JPH0645833B2 - Method for manufacturing aluminum alloy-based composite material - Google Patents

Method for manufacturing aluminum alloy-based composite material

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JPH0645833B2
JPH0645833B2 JP63055872A JP5587288A JPH0645833B2 JP H0645833 B2 JPH0645833 B2 JP H0645833B2 JP 63055872 A JP63055872 A JP 63055872A JP 5587288 A JP5587288 A JP 5587288A JP H0645833 B2 JPH0645833 B2 JP H0645833B2
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composite material
intermetallic compound
matrix
aluminum alloy
powder
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兼男 浜島
淳夫 田中
忠 堂ノ本
良雄 不破
博文 道岡
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    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/02Light metals
    • F05C2201/021Aluminium

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合材料の製造方法に係り、更に詳細にはア
ルミニウム合金をマトリックスとし短繊維、ウイスカ若
しくは粒子を強化材とするアルミニウム合金系複合材の
製造方法に係る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a composite material, and more particularly, to an aluminum alloy-based composite material containing aluminum alloy as a matrix and short fibers, whiskers or particles as a reinforcing material. It relates to the manufacturing method.

従来の技術 アルミニウム合金の軽量であることのメリットを活かし
つつその耐摩耗性を向上させる目的で、アルミニウム合
金を各種の繊維や粒子の如き強化材にて複合強化するこ
とが従来より鋭意研究されている。例えば特開昭58−
93841号、同59−70736号の各公報には、
(1)セラミック繊維にて複合強化されたアルミニウム
合金、(2)セラミックウイスカにて複合強化されたア
ルミニウム合金、(3)三次元網状構造にニッケルにて
複合強化されたアルミニウム合金、(4)鋳鉄繊維にて
複合強化されたアルミニウム合金が記載されている。
Conventional technology In order to improve the wear resistance of aluminum alloy while taking advantage of its light weight, it has been studied intensively to strengthen aluminum alloy with various reinforcing materials such as fibers and particles. There is. For example, JP-A-58-58
In each publication of 93841 and 59-70736,
(1) Aluminum alloy compound-reinforced with ceramic fibers, (2) Aluminum alloy compound-reinforced with ceramic whiskers, (3) Aluminum alloy compound-reinforced with nickel in a three-dimensional network structure, (4) Cast iron Aluminum alloys that are composite reinforced with fibers are described.

発明が解決しようとする課題 かかる複合材料はアルミニウム合金単独の場合よりも耐
摩耗性に優れているが、特に上述の(1)及び(2)の
複合材料に於ては、複合材料自体の耐摩耗性は極めて優
れているが、強化材が硬質のセラミックよりなる強化材
であるため、複合材料と摩擦摺動する相手材の摩耗量が
増大するという問題があり、(3)及び(4)の複合材
料に於ては、強化材の硬さが低いため相手材に対する攻
撃性は低いが、複合材料自体の耐摩耗性が十分ではない
という問題がある。従ってこれら従来のアルミニウム合
金系複合材料によっては、複合材料自身の耐摩耗性を向
上させることと相手材の摩耗量を低減することとを両立
させることが困難である。
The composite material is superior in wear resistance to the aluminum alloy alone, but especially in the composite materials of (1) and (2) described above, the resistance of the composite material itself is high. Although the wear resistance is extremely excellent, there is a problem in that the amount of wear of the mating material that frictionally slides with the composite material increases because the reinforcing material is a hard ceramic reinforcement material. (3) and (4) In the composite material (1), since the hardness of the reinforcing material is low, the aggressiveness to the mating material is low, but there is a problem that the wear resistance of the composite material itself is not sufficient. Therefore, depending on these conventional aluminum alloy-based composite materials, it is difficult to simultaneously improve the wear resistance of the composite material itself and reduce the wear amount of the mating material.

また上述の如き従来のアルミニウム合金系複合材料の適
用について種々の実験的研究を行ったところ、例えば内
燃機関のピストンの如く、かかる複合材料がアルミニウ
ム合金としては極めて高温の200℃以上の環境に於て
使用される摺動部材に適用されると、マトリックスのア
ルミニウム合金が摺動相手材に移着することに起因する
急激な摩耗、即ち凝着摩耗が生じ易いことが解った。ま
たこの凝着摩耗は通常の状態に於ては強化材によりマト
リックスが摺動相手材に直接接触することが回避される
のに対し、アルミニウム合金が高温に加熱されると軟化
し、これにより複合材料の表面の強化材がマトリックス
によって適正に保持されなくなり、軟化したアルミニウ
ム合金が直接摺動相手材と接触することにより生ずるも
のであることが解った。
Further, various experimental studies have been conducted on the application of the conventional aluminum alloy-based composite material as described above. As a result, for example, in a piston of an internal combustion engine, such a composite material is an aluminum alloy at an extremely high temperature of 200 ° C. or higher. It has been found that when it is applied to a sliding member that is used as a material, abrupt wear, that is, cohesive wear due to transfer of the matrix aluminum alloy to the sliding counterpart material is likely to occur. In addition, this adhesive wear normally prevents the matrix from coming into direct contact with the sliding mating material by the reinforcing material, whereas it softens when the aluminum alloy is heated to a high temperature, resulting in It was found that the reinforcing material on the surface of the material was not properly held by the matrix and the softened aluminum alloy was brought into direct contact with the sliding mating material.

かかる凝着摩耗の発生を回避するための手段として、複
合材料の耐熱性を向上させることが考えられ、複合材料
の耐熱性を向上させる手段として、繊維や粒子等の強化
材の量を増大させることが従来より一般に行われてい
る。しかしこの点についても種々の実験的研究を行った
結果、強化材の量を増大させると相手材の摩耗量が増大
し易く、また強化材の量を増大させても複合材料の表面
にマトリックスのみの部分が残存するため、凝着摩耗の
発生を完全に回避することはできないことが解った。
As a means for avoiding the occurrence of such adhesive wear, it is conceivable to improve the heat resistance of the composite material, and as a means for improving the heat resistance of the composite material, increase the amount of reinforcing material such as fibers and particles. This has been generally done from the past. However, as a result of various experimental studies on this point as well, when the amount of the reinforcing material is increased, the amount of wear of the mating material tends to increase, and even when the amount of the reinforcing material is increased, only the matrix is formed on the surface of the composite material. It was found that it was not possible to completely avoid the occurrence of adhesive wear, since the portion marked with remained.

本願発明者等は、従来のアルミニウム合金系複合材料に
於ける上述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行っ
た結果、マトリックスとしてのアルミニウム合金中にA
1と特定の金属元素との金属間化合物が微細に分散さ
れ、該金属間化合物の体積率が所定の値に設定されたア
ルミニウム合金系複合材料によれば、相手材の摩耗量を
増大させることなく複合材料の耐凝着性を大幅に改善し
得ることを見出した。
The inventors of the present application have conducted various experimental studies in view of the above-mentioned problems in conventional aluminum alloy-based composite materials, and as a result, in the aluminum alloy as a matrix, A
According to the aluminum alloy-based composite material in which the intermetallic compound of 1 and a specific metal element is finely dispersed and the volume ratio of the intermetallic compound is set to a predetermined value, the amount of wear of the mating material is increased. It has been found that the adhesion resistance of the composite material can be improved significantly without any.

即ち従来のアルミニウム合金系複合材料の研究開発に於
ては、マトリックスは強化材間の応力伝達を担う担体と
いう考え方が支配的であり、マトリックスは比較的高い
靱性を有していなければならないものと考えられてき
た。従ってマトリックスを脆化させる原因となる金属間
化合物の析出を極力抑制する努力が払われてきた。しか
し種々の実験的研究の結果、200℃以上の高温に於け
るアルミニウム合金系複合材料の耐凝着性を向上させる
ためには、従来より脆化の原因と考えられていた金属間
化合物をマトリックス中に微細に析出させることによっ
て分散させることが極て有効であり、金属間化合物の種
類、量、形成形態等を適宜に設定することにより、耐摩
耗性及び高温度に於ける耐凝着性に優れ、しかも相手材
の摩耗量を増大させることのない高性能な複合材料が得
られることが解った。
That is, in the conventional research and development of aluminum alloy-based composite materials, the idea that the matrix is a carrier that bears stress transfer between reinforcements is dominant, and the matrix must have relatively high toughness. Has been considered. Therefore, efforts have been made to suppress precipitation of intermetallic compounds, which causes embrittlement of the matrix, as much as possible. However, as a result of various experimental studies, in order to improve the adhesion resistance of an aluminum alloy-based composite material at a high temperature of 200 ° C or higher, an intermetallic compound, which has been considered to be a cause of embrittlement, is conventionally used as a matrix. It is extremely effective to disperse it by finely precipitating it in the inside, and wear resistance and adhesion resistance at high temperature can be set by appropriately setting the type, amount, and formation form of intermetallic compounds. It has been found that a high-performance composite material that is excellent in performance and does not increase the amount of wear of the mating material can be obtained.

尚前述の特開昭59−218341号公報や特開昭61
−132260号公報に記載されている如く、アルミニ
ウム合金のマトリックス中に金属間化合物が形成された
複合材料は既に知られている。しかしこれらの複合材料
に於ては、金属間化合物が形成された部位は網状構造体
の周囲の部分及び鋳鉄繊維の周囲の部分のみであり、網
状構造体のセル部(網状構造体の空隙部)や鋳鉄繊維の
間のマトリックスの部分ではないため、網状構造体のセ
ル部や鋳鉄繊維の間のマトリックスは実質的に耐熱性の
低いアルミニウム合金のみよりなっており、従って金属
間化合物が形成されない複合材料に比して耐摩耗性を向
上させることはできても200℃以上の高温度に於ける
凝着の発生を回避することはできない。
Incidentally, the above-mentioned JP-A-59-218341 and JP-A-61
As described in JP-A-132260, a composite material in which an intermetallic compound is formed in a matrix of an aluminum alloy is already known. However, in these composite materials, the part where the intermetallic compound is formed is only the part around the reticulated structure and the part around the cast iron fiber, and the cell part of the reticulated structure (the void part of the reticulated structure is ) And the matrix part between the cast iron fibers, the cell part of the reticulated structure and the matrix between the cast iron fibers consist essentially of aluminum alloy with low heat resistance, so that no intermetallic compound is formed. Although it is possible to improve the wear resistance as compared with the composite material, the occurrence of adhesion at a high temperature of 200 ° C. or higher cannot be avoided.

本発明は、本願発明者等が行った実験的研究の結果得ら
れた知見に基き、耐摩耗性及び高温度に於ける耐凝着性
に優れ、相手材の摩耗量の増大させることがなく、しか
も従来の複合材料と同等又はそれ以上の強度を有するア
ルミニウム合金系複合材料を製造することのできる提供
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 experimental research conducted by the inventors of the present application, and is excellent in wear resistance and adhesion resistance at high temperatures, and does not increase the wear amount of the mating material. Moreover, it is an object of the present invention to provide an aluminum alloy-based composite material having a strength equal to or higher than that of a conventional composite material.

