JPH05302135A - Al alloy matrix for si3n4 coated aluminum borate whisker reinforced composite - Google Patents

Al alloy matrix for si3n4 coated aluminum borate whisker reinforced composite

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JPH05302135A
JPH05302135A JP13420292A JP13420292A JPH05302135A JP H05302135 A JPH05302135 A JP H05302135A JP 13420292 A JP13420292 A JP 13420292A JP 13420292 A JP13420292 A JP 13420292A JP H05302135 A JPH05302135 A JP H05302135A
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JP
Japan
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alloy
aluminum borate
composite material
whiskers
coated aluminum
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JP13420292A
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Japanese (ja)
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Tetsuya Nukami
哲也 額見
Tetsuya Suganuma
徹哉 菅沼
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve the strength of an Al alloy composite using Si3N4 coated aluminum borate whiskers as a reinforcing material. CONSTITUTION:The objective Al alloy matrix for a composite uses aluminum borate whiskers having an Si3N4 coated layer on the surface as a reinforcing material. This Al alloy matrix contains, by weight, 3 to 6% Cu and 2.2 to 4% Mg or 3 to 6% Cu, 2.2 to 4% Mg, 0.4 to 0.8% Mn and 0.2 to 0.6% Fe.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複合材料に係り、更に
詳細にはSi3 4 被覆層を有するホウ酸アルミニウム
ウイスカを強化材とする複合材料のためのAl合金マト
リックスに係る。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates to composite materials, and more particularly to aluminum alloy matrices for aluminum borate whisker reinforced composite materials having a Si 3 N 4 coating.

【0002】[0002]

【従来の技術】Al基複合材料の一つとして、例えば平
成2年4月23日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、ホウ酸アルミニウムウイスカ(アルミナ
−ボリアウイスカ)を強化材とし、A6061合金やJ
IS規格AC8A合金の如きAl合金をマトリックスと
するAl基複合材料は既に知られている。
2. Description of the Related Art As one of Al-based composite materials, for example, "Interface in Whisker-Reinforced Aluminum-based Composite Material", which was distributed on April 23, 1990, by the Wetability Subcommittee Committee of the Composite Materials Subcommittee of the Japan Institute of Light Metals. As described in the article entitled "Structure", aluminum borate whiskers (alumina-boria whiskers) are used as reinforcements, and A6061 alloy and J
Al-based composite materials having an Al alloy such as the IS standard AC8A alloy as a matrix are already known.

【0003】また本願出願人と他の二の出願人との共同
出願にかかる特願平3−190591号の明細書及び図
面には、BはMgに比して酸化物形成傾向が小さいの
で、ホウ酸アルミニウムウイスカ(9Al2 3 ・2B
2 3 )中のB2 3 が B2 3 +3Mg→3MgO+2B に従ってAl合金中のMgと反応し、これによりウイス
カの表面にスピネル(MgO・Al2 3 )層が生成す
ると共にウイスカの強度が大幅に低下し、そのため複合
材料の強度が低下することがあり、かかる問題の発生を
防止するためにはホウ酸アルミニウムウイスカの表面に
Si3 4 被覆層を形成することが有効であることが既
に開示されている。
In the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 3-190591, which is a joint application between the applicant of the present application and the other two applicants, B has a smaller oxide formation tendency than Mg. aluminum borate whisker (9Al 2 O 3 · 2B
B 2 O 3 in 2 O 3 ) reacts with Mg in the Al alloy according to B 2 O 3 + 3Mg → 3MgO + 2B, thereby forming a spinel (MgO.Al 2 O 3 ) layer on the surface of the whisker, and The strength of the composite material may be significantly reduced, and the strength of the composite material may be reduced. It is effective to form a Si 3 N 4 coating layer on the surface of the aluminum borate whiskers in order to prevent the occurrence of such a problem. Has already been disclosed.

