JPH0431008B2 - - Google Patents

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JPH0431008B2
JPH0431008B2 JP63156860A JP15686088A JPH0431008B2 JP H0431008 B2 JPH0431008 B2 JP H0431008B2 JP 63156860 A JP63156860 A JP 63156860A JP 15686088 A JP15686088 A JP 15686088A JP H0431008 B2 JPH0431008 B2 JP H0431008B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/16Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by thermal spraying of the metal, e.g. plasma spraying
    • C22C47/18Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by thermal spraying of the metal, e.g. plasma spraying using a preformed structure of fibres or filaments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
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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の成形方法に係わり、レ
ーザビームを加熱源として用い、ロール圧延によ
り繊維強化金属を成形する方法に関するものであ
る。 〔従来の技術〕 繊維強化金属を成形する方法として、繊維とマ
トリツクスがあらかじめ一体となつているワイヤ
プリフオームを素材として使用し、引き揃えたワ
イヤプリフオームにレーザビームを照射した直後
に圧延し、隣り合うワイヤプリフオームを互いに
接合させて薄板を製造することが提案されている
(金属学会講演概要62年秋、(1987/10)、p592)。
第3図はこの成形方法の概念を示す図であり、1
はワイヤプリフオームで、引き揃えたワイヤプリ
フオーム1を圧延ロール2へ供給し、圧延ロール
2へワイヤプリフオーム1がかみこまれる直前に
レーザビーム3を照射するものである。ワイヤプ
リフオーム1は、レーザビーム3の照射によつて
マトリツクスが溶融する温度近傍に加熱され、こ
の状態で圧延されて互いに強く接触するため、圧
接を生じて一体化する。複数本のワイヤプリフオ
ームを同時に接合して行くために、複数本のワイ
ヤプリフオームにレーザビームが均等に当たるよ
う、レーザビーム3を集光装置4によつて第4図
a,bに示したような線状(第4図a)または台
形状(第4図b)の強度分布を持つビームとする
ことが必要である。5は支持板である。 〔発明が解決しようとする課題〕 従来の成形方法は、レーザビームとしてCO2
ーザまたはYAGレーザを単独で用いることが検
討されていた。ところでワイヤプリフオームとし
ては、現在炭化けい素繊維強化アルミニウムおよ
び炭素繊維強化アルミニウムが開発されており、
これらがこの発明に係わる繊維強化金属の成形方
法の主対象の素材となつている。しかしながら、
このアルミニウムマトリツクスのワイヤプリフオ
ームに対して、レーザビームを加熱源として用い
た成形方法には次のような欠点があつた。 CO2レーザを用いた場合には、表1に示すよう
にワイヤプリフオームのマトリツクスである金属
の反射率は高く、例えばアルミニウムの反射率は
約97%と非常に高い。すなわち、CO2レーザ吸収
率が非常に低くなる。このため、ロール圧延によ
り接合一体化するために必要な温度までワイヤプ
リフオームを加熱するには、正味の必要エネルギ
ーと比べて非常に大きな照射パワーを必要とす
る。一方、ワイヤプリフオームのCO2レーザ吸収
率は、ワイヤプリフオームの表面性状や粗さ、間
隔などの形状因子によつて強く影響を受けるが、
吸収率が非常に低いとこの変動がワイヤプリフオ
ームの接合条件に大きく効くことになり、成形条
件が安定しない欠点があつた。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係わる繊維強化金属の成形方法は、
レーザビームを加熱源として用いて繊維強化金属
を成形する方法において、 繊維とマトリツクスとがあらかじめ一体とな
つているワイヤプリフオームを素材として使用
し、 所定の複数本数、所定の方向へ引き揃えたワ
イヤプリフオームにレーザビームを照射する工
程および レーザ照射により温度上昇したワイヤプリフ
オームをロール圧延する工程 を含み、特にCO2レーザとYAGレーザとを同時
にワイヤプリフオームに照射する方法である。 発明者らの単独レーザ照射による実験によれ
