JPH04263030A - 繊維強化金属とその製造方法 - Google Patents
繊維強化金属とその製造方法Info
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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、繊維強化金属とその製造方法に関するもので
、詳しくは、連続繊維で強化したアルミニウム合金とそ
の製造方法に関するものである。
、詳しくは、連続繊維で強化したアルミニウム合金とそ
の製造方法に関するものである。
（従来の技術）
アルミニウム合金は、構造用金属材料の中で比較的軽量
であるため、軽量化が要求される構造用材料やピストン
ヘッド等の高速可動用部材に使用されている。
であるため、軽量化が要求される構造用材料やピストン
ヘッド等の高速可動用部材に使用されている。
アルミニウム金属そのものは、一般に、軽量で、融点が
低く、強度が小さいため、高強度化、耐熱性の改善を図
るため、析出分散強化の目的でＭｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉ
等を添加した合金が知られている。
低く、強度が小さいため、高強度化、耐熱性の改善を図
るため、析出分散強化の目的でＭｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉ
等を添加した合金が知られている。
また、アルミニウム合金の特性を改善するため繊維強化
アルミニウム合金が知られている。この場合の繊維材と
しては、炭素、炭化珪素、アルミナ等が用いられ、主に
これらの長繊維を含浸法により母材中に配する方法があ
る。
アルミニウム合金が知られている。この場合の繊維材と
しては、炭素、炭化珪素、アルミナ等が用いられ、主に
これらの長繊維を含浸法により母材中に配する方法があ
る。
さらには、アルミニウム母材中にＮｉを適量添加し、繊
維材の配向方向（以下、繊維方向という）に直交する方
向にＡｌ３Ｎｉを針状に析出させ、繊維の配向方向と直
交する方向の強度の向上を図ったものが知られている（
特開昭６２−１２４２４５号公報）。
維材の配向方向（以下、繊維方向という）に直交する方
向にＡｌ３Ｎｉを針状に析出させ、繊維の配向方向と直
交する方向の強度の向上を図ったものが知られている（
特開昭６２−１２４２４５号公報）。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このような従来の繊維強化アルミニウム
合金によれば、長繊維の配向方向と直交する方向の強度
は繊維方向の強度に比べて十分に低い。
合金によれば、長繊維の配向方向と直交する方向の強度
は繊維方向の強度に比べて十分に低い。
繊維強化アルミニウム合金において繊維方向と直交する
方向の強度を高めるためには、次の方法を確保すること
が考えられる。
方向の強度を高めるためには、次の方法を確保すること
が考えられる。
（１）母材よりも弾性率の高い繊維材を用いること、（
２）繊維材と母材との密着性が良好であること、（３）
繊維材と母材との反応性がないかあるいは小さいこと、 （４）繊維材の配向方向に垂直方向の強度を高めること
、 等である。
２）繊維材と母材との密着性が良好であること、（３）
繊維材と母材との反応性がないかあるいは小さいこと、 （４）繊維材の配向方向に垂直方向の強度を高めること
、 等である。
本発明は、このような点に着目し、繊維強化金属の繊維
方向のみならず繊維方向に直交する方向の強度も大幅に
高めるようにした繊維強化金属を提供するものである。
方向のみならず繊維方向に直交する方向の強度も大幅に
高めるようにした繊維強化金属を提供するものである。
（課題を解決するための手段）
そのために、本発明の第１発明の繊維強化金属は、酸化
物、炭化物または炭素の連続繊維の１種または２種以上
と、重量比でＮｉ：０．５〜１０．０ｗｔ％を含むＡｌ
合金母材と、前記連続繊維の外周に形成されるＮｉ層と
、前記Ａｌ合金母材中に前記連続繊維の配向方向と直交
する方向に延びるＡｌ−Ｎｉ系針状相とを含有すること
を特徴とする。
物、炭化物または炭素の連続繊維の１種または２種以上
と、重量比でＮｉ：０．５〜１０．０ｗｔ％を含むＡｌ
合金母材と、前記連続繊維の外周に形成されるＮｉ層と
、前記Ａｌ合金母材中に前記連続繊維の配向方向と直交
する方向に延びるＡｌ−Ｎｉ系針状相とを含有すること
を特徴とする。
本発明の第２発明の繊維強化金属は、前記Ａｌ合金母材
のＡｌ中への固溶度が０．１原子％以上であるＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎの
