JPH07100834B2 - Manufacturing method of metal matrix composite material - Google Patents
Manufacturing method of metal matrix composite materialInfo
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- JPH07100834B2 JPH07100834B2 JP63108165A JP10816588A JPH07100834B2 JP H07100834 B2 JPH07100834 B2 JP H07100834B2 JP 63108165 A JP63108165 A JP 63108165A JP 10816588 A JP10816588 A JP 10816588A JP H07100834 B2 JPH07100834 B2 JP H07100834B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、複合材料に係り、更に詳細には短繊維、ウイ
スカ、若しくは粒子を強化材とし、アルミニウム合金等
をマトリックスとする金属基複合材料の製造方法に係
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite material, and more specifically to the production of a metal-based composite material in which short fibers, whiskers or particles are used as a reinforcing material and an aluminum alloy or the like is used as a matrix. According to the method.
従来の技術及び発明が解決しようとする課題 例えば日本軽金属学会の主催により昭和60年７月15〜16
日に熱海市に於て開催された第３回金属成形セミナーに
於て頒布された「アルミニウム複合材料（FRM）の成
形」と題する小冊子に記載されている如く、強化繊維が
連続繊維である繊維強化金属複合材料の製造方法とし
て、拡散接合法、プラズマ・スプレイ法、気相析
出法、溶融浸透法、電着法（めっき法）等があり、
強化繊維が不連続繊維である繊維強化金属複合材料の製
造方法として、粉末冶金法、コンポキャスティング
法、溶湯鍛造法、半溶融加工法、HIP法等がある
ことが知られている。Problems to be Solved by Conventional Techniques and Inventions For example, 15-16 July 1985, sponsored by the Japan Institute of Light Metals
Fibers whose reinforcing fibers are continuous fibers, as described in the booklet entitled "Molding of Aluminum Composite (FRM)" distributed at the 3rd Metal Forming Seminar held in Atami City on the day. As a method for manufacturing a reinforced metal composite material, there are a diffusion bonding method, a plasma spray method, a vapor deposition method, a melt infiltration method, an electrodeposition method (plating method), and the like.
It is known that a powder metallurgy method, a compocasting method, a molten metal forging method, a semi-melt processing method, a HIP method, etc. are known as methods for producing a fiber-reinforced metal composite material in which the reinforcing fibers are discontinuous fibers.
特に強化繊維が短繊維である場合には、上述の他の方法
に比して量産性等に優れていることから、主として上述
のの溶湯鍛造法（高圧鋳造法）が従来より一般に採用
されている。しかし溶湯鍛造法に於ては、マトリックス
金属の溶湯を非常に高い圧力に加圧する必要があり、従
って製造設備が大規模なものとなり、そのため複合材料
の製造が高コストになり、このことが複合材料の実用化
に対する一つの大きな阻害要因となっている。In particular, when the reinforcing fibers are short fibers, the above-mentioned molten metal forging method (high pressure casting method) has been generally used mainly because it has excellent mass productivity and the like as compared with the other methods described above. There is. However, in the molten metal forging method, it is necessary to pressurize the molten metal of the matrix metal to a very high pressure, so that the manufacturing equipment becomes large-scale, which makes the manufacturing of the composite material expensive, which results in It is one of the major obstacles to the practical application of materials.
かくして強化繊維が不連続繊維である場合に於ける複合
材料の製造に於ては、マトリックス金属の溶湯に対する
必要加圧力を低減し、更には加圧を省略することが要請
されており、このことを実現するためには強化繊維とマ
トリックス金属の溶湯との濡れ性を大幅に改善すること
が必要である。Thus, in the production of the composite material in the case where the reinforcing fibers are discontinuous fibers, it is required to reduce the required pressing force to the molten metal of the matrix metal, and to omit the pressurization. In order to realize the above, it is necessary to greatly improve the wettability between the reinforcing fiber and the molten metal of the matrix metal.
かかる要請に鑑み、例えば特開昭61−295344号公報に
は、マトリックス金属として特殊な元素が添加されたア
ルミニウム合金を使用することが提案されている。しか
しマトリックス金属に特殊な元素を添加するだけでは十
分な濡れ性を確保することができず、またマトリックス
金属の組成が特定のものに限定されてしまうという問題
がある。In view of such a request, for example, JP-A-61-295344 proposes to use an aluminum alloy to which a special element is added as a matrix metal. However, there is a problem that sufficient wettability cannot be secured only by adding a special element to the matrix metal, and the composition of the matrix metal is limited to a specific composition.