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、アルミニウム合金
をマトリックスとしセラミック短繊維、セラミックウイ
スカ若しくはセラミック粒子を強化材とするアルミニウ
ム合金系複合材料の製造方法にして、前記強化材とF
e、Ni、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、V、W、T
a、Nb、Ti、Zrよりなる群より選択された少なく
とも一種の金属元素の微細片との実質的に均一な混合物
よりなる多孔質の成形体を形成し、前記成形体中にアル
ミニウム合金の溶湯を浸透させ、しかる後前記溶湯を凝
固させ、これにより前記強化材の間の前記マトリックス
中にA1と少なくとも一種の前記金属元素との金属間化
合物を実質的に均一に且微細に分散させ、前記マトリッ
クス中に前記金属間化合物の体積率を5〜70%にする
ことを特徴とするアルミニウム合金系複合材料の製造方
法によって達成される。
Means for Solving the Problems According to the present invention, the above-mentioned object is a method for producing an aluminum alloy-based composite material using aluminum alloy as a matrix and ceramic short fibers, ceramic whiskers or ceramic particles as a reinforcing material, and Reinforcement and F
e, Ni, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, V, W, T
A porous compact is formed from a substantially uniform mixture of fine particles of at least one metal element selected from the group consisting of a, Nb, Ti, and Zr, and a molten aluminum alloy is formed in the compact. And then solidify the molten metal, thereby substantially uniformly and finely dispersing the intermetallic compound of A1 and at least one of the metal elements in the matrix between the reinforcing materials, This is achieved by a method for producing an aluminum alloy-based composite material, characterized in that the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 5 to 70%.

発明の作用及び効果 本発明によれば、マトリックスとしてのアルミニウム合
金中にA1と他の所定の金属元素との金属間化合物が実
質的に均一に且微細に分散され、金属間化合物によって
強化材の間のマトリックスが強化、即ち地固めされ、こ
れにより高温度に於いても強化材が所定の状態に保持さ
れ、マトリックスが相手材に直接接触することが回避さ
れるので、従来の複合材料に比して耐摩耗性及び高温度
に於ける耐凝着性に優れた複合材料を製造することがで
き、また強化材の体積率が増大されるわけではないの
で、相手材の摩耗量を増大させることのない複合材料を
製造することができる。また金属間化合物自身は硬くて
脆い物質であるが、マトリックス中の金属間化合物の体
積率が5〜70%に設定され、また金属間化合物はマト
リックス中に実質的に均一に且微細に分散されるので、
金属間化合物を含まない従来の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容易に製造することがで
きる。
EFFECTS AND EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, an intermetallic compound of A1 and another predetermined metal element is substantially uniformly and finely dispersed in an aluminum alloy as a matrix, and the intermetallic compound forms a reinforcing material. The matrix between them is strengthened, i.e., solidified, which keeps the reinforcement in place even at high temperatures and avoids direct contact of the matrix with the mating material, compared to conventional composite materials. Therefore, it is possible to manufacture a composite material having excellent wear resistance and adhesion resistance at high temperature, and since the volume ratio of the reinforcing material is not increased, it is necessary to increase the wear amount of the mating material. It is possible to produce a composite material without. The intermetallic compound itself is a hard and brittle substance, but the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is set to 5 to 70%, and the intermetallic compound is substantially uniformly and finely dispersed in the matrix. So
A composite material having strength equal to or higher than that of a conventional composite material containing no intermetallic compound can be easily manufactured.

また例えば金属間化合物形成材料、即ちマトリックス中
のA1と反応して金属間化合物を形成する金属元素より
なる材料のみをマトリックスと混合し、金属間化合物形
成材料の表面部をマトリックス中のA1と反応させて金
属間化合物を形成し、金属間化合物形成材料の中心部を
一種の強化材として未反応の状態にて残存させる方法も
考えられる。
Further, for example, only an intermetallic compound forming material, that is, a material consisting of a metal element that reacts with A1 in the matrix to form an intermetallic compound is mixed with the matrix, and the surface portion of the intermetallic compound forming material reacts with A1 in the matrix. A method is also conceivable in which the intermetallic compound is formed by the reaction and the central portion of the intermetallic compound-forming material is left in an unreacted state as a kind of reinforcement.

しかしかかる方法の場合には、金属間化合物は実質的に
未反応の金属間化合物形成材料の周囲にこれと一体の状
態に於てしか生成せず、金属間化合物を強化材の間のマ
トリックス中に均一に且微細に分散させることができな
い。また未反応の金属間化合物形成材料は強化材として
十分な機能を果すことができず、強化材はA1と反応し
て金属間化合物を形成する特定の金属よりなるものに限
定され、金属間化合物形成材料はその中心部が未反応の
状態にて残存する必要があることから比較的大きいもの
でなければならず、そのため金属間化合物形成材料の表
面部をマトリックス中のA1と十分に反応させるために
金属間化合物形成材料とマトリックスとの混合物を熱処
理しなければならない。更に複合材料に必要とされる特
性に応じて金属間化合物の体積率や大きさを強化材の体
積率や大きさとは独立に設定することが非常に困難であ
る。
However, in the case of such a method, the intermetallic compound is formed only around the substantially unreacted intermetallic compound-forming material and in an integrated state therewith, and the intermetallic compound is formed in the matrix between the reinforcing materials. Cannot be dispersed uniformly and finely. Further, the unreacted intermetallic compound-forming material cannot perform a sufficient function as a reinforcing material, and the reinforcing material is limited to a specific metal that reacts with A1 to form an intermetallic compound. The forming material must be relatively large because the center of the forming material needs to remain in an unreacted state, so that the surface portion of the intermetallic compound forming material is sufficiently reacted with A1 in the matrix. First, the mixture of the intermetallic compound forming material and the matrix must be heat treated. Furthermore, it is very difficult to set the volume ratio and size of the intermetallic compound independently of the volume ratio and size of the reinforcing material according to the properties required for the composite material.

これに対し本発明の方法に於ては、金属間化合物形成材
料は強化材とは別の微細片として与えられ、強化材自身
は実質的に金属間化合物の形成に関与しない。従ってマ
トリックスがそれに実質的に均一に且微細に分散された
金属間化合物にて均一に強化され、強化材が金属間化合
物によって良好に地固めされたマトリックスによって良
好に保持されるだけでなく、強化材は金属に比して硬
度、高温安定性等に優れたセラミックよりなる強化材で
ありマトリックスの溶湯との反応劣化を生じることなく
その本来の機能を十分に発揮するので、金属間化合物形
成材料のみをマトリックスと混合する方法の場合に比し
て複合材料の耐摩耗性や高温度に於ける耐凝着性等の性
質を向上させることができる。また金属間化合物形成材
料は中心部が未反応のまま残存する必要のない微細片で
あり、成形体中にマトリックスの溶湯を浸透させること
による複合化と同時にマトリックス中のA1と容易に反
応するので、成形体中にマトリックスの溶湯が浸透され
た後にそれらを熱処理する必要がない。更に金属間化合
物の体積率や大きさを強化材の体積率や大きさとは独立
にその好ましい範囲内の値に容易に且確実に設定するこ
とができ、特にマトリックス中の金属間化合物の体積率
を容易に且確実に5〜70%にすることができる。
On the other hand, in the method of the present invention, the intermetallic compound forming material is provided as fine particles separate from the reinforcing material, and the reinforcing material itself does not substantially participate in the formation of the intermetallic compound. Therefore, the matrix is not only uniformly strengthened by the intermetallic compound dispersed therein substantially uniformly and finely, and the reinforcement is not only well retained by the matrix well consolidated by the intermetallic compound, but also the reinforcement. Is a reinforcing material made of ceramics that is superior in hardness and high temperature stability to metals, and fully exhibits its original function without causing deterioration of the reaction with the molten metal of the matrix. It is possible to improve properties such as abrasion resistance and adhesion resistance at high temperature of the composite material as compared with the case of mixing with the matrix. Further, the intermetallic compound-forming material is a fine piece that does not need to remain unreacted at the center, and since it easily reacts with A1 in the matrix at the same time as it is made into a composite by allowing the molten metal of the matrix to permeate into the molded body. , It is not necessary to heat them after the molten matrix has penetrated into the compact. Furthermore, the volume ratio and size of the intermetallic compound can be easily and surely set to a value within the preferable range independently of the volume ratio and size of the reinforcing material, and particularly, the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix can be set. Can be easily and surely made 5 to 70%.

また例えば互いに化合反応して金属間化合物を形成する
金属元素を含有するマトリックス粉末と強化材とを混合
しそれを焼結することによってもマトリックス中に金属
間化合物が分散された複合材料を製造することができ
る。しかしかかる方法の場合には強化材とマトリックス
粉末との混合物を圧縮することによって本発明に於ける
多孔質の成形体よりも高密度の成形体を形成しなければ
ならないため、強化材が折損等の劣化を生じ易く、マト
リックスの組成が特定の金属元素を含有するものに限定
されると共に、生成される金属間化合物の体積率を所定
の範囲に制御することが困難であり、また焼結により生
成される金属間化合物は非常に小さく、焼結に起因する
小孔が生じ易く、そのため複合材料部の熱衝撃特性等の
性質を十分に向上させることができない。更にマトリッ
クス粉末の大きさが強化材の大きさに比して大きい場合
にはミクロ的に見て強化材が元のマトリックス粉末の周
りの領域に偏在し、元のマトリックス粉末の内部に相当
する領域に強化材が存在しない不均一な組織になり易
い。
Further, for example, a composite material in which the intermetallic compound is dispersed in the matrix is also produced by mixing a matrix powder containing a metal element that forms a intermetallic compound by undergoing a chemical reaction with each other and a reinforcing material and sintering the mixture. be able to. However, in the case of such a method, a compact having a higher density than that of the porous compact according to the present invention must be formed by compressing a mixture of the reinforcement and the matrix powder. Deterioration is likely to occur, the composition of the matrix is limited to those containing a specific metal element, and it is difficult to control the volume ratio of the intermetallic compound produced within a predetermined range. The produced intermetallic compound is very small, and small holes due to sintering are likely to occur, so that the properties such as thermal shock properties of the composite material part cannot be sufficiently improved. Further, when the size of the matrix powder is larger than the size of the reinforcing material, the reinforcing material is unevenly distributed in the area around the original matrix powder in a microscopic view, and the area corresponding to the inside of the original matrix powder. It tends to have a non-uniform structure with no reinforcing material.

これに対し本発明の方法に於ては、強化材と特定の金属
元素の微細片との実質的に均一な混合物よりなる多孔質
の成形体中にアルミニウム合金の溶湯が浸透せしめられ
ることにより金属間化合物が形成されるので、上述の焼
結法による場合に比して強化材及び金属間化合物を均一
に且微細に分散させることができ、また成形体は焼結の
場合に比して低密度の多孔質の成形体であり混合物を高
圧に圧縮する必要がないので、強化材の折損等の劣化を
低減し、これにより高性能な複合材料を製造することが
できる。
On the other hand, in the method of the present invention, the molten metal of the aluminum alloy is infiltrated into the porous compact formed of a substantially uniform mixture of the reinforcing material and the fine particles of the specific metal element, so that the metal Since the intermetallic compound is formed, the reinforcing material and the intermetallic compound can be dispersed more uniformly and finely as compared with the case of the above-mentioned sintering method, and the compact is lower than that in the case of sintering. Since it is a porous molded body having a high density and it is not necessary to compress the mixture to a high pressure, deterioration such as breakage of the reinforcing material can be reduced, and thereby a high-performance composite material can be manufactured.

