JPH0324240A - Ａｌ基繊維強化複合材料 - Google Patents
Ａｌ基繊維強化複合材料Info
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- JPH0324240A JPH0324240A JP16046989A JP16046989A JPH0324240A JP H0324240 A JPH0324240 A JP H0324240A JP 16046989 A JP16046989 A JP 16046989A JP 16046989 A JP16046989 A JP 16046989A JP H0324240 A JPH0324240 A JP H0324240A
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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。
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、Ａｌ基繊鱈強化複合材料に関するものである
． 従来の技術 従来、油圧機器には鉄系材料が使用されてぃたが、最近
、その軽量化および計測のための非磁性化を図るために
、Ａｌ合金の使用が検討されている． 発明が解決しようとする課題 ところで、上記のようなＡＩ２合金を使用した場合、耐
摩耗性または振動に対する減衰に問題がある． そこで、本発明は上記課題を解消し得るＡｌ基繊維強化
複合材料を提供することを目的とする。
． 従来の技術 従来、油圧機器には鉄系材料が使用されてぃたが、最近
、その軽量化および計測のための非磁性化を図るために
、Ａｌ合金の使用が検討されている． 発明が解決しようとする課題 ところで、上記のようなＡＩ２合金を使用した場合、耐
摩耗性または振動に対する減衰に問題がある． そこで、本発明は上記課題を解消し得るＡｌ基繊維強化
複合材料を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
上記課題を解決するため、本発明のＡ４基繊維強化複合
材料は、ＡｌまたはＡｌ合金に、炭素短繊維およびチタ
ン酸カリウムウィスカーを複合化した複合材料であって
、炭素短繊鱈を複合材料全体に対して１５〜４０％（体
積パーセント）の割合で、またチタン酸カリウムウィス
カーを上記炭素短繊維に対して２０〜５０％（体積パー
セント）の割合で配合するとともに、炭素短繊維とチタ
ン酸カリウムウィスカーとの合計量が複合材料全体の３
０〜５０％（体積パーセント〉以下としたものである．
作用 上記構成によると、軽量化および計測のための非磁性化
を図った上で、耐摩耗性および減衰率の向上を図ること
ができる． 実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する． 第１図は本発明の一実施例の複合材料のミクロ組織を示
す模式図である．すなわち、本実施例に係るＡＵ基繊鱈
強化複合材料は、母地材料としてのＡｕ．ｔたは／ｌ合
金（Ｊ Ｉ ＳＳ格＠３！１用Ａｌ合金ＡＣ８Ａ，Ｊ
Ｉ Ｓ規格高応力Ａｌ合金６０６１等）１に、長さが０
．１〜１０ｓｍの炭素短繊維２、およびチタン酸カリウ
ムウイスカー（Ｋ２０・６ＴｉＯ２）３を複合化した複
合材料であって、炭素短繊維を複合材料全体に対して１
５〜４０％（体積パーセント》の割合で、またチタン酸
カリウムウイスカーを上記炭素短繊維に対して２０〜５
０％（体積パーセント）の割合で配合し《すなわち、炭
素短繊鱈：チタン酸カリウムウイスカーの比が４：１〜
１：１の範囲にされる）、かつ炭素短繊維とチタン酸カ
リウムウィスカーとの合ａｌ量が複合材料全体の３０〜
５０％（体積パーセント）以下にされる． なお、第１図から、炭素短ｍ維２をチタン酸カリウムウ
イスカ−３が囲み、かつＡｌ合金（母地）１が含浸され
ているのがよく分かる． なお、上記材料の複合化は加圧鋳造、粉末冶金等の手法
を用いて可能となるが、シリンダチューブ等を対象とす
る場合は、金型鋪造の可能な加圧！１２ｌ造法が最も望
ましい．加圧鋳造法の場合、強化繊鱈はプリフォーム体
の製造が可能で、かつ鋳造によって欠陥のない複合材料
を得なければならない．その意味で、炭素短繊維とチタ
ン酸カリウムウィスカーの強化繊鱈の複合材料に占める
総量は３０〜５０％（体積パーセント、以下省略する）
とするのが望ましい． 次に炭素短繊維とチタン酸カリウムウィスカーの役割お
よび複合化量の決定理由を述べる．（１）炭素短繊維の
複合化の役割 ■Ａｌ合金母地より比重の小さい繊維であり、複合材料
の軽量化が可能となる． ■，１２合金母地の耐摩耗性を向上させるが、チタン酸
カリウムウィスカーとの共存によって一層の耐摩耗性向
