetallic compound in the matrix metal, Therefore, as described above, a composite material in which an appropriate amount of the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix metal and has good performance can be produced efficiently and at low cost.

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

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による一連の製造工程を示す工程図
、第5図及び第6図はそれぞれマトリックス金属の溶湯
が浸透した成形体の冷却速度と複合材料の曲げ強さ及び
摩耗量との間の関係を示すグラフである。 10・・・ステンレス鋼粉末、12・・・SiCウィス
カ 14−Kp Z r F6粉末、16−・・成形体
、18・・・純AIの溶湯、20・・・鉄板、22・・
・複合材料。 24・・・金属間化合物 特 許 出 願 人   トヨタ自動車株式会社代  
 理   人   弁理士  明石 昌毅第 1 図 第 図 第 図 第 図 24・・・ゴシ鶴閾1c右]の 第 図 冷却速度 第 図 冷却速度
Figures 1 to 4 are process diagrams showing a series of manufacturing steps according to one embodiment of the method for manufacturing a metal matrix composite material according to the present invention, and Figures 5 and 6 are moldings in which the molten metal of the matrix metal permeates, respectively. 3 is a graph showing the relationship between the cooling rate of a body and the bending strength and wear amount of a composite material. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Stainless steel powder, 12... SiC whisker 14-Kp Z r F6 powder, 16-... Molded body, 18... Molten metal of pure AI, 20... Iron plate, 22...
・Composite materials. 24... Intermetallic compound patent applicant: Toyota Motor Corporation representative
Masaki Akashi, Patent Attorney 1 Figure 24...Goshitsuru Threshold 1c Right] Figure Cooling Rate Figure Cooling Rate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  無機質の強化材と、Al若しくはMgと反応して金属
間化合物を形成する金属の微細片と、金属フッ化物の微
細片とを含む多孔質の成形体を形成し、該成形体中にA
l,Mg、Al合金、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を浸透させ、しかる後前記成
形体を強制冷却する金属基複合材料の製造方法。
A porous molded body containing an inorganic reinforcing material, fine pieces of metal that react with Al or Mg to form an intermetallic compound, and fine pieces of metal fluoride is formed, and A
1. A method for producing a metal matrix composite material, which comprises infiltrating a molten matrix metal selected from the group consisting of Mg, Mg, Al alloy, and Mg alloy, and then forcibly cooling the molded body.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140262327A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Baker Hughes Incorporated Ferrous disintegrable powder compact, method of making and article of same

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