JPH0472891B2 - - Google Patents
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- JPH0472891B2 JPH0472891B2 JP63047049A JP4704988A JPH0472891B2 JP H0472891 B2 JPH0472891 B2 JP H0472891B2 JP 63047049 A JP63047049 A JP 63047049A JP 4704988 A JP4704988 A JP 4704988A JP H0472891 B2 JPH0472891 B2 JP H0472891B2
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- whiskers
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、均質組織を有する高品位のウイスカ
ー強化金属複合材を製造する方法に関する。 〔従来の技術〕 針状単結晶から構成されるウイスカーは、極め
て高水準の比強度、比弾性率を有するうえに耐熱
性ならびに化学的安定性に優れているため、特に
宇宙・航空機あるいは自動車用の構造・機能部品
となるAl、Mgまたはこれら合金のような軽金属
複合材の強化物質として実用化が進められてい
る。一般に、この種ウイスカー強化金属複合材の
強化特性は、マトリツクス金属に対する繊維強化
材の複合界面における濡れ性ならびに分散性の良
否に大きく依存することから、これらの改善を目
的とする改良技術もすでに提案されている。例え
ば、濡れ性の改善に効果的な手段としては強化繊
維面に予め金属の蒸着皮膜を形成する方法、また
均一分散に有効な方法としてプリフオーム溶浸法
が知られているが、これらの方法は形態の整つた
長繊維を用いる場合には好結果を与えるものの、
微細な短繊維であるウイスカーに適用する際には
著しい処理の煩雑性を伴ううえに所定の結果が得
られにくい難点がある。 出願人は上記技術とは異なる手法により界面濡
れ性ならびに均一分散性を改善したSiCウイスカ
ーによるFRMの製造法として、SiCウイスカー
をAl、Mgまたはそれらの合金からなるマトリツ
クス金属と800℃以上の温度で相互接触させて前
駆体を形成し、該前駆体をマトリツクス金属の溶
湯中に撹拌分散してインゴツト化する方法をすで
に開発した（特開昭59−43835号）。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが特願昭59−43835号による先願技術で
は、前駆体の形成時およびマトリツクス金属への
撹拌分散の段階において相当の高温度と接触・撹
拌時間を要するため、SiCウイスカーとマトリツ
クス金属が反応する現象が発生する。この反応に
よつて生じるAl4C3などの炭化物は極めて脆弱で
あり、結果として複合強度の低下を惹起すること
が避けられなかつた。 一方、ウイスカー強化金属複合材は押出し、圧
延等の塑性加工ができるという大きな利点はある
が、塑性加工の際に発生する不良部分あるいは切
り落し端部が通常の金属のように返り材として還
元使用することができず、これが得率の低下とコ
スト高をもたらす一因となつている。 本発明は先願技術のような反応を伴わずに濡れ
性および分散性を改善し、更に塑性加工時に生ず
る残廃材の再利用によるコスト低減化も考慮した
ウイスカー強化金属複合材の製造方法を提供する
ものである。 〔課題を解決するための手段〕 すなわち、本発明によるウイスカー強化金属複
合材の製造方法は、予めマトリツクス金属にウイ
スカーを分散複合させ塑性加工を施したウイスカ
ーのVfが10〜35％の複合体を前記マトリツクス
金属の凝固点−50℃〜凝固点（マトリツクス金属
が合金の場合には、液相線温度−50℃〜液相線温
度）の温度範囲に予熱し、次いで前記マトリツク
ス金属と同一の金属をその凝固点＋50℃まで（金
属が合金の場合には、その液相線温度を越え液相
線温度＋50℃まで）の温度域に加熱保持した溶湯
を噴流として500〜1000mm／秒の速度で前記複合
体に接触させて融解分散させたのち直ちに加圧・
凝固することを構成上の特徴とする。 基材となる塑性加工を施した複合体とは、Al、
Mgまたはこれらの合金等からなるマトリツクス
金属にSiC、Si3N4などのウイスカー強化材をプ
リフオーム溶浸法、粉末冶金法その他の複合化手
段により分散複合させたのち、押出し、圧延等の
塑性加工をおこなつた材料である。この複合体
は、あらたに作製したもののほか、塑性加工時に
