JPH06287664A - アルミニウム系金属マトリックス複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 均質に分布した炭化物粒子および炭素または
グラファイトの様な潤滑相粒子を含むアルミニウム系複
合材料を提供する。 【構成】 必須成分として、ａ．アルミニウム系マトリ
ックス、ｂ．前記アルミニウム系マトリックス全体にわ
たって分布した、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タング
ステンおよび炭化バナジウムからなる群から選択された
化合物である炭化物複合材料強化材、およびｃ．前記ア
ルミニウム系マトリックス全体にわたって分布した、炭
素、グラファイトおよびそれらの混合物からなる群から
選択された材料である、潤滑用の潤滑相粒子からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム系複合材
料に関するものであって、特にこの材料は炭化物粒子お
よび潤滑相粒子を含むため硬度、耐摩性が優れており、
ブレーキローターやエンジンライナーの様な抗摩擦用部
品に適用される。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金にグラファイトを加え
て得られる有利な非潤滑耐摩耗特性は、以前から知られ
ている。しかし、アルミニウム系合金とグラファイトと
の間の濡れ性が悪いので、グラファイトとアルミニウム
との十分な結合が形成されない。その上、密度が１．８
g/cm³ であるグラファイト粒子は、溶融したアルミニウ
ム（密度２．７g/cm³ ）上に「浮揚」する傾向がある。
バディアらは米国特許第３，７５３，６９４号明細書
で、鋳造の問題を解決するために、ニッケル被覆したグ
ラファイトをアルミニウム浴中で渦巻き（ボルテック
ス）に作用させる方法を開示している。バディアらの方
法を使用する場合、グラファイト粒子の浮揚を防止する
ために、ニッケル被覆が溶解する前に連続攪拌と凝固を
組み合わせる必要がある。事実、ボルテックス法が広く
使用されていないことの主な理由は、鋳造の際に、ニッ
ケル被覆が急速に、完全に溶解し、剥き出しのグラファ
イト粒子が溶融物中で浮揚するためである。ボルテック
ス法により得られる鋳造物では、グラファイト粒子が明
らかに不均一に、加工できない様に分布している。

【０００３】アルミニウムに濡れ性を与える銅やニッケ
ルの様な金属被覆に代わる方法を開発する試みがなされ
ている。Rohatgi らの米国特許第４，９４６，６４７号
明細書およびコムラらの米国特許第４，３８３，９７９
号明細書は、炭素粒子とアルミニウムの濡れ性を改良す
る添加剤の使用を開示している。しかし、これらの方法
は、アルミニウム合金に対するグラファイトの密度がな
お問題であるために商業的に使用されていない。添加剤
を加えることにより濡れ性が改良されるにもかかわら
ず、鋳造および凝固の際にグラファイト粒子はやはり浮
揚する。

【０００４】幾つかの自動車および航空機用途には、ア
ルミニウム−炭化ケイ素複合材料が提案されている。ア
ルミニウム−炭化ケイ素複合材料の鋳造に関する問題
は、溶融物を保持する際、または長時間の凝固の際に、
炭化ケイ素が溶融物の底に沈降する傾向があることであ
る。アルミニウム系合金における炭化ケイ素粒子の沈降
は、溶融金属の保持時間を制限する傾向がある。その
上、炭化ケイ素の沈降により、アルミニウム系炭化ケイ
素複合材料に鋳造できる最大断面積が制限される。

【０００５】スキボらは米国特許第４，８６５，８０６
号明細書で、炭化ケイ素粒子の表面を酸化してからアル
ミニウム合金中に混入し、合金による炭化ケイ素粒子の
濡れ性を改良する方法を開示している。炭化ケイ素粒子
の濡れ性を改良する特定の合金添加も好ましい。段階的
合金化もスキボらにより米国特許第５，０８３，６０２
号明細書で提案されている。また、バディアらは米国特
許第３，８８５，９５９号明細書で、ニッケル被覆した
炭化ケイ素を溶融アルミニウムと混合することにより、
炭化ケイ素粒子で強化した溶融物を製造している。スキ
ボの場合、表面酸化および溶融物中の合金化元素は、炭
化ケイ素粒子の３．２g/cm³ 密度またはアルミニウム溶
融物の密度を著しく変えてはいない。同様にバディアの
方法でも、ニッケルはＳｉＣから離れて溶融物中に溶解
し、炭化ケイ素粒子の比重は変化しない。炭化ケイ素粒
子（密度３．２g/cm³ ）は、Ａｌ合金中のグラファイト
粒子と比較して反対の効果を有するので、アルミニウム
複合材料合金の鋳造および凝固の際に沈降する傾向があ
る。

