JPH032336A - アルミナ繊維強化マグネシウム合金の熱処理方法 - 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】 【発明の目的】

（産業上の利用分野） 本発明は、アルミナ繊維強化マグネシウム合金を熱処理
するのに利用されるアルミナ繊維強化マグネシウム合金
の熱処理方法に係わり、さらに詳しくはアルミナ繊維を
強化繊維とすると共にマグネシウム合金をマトリックス
とする複合材料を熱処理するのに利用されるアルミナ繊
維強化マグネシウム合金の熱処理方法に関するものであ
る。 （従来の技術） 近年、複合材料の研究が盛んに進められるようになって
きており、繊維強化樹脂（ＦＲＰ　。 ＣＦＲＰ）、ｍｍ強化セラミックス（ＦＲＣ）ｔａｇ強
化金ａ　（ＦＲＭ）ｔｔどの強化ｍｍｔｔ用いｆ＝各種
の複合材料が開発されそして一部実用に供されるように
なってきている。 そして、繊維強化金属においては、マトリックスとして
いわゆる軽金属に属するアルミニウム合金やマグネシウ
ム合金などを使用することも行われており、マトリック
スとなる後者のマグネシウム合金としては、例えば、Ｊ
ＩＳに制定されるＭＤＣＩＡ　（ＡＳＴＭ−ＡＺ９１Ａ
相当品）、ＭＣ７（ＡＳＴＭ−ＺＫ６１Ａ相当品、ＭＣ
８（ＡＳＴＭ−ＥＺ３３Ａ相当品）などや。 ＡＳＴＭに制定されるＡＭ６０Ａ、ＡＳ４１Ａ。 ＱＥ２２Ａなどの使用があった。 しかしながら、これらのマグネシウム合金は、アルミナ
繊維の成形体との組み合わせとして例えば溶７ｇＪｍ造
法などにより複合材料として作製した場合に、ここで作
製された複合材料の耐熱性が繊維強化しないマグネシウ
ム合金よりも劣る場合もあり、比較的高温例えば２００
℃以上の温度での引張強さが低いため、このような高温
において高強度が要求されるところでの使用には適さな
いものになるという課題を有していた。 一方、すでにＭ　ｇ　−Ｙ　−Ｓ　ｍ系やＭｇ−Ｙ−Ｓ
ｍ−Ｚｒ系の耐熱性に優れた高強度の鋳造用マグネシウ
ム合金の開発もなされており（特開昭６１−２５０１４
４号）、この鋳造用マグネシウム合金をマトリックスと
する共にアルミナ繊維を強化繊維とする複合材料を溶湯
鍛造法によって作製する試みもあった。 （発明が解決しようとする課題） ところが、上記したＭ　ｇ　−Ｙ　−Ｓ　ｍ系やＭｇ−
Ｙ−Ｓｍ−Ｚｒ系の耐熱性に優れた高強度の鋳造用マグ
ネシウム合金マトリックスにアルミナ繊維を複合化させ
た材料では、温度２００°Ｃでの比較的高温における引
張試験において、Ｆ材（ＰＩ放し材）およびＴ５材（Ｔ
５処理：２１５℃Ｘ５ｈ）ではマトリックス合金の温度
２００℃での引張強度と同程度の引張強度を有している
が、Ｔ６材（Ｔ６処理＝５２０℃Ｘ６ｈ、Ｗ、Ｑ、、２
００’０Ｘ２０ｈ）ではマトリックス合金の温度２００
°Ｃでの引張強度の三方の二程度の引張強度しか得るこ
とができず、高温での引張強度は母材よりもむしろ低い
ものになるという課題を有していた。 コノように、上記したＭｇ−Ｙ−Ｓｍ−（Ｚ　ｒ）系の
鋳造用マグネシウム合金は、本来ならばＴ６処理を施す
ことによって高強度が得られるものであるが、アルミナ
繊維を複合化させてＦａ維強化した場合にはマグネシウ
ム合金そのものに施したと同じＴ６処理では十分な強度
が得られないという課題を有していた。 （発明の目的） 本発明はこのような課題にかんがみてなされたもので、
アルミナ繊維雄を強化繊維とし、マグネシウム合金をマ
トリックスとしたアルミナ繊維強化マグネシウム合金に
おいて、比較的高温、例えば２００°Ｃ以上の温度にお
ける引張強度が大であって、このような比較的高温にお
ける使用にも十分に酎えることができる低熱膨張の高強
度複合材料を提供することが可能であるアルミナ繊維強
化マグネシウム合金の熱処理方法を提供することを目的
としている。

【発明の構成】

（課題を解決するための手段） 本発明に係わるアルミナ繊維強化マグネシウム合金の熱
処理方法は、Ｍｇ−Ｙ−Ｓｍ−（Ｚｒ）系マグネシウム
合金よりなるマトリックス中に強化繊維としてアルミナ