【0004】かくして表面にSi3 4 被覆層が形成さ
れたホウ酸アルミニウムウイスカ(本願に於てはSi3
4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカという)によれ
ば、Si3 4 被覆層はMgを含有する溶融Al合金等
に対しても安定であり、Si34 被覆層によりホウ酸
アルミニウムウイスカ中のB2 3 とマトリックス中の
Mgとが反応することが抑制されるので、スピネル層の
生成及びこれに起因するウイスカの強度低下を回避し、
これによりホウ酸アルミニウムウイスカ強化軽金属複合
材料の強度低下を防止することができる。
[0004] Thus Si 3 N 4 coating layer formed on the aluminum borate whiskers (Si is At a present 3 on the surface
According to) that N 4 coated aluminum borate whiskers, Si 3 N 4 coating layer is stable to the molten Al alloy containing Mg, Si 3 N 4 B boric acid in the aluminum whiskers by coating layer Since the reaction between 2 O 3 and Mg in the matrix is suppressed, the formation of the spinel layer and the resulting reduction in the strength of the whiskers are avoided,
This makes it possible to prevent the strength of the aluminum borate whisker reinforced light metal composite material from decreasing.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし上述の如き高性
能のSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカを強化
材としAl合金をマトリックスとする複合材料に於て、
その強度をできるだけ向上させるためにはマトリックス
として如何なる組成のAl合金が最適であるかについて
は未だ十分な検討は行われていない。
However, in the composite material using the high performance Si 3 N 4 coated aluminum borate whiskers as the reinforcing material and the Al alloy as the matrix as described above,
In order to improve the strength as much as possible, what composition of Al alloy is most suitable as the matrix has not been sufficiently studied.

【0006】本願発明者は、Si3 4 被覆ホウ酸アル
ミニウムウイスカにより複合強化されるAl合金マトリ
ックスとして如何なる組成のAl合金が最適であるかに
ついて種々の実験的検討を行った結果、Al合金マトリ
ックスは所定量のCu及びMgを含有していることが好
ましく、更には所定量のMn及びFeを含有しているこ
とが好ましいことを見出した。
The inventor of the present invention has conducted various experimental studies on what composition of the Al alloy is most suitable as the Al alloy matrix to be composite strengthened by the Si 3 N 4 coated aluminum borate whiskers. It has been found that preferably contains a predetermined amount of Cu and Mg, and further preferably contains a predetermined amount of Mn and Fe.

【0007】本発明は、本願発明者が行った実験的検討
の結果得られた知見に基き、Si34 被覆ホウ酸アル
ミニウムウイスカを強化材とする複合材料に最適の組成
のAl合金マトリックスを提供することを目的としてい
る。
The present invention is based on the knowledge obtained as a result of the experimental study conducted by the inventor of the present application, to provide an Al alloy matrix having an optimum composition for a composite material using Si 3 N 4 coated aluminum borate whiskers as a reinforcing material. It is intended to be provided.

【0008】[0008]

【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、Si3 4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Al合金マトリ
ックスであって、3〜6wt%のCu及び2〜4wt%のM
gを含有するAl合金マトリックス、及びSi3 4
覆層を有するホウ酸アルミニウムウイスカを強化材とす
る複合材料用Al合金マトリックスであって、3〜6wt
%のCu、2.2〜4wt%のMg、0.4〜0.8wt%
のMn、0.2〜0.6wt%のFeを含有するAl合金
マトリックスによって達成される。
According to the present invention, there is provided an Al alloy matrix for a composite material, which comprises aluminum borate whiskers having a Si 3 N 4 coating layer as a reinforcing material. 6 wt% Cu and 2-4 wt% M
An Al alloy matrix containing g and an Al alloy matrix for a composite material having an aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer as a reinforcing material.
% Cu, 2.2-4 wt% Mg, 0.4-0.8 wt%
Of Mn, Al alloy matrix containing 0.2-0.6 wt% Fe.

【0009】[0009]