また強化繊維が連続繊維である場合についてマトリック
ス金属の溶湯に対する繊維の濡れ性を改善するための種
々の方法が従来より提案されており、例えば特開昭49−
42504号公報には繊維の表面に金属粉末を塗布し、これ
により濡れ性を改善する方法が記載されており、特開昭
50−109904号、特開昭52−28433号、特開昭53−38791
号、特開昭57−169036号、特開昭57−169037号の各公報
には繊維の表面に金属を被覆し、これにより濡れ性を改
善する方法が記載されている。Further, in the case where the reinforcing fiber is a continuous fiber, various methods for improving the wettability of the fiber to the molten metal of the matrix metal have been conventionally proposed, for example, JP-A-49-
Japanese Patent No. 42504 describes a method of applying a metal powder to the surface of a fiber and thereby improving the wettability thereof.
50-109904, JP-A-52-28433, JP-A-53-38791
JP-A Nos. 57-169036 and 57-169037 disclose methods for coating the surface of fibers with a metal to improve the wettability.
これらの公報に記載されている如く、強化繊維が連続繊
維である場合には、一般に繊維が一方向に配向されるの
で、毛細管現象によって個々の連続繊維の間にマトリッ
クス金属の溶湯が浸透し、従って上述の如き方法によれ
ば繊維とマトリックス金属の溶湯との間の濡れ性を向上
させることができる。As described in these publications, when the reinforcing fibers are continuous fibers, the fibers are generally oriented in one direction, so that the molten metal of the matrix metal penetrates between the individual continuous fibers by the capillary phenomenon, Therefore, according to the method as described above, the wettability between the fiber and the molten metal of the matrix metal can be improved.
しかし強化繊維が短繊維やウイスカである場合には、そ
れらが不連続なものであるため毛細管現象によるマトリ
ックス金属の溶湯の浸透を期待することができず、従っ
て例えば特開昭59−205464号公報に記載されている如
く、連続繊維について濡れ性を向上させる手段として知
られている方法を只単に短繊維やウイスカに適用しただ
けではそれらの濡れ性を十分に向上させることができ
ず、そのためマトリックス金属の溶湯を個々の短繊維や
ウイスカの間に良好に浸透させることができない。また
強化繊維が短繊維やウイスカである場合には、これらの
金属を多量に被覆したり金属粉末を多量に塗布すること
が困難であり、また非常に高コストである。これらの問
題は米国特許第4,376,803号及び同第4,569,886号公報に
記載されている如く繊維の表面を金属酸化物にて被覆す
る場合も同様である。However, when the reinforcing fibers are short fibers or whiskers, they cannot be expected to permeate the molten matrix metal due to the capillary phenomenon because they are discontinuous, and therefore, for example, JP-A-59-205464. As described in, it is not possible to sufficiently improve the wettability of continuous fibers simply by applying a method known as a means for improving the wettability to short fibers or whiskers, and therefore, the matrix cannot be improved. The metal melt cannot penetrate well between the individual short fibers or whiskers. When the reinforcing fibers are short fibers or whiskers, it is difficult to coat a large amount of these metals or a large amount of metal powder, and the cost is very high. These problems also occur when the surface of the fiber is coated with a metal oxide as described in US Pat. Nos. 4,376,803 and 4,569,886.
また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭57
−31466号公報や特開昭62−67133号公報に記載されてい
る如く、強化材成形体を所定の温度に予熱し、しかる後
成形体中にマトリックス金属の溶湯を加圧浸透させる方
法が知られている。かかる方法によれば、強化材自身が
或る温度に加熱されることによってマトリックス金属の
溶湯との濡れ性が向上し、成形体が予熱されない場合に
比してマトリックス金属の溶湯の浸透性が向上する。し
かしこれらの方法に於ては成形体を予熱することが必須
であり、またそのための特別の手段が必要であり、従っ
てこれらの方法によっても複合材料の製造を能率化し低
コスト化することに限界がある。In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-57, filed by the same applicant as the applicant of the present application
As described in JP-A-31466 and JP-A-62-67133, there is known a method of preheating a reinforcing material molded body to a predetermined temperature and thereafter permeating a molten matrix metal into the molded body under pressure. Has been. According to such a method, the reinforcing material itself is heated to a certain temperature to improve the wettability of the matrix metal with the molten metal, and the permeability of the molten matrix metal is improved as compared with the case where the molded body is not preheated. To do. However, in these methods, it is indispensable to preheat the molded body, and special means therefor is necessary. Therefore, these methods also limit the production efficiency and cost of composite materials. There is.