複合欠陥のある不良材としてあるいは切り落し端
部として廃棄処分の対象とされているウイスカー
強化金属複合材が有効に活用される。複合材の組
成としては、ウイスカーのVfが10〜35％のもの
を用いることが望ましく、このVfが10％より低
くなると最終的に得られるウイスカー強化金属複
合材の強化性能が減退し、他方、35％を越えると
分散不良を招く度合が多くなる。 複合体の予熱温度範囲をマトリツクス金属の凝
固点−50℃〜凝固点（マトリツクス金属が合金の
場合には、液相線温度−50℃〜液相線温度）に設
定すること、および複合体に接触させる前記マト
リツクス金属と同一の金属溶湯を凝固点を越え凝
固点＋50℃まで（金属が合金の場合には、その液
相線を越え液相線温度＋50℃まで）の温度域に加
熱保持することは、反応の抑制と融解分散を円滑
に進めるための要件で、それぞれが前記の温度範
囲より高くなるとウイスカー成分とマトリツクス
金属との反応が生じ、またこれを下廻ると融解分
散時に金属溶湯が凝固する事態が起つて円滑な複
合化を阻害する。 金属溶湯を接触させて複合体を融解させながら
相互分散をおこなう工程は、例えばダイキヤスト
マシンのような装置を用い金属溶湯を噴流として
複合体に急激に接触させることにより撹拌分散化
を図ることが効果的である。この場合の適切な金
属溶湯の接触速度は、500〜1000mm／秒である。
また、金属溶湯の量は最終製品のウイスカーVf
を考慮して設定されるが、このVfは素材となる
複合体Vfの1/10〜1/2、より好適には1/10〜1/3
の範囲にすることが処理の円滑性ならびに複合性
能面から望ましい。 複合体を融解分散した金属溶湯は、素早く加圧
し急冷凝固してウイスカー強化金属複合材を得
る。 〔作 用〕 本発明において基材となる複合体は塑性加工さ
れているため、含有ウイスカーが個別的に分散し
ているうえに一度複合化されている関係で金属と
の濡れ性が向上している。この複合体性状と特定
された予熱温度ならびに接触させる金属の溶湯温
度との作用が相互に相俟つて、優れた濡れ性およ
び分散性を保ちながらウイスカーとマトリツクス
金属間の反応を伴うことがない高性能複合化を実
現する。これらの作用は、同時に複合化処理を迅
速かつ円滑に進めるために機能し、工程時間を短
縮する効果も与える。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 １ 第１図に示すような真空引き孔１およびプラン
ジヤー２を備える融解分散室３、金属溶湯導入口
４、プランジヤー５および噴出孔６を備える溶湯
室７、ストツパー板８を介して融解分散室３と区
画して設けられた凝固室９とからなるダイキヤス
トマシンを準備した。 ウイスカーとして平均直径0.4μm、平均長さ
30μmのβ−SiCウイスカー、マトリツクス金属
に液相線温度638℃のAl合金（JIS2024）を用い
てプリフオーム溶浸法により複合化した直径120
mm、高さ200mm、Vf24％の円柱状材料を、直径40
mmに押出して塑性加工した。このようにして塑性
加工された複合体１０を600℃の温度に予熱して
前記ダイキヤストマシンの噴出孔６上部に当る融
解分散室３内にセツトし、溶湯室７に650℃に加
熱した複合体マトリツクスと同一Al合金
（JIS2024）の溶湯を導入口４から注入した。つい
で、ストツパー板８を開の状態にして融解分散室
３および凝固室９を10-1torrに真空引きしたの
ち、ストツパー板８と真空引き孔１を閉とした
（第１図参照）。 次にプランジヤー５を押し上げ、溶湯を800
mm／秒の速度で噴出孔６から噴出させて複合体１
０と接触させた。複合体１０は溶湯噴流による撹
拌作用によつて急速に溶湯に融解分散した（第２
図参照）。 複合体１０が完全に融解分散した時点で直ちに
プランジヤー２を前進させ、最終的に1t／cm2（プ
ランジヤー面圧）で加圧しながら複合化溶湯を急
冷凝固した（第３図参照）。 得られたウイスカー強化金属複合材１１はVf
約６％のもので、組織的な複合欠陥は全く認めら
れなかつた。 表は本実施例によるSiCウイスカー強化金属
複合材の強化特性を複合化前のマトリツクス金属
（2024Al合金）の特性と対比して示したもので、
本発明により強度、耐力ともに顕著に向上してい
ることが判る。
ー強化金属複合材を製造する方法に関する。 〔従来の技術〕 針状単結晶から構成されるウイスカーは、極め
て高水準の比強度、比弾性率を有するうえに耐熱
性ならびに化学的安定性に優れているため、特に
宇宙・航空機あるいは自動車用の構造・機能部品
となるAl、Mgまたはこれら合金のような軽金属
