JPH0371967A - 分散強化金属複合材料の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、分散強化金属複合材料に係り、更に詳細には
その製造方法に係る。

従来の技術 分散強化金属複合材料の製造方法の一つとして、例えば
特開昭６１−１４７８２６号公報に記載されている如く
、マトリックス金属の溶湯の温度をマトリックス金属の
液相線以下の温度に低下させて固液共存状態とし、溶湯
を撹拌しつつ溶湯中に粒子の如き分散強化材を混入させ
るコンポキャスト法が従来より知られている。

このコンポキャスト法に於ては、溶湯の流動性は溶湯を
撹拌することにより得られるチクソトロピー効果により
確保され、溶湯の固液共存状態、即ち半溶融状態の高粘
性を利用して分散強化材が強制的に溶湯中に混入される
ので、分散強化材が液相状態の溶湯に対する濡れ性が悪
い強化材である場合にも、比較的良好に強化材を溶湯中
に分散させることができる。

発明が解決しようとする課題 しかし分散強化材は凝集し易く、強化材が細かい程この
傾向が著しい。従って溶湯中に分散されるべき強化材が
細かい場合には、溶湯を撹拌するだけでは強化材の凝集
塊を十分にほぐすことはできず、そのため従来のコンポ
キャスト法に於ては凝集塊が残存することなく強化材が
均一に分散された複合材料を製造することが困難である
。

本発明は、従来のコンポキャスト法等により細かい強化
材を溶湯中に分散させる場合に於ける上述の如き不具合
に鑑み、分散強化材が細かい場合にも溶湯中に強化材を
均一に分散させることができ、これによりマトリックス
金属中に強化材が均一に分散された複合材料を製造する
ことのできる方法を提供することを目的としている。

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、分散強化材に良好
に濡れマトリックス金属の溶湯の温度に加熱されると消
失する分散媒体を用意し、前記分散強化材と前記分散媒
体とを混合して撹拌することにより前記強化材が分散さ
れた分散媒体よりなる分散体を形成し、マトリックス金
属の溶湯を撹拌しつつ前記分散体を前記溶湯中に導入す
ることを含む分散強化金属複合材料の製造方法によって
達成される。

分散媒体がマトリックス金属の溶湯中に導入される際の
溶湯は完全な溶融状態及び半溶融状態の何れであっても
よいが、後者の場合にはたとえ分散媒体中に凝集塊が残
存していてもそれが溶湯中の固相の剪断作用により更に
ほぐされる。従って本発明の一つの局面によれば、マト
リックス金属の溶湯中に分散体が導入される工程に於て
は、溶湯の温度はマトリックス金属の固液共存温度に設
定される。

また分散強化材の凝集塊を良好にほぐし、分散強化材を
均一に分散させるためには、分散強化材に対する分散媒
体の体積比は２以上、特に１０以上であることが好まし
い。従って本発明の他の一つの局面によれば、分散強化
材に対する分散媒体の体積比は２以上、好ましくは１０
以上に設定される。

また本発明の更に他の一つの局面によれば、分散体が溶
湯中に導入される工程に於ては、分散強化材が溶湯中に
導入される直前まで強化材が分散媒体中に均一に分散さ
れた状態が確保されるよう、分散媒体が固体又は半固体
の状態にて分散体が溶湯中に導入される。

尚本発明の方法に於ける分散媒体は、表面張力が小さく
分散強化材に良好に濡れ、従って分散強化材及び分散媒
体が混合され撹拌されると強化材の凝集塊がほぐされて
媒体中に均一に分散され、マトリックス金属の溶湯の温
度に加熱されると例えば気化によって消失する任意の物
質であってよく、例えばユリア樹脂、寒天、ポリエチレ
ングリコール、ポリビニルアルコール等であってよい。

また本発明の方法に於ける分散強化材はマトリックス金
属の溶湯中に於て安定な任意の材料よりなる粒子、短１
ａ維（ウィスカを含む）であってよい。

更にマトリックス金属の溶湯に対する強化材の量が多す
ぎる場合には強化材をマトリックス金属の溶湯中に均一
に分散させることが困難であり、また強化材の量が少な
過ぎる場合にはマトリックス金属を十分に強化すること
が困難になる。従ってマトリックス金属の溶湯に対する
強化材の体積比は４〜５０％、特に１０〜２０％程度で
あることが好ましい。

