JPH0320452B2 - - Google Patents

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JPH0320452B2
JPH0320452B2 JP61209152A JP20915286A JPH0320452B2 JP H0320452 B2 JPH0320452 B2 JP H0320452B2 JP 61209152 A JP61209152 A JP 61209152A JP 20915286 A JP20915286 A JP 20915286A JP H0320452 B2 JPH0320452 B2 JP H0320452B2
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JP
Japan
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composite material
particles
reinforcing particles
powder
mechanical alloying
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JP61209152A
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English (en)
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JPS6365045A (ja
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Tsunemasa Miura
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Altemira Co Ltd
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Showa Aluminum Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals
    • C22C1/1084Alloys containing non-metals by mechanical alloying (blending, milling)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C32/00Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ

Description

【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野 この発明は、車輌用のエンジン部品、その他高
弾性、高耐熱強度が要求される機械部品等に使用
されるアルミニウムベースの複合材、即ちアルミ
ニウムまたはその合金をマトリツクスとし、該マ
トリツクス中に強化粒子が均一分散された粒子強
化による粒子分散型のアルミニウム基複合材に関
する。 従来の技術 粒子分散型の複合材の特性を良好に発揮させる
ためには、もとより強化粒子がマトリツクス中に
均一に分散していることが重要である。 而して、従来、粒子分散形複合材の製造におい
ては、強化粒子の均一分散性を向上する目的か
ら、メカニカルアロイングの技術を利用すること
が検討され注目されている。即ち、メカニカルア
ロイングにより、予めマトリツクス材料と強化粒
子との間に強い結合を生じさせた複合粉をつく
り、この複合粉を二次的材料として通常の粉末冶
金の技術に従つて複合材を製造することが検討さ
れている(例えば特開昭60−131943号、同60−
1319号、同60−9837号参照)。 発明が解決しようとする問題点 ところが、メカニカルアロイングの技術を用い
て製造された粒子分散型のアルミニウム基複合材
においては、概して延性が低く脆くなる傾向を示
し、低靭性、難加工であるというような問題を有
し、高弾性、高耐熱強度を付与するべく更なる改
善が求められるものであつた。 本発明者は、このような問題点の原因について
探求したところ、その主要な1つの原因として、
メカニカルアロイングを用いるかぎり、該工程中
に不可避的に入り込んでくるO及びCの含有によ
り、その結果生成される百乃至数百〓オーダーの
微細な酸化物であるAl2O3及び炭化物である
Al4C3粒子の分散によつて、マトリツクス中にお
ける平均粒子間距離が短くなつて転位の拘束力が
高まるため、延性の低下をもたらし、脆くなるも
のであることを解明し得た。 この発明は、斯る知見から、複合材中のO、C
の含有量を強化粒子の分散含有量との相対関係で
制御することにより、良好な延性を保持しつゝ、
高弾性、高耐熱強度の複合材を得ることを目的と
する。 問題点を解決する為の手段 上記の目的において、種々研究の結果、この発
明は、所期目的を達成する粒子分散形Al基複合
材、特にメカニカルアロイングによつてアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金マトリツクスと強化
粒子とが複合化され、上記マトリツクス中に強化
粒子が分散された粒子強化による複合材におい
て、次の条件を満たすべきものとする。 (1) 先ず、複合材中のO及びCの含有量が、それ
らによつて生じる酸化物Al2O3及び炭化物
Al4C3の合計における容積比において20%以下
であるものとする。 即ち、O及びCの合計含有量をAl2O3及び
Al4C3の重量百分率から下記の式によりそれら
の体積分率、即ち容積比〔Vf(Al2O3+Al4C3)〕
に換算する。 Vf(Al2O3+Al4C3)=1.71 ×(wt%Al2O3)+3.71×(wt%Al4C3) そして、この容積比が、 Vf(Al2O3+Al4C3)≦20% であることを必要条件とする。 このOとCの合計含有量がAl2O3及びAl4C3
の合計容積比において20%をこえると、複合材
のマトリツクス中において上記酸化物及び炭化
物の平均粒子間距離が短いものとなり、転移の
拘束力が高まる結果、複合材の延性の低下、脆
化を招き、所期する高弾性率を得ることができ
ない。最も好ましくは、O及びCの含有量の範
囲は上記酸化物及び炭化物の容積比の合計にお
いて、 Vf(Al2O3+Al4C3)≦10% に制御されるべきである。 (2) 次に、強化粒子と前記O及びCの合計含有量
が、強化粒子の容積比と前記Al2O3及びAl4C3
の容積比との合計値〔Vf(強化粒子)+Vf
(Al2O3+Al4C3)〕において40%以下であるこ
と、即ち Vf(強化粒子)+Vf(Al2O3+Al4C3)≦40% であることを必要とする。 この値が40%をこえるときも、延性の低下に
より材料が脆いものとなり、所期の高弾性複合
材を得ることができない。 (3) 更に、強化粒子の平均粒径(l)が10μm以
下、即ち l≦10μm であることを必要とする。即ち、粒子強化によ
る複合材の場合、その強化粒子には少なくとも
平均粒径0.1μm以上のものが用いられ、最も一
般的には1μm以上のものが用いられるが、一
方、その平均粒径が10μmをこえるような粗大
なものを用いるときは、均一分散性が悪くなる
ため、複合材の機械的強度の向上効果に乏し
く、延性、ヤング率も低いものとなる。好まし
くは上記平均粒径(l)は5μm以下のものを
用いるのが良い。 上記複合材の製造は、Al粉末と強化粒子とを
必要に応じて予備混合したのち、メカニカルアロ
イング処理を行つて複合粉とし、これを回収して
圧粉容器に充填し、加熱による脱ガス処理を行
う。そして更に熱間圧粉を行つて所定の塊とした
のち、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧延等の所要
の熱間加工を施して所期する分散強化形Al基複
合材を得るものである。なお、上記工程は、バツ
チ処理工程によるが、連続処理工程で複合材をつ
くる場合は、メカニカルアロイング後、搬送、加
熱脱ガス、コンテナ充填、熱間圧粉の処理を順次
行い、次いで上記熱間押出し等の成形加工を施し
て製品とするものである。 上記製造工程において、複合材中のO及びCの
含有量を前記の範囲に制御することは、特にメカ
ニカルアロイング工程から、回収または搬送、脱
ガス、熱間圧粉に至る一連の工程を、Arガス、
N2ガス、あるいは真空等により非酸化性に制御
した雰囲気中で行い、もつてOの侵入を防ぐもの
とすると共に、かつメカニカルアロイング工程中
に混合粉末材料中に必要的に添加される有機焼付
き防止剤の添加量を可及的少量に規制して、複合
材中にCが過剰に含有されないようにすることに
よつて行いうる。 焼付き防止剤には、エタノールその他の各種有
機浴剤が使用される。従つて、その添加量が増え
るに従つて、複合材中に多くのCが含有される結
果を生じるので、可及的少ない添加量を選ぶべき
であるが、メカニカルアロイングを支障なく行う
ためには、マトリツクスAl粉末及び強化粒子の
混合物の全体重量1Kgに対し、概ね5c.c.程度は最
低必要である。しかしながら、60c.c.をこえて多量
に添加することは有害であり、好ましくは40c.c.程
度以下の範囲で使用することが望ましい。 マトリツクスとするAlまたはその合金粉末は、
A1000系の純アルミニウムのほか、A2000〜8000
系の各種のものを任意に単独または組合わせにお
いて使用しうる。そのAl粉末の平均粒径は20μm
程度のものが一般的に良好に用いられる。 一方、強化相のための強化粒子は、既知の硬い
酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、金属間化合
物の群から選択される任意の1種または2種以上
が用いられる。 発明の効果 この発明によれば、メカニカルアロイングの方
法によつて強化粉末をAlマトリツクス中に均一
に分散させた複合材であつて、特に引張り強さに
優れたバラツキのない高強度のものとなしうるの
