JPH0676628B2 - ウイスカ強化ａ１若しくはａ１合金複合材料の製造方法 - Google Patents
ウイスカ強化ａ１若しくはａ１合金複合材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH0676628B2 JPH0676628B2 JP1110887A JP1110887A JPH0676628B2 JP H0676628 B2 JPH0676628 B2 JP H0676628B2 JP 1110887 A JP1110887 A JP 1110887A JP 1110887 A JP1110887 A JP 1110887A JP H0676628 B2 JPH0676628 B2 JP H0676628B2
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高比強度性，高比弾性，耐熱性等の高性能及び
軽量性が必要とされる宇宙・航空機，自動車等の輸送機
器，精密機器，産業機械，オフィス・オートメ−ション
機器或はスポーツ用品素材等に使用されるウイスカ強化
Al若しくはAl合金複合材料の製造方法に関するものであ
る。
軽量性が必要とされる宇宙・航空機，自動車等の輸送機
器，精密機器，産業機械，オフィス・オートメ−ション
機器或はスポーツ用品素材等に使用されるウイスカ強化
Al若しくはAl合金複合材料の製造方法に関するものであ
る。
［従来の技術］ ウイスカ強化Al若しくはAl合金複合材料の製造に当たっ
ては、SiC,Si3N4，Al2O3等のウィスカとマトリックスと
してのAl若しくはAl合金（以下Al合金等という）の混合
物を軟鋼等のカプセルに充填した後、カプセル内を真空
脱気して密封し成形される。
ては、SiC,Si3N4，Al2O3等のウィスカとマトリックスと
してのAl若しくはAl合金（以下Al合金等という）の混合
物を軟鋼等のカプセルに充填した後、カプセル内を真空
脱気して密封し成形される。
その成形方法としては、特に大型製品の成形にあっては
製品内部における成形歪等の品質上のばらつきを防ぐ意
味からも、熱間静水圧成形（以下HIP成形という：尚本
明細書においては工程全体におけるカプセル成形をHIP
成形と言い、固相線温度未満におけるカプセル成形を圧
縮成形という）が好ましいとされ、特開昭60−121242に
もHIP成形による製造条件が開示されている。
製品内部における成形歪等の品質上のばらつきを防ぐ意
味からも、熱間静水圧成形（以下HIP成形という：尚本
明細書においては工程全体におけるカプセル成形をHIP
成形と言い、固相線温度未満におけるカプセル成形を圧
縮成形という）が好ましいとされ、特開昭60−121242に
もHIP成形による製造条件が開示されている。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしHIP成形技術において確立されている従来の一般
的条件に従うだけでは、成形時における昇温，昇圧の条
件次第では（１）カプセルの破損を招いて成形不能とな
ったり、また（２）ウィスカとAlが反応し、例えばSiC
ウィスカの場合で言えば 3SiC＋4Al→Al4C3＋3Si の反応によりSiCウィスカが分解して脆性層であるAl4C3
が生成し複合材の強度が低下したり、域はまた（３）成
形後におけるカプセルの除圧時に収縮孔が生成し複合材
の強度が低下する等のおそれがあった。
的条件に従うだけでは、成形時における昇温，昇圧の条
件次第では（１）カプセルの破損を招いて成形不能とな
ったり、また（２）ウィスカとAlが反応し、例えばSiC
ウィスカの場合で言えば 3SiC＋4Al→Al4C3＋3Si の反応によりSiCウィスカが分解して脆性層であるAl4C3
が生成し複合材の強度が低下したり、域はまた（３）成
形後におけるカプセルの除圧時に収縮孔が生成し複合材
の強度が低下する等のおそれがあった。
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって複
合材の性能を左右するHIP成形時における昇圧，昇温，
降温，降圧の各具体的条件を定めることによって前記技
術的問題点を解決しようとするものである。
合材の性能を左右するHIP成形時における昇圧，昇温，
降温，降圧の各具体的条件を定めることによって前記技
術的問題点を解決しようとするものである。
