JPH06172892A - 熱間押し出し加工及び熱間圧延加工による超塑性窒化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法とその加工方法 - Google Patents
熱間押し出し加工及び熱間圧延加工による超塑性窒化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法とその加工方法Info
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- JPH06172892A JPH06172892A JP4345637A JP34563792A JPH06172892A JP H06172892 A JPH06172892 A JP H06172892A JP 4345637 A JP4345637 A JP 4345637A JP 34563792 A JP34563792 A JP 34563792A JP H06172892 A JPH06172892 A JP H06172892A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 窒化アルミニウム粒子ＡｌＮと粒度４４μｍ
以下の２０００系、５０００系または６０００系アルミ
ニウム合金粉末とをＡｌＮ粒子の体積含有率が０．０５
から０．８０になるようにエタノールのごとき有機溶媒
中に入れ、プラスチックボールと共に２４時間以上、均
一に混合後、溶媒を蒸発させた混合粉末を真空中にて温
度４５０℃から６００℃で５分間以上５０ＭＰａ以上の
圧力を加え、加圧焼結させた複合材料の製造法。 この
複合材料を、温度４５０℃から６８０℃において、押し
出し比１０以上で押し出し加工を加え、更に、ステンレ
ス板や管のごとき鉄鋼材料にはさみ、３００℃から６８
０℃で歪量１．０から４．０で圧延加工し、０．１ｍｍ
以上の厚さの薄板状複合材料を造る加工方法。 この複
合材料を４５０℃から６５０℃の温度で引張試験すると
約０．０３から１０毎秒の歪速度の範囲で１５０％から
５００％の全伸びが生ずる超塑性成形加工方法。
以下の２０００系、５０００系または６０００系アルミ
ニウム合金粉末とをＡｌＮ粒子の体積含有率が０．０５
から０．８０になるようにエタノールのごとき有機溶媒
中に入れ、プラスチックボールと共に２４時間以上、均
一に混合後、溶媒を蒸発させた混合粉末を真空中にて温
度４５０℃から６００℃で５分間以上５０ＭＰａ以上の
圧力を加え、加圧焼結させた複合材料の製造法。 この
複合材料を、温度４５０℃から６８０℃において、押し
出し比１０以上で押し出し加工を加え、更に、ステンレ
ス板や管のごとき鉄鋼材料にはさみ、３００℃から６８
０℃で歪量１．０から４．０で圧延加工し、０．１ｍｍ
以上の厚さの薄板状複合材料を造る加工方法。 この複
合材料を４５０℃から６５０℃の温度で引張試験すると
約０．０３から１０毎秒の歪速度の範囲で１５０％から
５００％の全伸びが生ずる超塑性成形加工方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は窒化アルミニウム粒子を
強化材として含むアルミニウム合金で、しかも、超塑性
変形の特徴を生ずる複合金属材料の製造方法に関する。
強化材として含むアルミニウム合金で、しかも、超塑性
変形の特徴を生ずる複合金属材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 セラミックスウイスカ又は粒子強化アル
ミニウム複合材料は比弾性率が従来の金属材料の約２
倍、比強度はチタン合金に匹敵する程高く、また、耐熱
性や耐摩耗性、熱的寸法安定性、熱伝導性に優れてお
り、ピストン等の中高温機械部品ばかりでなく航空宇宙
分野での構造物への応用が図られている。又、近年では
半導体等の電子機器のパッケージへの応用も期待されて
いる。
ミニウム複合材料は比弾性率が従来の金属材料の約２
倍、比強度はチタン合金に匹敵する程高く、また、耐熱
性や耐摩耗性、熱的寸法安定性、熱伝導性に優れてお
り、ピストン等の中高温機械部品ばかりでなく航空宇宙
分野での構造物への応用が図られている。又、近年では
半導体等の電子機器のパッケージへの応用も期待されて
いる。
【０００３】 特に、航空宇宙分野等でこの複合材料を利
用するには複雑な形状で表面積が広く、しかも、立体的
な構造物にプレス成形する必要がある。このため、この
複合材料を薄板形状に圧延加工できること、この薄板状
複合材料をプレス成形できること、更に、成形後の材料