【０００６】多くの粉末冶金法もハイブリッド複合材料
の製造に使用されている。例えば、Ａ．シバタは米国特
許第３，７８２，９３０号明細書で、ＴｉＣおよびグラ
ファイトが形成される部分溶融反応性焼結法を提案して
いる。また、ハギワラらも米国特許第４，９５９，２７
６号で、３成分粉末を混合し、熱押出しまたはプレスに
より形成されるＡｌ₂ Ｏ₃ ＋グラファイト微粒アルミニ
ウムマトリックス複合材料を開示している。これらの粉
末法は、望ましい最終製品を形成できるが、製造経費が
不当に高くなる。

【０００７】さらに、チクソモールディングおよびチク
ソキャスティングの様な方法も、ハイブリッド金属マト
リックス複合材料の製造に提案されており、例えばアル
バートソンらの米国特許第４，４０９，２９８号明細書
に記載されている。これらの方法では、溶融物が半固体
であり、ポロシティを避けるために特殊な装置による困
難な混合工程、高圧鋳造装置、または高圧射出装置が必
要である。その上、チクソモールディングおよびチクソ
キャスティングは、ほんの数種類の合金にのみ適してお
り、精確な温度制御が必要である。

【０００８】ハイブリッド金属マトリックス複合材料を
製造するためのもう一つの方法は、炭素および他の繊維
からなる半製品を、溶融アルミニウム合金で液体溶浸す
る方法である。例えば、ＳＡＥ８９０５５７およびウシ
オらの米国特許第５，０４１，３４０号明細書は、それ
ぞれ液体溶浸技術を開示している。米国特許出願第０７
／８９６，２０９号で、ベルらは、前に施したニッケル
被覆を炭素相半製品中に浸透させるのに必要な射出圧の
低下を開示している。ベルらの方法により、ウシオらの
方法に関連する高い装置原価が低減される。しかし、本
発明は、微粒子状の強化複合材料を処理して強化相を均
質に分布させることができる方法を開示する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、攪拌
または混合を行わずに、あるいは攪拌または混合を著し
く短縮して、複合材料を溶融状態で長時間保持できる様
に、炭化物が均質に分布した鋳造アルミニウム系炭化物
複合材料の製造方法を提供することである。本発明の別
の目的は、攪拌または混合を行わずに、あるいは攪拌ま
たは混合を著しく短縮して、複合材料を溶融状態で長時
間保持できる様に、炭素相が均質に分布した鋳造アルミ
ニウム系の、高炭素濃度相（グラファイトの様な）の複
合材料の製造方法を提供することである。本発明のもう
一つの目的は、耐摩耗性を改良したアルミニウム系複合
材料を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、均質に分布し
た炭化物粒子および炭素またはグラファイトの様な潤滑
相粒子を含むアルミニウム系複合材料を提供する。炭化
物粒子は、モジュラス、強度および硬度を増加させ、耐
摩耗性を改良する。また、潤滑相粒子は、耐摩耗性を改
良して、特に高負荷下における非潤滑耐摩耗性を改善す
る。硬度および耐摩耗性をさらに高めるために、ニッケ
ルアルミナイド金属間化合物相の分散物を使用すること
ができる。

【００１１】この複合材料は、炭化物粒子、およびグラ
ファイトの様な潤滑相を溶融したアルミニウム合金中に
導入してアルミニウム系混合物を形成することにより製
造される。このアルミニウム系混合物の混合により、炭
化物粒子および炭素が溶融アルミニウム中に一様に分布
する。炭化物および炭素粒子が相互作用して浮力を中和
し、長時間の保持または冷却期間でもアルミニウム系合
金の全体にわたって均質に分散されたままになる。この
長時間の保持または冷却により商業的に受け入れられる
Ａｌ−系、ＳｉＣ／グラファイト複合材料の製造方法が
得られる。