［問題点を解決する為の手段］ 本発明はウィスカとAl若しくはAl合金の混合物をカプセ
ルに充填した後、該カプセル内を真空脱気して密封し、
次いで熱間静水圧を作用させて圧縮成形することにより
ウィスカ強化Al若しくはAl合金複合材料の製造する方法
において、Al若しくはAl合金の固相線温度以下であって
該固相線温度より60℃低い温度以上の温度に到達するま
での昇温過程中は昇圧しないか若しくは昇圧しても圧縮
成形圧力に到達しない圧力に抑制し、前記圧縮成形が完
了するまでは前記固相線温度未満の温度に抑制してお
き、次いで昇温し、前記固相線温度以上で且つAl若しく
はAl合金の液相線温度未満の温度に保持して焼結を行な
い、焼結が完了した後の降温・降圧に際しては、前記固
相線温度未満の温度に下るまでは焼結時の圧力を維持す
ることを要旨とするものである。
ルに充填した後、該カプセル内を真空脱気して密封し、
次いで熱間静水圧を作用させて圧縮成形することにより
ウィスカ強化Al若しくはAl合金複合材料の製造する方法
において、Al若しくはAl合金の固相線温度以下であって
該固相線温度より60℃低い温度以上の温度に到達するま
での昇温過程中は昇圧しないか若しくは昇圧しても圧縮
成形圧力に到達しない圧力に抑制し、前記圧縮成形が完
了するまでは前記固相線温度未満の温度に抑制してお
き、次いで昇温し、前記固相線温度以上で且つAl若しく
はAl合金の液相線温度未満の温度に保持して焼結を行な
い、焼結が完了した後の降温・降圧に際しては、前記固
相線温度未満の温度に下るまでは焼結時の圧力を維持す
ることを要旨とするものである。
［作用］ カプセルの圧縮成形について言えば、カプセル材の延性
が不十分であるとカプセルが容易に破損し成形を行なう
ことができないこととなる。例えばカプセルの素材が軟
鋼である場合、200〜300℃の温度領域では軟鋼の延性が
低下するのでこの温度領域でのカプセルの圧縮成形は好
ましくない。そこでカプセルを十分高温に過熱すること
によりカプセル材の延性を良好な状態にした後加圧を行
なえば効率良く圧縮成形を行なうことができる。
が不十分であるとカプセルが容易に破損し成形を行なう
ことができないこととなる。例えばカプセルの素材が軟
鋼である場合、200〜300℃の温度領域では軟鋼の延性が
低下するのでこの温度領域でのカプセルの圧縮成形は好
ましくない。そこでカプセルを十分高温に過熱すること
によりカプセル材の延性を良好な状態にした後加圧を行
なえば効率良く圧縮成形を行なうことができる。
ところでカプセルの圧縮成形温度の下限値はカプセルの
素材によって異なると思料されるが、本発明者等の実験
によれば固相線温度下−60℃であり、これより更に低温
域での成形を行なうとカプセルが破損する傾向がみられ
た。
素材によって異なると思料されるが、本発明者等の実験
によれば固相線温度下−60℃であり、これより更に低温
域での成形を行なうとカプセルが破損する傾向がみられ
た。
次に圧縮成形温度の上限について説明すれば次の通りで
ある。
ある。
カプセル内部に充填されているウィスカとAl合金等も高
温下における加圧の方が一体化し易く、良好な複合材料
を得ようとするならばAl合金等の固相線温度（以下単に
固相線温度という）を超えて液相が生成する状態まで加
熱して十分焼結を行なうことが効果的であるとされてい
る。しかしながら液相の生成はウィスカとAl合金等の化
学反応をも促進し、すでに述べた様にウィスカの分解を
招き複合材が脆化するおそれがある。従ってこれを防止
する為には固相線温度直下で成形することが必要とな
る。
温下における加圧の方が一体化し易く、良好な複合材料
を得ようとするならばAl合金等の固相線温度（以下単に
固相線温度という）を超えて液相が生成する状態まで加
熱して十分焼結を行なうことが効果的であるとされてい
る。しかしながら液相の生成はウィスカとAl合金等の化
学反応をも促進し、すでに述べた様にウィスカの分解を
招き複合材が脆化するおそれがある。従ってこれを防止
する為には固相線温度直下で成形することが必要とな
る。
第１図は本発明を実施する場合の温度と圧力の関係を示
す例であって、領域Ａは昇温・昇圧・圧縮成形過程を示
す。
す例であって、領域Ａは昇温・昇圧・圧縮成形過程を示
す。
次に圧縮成形完了後はそのときの圧力を維持したまま固
相線温度を超え液相線温度に達ない温度域まで昇温し一
定時間保持する。これによってAl合金等とウィスカの焼
