JPH0364575B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ 本発明は、無機質短繊維材を強化材とし、これ
をマトリツクス材としてのアルミニウムまたはア
ルミニウム合金（以下、アルミニウムという）中
に分散含有させた複合鋳造体の製造法に関するも
のである。 ＜従来の技術＞ 従来、アルミナ繊維、炭素繊維のような無機質
短繊維材を強化材として、これをマトリツクス材
としてのアルミニウム中に分散含有させた複合体
の製造方法として、一般に、短繊維材を容器中に
収容しこれにアルミニウム溶湯を注入して十分に
かくはん混合した後、この混合溶湯を鋳型内に鋳
造し凝固させる方法が知られている。しかし、こ
のようにして得られた繊維混合溶湯は、湯流れ性
が悪く、複雑な形状の鋳造体を得がたく、また、
得られた鋳造体は、その中に含まれる繊維材が局
所的に偏在し勝ちであつて、均整に繊維材を分散
含有させた複合材を得ることが困難であるなどの
欠点があつた。 本発明者らは、先に、強化材としての無機質繊
維材をかくはんして、あらかじめ多数の毛玉状の
凝集粒としておき、この繊維凝集粒にマトリツク
ス材としてのアルミニウム溶湯を混合し、この混
合溶湯を任意形状の鋳型内に鋳造する繊維強化複
合体の製造法を提案した。（特願昭60−112082）。
この方法によるときは、無機質短繊維をそのまま
アルミニウム溶湯中に混合する従来の方法に比べ
て、はるかに溶湯の湯流れ性がよく、したがつ
て、複雑な形状の鋳造体を得ることができ、ま
た、個々の鋳造体については、比較的均整に繊維
材を分散含有したものが得られるのであるが、例
えば、多数の鋳造体を得るためにあらかじめ大量
の繊維材とアルミニウムとの混合溶湯を準備して
おいて鋳造を行なうような場合、同一ロツトにお
ける個々の鋳造体の間の繊維含有量にかなりのバ
ラツキを生じ易く、一定した品質の複合体を得る
のに困難を伴うことがあつた。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記の実情に鑑がみ、本発明は、鋳造が容易で
あり、かつ均整に繊維材を分散含有し、しかも、
多数の鋳造体を得るために大量の繊維材とアルミ
ニウムの混合溶湯を準備して鋳造を行つたような
場合においても、個々の鋳造体の繊維含有量の間
に、比較的バラツキの少ない一定した品質の複合
鋳造体を得る方法を提供したものである。 ＜問題点を解決するための手段＞ 本発明者らは、上記従来法によつた場合、鋳造
体に含まれる繊維材が鋳造体内において局所的に
偏在したり、また、大量生産において同一ロツト
内における個々の鋳造体の間においても、上記し
たような繊維含有量のバラツキを生ずるのかにつ
いて、鋭意解明に努めた結果、その大きな原因の
一つとして、使用する繊維材とアルミニウム溶湯
との間に存在する比重差に起因するものであるこ
とを知り得た。すなわち、強化材として使用する
炭素質繊維材の比重は、およそ1.8程度のものが
多いが、マトリツクス材としてのアルミニウム溶
湯の比重約2.3に比べてかなり小さい。また、強
化材としてアルミナ質繊維を使用した場合、この
比重は3.5程度であつて、アルミニウム溶湯に比
べてはるかに大きい。したがつて、このような繊
維材をアルミニウム溶湯中に混合して得た溶湯
は、あらかじめ十分によくかくはんしておいて
も、溶湯中の繊維材は、比重の違いによつて、自
然に浮上または沈降しようとする傾向があり、こ
のために溶湯の上層部と下層部との間の繊維濃度
に差を生ずる傾向があり、殊に、鋳造体の多量生
産において、大量の繊維混合溶湯を保持炉容器内
に保持して鋳造するような場合、時間の経過に伴
なつて容器内の溶湯中における繊維の濃度分布に
変化を生じ、このために同一の混合溶湯から鋳造
された鋳造体の間に品質的なバラツキを生ずるも
のであることが判つた。 そこで発明者らは、このような従来法における
問題点を解決すべく、さらに研究を続けた結果、