上をもたらす． ■ＡＮ合金の減衰特性を向上させ、１５％以上の添加で
Ａｌ合金の５倍、軟鋼の３倍程度の減衰率の増加をもた
らす。
材料は、ＡｌまたはＡｌ合金に、炭素短繊維およびチタ
ン酸カリウムウィスカーを複合化した複合材料であって
、炭素短繊鱈を複合材料全体に対して１５〜４０％（体
積パーセント）の割合で、またチタン酸カリウムウィス
カーを上記炭素短繊維に対して２０〜５０％（体積パー
セント）の割合で配合するとともに、炭素短繊維とチタ
ン酸カリウムウィスカーとの合計量が複合材料全体の３
０〜５０％（体積パーセント〉以下としたものである．
作用 上記構成によると、軽量化および計測のための非磁性化
を図った上で、耐摩耗性および減衰率の向上を図ること
ができる． 実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する． 第１図は本発明の一実施例の複合材料のミクロ組織を示
す模式図である．すなわち、本実施例に係るＡＵ基繊鱈
強化複合材料は、母地材料としてのＡｕ．ｔたは／ｌ合
金（Ｊ Ｉ ＳＳ格＠３！１用Ａｌ合金ＡＣ８Ａ，Ｊ
Ｉ Ｓ規格高応力Ａｌ合金６０６１等）１に、長さが０
．１〜１０ｓｍの炭素短繊維２、およびチタン酸カリウ
ムウイスカー（Ｋ２０・６ＴｉＯ２）３を複合化した複
合材料であって、炭素短繊維を複合材料全体に対して１
５〜４０％（体積パーセント》の割合で、またチタン酸
カリウムウイスカーを上記炭素短繊維に対して２０〜５
０％（体積パーセント）の割合で配合し《すなわち、炭
素短繊鱈：チタン酸カリウムウイスカーの比が４：１〜
１：１の範囲にされる）、かつ炭素短繊維とチタン酸カ
リウムウィスカーとの合ａｌ量が複合材料全体の３０〜
５０％（体積パーセント）以下にされる． なお、第１図から、炭素短ｍ維２をチタン酸カリウムウ
イスカ−３が囲み、かつＡｌ合金（母地）１が含浸され
ているのがよく分かる． なお、上記材料の複合化は加圧鋳造、粉末冶金等の手法
を用いて可能となるが、シリンダチューブ等を対象とす
る場合は、金型鋪造の可能な加圧！１２ｌ造法が最も望
ましい．加圧鋳造法の場合、強化繊鱈はプリフォーム体
の製造が可能で、かつ鋳造によって欠陥のない複合材料
を得なければならない．その意味で、炭素短繊維とチタ
ン酸カリウムウィスカーの強化繊鱈の複合材料に占める
総量は３０〜５０％（体積パーセント、以下省略する）
とするのが望ましい． 次に炭素短繊維とチタン酸カリウムウィスカーの役割お
よび複合化量の決定理由を述べる．（１）炭素短繊維の
複合化の役割 ■Ａｌ合金母地より比重の小さい繊維であり、複合材料
の軽量化が可能となる． ■，１２合金母地の耐摩耗性を向上させるが、チタン酸
カリウムウィスカーとの共存によって一層の耐摩耗性向
上をもたらす． ■ＡＮ合金の減衰特性を向上させ、１５％以上の添加で
Ａｌ合金の５倍、軟鋼の３倍程度の減衰率の増加をもた
らす。
（２）チタン酸カリウムウィスカーの複合化の役割■強
化繊維に占める割合を２０〜５０％とすることによって
、Ａｌ合金の耐摩耗性を著しく向上させ、かつ炭素短繊
維単独あるいはチタン酸カリウムウイスカー単独の場合
より、良好な耐摩耗性を得る． ■炭素知繊維に混合することにより、プリフォーム体の
製造を可能とするバインダーの役割をなす．また、Ａｌ
合金および炭素短繊維に対し安定である． 以上、炭素短繊鱈とチタン酸カリウムウィスカーの役割
を説明したが、両繊維の複合化量は、プリフォーム体の
強度、Ａ４溶湯の浸透性（繊維密度に依存）、さらに複
合材の性能を考慮して決定した．まず、繊維密度すなわ
ち複合材料に対する強化繊維の割合（以下、体積率とい
う）が５０％以上のプリフォーム体は鋳造性が悪く、上
限は５０％とする．逆に、プリフォーム体としたものを
加圧鋳遺した際に、複合材中に繊維がからみ合って均一
分散を得るためには体積率が３０％以上が望ましく、下
限は３０％とする．次に、強化繊維に占めるチタン酸カ
リウムウィスカーの量が２０％（すなわち、炭素短繊維
：チタン酸カリウムウイスカー４：１）以下ではブリフ
ォーム体の強度が不十分で成形できない．逆に５０％（
炭素短繊ｖ！＝チタン酸カリウムウイスカー＝１：１）
を越えるとチタン酸カリウムウイスカーの集合部が生じ
やすく均一な複合材となりにくい．チタン酸カリウムウ
ィスカーの強化繊維に占める量は２０〜５０％が良好で
ある． なお、ＡＡ合金母地は複合材の基礎強度を与えるもので
あり、部分的な複合化（シリンダチューブの内壁のみ等
の場合〉を行った場合は部材の外殻を形成するものであ
る．ＡＣ８Ａや６０６１などは時効硬化性の強いＡｌ合
金であり、がつチタン酸カリウムウイスカーや炭素短Ｉ
Ｉａ維との濡れ性が良好であるため、母地合金として望
ましい。
化繊維に占める割合を２０〜５０％とすることによって