また本発明の方法によれば、マトリックスの組成が特定
の金属元素を含有するものに限定されることはなく、成
形体中の微細片の体積率や大きさを適宜に設定すること
により金属間化合物の体積率を容易に且確実にその好ま
しい範囲である5〜70%に制御することができると共
にその大きさをも容易に制御することができ、更には実
質的に小孔のない複合材料を製造することができるの
で、耐摩耗性や耐凝着性に優れた複合材料を容易に製造
することができる。
Further, according to the method of the present invention, the composition of the matrix is not limited to the one containing a specific metal element, and the volume ratio and the size of the fine pieces in the molded body can be appropriately set to obtain an intermetallic composition. The volume ratio of the compound can be easily and reliably controlled to the preferable range of 5 to 70%, and the size thereof can be easily controlled, and further, the composite material having substantially no pores. Therefore, a composite material having excellent wear resistance and adhesion resistance can be easily manufactured.

本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、強化
材の体積率が低過ぎる場合には複合材料の耐摩耗性や耐
凝着性を十分に向上させることができず、逆に強化材の
体積率が高過ぎる場合には相手材の摩耗量が増大する。
従って本発明の方法の一つの詳細な特徴によれば、強化
材の体積率は3〜30%に設定される。
According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application, when the volume ratio of the reinforcing material is too low, the wear resistance and the adhesion resistance of the composite material cannot be sufficiently improved, and conversely If the volume ratio of the reinforcing material is too high, the amount of wear of the mating material increases.
Therefore, according to one particular feature of the method of the invention, the volume fraction of the reinforcement is set between 3 and 30%.

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス中の金属間化合物の体積率は5〜70%で
あってよいが、高温度に於ける耐凝着性を更に一層向上
させるためにはマトリックス中の金属間化合物の体積率
は10〜40%程度であることが好ましい。従って本発
明の方法の他の一つの詳細な特徴によれば、マトリック
ス中の金属間化合物の体積率は10〜40%に設定され
る。
According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
The volume ratio of the intermetallic compound in the matrix may be 5 to 70%, but in order to further improve the adhesion resistance at high temperature, the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 10 to 40%. % Is preferable. Therefore, according to another particular feature of the method of the present invention, the volume fraction of intermetallic compound in the matrix is set to 10-40%.

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
金属間化合物はできるだけ均一に分散されていることが
好ましく、金属間化合物間の最短距離の平均値は100
μm以下、特に50μm以下であることが好ましく、ま
たマトリックスの脆化を回避するためには金属間化合物
間の最短距離の平均値は3μm以上、特に5μm以上で
あることが好ましい。従って本発明の方法の更に他の一
つの詳細な特徴によれば、金属間化合物間の最短距離の
平均値は3〜100μm、特に5〜50μmに設定され
る。
According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
The intermetallic compounds are preferably dispersed as uniformly as possible, and the average value of the shortest distance between the intermetallic compounds is 100.
The average value of the shortest distances between the intermetallic compounds is preferably 3 μm or more, and particularly preferably 5 μm or more, in order to avoid embrittlement of the matrix. Therefore, according to yet another detailed feature of the method of the present invention, the average value of the shortest distance between the intermetallic compounds is set to 3 to 100 μm, particularly 5 to 50 μm.

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
金属間化合物はA1と上述の金属元素の何れかとの金属
間化合物であればよいが、特に金属間化合物のビッカー
ス硬さが300以上であることが好ましく、また強化材
の硬さよりも低いことが好ましい。従って本発明の方法
の更に他の一つの詳細な特徴によれば、金属間化合物の
ビッカース硬さは300以上であり、強化材の硬さより
も低い値に設定される。
According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
The intermetallic compound may be an intermetallic compound of A1 and any one of the above metal elements, but it is particularly preferable that the intermetallic compound has a Vickers hardness of 300 or more, and is lower than the hardness of the reinforcing material. preferable. Therefore, according to another further detailed feature of the method of the present invention, the intermetallic compound has a Vickers hardness of 300 or more, which is set to a value lower than the hardness of the reinforcing material.

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
特に強化材が短繊維またはウイスカである場合に於て複
合材料の耐摩耗性を更に一層向上させるためには、複合
材料中の金属間化合物の体積率は3〜80%であること
が好ましく、特に10〜60%であることが好ましい。
従って本発明の方法の更に他の一つの詳細な特徴によれ
ば、複合材料中の金属間化合物の体積率は10〜60%
に設定される。
According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
In order to further improve the wear resistance of the composite material particularly when the reinforcing material is short fibers or whiskers, the volume ratio of the intermetallic compound in the composite material is preferably 3 to 80%, It is particularly preferably 10 to 60%.
Therefore, according to yet another detailed feature of the method of the present invention, the volume fraction of intermetallic compound in the composite is 10-60%.
Is set to.

また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
金属間化合物が粒状である場合にはその最大粒径が50
μm以下、特に30μm以下であることが好ましく、金
属間化合物が針状である場合にはその最大長さが100
μm以下、特に50μm以下であることが好ましい。
According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
When the intermetallic compound is granular, the maximum particle size is 50
It is preferable that the intermetallic compound has a maximum length of 100 when the intermetallic compound is acicular.
It is preferably not more than μm, particularly preferably not more than 50 μm.

更に、本発明の方法に於ける強化材は従来より複合材料
の製造に使用されている任意の材質の強化材であっても
よいが、セラミック製の強化材は金属等よりなる強化材
に比して強度、硬度、耐摩耗性向上効果、高温安定性等
に優れマトリックスの溶湯との反応性が低いので、本発
明に於ては強化材としてセラミック短繊維、セラミック
ウイスカ若しくはセラミック粒子が使用される。
Further, the reinforcing material in the method of the present invention may be a reinforcing material of any material conventionally used for manufacturing a composite material, but a ceramic reinforcing material is higher than a reinforcing material made of metal or the like. Since strength, hardness, wear resistance improving effect, high temperature stability, etc. are excellent and reactivity with the molten metal of the matrix is low, ceramic short fibers, ceramic whiskers or ceramic particles are used as a reinforcing material in the present invention. It

尚、本明細書に於て、「マトリックス中の金属間化合物
の体積率」とは複合材料のうち強化材以外の部分を10
0とみた場合の金属間化合物の体積百分率を意味し、
「複合材料中の金属間化合物の体積率」とは複合材料全
体を100とみた場合の金属間化合物の体積百分率を意
味する。
In the present specification, “volume ratio of intermetallic compound in matrix” means 10 parts of the composite material other than the reinforcing material.
It means the volume percentage of the intermetallic compound when viewed as 0,
“Volume ratio of intermetallic compound in composite material” means the volume percentage of the intermetallic compound when the whole composite material is taken as 100.

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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

実施例1 下記の表1に示されている如く、平均繊維長3mm、平均
繊維径2mmのアルミナ短繊維(95%A1、5%
SiO、ICI社製「サフィル」)を体積率で10%
含み、平均粒径5μのNi粉末(純度99%)を体積率
でそれぞれ0%、1%、2%、5%、7%、10%、1
5%、18%含む8種類の多孔質の成形体を吸引成形法
により形成した。この場合各成形体は直径100mm、高
さ20mmの円柱状をなし、繊維及び粉末は実質的に互い
に均一に混合された状態にあった。
Example 1 As shown in Table 1 below, alumina short fibers having an average fiber length of 3 mm and an average fiber diameter of 2 mm (95% A1 2 O 3 , 5%
10% by volume of SiO 2 , ICI's "Safir")
Ni powder having an average particle diameter of 5μ (purity 99%) is contained in volume ratios of 0%, 1%, 2%, 5%, 7%, 10%, 1 respectively.
Eight types of porous compacts containing 5% and 18% were formed by a suction molding method. In this case, each molded body had a cylindrical shape with a diameter of 100 mm and a height of 20 mm, and the fibers and powder were substantially uniformly mixed with each other.

次いで各成形体を窒素ガス中にて500℃に予熱し、し
かる後第1図に示されている如く、各成形体10を高圧
鋳造装置12の鋳型14のモールドキャビティ16の底
部に圧入により固定し、モールドキャビティ内に800
℃のアルミニウム合金(JIS規格AC1A、4.5%
Cu、1%Si、残部実質的にA1)の溶湯18を注湯
し、該溶湯をプランジャ20により1000kg/cm2
圧力に加圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するま
で保持した。
Then, each molded body is preheated to 500 ° C. in nitrogen gas, and thereafter, as shown in FIG. 1, each molded body 10 is fixed to the bottom of the mold cavity 16 of the mold 14 of the high-pressure casting apparatus 12 by press fitting. And put it in the mold cavity
℃ aluminum alloy (JIS standard AC1A, 4.5%
A molten metal 18 containing Cu, 1% Si and the balance substantially A1) was poured, and the molten metal was pressurized to a pressure of 1000 kg / cm 2 by a plunger 20, and the pressurized state was maintained until the molten metal was completely solidified. .

次いでかくして形成された鋳物より元の成形体に対応す
る部分に形成された複合材料No.1〜8を切出し、各複
合材料の断面の組織を顕微鏡にて観察したところ、Ni
粉末を含む成形体を用いて形成された複合材料No.2〜
8に於てはそのマトリックス中にA1−Ni金属間化合
物が微細に分散されていることが認められた。この金属
間化合物はX線回折試験によればNiAl又はNiA
及びNiAlであり、画像解析によれば金属間
化合物の量は元の成形体中に含まれるNi粉末の量が増
大するに連れて増大していることが認められた。下記の
表1は複合材料No.1〜8に於て形成された金属間化合
物の種類及びその体積率を示している。また第2図及び
第3図はそれぞれ複合材料No.4の断面の金属組織を1
00倍及び400倍にて示す顕微鏡写真であり、第2図
及び第3図に於てそれぞれ白色の部分及び灰色の部分が
NiA1の部分であり、黒色の部分がアルミナ短繊維
の部分である。
Then, composite materials No. 1 to 8 formed in the portion corresponding to the original molded body were cut out from the casting thus formed, and the microstructure of the cross section of each composite material was observed with a microscope.
Composite material No. 2 formed by using a compact containing powder
In No. 8, it was confirmed that the A1-Ni intermetallic compound was finely dispersed in the matrix. According to the X-ray diffraction test, this intermetallic compound is NiAl 3 or NiA.
It was 1 3 and Ni 2 Al 3 , and it was confirmed by image analysis that the amount of intermetallic compound increased as the amount of Ni powder contained in the original compact increased. Table 1 below shows the types of intermetallic compounds formed in composite materials Nos. 1 to 8 and their volume ratios. 2 and 3 show the metallographic structure of the cross section of composite material No. 4 as 1
FIGS. 2A and 2B are micrographs showing magnifications of 00 and 400, respectively, and in FIGS. 2 and 3, white and gray portions are NiA1 3 portions, and black portions are alumina short fiber portions. .