【作用】本発明によれば、Al合金マトリックスは3〜
6wt%のCu及び2〜4wt%のMg、又は3〜6wt%の
Cu、2.2〜4wt%のMg、0.4〜0.8wt%のM
n、0.2〜0.6wt%のFeを含有するので、理由は
明確ではないが、後に詳細に説明する如く、Si3 4
被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Al合金複合材料
の曲げ強さの如き強度が向上される。
According to the present invention, the Al alloy matrix is 3 to
6 wt% Cu and 2-4 wt% Mg, or 3-6 wt% Cu, 2.2-4 wt% Mg, 0.4-0.8 wt% M
Since n, 0.2 to 0.6 wt% of Fe is contained, the reason is not clear, but as described in detail later, Si 3 N 4 is used.
Strength, such as bending strength, of the coated aluminum borate whisker reinforced Al alloy composite is improved.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段の補足説明】本願発明者が
行った実験的研究の結果によれば、本発明のAl合金マ
トリックスを複合強化するSi3 4 被覆ホウ酸アルミ
ニウムウイスカのSi3 4 被覆層の厚さが0.05μ
m 未満である場合には被覆層を形成する効果が不十分で
あり、逆にSi3 4 被覆層の厚さが0.6μm を越え
るとホウ酸アルミニウムウイスカ自体の強度が低下し、
そのため複合材料の強度が低下する。従って本発明のA
l合金マトリックスを複合強化するSi3 4 被覆ホウ
酸アルミニウムウイスカのSi3 4 被覆層の厚さは
0.05〜0.6μm に設定されることが好ましい。
According to the results of the present inventors experimental studies conducted [Supplemental Description of the means for solving the problems], the Si 3 N 4 coated aluminum borate whiskers of the composite strengthen the Al alloy matrix of the present invention Si 3 N 4 The thickness of the coating layer is 0.05μ
If it is less than m, the effect of forming the coating layer is insufficient, and conversely, if the thickness of the Si 3 N 4 coating layer exceeds 0.6 μm, the strength of the aluminum borate whisker itself decreases,
Therefore, the strength of the composite material decreases. Therefore, A of the present invention
The thickness of the Si 3 N 4 coated aluminum borate whiskers Si 3 N 4 coating layers of the composite, reinforced the l alloy matrix is preferably set to 0.05 to 0.6 .mu.m.

【0011】また本願発明者が行った実験的研究の結果
によれば、本発明のAl合金マトリックスを複合強化す
るSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率
が15%未満である場合にはウイスカによる複合強化の
効果が不十分であり、逆にウイスカの体積率が45%を
越えると複合材料の強度が低下する。従って本発明のA
l合金マトリックスを複合強化するSi3 4 被覆ホウ
酸アルミニウムウイスカの体積率は15〜45%に設定
されることが好ましい。
Further, according to the results of the experimental research conducted by the inventor of the present invention, when the volume ratio of the Si 3 N 4 -coated aluminum borate whiskers which strengthens the Al alloy matrix of the present invention is less than 15%, The effect of composite strengthening by whiskers is insufficient, and conversely, when the volume ratio of whiskers exceeds 45%, the strength of the composite material decreases. Therefore, A of the present invention
The volume ratio of the Si 3 N 4 -coated aluminum borate whiskers that compositely strengthen the 1-alloy matrix is preferably set to 15 to 45%.

【0012】またSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウ
イスカの製造方法及びSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウ
ムウイスカのプリフォームの製造方法については、本願
出願人と同一の出願人の出願にかかる特願平3−937
12号明細書及び図面に詳細に記載されている。
[0012] Si 3 N 4 for the production method and Si 3 N 4 preform manufacturing method of the coated aluminum borate whiskers coated aluminum borate whiskers, Japanese Patent Application according to Applicants same applicant filed and 3-937
No. 12 and the drawings are detailed.

【0013】[0013]

【実施例】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。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0014】実施例1 まずホウ酸アルミニウムウイスカ(四国化成工業株式会
社製「アルボレックスG」、ウイスカ径0.5〜1μm
、ウイスカ長10〜30μm )とヒュームドシリカと
を所定の比率にて混合し、該混合物を炭化水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガス中にて1400℃に加熱し、
これにより図1に示されている如くホウ酸アルミニウム
ウイスカ10の表面に厚さ0.4μm のSi3 4 被覆
層11を形成した。
Example 1 First, aluminum borate whiskers ("Arborex G" manufactured by Shikoku Kasei Co., Ltd., whisker diameter 0.5-1 μm)
, Whisker length 10 to 30 μm) and fumed silica are mixed at a predetermined ratio, and the mixture is heated to 1400 ° C. in a mixed gas of hydrocarbon gas and ammonia gas,
As a result, a Si 3 N 4 coating layer 11 having a thickness of 0.4 μm was formed on the surface of the aluminum borate whiskers 10 as shown in FIG.