はもとより、特に延性を良好に保持しつつ、高弾
性、高耐熱強度の高温特性に優れた複合材を得る
ことができる。従つてまた、この発明による複合
材は、従来のメカニカルアロイングによつて製造
される複合材に較べ、一段と熱間加工性、靭性に
優れたものであり、用途範囲を拡大しうる。 実施例 実施例 1
【表】 上記表1に示すAl粉末と強化粒子とを、それ
ぞれ全体重量1Kgに秤量し、ミキサーで2000rpm
×4分間予備混合した。 そして、この混合物に、Arガス雰囲気中で
280rpm×10時間のメカニカルアロイング処理を
施して複合粉を製造した。このメカニカルアロイ
ング工程において焼付防止剤としてエタノールを
使用し、その添加量を次のとおり各試料毎に異な
るものとした。 (エタノール添加量) 試料No.1……54c.c. 試料No.2……22c.c. 試料No.3……29c.c. 試料No.4……73c.c. 次に、メカニカルアロイングを終えた複合粉を
回収し、Al製圧粉容器に充填した。この回収・
充填を、試料No.1〜3についてはArガス雰囲気
中で行い、試料No.4については大気中で行つた。
そして圧粉容器を3×10-3torrの真空にし、いず
れも500℃×5時間の加熱脱ガス処理を施したの
ち、熱間プレス機により、500℃×7000Kg/cm2
条件で圧粉成形を行い、続いて押出比10:1、押
出し温度450℃で熱間押出し成形を行い、各種の
Al基複合材を得た。 そこで、この得られた各複合材につき、熱処理
型の試料No.2、3についてはT6調質処理し、試
料No.1、4については押出し材mのまゝ、それら
の有する機械的性質を調べると共に、複合材中の
O及びCの含有量、Al2O3及びAl4C3の含有量に
よつて調べた。その結果を表2、3に示す。
【表】 δ:伸び
【表】 上表2、3に示されるように、試料No.1は強化
粒子の含有量〔Vf(強化粒子)〕が多すぎるため
に、O及びCの含有量を抑制しても、強化粒子と
酸化物Al2O3及び炭化物Al4C3の合計容積比〔Vf
(強化粒子)+Vf(Al2O3+Al4C3)〕が40%をこえ
るために、また試料No.4は、メカニカルアロイン
グの焼付防止剤(エタノール)の添加量が相対的
に多く、しかもメカニカルアロイング処理後の複
合粉の回収及び容器充填を大気中で行つてO及び
Cの含有量がそれらによる酸化物及び炭化物の合
計容積比〔Vf(Al2O3+Al4C3)〕において20%を
こえて多くなつたために、いずれも延びの悪いも
のであるのに対し、この発明に従う試料No.2〜3
の複合材はいずれも高強度、高弾性特性を保持し
ながら、延性に優れ、特に高温特性に優れたもの
であることを確認し得た。 実施例 2
【表】 上記表4のAl粉末と強化粒子とを、それぞれ
全体重量1Kgに秤量してメカニカルアロイング処
理を行つた。このメカニカルアロイングの処理条
件は、焼付防止剤としてのエタノールの添加量を
いずれも22c.c.の一定したことのほか、前記実施例
1の場合と同様とした。 そして、この得られた複合粉を、Arガス雰囲
気中で回収または搬送し、爾後実施例1の場合の
条件に準じて複合材を押出し成形した。なお、試
料No.7及び10については、メカニカルアロイング
後、複合粉の搬送、加熱脱ガス、圧粉コンテナ充
填、熱間圧粉、押出しの順次的施行による連続的
工程を採用して複合材を得た。 そして、この得られた各種複合材につき、試料
No.6、8、10についてはT6調質処理したのち、
他は押出し材のまゝで、それぞれの機械的性質を
調べると共に、O及びCの含有量を測定して対比
し、その結果を表5及び表6に示した。
【表】
【表】 上記表5、6の結果から理解しうるように、強
化粒子の平均粒径が10μmをこえて粗いものであ
る場合(試料No.9〜10)、結果的に複合材の引張
り強度が低下するのみならず、延びも極めて悪い
ものとなることが判明した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 メカニカルアロイングによつてアルミニウム
    またはアルミニウム合金マトリツクスと強化粒子
    とが複合化され、上記マトリツクス中に強化粒子
    が分散された粒子強化による複合材であつて、 前記強化粒子の平均粒径(l)が10μm以下で
    あり、かつ O及びCの合計含有量が、酸化物としての
    Al2O3及び炭化物としてのAl4C3の容積比〔Vf
    (Al2O3+Al4C3)〕において、 Vf(Al2O3+Al4C3)≦20%であり、しかも 強化粒子とO及びCの合計含有量が、強化粒子
    の容積比と前記Al2O3及びAl4C3の容積比との合
    計値〔Vf(強化粒子)+Vf(Al2O3+Al4C3)〕にお
    いて、 Vf(強化粒子) +Vf(Al2O3+Al4C3)≦40% であることを特徴とする、粒子分散形Al基複合
    材。
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