また各複合材料に対し熱処理Tを施し、各複合材料よ
り直径90mm、厚さ10mmの円板形の凝着試験片、平行
部の長さ及び直径がそれぞれ14mmである引張り試験
片、16×6×10mm寸法を有する摩耗試験片を形成し
た。次いでこれらの試験片について250℃にて凝着試
験及び引張り試験を行い、また常温にて摩耗試験を行っ
た。
Heat treatment T 7 was applied to each composite material, and a disc-shaped adhesion test piece having a diameter of 90 mm and a thickness of 10 mm from each composite material, a tensile test piece having a parallel portion length and diameter of 14 mm, 16 × Abrasion test specimens having 6 × 10 mm dimensions were formed. Then, these test pieces were subjected to an adhesion test and a tensile test at 250 ° C. and a wear test at room temperature.

尚凝着試験はステンレス鋼(JIS規格SUS440A
(18%Cr、0.5%Mo、0.7%C、残部Fe)
よりなる外径82mm、内径76mm高さ2mmのC形の相手
材を各凝着試験片に対し250℃に於て10Hz、5mmの
ストロークにて30分間10kgf/cm2の圧力にて繰返し
押圧し、試験終了後に各試験片に発生した凝着部の面積
を画像解析により測定し、試験片と相手材との接触領域
に生じた凝着発生部の面積(mm2)を求めることにより
行われた。
The adhesion test is based on stainless steel (JIS standard SUS440A
(18% Cr, 0.5% Mo, 0.7% C, balance Fe)
C-shaped mating material having an outer diameter of 82 mm, an inner diameter of 76 mm and a height of 2 mm is repeatedly pressed against each adhesion test piece at 250 ° C., 10 Hz, 5 mm stroke for 30 minutes at a pressure of 10 kgf / cm 2. After the test is completed, the area of the adhesion part generated in each test piece is measured by image analysis, and the area (mm 2 ) of the adhesion part generated in the contact area between the test piece and the mating material is obtained. It was

また引張り試験は250℃にて通常の引張り試験を行
い、試験片が耐えた最大荷重、即ち引張り荷重を平行部
の元の断面積にて除算して引張り強さを求めることによ
り行われた。
The tensile test was carried out by performing a normal tensile test at 250 ° C., and dividing the maximum load withstood by the test piece, that is, the tensile load by the original cross-sectional area of the parallel portion to obtain the tensile strength.

更に摩耗試験は相手材である外径35mm、内径30mm、
幅10mmの浸炭焼入れされた軸受綱(表面硬さHv72
0)製の円筒試験片の外周面に各摩耗試験片を接触さ
せ、それらの試験片の接触部に常温(20℃)の潤滑油
(SAE 10W−30)を供給しつつ、接触面圧60
kg/mm2、滑り速度0.3m/secにて円筒試験片を1時
間回転させることにより行われた。
In addition, the wear test is 35mm outside diameter, 30mm inside diameter
Carburized and quenched bearing rope with a width of 10 mm (surface hardness Hv72
Each wear test piece was brought into contact with the outer peripheral surface of the cylindrical test piece made of 0), and a contact surface pressure of 60 was obtained while supplying lubricating oil (SAE 10W-30) at room temperature (20 ° C.) to the contact portion of the test piece.
It was carried out by rotating a cylindrical test piece for 1 hour at kg / mm 2 and a sliding speed of 0.3 m / sec.

これらの試験の結果をそれぞれ第4図乃至第6図に示
す。尚第6図に於て、上半分は摩耗試験片の摩耗量(摩
耗痕深さμm)を表わしており、下半分は相手材である
円筒試験片の摩耗量(摩耗減量mg)を表わしている(後
述の第13図、第21図〜第23図、第25図に於ても
同じ)。
The results of these tests are shown in FIGS. 4 to 6, respectively. In FIG. 6, the upper half represents the wear amount (wear depth μm) of the wear test piece, and the lower half represents the wear amount (wear loss mg) of the cylindrical test piece as the mating material. (The same applies to FIGS. 13, 21 to 23 and 25 described later).

第4図より、マトリックス中の金属間化合物の体積率が
5%以上、特に10%以上の場合に凝着発生面積が著し
く減少することが解る。また第5図より、マトリックス
中の金属間化合物の体積率が5〜70%の場合に、特に
10〜40%程度の場合に複合材料の引張り強さが比較
的高い値になることが解る。更に第6図より、、マトリ
ックス中の金属間化合物の体積率が5〜70%、特に1
0〜55%程度の場合に複合材料及び相手材の摩耗量が
小さい値になることが解る。従ってこれらの試験の結果
より、耐凝着性、強度、耐摩耗性に優れた複合材料を得
るためにはマトリックス中の金属間化合物の体積率は5
〜70%、特に10〜40%であることが好ましいこと
が解る。
From FIG. 4, it can be seen that the area where adhesion occurs is remarkably reduced when the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 5% or more, particularly 10% or more. Further, from FIG. 5, it is understood that the tensile strength of the composite material becomes a relatively high value when the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 5 to 70%, particularly when it is about 10 to 40%. Further, from FIG. 6, the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 5 to 70%, particularly 1
It can be seen that the wear amount of the composite material and the mating material becomes a small value in the case of about 0 to 55%. Therefore, from the results of these tests, in order to obtain a composite material excellent in adhesion resistance, strength and wear resistance, the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 5
It is understood that it is preferably 70%, especially 10% to 40%.

実施例2 下記の表2に示されている如く、成形体中に含まれるN
i粉末の体積率を0%及び3%に設定し、成形体中に充
填される合金として展伸用アルミニウム合金(JIS規
格7075、5.5%Zn、2.5%Mg、1.5%C
u、残部A1)、鋳物用アルミニウム合金(JIS規格
AC8、12%Si、1%Cu、1%Mg、1%N
i)、ダイカスト用アルミニウム合金(JIS規格AD
C10、8%Si、3%Cu、残部A1)を使用し、こ
れらの合金の溶湯の温度をそれぞれ800℃、740
℃、720℃に設定した点を除き実施例1の場合と同一
の要領及び条件にて複合材料No.9〜14を製造した。
尚複合材料No.9については熱処理Tではなく、熱処
理Tが施された。
Example 2 As shown in Table 2 below, N contained in the molded body
The volume ratio of the i powder is set to 0% and 3%, and an aluminum alloy for spreading (JIS standard 7075, 5.5% Zn, 2.5% Mg, 1.5% is used as an alloy to be filled in the molded body. C
u, balance A1), aluminum alloy for casting (JIS standard AC8, 12% Si, 1% Cu, 1% Mg, 1% N)
i), Aluminum alloy for die casting (JIS standard AD
C10, 8% Si, 3% Cu and the balance A1) are used, and the temperatures of the melts of these alloys are 800 ° C. and 740, respectively.
Composite materials Nos. 9 to 14 were manufactured under the same procedure and conditions as in Example 1 except that the temperature was set to 720C.
Note that the composite material No. 9 was subjected to heat treatment T 6 instead of heat treatment T 7 .

次いでかくして製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領にてマトリックス中に含まれる金属
間化合物の種類及びその量を測定した。その結果表2に
示されている如く、Ni粉末が使用されずに製造された
複合材料No.9〜11のマトリックス中には金属間化合
物は存在しておらず、Ni粉末を3%使用して製造され
た複合材料No.12〜14のマトリックス中にはNiA
が体積率で約18%微細に分散された状態にて存在
していた。
Example 1 for each composite material thus produced
The kind and amount of the intermetallic compound contained in the matrix were measured in the same manner as in the above. As a result, as shown in Table 2, no intermetallic compound was present in the matrix of composite materials Nos. 9 to 11 produced without using the Ni powder, and 3% of the Ni powder was used. NiA in the matrix of the composite materials No. 12 to 14 produced by
1 3 was present at about 18% finely dispersed state by volume.

また上述の如く製造された各複合材料について、実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて250℃に於ける凝
着試験及び引張り試験を行った。これらの試験の結果を
それぞれ第7図及び第8図に示す。
Further, each composite material manufactured as described above was subjected to an adhesion test and a tensile test at 250 ° C. under the same procedure and conditions as in Example 1. The results of these tests are shown in FIGS. 7 and 8, respectively.

第7図より、マトリックス金属がJIS規格AC1A以
外のアルミニウム合金である場合にも、マトリックス中
の金属間化合物が微細に分散された複合材料の耐凝着性
は、マトリックス中に金属間化合物を含まない従来の複
合材料よりも遥かに優れていることが解る。また第8図
より、マトリックス中に金属間化合物が微細に分散され
た複合材料は、マトリックス中に金属間化合物を含まな
い従来の複合材料と同等又はそれ以上の強度を有するこ
とが解る。
From FIG. 7, even when the matrix metal is an aluminum alloy other than JIS AC1A, the adhesion resistance of the composite material in which the intermetallic compound in the matrix is finely dispersed shows that the matrix contains the intermetallic compound. It turns out that it is far superior to the conventional composite material which is not. Further, from FIG. 8, it is understood that the composite material in which the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix has the strength equal to or higher than that of the conventional composite material in which the intermetallic compound is not contained in the matrix.

またこれらの試験の結果より、マトリックスはA1を主
成分とする合金であればよく、例えばJIS規格201
5、3003、4043、5052等の展伸用アルミニ
ウム合金、JIS規格AC2B、AC4C、AC7A等
の鋳物用アルミニウム合金合金、JIS規格ADC1、
ADC3、ADC7等のダイカスト用アルミニウム合金
である場合にも同様の結果が得られるものと推測され
る。
Further, from the results of these tests, the matrix may be an alloy containing A1 as a main component, for example, JIS standard 201.
5, 3003, 4043, 5052 and other wrought aluminum alloys, JIS standard AC2B, AC4C, AC7A and other cast aluminum alloy alloys, JIS standard ADC1,
It is presumed that similar results can be obtained in the case of aluminum alloys for die casting such as ADC3 and ADC7.

実施例3 下記の表3に示されている如く、アルミナ短繊維の代わ
りに平均繊維長3mm、平均繊維径3μmのアルミナ−シ
リカ短繊維(55%A1、45%SiO)、繊
維長10〜200μm、繊維径0.05〜1μmの炭化
ケイ素ウイスカ(98%β−SiC)、平均粒径1μm
の窒化ケイ素粒子(99%α−Si)をそれぞれ
体積率で10%、15%、30%含み、Ni粉末を0
%、5%含む6種類の成形体を形成し、マトリックスの
合金としてアルミニウム合金(JIS規格5056、5
%Ng、0.4%Fe、0.3%Si、0.1%Cu、
残部A1)を使用し、溶湯の温度を800℃に設定した
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No.15〜20を製造した。尚各複合材料に施さ
れた熱処理は熱処理Tではなく、各複合材料を400
℃に3時間加熱した後炉冷する熱処理であった。
Example 3 As shown in Table 3 below, alumina-silica short fibers (55% A1 2 O 3 , 45% SiO 2 ) having an average fiber length of 3 mm and an average fiber diameter of 3 μm were used in place of the alumina short fibers, fibers. Silicon carbide whiskers (98% β-SiC) with a length of 10 to 200 μm and a fiber diameter of 0.05 to 1 μm, an average particle diameter of 1 μm
Of silicon nitride particles (99% α-Si 3 N 4 ) of 10%, 15% and 30% by volume, respectively, and Ni powder of 0%.
%, 5%, 6 types of compacts are formed, and aluminum alloy (JIS standard 5056, 5
% Ng, 0.4% Fe, 0.3% Si, 0.1% Cu,
Composite materials Nos. 15 to 20 were manufactured under the same procedure and conditions as in Example 1 except that the balance A1) was used and the temperature of the molten metal was set to 800 ° C. The heat treatment applied to each composite material is not heat treatment T 7 , but 400
It was a heat treatment of heating at 0 ° C. for 3 hours and then cooling the furnace.