１種または２種以上を総量で１０ｗｔ％以下含むことを
特徴とする。
のＡｌ中への固溶度が０．１原子％以上であるＭｎ、Ｃ
ｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎの
１種または２種以上を総量で１０ｗｔ％以下含むことを
特徴とする。
本発明の繊維強化金属の製造方法は、酸化物、炭化物ま
たは炭素の連続繊維の外周にＮｉ層を形成し、前記Ｎｉ
層を形成した連続繊維群に重量比でＮｉ：０．５〜１０
．０ｗｔ％を含むＡｌ合金溶湯を含浸し、高圧鋳造し、
前記Ｎｉ層表面から連続繊維群の配向方向と直交する方
向にＡｌ−Ｎｉ系針状相を生成することを特徴とする。
たは炭素の連続繊維の外周にＮｉ層を形成し、前記Ｎｉ
層を形成した連続繊維群に重量比でＮｉ：０．５〜１０
．０ｗｔ％を含むＡｌ合金溶湯を含浸し、高圧鋳造し、
前記Ｎｉ層表面から連続繊維群の配向方向と直交する方
向にＡｌ−Ｎｉ系針状相を生成することを特徴とする。
（作用）
連続繊維にあらかじめＮｉを被覆しておき、この繊維束
にＡｌ−Ｎｉ合金を比較的高温で高圧含浸させることに
より、被覆Ｎｉ層の一部がＡｌ３Ｎｉになり、そこが起
点となってＡｌ３Ｎｉウィスカーが繊維方向と直交する
方向に放射状に成長する。これにより、Ａｌ−Ｎｉ金属
間化合物からなる針状結晶がＡｌ合金溶湯中のＮｉとの
親和作用により繊維方向と直交する方向に成長しやすい
ので、３次元的に複雑な構造となり強度が高められる。
にＡｌ−Ｎｉ合金を比較的高温で高圧含浸させることに
より、被覆Ｎｉ層の一部がＡｌ３Ｎｉになり、そこが起
点となってＡｌ３Ｎｉウィスカーが繊維方向と直交する
方向に放射状に成長する。これにより、Ａｌ−Ｎｉ金属
間化合物からなる針状結晶がＡｌ合金溶湯中のＮｉとの
親和作用により繊維方向と直交する方向に成長しやすい
ので、３次元的に複雑な構造となり強度が高められる。
この合金の結晶組織の例を第２図に示す。
この場合、母材に第３元素、例えばＭｎ、Ｃｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎ等を添加する
ことにより、微細ウィスカーの成長を促進し、母材その
ものの強度を向上させることが可能である。
Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎ等を添加する
ことにより、微細ウィスカーの成長を促進し、母材その
ものの強度を向上させることが可能である。
（実施例）
本発明の実施例について述べる。
実施例１〜３
強化繊維としてＳｉＣを用いた。このＳｉＣ繊維は、平
均直径：１５μｍ、長さ：８０ｍｍ、密度：２．５５ｇ
／ｃｍ３、引張強さ：３１４ｋｇｆ／ｍｍ２である。こ
のＳｉＣ繊維表面に約１〜２μｍのＮｉを無電解メッキ
法により被覆し、この繊維を直径１００ｍｍ、高さ１０
０ｍｍの鋳型内に充填率が約５０％になるように装入し
、次いでこの鋳型内にＡｌ−６ｗｔ％Ｎｉ合金を９００
〜１１００℃で５８４ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力により加圧
鋳込し凝固させた。得られた材料より６×６×４０ｍｍ
の試験片を切削加工して切出した。
均直径：１５μｍ、長さ：８０ｍｍ、密度：２．５５ｇ
／ｃｍ３、引張強さ：３１４ｋｇｆ／ｍｍ２である。こ
のＳｉＣ繊維表面に約１〜２μｍのＮｉを無電解メッキ
法により被覆し、この繊維を直径１００ｍｍ、高さ１０
０ｍｍの鋳型内に充填率が約５０％になるように装入し
、次いでこの鋳型内にＡｌ−６ｗｔ％Ｎｉ合金を９００
〜１１００℃で５８４ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力により加圧
鋳込し凝固させた。得られた材料より６×６×４０ｍｍ
の試験片を切削加工して切出した。
得られた試験片の抗折力、引張強さおよび硬さを測定し
た。結果を第１表に示す。
た。結果を第１表に示す。
なお、第１表中、比較例１は繊維なしの例、比較例２、
３および４はＮｉ被覆をしない繊維を用いた例を示す。
３および４はＮｉ被覆をしない繊維を用いた例を示す。
（以下、余白。）
第１表に示されるように、実施例１〜３は、比較例１〜
４に比べ繊維方向の抗折強度および引張強さおよび垂直
方向の抗折強度が向上している。
４に比べ繊維方向の抗折強度および引張強さおよび垂直
方向の抗折強度が向上している。
実施例４
前記実施例１〜３と同様の方法で作製した。Ａｌ母材合
金の組成については、Ｎｉ添加量を０〜１５ｗｔ％の範
囲で変化させ、鋳造温度を液相線温度よりほぼ２００℃
高い温度にし、試料を作製した、抗折強度とＮｉ添加量
との関係を第１図に示す。Ｎｉ量が０．５ｗｔ％未満だ