【0015】次いで図2に示されている如く、かくして
形成されたSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ
10Aを蒸溜水12中に投入し、ウイスカが十分解繊さ
れるまでプロペラ14により蒸溜水及びウイスカを撹拌
した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形を行う
ことにより100×38×16mmの寸法を有する成形体
を形成し、成形体を治具ごと−50℃に維持された冷凍
庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍結する
まで保持した。
Then, as shown in FIG. 2, the Si 3 N 4 -coated aluminum borate whiskers 10A thus formed are put into distilled water 12 and the propeller 14 propels the distilled water and the distilled water until the whiskers are sufficiently defibrated. After stirring the whiskers, the whiskers are moved into a molding jig and compression molded to form a molded body having a size of 100 × 38 × 16 mm, and the molded body together with the jig is kept in a freezer at −50 ° C. And kept in that state until the water content in the molded body was sufficiently frozen.

【0016】次いで成形体を治具より取出し、しかる後
図3に示されている如く、内のり寸法が38×16mmで
あり、長さが140mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り16が一体に設けられたステンレス鋼(JIS規格
SUS304)製のケース18内に上述の如く形成され
た成形体20を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せ、これによりSi34 被覆層を有するホウ酸アルミ
ニウムウイスカよりなりウイスカの体積率が30%であ
る成形体を形成した。
Then, the molded body was taken out from the jig, and as shown in FIG. 3, the inner dimension was 38 × 16 mm, the length was 140 mm, the both ends were open, and the weight 16 was provided at one end. Was integrally provided in a case 18 made of stainless steel (JIS standard SUS304) with the molded body 20 formed as described above. Then, the molded body is heated together with the case by a heater to be sufficiently dried, thereby forming a molded body made of aluminum borate whiskers having a Si 3 N 4 coating layer and having a whisker volume ratio of 30%. ..

【0017】次いで成形体をケースごと600℃に1時
間予熱した後、図4に示されている如く成形体20をケ
ースごと高圧鋳造装置22の鋳型24内に配置し、該鋳
型内に800℃のAl合金(Al−2〜8wt%Cu−0
〜5wt%Mg、Cu含有量及びMg含有量は0.5wt%
ごと)の溶湯26を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合するプ
ランジャ28により約1000kgf /cm2 の圧力にて加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトピン30に
より鋳型24より凝固体を取出し、該凝固体に対し機械
加工を施すことによりSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウ
ムウイスカにて複合強化されたAl合金よりなる複合材
料を切出し、複合材料に対し熱処理T6を施した。
Next, after the molded body is preheated together with the case to 600 ° C. for 1 hour, the molded body 20 together with the case is placed in the mold 24 of the high-pressure casting apparatus 22 as shown in FIG. Al alloy (Al-2 to 8 wt% Cu-0
~ 5wt% Mg, Cu content and Mg content is 0.5wt%
The molten metal 26 was poured into the mold and pressurized with a plunger 28 fitted in the mold at a pressure of about 1000 kgf / cm 2 , and the pressurized state was maintained until the molten metal was completely solidified. After the molten metal is completely solidified, the solidified body is taken out from the mold 24 by the knockout pin 30, and the solidified body is machined to form an Al alloy that has been composite-reinforced with a Si 3 N 4 coated aluminum borate whisker. The composite material was cut out and subjected to heat treatment T6.

【0018】次いで各複合材料より曲げ試験片を形成
し、各試験片について支点間距離40mm、室温にて3点
曲げ試験を行った。これらの試験の結果を図5に示す。
尚図5に於て、一点鎖線、実線、破線はそれぞれ曲げ強
さが850MPa、900MPa、950MPaである
点又は試験結果よりこれらの値になるであろうと推定さ
れる点を結んだ線を示している。図5より、マトリック
スとしてのAl合金のCu含有量は3〜6wt%、特に3
〜5wt%であることが好ましく、Mg含有量は2.2〜
4wt%、特に2.5〜3.5wt%であることが好ましい
ことが解る。
Next, a bending test piece was formed from each composite material, and each test piece was subjected to a three-point bending test at a room distance of 40 mm and room temperature. The results of these tests are shown in FIG.
In FIG. 5, the alternate long and short dash line, the solid line, and the broken line indicate the points at which the bending strengths are 850 MPa, 900 MPa, and 950 MPa, or the lines connecting the points estimated to be these values from the test results. There is. From FIG. 5, the Cu content of the Al alloy as the matrix is 3 to 6 wt%, especially 3
Preferably, the Mg content is 2.2.
It is understood that it is preferably 4% by weight, particularly 2.5 to 3.5% by weight.

