JPH04157013A - 金属基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、金属基複合材料の製造方法に関する。

［従来の技術］ 金属基複合材料（ＭＭ　Ｃ）は、強化材と母材金属とか
らなり、優れた比強度、比剛性、耐摩耗性等の材料特性
を発揮する。このため、近年、金属基複合材料の開発が
活発化している。しかし、金属基複合材料は、セラミッ
クス等を強化材として使用しているので、母材金属のみ
の材料に比べて高強度であるが、延性が乏しいという欠
点がある。

このため、強化材と母材金属からなる複合素材を押出加
工して金属基複合材料を得る際に、複合素材の表面に割
れ等の欠陥が生じてしまう。また、複合素材は、表面に
強化材が露出しているので、強化材が押出成形用のダイ
スに直接接触し、したがって、ダイスの摩耗による劣化
が早くなるという問題がある。

このような欠点を解決するために、複合素材の表層部に
母材金属を残す方法（特公昭６２−６７１３５号公報）
、複合素材とダイスの間にアルミニウム合金のプレート
を挿入して押出加工し、複合素材の外周にアルミニウム
合金をクラッドさせた金属基複合材料を得る方法（特公
昭６２−２５４４９号公報）等が行われている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前者の方法では、表層部に残す母材金属
の厚さに偏りが生じる。このため、押出加工された金属
基複合材料の被覆層の厚さのバラツキが大きくなる。ま
た、複合素材と表層部に残す母材金属との界面に空隙が
生じる。このため、押出加工した場合に表面割れ等が生
じてしまう。

後者の方法は、押出加工によりクラッドされた被覆材料
の厚さが長平方向で異なる。また、長尺の製品への対応
が難しい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、押出加
工での割れ等の表面欠陥の発生を防止し、加工工具の損
傷が少なく、寸法安定性に優れ、しかも長尺製品にも適
用できる金属基複合材料の製造方法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］ 本発明は、強化材の予成形体を得る工程と、該予成形体
に溶融母材金属を含浸させて金属基複合素材を得る工程
と、該金属基複合素材の端面および外周の母材金属層を
除去して金属基複合素材ビレットとする工程と、該金属
基複合素材ビレ・ソトの端面および外周に被覆金属体を
配置して押出加工することにより金属基複合材料を得る
工程を具備する金属基複合材料の製造方法であって、端
面に配置する被覆金属体の厚さをｔ、金属基複合素材ビ
レットの高さをｈ１金属基複合素材ビレットの横断面積
をＳＲ１金属基複合素材ビレットの外周に配置する被覆
金属体の横断面積をＳＴとした場合、０．０１≦ｔ／ｈ
≦０．５、かつ、ＳＴ／Ｓｉ≦０．３を満足することを
特徴とする金属基複合材料の製造方法である。

ここで、強化材としては、Ｓ　ｉＣｓ　δ−ＡＩ２０１
、ムライト、ＡＤ　ｘ　Ｏｉ　−Ｓ　ｉ　０２、ＺｒＯ
ｓ　、Ｋ２０・６ＴｉＯｚ　、９Ａｊ！　２０ｓ　”２
　Ｂ　２０ｓ　、Ｍ　ｇ　Ｏ％Ｚ　ｒ　０２　、Ｓ　ｌ
　ｉ　Ｎ　４等のセラミックス材料が用いられる。これ
らの材料は、短繊維、ウィスカー、または粒子の形のも
のを用いる。このなかで複数種類の形の混合を用いるこ
とも可能である。

母材金属としては、純Ａｐ、Ａｐ　−Ｍｎ系合金、Ａｌ
−８ｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、ＡＩ−Ｃｕ　−Ｍ　
ｇ系合金、Ａｇ−Ｍｇ−８ｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ
系合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｃｕ。

Ｃｕ合金、Ｎ　ｌ　％Ｎ　１合金、Ｍｇ、Ｍｇ合金、Ｆ
ｅ、Ｆｅ合金が挙げられる。

金属基複合素材ビレットの高さｈに対する端面に配置す
る被覆金属体の厚さｔの比ｔ／ｈは、０．０１〜０．５
となるように設定する。これは、ｔ／ｈが０．０１未満
であると押出加工において金属基複合素材ビレットに割
れ等の表面欠陥が発生し、ｔ／ｈが０．５を超えると被
覆金属の供給バランスが崩れ、すなわち金属複合材料よ
り被覆金属が先進する現象が起こり、その結果、得られ
る金属基複合材料ビレットの表面にフクレを発生させる
からである。