とＡｌ３Ｎｉの析出量が少ないために抗折強度上昇の効
果が小さくなり、またＮｉが１０ｗｔ％を超えると脆弱
なＡｌ３Ｎｉの析出量が多くなり抗折強度が低下するた
め、Ｎｉ添加量は０．５〜１０．０ｗｔ％とした。
金の組成については、Ｎｉ添加量を０〜１５ｗｔ％の範
囲で変化させ、鋳造温度を液相線温度よりほぼ２００℃
高い温度にし、試料を作製した、抗折強度とＮｉ添加量
との関係を第１図に示す。Ｎｉ量が０．５ｗｔ％未満だ
とＡｌ３Ｎｉの析出量が少ないために抗折強度上昇の効
果が小さくなり、またＮｉが１０ｗｔ％を超えると脆弱
なＡｌ３Ｎｉの析出量が多くなり抗折強度が低下するた
め、Ｎｉ添加量は０．５〜１０．０ｗｔ％とした。
実施例５
実施例１〜３と同様の方法で、ＳｉＣ繊維の代わりに炭
素繊維を用い、母材としてＡｌ−６ｗｔ％Ｎｉの繊維強
化Ａｌ合金を作製した。炭素繊維にＮｉ被覆をしたもの
としないものでは、Ｎｉ被覆をしたもののほうがしない
ものよりも垂直方向の抗折強度が約２０％向上し、垂直
方向の引張強さが約２５％向上し、それぞれ抗折強度１
１．４ｋｇｆ／ｍｍ２、引張強さ２８．１ｋｇｆ／ｍｍ
２であった。
素繊維を用い、母材としてＡｌ−６ｗｔ％Ｎｉの繊維強
化Ａｌ合金を作製した。炭素繊維にＮｉ被覆をしたもの
としないものでは、Ｎｉ被覆をしたもののほうがしない
ものよりも垂直方向の抗折強度が約２０％向上し、垂直
方向の引張強さが約２５％向上し、それぞれ抗折強度１
１．４ｋｇｆ／ｍｍ２、引張強さ２８．１ｋｇｆ／ｍｍ
２であった。
実施例６
実施例１〜３において母材になるＡｌ合金として、Ａｌ
−６ｗｔ％Ｎｉをベースとして、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ
、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｚｒをそれぞれ２ｗｔ％添加したものを用いて繊維強化
材を作製した。これにより添加による効果が認められた
ものは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌ
ｉ、Ｍｇ、Ｚｎであった。
−６ｗｔ％Ｎｉをベースとして、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ
、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｚｒをそれぞれ２ｗｔ％添加したものを用いて繊維強化
材を作製した。これにより添加による効果が認められた
ものは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｌ
ｉ、Ｍｇ、Ｚｎであった。
組織観察
前記実施例で得られた繊維強化アルミニウム合金の試験
片について金属組織のミクロ観察を行った。第２図は、
前記実施例１の試験片の断面の顕微鏡写真を示す。
片について金属組織のミクロ観察を行った。第２図は、
前記実施例１の試験片の断面の顕微鏡写真を示す。
第２図に示すように、ＳｉＣ繊維１の周囲にＮｉ層２が
形成され、その表面にＡ■−Ｎｉ系金属間化合物の樹枝
状晶３が取り巻いている。この樹枝状晶３がＳｉＣ繊維
１の周りに繊維方向と直交する方向に針状に延びる組織
を観察できた。この繊維表面より放射状に延びるウィス
カーが繊維方向と直交する方向を強化しているものと考
えられる。
形成され、その表面にＡ■−Ｎｉ系金属間化合物の樹枝
状晶３が取り巻いている。この樹枝状晶３がＳｉＣ繊維
１の周りに繊維方向と直交する方向に針状に延びる組織
を観察できた。この繊維表面より放射状に延びるウィス
カーが繊維方向と直交する方向を強化しているものと考
えられる。
得られた繊維強化アルミニウム合金は、繊維の配列方向
の引張強さは強いことはもちろん、この繊維に直交する
方向の強さもこの樹枝状晶として延びる針状のウィスカ
ーにより強化されているものと考えられる。
の引張強さは強いことはもちろん、この繊維に直交する
方向の強さもこの樹枝状晶として延びる針状のウィスカ
ーにより強化されているものと考えられる。
（発明の効果）
以上説明したように、本発明の繊維強化金属によれば
、連続繊維の表面に形成されるＮｉ層から針状に延びる
針状相の成長が増進されることから、繊維が抜けにくく
繊維の配列方向に直交する方向にも高い強度を発揮する
材料が得られるという効果がある。
、連続繊維の表面に形成されるＮｉ層から針状に延びる
針状相の成長が増進されることから、繊維が抜けにくく
繊維の配列方向に直交する方向にも高い強度を発揮する
材料が得られるという効果がある。
本発明の繊維強化金属の製造方法によれば、あらかじめ
繊維の周囲にＮｉ膜を形成しておき、このＮｉ膜が母材