繊維を複合化したアルミナ繊維強化マグネシウム合金を
熱処理するに際し、溶体化処理温度を４９０〜５３０℃
としかつ溶体化処理時間を６０分以内として溶体化処理
温度より常温まで冷却した後、３００℃以下の温度で人
工時効させる構成としたことを特徴としており、このよ
うなアルミナ繊維強化マグネシウム合金の熱処理方法の
構成を前述した従来の課題を解決するための手段として
いる。 本発明が適用されるアルミナ繊維強化マグネシウム合金
のうち、マトリックスを構成するマグネシウム合金とし
ては、機械的性質および耐熱性に優れているＭ　ｇ　−
Ｙ　−Ｓ　ｍ系のものおよびＭｇ−Ｙ−Ｓｍ−Ｚｒ系の
ものが用いられる。 これらのうち、前者のＭ　ｇ　−Ｙ　−Ｓ　ｍ系のもの
としては、例えば、２〜８重量％のＹと、２〜７重量％
のＳｍを含有し、残部が実質的にＭｇよりなるマグネシ
ウム合金があり、後者のＭｇ−Ｙ−Ｓｍ−Ｚｒ系のもの
としては、２〜８重量％のＹと、２〜７ｉＩ！量％のＳ
ｍと、１玉量％以下のＺｒを含有し、残部が実質的にＭ
ｇよりなるマグネシウム合金があって、上記のごと〈Ｙ
含有量を２〜８重量％、Ｓｍ含有量を２〜７重量％の範
囲とし、必要に応じてＺｒを１重量％以下の範囲で含有
させることによって、機械的性質および耐熱性に優れた
鋳造用マグネシウム合金となる。 また、本発明が適用されるアルミナ繊維強化マグネシウ
ム合金のうち１強化ｍ維を構成するものとしては、アル
ミナｍ維が用いられる。このアルミナａｍは、高強度を
有していると共に高温安定性に優れ、熱膨張率が低く比
較的低廉であり、マグネシウム合金の強化繊維とし適し
ているものである。 そして、本発明に係わるアルミナ繊維強化マグネシウム
合金の熱処理方法では、上記構成のアルミナ繊維強化マ
グネシウム合金を吸引鋳造法や溶ｒｇＩ鍛造法などの適
宜の手法によって製造（鋳造）したのち、この鋳造体に
対する溶体化処理温度を４９０〜５３０℃、より望まし
くは５２０〜５３０℃としかつ溶体化処理時間を６０分
以内、より望ましくは３０分以内として溶体化処理温度
より温水、冷水、油、大気中等で常温まで冷却した後、
３００℃以下の温度で人工時効させるようにしているが
、この際、溶体化処理温度が高すぎるとマトリックスと
アルミナ繊維との間での反応や、粒界晶出物の固溶等の
現象が進行してその結果引張強度が低下するものとなる
ので好ましくなく、溶体化処理温度は５３０℃以下とす
る必要がある。したがって、溶体化処理温度は、溶体化
処理の効果が得られる４９０℃以上、より好ましくは５
２０℃以上５３０℃以下とした。 また、溶体化処理時間が長いと、マトリックスとアルミ
ナ繊維との反応や、粒界晶出物の固溶等の現象が進行し
、その結果引張強度が低下することとなるので、溶体化
処理時間は６０分以内、より好ましくは３０分以内とし
た。 そして、このように溶体化処理温度を４９０〜５３０°
Ｃとしかつ溶体化処理時間を６０分以内として溶体化処
理温度より常温まで冷却するに際しては、温水中や冷水
中や油中で冷却するほか、大気中において冷却すること
も可能であり、その後３００℃以下の温度で人工時効さ
せる。このとき、人工時効の処理温度が高すぎると強度
の低下をきたすので３００℃以下とした。 （発明の作用） 本発明に係わるアルミナ繊維強化マグネシウム合金の熱
処理方法では、機械的特性および＃熱性に優れたＭｇ−
Ｙ−Ｓｍ　−（Ｚ　ｒ）系マグネシウム合金よりなるマ
トリックス中に、高強度を有していると共に高温安定性
に優れ、熱膨張率が低く比較的廉価であるアルミナ＃ａ
ｒｔｓを強化繊維として複合化させたアルミナ繊維強化
マグネシウム合金を素材とし、その後の溶体化処理条件
および人工時効処理条件を特定することによって、それ
らの特性が相乗的に活用・されることとなり、その結果
高温例えば２００℃における引張強度に優れた低熱膨張
材料になるという作用がもたらされる。 （実施例） χ１努」 この実施例においては、まず、Ｙ：５．１重量％、　　
Ｓｍ：３．８　　重量　％　、Ｚｒ　　二　０．４７１
℃％、残部Ｍｇおよび不純物よりなるマグネシウム合金