強化材としてアルミナ質繊維材と炭素質繊維材と
を使用し、この両者を、その平均比重が、なるべ
くマトリツクス材として使用するアルミニウム溶
湯の比重に近い値となるような割合にあらかじめ
混合しておいて、この混合繊維材をかくはんによ
つて毛玉状の凝集粒とし、この混合凝集粒をアル
ミニウム溶湯中に分散混合して得られた繊維混合
溶湯を使用して鋳造することによつて、例えば、
溶湯を長時間に渉つて保持炉中に保持したような
場合においても繊維の濃度分布に変化を生ずるこ
と少なく、品質的に安定した鋳造体を大量に生産
し得ることは見出した。 本発明は、上記した知見に基いてなされたもの
である。 すなわち、本発明は、アルミナ質繊維材に炭素
質繊維材を混合し、この混合繊維材をかくはんす
ることによつて多数の毛玉状の繊維凝集粒とした
後、この繊維凝集粒にアルミニウム溶湯を混合し
て得た繊維混合溶湯をそのまま、または一度凝固
させた後に再溶融し、任意形状に鋳造する繊維強
化アルミニウム複合体の製造法である。 本発明の方法によるときは、容易に均整な品質
をもつた複合鋳造体を大量に生産することができ
る。 以下、本発明の方法について、さらに具体的に
説明する。 本発明の複合鋳造体の製造に強化材として使用
するアルミナ質短繊維材としては、通常のアルミ
ナ質繊維材の他に含シリカアルミナ繊維材など
を、また、炭素質短繊維材としては、通常の炭素
繊維材の他にグラフアイト質繊維材、炭化けい素
繊維材などを使用することができる。 これらアルミナ質繊維材と炭素質繊維材との混
合割合は、使用する繊維材の比重とアルミニウム
溶湯の比重を勘案して定めるのであるが、この場
合、混合繊維の平均比重を必ずしも厳密にアルミ
ニウム溶湯の比重に合致させることはなく、比較
的近い値となるように混ぜ合せればよい。実際的
には、使用するアルミニウムの溶湯の比重に対し
て混合繊維材の平均比重が±10％程度の範囲内に
なるように配合し混合すればよい。 次いで、混合繊維をかくはんして毛玉状の凝集
粒とするのであるが、凝集化のための繊維材の長
さは、数cm程度の市販の短繊維材をそのまま使用
してもよいが、一般に市販の炭素質繊維材は、ア
ルミナ質繊維材に比べて径が太く、また柔軟性に
おいても劣るので、かくはんによつて均整な毛玉
状凝集粒を得るうえから、アルミナ質繊維材に比
べて、あらかじめ短めに、より具体的には１cmな
いしはそれ以下の長さに調製したものを使用する
ことが望ましい。 繊維材の凝集化は、上記したような混合繊維材
をかくはん翼付の混合容器、回転混合機、Ｖ型混
合機などに収容し、暫時かくはん混合することに
よつて行なうことができる。例えば、混合繊維材
をかくはん翼付の容器内に収容し５〜30分間程度
かくはんを続けると、容器内の繊維材は適度に切
断されながら互いに絡み合つて、径0.1〜３mm程
度の粒状の整つた多数の毛玉状凝集粒となる。繊
維材の凝集化は、混合繊維材をそのまま乾燥した
状態で行なわせることもできるが、かくはんによ
つて生ずる微細に切断された繊維材の飛散によつ
て生ずる損失を少なくし、かつ短時間に効率よく
凝集化させるためには、繊維材に少量の水を散布
し適度の湿り気を与えながらかくはんすることが
望ましい。また、繊維材を水または低級アルコー
ルのような分散媒中に濃厚に懸濁させた状態で湿
式かくはんすることによつても凝集化させること
ができる。 次に、上記のようにして得た炭素質繊維材とア
ルミナ質繊維材との毛玉状の混合凝集粒を、必要
に応じて乾燥した後、これにマトリツクス材とし
てのアルミニウム溶湯を混合する。アルミニウム
溶湯としては、AA1000系の工業用普通純度のア
ルミニウム、AA4000糸の鋳物用アルミニウムそ
の他目的に応じて適宜の合金材を使用することが
できる。また、AA6000系や7000系の熱処理型の
展伸加工用合金を使用してもよい。繊維凝集粒に
アルミニウム溶湯を混合するには、繊維粒内の空
隙にアルミニウム溶湯が十分に浸透するように、