また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭61
−165265号公報に記載されている如く、強化材の成形体
中に含まれる金属酸化物とマトリックス金属中の或る特
定の金属元素との間に於ける酸化還元反応を利用して強
化材成形体中へのマトリックス金属の溶湯の浸透性を向
上させる方法が知られている。しかしこの方法に於ては
互いに酸化還元反応する元素が或る程度制限されるた
め、任意の組成の金属をマトリックス金属とする複合材
料を製造することができないという問題がある。In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-61 filed by the same applicant as this applicant
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 165265, a reinforcing material is formed by utilizing an oxidation-reduction reaction between a metal oxide contained in a formed body of the reinforcing material and a specific metal element in a matrix metal. A method for improving the permeability of a molten matrix metal into the body is known. However, in this method, there is a problem in that it is not possible to produce a composite material in which a metal having an arbitrary composition is used as a matrix metal, because the elements that undergo redox reactions with each other are limited to some extent.
更に上述の何れの従来の方法に於ても、マトリックス金
属の溶湯を或る比較的高い圧力に加圧することが必須で
あり、従ってこれら従来の方法によってはマトリックス
金属の溶湯に対する加圧を省略したり、加圧に必要な鋳
型等の使用を省略して能率よく低廉に複合材料を製造す
ることはできず、また鋳造毎に鋳型内の成形体以外の領
域に於て比較的多量のマトリックス金属が凝固すること
が避けられないため、歩留りを向上させることができな
いという問題がある。Further, in any of the above-mentioned conventional methods, it is essential to pressurize the molten matrix metal to a certain relatively high pressure, and therefore in some of these conventional methods, the pressurization of the molten matrix metal is omitted. In addition, it is not possible to efficiently and inexpensively manufacture a composite material by omitting the use of a mold or the like required for pressurization, and a relatively large amount of matrix metal in a region other than the molded body in the mold for each casting. However, there is a problem in that the yield cannot be improved because it is unavoidable that it solidifies.
また特表昭59−500973号公報及び1985年４月に出版され
たJornal of Materials Science Lettersには、強化繊
維の成形体をフッ素含有試薬で前処理し、その成形体に
マトリックス金属の溶湯を含浸させる複合材料の製造方
法が記載されている。しかしこの方法に於ては、強化繊
維が炭素又は炭化物を主成分とし若しくは炭素又は炭化
物で表面被覆された強化繊維に限定され、またマトリッ
クス金属の溶湯を含浸させる前に処理後の成形体を予熱
することが必要であるという問題がある。In addition, in Japanese Patent Publication No. 59-500973 and Journal of Materials Science Letters published in April 1985, a reinforcing fiber molded body is pretreated with a fluorine-containing reagent, and the molded body is impregnated with a molten matrix metal. A method of making the composite material is described. However, in this method, the reinforcing fibers are limited to those having carbon or carbide as a main component or surface-coated with carbon or carbide, and the molded body after the treatment is preheated before being impregnated with the molten metal of the matrix metal. There is a problem that it is necessary to do.
本願発明者等は、従来の複合材料の製造方法に於ける上
述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行った結果、
短繊維等の強化材の成形体中に或る特定の金属の微細片
を所定量以上混入し、特定の溶湯中のAl又はMgと反応さ
せることにより、マトリックス金属の溶湯を加圧しなく
ても個々の強化材の間に溶湯を良好に且非常に迅速に浸
透させることができ、これにより上述の如き種々の問題
を解決し得ることを見出した。The inventors of the present application, as a result of various experimental studies in view of the above-mentioned problems in the conventional method for manufacturing a composite material,
A certain amount of fine particles of a certain metal is mixed in a molded body of a reinforcing material such as short fibers by a predetermined amount or more, and by reacting with Al or Mg in the specific molten metal, it is possible to press the molten metal of the matrix metal. It has been found that the melt can be penetrated between the individual reinforcements satisfactorily and very quickly, which can solve the various problems mentioned above.