結が促進され結合が強化される（第１図領域Ｂ）。
相線温度を超え液相線温度に達ない温度域まで昇温し一
定時間保持する。これによってAl合金等とウィスカの焼
結が促進され結合が強化される（第１図領域Ｂ）。
次に成形体の降温・冷却を行なう（同領域Ｃ）。その際
固相線温度未満の温度になるまで降温して成形体が完全
に凝固し固相を形成した段階（第１図ｔ）ではじめて焼
結時の圧力を除荷する。つまり昇温過程でAl合金等とウ
ィスカの各表層部に形成された液相部分が焼結し合った
後、降温によって凝固が完結する迄は焼結時の圧力が除
荷されていないから凝固の際の体積収縮に起因するミク
ロボアの発生が未然に防止されるのである。
固相線温度未満の温度になるまで降温して成形体が完全
に凝固し固相を形成した段階（第１図ｔ）ではじめて焼
結時の圧力を除荷する。つまり昇温過程でAl合金等とウ
ィスカの各表層部に形成された液相部分が焼結し合った
後、降温によって凝固が完結する迄は焼結時の圧力が除
荷されていないから凝固の際の体積収縮に起因するミク
ロボアの発生が未然に防止されるのである。
［実施例］ 以下の実施例（及び比較例）においては、ウィスカとAl
合金粉末の混合粉を軟鋼製カプセルに充填し、真空脱気
後密封してHIP成形により複合材料の製造を行なった。
合金粉末の混合粉を軟鋼製カプセルに充填し、真空脱気
後密封してHIP成形により複合材料の製造を行なった。
実施例１ 25％（体積率を意味する、以下同じ）Si3N4ウィスカ強
化7075Al合金複合材料の製造。
化7075Al合金複合材料の製造。
製造条件： カプセル充填率:60％ 圧縮成形圧力：1000kgf/cm2 HIP成形最終温度:520℃ 固相線温度:476℃ 液相線温度:638℃ 第１表に昇圧開始温度とカプセル破損率の関係を示す。
第１表より明らかな様に本発明条件を満足する実施例に
ついてはカプセルの破損を生じなかった。
ついてはカプセルの破損を生じなかった。
実施例２ 20％SiCウィスカ強化6061Al合金複合材料の製造 製造条件： カプセル充填率:64％ 圧縮成形圧力：800kgf/mm2 HIP成形最終温度:625℃ 焼結温度:2時間 固相線温度:582℃ 第２表に昇圧開始温度とカプセル破損率の関係を示す。
第２表より明らかな様に本発明条件を満足する実施例に
ついてはカプセルの破損を生じなかった。
ついてはカプセルの破損を生じなかった。
次に昇圧開始温度を560℃，圧縮成形圧力を800kgf/cm2
と定め、HIP成形最終温度，焼結時間，冷却時圧力除荷
温度を色々変えて製造した本実施例に係る複合材料の特
性を第３表に示す。尚液相線温度は652℃である。
と定め、HIP成形最終温度，焼結時間，冷却時圧力除荷
温度を色々変えて製造した本実施例に係る複合材料の特
性を第３表に示す。尚液相線温度は652℃である。
第３表より明らかな様に本発明条件を満足する実施例に
ついてはいずれも良好な特性を示した。
ついてはいずれも良好な特性を示した。
次に昇圧開始温度を560℃，圧縮成形圧力を800kgf/c
m2、保持時間を２時間と定めHIP成形最終温度を様々に
変化させて製造した複合材料（ビレット材）の強度特性
の比較を第２図に示す。この材料を押出加工してSiCウ
ィスカを配列させた場合の強度特性も併せて示す。第２
図より明らかな様にHIP成形最終温度が固相線温度を超
えると引張強度は良好となるがHIP成形最終温度が液相
線温度を超えると引張強度は著しく低下しまたビレット
材に比し複合材料の引張強度は優れていることがわか
る。
m2、保持時間を２時間と定めHIP成形最終温度を様々に
変化させて製造した複合材料（ビレット材）の強度特性
の比較を第２図に示す。この材料を押出加工してSiCウ
ィスカを配列させた場合の強度特性も併せて示す。第２
図より明らかな様にHIP成形最終温度が固相線温度を超
えると引張強度は良好となるがHIP成形最終温度が液相
線温度を超えると引張強度は著しく低下しまたビレット
材に比し複合材料の引張強度は優れていることがわか
る。
実施例３ 15％SiCウィスカ強化2024Al合金複合材料の製造 製造条件： カプセル充填率:66％ 圧縮成形圧力：1000kgf/cm2 HIP成形最終温度:550℃ 焼結温度:2時間 固相線温度:502℃ 第４表に昇圧開始温度とカプセル破損率の関係を示す。
第４表より明らかな様に本発明条件を満足する実施例に
ついてはカプセル破損を生じなかった。
ついてはカプセル破損を生じなかった。