【００１２】以下に本発明を詳細に説明する。炭化ケイ
素微粒子およびグラファイト微粒子の両方が溶融アルミ
ニウムの中に存在することにより、最終鋳造物における
粒子の均質性に関して相互に有利な効果が得られる。そ
の上、鋳造金属マトリックスのハイブリッド複合材料
は、独特な摩耗特性を有する。すなわち、同じ金属マト
リックス複合材料におけるどちらかの粒子自体よりも乾
燥非潤滑摩耗が優れているので、得られた製品は特に有
用である。最後に、炭化物および高炭素濃度相の混合物
により得られるスラリーは、浮力が中和されているの
で、均質性に悪影響を及ぼすことなく長時間の保持およ
び凝固が可能になる。

【００１３】特に、本発明は、炭化物粒子および炭素含
有相で強化したアルミニウム系複合材料の製造方法を提
供する。ＳｉＣおよびニッケル被覆した炭素をアルミニ
ウム系合金に加え、混合する。潤滑性または高炭素濃度
相粒子は、効率的に濡れ、アルミニウム中に取り込まれ
る様にするために、銅、銅系合金、ニッケルまたはニッ
ケル系合金で金属被覆するのが有利である。炭素をニッ
ケルで被覆するのが最も有利である。ニッケル被覆は、
ニッケルカルボニル分解の様な化学的堆積の形で形成す
るのが最も有利である。あるいは、被覆していない潤滑
相を複合材料に直接加えることもできる。被覆していな
い潤滑相を使用する場合、溶融物に湿潤剤を直接加える
のも有利である。潤滑相粒子および炭化物粒子は、本明
細書では、不規則な形状の微粒子構造および短い円筒形
繊維を含むのが特徴である。

【００１４】潤滑相は、炭素、グラファイトまたはそれ
らの混合物の様な材料である。潤滑相としてグラファイ
トを加えるのが最も好ましい。炭化物相は、炭化ケイ
素、炭化チタン、炭化タングステン、炭化バナジウム、
またはそれらの組合わせの様な化合物でよい。炭化ケイ
素を使用するのが最も有利である。炭化物粒子は５〜３
０重量％の量で加える。本明細書に含まれる組成は、す
べて重量％で表示する。グラファイト粒子の浮揚を防止
するには、少なくとも５重量％の炭化物粒子が必要であ
り、最も好ましくは、１５〜２５重量％の炭化物粒子を
加える。１５重量％の炭化ケイ素を加えることにより、
耐摩耗性が著しく改良される。過剰の炭化物粒子は、複
合材料の延性および強靭性を低下させるので有害であ
る。０．５、１または２重量％の僅かな量の潤滑相を使
用しても耐摩耗性を改良することができる。潤滑相は３
〜３０重量％の量で加えるのが有利である。非潤滑負荷
の下で耐摩耗性を増加するには、少なくとも３または１
０重量％の潤滑相を加えるのが最も有利である。さら
に、潤滑相の重量％は、硬度および強度の低下を防ぐた
めに、２０または２５重量％に制限するのが最も有利で
ある。

【００１５】炭化ケイ素および炭素相を加えた後、これ
らの添加剤を分散させるため、および金属被覆を使用す
る場合は金属被覆を溶解させるためにこの混合物を攪拌
する。金属被覆中に存在するニッケルは、アルミニウム
合金マトリックス中に溶解させ、小板または針状のＮｉ
Ａｌ₃ の様なニッケルアルミナイド分散物を形成するの
が有利である。アルミニウム中に存在する総ニッケル量
は、ニッケルアルミナイドを沈殿させるのに十分な量で
あるのが最も有利である。あるいは、ニッケル被覆した
炭化ケイ素を使用することにより、またはニッケルをア
ルミニウムマトリックスに直接加えることにより、ニッ
ケルを追加することもできる。複合材料混合物を流し込
むために、炭化物粒子および潤滑相の合計重量％は、６
０重量％未満であるのが最も有利である。銅または銅系
合金の金属被覆を使用する場合、得られるアルミニウム
系合金は、銅がアルミニウム系マトリックス中に溶解す
る時に時効硬化性になる。あるいは、合金はるつぼ中で
直接凝固させ、添加剤の重量％が高い複合材料を製造す
ることができる。