【0019】実施例2 マトリックス金属としてAl合金(Al−4wt%Cu−
3wt%Mg)に0.1〜1wt%(0.1wt%ごと)のM
nが添加されたAl合金及びAl合金(Al−4wt%C
u−3wt%Mg)に0.1〜1wt%(0.1wt%ごと)
のFeが添加されたAl合金が使用された点を除き、実
施例1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成
し、各複合材料に対しT6熱処理を施し、各複合材料よ
り曲げ試験片を形成し、各試験片について実施例1の場
合と同一の要領及び条件にて3点曲げ試験を行った。
[0019]Example 2  Al alloy as the matrix metal (Al-4 wt% Cu-
0.1 to 1 wt% (every 0.1 wt%) M in 3 wt% Mg)
n-added Al alloy and Al alloy (Al-4 wt% C
u-3wt% Mg) 0.1-1wt% (every 0.1wt%)
Except that the Al alloy with Fe added was used.
A composite material is formed under the same procedure and conditions as in the case of Example 1.
Then, T6 heat treatment is applied to each composite material,
Bending test pieces were formed, and in the case of Example 1 for each test piece,
A three-point bending test was carried out under the same procedure and conditions as in the case.

【0020】これらの試験の結果を図6及び図7に示
す。図6及び図7より、マトリックスとしてのAl合金
のMn含有量は0.4〜0.8wt%、特に0.5〜0.
7wt%であることが好ましく、Fe含有量は0.2〜
0.6wt%、特に0.3〜0.5wt%であることが好ま
しいことが解る。
The results of these tests are shown in FIGS. 6 and 7. From FIGS. 6 and 7, the Mn content of the Al alloy as the matrix is 0.4 to 0.8 wt%, particularly 0.5 to 0.
7 wt% is preferable, Fe content is 0.2 ~
It can be seen that it is preferably 0.6% by weight, particularly 0.3 to 0.5% by weight.

【0021】尚図には示されていないが、マトリックス
金属としてAl合金(Al−3wt%Cu−2wt%Mg)
に0.1〜1wt%(0.1wt%ごと)のMnが添加され
たAl合金及びAl合金(Al−4wt%Cu−3wt%M
g)に0.1〜1wt%(0.1wt%ごと)のFeが添加
されたAl合金が使用された場合にも、図6及び図7に
示された結果と同様の結果が得られた。
Although not shown in the figure, an Al alloy (Al-3 wt% Cu-2 wt% Mg) is used as the matrix metal.
Alloy and Al alloy in which 0.1 to 1 wt% (every 0.1 wt%) of Mn is added to Al (Al-4 wt% Cu-3 wt% M
The same results as those shown in FIGS. 6 and 7 were obtained when an Al alloy containing 0.1 to 1 wt% (every 0.1 wt%) Fe was added to g). ..

【0022】実施例3 マトリックス金属としてAl合金(Al−4wt%Cu−
3wt%Mg−0.2wt%Fe)に0.1〜1wt%(0.
1wt%ごと)のMnが添加されたAl合金、Al合金
(Al−4wt%Cu−3wt%Mg−0.6wt%Fe)に
0.1〜1wt%(0.1wt%ごと)のMnが添加された
Al合金、Al合金(Al−4wt%Cu−3wt%Mg−
0.4wt%Mn)に0.1〜1wt%(0.1wt%ごと)
のFeが添加されたAl合金、Al合金(Al−4wt%
Cu−3wt%Mg−0.8wt%Mn)に0.1〜1wt%
(0.1wt%ごと)のFeが添加されたAl合金が使用
された点を除き、実施例1の場合と同一の要領及び条件
にて複合材料を形成し、各複合材料に対しT6熱処理を
施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各試験片に
ついて実施例1の場合と同一の要領及び条件にて3点曲
げ試験を行った。
Example 3 As a matrix metal, an Al alloy (Al-4 wt% Cu-
3 wt% Mg-0.2 wt% Fe) to 0.1-1 wt% (0.
0.1 to 1 wt% (every 0.1 wt%) of Mn is added to an Al alloy (Al-4 wt% Cu-3 wt% Mg-0.6 wt% Fe) to which Mn of 1 wt% is added. Al alloy, Al alloy (Al-4 wt% Cu-3 wt% Mg-
0.1 wt% to 0.4 wt% Mn) (every 0.1 wt%)
Alloy with added Fe, Al alloy (Al-4wt%
Cu-3wt% Mg-0.8wt% Mn) 0.1-1wt%
A composite material was formed under the same procedure and conditions as in Example 1 except that an Al alloy containing Fe (0.1 wt%) was used, and each composite material was subjected to T6 heat treatment. A bending test piece was formed from each composite material, and a three-point bending test was performed on each test piece under the same procedure and conditions as in Example 1.