次に昇圧開始温度を480℃，圧縮成形圧力を700kgf/c
m2、焼結時間を２時間と定め、HIP成形最終温度，冷却
時圧力除荷温度を色々変えて製造した本実施例及び比較
例の特性を第５表に示す。尚液相線温度は638℃であ
る。
m2、焼結時間を２時間と定め、HIP成形最終温度，冷却
時圧力除荷温度を色々変えて製造した本実施例及び比較
例の特性を第５表に示す。尚液相線温度は638℃であ
る。
第５表より明らかな様に本発明条件を満足する実施例に
ついてはいずれも良好な特性を示した。
ついてはいずれも良好な特性を示した。
［発明の効果］ 本発明は上記の様に構成されるから成形時にカプセルの
破損，ウィスカの分解，或は体積収縮による微孔の生成
のいずれも生ずることがなくすぐれた特性を有するウイ
スカ強化Al若しくはAl合金を製造することができる。
破損，ウィスカの分解，或は体積収縮による微孔の生成
のいずれも生ずることがなくすぐれた特性を有するウイ
スカ強化Al若しくはAl合金を製造することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る複合材料を製造する工程における
温度と圧力の関係を示す図、第２図は本発明の実施例及
びビレット材のHIP成形最終温度と引張強度の関係を示
す図である。
温度と圧力の関係を示す図、第２図は本発明の実施例及
びビレット材のHIP成形最終温度と引張強度の関係を示
す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】ウィスカとAl若しくはAl合金の混合物をカ
プセルに充填した後、該カプセル内を真空脱気して密封
し、次いで熱間静水圧を作用させて圧縮成形することに
よりウィスカ強化Al若しくはAl合金複合材料を製造する
方法において、Al若しくはAl合金の固相線温度以下であ
って該固相線温度より60℃低い温度以上の温度に到達す
るまでの昇温過程中は昇圧しないか若しくは昇圧しても
その圧力を圧縮成形圧力に到達しない圧力に抑制し、前
記圧縮成形が完了するまでは前記固相線温度未満の温度
に抑制しておき、次いで昇温し、前記固相線温度以上で
且つAl若しくはAl合金の液相線温度未満の温度に保持し
て焼結を行ない、焼結が完了した後の降温・降圧に際し
ては、前記固相線温度未満の温度に下るまでは焼結時の
圧力を維持することを特徴とするウィスカ強化Al若しく
はAl合金複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1110887A JPH0676628B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | ウイスカ強化ａ１若しくはａ１合金複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1110887A JPH0676628B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | ウイスカ強化ａ１若しくはａ１合金複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63179030A JPS63179030A (ja) | 1988-07-23 |
| JPH0676628B2 true JPH0676628B2 (ja) | 1994-09-28 |
Family
ID=11768814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1110887A Expired - Lifetime JPH0676628B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | ウイスカ強化ａ１若しくはａ１合金複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0676628B2 (ja) |
-
1987
- 1987-01-19 JP JP1110887A patent/JPH0676628B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63179030A (ja) | 1988-07-23 |
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