金属基複合素材ビレットの横断面積ＳＲに対する金属基
複合素材ビレットの外周に配置する被覆金属体の横断面
積Ｓ↑の比Ｓ　Ｔ　／　Ｓ　Ｂは、０．３以下に設定す
る。これは、ＳＴ／ＳＢが０．３を超えると被覆金属の
供給バランスが崩れ得られる金属基複合材料の表面にフ
クレを発生させるからである。

金属基複合素材ビレットの横断面形状は、特に限定され
るものではなく円形、矩形、多角形等のうちのいずれの
ものであってもよいが、実用上は円形断面のものが好ま
しい。

［作用コ 本発明の金属基複合材料の製造方法は、端面に配置する
被覆金属体の厚さをｔ１金属基複合素材ビレットの高さ
をｈ１金属基複合素材ビレットの横断面積をＳ１１％金
属基複合複合ビレットの外周に配置する被覆金属体の横
断面積をＳＴとした場合、０．０１≦ｔ／ｈ≦０．５、
かつ、Ｓ↑／　Ｓ　ｍ≦０．３を満足するようにしてい
る。

このため、被覆金属の供給バランスが良い状態で金属基
複合素材に押出加工を施すことができる。

したがって、金属基複合素材表面に割れ等の欠陥の発生
および被覆金属による表面のフクレを防止することがで
きる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。

実施例ｌ ＳｉＣウィスカーを用いて、径が１００■■φ、高さが
１１０園鵬であり、体積率Ｖｆが１５％の予成形体を成
形した。次いで、この予成形体を内径が１０６　ｍｍφ
である金型内に載置した。次いで、金型を５５０℃に加
熱しつつ、金型内に溶融状態のアルミニウム合金Ａ６０
６１を注湯し、プランジャーを用いて予成形体に加圧含
浸させ、金属基複合素材であるビレットを作製した。こ
のビレットの端面および外周に残存するアルミニウム合
金を切削により除去し、径が９２ｍｍφ、高さ１００■
腸のビレットを得た。

次いで、第１図に示すように、底部が径１０１　ｍ＋ｓ
φ、厚さ１０鰭であり、円筒部か内径９３■ｍφ、高さ
１００ｍ＋＊、肉厚４　ａｍであるアルミニウム合金Ａ
６０６１製の被覆金属体１０内に得られたビレット１２
を配置した。このビレットをコンテナー内に、被覆金属
体の底部がダイス側になるようにして配置し、これに温
度５００℃、押出速度６Ｃ１＋ｍ／ｓｅｅの条件て押出
加工を施して、径が２０　ｗ＋ｉφ、長さ２ｍの金属基
複合材料製品（実施例１）を得た。

実施例２ 実施例１と同様にして金属基複合素材であるビレットを
作製した。このビレットの外周に残存するアルミニウム
合金を切削により除去し、径が９６ｍｍφ、高さ１００
關のビレットを得た。

次いで、第２図に示すように、底部が径１０１１φ、厚
さ３０■層であり、円筒部が内径９７ｍ１＋φ、高さｌ
０Ｃ）＋ｎ、肉厚２■■であるアルミニウム合金Ａ６０
６１製の被覆金属体２０内に得られたビレット２２を配
置した後、これに径１０１關φ、厚さ３０璽■の蓋板２
４を被覆した。これに温度５００℃、押出速度６０■■
／　ｓｅｅの条件で押出加工を施して、径が２（１）ｎ
φ、長さ２ｍの金属基複合材料製品（実施例２）を得た
。

実施例３ 実施例１と同様にして金属基複合素材であるビレットを
作製した。このビレットの外周に残存するアルミニウム
合金を切削により除去し、径が９８關φ、高さ１００膳
１のビレットを搏た。

次いで、第１図に示すように、底部が径１０１−ｌφ、
厚さ５０■腸であり、円筒部が内径９９龍φ、高さ１０
０１１１肉厚１　ｍｍであるアルミニウム合金Ａ６０６
１製の被覆金属体１０を得られたビレット１２の外周に
配置した。これに温度５００℃、押出速度６０　ｗ　／
　ｓｅｃの条件で押出加工を施して、径が２０龍φ、長
さ２ｍの金属基複合材料製品（実施例３）を得た。

実施例４ ＳｉＣウィスカーを用いて、径が２００１ｍφ、高さが
２２０■■であり、体積率Ｖｆが１５％の予成形体を成
形した。次いで、この予成形体を内径が２１２關φであ
る金型内に載置した。次いで、金型を５５０℃に加熱し
つつ、金型内に溶融状態のアルミニウム合金Ａ６０６１
を注湯し、プランジャーを用いて予成形体に加圧含浸さ
せ、金属基複合素材であるビレットを作製した。このビ
レットの外周に残存するアルミニウム合金を切削により
除去し、径が１９７冒重φ、高さ２００■ｌのビレット
を得た。