【0023】その結果、マトリックスとしてのAl合金
のMn含有量は0.4〜0.8wt%でありFe含有量は
0.2〜0.6wt%であることが好ましく、特にMn含
有量は0.5〜0.7wt%でありFe含有量は0.3〜
0.5wt%であることが好ましいことが解った。
As a result, the Mn content of the Al alloy as the matrix is preferably 0.4 to 0.8 wt% and the Fe content is preferably 0.2 to 0.6 wt%, and the Mn content is particularly 0. 0.5-0.7 wt% and Fe content 0.3-
It has been found that 0.5 wt% is preferable.

【0024】実施例4 マトリックス金属としてAl−4wt%Cu−3wt%Mg
−0.6wt%Fe−0.4wt%Mnなる組成を有するA
l合金が使用された点を除き、実施例1の場合と同一の
要領及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対し
T6熱処理を施し、各複合材料より回転曲げ疲労試験片
を形成し、各試験片について回転数7000rpmの条
件にて室温及び200℃に於て107 回の疲労強度を測
定する回転曲げ疲労試験を行った。
Example 4 Al-4 wt% Cu-3 wt% Mg as matrix metal
A having a composition of -0.6 wt% Fe-0.4 wt% Mn
A composite material was formed under the same conditions and conditions as in Example 1 except that the 1-alloy was used, and each composite material was subjected to T6 heat treatment to form a rotary bending fatigue test piece from each composite material. Then, each test piece was subjected to a rotary bending fatigue test in which the fatigue strength was measured 10 7 times at room temperature and 200 ° C. under the condition of a rotation speed of 7,000 rpm.

【0025】その結果、室温及び200℃に於ける疲労
強度はそれぞれ約280MPa、約220MPaであ
り、炭化ケイ素ウイスカ強化Al合金複合材料の標準的
な疲労強度よりも約10〜30%高い値であることが解
った。
As a result, the fatigue strengths at room temperature and 200 ° C. are about 280 MPa and about 220 MPa, respectively, which is about 10 to 30% higher than the standard fatigue strength of the silicon carbide whisker reinforced Al alloy composite material. I understand.

【0026】[Si3 4 被覆層の厚さと曲げ強さとの
関係]マトリックス金属の溶湯として湯温780℃のA
l合金(Al−4.5wt%Cu−2.5wt%Mg−0.
6wt%Mn−0.4wt%Fe)の溶湯が使用され、Si
3 4 被覆層の厚さが0、0.05〜0.5μm (0.
1μm ごと)に設定され、実施例1の場合と同一の要領
及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しT6
熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各
試験片について実施例1の場合と同一の要領及び条件に
て3点曲げ試験を行った。
[Relationship between Thickness of Si 3 N 4 Coating Layer and Bending Strength] A at a temperature of 780 ° C. as a molten matrix metal
alloy (Al-4.5 wt% Cu-2.5 wt% Mg-0.
6 wt% Mn-0.4 wt% Fe) is used,
The thickness of the 3 N 4 coating layer is 0, 0.05 to 0.5 μm (0.
1 μm), and a composite material is formed under the same procedure and conditions as in Example 1, and T6 is applied to each composite material.
A heat treatment was performed to form a bending test piece from each composite material, and each test piece was subjected to a three-point bending test under the same procedure and conditions as in Example 1.