発明の作用 本発明の方法によれば、分散強化材及び分散媒体が混合
され撹拌されることにより強化材が分散された分散媒体
よりなる分散体が形成され、マトリックス金属の溶湯が
撹拌される状態で分散体が溶湯中に導入される。分散媒
体は分散強化材に良好に濡れる性質を有するので、分散
強化材及び分散媒体が混合され撹拌されると、強化材の
凝集塊がほぐされ、かくしてほぐされた強化材が分散媒
体中に均一に分散される。また分散媒体はマトリックス
金属の溶湯の温度に加熱されると消失する性質を有する
ので、溶湯に接触しこれにより加熱されると消失する。

従って強化材が凝集塊の形態にて残存することなく分散
された分散媒体よりなる分散体が撹拌状態の溶湯中に導
入されると、分散強化材は溶湯中に取込まれ、分散媒体
は溶湯によって加熱されることにより消失し、これによ
り分散強化材のみが溶湯中に均一に分散される。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 第１図に示されている如く、分散媒体としてのユリア樹
脂１０を１３０℃から１７０℃に加熱することにより溶
融し、その融液を撹拌しつ該融液中に粒径０，１〜５０
μのＳｉＣ粒子１２を添加し、全てのＳｉＣ粒子の添加
が完了した後１０分間融液を撹拌し、しかる後融岐を室
温に冷却して凝固させ、これにより第２図に示されてい
る如く、ＳｉＣ粒子１２が分散されたユリア樹脂よりな
る分散体１４を形成した。この場合ＳｉＣ粒子に対する
ユリア樹脂の体積比は１０であり、ＳｉＣ粒子の実質的
に全ての凝集塊はほぐされ、ＳｉＣ粒子は実質的に均一
に分散された状態にあった。次いで分散体を切断するこ
とにより１０×１０×１０ｆｆｉＩＩの寸法を有する多
数の小片を形成した。

次いで第３図に示されている如く、ルツボ１６内にマト
リックス金属としてのアルミニウム合金（ＪＩＳ規格Ａ
Ｃ８Ａ）の塊を導入し、鎮魂をヒータ１８によって加熱
することにより溶解した。

次いでかくして形成されたアルミニウム合金の溶湯２０
の温度をヒータ１８によりアルミニウム合金の固液共存
温度である５６５℃に維持した状態で、溶湯を撹拌装置
２２のプロペラ２４により撹拌しつつ、小片状の分散体
１４′を順次溶湯中に導入した。この場合分散体のユリ
ア樹脂は溶湯によって加熱されることにより気化してガ
スとなって澗失し、ＳｉＣ粒子のみが溶湯中に取込まれ
た。

全ての分散体が溶湯中に導入された後、溶湯を更に６０
分間撹拌し、しかる後鋳造を行なうことにより、ＳｉＣ
粒子が分散されたアルミニウム合金よりなる複合材料を
製造した。

次いでかくして製造された複合材料を切断し、その断面
を観察したところ、ＳｉＣ粒子はその凝集塊が残存する
ことなく均一に分散されていることが認められた。尚Ｓ
ｉＣ粒子の体積率は約１５％であった。

実施例２ ＳｉＣ粒子が分散されたユリア樹脂が冷却によって硬化
されることなく流動状態のままアルミニウム合金の溶湯
中に導入された点を除き、上述の実施例１の場合と同一
の要領にてＳｉＣ粒子が分散されたアルミニウム合金よ
りなる複合材料を製造し、その断面を観察した。

その結果この複合材料に於てもＳｉＣ粒子はその凝集塊
が残存することなく均一に分散されていることが認めら
れた。尚この複合材料のＳｉＣ粒子の体積率は約１５％
であった。

尚分散強化材として平均繊維径０．３μ、平均繊維長５
μのＳｉＣウィスカを使用して上述の実施例１及び２の
場合と同一の要領にて複合材料を製造したところ、これ
らの複合材料に於ても凝集塊が残存することなくＳｉＣ
ウィスカが均一に分散されていることが確認された。