溶湯に圧力を加えて行なうことが望ましい。この
加圧混合は容器内に収容した繊維粒に、高圧プレ
スのごときを使用し溶湯を圧入して行なうことも
できるが、繊維凝集粒の内部にまで十分に溶湯を
浸透させるために遠心装置を使用して遠心加圧下
に混合するときは、一層容易に繊維凝集粒の内部
にまでアルミニウム溶湯を浸透させることができ
る。このようにして得られる繊維凝集粒とアルミ
ニウム溶湯の混合物中の繊維含有率は、５〜20容
量％程度であるが、繊維凝集粒を圧縮状態として
おいて、これに溶湯を加圧混合することによつ
て、30容量％程度の高密度に繊維粒を含有する混
合溶湯を得ることができる。このような高密度に
繊維粒を含有する混合溶湯を調製しようとする場
合、あらかじめ、繊維凝集粒に少量の径数μ以下
の極く微細な、例えば酸化アルミニウムのような
アルミニウム溶湯に反応し難い無機質粉末をまぶ
しておくことは、繊維粒の溶湯中における分散を
助けるうえから望ましいことである。 次に、上記のようにして得られた炭素質繊維材
とアルミナ質繊維材との毛玉状凝集粒と溶融アル
ミニウムとの混合溶湯を任意形状の鋳型に鋳込む
のであるが、この鋳込みは混合溶湯をそのまま鋳
型内に鋳込んでもよいが、溶湯を一度凝固させ、
この複合凝固塊を加熱し再溶融した後、鋳造する
方が鋳造作業が容易となり、均整な鋳造体を得易
いので望ましい。凝固塊の再溶融には、通常金属
の溶融に使用される外熱炉を使用することもでき
るが、高周波または低周波誘導炉を使用すれば一
層能率よく行なうことができる。凝固塊の再溶融
に際して、溶湯中の繊維材の含有量を鋳造体の使
途に応じた濃度に調節するために、適宜量のアル
ミニウム溶湯を２次的に加えることが望ましい。 上記のようにして得られた繊維材と溶融アルミ
ニウムとの混合溶湯は、繊維材としてアルミナ質
繊維と炭素質繊維とを混合し、その平均比重がマ
トリツクスとしての溶融アルミニウムの比重に近
い値となるように調製されているので、鋳造前の
混合溶湯を長時間に渉つて保持炉中に保持してお
いても、溶湯中における繊維材の濃度分布に変化
を生ずることがない。また、溶湯中の繊維材は、
毛玉状の凝集粒として均整に分散含有されている
ので、繊維材をそのままの形状で不規則に含有さ
せた従来の複合溶湯に比べて、はるかに湯流れ性
がよく、重力鋳造、連続水冷鋳造、ダイカスト、
溶湯鍛造その他適宜の鋳造方法によつて容易に所
望形状の複合体に鋳造することができる。 本発明の方法によつて得られた複合鋳造体は、
そのまま機械部材などとして使用することができ
るが、ビレツトまたはスラブ状に鋳造された鋳造
体は、従来の繊維材を不規則に含有する複合鋳造
体に比べて、はるかに塑性加工性に富むので、押
出しまたは圧延加工を施して、棒状または板状の
複合材として使用することもできる。 ＜実施例＞ 次に、本発明の実施例を示す。 実施例 １〜３ アルミナ繊維材（sp.gr.3.3；径3μ長さ３cm）10
重量部に炭素繊維材（sp.gr.1.8；径６〜14μ、長
さ0.5〜10mm）10.5重量部の割合に加え十分に混
ぜ合わせた後、かくはん機付容器内で水を散布し
ながらかき混ぜ、径約１〜３mmの多数の毛玉状凝
集粒とした。 上記凝集粒を乾燥した後、これに微粒酸化アル
ミニウム粉末（西独デグサ社製「アルミニウムオ
キサイドＣ」）0.2重量部を添加し、Ｖ型混合機を
使用して約90分間混合した後、遠心容器内に収容
し、これに加熱溶融したAA1020アルミニウム溶
湯約130重量部を加えて、遠心混合した後、更に
アルミニウム溶湯250重量部を加えて繊維濃度約
５重量％の混合溶湯約400重量部を得た。 上記混合溶湯を十分にかくはんした後、３本の
黒鉛製るつぼ（容量＃80）に分け、それぞれ700
℃の温度に保持し５分、１時間および３時間静置
した後、鋳型内に鋳造し、各るつぼ中の混合溶湯
の上層部、中１層部、中２層部および下層部から
得られた鋳造体についての繊維濃度を測定した結
果を第１表に示す。 なお比較のため、強化材としてアルミナ繊維単