次いでかくして製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領にてマトリックス中に含まれる金属
間化合物の種類及びその量を測定した。その結果表3に
示されている如く、Ni粉末が使用されずに製造された
複合材料No.15〜17のマトリックス中には金属間化
合物は存在しておらず、Ni粉末を5%使用して製造さ
れた複合材料No.18〜20のマトリックス中にはNi
A1が体積率で約30%微細に分散された状態にて存
在していた。
Example 1 for each composite material thus produced
The kind and amount of the intermetallic compound contained in the matrix were measured in the same manner as in the above. As a result, as shown in Table 3, no intermetallic compound was present in the matrix of composite materials Nos. 15 to 17 manufactured without using the Ni powder, and 5% of the Ni powder was used. Ni in the matrix of composite materials No. 18 to 20 manufactured by
A1 3 is present in a state which is approximately 30% finely dispersed by volume.

また上述の如く製造された各複合材料について、実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて250℃に於ける凝
着試験及び引張り試験を行った。これらの試験の結果を
それぞれ第9図及び第10図に示す。
Further, each composite material manufactured as described above was subjected to an adhesion test and a tensile test at 250 ° C. under the same procedure and conditions as in Example 1. The results of these tests are shown in FIGS. 9 and 10, respectively.

第9図より、強化材がアルミナ短繊維以外の場合にも、
マトリックス中に金属間化合物が微細に分散された複合
材料の耐凝着性は、マトリックス中に金属間化合物を含
まない従来の複合材料よりも遥かに優れていることが解
る。また第10図より、マトリックス中に金属間化合物
が微細に分散された複合材料は、マトリックス中に金属
間化合物を含まない従来の複合材料と同等又はそれ以上
の強度を有することが解る。
From FIG. 9, even when the reinforcing material is other than alumina short fiber,
It can be seen that the adhesion resistance of the composite material in which the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix is far superior to that of the conventional composite material containing no intermetallic compound in the matrix. Further, from FIG. 10, it is understood that the composite material in which the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix has strength equal to or higher than that of the conventional composite material in which the intermetallic compound is not contained in the matrix.

またこれらの試験の結果より、強化材は繊維及び粒子の
何れであってもよいことが解る。またこれらの試験の結
果より、強化材は強度や硬度に優れ高温度に於ても安定
で耐摩耗性に優れアルミニウム合金の溶湯との反応性が
低い任意のセラミック製の繊維、ウイスカ、粒子であっ
てよく、例えばガラス繊維、アルミナ長繊維、炭化ケイ
素長繊維、Si−Ti−C長繊維等を短繊維に切断した
所謂チョップド繊維や、窒化ケイ素ウイスカ、アルミナ
ウイスカ、チタン酸カリウムウイスカの如きウイスカや
アルミナ粒子、ジルコニア粒子、炭化ケイ素粒子、炭化
タングステン粒子、窒化ボロン粒子の如き粒子であって
もよいものと推測される。
The results of these tests also show that the reinforcing material may be either fibers or particles. Also, from the results of these tests, the reinforcing material is excellent in strength and hardness, stable even at high temperature, has excellent wear resistance, and has low reactivity with the molten aluminum alloy. For example, so-called chopped fibers obtained by cutting glass fibers, alumina long fibers, silicon carbide long fibers, Si-Ti-C long fibers and the like into short fibers, and whiskers such as silicon nitride whiskers, alumina whiskers and potassium titanate whiskers. It is presumed that particles such as alumina particles, zirconia particles, silicon carbide particles, tungsten carbide particles, and boron nitride particles may be used.

実施例4 下記の表4に示されている如く、アルミナ短繊維の代わ
りに繊維長50〜300μm、繊維径0.1〜0.5μ
mの窒化ケイ素ウイスカ(97%α−Si)を体
積率で10%含み、またNi粉末の代わりに平均粒径5
μmのFe粉末(純度99%)、平均粒径5μmのCo
粉末(純度99%)、平均粒径10μmのMn粉末(純
度98%)、平均粒径8μmのTi粉末(純度99%)
をそれぞれ体積率で5%、3%、7%含む4種類の成形
体を形成し、また体積率10%の窒化ケイ素ウイスカの
みよりなる成形体を形成し、合金の溶湯として温湯76
0℃のアルミニウム合金(JIS規格AC5A、4%C
u、1.5%Mg、2%Ni、残部A1)を使用した点
を除き、実施例1の場合と同一の要領及び条件にてマト
リックス中に微細に分散された金属間化合物を含む複合
材料No.22〜25及び金属化合物を含まない複合材料N
o.21を製造した。
Example 4 As shown in Table 4 below, a fiber length of 50 to 300 μm and a fiber diameter of 0.1 to 0.5 μ were used instead of alumina short fibers.
m silicon nitride whiskers (97% α-Si 3 N 4 ) in a volume ratio of 10%, and an average particle size of 5 instead of Ni powder.
μm Fe powder (purity 99%), Co with an average particle size of 5 μm
Powder (purity 99%), Mn powder with an average particle size of 10 μm (purity 98%), Ti powder with an average particle size of 8 μm (purity 99%)
4 types of molded bodies containing 5%, 3%, and 7% by volume respectively, and a molded body made only of silicon nitride whiskers with a volume ratio of 10% are formed.
Aluminum alloy at 0 ° C (JIS standard AC5A, 4% C
A composite material containing an intermetallic compound finely dispersed in a matrix under the same procedure and conditions as in Example 1 except that u, 1.5% Mg, 2% Ni, and the balance A1) were used. No. 22 to 25 and composite material N containing no metal compound
o.21 was produced.

次いでかくして製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領にてマトリックス中に含まれる金属
間化合物の種類及びその量を測定した。その結果表4に
示されている如く、複合材料No.21のマトリックス中
には金属間化合物は存在しておらず、複合材料No.22
〜25のマトリックス中にはそれぞれFeA1、Co
A1、MnA1、TiA1がそれぞれ約30%
微細に分散された状態にて存在していた。
Example 1 for each composite material thus produced
The kind and amount of the intermetallic compound contained in the matrix were measured in the same manner as in the above. As a result, as shown in Table 4, the intermetallic compound was not present in the matrix of the composite material No. 21, and the composite material No. 22
FeA1 3 and Co in the matrix of ~ 25
2 A1 9 , MnA1 6 and TiA1 3 are each about 30%
It existed in a finely dispersed state.

また上述の如く製造された各複合材料について、実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて250℃に於ける凝
着試験及び引張り試験を行い、また常温に於ける摩耗試
験を行った。これらの試験の結果をそれぞれ第11図乃
至第13図に示す。
Each composite material produced as described above was subjected to an adhesion test and a tensile test at 250 ° C. under the same conditions and conditions as in Example 1 and a wear test at room temperature. The results of these tests are shown in FIGS. 11 to 13, respectively.

第11図及び第13図より、金属間化合物がFeA1
等である場合にも、マトリックス中に金属間化合物が微
細に分散された複合材料の耐凝着性及び摩擦摩耗特性
は、マトリックス中に金属間化合物を含まない従来の複
合材料よりも遥かに優れていることが解る。また第12
図より、マトリックス中に金属間化合物が微細に分散さ
れた複合材料は、マトリックス中に金属間化合物を含ま
ない従来の複合材料と同等又はそれ以上の強度を有する
ことが解る。
From FIGS. 11 and 13, the intermetallic compound is FeA1 3
, Etc., the adhesion resistance and friction and wear properties of the composite material in which the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix are far superior to those of the conventional composite material containing no intermetallic compound in the matrix. I understand that. Also the 12th
From the figure, it is understood that the composite material in which the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix has the strength equal to or higher than that of the conventional composite material containing no intermetallic compound in the matrix.

また下記の表8に示されている如く、金属間化合物を形
成するための材料としてCr粉末、Mo粉末、V粉末、
W粉末、Ta粉末、Nb粉末、Zr粉末、Cu粉末を使
用し、これによりマトリックス中に体積率約30%の金
属間化合物が微細に分散された複合材料を製造し、それ
らの複合材料について実施例1の場合と同一の要領及び
条件にて250℃に於ける凝着試験を行ったところ、表
8に示されている如く、金属間化合物がCrA1等で
ある場合にも従来の複合材料に比して優れた耐凝着性が
得られることが認められた。
Further, as shown in Table 8 below, as a material for forming the intermetallic compound, Cr powder, Mo powder, V powder,
Using W powder, Ta powder, Nb powder, Zr powder, and Cu powder, a composite material in which an intermetallic compound having a volume ratio of about 30% is finely dispersed in a matrix is produced, and the composite material is manufactured. An adhesion test at 250 ° C. was conducted under the same conditions and conditions as in Example 1, and as shown in Table 8, even when the intermetallic compound was CrA 17 etc., the conventional composite material was used. It was confirmed that excellent adhesion resistance was obtained as compared with.

これらの試験の結果より、マトリックス中に形成される
べき金属間化合物は、上述の如き高融点金属元素とA1
との金属間化合物又はそれらの組合せであればよいこと
が解る。これらの金属間化合物は何れも250℃に於け
るビッカース硬さが200を越えており、非常に耐熱性
に優れたものである。
From the results of these tests, the intermetallic compound to be formed in the matrix is the same as the above refractory metal element and A1.
It will be understood that an intermetallic compound with or a combination thereof may be used. Each of these intermetallic compounds has a Vickers hardness of more than 200 at 250 ° C. and is extremely excellent in heat resistance.

実施例5 下記の表5に示されている如く、アルミナ短繊維の代わ
りに体積率30%のA1粒子(99%α−A1
、平均粒径1μm)を含み、Ni粉末の代わりにそ
れぞれ体積率3%のFe−Mn合金粉末(50%Fe、
50%Mn、平均粒径10μm)、体積率1.6%のN
i−Fe合金粉末(50%Ni、50%Fe、平均粒径
10μm)、体積率7.8%のNi−Cu合金粉末(5
0%Ni、50%Cu、平均粒径10μm)、体積率
9.3%のCu−Zn粉末(70%Cu、30%Zn、
平均粒径10μm)を含む成形体を形成し、また体積率
30%のA1粒子のみよりなる成形体を形成し、
合金の溶湯として湯温720℃のアルミニウム合金(J
IS規格ADC7、5%Si、残部実質的にA1)を使
用した点を除き、実施例1の場合と同一の要領及び条件
にてマトリックス中に微細に分散された金属間化合物を
含む複合材料No.27〜30及び金属間化合物を含まな
い複合材料No.26を製造した。
Example 5 As shown in Table 5 below, 30% by volume of A1 2 O 3 particles (99% α-A1 2 instead of alumina short fibers were used.
Fe-Mn alloy powder (50% Fe, containing O 3 and an average particle size of 1 μm) and having a volume ratio of 3% in place of the Ni powder.
50% Mn, average particle size 10 μm), N with a volume ratio of 1.6%
i-Fe alloy powder (50% Ni, 50% Fe, average particle size 10 μm), Ni—Cu alloy powder (5% by volume) of 7.8%
Cu-Zn powder (70% Cu, 30% Zn, 0% Ni, 50% Cu, average particle diameter 10 μm) and volume ratio 9.3%.
A molded body containing an average particle size of 10 μm) and a molded body composed of only A1 2 O 3 particles having a volume ratio of 30%,
An aluminum alloy with a hot water temperature of 720 ° C (J
Composite material No. containing an intermetallic compound finely dispersed in a matrix under the same procedure and conditions as in Example 1 except that IS standard ADC7, 5% Si, and the balance substantially A1) were used. Composite material No. 26 containing no .27 to 30 and no intermetallic compound was produced.