【００１６】鋳造の際、炭化物および潤滑相は、好適な
安定した中性浮力混合物を形成する様に相互作用する。
理論的に、ＳｉＣ（密度３．２g/cm³ ）３．１２５重量
部対 グラファイト（密度１．８g/cm³ ）１重量部の比
率で、密度２．７g/cm³ のアルミニウムマトリックスの
ための中性浮力混合物が得られる。しかし、実際には、
本方法により、様々な重量比および粒度分布で「均質」
な鋳造物が得られることが分かっている。

【００１７】以下、本発明を実施例に基いてさらに説明
する。実施例１ アルミニウム−銅合金２０１４（アルカン製Ａｌ−４．
４Ｃｕ−０．８Ｓｉ−０．８Ｍｎ−０．５Ｍｇ）１５０
グラムをるつぼ中で融解させ、温度を７８０℃にした。
２００メッシュ（７４ミクロン）のグラファイト粉末
９．９４グラムおよび２８０グリット（５１ミクロン）
の炭化ケイ素粉末３４．３８グラムを溶融物中に攪拌し
ながら導入した。グラファイトおよび炭化ケイ素粒子の
両方が、ほとんど完全に溶融物によりはねつけられ、ハ
イブリッド複合材料は形成されなかった。微小構造検査
でも、溶融物中にグラファイトまたは炭化ケイ素粒子
は、存在しないことが分かった。この実施例１から、濡
れ性の問題を解決するには、鋳造前の粒子の表面処理が
有利であることが確認される。

【００１８】実施例２ アルミニウム合金３５６（アルカン製Ａｌ−７Ｓｉ−
０．３Ｍｇ）５００グラムをるつぼ中で融解させ、温度
を７５０℃にした。実施例１〜９のアルミニウムマトリ
ックス合金は、すべてアルカン製の合金である。ニッケ
ル被覆グラファイト粉末（５０％ニッケル）２５グラム
およびニッケル被覆炭化ケイ素粉末（６０％ニッケル）
２５グラムを溶融物中に攪拌しながら導入した。このス
ラリーを攪拌した後ただちに永久鋳型中に重力で注ぎ込
み、鋳造物を製造した。この鋳造物は、炭化ケイ素およ
びグラファイト粒子の両方がその鋳造物の中に存在する
ことを示していた。実施例２は、バディアの '２１６に
記載されている様に、ニッケルによりアルミニウムがグ
ラファイト表面を濡らすことを示している。最初に５０
％Ｎｉ（密度８．０g/cm³ ）および５０％グラファイト
（密度１．８g/cm³ ）である粒子は比重が３．０であ
り、容易に濡らされて溶融物中に取り込まれる。しか
し、ニッケルは合金中に急速に溶解し、それによってグ
ラファイト粒子はその本来の密度１．８g/cm³ に戻り、
溶融物の表面に浮揚した。溶融物全体の比重２．７は、
溶融物の２．４重量％になる溶解ニッケルによりほんの
僅か変化した。

【００１９】実施例３ アルミニウム合金Ａ３５６−１０％ＳｉＣ複合材料合金
５００グラムをるつぼ中で融解させ、温度を７００℃に
した。ニッケル被覆グラファイト粉末（５０％ニッケル
を含む）２５グラムおよびニッケル被覆炭化ケイ素粉末
（６０重量％ニッケル）２５グラムを合金中に攪拌しな
がら導入し、スラリーを形成した。実施例で使用したニ
ッケル被覆グラファイトは、すべてニッケルカルボニル
分解により被覆され、ノバメットから供給された。５０
％ニッケル被覆グラファイトは、製品仕様によると平均
直径が９９ミクロンである。攪拌直後にスラリーを注ぎ
込み、鋳造物を製造した。この鋳造物は、その全体にわ
たってグラファイトおよび炭化ケイ素粒子の両方が一様
に分散していることを示していた。この実施例３は、密
度の低いグラファイト粒子がより緻密なＳｉＣ（比重
３．２g/cm³ ）の沈降を防止し、ＳｉＣ粒子がグラファ
イト粒子の鋳造物表面への上昇を防止することを示して
いる。合金より密度の高い粒子および密度の低い粒子を
組み合わせることにより、最終鋳造金属マトリックス複
合材料に均質性を与えると共に摩耗特性を改良する、相
乗効果が得られる。