、Ａｌ合金の耐摩耗性を著しく向上させ、かつ炭素短繊
維単独あるいはチタン酸カリウムウイスカー単独の場合
より、良好な耐摩耗性を得る． ■炭素知繊維に混合することにより、プリフォーム体の
製造を可能とするバインダーの役割をなす．また、Ａｌ
合金および炭素短繊維に対し安定である． 以上、炭素短繊鱈とチタン酸カリウムウィスカーの役割
を説明したが、両繊維の複合化量は、プリフォーム体の
強度、Ａ４溶湯の浸透性（繊維密度に依存）、さらに複
合材の性能を考慮して決定した．まず、繊維密度すなわ
ち複合材料に対する強化繊維の割合（以下、体積率とい
う）が５０％以上のプリフォーム体は鋳造性が悪く、上
限は５０％とする．逆に、プリフォーム体としたものを
加圧鋳遺した際に、複合材中に繊維がからみ合って均一
分散を得るためには体積率が３０％以上が望ましく、下
限は３０％とする．次に、強化繊維に占めるチタン酸カ
リウムウィスカーの量が２０％（すなわち、炭素短繊維
：チタン酸カリウムウイスカー４：１）以下ではブリフ
ォーム体の強度が不十分で成形できない．逆に５０％（
炭素短繊ｖ！＝チタン酸カリウムウイスカー＝１：１）
を越えるとチタン酸カリウムウイスカーの集合部が生じ
やすく均一な複合材となりにくい．チタン酸カリウムウ
ィスカーの強化繊維に占める量は２０〜５０％が良好で
ある． なお、ＡＡ合金母地は複合材の基礎強度を与えるもので
あり、部分的な複合化（シリンダチューブの内壁のみ等
の場合〉を行った場合は部材の外殻を形成するものであ
る．ＡＣ８Ａや６０６１などは時効硬化性の強いＡｌ合
金であり、がつチタン酸カリウムウイスカーや炭素短Ｉ
Ｉａ維との濡れ性が良好であるため、母地合金として望
ましい。
次に、上記実施例における複合材料の耐摩耗性について
説明する。摩耗試験は、大越式摩耗試験機を用いて、下
記条件で摩耗試験を行なった．得られた試験結果を第２
図に示す（ただし、複合材料全体に占める強化繊維体積
率４０％の場合》。
説明する。摩耗試験は、大越式摩耗試験機を用いて、下
記条件で摩耗試験を行なった．得られた試験結果を第２
図に示す（ただし、複合材料全体に占める強化繊維体積
率４０％の場合》。
摺動距離・・・８８ｍ
摺動速度・・・ｌｍ／ｓｅｃ
荷 重・・・２ｋ１Ｆ
相手材・・・高速度鋼
なお、軟鋼やオーステナイト系ステンレス鋼を同様に試
験すると、比摩耗量は１〜４ Ｘ １０−’ｍ ’／ｋ
ｇｆ−一となり、本複合材料で十分に代替できることが
明らかである。本複合材料の特徴は炭素短Ｍ！Ｉ維とチ
タン酸カリウムウィスカーの混合量に最′ｉ！Ｊ摩耗特
性範囲があることで、単独の繊維では得られない特性で
ある． ここで、強化繊維の体積率が４０％以外の複合材料（発
明材１〜３）の比摩耗量を第１表に示す．第１表より、
発明材ｌおよび２の強化繊維体積率が３０〜４０％で強
化繊維に占めるチタン酸カリウムウィスカーの体積率が
３３％の場合の比摩耗量は、第２図の場合より大きくな
る．その場合も、炭素短繊ａまたはチタン．酸カリウム
ウイスカー単独の複合材よりも比摩耗量は小さく、耐摩
耗性は良い．発明材３は繊維体積率が４８％で強化繊維
に占めるチタン酸カリウムウィスカーの体積率が５０％
の場合であるが、比摩耗量は第２図の場合より小さくな
り、より耐摩耗性が向上している．これらの結果より、
本発明材のｆｆｉｌ摩耗性は第３図のようになる． 次に、上記複合材料の対数減衰率を第２表に示す。
験すると、比摩耗量は１〜４ Ｘ １０−’ｍ ’／ｋ
ｇｆ−一となり、本複合材料で十分に代替できることが
明らかである。本複合材料の特徴は炭素短Ｍ！Ｉ維とチ
タン酸カリウムウィスカーの混合量に最′ｉ！Ｊ摩耗特
性範囲があることで、単独の繊維では得られない特性で
ある． ここで、強化繊維の体積率が４０％以外の複合材料（発
明材１〜３）の比摩耗量を第１表に示す．第１表より、
発明材ｌおよび２の強化繊維体積率が３０〜４０％で強
化繊維に占めるチタン酸カリウムウィスカーの体積率が
３３％の場合の比摩耗量は、第２図の場合より大きくな
る．その場合も、炭素短繊ａまたはチタン．酸カリウム
ウイスカー単独の複合材よりも比摩耗量は小さく、耐摩
耗性は良い．発明材３は繊維体積率が４８％で強化繊維
に占めるチタン酸カリウムウィスカーの体積率が５０％
の場合であるが、比摩耗量は第２図の場合より小さくな
り、より耐摩耗性が向上している．これらの結果より、
本発明材のｆｆｉｌ摩耗性は第３図のようになる． 次に、上記複合材料の対数減衰率を第２表に示す。
第２表において、本発明に係る試料番号は、ＮＯ．３と
ＮＯ．４である． なお、対数減衰率Ｓは下記■式で表わされる。
ＮＯ．４である． なお、対数減衰率Ｓは下記■式で表わされる。
ｓ＝１／ｋｌ！．（Ｌ．／Ｌｍ ）・・・■但し ｋ
：Ｔ秒間のサイクル数 し．：初期振幅 Ｌｋ：Ｔ秒後の振幅 第２表から分かるように、本発明に係る複合材料の減衰