性質が加工前に劣らないこと、が必要である。これに対
する技術的解決の一つとして、薄板形状の複合材料に超
塑性を発現させることが試みられている。
用するには複雑な形状で表面積が広く、しかも、立体的
な構造物にプレス成形する必要がある。このため、この
複合材料を薄板形状に圧延加工できること、この薄板状
複合材料をプレス成形できること、更に、成形後の材料
性質が加工前に劣らないこと、が必要である。これに対
する技術的解決の一つとして、薄板形状の複合材料に超
塑性を発現させることが試みられている。
【０００４】従来開発された超塑性セラミックスウイス
カまたは粒子強化アルミニウム複合材料では強化材料と
しては炭化ケイ素ＳｉＣや窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 セラミッ
クスウイスカ又は粒子が用いられ、それとアルミニウム
合金粉末とを混合後加圧焼結し、更に、加工熱処理（溶
体化処理ー時効処理ー温間圧延加工ー再結晶処理）によ
りマトリックスの結晶粒を微細化し超塑性が発現されて
いる。例えば、炭化けい素ウイスカ強化２１２４アル
ミニウム複合材料は、鍛造後圧延加工により板形状にさ
れ、約０.２毎秒で約３５０％の超塑性伸びを生じてい
る。炭化けい素粒子強化７０６４アルミニウム複合材
料がと同じ方法で製造され、約０.０００１毎秒の歪
速度で約５００％の超塑性伸びを生じている。 又、発
明者らは窒化けい素ウイスカ強化２１２４、６０６
１、７０６４アルミニウム複合材料を押し出しのみ、鍛
造後熱間押出し加工、または、押し出し加工後圧延加工
を行い、約０.１毎秒に歪速度で２５０以上％から６０
０％の全伸びを達成した。
カまたは粒子強化アルミニウム複合材料では強化材料と
しては炭化ケイ素ＳｉＣや窒化ケイ素Ｓｉ3 Ｎ4 セラミッ
クスウイスカ又は粒子が用いられ、それとアルミニウム
合金粉末とを混合後加圧焼結し、更に、加工熱処理（溶
体化処理ー時効処理ー温間圧延加工ー再結晶処理）によ
りマトリックスの結晶粒を微細化し超塑性が発現されて
いる。例えば、炭化けい素ウイスカ強化２１２４アル
ミニウム複合材料は、鍛造後圧延加工により板形状にさ
れ、約０.２毎秒で約３５０％の超塑性伸びを生じてい
る。炭化けい素粒子強化７０６４アルミニウム複合材
料がと同じ方法で製造され、約０.０００１毎秒の歪
速度で約５００％の超塑性伸びを生じている。 又、発
明者らは窒化けい素ウイスカ強化２１２４、６０６
１、７０６４アルミニウム複合材料を押し出しのみ、鍛
造後熱間押出し加工、または、押し出し加工後圧延加工
を行い、約０.１毎秒に歪速度で２５０以上％から６０
０％の全伸びを達成した。
【０００５】 しかし、従来はＳｉＣとＳｉ3 Ｎ4 で強化さ
れた複合材料を除き超塑性が発現することは発見されて
いなかった。従って、超塑性セラミックスウイスカ又は
粒子強化アルミニウム複合材料はそれほど一般的ではな
く、超塑性加工の適用は考えられなかった。
れた複合材料を除き超塑性が発現することは発見されて
いなかった。従って、超塑性セラミックスウイスカ又は
粒子強化アルミニウム複合材料はそれほど一般的ではな
く、超塑性加工の適用は考えられなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 アルミニウム基複合材
料の強化材としては炭化けい素ＳｉＣや窒化けい素Ｓｉ
3 Ｎ4 ウイスカや粒子以外にも炭化チタンＴｉＣ粒子、ア
ルミナ粒子、窒化アルミニウムＡｌＮ粒子、ボライドＴ
ｉＢ2 粒子等が用いられている。この内、ＡｌＮ粒子は
Ｓｉ3 Ｎ4 と同じ窒化物であり、極めて硬く、高温におい
ても安定であり、又、電気絶縁性が高くしかも熱膨張率
が珪素と等しく、又、熱伝導性が高く、半導体用基板へ
の利用も期待されている。ＡｌＮ粒子強化複合材料は比
弾性率が高く又、高温強度に優れているといわれてお
り、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 ウイスカや粒子強化複合材料に劣
らない高強度複合材料が製造できると期待される。しか
し、セラミックスウイスカや粒子強化複合材料の実用化
への問題点は破壊靱性が低く加工性に劣ることである。
そこで、超塑性を発現させて成形加工が容易な高機能複
合材料を造ることが必要がある。
料の強化材としては炭化けい素ＳｉＣや窒化けい素Ｓｉ
3 Ｎ4 ウイスカや粒子以外にも炭化チタンＴｉＣ粒子、ア
ルミナ粒子、窒化アルミニウムＡｌＮ粒子、ボライドＴ
ｉＢ2 粒子等が用いられている。この内、ＡｌＮ粒子は
Ｓｉ3 Ｎ4 と同じ窒化物であり、極めて硬く、高温におい