【００２０】実施例４ アルミニウムＡ３５６−１０％ＳｉＣ合金（アルカン
製）２１００グラムを融解させ、温度を７２５℃にし
た。ニッケル被覆グラファイト（５０％ニッケル含有）
粉末４２５グラムを溶融物に攪拌して導入した。ニッケ
ルとアルミニウムの発熱反応のために、溶融物の温度は
７４９℃になった。温度が７３０℃に下降するまで、溶
融物をアルゴンで脱気した。脱気の後、溶融物を永久鋳
型中に注ぎ込み、鋳造物を製造した。過熱を防止し、溶
融したアルミニウム中に取り込まれたガスの量を低減さ
せるために、脱気を行うのが有利である。顕微鏡検査に
より、この鋳造物は、グラファイトおよび炭化ケイ素粒
子の両方がアルミニウム３５６合金のマトリックス全体
にわたって一様に分布しており、ＮｉＡｌ₃ 相も存在す
ることを示していた。実施例４は、金属被覆したグラフ
ァイトは、既存のアルミニウム／ＳｉＣ複合材料に直接
加えられることを示している。アルカンの製造方法はス
キボ、米国特許第４，８６５，８０６号明細書に記載さ
れている方法と同等である。

【００２１】実施例５ Ａ３５６−２０％ＳｉＣ複合材料１５００グラムを融解
させ、温度を７５５℃に調節した。次いで、５０％ニッ
ケル被覆グラファイト１７０グラムをこの溶融物中に攪
拌しながら混入し、溶融物温度を７４８℃にした。この
溶融物は流し込むには粘度が高すぎたので、るつぼ中で
凝固させた。凝固した溶融物は、アルミニウム合金のマ
トリックス全体にわたって非常に一様に分散した炭化ケ
イ素およびグラファイト粒子の両方を示していた。この
実施例５は、ニッケルおよび炭化ケイ素およびグラファ
イト粒子がある一定の百分率を超えると、ハイブリッド
複合材料の溶融物は、流し込むには粘度が高くなり過ぎ
ることを示している。しかし、複合材料合金をるつぼ自
体の中で凝固させ、ハイブリッド複合材料を得ることが
できる。

【００２２】実施例６ Ａ３５６−１５％ＳｉＣ複合材料１５００グラムを融解
させ、温度を７８０℃に調節した。次いで、２５％ニッ
ケルで被覆したグラファイト１７０グラムをこの溶融物
中に攪拌しながら混入した。２５％ニッケル被覆グラフ
ァイトは、製品仕様によると平均粒子径が９５ミクロン
である。溶融物は粘性になったが、鋳型中に注ぎ込むこ
とはできた。鋳造物はグラファイトおよび炭化ケイ素粒
子の両方が存在することを示していた。この実施例６
は、ニッケル含有量、およびグラファイトおよび炭化ケ
イ素の総体積％を限界値より低く抑えれば、溶融物は流
し込めることを示している。

【００２３】実施例７ Ａ３５６−１０％ＳｉＣ複合材料５５００グラムをるつ
ぼ中で融解させ、温度を７６０℃に調節した。次いで、
５０％ニッケルで被覆したグラファイト１８００グラム
をこの溶融物中に攪拌しながら混入した。スラリーをた
だちに鋳型中に流し込み、鋳造物を製造した。鋳造物は
グラファイトおよび炭化ケイ素粒子の両方が存在するこ
とを示していた。この実施例７は、本発明の方法を商業
生産規模に容易に拡大できることを示している。