複合材の強化物質として実用化が進められてい
る。一般に、この種ウイスカー強化金属複合材の
強化特性は、マトリツクス金属に対する繊維強化
材の複合界面における濡れ性ならびに分散性の良
否に大きく依存することから、これらの改善を目
的とする改良技術もすでに提案されている。例え
ば、濡れ性の改善に効果的な手段としては強化繊
維面に予め金属の蒸着皮膜を形成する方法、また
均一分散に有効な方法としてプリフオーム溶浸法
が知られているが、これらの方法は形態の整つた
長繊維を用いる場合には好結果を与えるものの、
微細な短繊維であるウイスカーに適用する際には
著しい処理の煩雑性を伴ううえに所定の結果が得
られにくい難点がある。 出願人は上記技術とは異なる手法により界面濡
れ性ならびに均一分散性を改善したSiCウイスカ
ーによるFRMの製造法として、SiCウイスカー
をAl、Mgまたはそれらの合金からなるマトリツ
クス金属と800℃以上の温度で相互接触させて前
駆体を形成し、該前駆体をマトリツクス金属の溶
湯中に撹拌分散してインゴツト化する方法をすで
に開発した（特開昭59−43835号）。 〔発明が解決しようとする課題〕 ところが特願昭59−43835号による先願技術で
は、前駆体の形成時およびマトリツクス金属への
撹拌分散の段階において相当の高温度と接触・撹
拌時間を要するため、SiCウイスカーとマトリツ
クス金属が反応する現象が発生する。この反応に
よつて生じるAl4C3などの炭化物は極めて脆弱で
あり、結果として複合強度の低下を惹起すること
が避けられなかつた。 一方、ウイスカー強化金属複合材は押出し、圧
延等の塑性加工ができるという大きな利点はある
が、塑性加工の際に発生する不良部分あるいは切
り落し端部が通常の金属のように返り材として還
元使用することができず、これが得率の低下とコ
スト高をもたらす一因となつている。 本発明は先願技術のような反応を伴わずに濡れ
性および分散性を改善し、更に塑性加工時に生ず
る残廃材の再利用によるコスト低減化も考慮した
ウイスカー強化金属複合材の製造方法を提供する
ものである。 〔課題を解決するための手段〕 すなわち、本発明によるウイスカー強化金属複
合材の製造方法は、予めマトリツクス金属にウイ
スカーを分散複合させ塑性加工を施したウイスカ
ーのVfが10〜35％の複合体を前記マトリツクス
金属の凝固点−50℃〜凝固点（マトリツクス金属
が合金の場合には、液相線温度−50℃〜液相線温
度）の温度範囲に予熱し、次いで前記マトリツク
ス金属と同一の金属をその凝固点＋50℃まで（金
属が合金の場合には、その液相線温度を越え液相
線温度＋50℃まで）の温度域に加熱保持した溶湯
を噴流として500〜1000mm／秒の速度で前記複合
体に接触させて融解分散させたのち直ちに加圧・
凝固することを構成上の特徴とする。 基材となる塑性加工を施した複合体とは、Al、
Mgまたはこれらの合金等からなるマトリツクス
金属にSiC、Si3N4などのウイスカー強化材をプ
リフオーム溶浸法、粉末冶金法その他の複合化手
段により分散複合させたのち、押出し、圧延等の
塑性加工をおこなつた材料である。この複合体
は、あらたに作製したもののほか、塑性加工時に
複合欠陥のある不良材としてあるいは切り落し端
部として廃棄処分の対象とされているウイスカー
強化金属複合材が有効に活用される。複合材の組
成としては、ウイスカーのVfが10〜35％のもの
を用いることが望ましく、このVfが10％より低
くなると最終的に得られるウイスカー強化金属複
合材の強化性能が減退し、他方、35％を越えると
分散不良を招く度合が多くなる。 複合体の予熱温度範囲をマトリツクス金属の凝
固点−50℃〜凝固点（マトリツクス金属が合金の
場合には、液相線温度−50℃〜液相線温度）に設
定すること、および複合体に接触させる前記マト
リツクス金属と同一の金属溶湯を凝固点を越え凝
固点＋50℃まで（金属が合金の場合には、その液
相線を越え液相線温度＋50℃まで）の温度域に加
熱保持することは、反応の抑制と融解分散を円滑
に進めるための要件で、それぞれが前記の温度範
囲より高くなるとウイスカー成分とマトリツクス
金属との反応が生じ、またこれを下廻ると融解分
散時に金属溶湯が凝固する事態が起つて円滑な複
合化を阻害する。 金属溶湯を接触させて複合体を融解させながら
相互分散をおこなう工程は、例えばダイキヤスト
マシンのような装置を用い金属溶湯を噴流として
複合体に急激に接触させることにより撹拌分散化
を図ることが効果的である。この場合の適切な金
属溶湯の接触速度は、500〜1000mm／秒である。
また、金属溶湯の量は最終製品のウイスカーVf
