JPH0570863A - SiCウイスカー強化Al合金材の製造方法 - Google Patents

SiCウイスカー強化Al合金材の製造方法

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JPH0570863A
JPH0570863A JP25969091A JP25969091A JPH0570863A JP H0570863 A JPH0570863 A JP H0570863A JP 25969091 A JP25969091 A JP 25969091A JP 25969091 A JP25969091 A JP 25969091A JP H0570863 A JPH0570863 A JP H0570863A
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alloy
composite
sic
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JP25969091A
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English (en)
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Minoru Fukazawa
稔 深沢
Hiroshi Okuda
宏 奥田
Hiroyuki Shindo
博之 神藤
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SiCとAl成分との反応を抑制し、優れた
濡れ性および分散性を介して高性能のSiCウイスカー
強化Al合金材を効率よく製造する方法を提供する。 【構成】 SiCウイスカーを10〜50 vol%の範囲で含
むSi含有量10wt%以上のAl合金材を複合前駆体とす
る。この複合前駆体を 600〜900 ℃に加熱保持されたS
i含有量10wt%以上のAl合金溶湯に加えて真空中で撹
拌分散したのち、加圧・凝固する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、均質組織のSiCウイ
スカー強化Al合金材を効率よく複合形成するための製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SiCウイスカーは熱的、化学的に頗る
安定であるうえ、卓越した比強度および比弾性率を備え
ているため、金属材料とくに軽量なAl合金材の複合強
化材として有用されている。
【0003】一般に、繊維物質で金属組織を複合強化す
るMMCの複合化性能は、マトリッ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が知られており、これらの改善
を目的とした改良技術も既に数多く提案されている。例
えば、濡れ性の改善手段としては、強化繊維の表面に金
属皮膜を形成する方法、また分散性の改善に有効な方法
としては、プリフォーム溶浸法が典型的な技術とされて
いる。しかし、これらの方法は形態の整った長繊維を用
いる場合には良結果を与えるものの、微細な針状単結晶
であるウイスカーに適用しようとすると著しい処理の煩
雑性を伴ううえに期待する結果が得られにくい難点があ
る。
【0004】出願人は上記の技術とは異なる手法により
界面濡れ性と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またはこれらの合金からなるマトリックス金属と80
0 ℃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Al合金の溶湯中に撹拌分散してインゴット化す
る方法を開発した(特開昭59−43835 号公報) 。さら
に、前記発明の欠点であるAl4 3 の生成反応を伴わ
ないウイスカー強化金属複合材の製造技術として、予め
マトリックス金属にウイスカーを分散複合させ塑性加工
を施した複合体を前記マトリックス金属の凝固点−50℃
〜凝固点(マトリッ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
前記マトリッ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℃) の温度域に加熱保持した
溶湯を前記複合体に接触させて融解分散させたのち加圧
・凝固する方法を提案した(特開平1−222029号公報)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した特開平1−22
2029号公報記載の方法によると、ウイスカーとマトリッ
クス金属との濡れ性と均一分散性が改善されるととも
に、これら成分が反応しない条件下で複合化することが
可能となる。そのうえ、従来、残廃材とされていた欠陥
複合片を還元して再利用することができるという利点も
ある。ところが、この技術では、予めマトリックス金属