【００２４】実施例８ この実施例では、Ａ３５６アルミニウム−１０％Ｓｉ
Ｃ、Ａ３５６アルミニウム−２０％ＳｉＣ、Ａｌ−Ｓｉ
−５％ニッケル被覆グラファイト（５０％ニッケル含
有）、およびＡｌ−Ｓｉ−１０％炭化ケイ素−１０％ニ
ッケル被覆グラファイト（５０％ニッケル含有）複合材
料を同様に溶融し、炉中に置いた同じ円筒形るつぼに注
ぎ込んだ。これらを溶融状態に６０分間までの一定時間
保持し、次いで炉から取りだし、凝固させた。これらの
インゴットを粒子の浮揚および沈降について検査した。
粒子の沈降および浮揚、および類似の保持時間後に剥き
出し区域の長さについて比較した。Ａｌ−Ｓｉ−５％ニ
ッケル被覆グラファイト合金では、ニッケルが溶解し、
大部分のグラファイトがインゴットの上部に浮揚し、底
にグラファイトを含まない剥き出しの区域を残した。Ａ
３５６−１０％ＳｉＣおよびＡ３５６−２０％ＳｉＣ複
合材料合金では、炭化ケイ素粒子がインゴットの底に沈
降し、インゴットの上部近くに炭化物を含まない剥き出
し区域を残した。ニッケル被覆グラファイトに由来する
グラファイトおよび炭化ケイ素粒子の両方を含むハイブ
リッド複合材料では、両粒子はインゴットの高さに沿っ
てはるかに均一に分布しており、溶融物中にグラファイ
トおよび炭化ケイ素粒子が同時に存在する場合、グラフ
ァイトの浮揚および炭化ケイ素の沈降の問題は著しく軽
減することを示している。

【００２５】実施例９ Ｎｉ被覆グラファイト（ＮｉＧｒ）微粒子（５０重量％
Ｎｉ、粒子の約９０％は大きさが６３〜１０６μm であ
る）をアルミニウム合金（Ａ３５６）−２０体積％Ｓｉ
Ｃ複合材料中に攪拌しながら導入し、冷却鋳造した。得
られた１０体積％のＮｉＧｒを含むハイブリッド複合材
料の微小構造は、アルミニウム系マトリックス全体にわ
たって一様に分布したグラファイト粒子、炭化ケイ素粒
子およびニッケルアルミナイドを含んでいた。３％およ
び１０％ＮｉＧｒを含む試料を、「リング上ブロック摩
耗試験を使用する、材料の耐滑り摩耗性を評価するため
の標準的方法」、Ｇ７７、ＡＳＴＭ標準年鑑、ＡＳＴ
Ｍ、フィラデルフィア、ＰＡ、１９８４、４４６〜６２
頁にしたがって、乾燥滑り摩耗で試験した。図１にその
結果を示す。

【００２６】図１を見ると、１８０Ｎまでの荷重では、
グラファイトの添加により摩耗率が増加している。これ
は、グラファイト粒子の添加による、２０％ＳｉＣ強化
アルミニウムに対してブロック複合材料の硬度低下およ
び全体の強度低下によるものであろう。しかし、ＳｉＣ
およびＮｉＧｒ複合材料の摩耗率は、３２０Ｎを超える
荷重で直線的に増加しているのに対し、ＳｉＣおよびＮ
ｉＧｒ複合材料の摩耗率は、３２０Ｎ未満の荷重で指数
的に増加している。ＳｉＣ／ＮｉＧｒハイブリッド複合
材料は、ＳｉＣまたはＮｉ−炭素繊維紙強化Ａｌ合金と
比較して、３２０Ｎの荷重で乾燥摩耗率が１００を超え
るファクターで低下している。４４０Ｎまでの高荷重で
は、ハイブリッド複合材料は、ＳｉＣまたはＮｉ−炭素
繊維紙の比較複合材料よりも耐摩耗性がさらに改良され
ている。この挙動に対する理由は明らかではないが、グ
ラファイトフィルムの滑り易さによるハイブリッド材料
の表面における摩擦低下により、ブロック試料の温度上
昇は低い定常状態になる。ＳｉＣ強化およびハイブリッ
ドＳｉＣ−ＮｉＧｒ複合材料の温度差は、類似の試験条
件下で測定して、高荷重で２００℃近くになる基材の温
度に対して４０℃のオーダーになる。これらの温度でア
ルミニウム合金の耐力が急速に低下するので、マトリッ
クス強度の損失が、高荷重における粒子強化複合材料の
摩耗率が大きく増加する主な理由であると考えられる。