本発明は本願発明者等が行った種々の実験的研究の結果
得られた知見に基き、マトリックス金属の溶湯を加圧し
たり強化材等を高温に加熱しなくても個々の強化材の間
に溶湯を良好に且非常に迅速に浸透させることができ、
これによりマトリックス金属が個々の強化材の間に良好
に充填された複合材料を非常に能率よく低廉に製造する
ことのできる方法を提供することを目的としている。The present invention is based on the findings obtained as a result of various experimental studies conducted by the inventors of the present application, and between the individual reinforcing materials without pressurizing the molten metal of the matrix metal or heating the reinforcing materials to a high temperature. Allows the molten metal to penetrate well and very quickly,
The aim of this is to provide a method by which a composite material in which the matrix metal is well filled between the individual reinforcements can be produced very efficiently and inexpensively.
また本発明は、マトリックス金属の溶湯を加圧するため
の鋳型や所定の形状の複合材料を製造するための鋳型を
用いることなく、実質的に所定の形状及び寸法の複合材
料を非常に能率よく且低廉に非常に高い歩留りにて製造
することのできる方法を提供することを目的としてい
る。In addition, the present invention is very efficient in producing a composite material having a substantially predetermined shape and size without using a mold for pressurizing a molten metal of a matrix metal or a mold for producing a composite material having a predetermined shape. It is an object of the present invention to provide a method which can be manufactured at low cost and with very high yield.
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、（１）短繊維、ウ
イスカ、粒子、及びこれらの混合物よりなる群より選択
された強化材と、Ni、Fe、Co、Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及
びそれらの何れかを主成分とする合金よりなる群より選
択された特定の金属の微細片とよりなり前記強化材に対
する前記特定の金属の微細片の重量比が150％以上であ
る混合物にて成形体を形成し、前記成形体の少くとも一
部をマトリックス金属としてのAl又はAl合金の溶湯に接
触させて前記特定の金属と前記溶湯中のAlとを反応さ
せ、これにより前記溶湯を実質的に加圧することなく前
記成形体中に浸透させる金属基複合材料の製造方法、又
は（２）短繊維、ウイスカ、粒子、及びこれらの混合物
よりなる群より選択された強化材と、Ni、Cr、Ag、Al、
Zn、Sn、Pb、及びそれらの何れかを主成分とする合金よ
りなる群より選択された特定の金属の微細片とよりなり
前記強化材に対する前記特定の金属の微細片の重量比が
130％以上である混合物にて成形体を形成し、前記成形
体の少くとも一部をマトリックス金属としてのMg又はMg
合金の溶湯に接触させて前記特定の金属と前記溶湯中の
Mgとを反応させ、これにより前記溶湯を実質的に加圧す
ることなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材料の
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 objects include (1) a reinforcing material selected from the group consisting of short fibers, whiskers, particles, and mixtures thereof, Ni, Fe, Co, Cu, Si, Zn, Sn, Ti, and the weight of the fine particles of the specific metal with respect to the reinforcement made of fine particles of the specific metal selected from the group consisting of alloys containing any of them as a main component A molded body is formed with a mixture having a ratio of 150% or more, and at least a part of the molded body is brought into contact with a molten metal of Al or an Al alloy as a matrix metal, and the specific metal and Al in the molten metal. And (2) a method of producing a metal-based composite material in which the molten metal is allowed to permeate into the molded body without being substantially pressurized, or (2) short fibers, whiskers, particles, and a mixture thereof. Selected reinforcements and Ni, Cr, Ag, Al,
Zn, Sn, Pb, and a weight ratio of the fine particles of the specific metal to the reinforcing material consisting of fine particles of the specific metal selected from the group consisting of alloys containing any of them as a main component.
A compact is formed from a mixture that is 130% or more, and at least a part of the compact is Mg or Mg as a matrix metal.
By contacting the molten alloy with the specific metal and
This is achieved by a method for producing a metal-based composite material, which is caused to react with Mg, thereby allowing the molten metal to permeate into the shaped body without substantially pressurizing.