にウイスカーを分散複合させた前駆体として塑性加工し
たものを使用しなければならず、溶湯の撹拌速度も高速
下におこなう必要がある。また、複合前駆体におけるウ
イスカー含有量の上限を35 vol%と比較的低く抑えなけ
ればならず、高Vfの複合材料を得ることができないと
いった、改良すべき幾つかの課題が残されていた。
【0006】本発明者らは、SiCウイスカーとAl合
金との反応機構を系統的に検討した結果、Al合金中に
一定量以上のSi成分を含有する場合にはこの反応が進
行せず、複合材の脆弱原因となるAl4 3 の生成が効
果的に抑制し得ることに加えて、溶湯の流動性を増す機
能があることを確認した。したがって、前記組成のSi
含有Al合金をマトリックスとした場合には、高Vfの
複合であっても単純な撹拌操作で均一に分散させること
が可能となる。
【0007】本発明はこれらの知見に基づいて開発され
たもので、その目的はSiCウイスカーとマトリックス
Al合金との反応を伴わずに優れた濡れ性と分散性を介
して高複合性能を有するSiCウイスカー強化Al合金
材を効率よく製造する方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるSiCウイスカー強化Al合金材の製
造方法は、SiCウイスカーを10〜50vol%の範囲で含
むSi含有量10wt%以上のAl合金材からなる複合前駆
体を前記Al合金材の固相線温度〜700 ℃の温度に予熱
し、これをSi含有量10wt%以上のAl合金材を 600〜
900 ℃に加熱保持した溶湯中に加えて真空中で均質に撹
拌分散させたのち、加圧・凝固させることを構成上の特
徴とする。
【0009】本発明の基材となる複合前駆体は、SiC
ウイスカーをマトリックスAl合金中に加圧鋳造法(プ
リフォーム溶浸法)、粉末冶金法その他の手段で分散さ
せた材料で、必ずしも正常な複合組織を有している必要
はない。したがって、不完全な仮焼結体や複合欠陥のあ
る不良材として廃棄対象となる廃材なども使用すること
ができる。しかし、SiCウイスカーが分散しているマ
トリックスAl合金は、Si成分を10wt%以上含む組成
のものでなければならない。Si含有量が10wt%未満で
あると後工程の溶湯添加時にAlとSiCの反応が進行
し、複合特性の減退を招く。複合前駆体に占めるSiC
ウイスカーの体積含有率(Vf)は10〜50vol %の範囲であ
ればよい。しかし、10 vol%を下廻ると十分な複合強化
性能が得られず、50 vol%を越えると分散不良を招いて
均質な分散組織を得ることができなくなる。
【0010】複合前駆体は、まずマトリックスAl合金
材の固相線温度〜 700℃の温度範囲に予熱する。この予
熱段階は反応の抑制と融解分散を円滑に進めるために必
要な要件で、固相線温度を下廻る予熱温度では融解分散
時に溶湯が凝固して円滑な複合化が阻害され、700 ℃を
越えるとSiC成分とAl成分間の反応が生じるように
なる。
【0011】予熱された複合前駆体は、Al合金溶湯に
加え融解分散させる。この段階で用いるAl合金も、S
iCとAlとの反応を抑制するためSi含有量が10wt%
以上の組成を選択する。溶湯の温度は 600〜900 ℃に保
持することが重要で、600 ℃を下廻ると融解分散時に凝
固する現象を招き、900 ℃を越える高温になると反応を
要請することができなくなる。Al合金溶湯の量は、複
合前駆体におけるSiCウイスカーの体積含有量が1/10
〜1/2 の範囲に希釈され、最終的に得られる複合材のS
iCウイスカー含有量が5〜20 vol%になるように設定
することが好ましい。融解分散の方法は真空中の機械的
撹拌によっておこなわれるが、特に高速や急激な撹拌操
作を適用する必要はなく単純な撹拌操作で十分な均質分
散が可能となる。
【0012】このようにして複合前駆体を融解分散した
Al合金溶湯は、加圧鋳造装置の金型に注入して加圧し
ながら凝固して目的のSiCウイスカー強化Al合金複
合材を得る。
【0013】
【作用】複合化過程で進行するSiCウイスカーとAl
成分との反応は、次式によるものである。 3SiC+4Al → Al4 3 +3Si ところが、本発明ではマトリックス金属としてSi含有
量が10wt%以上の組成をもつAl合金を用いるため、S
i成分の過剰となって右方向への反応は進まなくなり、
その結果Al4 3 の生成は効果的に抑制される。また
Si成分を含むAl合金の溶湯には良好な流動性があ
り、この機能が融解分散を助けて均質な分散状態を形成
するために寄与する。したがって、撹拌操作に十分な時
間をかけることができるため、単純な機械的撹拌によっ
ても反応を伴うことなしに均質な分散系を形成すること
が可能となる。
【0014】そのうえ、複合前駆体を同種のAl合金に
融解する複合化機構を採るために濡れ性は改善されてい
るから、前記した無反応による優れた分散作用と相俟っ
て常に高品位の複合性状を備えるSiCウイスカー強化