【0027】これらの試験の結果を図8に示す。図8よ
り、高強度の複合材料を得るためにはホウ酸アルミニウ
ムウイスカの表面に形成されるSi3 4 被覆層の厚さ
は0.05〜0.6μm であることが好ましいことが解
る。尚Si3 4 被覆層の厚さが0.7μm 以上の場合
にはウイスカの成形体はその形状を維持し得ず、実質的
に曲げ試験片を形成することができなかった。
The results of these tests are shown in FIG. From FIG. 8, it is understood that the thickness of the Si 3 N 4 coating layer formed on the surface of the aluminum borate whiskers is preferably 0.05 to 0.6 μm in order to obtain a high-strength composite material. When the thickness of the Si 3 N 4 coating layer was 0.7 μm or more, the whisker compact could not maintain its shape, and it was substantially impossible to form a bending test piece.

【0028】[ウイスカの体積率と曲げ強さとの関係]
マトリックス金属として湯温750℃のAl合金(Al
−5wt%Cu−3wt%Mg)の溶湯が使用され、Si3
4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率が15〜
45%(5%ごと)に設定された点を除き、実施例1の
場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成し、各複
合材料に対しT6熱処理を施し、各複合材料より曲げ試
験片を形成し、各試験片について実施例1の場合と同一
の要領及び条件にて3点曲げ試験を行った。尚ウイスカ
の体積率が15%未満の場合にはウイスカの成形体を形
成することが困難であった。
[Relationship Between Volume Ratio of Whiskers and Bending Strength]
Al alloy with a hot water temperature of 750 ° C (Al
-5 wt% Cu-3 wt% Mg) is used, and Si 3
The volume ratio of N 4 coated aluminum borate whiskers is 15-
A composite material was formed under the same procedure and conditions as in Example 1 except that the content was set to 45% (every 5%), each composite material was subjected to T6 heat treatment, and a bending test was performed from each composite material. A piece was formed, and a three-point bending test was performed on each test piece under the same procedures and conditions as in Example 1. When the whisker volume ratio was less than 15%, it was difficult to form a whisker compact.

【0029】これらの試験の結果を図9に示す。図9よ
り、強度に優れた複合材料を得るためには、Si3 4
被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率は15〜40
%であることが好ましいことが解る。尚マトリックス金
属の溶湯として湯温780℃のAl合金(Al−4.5
wt%Cu−2.5wt%Mg−0.6wt%Mn−0.4wt
%Fe)の溶湯が使用された場合にも図9に示された結
果と同様の結果が得られた。
The results of these tests are shown in FIG. From FIG. 9, in order to obtain a composite material having excellent strength, Si 3 N 4
Volume ratio of coated aluminum borate whiskers is 15-40
It turns out that it is preferable that it is%. As a molten metal for the matrix metal, an Al alloy (Al-4.5
wt% Cu-2.5 wt% Mg-0.6 wt% Mn-0.4 wt
The same result as that shown in FIG. 9 was obtained when the molten metal of (% Fe) was used.

【0030】尚上述の各実施例に於て形成された各複合
材料中のウイスカの界面をTEM法にて観察したとこ
ろ、ウイスカの界面にスピネルは存在していないことが
確認された。
When the interface of whiskers in each composite material formed in each of the above-mentioned Examples was observed by the TEM method, it was confirmed that spinel did not exist at the interface of whiskers.

【0031】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
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。
Although the present invention has been described above in detail with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various other embodiments within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、Al合金マトリックスは3〜6wt%のCu
及び2.2〜4wt%のMg、又は3〜6wt%のCu、
2.2〜4wt%のMg、0.4〜0.8wt%のMn、
0.2〜0.6wt%のFeを含有するので、上述の如く
Si3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Al合
金複合材料の曲げ強さの如き強度を向上させることがで
きる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the Al alloy matrix contains 3 to 6 wt% of Cu.
And 2.2-4 wt% Mg, or 3-6 wt% Cu,
2.2-4 wt% Mg, 0.4-0.8 wt% Mn,
Since it contains 0.2 to 0.6 wt% Fe, it is possible to improve the strength such as the bending strength of the Si 3 N 4 -coated aluminum borate whisker reinforced Al alloy composite material as described above.