次いでかくして製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領にてマトリックス中に含まれる金属
間化合物の種類及びその量を測定した。その結果表5に
示されている如く、合金粉末が使用されずに製造された
複合材料No.26のマトリックス中には金属間化合物は
存在しておらず、合金粉末を3%使用して製造された複
合材料No.27〜30のマトリックス中にはそれぞれ対
応する金属間化合物が体積率で約30%前後微細に分散
された状態にて存在していた。
Example 1 for each composite material thus produced
The kind and amount of the intermetallic compound contained in the matrix were measured in the same manner as in the above. As a result, as shown in Table 5, no intermetallic compound was present in the matrix of the composite material No. 26 produced without using the alloy powder, and the alloy powder was produced using 3% of the alloy powder. In the matrixes of the composite materials Nos. 27 to 30 thus prepared, the corresponding intermetallic compounds were present in a finely dispersed state in a volume ratio of about 30%.

また上述の如く製造された各複合材料について、実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて250℃に於ける凝
着試験及び引張り試験を行った。これらの試験の結果を
それぞれ第14図及び第15図に示す。
Further, each composite material manufactured as described above was subjected to an adhesion test and a tensile test at 250 ° C. under the same procedure and conditions as in Example 1. The results of these tests are shown in FIGS. 14 and 15, respectively.

第14図より、金属間化合物を形成させるための金属が
合金であり、従って金属間化合物が複合的な金属間化合
物である場合にも、マトリックス中に金属間化合物が微
細に分散された複合材料の耐凝着性は、マトリックス中
に金属間化合物を含まない従来の複合材料よりも遥かに
優れていることが解る。また第15図より、マトリック
ス中に複合的な金属間化合物が微細に分散された複合材
料も、マトリックス中に金属間化合物を含まない従来の
複合材料と同等又はそれ以上の強度を有することが解
る。
From FIG. 14, even when the metal for forming the intermetallic compound is an alloy and therefore the intermetallic compound is a complex intermetallic compound, the composite material in which the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix is obtained. It can be seen that the anti-adhesion properties of are much superior to conventional composites that do not contain intermetallic compounds in the matrix. Further, from FIG. 15, it is understood that the composite material in which the composite intermetallic compound is finely dispersed in the matrix also has the strength equal to or higher than that of the conventional composite material containing no intermetallic compound in the matrix. .

またこれらの試験の結果より、複合材料のマトリックス
中に分散される金属間化合物は、Ni、Fe、Co、M
n、Ti、Cr、Mo、V、W、Ta、Nb、Ti、Z
r、Be、Cuの如き高融点金属の2種類の元素とA1
との複合的な金属間化合物であってもよいことが解る。
Further, from the results of these tests, the intermetallic compounds dispersed in the matrix of the composite material are Ni, Fe, Co and M.
n, Ti, Cr, Mo, V, W, Ta, Nb, Ti, Z
Two types of refractory metals such as r, Be and Cu, and A1
It is understood that a complex intermetallic compound with

実施例6 下記の表6に示されている如く、アルミナ短繊維の代り
に体積率5%のガラス繊維(25%A1、10%
MgO、残部実質的にSiO、平均繊維径10μm、
平均繊維長5mm)を含み、Ni粉末の代りにそれぞれ平
均粒径が200μm、150μm、100μm、90μ
m、60μm、30μm、5μmの体積率5%のFe粉
末(純度99%)を含む成形体及び体積率5%のガラス
繊維のみよりなる成形体を形成し、合金の溶湯として湯
温740℃のアルミニウム合金(JIS規格AC4C、
7%Si、0.3%Mg、残部実質的にA1)の溶湯を
使用した点を除き、実施例1の場合と同一の要領及び条
件にてマトリックス中に微細に分散された金属間化合物
を含む複合材料No.32〜38及び金属間化合物を含ま
ない複合材料No.31を製造した。
Example 6 As shown in Table 6 below, glass fiber having a volume ratio of 5% (25% A1 2 O 3 , 10%) was used instead of the alumina short fiber.
MgO, balance substantially SiO 2 , average fiber diameter 10 μm,
The average fiber length is 5 mm), and the average particle diameter is 200 μm, 150 μm, 100 μm, 90 μ instead of Ni powder.
m, 60 μm, 30 μm, 5 μm, a compact containing 5% by volume Fe powder (purity 99%) and a compact consisting only of 5% by volume glass fiber were formed, and the melt temperature of the alloy was 740 ° C. Aluminum alloy (JIS standard AC4C,
An intermetallic compound finely dispersed in the matrix was prepared according to the same procedure and conditions as in Example 1 except that a melt of 7% Si, 0.3% Mg and the balance substantially A1) was used. Composite materials No. 32 to 38 containing and composite material No. 31 containing no intermetallic compound were manufactured.

次いでかくして製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領にてマトリックス中に含まれる金属
間化合物の種類、その量、及び大きさを測定した。その
結果表6に示されている如く、Fe粉末が使用されずに
製造された複合材料No.31のマトリックス中には金属
間化合物は存在しておらず、平均粒径30μm以下のF
e粉末を使用して製造された複合材料No.37及び38
のマトリックス中にはFeA1が微細に分散された状
態にて存在しており、平均粒径60μm以上のFe粉末
を使用して製造された複合材料No.32〜36のマトリ
ックス中にはFeA1が微細に分散されていたが、そ
の中心部には純Feが残存していることが認められた。
そこでかかる純Feが残存する複合材料については、そ
れらを500℃に50時間保持する熱処理を施し、これ
により残存するFeを完全にFeA1に変換させた。
尚複合材料No.32〜38のマトリックス中に存在するF
eA13の体積率は約28%であり、それぞれの平均直径は
250μm、200μm、130μm、120μm、8
0μm、40μm、7μmであった。
Example 1 for each composite material thus produced
The kind, the amount, and the size of the intermetallic compound contained in the matrix were measured in the same manner as the case. As a result, as shown in Table 6, no intermetallic compound was present in the matrix of the composite material No. 31 manufactured without using the Fe powder, and the F particles having an average particle diameter of 30 μm or less were obtained.
Composite materials No. 37 and 38 produced using e-powder
FeA1 3 is present in a finely dispersed state in the matrix of FeA1 3 in the matrix of the composite materials No. 32 to 36 manufactured using Fe powder having an average particle size of 60 μm or more. Was finely dispersed, but it was confirmed that pure Fe remained in the central portion.
So the composite material according pure Fe remains is subjected to a heat treatment of holding for 50 hours them to 500 ° C., allowed to fully convert into FeA1 3 a Fe remaining thereby.
F existing in the matrix of composite materials No. 32 to 38
The volume ratio of eA1 3 is about 28%, and the average diameter of each is 250 μm, 200 μm, 130 μm, 120 μm, 8 μm.
It was 0 μm, 40 μm, and 7 μm.

また上述の如く製造された各複合材料に対し熱処理T
を施し、実施例1の場合と同一の要領及び条件にて25
0℃に於ける凝着試験を行った。これらの凝着試験の結
果を第16図に示す。
Further, heat treatment T 7 is applied to each composite material manufactured as described above.
The same procedure and conditions as in Example 1
An adhesion test at 0 ° C was performed. The results of these adhesion tests are shown in FIG.

第16図より、金属間化合物の最短距離の平均値が小さ
いほど複合材料の耐凝着性が向上し、特に金属間化合物
の最短距離の平均値が100μm以下の場合に、特に8
0μm以下の場合に、更には50μm以下の場合に凝着
発生面積が大幅に低減されることが解る。
It can be seen from FIG. 16 that the smaller the average value of the shortest distances of the intermetallic compounds is, the more the adhesion resistance of the composite material is improved, and especially when the average value of the shortest distances of the intermetallic compounds is 100 μm or less,
It can be seen that the adhesion generation area is significantly reduced when the thickness is 0 μm or less and further when it is 50 μm or less.

また凝着試験後に各試験片の凝着状況を詳細に調査した
ところ、凝着は金属間化合物周辺のA1部分に於て発生
し、これが試験片の当り面全面に拡がっていくことが認
められた。また形成された金属間化合物の体積率が同一
であっても、その分散状態にむらがある程凝着が発生し
易いことが認められた。
Further, when the adhesion state of each test piece was investigated in detail after the adhesion test, it was confirmed that the adhesion occurred in the A1 portion around the intermetallic compound and spreads over the entire contact surface of the test piece. It was It was also found that even if the volume ratios of the formed intermetallic compounds were the same, the more uneven the dispersion state, the more easily the adhesion occurred.

第17図及び第18図はそれぞれ金属間化合物FeA1
の平均直径が250μm、40μmであり金属間化合
物間の最短距離の平均値がそれぞれ150μm、25μ
mである複合材料No.32及びNo.36の断面の組織を示
す模式図である。尚これらの図に於て、22は金属間化
合物FeA1を示しており、24はガラス繊維を示し
ており、26はマトリックスを示している。これらの図
の比較より解る如く、金属間化合物間の最短距離は金属
間化合物の直径が小さい程小さく、また金属間化合物の
直径が小さい程組織が均一になることが解る。
17 and 18 show the intermetallic compound FeA1.
3 has an average diameter of 250 μm and 40 μm, and the average values of the shortest distances between the intermetallic compounds are 150 μm and 25 μ, respectively.
It is a schematic diagram which shows the structure of the cross section of composite material No. 32 and No. 36 which are m. Note At a these figures, 22 denotes an intermetallic compound FeA1 3, 24 denotes a glass fiber, 26 denotes a matrix. As can be seen from the comparison of these figures, the shortest distance between the intermetallic compounds becomes smaller as the diameter of the intermetallic compounds becomes smaller, and the structure becomes more uniform as the diameter of the intermetallic compounds becomes smaller.