含浸時にウィスカーとして成長するので、繊維の配列方
向と直交する方向にも高強度が保持される。
繊維の周囲にＮｉ膜を形成しておき、このＮｉ膜が母材
含浸時にウィスカーとして成長するので、繊維の配列方
向と直交する方向にも高強度が保持される。
第１図はＡ■母材合金へのＮｉ添加量と抗折強度との
関係を示す特性図、第２図は本発明の実施例による繊維
強化金属の結晶構造を表す顕微鏡写真である。 出願人：大同特殊鋼株式会社 代理人：弁理士 服部雅紀
関係を示す特性図、第２図は本発明の実施例による繊維
強化金属の結晶構造を表す顕微鏡写真である。 出願人：大同特殊鋼株式会社 代理人：弁理士 服部雅紀
Claims (3)
- 【請求項１】酸化物、炭化物または炭素の連続繊維の１
種または２種以上と、重量比でＮｉ：０．５〜１０．０
ｗｔ％を含むＡｌ合金母材と、前記連続繊維の外周に形
成されるＮｉ層と、前記Ａｌ合金母材中に前記連続繊維
の配向方向と直交する方向に延びるＡｌ−Ｎｉ系針状相
とを含有することを特徴とする繊維強化金属。 - 【請求項２】前記Ａｌ合金母材のＡｌ中への固溶度が０
．１原子％以上であるＭｎ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔｉ、Ｓ
ｉ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎの１種または２種以上を総
量で１０ｗｔ％以下含むことを特徴とする請求項１に記
載の繊維強化金属。 - 【請求項３】酸化物、炭化物または炭素の連続繊維の外
周 にＮｉ層を形成し、前記Ｎｉ層を形成した連続繊維群に
重量比でＮｉ：０．５〜１０．０ｗｔ％を含むＡｌ合金
溶湯を含浸し、高圧鋳造し、前記Ｎｉ層表面から連続繊
維群の配向方向と直交する方向にＡｌ−Ｎｉ系針状相を
生成することを特徴とする繊維強化金属の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11903890A JPH04263030A (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | 繊維強化金属とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11903890A JPH04263030A (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | 繊維強化金属とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263030A true JPH04263030A (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=14751418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11903890A Pending JPH04263030A (ja) | 1990-05-09 | 1990-05-09 | 繊維強化金属とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04263030A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06238421A (ja) * | 1991-10-23 | 1994-08-30 | Inco Ltd | 金属マトリックス複合材料およびその製造法 |
| KR100716823B1 (ko) * | 1999-05-07 | 2007-05-09 | 코닝 인코포레이티드 | 칼코겐 화합물이 도핑된 산화 유리 |
-
1990
- 1990-05-09 JP JP11903890A patent/JPH04263030A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06238421A (ja) * | 1991-10-23 | 1994-08-30 | Inco Ltd | 金属マトリックス複合材料およびその製造法 |
| US5578386A (en) * | 1991-10-23 | 1996-11-26 | Inco Limited | Nickel coated carbon preforms |
| KR100716823B1 (ko) * | 1999-05-07 | 2007-05-09 | 코닝 인코포레이티드 | 칼코겐 화합물이 도핑된 산화 유리 |
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