【００２７】

【発明の効果】まとめると、本発明の方法で製造したア
ルミニウム合金−金属被覆グラファイト−炭化ケイ素複
合材料により、アルミニウム−グラファイトおよびアル
ミニウム−炭化ケイ素粒子複合材料に固有の粒子分離の
問題が解決される。本発明の方法は、合金を分離の問題
なしに保持することができる、融通性があり、商業的に
使用できる中性浮力鋳造方法を提供する。本方法は、様
々な粒子径および炭化物粒子対炭素相の重量比で効率的
に実行できることが分かった。その上、ハイブリッドア
ルミニウム−炭化ケイ素−グラファイト複合材料は、ア
ルミニウム−グラファイトまたはアルミニウム−炭化ケ
イ素複合材料では得られない有利な特性を有する。炭化
ケイ素−グラファイト複合材料のアルミニウム系マトリ
ックス中に、ニッケル−アルミナイド沈殿物を加えるこ
とにより、複合材料の硬度がさらに増加する。ニッケル
−アルミナイド沈殿物から得られる硬度増加は、金属マ
トリックス複合材料の耐摩耗性をさらに増加すると考え
られる。高荷重条件下では、このハイブリッド複合材料
は、２桁を超えるオーダーの乾燥摩耗率低下を有する。
グラファイトの存在により、アルミニウム−炭化ケイ素
複合材料の摩擦係数が低下し、これらの材料がブレーキ
ローターやエンジンライナーの様な抗摩擦用途に適した
ものになる。

【００２８】法律の規定により本発明の特定の実施態様
を説明したが、当業者には無論、請求項により規定する
本発明の形態内で変形が可能であり、本発明の特定の特
徴は、他の特徴を使用せずに効果的に使用できることが
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】３％Ｎｉ−Ｃ繊維、２０％ＳｉＣ、２０％Ｓｉ
Ｃ−３％ＮｉＧｒおよび２０％ＳｉＣ−１０％ＮｉＧｒ
で変成したアルミニウム合金をＧ７７リング上ブロック
試験で比較した、摩耗率と荷重の関係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ、アレクサンダー、エバート、 ベル カナダ国オンタリオ州、オークビル、ショ アーライン、ドライブ、3217 (72)発明者 トーマス、フランシス、スティーブンソン カナダ国オンタリオ州、トロント、インデ イアン、ロード、593