発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、強化材と所定量以上の特定の金
属の微細片とを含む成形体が形成され、その成形体の少
くとも一部がマトリックス金属の溶湯と接触せしめられ
る。上述の如き特定の金属の微細片はアルミニウム合金
等の溶湯に対する濡れ性が良好であるので、マトリック
ス金属の溶湯は特定の金属の微細片づたいに成形体中へ
浸透し、これにより順次強化材と接触して行き、更にマ
トリックス金属の溶湯中のAl又はMgと特定の金属とが反
応することによって発熱し、その熱によって溶湯の流動
性及び強化材の表面活性が高められると共に溶湯の表面
張力が低減され、その結果溶湯の成形体中への浸透性及
び強化材の濡れ性が飛躍的に向上され、これによりマト
リックス金属の溶湯が成形体全体に良好に且非常に迅速
に浸透して行く。EFFECTS AND EFFECTS OF THE INVENTION According to the method of the present invention, a molded body containing a reinforcing material and a specific amount of fine particles of a specific metal or more is formed, and at least a part of the molded body is brought into contact with a molten metal of a matrix metal. Be punished. Since the fine particles of the specific metal as described above have good wettability with the molten metal such as aluminum alloy, the molten metal of the matrix metal penetrates into the compacted body of the fine particles of the specific metal, thereby sequentially contacting the reinforcing material. Then, heat is generated when Al or Mg in the molten metal of the matrix metal reacts with a specific metal, and the heat increases the fluidity of the molten metal and the surface activity of the reinforcing material and reduces the surface tension of the molten metal. As a result, the permeability of the molten metal into the molded body and the wettability of the reinforcing material are dramatically improved, whereby the molten matrix metal penetrates into the entire molded body satisfactorily and very quickly.
従って本発明の方法によれば、マトリックス金属の溶湯
を加圧したり強化材を予熱し或いは成形体を高温度に加
熱しなくても、従ってマトリックス金属の溶湯を加圧し
たり強化材等を加熱するための大掛りな設備を要するこ
となく、個々の強化材の間に溶湯を良好に且非常に迅速
に浸透させることができ、これによりマトリックス金属
が個々の強化材の間に良好に充填された複合材料を従来
の方法に比して遥かに能率よく低廉に製造することがで
きる。Therefore, according to the method of the present invention, it is possible to press the molten metal of the matrix metal or heat the reinforcing material without pressing the molten metal of the matrix metal or preheating the reinforcing material or heating the molded body to a high temperature. The molten metal can be penetrated between the individual reinforcements satisfactorily and very quickly without the need for extensive equipment to ensure that the matrix metal is well-filled between the individual reinforcements. The composite material can be manufactured much more efficiently and cheaply than the conventional method.
また本発明の方法によれば、上述の如くマトリックス金
属の溶湯が良好に且非常に迅速に成形体中へ浸透して行
くので、強化材と所定量以上の微細片とを含む成形体を
所定の形状及び寸法にて形成し、その一部をマトリック
ス金属の溶湯に接触させるだけで、マトリックス金属の
溶湯が成形体全体に過不足なく非常に迅速に浸透し、こ
れにより実質的に所定の形状及び寸法の複合材料が形成
され、従ってマトリックス金属の溶湯を加圧したり所定
の製品形状を郭定するための鋳型を要すると共に、鋳型
内の複合材料以外の部分にて多量のマトリックス金属が
凝固することが避けられない従来の溶融浸透法等に比し
て、非常に高い歩留りにて実質的に所定の形状及び寸法
の良好な複合材料を非常に能率よく低廉に製造すること
ができる。Further, according to the method of the present invention, since the molten metal of the matrix metal penetrates into the compact satisfactorily and very rapidly as described above, the compact containing the reinforcing material and the predetermined amount or more of fine pieces is predetermined. The shape and size of the matrix metal, and a part of it is brought into contact with the molten metal of the matrix metal, the molten metal of the matrix metal penetrates into the entire molded body very quickly without excess or deficiency. And the size of the composite material is formed. Therefore, a mold is required to press the molten metal of the matrix metal and to define a predetermined product shape, and a large amount of the matrix metal is solidified in the part other than the composite material in the mold. In comparison with the conventional melt infiltration method, which is unavoidable, it is possible to manufacture a composite material having a substantially good shape and size with a very high yield, very efficiently and inexpensively.