溶湯を溶製した。 一方、アルミナ類ｍｆａ　ＣＩ　ＣＩ　社’ＪＪ　；　
Ｓ　ｉ　０２含有量５重量％以下）を水中に混入したの
ち吸引する吸引法によって円板状のアルミナ短繊維成形
体（直径的１００ｍｍ、厚さ２０ｍｍ、繊維体積率約１
０体積％）を用意した。このアルミナ短−繊維成形体の
繊維方向は、円板の円形面にほぼ平行な状態でアトラン
ダムになっているものであった。 そして、第２図に示す概略構造の金型キャビティ１を有
する型締力２５０Ｔｏｎ竪型ダイカストマシンを用いた
。第２図に示すダイカストマシンは、プラテン２に固定
した固定金型３と可動金型４とによって金型キャビティ
１が形成されるもので、固定金型３にはスリーブ５を固
定し、このスリーブ５の上端に置中子６を設けていると
共にスリーブ５の内部にセラミックペーパー（商品名；
ファインフレックス）７を配設し、スリーブ５内でプラ
ンジャ９を昇降可能に備えた構造をなすものである。 そこで、可動金型４を上方に移動させて型開きし、置中
子６の上に前記円板状のアルミナ短ｍ維成形体８を配設
したのち可動金型４を固定金型３に型締めした状態とし
、スリーブ５内に供給した前記成分組成のマグネシウム
合金溶ｚｉｏをプランジャ９により金型キャビティ１内
に押し込むことによって、金型キャビティ１内でマグネ
シウム合金溶湯１０を鋳造し、アルミナ短繊維成形体８
の内部にもマグネシウム合金溶湯１０を浸透させたのち
凝固させることによって、第１図に示すようなアルミナ
短繊維強化マグネシウム合金よりなる鋳造体１１を得た
。なお、このときの鋳造条件を７１Ｓ１表に示す。 次に、ここで得たアルミナ短繊維強化マグネシウム合金
よりなる＃）Ｊ進体１１に対して、第２表に示す条件で
人種類の熱処理を施した。なお、この熱処理において各
鋳造体１１を５２０″Ｃに加熱するに際して、常温から
５２０℃まで昇温するのに２時間を要した。 第１表；鋳造条件 害Ｊ０１ヱ この実施例においては、マグネシウム合金として、Ｙ：
２．９重量％、Ｓｍ：２．８重量％、Ｚｒ：０．４５重
量％、残部Ｍｇおよび不純物よりなるものを用いたほか
は、前記実施例１と同様にして第１表に示した鋳造条件
により第１図に示した形状のアルミナ短繊維強化マグネ
シウム合金よりなる鋳造体１１を得た。 次いで、ここで得たアルミナ短繊維強化マグネシウム合
金よりなる鋳造体１１に対して、第２表に示した条件で
六種類の熱処理を施した。 匿紋輿ユ 比較のため、実施例１と同じ成分組成のマグネシウム合
金溶湯を用い、第１表に示した鋳造条件により、アルミ
ナ短！ａ維成形体を複合化させないマグネシウム合金よ
りなる第１図に示した形状の鋳造体を得た。 次いで、ここで得た鋳造体に対して、第２表に示した条
件で六種類の熱処理を施した。 ル蚊班ヱ 比較のため、実施例２と同じ成分組成のマグネシウム合
金溶湯を用い、第１表に示した鋳造条件により、アルミ
ナ短＃ｌ維成形体を複合化させないマグネシウム合金よ
りなるｍ１図に示した形状の＃４造体を得た。 次いで、ここで得た鋳造体に対して、ｆｔ５２表に示し
た条件で六種類の熱処理を施した。 Ｌ負廻ユ 次に、第２表に示した条件による熱処理を行ったのちの
各１４造体を供試体とし、第１図に示した実施例１．２
の鋳造体１１のアルミナ短繊維成形体８が複合化された
部分、および比較例１．２の場合はｍ張弦化されていな
いが実施例１．２と同じ部分より当該Ｎ透体の円形面に
平行に試験片を切り出し、ＪＩＳ　　Ｇ　　０５６７の
規定に準じて温度２００℃での引張試験を行った。これ
らの結果を実施例１および比較例１については第３表に
示し、実施例２および比較例２については第４表に示す
。 第３表および第４表に示す結果より明らかなように、溶
体化処理温度が５２０　’Ｃである溶体化処理を行った
場合において溶体化処理時間が長ずざると引Ｉ張強さお
よび０．２％耐力が低下したものとなるので、溶体化処
理時間は６０分以内、より望ましくは３０分以内とする
のがよいことが認められた。 実施例３ この実施例では、実施例１と同様にしてマトリ・ンクス