Al合金材を効率よく製造することが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
【0016】実施例1〜3、比較例1〜3 平均直径 0.5μm 、平均長さ20μm のSiCウイスカー
〔東海カーボン(株)製、“トーカウイスカーTWS-100
”〕とSi含有量の異なるAl合金粉末とをSiCウ
イスカーが25 vol%になるように配合し、エタノール中
で均質に湿式混合した。混合粉末を乾燥したのち、ホッ
トプレスにより温度500 ℃、圧力1t/cm2の条件で焼結
して直径50mm、長さ100 mmの複合前駆体を作製した。
【0017】各複合前駆体を 650℃の温度に予熱したの
ち、700 ℃で保持されたSi含有量の異なるAl合金溶
湯に加え、700 ℃の温度を保ちながら真空中で30分間機
械的撹拌をおこなった。ついで、融解分散させた溶湯を
直径120mm の金型に注入し、100kg/cm2 の圧力をかけな
がら凝固させてSiCウイスカー含有率 10vol%のSi
Cウイスカー強化Al合金材を製造した。
【0018】得られた各SiCウイスカー強化Al合金
材の径方向から4本の試片(直径10mm、長さ100mm 、平
行部は直径6mm、長さ40mm) を採取し、そのまま1mm/m
inの速度で引張り強度の測定試験をおこなった。また、
SiCとAlの反応度合を調べるため、試料10g を5wt
%のNaOH溶液に溶解させ発生したアセチレンガスを
ガスクロマトグラフ法により定量してAl4 3 生成物
の含有量を測定した。それらの結果を、複合前駆体およ
び融解溶湯に用いたAl合金中のSi含有量と対比させ
て表1に示した。
【0019】
【表1】
【0020】表1のように、実施例の各複合材ではAl
4 3 の生成量が少なくて高い強度測定を示したが、複
合前駆体または融解溶湯に用いるAl合金中のSi含有
量が10wt%を下廻る比較例では、Al4 3 生成量が多
いため強度特性が低下していることが認められる。
【0021】実施例4〜8、比較例4〜8 実施例1の同一のSiCウイスカーとSi含有量12.0wt
%のAl合金(AC8A)を用い、粉末焼結法で形成した複合
材、加圧鋳造法 (プリフォーム含浸法) で形成した複合
材、前記複合材の鍛造バリ部分および押し出し屑等の残
廃材を複合前駆体とし、各種条件でSi含有量12.0wt%
のAl合金(AC8A)溶湯に加えたのち、実施例1と同一条
件で真空撹拌、加圧鋳造をおこなってSiCウイスカー
強化Al合金材を製造した。使用した複合前駆体および
複合化条件等を表2に、また得られた複合材の特性を表
3に示した。
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】表2および表3の考察から、本発明の製造
要件を満たす実施例では強度特性に優れ、Al4 3
成が少なく、SiCウイスカー分散性の良好な複合材を
得ることができる。これに対し、複合前駆体のSiCウ
イスカー含有量が10〜50vol%を外れる比較例4、5、
7では複合強化効果が発現されず、また融解溶湯の温度
が900 ℃を越える比較例6ではAl4 3 の生成が極端
に多くなり、600℃を下廻る比較例8では分散不良を起
こしている。
【0025】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えばSiCウ
イスカーとマトリックスAl合金との反応を抑制し、優
れた濡れ性と分散性を介して常に均質組織を有する高性
能のSiCウイスカー強化Al合金材を効率よく製造す
ることができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiCウイスカーを10〜50 vol%の範囲
    で含むSi含有量10wt%以上のAl合金材からなる複合
    前駆体を前記Al合金材の固相線温度〜700℃の温度に
    予熱し、これをSi含有量10wt%以上のAl合金材を 6
    00〜900 ℃に加熱保持した溶湯中に加えて真空中で均質
    に撹拌分散させたのち、加圧・凝固することを特徴とす
    るSiCウイスカー強化Al合金材の製造方法。
JP25969091A 1991-09-10 1991-09-10 SiCウイスカー強化Al合金材の製造方法 Pending JPH0570863A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111112582A (zh) * 2020-01-03 2020-05-08 珠海亿特立新材料有限公司 一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法
JP2022515532A (ja) * 2018-12-26 2022-02-18 北京弘微納金科技有限公司 エアロゲル強化金属基複合材料およびその製造方法と応用

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