率は、Ａ４合金母地の５倍、軟鋼の３ｆΔとなり、良好
な減衰率を示しており、振動部材への使用に適している
． 例えば、適用例として、第４図に示すような、シリンダ
ーチューブに使用することが考えられる。
：Ｔ秒間のサイクル数 し．：初期振幅 Ｌｋ：Ｔ秒後の振幅 第２表から分かるように、本発明に係る複合材料の減衰
率は、Ａ４合金母地の５倍、軟鋼の３ｆΔとなり、良好
な減衰率を示しており、振動部材への使用に適している
． 例えば、適用例として、第４図に示すような、シリンダ
ーチューブに使用することが考えられる。
すなわち、ＡＡ合金１１からなるシリンダーチューブに
、加圧鋳造法によって内面部１２だけを複合化したもの
である． ここで、より具体的な例について説明する．単Ａｌｌ維
が直径５〜１５μｍ．長さ０．１〜ＩＯ＋ｍ＋の炭素短
繊維（比重１．７７ｇ／ａｍ’ ）と、単繊維が直径０
．４〜１．５μｍ，長さ１０〜１００μｍのチタン酸カ
リウムウイスカー（比ｆｆｉ３．３ ｇ／■１冫とを所
定の重量比で混合して水中に入れ、十分撹拌した後、金
型に用いたプレス成形《圧力２０ｋｇ ｆ／ ａｌａ）
により円板状に成形し、乾燥してプリフォーム体を作製
した。得られたプリフォーム体は形崩れすることはなく
、取扱いは容易であった．これらのプリフォーム体が体
積率４０％となるようにして加圧鋳造法によりアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）と複合化させた．加圧
ｎ造の條件は下記のとおりであった． 注湯温度・・・７８０’Ｃ 加 圧 力・・・５７？ ｕｇ ｆ／ｄ金型予熱
温度・・・３００℃ 加圧時間・・・８分 なお、一般に炭素繊維は金属との濡れ性が悪いが、加圧
鋳造法により両者を十分に接触させることができ、かつ
短時間に加圧ｓｙｊ１凝固するのでアルミニウムと炭素
との化合物を生戒することがなく、材質が著しく脆くな
るようなことがない．加圧力としては３００ ｋｇ ｆ
／一以上であることが望ましい． 発明の効果 以上のように本発明の複合材料によると、軽量化および
計測のための非磁性化を図った上で、耐摩耗性に優れた
および高減衰率の材料を得ることができる．
、加圧鋳造法によって内面部１２だけを複合化したもの
である． ここで、より具体的な例について説明する．単Ａｌｌ維
が直径５〜１５μｍ．長さ０．１〜ＩＯ＋ｍ＋の炭素短
繊維（比重１．７７ｇ／ａｍ’ ）と、単繊維が直径０
．４〜１．５μｍ，長さ１０〜１００μｍのチタン酸カ
リウムウイスカー（比ｆｆｉ３．３ ｇ／■１冫とを所
定の重量比で混合して水中に入れ、十分撹拌した後、金
型に用いたプレス成形《圧力２０ｋｇ ｆ／ ａｌａ）
により円板状に成形し、乾燥してプリフォーム体を作製
した。得られたプリフォーム体は形崩れすることはなく
、取扱いは容易であった．これらのプリフォーム体が体
積率４０％となるようにして加圧鋳造法によりアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）と複合化させた．加圧
ｎ造の條件は下記のとおりであった． 注湯温度・・・７８０’Ｃ 加 圧 力・・・５７？ ｕｇ ｆ／ｄ金型予熱
温度・・・３００℃ 加圧時間・・・８分 なお、一般に炭素繊維は金属との濡れ性が悪いが、加圧
鋳造法により両者を十分に接触させることができ、かつ
短時間に加圧ｓｙｊ１凝固するのでアルミニウムと炭素
との化合物を生戒することがなく、材質が著しく脆くな
るようなことがない．加圧力としては３００ ｋｇ ｆ
／一以上であることが望ましい． 発明の効果 以上のように本発明の複合材料によると、軽量化および
計測のための非磁性化を図った上で、耐摩耗性に優れた
および高減衰率の材料を得ることができる．
図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は金属，
ｔｕｇの模式図、第２図および第３図は耐摩耗特性図、
第４図は使用例を示す一部切欠斜視図である． １・・・，１合金、２・・・炭素短繊維、３・・・チタ
ン酸カリウムウイスカー
ｔｕｇの模式図、第２図および第３図は耐摩耗特性図、
第４図は使用例を示す一部切欠斜視図である． １・・・，１合金、２・・・炭素短繊維、３・・・チタ
ン酸カリウムウイスカー
Claims (1)
- １、ＡｌまたはＡｌ合金に、炭素短繊維およびチタン酸
カリウムウィスカーを複合化した複合材料であつて、炭
素短繊維を複合材料全体に対して１５〜４０％（体積パ
ーセント）の割合で、またチタン酸カリウムウィスカー
を上記炭素短繊維に対して２０〜５０％（体積パーセン
ト）の割合で配合するとともに、炭素短繊維とチタン酸
カリウムウィスカーとの合計量が複合材料全体の３０〜
５０％（体積パーセント）以下としたことを特徴とする