ても安定であり、又、電気絶縁性が高くしかも熱膨張率
が珪素と等しく、又、熱伝導性が高く、半導体用基板へ
の利用も期待されている。ＡｌＮ粒子強化複合材料は比
弾性率が高く又、高温強度に優れているといわれてお
り、ＳｉＣやＳｉ3 Ｎ4 ウイスカや粒子強化複合材料に劣
らない高強度複合材料が製造できると期待される。しか
し、セラミックスウイスカや粒子強化複合材料の実用化
への問題点は破壊靱性が低く加工性に劣ることである。
そこで、超塑性を発現させて成形加工が容易な高機能複
合材料を造ることが必要がある。
【０００７】しかし、これらの複合材料を超塑性発現温
度において超塑性変形させた場合、強化材料とアルミニ
ウムマトリックスとの界面上で滑り変形が起こらないと
この界面で亀裂が生じ、大きな伸びを発生できないこと
になる。従って、この複合材料の超塑性発現にはマトリ
ックスの結晶粒が微細であり、且つこの界面での滑り変
形が重要である。
度において超塑性変形させた場合、強化材料とアルミニ
ウムマトリックスとの界面上で滑り変形が起こらないと
この界面で亀裂が生じ、大きな伸びを発生できないこと
になる。従って、この複合材料の超塑性発現にはマトリ
ックスの結晶粒が微細であり、且つこの界面での滑り変
形が重要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 そこで、本発明では、上
記問題点を解決すべく、窒化アルミニウム粒子を強化材
として含むアルミニウム複合材料に、押し出し後圧延加
工の超塑性発現プロセスを採用する。ＡｌＮ粒子は窒化
けい素ウイスカや粒子と同じ窒素元素を有するので界面
に滑り変形を可能にする固相温度が低いアルミニウム固
溶体を形成できる化学的条件を備えていると考えられ
る。又、押し出し加工と圧延加工を組合せた加工熱処理
法はマグネシウムＭｇの濃度が高いアルミニウム固溶体
の薄い相を複合材料の界面に形成させる力学的条件を与
えると考えられる。そして、窒化アルミニウム粒子はア
ルミニウムマトリックスとは反応生成物もないのでクリ
ーンな界面をつくることができる。
記問題点を解決すべく、窒化アルミニウム粒子を強化材
として含むアルミニウム複合材料に、押し出し後圧延加
工の超塑性発現プロセスを採用する。ＡｌＮ粒子は窒化
けい素ウイスカや粒子と同じ窒素元素を有するので界面
に滑り変形を可能にする固相温度が低いアルミニウム固
溶体を形成できる化学的条件を備えていると考えられ
る。又、押し出し加工と圧延加工を組合せた加工熱処理
法はマグネシウムＭｇの濃度が高いアルミニウム固溶体
の薄い相を複合材料の界面に形成させる力学的条件を与
えると考えられる。そして、窒化アルミニウム粒子はア
ルミニウムマトリックスとは反応生成物もないのでクリ
ーンな界面をつくることができる。
【０００９】超塑性発現温度においてこの固溶体の固相
温度は地の母相のそれより低いのでマトリックスが固相
または半溶融状態でも容易に液相になり、この液相界面
でマトリックスと強化粒子との間に容易にすべり変形が
生じる。又、ＡｌＮ粒子が高い温度において結晶粒の粗
大化を抑制し、マトリックスの結晶粒が微細化する。こ
の二つの効果により、この複合材料に高速度で超塑性が
発現する。
温度は地の母相のそれより低いのでマトリックスが固相
または半溶融状態でも容易に液相になり、この液相界面
でマトリックスと強化粒子との間に容易にすべり変形が
生じる。又、ＡｌＮ粒子が高い温度において結晶粒の粗
大化を抑制し、マトリックスの結晶粒が微細化する。こ
の二つの効果により、この複合材料に高速度で超塑性が
発現する。
【００１０】
【実施例】 以下本発明の実施例を説明する。
【００１１】 実施例１ 直径４０ｍｍの棒状の窒化アルミニウム粒子強化２１２
４アルミニウム複合材料に対し５００℃で押し出し加工
を行い４ｍｍの線材に加工し、更に、この素材を、ステ
ンレスの板と管にくるみ、５００℃から５８０℃の温度
範囲で加熱し、歪量約０.１以下になるような圧下率で
圧延する。これを繰り返し約１ｍｍの厚さにになるまで
圧延を行う。
４アルミニウム複合材料に対し５００℃で押し出し加工
を行い４ｍｍの線材に加工し、更に、この素材を、ステ
ンレスの板と管にくるみ、５００℃から５８０℃の温度
範囲で加熱し、歪量約０.１以下になるような圧下率で
圧延する。これを繰り返し約１ｍｍの厚さにになるまで
圧延を行う。
【００１２】 図１にその結果を示す。図１から押し出し
加工後圧延加工を加えた窒化アルミニウム粒子強化２１
２４アルミニウム複合材料の全伸びは歪速度が０.３毎
秒の時１６０％であった。
加工後圧延加工を加えた窒化アルミニウム粒子強化２１