としてＹ：５．１重量％、Ｓｍ：３．８正Ｘ１１％、Ｚ
ｒ：０．４７．！ｌｉ量％、残部Ｍｇおよび不純物より
なるマグネシウム合金を用いた第１図に示す形状のアル
ミナ短Ｒｍ強化マグネシウム合金よりなる＃ＰＪ造体溝
体１１たのち、３つのグループに分け、各グループの鋳
造体に対して第５表に示す条件での熱処理を行った。 そして、第５表に示すように、第１グループの＃ＦＩ造
体透体しては、４８０℃の溶体化処理温度で１分、３０
分および６０分の溶体化処理時間としたのち温水焼入れ
する溶体化処理を施し、その後２００℃の温度で１０時
間および２０時間保持する人工時効処理を行った。また
、第２グループの鋳造体に対しては、４９０℃の溶体化
処理温度で１分、３０分および６０分の溶体化処理時間
としたのち温水焼入れする溶体化処理を施し、その後２
００℃の温度で１０時間および２０時間保持する人工時
効処理を行った。さらに、第３グループの鋳造体に対し
ては、５２０℃の溶体化処理温度で１分、３０分および
６０分の溶体化処理時間としたのち温水焼入れする溶体
化処理を施し、その後２００℃の温度で１０時間および
２０時間保持する人工時効処理を行った。 次に、上記したＴ６処理を終えた各鋳造体よりなる複合
材料のアルミナ短繊維が複合化されている部分から当該
鋳造体の円形面に平行に試験片を切り出し、ＪＩＳ　　
Ｇ　　０５６７の規定に準じて温度２００℃での引張試
験を行った。これらの結果を同じくｆＪＳ５表に示す。 第５表に示した結果より明らかなように、溶体化処理温
度を４９０℃および５２０℃とした場合において、溶体
化処理時間を６０分以内としたときに、引張強さが２０
　ｋ　ｇ　ｆ　／ｍｍ’以上、０．２％耐力が１５ｋｇ
ｆ／ｍｍ２以上の優れた値が得られることが認められた
。しかし、溶体化処理温度を４８０℃とした場合には弓
１張強さおよび０，２％耐力がともに低下したものとな
っており、あまり好ましくない結果であったゆ

【発明の効果】

本発明に係るアルミナ繊維強化マグネシウム合金の熱処
理方法では、　Ｍｇ−Ｙ−Ｓｍ　−（Ｚ　ｒ）系マグネ
シウム合金よりなるマトリックス中に強化ｍ誰としてア
ルミナａｒｔｓを複合化したアルミナ繊維強化マグネシ
ウム合金を熱処理するに際し。 溶体化処理温度を４９０〜５３０℃としかつ溶体化処理
時間を６０分以内として溶体化処理温度より常温まで冷
却した後、３００℃以下の温度で人工時効させるように
したから、高強度を有していると共に高温安定性に優れ
、熱膨張率が低いアルミナｔｔａｍを強化ｍ雄とし、機
械的性質および耐熱性に優れている改良されたマグネシ
ウム合金をマトリックスとしたアルミナ繊維強化マグネ
シウム合金に対し熱処理を施した後の状態において、比
較的高温１例えば２００℃以上の温度における引張強度
が大であってこのような比較的高温における使用にも十
分に耐えることが可能であるアルミナ繊維強化マグネシ
ウム合金とすることが可能であり、しかも熱膨張率の低
いアルミナ１１１ｍによって強化されたものであるため
熱膨張率の比較的低いアルミナ繊維強化マグネシウム合
金を提供することが可能であるという著しく優れた効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例において作製したアルミナ繊維
強化マグネシウム合金よりなる鋳造体の有半破断説明図
、第２図は第１図のアルミナ繊維強化マグネシウム合金
よりなる鋳造体を鋳造するのに用いた竪型ダイカストマ
シンの金型キャビティ部分の断面説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ−Ｙ−Ｓｍ−（Ｚｒ）系マグネシウム合金よ
   りなるマトリックス中に強化繊維としてアルミナ繊維を
   複合化したアルミナ繊維強化マグネシウム合金を熱処理
   するに際し、溶体化処理温度を４９０〜５３０℃としか
   つ溶体化処理時間を６０分以内として溶体化処理温度よ
   り常温まで冷却した後、３００℃以下の温度で人工時効
   させることを特徴とするアルミナ繊維強化マグネシウム
   合金の熱処理方法。