次いで、第３図に示すように、径２０２■ｍφ、厚さ３
０　ｍ＋であるアルミニウム合金Ａ６０６１製の底板３
０とアルミニウム合金Ａ６０６１製の内径１９８ｍ５＋
φ、高さ２００■扉、肉厚２■１であるアルミニウム合
金Ａ６０６１製の円筒体３２とを被覆金属体とし、得ら
れたビレット３４の外周に配置した。これに温度５００
℃、押出速度６０關／ｓｅｅの条件で押出加工を施して
、径が２０鰭φ、長さ１９ｍの金属基複合材料製品（実
施例４）を得た。

比較例１ 実施例１と同様にして金属基複合素材であるビレットを
作製した。このビレットの外周に残存するアルミニウム
合金を切削により除去し、径が９８ｍｌ１φ、高さ１０
０龍のビレットを得た。

次いで、第４図に示すように、径１０１關φ、厚さ０．
８ｍであるアルミニウム合金Ａ６０６１製の蓋板４０お
よび底板４２とアルミニウム合金Ａ６０６１製の内径９
９ｍｍφ、高さ１００■ｍ１肉厚１■■であるアルミニ
ウム合金Ａ６０６１製の円筒体４４とを被覆金属体とし
、得られたビレット４６の外周に配置した。これに温度
５００℃、押出速度６０ｍｍ／ｓｅｅの条件で押出加工
を施して、径が２０鰭φ、長さ２ｍの金属基複合材料製
品（比較例１）を得た。

比較例２ 実施例１と同様にして金属基複合素材であるビレットを
作製した。このビレットの外周に残存するアルミニウム
合金を切削により除去し、径が９８關φ、高さ１００論
層のビレットを得た。

次いで、第３図に示すように、径１０１１■φ、厚さ６
０■ｌであるアルミニウム合金Ａ６０６１製の底板３０
とアルミニウム合金Ａ６０６１製の内径９９ｍｍφ、高
さ１００ｍｍ、肉厚１１であるアルミニウム合金Ａ６０
６１製の円筒体３２とを被覆金属体とし、得られたビレ
・ソト３４の外周に配置した。これに温度５００℃、押
出速度６０１ｍ／ｓｅｅの条件で押出加工を施して、径
が２０璽■φ、長さ２ｍの金属基複合材料製品（比較例
２）を得た。

比較例３ 実施例１と同様にして金属基複合素材であるビレットを
作製した。このビレットの外周に残存するアルミニウム
合金を切削により除去し、径が８６關φ、高さ１０〇−
璽のビレットを得た。

次いで、第３図に示すように、径１０１　ｎ＋φ、厚さ
１０ｍであるアルミニウム合金Ａ６０６１製の底板３０
とアルミニウム合金Ａ６０６１製の内径８７關φ、高さ
１００關、肉厚７關であるアルミニウム合金Ａ６０６１
製の円筒体３２とを被覆金属体とし、得られたビレット
３４の外周に配置した。これに温度５００℃、押出速度
６０ｍｍ／ｓｅｅの条件で押出加工を施して、径が２０
ｍｍφ、長さ２ｍの金属基複合材料製品（比較例３）を
得た。

従来例ｌ ＳｉＣウィスカーを用いて、径が９５ｍｍφ、高さが１
１０ｍｍであり、体積率Ｖｆが１５％の予成形体を成形
した。次いで、この予成形体を内径が１０６關φである
金型に載置した。次いで、金型を５５０℃に加熱しつつ
、金型内に溶融状態のアルミニウム合金Ａ６０６１を注
湯し、プランジャーを用いて予成形体に加圧含浸させ、
金属基複合素材であるビレットを作製した。このビレッ
トの外周に残存するアルミニウム合金を切削により除去
し、径が１０１璽１φ、高さ１００　ｍのビレットを得
た。

次いで、このビレットを温度５００℃、押出速度６０■
■／　ｓｅｃの条件で押出加工を施して、径が２０■醜
φ、長さ２ｍの金属基複合材料製品（従来例１）を得た
。

従来例２ ＳｉＣウィスカーを用いて、径が１００Ｎφ、高さが１
１０關であり、体積率Ｖｆが１５％の予成形体を成形し
た。次いで、この予成形体を内径が１０６關φである金
型に載置した。次いで、金型を５５０℃に加熱しつつ、
金型内に溶融状態のアルミニウム合金Ａ６０６１を注湯
し、プランジャーを用いて予成形体に加圧含浸させ、金
属基複合素材であるビレットを作製した。このビレット
の外周に残存するアルミニウム合金を切削により除去し
、径が１００　ｍφ、高さ１００鰭のビレットを得た。