２４アルミニウム複合材料の全伸びは歪速度が０.３毎
秒の時１６０％であった。
【００１３】実施例２ 窒化アルミニウム粒子強化６０６１アルミニウム複合材
料に対し５００℃、押し出し比４４で押し出し加工を行
い、更に、実施例１と同じ条件で圧延加工を加え、約０
.１ｍｍ以上の厚さの薄板状の複合材料を製造する。
料に対し５００℃、押し出し比４４で押し出し加工を行
い、更に、実施例１と同じ条件で圧延加工を加え、約０
.１ｍｍ以上の厚さの薄板状の複合材料を製造する。
【００１４】図２は窒化アルミニウム粒子強化６０６１
アルミニウム複合材料を６００℃で引っ張り試験した場
合の全伸びと歪速度との関係である。図２は０.１から
１.０毎秒の速い歪速度で約３００％以上の全伸びが得
られたことを示している。
アルミニウム複合材料を６００℃で引っ張り試験した場
合の全伸びと歪速度との関係である。図２は０.１から
１.０毎秒の速い歪速度で約３００％以上の全伸びが得
られたことを示している。
【００１５】
【発明の効果】 以上述べた本発明において、薄板状複合
材料を５４５℃ー６００℃で引張試験を行い、０.３か
ら１.０毎秒の著しく速い歪速度で、１６０％から３０
０％以上の高い全伸びの超塑性が発現することが分かっ
た。従って、高比強度・高比弾性率と共に高熱伝導性が
期待される窒化アルミニム粒子強化アルミニウム合金複
合材料を用い自動車のラジエーターや、半導体等に用い
るヒートポンプ等、の熱交換器の部品を容易に成形でき
る。又、この複合材料は高速度で超塑性が発現するの
で、航空宇宙分野の大型構造物を効率的に成形出来ると
考えられる。
材料を５４５℃ー６００℃で引張試験を行い、０.３か
ら１.０毎秒の著しく速い歪速度で、１６０％から３０
０％以上の高い全伸びの超塑性が発現することが分かっ
た。従って、高比強度・高比弾性率と共に高熱伝導性が
期待される窒化アルミニム粒子強化アルミニウム合金複
合材料を用い自動車のラジエーターや、半導体等に用い
るヒートポンプ等、の熱交換器の部品を容易に成形でき
る。又、この複合材料は高速度で超塑性が発現するの
で、航空宇宙分野の大型構造物を効率的に成形出来ると
考えられる。
【００１６】
【 図１】薄板状の窒化アルミニウム粒子強化２１２４
アルミニウム複合材料を５４５℃の温度で引張試験を行
った時の全伸びと歪速度との関係を表すグラフである。
アルミニウム複合材料を５４５℃の温度で引張試験を行
った時の全伸びと歪速度との関係を表すグラフである。
【図２】薄板状の窒化アルミニウム粒子強化６０６１ア
ルミニウム複合材料を６００℃で引っ張り試験を行った
時の全伸びと歪速度との関係を表すグラフである。
ルミニウム複合材料を６００℃で引っ張り試験を行った
時の全伸びと歪速度との関係を表すグラフである。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
Claims (3)
- 【請求項１】 窒化アルミニウムＡｌＮ粒子と粒度４４
μｍ以下の２０００系、５０００系、または６０００系
アルミニウム合金粉末とをＡｌＮ粒子の体積含有率が０
.０５から０.２５になるようにエタノールのごとき有機
溶媒中でプラスチックボールと共に２４時間以上均一に
混合し、その混合粉末を真空中にて温度４５０℃から６
００℃の温度で５分間以上５０ＭＰａ以上の圧力を加え
加圧焼結させた後，温度４５０℃から６００℃におい
て、押し出し比１０以上で押し出し加工を加えた超塑性
複合材料の製造法。 - 【請求項２】 この複合材料をステンレス板や管のごと
き鉄鋼材料ではさみ、３００℃から５５０℃の温度で歪
量１.０から４.０で圧延加工を加え、０.１ｍｍ以上の
厚さの薄板状超塑性複合材料の加工方法。 - 【請求項３】 この複合材料を４５０℃から６００℃の
温度で、０.０１から１０毎秒の歪速度で引張試験を行
い、１５０％から５００％の全伸びを生ずる超塑性成形
加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4345637A JP2569418B2 (ja) | 1992-12-01 | 1992-12-01 | 熱間押し出し加工及び熱間圧延加工による超塑性窒化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法とその加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4345637A JP2569418B2 (ja) | 1992-12-01 | 1992-12-01 | 熱間押し出し加工及び熱間圧延加工による超塑性窒化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法とその加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06172892A true JPH06172892A (ja) | 1994-06-21 |