【0033】また本発明によれば、繊維強化金属複合材
料の強化材として従来より最も高性能であると考えられ
ている炭化ケイ素ウイスカに比して価格が約1/10で
あるSi3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカにてこ
れを強化材とする複合材料と同等又はそれ以上の強度を
有する複合材料を製造することができ、極めてコストパ
フォーマンスに優れた高性能の複合材料を得ることがで
きる。
Further, according to the present invention, the price is about 1/10 of that of silicon carbide whiskers, which is considered to have the highest performance as a reinforcing material for fiber reinforced metal composite materials, in comparison with Si 3 N 4. With the coated aluminum borate whiskers, a composite material having strength equal to or higher than that of the composite material using the aluminum borate whiskers as a reinforcing material can be produced, and a high-performance composite material having extremely excellent cost performance can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】Si3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの
横断面を示す解図的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a cross section of a Si 3 N 4 coated aluminum borate whisker.

【図2】ウイスカの解繊工程を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a defibrating process of whiskers.

【図3】ケース内に収容されたウイスカ成形体を示す縦
断面図である。
FIG. 3 is a vertical sectional view showing a whisker molded body housed in a case.

【図4】図3に示されたウイスカ成形体を用いて行われ
る高圧鋳造工程を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a high-pressure casting process performed using the whisker compact shown in FIG.

【図5】Al合金マトリックスのCu含有量を横軸にと
りMg含有量を縦軸にとつて複合材料の曲げ強さを示す
グラフである。
FIG. 5 is a graph showing the bending strength of a composite material with the Cu content of the Al alloy matrix on the horizontal axis and the Mg content on the vertical axis.

【図6】Al合金マトリックスのMn含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the Mn content of an Al alloy matrix and the bending strength of a composite material.

【図7】Al合金マトリックスのFe含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the Fe content of the Al alloy matrix and the bending strength of the composite material.

【図8】Si3 4 被覆層の厚さと複合材料の曲げ強さ
との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the thickness of the Si 3 N 4 coating layer and the bending strength of the composite material.

【図9】ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率と複合材
料の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the volume ratio of aluminum borate whiskers and the bending strength of the composite material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ホウ酸アルミニウムウイスカ 11…Si3 4 被覆層 10A…Si3 4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ 12…蒸溜水 14…プロペラ 16…錘り 18…ケース 20…成形体 22…高圧鋳造装置 24…鋳型 26…Al合金の溶湯 28…プランジャ 30…ノックアウトピン10 ... aluminum borate whiskers 11 ... Si 3 N 4 coating layers 10A ... Si 3 N 4 coated aluminum borate whiskers 12 ... distilled water 14 ... propeller 16 ... governor weight 18 ... Case 20 ... molded body 22 ... a high-pressure casting apparatus 24 ... Mold 26 ... Molten aluminum alloy 28 ... Plunger 30 ... Knockout pin

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Si3 4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Al合金マトリ
ックスであって、3〜6wt%のCu及び2.2〜4wt%
のMgを含有するAl合金マトリックス。
1. An Al alloy matrix for a composite material, which is reinforced by an aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer, comprising 3 to 6 wt% Cu and 2.2 to 4 wt%.
Al alloy matrix containing Mg.
【請求項2】Si3 4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Al合金マトリ
ックスであって、3〜6wt%のCu、2.2〜4wt%の
Mg、0.4〜0.8wt%のMn、0.2〜0.6wt%
のFeを含有するAl合金マトリックス。
2. An Al alloy matrix for a composite material comprising an aluminum borate whisker having a Si 3 N 4 coating layer as a reinforcing material, comprising 3 to 6 wt% Cu, 2.2 to 4 wt% Mg, and 0. 4-0.8 wt% Mn, 0.2-0.6 wt%
Al alloy matrix containing Fe.
JP13420292A 1992-04-27 1992-04-27 Al alloy matrix for si3n4 coated aluminum borate whisker reinforced composite Pending JPH05302135A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103397282A (en) * 2013-08-13 2013-11-20 哈尔滨理工大学 Preparation method of nanometer zirconium oxide-coated aluminum borate crystal whisker/aluminum base composite material

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103397282A (en) * 2013-08-13 2013-11-20 哈尔滨理工大学 Preparation method of nanometer zirconium oxide-coated aluminum borate crystal whisker/aluminum base composite material
CN103397282B (en) * 2013-08-13 2015-08-19 哈尔滨理工大学 The preparation method of nano zircite coating aluminium borate whisker/aluminum matrix composite

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