を考慮して設定されるが、このVfは素材となる
複合体Vfの1/10〜1/2、より好適には1/10〜1/3
の範囲にすることが処理の円滑性ならびに複合性
能面から望ましい。 複合体を融解分散した金属溶湯は、素早く加圧
し急冷凝固してウイスカー強化金属複合材を得
る。 〔作 用〕 本発明において基材となる複合体は塑性加工さ
れているため、含有ウイスカーが個別的に分散し
ているうえに一度複合化されている関係で金属と
の濡れ性が向上している。この複合体性状と特定
された予熱温度ならびに接触させる金属の溶湯温
度との作用が相互に相俟つて、優れた濡れ性およ
び分散性を保ちながらウイスカーとマトリツクス
金属間の反応を伴うことがない高性能複合化を実
現する。これらの作用は、同時に複合化処理を迅
速かつ円滑に進めるために機能し、工程時間を短
縮する効果も与える。 〔実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。 実施例 １ 第１図に示すような真空引き孔１およびプラン
ジヤー２を備える融解分散室３、金属溶湯導入口
４、プランジヤー５および噴出孔６を備える溶湯
室７、ストツパー板８を介して融解分散室３と区
画して設けられた凝固室９とからなるダイキヤス
トマシンを準備した。 ウイスカーとして平均直径0.4μm、平均長さ
30μmのβ−SiCウイスカー、マトリツクス金属
に液相線温度638℃のAl合金（JIS2024）を用い
てプリフオーム溶浸法により複合化した直径120
mm、高さ200mm、Vf24％の円柱状材料を、直径40
mmに押出して塑性加工した。このようにして塑性
加工された複合体１０を600℃の温度に予熱して
前記ダイキヤストマシンの噴出孔６上部に当る融
解分散室３内にセツトし、溶湯室７に650℃に加
熱した複合体マトリツクスと同一Al合金
（JIS2024）の溶湯を導入口４から注入した。つい
で、ストツパー板８を開の状態にして融解分散室
３および凝固室９を10-1torrに真空引きしたの
ち、ストツパー板８と真空引き孔１を閉とした
（第１図参照）。 次にプランジヤー５を押し上げ、溶湯を800
mm／秒の速度で噴出孔６から噴出させて複合体１
０と接触させた。複合体１０は溶湯噴流による撹
拌作用によつて急速に溶湯に融解分散した（第２
図参照）。 複合体１０が完全に融解分散した時点で直ちに
プランジヤー２を前進させ、最終的に1t／cm2（プ
ランジヤー面圧）で加圧しながら複合化溶湯を急
冷凝固した（第３図参照）。 得られたウイスカー強化金属複合材１１はVf
約６％のもので、組織的な複合欠陥は全く認めら
れなかつた。 表は本実施例によるSiCウイスカー強化金属
複合材の強化特性を複合化前のマトリツクス金属
（2024Al合金）の特性と対比して示したもので、
本発明により強度、耐力ともに顕著に向上してい
ることが判る。
【表】
クス金属
(注) ＊ T４処理実施後。
実施例 ２ SiCウイスカーと凝固点650℃の純度99.6％の純
アルミニウムとにより粉末冶金法で作成し押出し
塑性加工した複合体（Vf20％）のうち、組織に
微小ポアーのある複合欠陥品を基材とした。 上記複合体を実施例１と同一の装置および手順
に従つてSiCウイスカー強化金属複合材を製造し
た。なお、実施例２の複合体予熱温度は640℃、
溶湯温度は680℃としたが、比較のために複合体
予熱温度を670℃、溶湯温度を750℃と高めた条件
を適用して複合化した（比較例）。 それぞれについて得られたSiCウイスカー強化
金属複合材はVf約５％で、表に示す複合性能
を示した。
(注) ＊ T４処理実施後。
実施例 ２ SiCウイスカーと凝固点650℃の純度99.6％の純
アルミニウムとにより粉末冶金法で作成し押出し
塑性加工した複合体（Vf20％）のうち、組織に
微小ポアーのある複合欠陥品を基材とした。 上記複合体を実施例１と同一の装置および手順
に従つてSiCウイスカー強化金属複合材を製造し
た。なお、実施例２の複合体予熱温度は640℃、
溶湯温度は680℃としたが、比較のために複合体
予熱温度を670℃、溶湯温度を750℃と高めた条件
を適用して複合化した（比較例）。 それぞれについて得られたSiCウイスカー強化
金属複合材はVf約５％で、表に示す複合性能
を示した。
以上のとおり、本発明によれば濡れ性と均一分
散性を高め、かつウイスカーとマトリツクス金属
とが反応しない条件下で迅速、円滑、にウイスカ
ー強化金属複合材を製造することができる。その
うえ、従来、残廃材とされていた欠陥複合体を基
材として還元再利用することが可能となるから、
製造原価の低廉化を図ることもできる。