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】必須成分として、 ａ．アルミニウム系マトリックス、 ｂ．前記アルミニウム系マトリックス全体にわたって分
   布した、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステンお
   よび炭化バナジウムからなる群から選択された化合物で
   ある炭化物複合材料強化材、および ｃ．前記アルミニウム系マトリックス全体にわたって分
   布した、炭素、グラファイトおよびそれらの混合物から
   なる群から選択された材料である、潤滑用の潤滑相粒子
   からなることを特徴とする複合材料合金。
2. 【請求項２】前記複合材料合金がさらに、硬度を改良す
   るための、前記アルミニウム系マトリックス全体にわた
   って分布したニッケルアルミナイド分散物を含むことを
   特徴とする、請求項１に記載の複合材料合金。
3. 【請求項３】前記複合材料合金が、５〜３０重量％の炭
   化ケイ素および０．５〜３０重量％の潤滑相粒子を含む
   ことを特徴とする、請求項１に記載の複合材料合金。
4. 【請求項４】前記複合材料合金が、１５〜２５重量％の
   炭化ケイ素および２〜２０重量％の潤滑相粒子を含むこ
   とを特徴とする、請求項１に記載の複合材料合金。
5. 【請求項５】前記炭化物複合材料強化材および前記潤滑
   相粒子の総重量％が６０％未満であることを特徴とす
   る、請求項１に記載の複合材料合金。
6. 【請求項６】前記合金が３〜２０重量％の潤滑相粒子を
   含むことを特徴とする、請求項１に記載の複合材料合
   金。
7. 【請求項７】必須成分として、 ａ．アルミニウム系マトリックス、 ｂ．前記アルミニウム系マトリックス全体にわたって分
   布した、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化タングステンお
   よび炭化バナジウムからなる群から選択された化合物で
   ある炭化物複合材料強化材、 ｃ．前記アルミニウム系マトリックス全体にわたって分
   布した、炭素、グラファイトおよびそれらの混合物から
   なる群から選択された材料である、潤滑用の潤滑相粒
   子、および ｄ．硬度を改良するための、前記アルミニウム系マトリ
   ックス全体にわたって分布したニッケルアルミナイド分
   散物からなることを特徴とする複合材料合金。
8. 【請求項８】前記複合材料合金が、５〜３０重量％の炭
   化ケイ素および０．５〜３０重量％の潤滑相粒子を含む
   ことを特徴とする、請求項７に記載の複合材料合金。
9. 【請求項９】前記複合材料合金が、５〜３０重量％の炭
   化ケイ素および２〜２０重量％のグラファイトを含むこ
   とを特徴とする、請求項７に記載の複合材料合金。
10. 【請求項１０】アルミニウム系複合材料の製造方法であ
    って、 ａ．４０重量％までの、炭化ケイ素、炭化タングステン
    またはそれらの混合物からなる群から選択された化合物
    である炭化物粒子を溶融アルミニウムに導入する工程、 ｂ．炭素、グラファイトおよびそれらの混合物からなる
    群から選択された材料である潤滑相粒子を前記溶融アル
    ミニウムに導入して溶融アルミニウム系混合物を形成す
    る工程、 ｃ．前記アルミニウム系混合物を混合し、前記炭化物粒
    子および前記潤滑相粒子を分散させ、前記アルミニウム
    系混合物の浮力を中性化する工程、および ｄ．前記アルミニウム系混合物を鋳型中で凝固させ、炭
    化物粒子および潤滑相粒子を含むアルミニウム系複合材
    料を形成する工程からなることを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】さらに、ニッケルが前記アルミニウム系
    混合物中に溶解し、前記アルミニウム系混合物の過熱を
    低減させた後、前記アルミニウム系混合物を冷却する工
    程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】５〜３０重量％の炭化ケイ素および０．
    ５〜３０重量％の潤滑相粒子が前記アルミニウム系混合
    物中に導入されることを特徴とする、請求項１０に記載
    の方法。
13. 【請求項１３】１５〜２５重量％の炭化ケイ素および２
    〜２０重量％の潤滑相粒子が前記アルミニウム系混合物
    中に導入されることを特徴とする、請求項１０に記載の
    方法。
14. 【請求項１４】２〜２０重量％のグラファイトが前記ア
    ルミニウム系混合物中に導入されることを特徴とする、
    請求項１０に記載の方法。
15. 【請求項１５】炭化物粒子および潤滑相粒子の総重量％
    がアルミニウム系複合材料の６０重量％未満であること
    を特徴とする、請求項１０に記載の方法。
16. 【請求項１６】さらに、前記凝固の前に、前記アルミニ
    ウム系混合物中にニッケルアルミナイド分散物を沈殿さ
    せる工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の
    方法。
17. 【請求項１７】さらに、前記凝固の前に、溶融物を脱気
    する工程を含むことを特徴とする、請求項１０に記載の
    方法。
18. 【請求項１８】前記混合が中性浮力混合物を形成するこ
    とを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
19. 【請求項１９】炭化ケイ素およびグラファイトが混合さ
    れて中性浮力を与えることを特徴とする、請求項１０に
    記載の方法。
20. 【請求項２０】金属被覆された潤滑相が前記溶融アルミ
    ニウム中に導入され、前記金属被覆された潤滑相の前記
    金属が、銅、ニッケル、銅基合金およびニッケル基合金
    からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１
    ０に記載の方法。