実施例３ 分散強化材として平均粒径０．１μ、０．３μ、３μ、
１０μ、１００μであるＳｉＣ粒子が使用された点を除
き、上述実施例１の場合と同一の要領及び条件にてＳｉ
Ｃ粒子が分散されたアルミニウム合金よりなる複合材料
を製造し、各複合材料についてＳｉＣ粒子の分散の均一
性を調査した。

尚この場合分散の均一性は第４図に示されている如く五
段階の状態を目安として調査した。第４図に於て、１度
は元の凝集塊が実質的にそのまま残存している状態であ
り、２度は元の凝集塊が僅かに小さくなっているが比較
的大きい凝集塊が残存している状態であり、３度は凝集
塊が比較的小さくなってはいるが凝集塊が残存している
状態であり、４度は殆どの凝集塊がほぐされているが、
はぐされたＳｉＣ粒子の分散状態に僅かなむらがある状
態であり、５度は凝集塊が全く残存せず、ＳｉＣ粒子も
均一に分散した状態である。

また比較の目的で、ＳｉＣ粒子をユリア樹脂中に分散す
ることなく直接溶湯中に導入し、固液共存状態での溶湯
の撹拌を行わず、全てのＳｉＣ粒子が溶湯中に混入され
た直後に鋳造が行われた場合（比較例１）、及びＳｉＣ
粒子をユリア樹脂中に分散することなく直接溶湯中に導
入し、混入されたＳｉＣ粒子及び溶湯中の晶出物の合計
の体積率が実質的に一定になるよう、溶湯を固液共存状
態にて撹拌しつつその温度を漸次上昇させた場合（比較
例２）についても同様にＳｉＣ粒子の分散の均一性を測
定した。

これらの測定結果を第５図に示す。第５図より、本発明
の方法によれば、従来の方法に比して分散強化材を均一
にマトリックス金属中に分散させることができ、特に非
常に細かい強化材の分散の均一性を向上させ得ることが
解る。

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他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。

発明の効果 以上の説明より明らかである如く、分散媒体は分散強化
材に良好に濡れる性質を有するので、分散強化材及び分
散媒体が混合され撹拌されると、強化材の凝集塊がほぐ
され、かくしてほぐされた強化材が分散媒体中に均一に
分散される。また分散媒体はマトリックス金属の溶湯の
温度に加熱されると消失する性質を有するので、溶湯に
接触すると消失する。

従って本発明によれば、強化材が凝集塊の形態にて残存
することなく分散された分散媒体よりなる分散体が撹拌
状態の溶湯中に導入されると、分散強化材は溶湯中に取
込まれ、分散媒体は溶湯によって加熱されることにより
消失し、これにより分散強化材のみが溶湯中に均一に分
散され、これにより強化材が凝集塊の状態にて残存する
ことなく均一に分散された複合材料を製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳｉＣ粒子がユリア樹脂の融液中に分散される
状態を示す前回、第２図はＳｉＣ粒子が分散されたユリ
ア樹脂よりなる分散体を示す前回、第３図はマトリック
ス金属の溶湯中に分散体が導入される状態を示す前回的
断面図、第４図は強化材の分散の均一性の評価に供され
た指標を示す前回、第５図は本発明の方法により製造さ
れた複合材料及び比較例について強化材の平均粒径と分
散の均一性との間の関係を示すグラフである。 １０・・・ユリア樹脂、１２・・・ＳｉＣ粒子、１４・
・・分散体、１６・・・ルツボ、１８・・・ヒータ、２
０・・・アルミニウム合金の溶湯、２２・・・撹拌装置
、２４・・・プロペラ 第１図 第２図 許　　出 理 願　　人 人 トヨタ自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分散強化材に良好に濡れマトリックス金属の溶湯の温度
   に加熱されると消失する分散媒体を用意し、前記分散強
   化材と前記分散媒体とを混合して撹拌することにより前
   記強化材が分散された分散媒体よりなる分散体を形成し
   、マトリックス金属の溶湯を撹拌しつつ前記分散体を前
   記溶湯中に導入することを含む分散強化金属複合材料の
   製造方法。