次いで、このビレットと押出用ダイスとの間に径１００
■■φ、厚さ１０ｍｍであるアルミニウム合金Ａ６０６
１製のプレートを配置し、これを温度５００℃、押出速
度６Ｃ）ｓ■／　ｓｅｅの条件で押出加工を施して、径
が２０■ｌφ、長さ２ｍの金属基複合材料製品（従来例
２）を得た。

従来例３ ＳｉＣウィスカーを用いて、径が２００鶴φ、高さが２
２０ｍであり、体積率Ｖｆが１５％の予成形体を成形し
た。次いで、この予成形体を内径が２１２龍φである金
型に載置した。次いで、金型を５５０℃に加熱しつつ、
金型内に溶融状態のアルミニウム合金Ａ６０６１を注湯
し、プランジャーを用いて予成形体に加圧含浸させ、金
属基複合素材であるビレットを作製した。このビレット
の外周に残存するアルミニウム合金を外削により除去し
、径が２００龍φ、高さ２００鰭のビレットを得た。

次いで、このビレットと押出用ダイスとの間に径２００
鰭φ、厚さ２０關であるアルミニウム合金Ａ６０６１製
のプレートを配置し、これを温度５００℃、押出速度６
０　ａｍ／　ｓｅｃの条件で押出加工を施して、径が２
０關φ、長さ２ｍの金属基複合材料製品（従来例３）を
得た。

実施例１〜４、比較例］、２、従来例１〜３の各々の金
属基複合材料製品について表面欠陥および被覆金属厚の
バラツキを調べた。その結果をそれぞれのｔ／ｈ、Ｓ□
／　Ｓ　ｓと共に下記第１表に示す。なお、表面欠陥は
、目視により判断した。

また、被覆金属厚のバラツキは、押出開始部分がら５０
ｃｍの位置および押出終了部分がら５０ｃＩｎの位置に
おける被覆金属体厚をそれぞれＡ、、Ａ２とし、押出開
始部分から５０ｃｍの位置から押出終了部分から５０国
の位置までの被覆金属厚の平均値をＢとした場合、Ａ　
、／　Ｂ−Ａ　２　／　３３で表わした。また、押出加
工後のダイスコンテナの損傷を調べた。その結果を下記
第１表に併記する。

第１表から明らかなように、本発明の方法により製造さ
れた金属基複合材料製品（実施例１〜４）は、表面欠陥
がなく、被覆金属体厚のバラツキが小さく、しかもダイ
スコンテナへの損傷も小さがった。これに対して、本発
明の範囲外の条件で製造された金属基複合材料製品（比
較例１〜３）や従来の方法により製造された金属基複合
材料製品（従来例１〜３）は、表面欠陥が有り、被覆金
属体厚のバラツキが大きく、シかもダイスコンテナへの
損傷も実施例１〜４を製造した場合に比べて大きかった
。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明の金属基複合材料の製造方法
は、押出加工での割れ等ような表面欠陥の発生を防止し
、加工工具の損傷が少なく、寸法安定性に優れ、しかも
長尺製品にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、本発明の金属基複合材料の製造方法
において、金属基複合素材の外周に被覆金属体を配置し
た時の縦断面を示す説明図である。 ＩＱ、２０・・・被覆金属体、１２，２２．３４゜４６
・・ビレット、２４．４０・・・蓋板、３０．４２・・
・底板、３２．４４・・・円筒体。 田願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　強化材の予成形体を得る工程と、該予成形体に溶融母
   材金属を含浸させて金属基複合素材を得る工程と、該金
   属基複合素材の端面および外周の母材金属層を除去して
   金属基複合素材ビレットとする工程と、該金属基複合素
   材ビレットの端面および外周に被覆金属体を配置して押
   出加工することにより金属基複合材料を得る工程を具備
   する金属基複合材料の製造方法であって、端面に配置す
   る被覆金属体の厚さをｔ、金属基複合素材ビレットの高
   さをｈ、金属基複合素材ビレットの横断面積をＳ＿Ｂ、
   金属基複合素材ビレットの外周に配置する被覆金属体の
   横断面積をＳ＿Ｔとした場合、０．０１≦ｔ／ｈ≦０．
   ５、かつ、Ｓ＿Ｔ／Ｓ＿Ｂ≦０．３を満足することを特
   徴とする金属基複合材料の製造方法。