尚この実施例に於ては、金属間化合物の体積率を一定に
し、またその大きさ(即ち金属間化合物間の距離)を一
定とするために、Fe粉末の平均粒径が比較的大きい場
合については500℃に50時間保持する熱処理を施す
こことにより、純FeをFeA1に変換させたが、金
属間化合物自身は一種類である必要はない。例えば最外
層の金属間化合物がマトリックスよりも耐熱性の高い金
属間化合物である限り、マトリックス中に分散される金
属間化合物は例えば第19図に示されている如く何種類
かの金属間化合物よりなる多層構造のものであってもよ
く、また第20図に示されている如く、何種類かの金属
化合物の層及び中心の純金属よりなる多層構造のもので
あってもよい。
In this example, in order to keep the volume ratio of the intermetallic compound constant and to keep its size (that is, the distance between the intermetallic compounds) constant, the average particle diameter of the Fe powder was relatively large. by this heat treatment to hold 50 hours 500 ° C. for, but was converted to pure Fe in FeA1 3, intermetallic compound itself need not be one type. For example, as long as the intermetallic compound in the outermost layer is an intermetallic compound having higher heat resistance than the matrix, the intermetallic compound dispersed in the matrix is, for example, as shown in FIG. It may have a multi-layered structure, or as shown in FIG. 20, may have a multi-layered structure composed of several kinds of metal compound layers and a pure metal at the center.

実施例7 繊維長10〜200μm、繊維径0.05〜1μm、硬
さHv3300の炭化ケイ素ウイスカ(98%β−Si
C)と平均粒径3μmのNi粉末(純度99%)とを体
積率で2:1の割当にて混合し、圧縮成形を行うことに
より、直径100mm、高さ20mmの円柱状をなし、ホイ
スカ及びNi粉末の体積率がそれぞれ10%及び5%で
あり、これらが実質的に均一に混合された成形体を形成
した。
Example 7 Silicon carbide whiskers (98% β-Si) having a fiber length of 10 to 200 μm, a fiber diameter of 0.05 to 1 μm, and a hardness of Hv3300.
C) and Ni powder having an average particle size of 3 μm (purity 99%) are mixed at a volume ratio of 2: 1 and compression molding is performed to form a columnar shape having a diameter of 100 mm and a height of 20 mm, and whiskers. And Ni powder had volume ratios of 10% and 5%, respectively, and formed a substantially uniformly mixed molded body.

次いでこの成形体を窒素ガス中にて300℃に予熱し、
合金の溶湯として湯温760℃のアルミニウム合金(J
IS規格AC8A)の溶湯を使用した点を除き、実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料No.40を
製造し、またNi粉末が含まれていない成形体を使用し
て同様に複合材料No.39を製造した。
Then, preheat this molded body to 300 ° C. in nitrogen gas,
Aluminum alloy with a hot water temperature of 760 ℃ (J
Composite material No. 40 was manufactured under the same procedure and conditions as in Example 1 except that a molten metal of IS standard AC8A) was used, and the same was applied using a molded body containing no Ni powder. Composite material No. 39 was manufactured.

また表7に示されている如く、Ni粉末の代りに平均粒
径20μmのMg粉末、平均粒径10μmのCu粉末、
平均粒径5μmCr粉末、平均粒径3μmFe粉末、平
均粒径10μmTi粉末を使用することにより、同様の
要領及び条件にて複合材料No.41〜45を製造した。
Further, as shown in Table 7, instead of Ni powder, Mg powder having an average particle size of 20 μm, Cu powder having an average particle size of 10 μm,
Composite materials No. 41 to 45 were manufactured under the same procedure and conditions by using the average particle size of 5 μm Cr powder, the average particle size of 3 μm Fe powder and the average particle size of 10 μm Ti powder.

次いでかくして製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領にてマトリックス中に含まれる金属
間化合物の種類、その量及び硬さを測定した。その結果
表7に示されている如く、複合材料No.39のマトリッ
クス中には金属間化合物は存在しておらず、複合材料N
o.40〜45のマトリックス中にはそれぞれA1Ni
(及び極く少量のA1Ni、A1Ni)、Mg
、CuA1、CrA1、FeA1、TiA1
(それぞれの硬さHv950、190、330、37
0、550、740)がそれぞれ約30%(複合材料中
の金属間化合物の体積率)存在していた。
Example 1 for each composite material thus produced
The kind, amount and hardness of the intermetallic compound contained in the matrix were measured in the same manner as in the above. As a result, as shown in Table 7, the intermetallic compound did not exist in the matrix of the composite material No. 39, and the composite material N
A1 3 Ni in the matrix of o.40 to 45
(And very small amount of A1 3 Ni 2 , A1Ni), Mg 2 A
1 3 , CuA1 2 , CrA1 7 , FeA1 3 , TiA1
3 (Each hardness Hv950, 190, 330, 37
0, 550, 740) was present in an amount of about 30% (volume ratio of intermetallic compound in the composite material).

また上述の如く製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領及び条件にて常温に於ける摩耗試験
を行った。これらの摩耗試験の結果を第21図に示す。
尚第21図に於て、横軸は金属間化合物の硬さ(ビッカ
ース硬さ)を表わしている。
Example 1 for each composite material manufactured as described above
A wear test was performed at room temperature under the same procedure and conditions as in the above. The results of these abrasion tests are shown in FIG.
In FIG. 21, the horizontal axis represents the hardness of the intermetallic compound (Vickers hardness).

第21図より、金属間化合物の硬さが300以上の場合
に相手材の摩耗量が大幅に減少し、また複合材料自体の
耐摩耗性も金属間化合物の硬さが300未満の場合より
も向上することが解る。
As shown in FIG. 21, when the hardness of the intermetallic compound is 300 or more, the wear amount of the mating material is significantly reduced, and the wear resistance of the composite material itself is lower than that when the hardness of the intermetallic compound is less than 300. You can see that it will improve.

またこの試験の結果より、マトリックス中に分散される
金属間化合物は複合材料の耐摩耗性及び相手材に対する
摩擦摩耗特性を向上させるためには、硬さHvが300
以上の金属間化合物、例えばNiA1、FeA
、MnA1、ZrA1、CoA1、MoA
、(CuNi)A1、(FeSi)A1
(CuFeMn)A1等であることが好ましいものと
考えられる。
From the results of this test, the intermetallic compound dispersed in the matrix has a hardness Hv of 300 in order to improve the wear resistance of the composite material and the friction and wear characteristics with respect to the mating material.
More intermetallic compounds such as Ni 2 A1 3, FeA
1 6 , MnA1 6 , ZrA1 3 , Co 2 A1 9 , MoA
1 3 , (CuNi) 2 A1 3 , (FeSi) A1 5 ,
(CuFeMn) presumably is preferably A1 6 like.

実施例8 実施例7の複合材料40に於て、成形体中に含まれる繊
維として炭化ケイ素ウイスカの代りに表10に示されて
いる如き種々のセラミック繊維を使用した点を除き、複
合材料40の場合と同一の要領及び条件にて複合材料N
o.47〜54を製造した。
Example 8 In the composite material 40 of Example 7, a composite material 40 was used except that various ceramic fibers as shown in Table 10 were used as the fibers contained in the molded body instead of the silicon carbide whiskers. Composite material N under the same procedure and conditions
o.47-54 were produced.

また比較の目的で、Ni粉末を含まない成形体が使用さ
れた点を除き複合材料No.46〜54と同一の要領及び
条件にて複合材料No.47′〜54′を製造した。
For the purpose of comparison, composite materials Nos. 47 'to 54' were manufactured under the same procedures and conditions as those of the composite materials Nos. 46 to 54 except that a molded body containing no Ni powder was used.

次いでこれらの複合材料について実施例1の場合と同一
の要領及び条件にて常温に於ける摩耗試験を行った。こ
れらの摩耗試験の結果を第22図に示す。尚第22図に
於て、横軸は強化繊維のビッカース硬さHvを示してい
る。
Then, these composite materials were subjected to a wear test at room temperature under the same conditions and conditions as in Example 1. The results of these abrasion tests are shown in FIG. Incidentally, in FIG. 22, the horizontal axis represents the Vickers hardness Hv of the reinforcing fiber.

第22図より、強化繊維の硬さに拘らず、複合材料自身
の摩耗量はマトリックス中に金属間化合物が微細に分散
されている場合の方が少ないことが解る。また強化繊維
が硬さHv500以上の如く従来より金属材料の耐摩耗
性を向上させるために使用されているセラミック繊維で
ある場合には、マトリックス中に金属間化合物が微細に
分散された複合材料はマトリックス中に金属間化合物が
分散されていない複合材料に比して相手材に対する攻撃
性が大幅に小さく、強化繊維の硬さに拘らず相手材に対
する摩擦摩耗特性に優れていることが解る。
From FIG. 22, it is understood that the amount of wear of the composite material itself is smaller when the intermetallic compound is finely dispersed in the matrix, regardless of the hardness of the reinforcing fiber. Further, when the reinforcing fiber is a ceramic fiber which has been conventionally used for improving the wear resistance of a metal material such as a hardness of Hv500 or more, a composite material in which an intermetallic compound is finely dispersed in a matrix is used. It can be seen that the aggressiveness to the mating material is significantly smaller than that of the composite material in which the intermetallic compound is not dispersed in the matrix, and the friction and wear characteristics to the mating material are excellent regardless of the hardness of the reinforcing fiber.

実施例9 成形体中に含まれるNi粉末の量を種々の値に設定して
10種類の成形体を形成し、それらの成形体を用いた点
を除き、実施例7の場合と同一の要領及び条件にて複合
材料No.55〜64を製造し、各複合材料について実施
例1の場合と同一の要領及び条件にて常温に於ける摩耗
試験を行った。尚複合材料No.55〜64中の金属間化
合物の体積率はそれぞれ3%、5%、10%、20%、
30%、40%、50%、60%、70%、80%であ
った。これらの摩耗試験の結果を複合材料No.39の摩
耗試験の結果と共に第23図に示す。尚第23図に於
て、横軸は複合材料中のA1−Ni金属間化合物の体積
率を示している。
Example 9 The same procedure as in Example 7 except that 10 kinds of molded bodies were formed by setting the amount of Ni powder contained in the molded body to various values, and these molded bodies were used. Composite materials Nos. 55 to 64 were manufactured under the above conditions, and a wear test was carried out at room temperature under the same conditions and conditions as in Example 1 for each composite material. The volume ratios of the intermetallic compounds in the composite materials No. 55 to 64 are 3%, 5%, 10%, 20%,
It was 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%. The results of these wear tests are shown in FIG. 23 together with the results of the wear test of composite material No. 39. In FIG. 23, the horizontal axis represents the volume ratio of A1-Ni intermetallic compound in the composite material.

第23図より、複合材料中の金属間化合物の体積率が3
〜80%である場合には従来の複合材料(No.39)よ
りも摩擦摩耗特性が向上し、特に複合材料中の金属間化
合物の体積率は10〜60%程度であることが好ましい
ことが解る。
From FIG. 23, the volume ratio of the intermetallic compound in the composite material is 3
When it is -80%, the friction and wear characteristics are improved as compared with the conventional composite material (No. 39), and it is particularly preferable that the volume ratio of the intermetallic compound in the composite material is about 10-60%. I understand.

尚金属間化合物が実施例7に示されたビッカース硬さH
v300以上の種々の化合物である場合にも、第23図
に示された結果と同様の傾向を示す結果が得られた。
The intermetallic compound has the Vickers hardness H shown in Example 7.
The results showing the same tendency as the results shown in FIG. 23 were obtained also in the case of various compounds having v300 or higher.