| JP2569418B2 JP2569418B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=18377956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4345637A Expired - Lifetime JP2569418B2 (ja) | 1992-12-01 | 1992-12-01 | 熱間押し出し加工及び熱間圧延加工による超塑性窒化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の製造法とその加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569418B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104131196A (zh) * | 2014-07-21 | 2014-11-05 | 昆明理工大学 | 一种颗粒增强铝基复合材料的超声钟罩制备方法 |
| CN105834432A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-08-10 | 江苏东方宝泰科技有限公司 | 一种铝复合板的生产设备 |
| JP2021523012A (ja) * | 2018-05-08 | 2021-09-02 | マテリオン コーポレイション | ストリップ製品を加熱するための方法 |
| JP2021523011A (ja) * | 2018-05-08 | 2021-09-02 | マテリオン コーポレイション | 金属マトリックス複合材ストリップ製品を作製する方法 |
| CN114107747A (zh) * | 2020-08-26 | 2022-03-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种喷射铸轧高性能新型6xxx铝合金薄带的制备方法 |
| CN114107748A (zh) * | 2020-08-26 | 2022-03-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种颗粒增强新型6xxx铝合金板带及其制备方法 |
| CN114107746A (zh) * | 2020-08-26 | 2022-03-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种高性能宽幅6xxx铝合金板带及其制造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6442504A (en) * | 1987-08-10 | 1989-02-14 | Sumitomo Electric Industries | Production of sheet parts made of aluminum alloy |
| JPH03107433A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-07 | Agency Of Ind Science & Technol | 超塑性窒化ケイ素ウイスカ強化アルミニウム合金複合材料の製造法 |
-
1992
- 1992-12-01 JP JP4345637A patent/JP2569418B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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| JP2021523012A (ja) * | 2018-05-08 | 2021-09-02 | マテリオン コーポレイション | ストリップ製品を加熱するための方法 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2569418B2 (ja) | 1997-01-08 |
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