Ａｌ基繊維強化複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160469A JP2639506B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Ａ▲ｌ▼基繊維強化複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160469A JP2639506B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Ａ▲ｌ▼基繊維強化複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0324240A true JPH0324240A (ja) | 1991-02-01 |
| JP2639506B2 JP2639506B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=15715624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1160469A Expired - Fee Related JP2639506B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | Ａ▲ｌ▼基繊維強化複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639506B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113583485A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-11-02 | 上海交通大学 | 一种用于铝基活塞裙部的耐磨涂层及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5881948A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-17 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性ならびに振動減衰能に優れたアルミニウム複合材料 |
| JPS61127836A (ja) * | 1984-11-26 | 1986-06-16 | Nippon Denso Co Ltd | チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法 |
| JPS62240727A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-21 | Toyota Motor Corp | 短繊維及びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複合材料 |
-
1989
- 1989-06-22 JP JP1160469A patent/JP2639506B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5881948A (ja) * | 1981-11-11 | 1983-05-17 | Nissan Motor Co Ltd | 耐摩耗性ならびに振動減衰能に優れたアルミニウム複合材料 |
| JPS61127836A (ja) * | 1984-11-26 | 1986-06-16 | Nippon Denso Co Ltd | チタン酸カリウム繊維強化金属材料の製造方法 |
| JPS62240727A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-21 | Toyota Motor Corp | 短繊維及びチタン酸カリウムホイスカ強化金属複合材料 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113583485A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-11-02 | 上海交通大学 | 一种用于铝基活塞裙部的耐磨涂层及其制备方法 |
| CN113583485B (zh) * | 2021-07-21 | 2022-04-26 | 上海交通大学 | 一种用于铝基活塞裙部的耐磨涂层及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2639506B2 (ja) | 1997-08-13 |
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