ば、ワイヤプリフオームに対するYAGレーザの
吸収率は文献値より高く、そのためワイヤプリフ
オームの接合が比較的安定して行える特徴があつ
た。この発明は、その長所を生かして、CO2レー
ザと同時にワイヤプリフオームへ照射して、照射
パワーが不足するYAGレーザを補い、上記欠点
を改良するものである。 この発明において用いる繊維としては、炭化け
い素繊維、炭素繊維など、マトリツクス金属の強
化繊維として使用できるものがあげられる。また
マトリツクスとしては、アルミニウム、銅、鉄、
マグネシウムなど任意の金属があげられる。 この発明において用いる素材としては、繊維と
マトリツクスがあらかじめ一体となつているワイ
ヤプリフオームを使用する。マトリツクスが溶融
温度近傍まで加熱された状態であつても、ワイヤ
プリフオームは繊維により形状を保つており、ロ
ール圧延することが容易である。また、マトリツ
クスとなる金属と繊維とをそれぞれ素材としてロ
ール圧延と同時に複合化させる場合と比べて、圧
接された後内部欠陥が少ない。 〔作用〕 ワイヤプリフオームは、所定の複数本数、所定
の方向へ引き揃えられ、ロール圧延する工程にお
いて互いに強く接触するように並べられる。 CO2レーザとYAGレーザを同時に照射するレ
ーザ照射により、ワイヤプリフオームは温度上昇
し、ロール圧延により熱間圧接可能な温度に加熱
される。レーザ照射はロール圧延の直前であるこ
とが好ましい。レーザ照射によるワイヤプリフオ
ームの温度上昇は、速度が他の加熱方法と比べて
著しく速く、高温において生じる繊維の劣化を最
小とすることができる。 2種類のレーザの役割は次のように考えられ
る。YAGレーザは、主にワイヤプリフオームの
予熱に用いられる。YAGレーザを用いた場合に
おいても、マトリツクスであるアルミニウムのレ
ーザ吸収率が低いことは同様であるが、CO2レー
ザと比べると優れている。レーザビームを広げて
多数本のワイヤプリフオームに同時に照射した場
合、ワイヤプリフオームをマトリツクスの溶融温
度近傍まで加熱するには不十分であつても、ある
程度温度上昇させることは可能である。またワイ
ヤプリフオームの温度上昇のバラツキもCO2レー
ザと比べると少ない。 CO2レーザは、ワイヤプリフオームをマトリツ
クスの溶融温度近傍まで加熱するために主に利用
される。マトリツクスのアルミニウム等は温度が
上昇するに伴い、CO2レーザの吸収率が上昇する
吸収特性を持つ。したがつてYAGレーザを用い
十分に温度上昇させることができれば、ワイヤプ
リフオームに対するCO2レーザの吸収率を実質的
にあげることができる。単独でのレーザ照射に関
する発明者らの実験によれば、照射パワーとワイ
ヤプリフオームの熱変化の関係にはあるクリテイ
カルな照射パワー値があり、それ以下ではワイヤ
プリフオームはほとんど変化せず、その値以上で
は急激に温度上昇して熱変化を生じる。この原因
は明らかではないが、吸収率の温度変化に依存す
るものと考えられており、YAGレーザとCO2
ーザを同時に照射することにより、このクリテイ
カルな照射パワー値を低くする作用がある。 〔発明の実施例〕 この発明の実施例を以下に説明する。第1図に
おいて、1はワイヤプリフオームであり、支持板
5の上に固定されている。6はCO2レーザ発振装
置であつて、ワイヤプリフオーム1に集光装置4
aを経てCO2レーザビーム3aが照射される。7
はYAGレーザ発振装置であつて、ワイヤプリフ
オーム1に集光装置4bを経てYAGレーザビー
ム3bがCO2レーザビーム3aと同時に照射され
る。圧延ロール2は、ワイヤプリフオーム1を支
持板5とともに噛みこんで圧延を行う。支持板5
はロールとの間に挿入され、ロールの保護または
圧延ロール2へのワイヤプリフオーム1の付着防
止を行う。ワイヤプリフオーム1を固定してその
送り機構として用いてもよい。 この発明の実施例において成形する素材に用い
たワイヤプリフオームは、日本カーボン(株)製の一
方向炭化けい素繊維強化アルミニウム(マトリツ
クスはJIS A1050相当)および米MCI社製の一方
向炭素繊維強化アルミニウム(マトリツクスは
JIS A6061相当)である。またワイヤプリフオー
ムの径は0.5mmであつた。これらのワイヤプリフ
オームを一層に一方向に引き揃えて配列し、支持
板5の上に固定した。支持板5を圧延ロール2に
噛みこませた状態で圧延ロール2の回転をスター
トさせ、ワイヤプリフオーム1を圧延ロール2に
噛みこませて行き、ワイヤプリフオーム1が圧延
ロール2に噛みこまれる直前にCO2レーザビーム
3aおよびYAGレーザビーム3bを照射する。
CO2レーザおよびYAGレーザビームはそれぞれ
集光装置4aおよび4bによつて第4図aに示し
た線状のパワー密度分布を持つビームに集光さ
れ、ワイヤプリフオーム1の幅全域に均等にあた
つている。CO2レーザのパワー密度は0.5〜3×
107W/m2、YAGレーザのパワー密度は0.1〜2
×106W/m2とした。圧延速度が1〜50×10-3
m/sの条件下で繊維強化金属の薄板が成形可能
であつた。 第2図において、繊維強化金属が成形可能であ
つたCO2レーザおよびYAGレーザのパワー密度