独の凝集粒を使用して、実施例１〜３におけると
同様の実験を行なつた結果を比較例１〜３として
併記する。

【表】 第１表に示されるように、従来のアルミナ繊維
単独の凝集粒を溶融アルミニウム中に混合分散さ
せた混合溶湯（比較例１〜３）は、静置時間の経
過にともなつて、繊維濃度分布に著しい変化を生
じているが、本発明の方法、すなわち、炭素質繊
維材とアルミナ質繊維材の混合凝集粒を強化材と
し、これを溶融アルミニウム中に混合分散させた
混合溶湯は、実施例１〜３に示されるように、３
時間にわたる静置にもかかわらず、上層部と下層
部との間の繊維の濃度分布が一定していて、これ
を鋳造して得た各鋳造体の間に、わずかな繊維含
有量のバラツキしか認められなかつた。 なお、上記各鋳造体の繊維含有量の測定値は、
鋳造体を15％濃度のHClに溶解し、不溶解残査の
重量から求めたものである。 実施例 ４ マトリツクス材としてAA6061合金を使用し、
実施例１〜３と同様にして調製したアルミナ繊維
と炭素繊維との混合凝集粒をアルミニウム溶湯中
に遠心混合して得た混合溶湯（繊維濃度約5wt
％）を、径40mm×長さ120mmのビレツト状に鋳造
し、これに温度550℃で熱間押出成型を施し、径
10mmの丸棒状の複合押出材を得た。 なお、比較のため、強化材としてアルミナ繊維
単独の凝集粒を使用し、マトリツクス材として
AA6061合金を使用して、実施例４と同様にして
径10mmの丸棒状の複合押出材とした。（比較例４） 上記押出材（実施例４および比較例４）につい
て、それぞれの機械的性質を測定した結果は、次
のとおりであつた。 なお、耐摩耗試験には、東洋ボールドウイン社
製、フリクトロン摩擦摩耗試験機を使用し、相手
材としては硬質クロム材を使用した。（試験条
件：速度0.5ｍ／sec×距離5000ｍ、圧力150Kg／
cm²、面積0.7cm²、油中試験）

【表】

【表】 実施例 ５ マトリツクス材としてAA4032合金材を使用
し、実施例４と同様にしてアルミナ繊維と炭素繊
維との混合凝集粒を強化材とした径10mmの丸棒状
の複合押出材を得た。 比較のため、強化材としてアルミナ繊維単独の
凝集粒を使用した径10mmの丸棒状の押出材を調製
した。（比較例５） 上記押出材（実施例５および比較例５）につい
て実施例４におけると同様に機械的性質を測定し
た結果を次に示す。

【表】

【表】 実施例４および５に示される結果から、アルミ
ナ質繊維材と炭素質繊維材の混合凝集粒を強化材
として使用した本発明の方法による複合体は、ア
ルミナ繊維単独の凝集粒を強化材とした複合体に
比べて、引張強度、耐力、弾性率、耐摩耗性など
については、ほぼ同等の性能を有するものである
が、耐摩耗試験による相手材に与える損耗が著し
く少ないことがわかる。 ＜発明の効果＞ 上記したように、本発明の方法は、繊維材とし
てアルミナ質短繊維材と炭素質短繊維材とをその
平均比重がマトリツクスとしての溶融アルミニウ
ムの比重に近い値となるように、あらかじめ混合
しておいて、この混合繊維材を毛玉状凝集粒とし
た後、これをアルミニウム溶湯に混合して鋳造す
るのであるから、鋳造に際して大量の繊維混合溶
湯を、例えば保持炉中に長時間に渉つて保持して
おいても、溶湯中における繊維の濃度分布に変化
を生ずることが少なく、したがつて、同一溶湯か
ら多数の鋳造体を鋳造するような場合においても
品質的にバラツキの少ない複合体を容易に得るこ
とができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルミナ質短繊維に炭素質短繊維を混合し、
   この混合繊維材をかくはんすることによつて多数
   の毛玉状の繊維凝集粒とした後、この繊維凝集粒
   にアルミニウム溶湯を混合して得た繊維混合溶湯
   をそのまま、または一度凝固させた後に再溶融
   し、任意形状の鋳型に鋳造することを特徴とする
   繊維強化アルミニウム複合体の製造法。