比較例 実施例1に於て使用されたアルミナ短繊維と同一のアル
ミナ短繊維を体積率で30%含みNi粉末を含まない成
形体、Niよりなる三次元網状構造体(空隙率90%、
セルサイズ0.3mm)、実施例1に於て使用されたアル
ミナ短繊維と同一のアルミナ短繊維を体積率で10%含
み、Ni粉末の代りにNiO粉末(平均粒径2μm、純
度99%)を体積率で8%含む成形体を使用した点を除
き、実施例1の場合と同一の要領及び条件にてそれぞれ
複合材料A、B、Cを製造した。次いでかくして製造さ
れた各複合材料について実施例1の場合と同一の要領に
てマトリックス中に含まれる金属間化合物の種類等を判
定した。その結果複合材料Aのマトリックス中には金属
間化合物は存在しておらず、複合材料Bに於ては網状構
造体の周囲の部分にのみA1Ni(及び極く少量のA
Ni、A1Ni)が存在しており、複合材料Cの
マトリックス中にはA1Ni及びA1が微細に
分散された状態にて存在していた。この場合複合材料C
の製造過程に於ては、NiOがマトリックス中のA1に
よって還元されることにより金属間化合物A1Ni及
びA1を生成したものと推測される。複合材料C
のマトリックス中に含まれるA1Ni及びA1
の体積率はマトリックス中に対し30%、7.4%であ
った。
Comparative Example A compact containing 30% by volume of the same alumina short fibers as those used in Example 1 but no Ni powder, a three-dimensional network structure made of Ni (porosity 90%,
Cell size 0.3 mm), containing 10% by volume of the same alumina short fibers as the alumina short fibers used in Example 1, in place of Ni powder, NiO powder (average particle size 2 μm, purity 99%). Composite materials A, B, and C were manufactured under the same procedures and conditions as in Example 1, except that a molded body containing 8% by volume was used. Then, with respect to each of the composite materials thus produced, the kind and the like of the intermetallic compound contained in the matrix were determined in the same manner as in Example 1. As a result, no intermetallic compound was present in the matrix of the composite material A, and in the composite material B, only A1 3 Ni (and a very small amount of A
1 3 Ni 2 , A1Ni) was present, and A1 3 Ni and A1 2 O 3 were present in the matrix of the composite material C in a finely dispersed state. In this case composite material C
It is speculated that NiO was reduced by A1 in the matrix to produce intermetallic compounds A1 3 Ni and A1 2 O 3 in the manufacturing process of. Composite material C
Of A1 3 Ni and A1 2 O 3 contained in the matrix of
The volume ratio was 30% and 7.4% based on the matrix.

また上述の如く製造された各複合材料について実施例1
の場合と同一の要領及び条件にて250℃に於ける凝着
試験及び常温に於ける摩耗試験を行った。これらの試験
の結果を複合材料No.4の結果と共にそれぞれ第24図
及び第25図に示す。
Example 1 for each composite material manufactured as described above
The adhesion test at 250 ° C. and the wear test at room temperature were conducted under the same procedure and conditions as in the above. The results of these tests are shown in FIGS. 24 and 25, respectively, together with the results of composite material No. 4.

第24図より本発明の複合材料No.4は複合材料A及び
Bよりも遥かに耐凝着性に優れており、複合材料Cと同
等の耐凝着性を有していることが解る。また第25図よ
り、本発明の複合材料No.4は複合材料Cよりも遥かに
摩擦摩耗特性に優れており、また複合材料A及びBより
も摩擦摩耗特性に優れていることが解る。
It can be seen from FIG. 24 that the composite material No. 4 of the present invention has much higher adhesion resistance than the composite materials A and B, and has the same adhesion resistance as the composite material C. Further, it can be seen from FIG. 25 that the composite material No. 4 of the present invention is far superior in frictional wear characteristics to the composite material C and is superior in frictional wear characteristics to the composite materials A and B.

以上に於ては本発明を種々の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれら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 in detail above with respect to various embodiments, the present invention is not limited to these embodiments and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

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

第1図は本発明による複合材料の製造方法の一つの実施
例に於ける高圧鋳造工程を示す断面図、第2図及び第3
図は金属間化合物NiA1が微細に分散された本発明
に従って製造された複合材料の一つの具体例の断面の金
属組織をそれぞれ100倍及び400倍にて示す顕微鏡
真、第4図乃至第6図はそれぞれ実施例1の各複合材料
について行われた250℃に於ける凝着試験、250℃
に於ける引張り試験、常温に於ける摩耗試験の結果を示
すグラフ、第7図及び第8図はそれぞれ実施例2の複合
材料について行われた250℃に於ける凝着試験及び引
張り試験の結果を示すグラフ、第9図及び第10図はそ
れぞれ実施例3の複合材料について行われた250℃に
於ける凝着試験及び引張り試験の結果を示すグラフ、第
11図乃至第13図はそれぞれ実施例4の複合材料につ
いて行われた250℃に於ける凝着試験、250℃に於
ける引張り試験、常温に於ける摩耗試験の結果を示すグ
ラフ、第14図及び第15図は実施例5の複合材料につ
いて行われた250℃に於ける凝着試験及び引張り試験
の結果を示すグラフ、第16図は実施例6の複合材料に
ついて行われた250℃に於ける凝着試験の結果を金属
間化合物間の最短距離の平均値を横軸にとって示すグラ
フ、第17図及び第18図はそれぞれ金属間化合物Fe
A1の平均粒径が250μ、40μであり、金属間化
合物間の最短距離の平均値がそれぞれ150μm、25
μmである複合材料の断面の組織を示す模式図、第19
図及び第20図はそれぞれ多層構造の金属間化合物を示
す解図、第21図は実施例7の複合材料について行われ
た摩耗試験の結果を金属間化合物の硬さを横軸にとって
示すグラフ、第22図は実施例8の複合材料について行
われた摩耗試験の結果を強化繊維の硬さを横軸にとって
示すグラフ、第23図は実施例9の複合材料について行
われた摩耗試験の結果を複合材料中のA1−Ni金属間
化合物の体積率を横軸にとって示すグラフ、第24図及
び第25図はそれぞれ比較例の複合材料について行われ
た250℃に於ける凝着試験及び常温に於ける摩耗試験
の結果を本発明の複合材料の一つの実施例の結果と共に
示すグラフである。10…成形体,12…鋳造装置,1
4…鋳型,16…モールドキャビティ,18…マトリッ
クスの溶湯,20…プランジャ,22…金属間化合物F
eA1,24…ガラス繊維,26…マトリックス
FIG. 1 is a sectional view showing a high pressure casting step in one embodiment of the method for producing a composite material according to the present invention, FIG. 2 and FIG.
Figure microscope true illustrating manufactured of one embodiment of a composite cross-section of the metallic structure at 100-fold, respectively, and 400-fold in accordance with the present invention the intermetallic compound NiA1 3 is finely dispersed, Figure 4 to 6 The figures show the adhesion test at 250 ° C. performed on each composite material of Example 1, 250 ° C.
Graphs showing the results of the tensile test at room temperature and the abrasion test at room temperature, and FIGS. 7 and 8 show the results of the adhesion test at 250 ° C. and the tensile test performed on the composite material of Example 2, respectively. FIG. 9 and FIG. 10 are graphs showing the results of the adhesion test and the tensile test at 250 ° C. performed on the composite material of Example 3, respectively, and FIGS. Graphs showing the results of the adhesion test at 250 ° C., the tensile test at 250 ° C., and the wear test at room temperature performed on the composite material of Example 4, FIGS. 14 and 15 are those of Example 5. FIG. 16 is a graph showing the results of the adhesion test and the tensile test at 250 ° C. performed on the composite material, and FIG. 16 shows the results of the adhesion test at 250 ° C. performed on the composite material of Example 6 between metals. Shortest between compounds Graph showing the mean value of the release abscissa, intermetallic compounds diagram 17 and FIG. 18 respectively Fe
A1 3 having an average particle diameter of 250 [mu], a 40 [mu, 150 [mu] m average value of the shortest distance between the intermetallic compounds, respectively, 25
FIG. 19 is a schematic view showing a cross-sectional structure of the composite material having a thickness of
FIGS. 20 and 20 are each a solution diagram showing an intermetallic compound having a multilayer structure, and FIG. 21 is a graph showing the results of an abrasion test performed on the composite material of Example 7 with the hardness of the intermetallic compound as the horizontal axis. FIG. 22 is a graph showing the results of the abrasion test conducted on the composite material of Example 8 with the hardness of the reinforcing fiber as the horizontal axis, and FIG. 23 shows the results of the abrasion test conducted on the composite material of Example 9. Graphs showing the volume ratio of the A1-Ni intermetallic compound in the composite material on the horizontal axis, FIGS. 24 and 25 are respectively the adhesion test at 250 ° C. and the room temperature at room temperature performed on the composite material of the comparative example. 3 is a graph showing the results of the abrasion test together with the results of one example of the composite material of the present invention. 10 ... Molded body, 12 ... Casting device, 1
4 ... Mold, 16 ... Mold cavity, 18 ... Matrix melt, 20 ... Plunger, 22 ... Intermetallic compound F
eA1 3 , 24 ... Glass fiber, 26 ... Matrix

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 不破 良雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 道岡 博文 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−163250(JP,A) 特開 昭61−163249(JP,A) 特開 昭61−104037(JP,A) 特開 平1−205041(JP,A) 特開 平1−152229(JP,A) 特開 昭63−312901(JP,A) 特開 平1−230737(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yoshio Fuwa 1 Toyota-cho, Toyota-cho, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Hirofumi Michioka 1-cho, Toyota-cho, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (56) References JP-A 61-163250 (JP, A) JP-A 61-163249 (JP, A) JP-A 61-104037 (JP, A) JP-A 1-205041 (JP, A) Kaihei 1-152229 (JP, A) JP 63-312901 (JP, A) JP 1-230737 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アルミニウム合金をマトリックスとしセラ
ミック短繊維、セラミックウイスカ若しくはセラミック
粒子を強化材とするアルミニウム合金系複合材料の製造
方法にして、前記強化材とFe、Ni、Co、Cr、C
u、Mn、Mo、V、W、Ta、Nb、Ti、Zrより
なる群より選択された少なくとも一種の金属元素の微細
片との実質的に均一な混合物よりなる多孔質の成形体を
形成し、前記成形体中にアルミニウム合金の溶湯を浸透
させ、しかる後前記溶湯を凝固させ、これにより前記強
化材の間の前記マトリックス中にA1と少なくとも一種
の前記金属元素との金属間化合物を実質的に均一に且微
細に分散させ、前記マトリックス中の前記金属間化合物
の体積率を5〜70%にすることを特徴とするアルミニ
ウム合金系複合材料の製造方法。
1. A method for producing an aluminum alloy-based composite material comprising aluminum alloy as a matrix and ceramic short fibers, ceramic whiskers or ceramic particles as a reinforcing material, comprising the reinforcing material and Fe, Ni, Co, Cr, C.
to form a porous compact comprising a substantially uniform mixture with fine particles of at least one metal element selected from the group consisting of u, Mn, Mo, V, W, Ta, Nb, Ti and Zr. A molten aluminum alloy is infiltrated into the compact, and then the molten metal is solidified, thereby substantially forming an intermetallic compound of A1 and at least one metal element in the matrix between the reinforcing materials. A method for producing an aluminum alloy-based composite material, wherein the volume ratio of the intermetallic compound in the matrix is 5 to 70%.
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