の範囲はY軸および線A,B,Cで囲まれる範囲
であつた。なお薄板の厚さは0.35mmであつた。レ
ーザビーム照射パワーが高過ぎると、ワイヤプリ
フオームが著しく損傷する。レーザビーム照射パ
ワーが低過ぎると、ワイヤプリフオームが接合さ
れない。レーザビーム照射によるワイヤプリフオ
ームの温度上昇はレーザビーム照射パワーと圧延
速度によつてコントロールされた。 単独でレーザビームを照射して繊維強化金属の
成形を試みた比較例の場合には、CO2レーザのパ
ワー密度は1〜3×107W/m2、YAGレーザのパ
ワー密度は1〜3×106W/m2の範囲に接合可能
条件が存在した。したがつてこの実施例において
は、成形できるレーザのパワー密度が低下する効
果が認められた。 なおこの実施例については線状のパワー密度分
布を持つレーザビームを用いたが、パワー密度分
布が台形状であつても同様の効果が得られる。レ
ーザビームの集光装置は、レンズ、ミラー、駆動
型ミラーなど所定のパワー密度分布を得られるも
のであればよい。レーザビームの照射位置はワイ
ヤプリフオームが圧延ロールへ食い込まれる直前
であることが好ましいが、装置の構成上で可能な
圧延ロールへ十分に近い距離であればこの発明の
効果が得られる。YAGレーザの予熱効果が得ら
れる範囲であれば、YAGレーザとCO2レーザは、
ワイヤプリフオームの全く同一の箇所へ全く同時
に照射されなくてもよい。 また第1図には示していないが、レーザを照射
する部分またはレーザを照射する部分を含む成形
装置の一部にガス雰囲気を形成するようにするこ
とができる。不活性ガス雰囲気を形成することに
より、繊維強化金属の成形条件が安定する効果が
ある。 〔発明の効果〕 この発明のよれば、CO2レーザおよびYAGレ
ーザビームを同時にワイヤプリフオームに照射す
るようにしたので、繊維強化金属の薄板の成形可
能条件を広げることができ、かつ成形が安定した
繊維強化金属の成形方法を得ることができる。従
来のレーザビームの単独照射の成形方法と比べ、
同じ出力の発振装置を用いてより多数のワイヤプ
リフオームを同時に成形することができ、生産性
が向上する効果がある。また同一の本数のワイヤ
プリフオームを成形する場合には、出力の小さな
レーザ発振装置を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の繊維強化金属の成形方法を
示す概念図、第2図はこの発明における繊維強化
金属の成形可能条件を示すグラフ、第3図は従来
の繊維強化金属の成形方法を示す概念図、第4図
はレーザビームの形状を示す図である。 各図中、同一符号は同一または相当部分を示
し、1はワイヤプリフオーム、2は圧延ロール、
3はレーザビーム、3aはCO2レーザビーム、3
bはYAGレーザビーム、4,4a,4bは集光
装置、5は支持板、6はCO2レーザ発振装置、7
はYAGレーザ発振装置である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レーザビームを加熱源として用いて繊維強化
    金属を成形する方法において、 繊維とマトリツクスとがあらかじめ一体とな
    つているワイヤプリフオームを素材として使用
    し、 所定の複数本数、所定の方向へ引き揃えたワ
    イヤプリフオームにレーザビームを照射する工
    程および レーザ照射により温度上昇したワイヤプリフ
    オームをロール圧延する工程を含み、CO2レー
    ザとYAGレーザとを同時にワイヤプリフオー
    ムに照射することを特徴とする繊維強化金属の
    成形方法。
JP63156860A 1988-06-27 1988-06-27 繊維強化金属の成形方法 Granted JPH028333A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63156860A JPH028333A (ja) 1988-06-27 1988-06-27 繊維強化金属の成形方法
US07/250,230 US4886108A (en) 1988-06-27 1988-09-28 Method for forming a fiber-reinforced metal sheet

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JP63156860A JPH028333A (ja) 1988-06-27 1988-06-27 繊維強化金属の成形方法

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JPH028333A JPH028333A (ja) 1990-01-11
JPH0431008B2 true JPH0431008B2 (ja) 1992-05-25

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JPH028333A (ja) 1990-01-11

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