散性を高め、かつウイスカーとマトリツクス金属
とが反応しない条件下で迅速、円滑、にウイスカ
ー強化金属複合材を製造することができる。その
うえ、従来、残廃材とされていた欠陥複合体を基
材として還元再利用することが可能となるから、
製造原価の低廉化を図ることもできる。
第１図、第２図および第３図は、本発明の実施
例で用いたダイキヤストマシンと複合化工程を段
階的に示した断面図である。 ３…融解分散室、７…溶湯室、９…凝固室、１
０…複合体。
例で用いたダイキヤストマシンと複合化工程を段
階的に示した断面図である。 ３…融解分散室、７…溶湯室、９…凝固室、１
０…複合体。
Claims (1)
- １ 予めマトリツクス金属にウイスカーを分散複
合させ塑性加工を施したウイスカーのVfが10〜
35％の複合体を前記マトリツクス金属の凝固点−
50℃〜凝固点（マトリツクス金属が合金の場合に
は、液相線温度−50℃〜液相線温度）の温度範囲
に予熱し、次いで前記マトリツクス金属と同一の
金属をその凝固点を越え凝固点＋50℃まで（金属
が合金の場合には、その液相線温度を越え液相線
温度＋50℃まで）の温度域に加熱保持した溶湯を
噴流として500〜1000mm／秒の速度で前記複合体
に接触させて融解分散させたのち直ちに加圧・凝
固することを特徴とするウイスカー強化金属複合
材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4704988A JPH01222029A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ウイスカー強化金属複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4704988A JPH01222029A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ウイスカー強化金属複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01222029A JPH01222029A (ja) | 1989-09-05 |
| JPH0472891B2 true JPH0472891B2 (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=12764307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4704988A Granted JPH01222029A (ja) | 1988-02-29 | 1988-02-29 | ウイスカー強化金属複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01222029A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628149B (zh) * | 2012-03-23 | 2013-05-22 | 北京科技大学 | 一种石墨晶须增强铜基复合材料的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943835A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-12 | Tokai Carbon Co Ltd | ＳｉＣウイスカ−によるＦＲＭの製造法 |
| JPS6160257A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-27 | Mazda Motor Corp | 金属複合材の製造法 |
-
1988
- 1988-02-29 JP JP4704988A patent/JPH01222029A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943835A (ja) * | 1982-09-07 | 1984-03-12 | Tokai Carbon Co Ltd | ＳｉＣウイスカ−によるＦＲＭの製造法 |
| JPS6160257A (ja) * | 1984-08-29 | 1986-03-27 | Mazda Motor Corp | 金属複合材の製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01222029A (ja) | 1989-09-05 |
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