本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、成形
体中に上述の特定の金属の微細片が含まれていれば、マ
トリックス金属の溶湯の成形体中への浸透性を向上させ
ることができるが、特にマトリックス金属がAl又はAl合
金である場合には、強化材に対する特定の金属の微細片
の重量比が150％以上である場合にマトリックス金属の
溶湯を成形体中へ良好に且非常に迅速に浸透させること
ができる。従って本発明の方法に於ては、マトリックス
金属がAl又はAl合金である場合には、成形体中の特定の
金属の微細片の量は強化材に対する重量比で見て150％
以上に設定される。According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application, if the fine particles of the above-mentioned specific metal are contained in the molded body, the permeability of the molten matrix metal into the molded body is improved. However, especially when the matrix metal is Al or Al alloy, the molten metal of the matrix metal can be satisfactorily introduced into the molded body when the weight ratio of the fine particles of the specific metal to the reinforcing material is 150% or more. And it can penetrate very quickly. Therefore, in the method of the present invention, when the matrix metal is Al or an Al alloy, the amount of fine particles of the specific metal in the compact is 150% by weight relative to the reinforcing material.
The above is set.
また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がAl又はAl合金である場合には、微細
片を構成する特定の金属がNi、Fe、Co、Cu、Si、Zn、S
n、Ti、及びそれらを主成分とする合金の何れかである
場合に、またマトリックス金属がMg又はMg合金である場
合には、微細片を構成する特定の金属がNi、Cr、Ag、A
l、Zn、Sn、Pb、及びそれらを主成分とする合金の何れ
かである場合に、マトリックス金属の溶湯を成形体中へ
良好に且非常に微細に浸透させることができる。従って
本発明の方法に於ては、特定の金属の微細片を構成する
金属マトリックス金属がAl又はAl合金である場合にはN
i、Fe、Co、Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及びそれらを主成分
とする合金よりなる群より選択された金属に選定され、
マトリックス金属がMg又はMg合金である場合にはNi、C
r、Ag、Al、Zn、Sn、Pb、及びそれらを主成分とする合
金よりなる群より選択された金属に選定される。According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
When the matrix metal is Al or Al alloy, the specific metal constituting the fine piece is Ni, Fe, Co, Cu, Si, Zn, S
n, Ti, and any of the alloys containing them as the main component, and when the matrix metal is Mg or Mg alloy, the specific metal constituting the fine pieces is Ni, Cr, Ag, A.
When it is any one of l, Zn, Sn, Pb, and an alloy containing them as a main component, the molten metal of the matrix metal can be satisfactorily and very finely penetrated into the molded body. Therefore, in the method of the present invention, when the metal matrix metal forming the fine pieces of a specific metal is Al or Al alloy, N
i, Fe, Co, Cu, Si, Zn, Sn, Ti, and a metal selected from the group consisting of alloys containing them as the main component,
Ni, C when the matrix metal is Mg or Mg alloy
It is selected as a metal selected from the group consisting of r, Ag, Al, Zn, Sn, Pb, and alloys containing them as a main component.
また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がAl合金である場合に於て、該Al合金
がMg、Zr、Caの少くとも何れかを合計で0.5％以上含有
している場合にマトリックス金属の溶湯をより一層良好
に且迅速に成形体中へ浸透させることができ、特にこの
ことは強化材自体の濡れ性を向上させるべく成形体が予
熱される場合に効果的である。従って本発明の一つの詳
細な特徴によれば、マトリックス金属Mg、Zr、Caの少く
とも何れかを合計で0.5％以上含有するAl合金である。According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
When the matrix metal is an Al alloy, when the Al alloy contains 0.5% or more in total of at least any of Mg, Zr, and Ca, the melt of the matrix metal can be more favorably and quickly. It can be penetrated into the shaped body, which is particularly effective when the shaped body is preheated to improve the wettability of the reinforcement itself. Therefore, according to one detailed characteristic of the present invention, the Al alloy contains at least 0.5% or more of the matrix metals Mg, Zr, and Ca in total.
また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
マトリックス金属がMg又はMg合金である場合には、成形
体中に上述の特定の金属の微細片が含まれていれば、マ
トリックス金属の溶湯の成形体中への浸透性を向上させ
ることができるが、特に成形体中の強化材に対する特定
の金属の微細片の重量比が130％以上の場合にマトリッ
クス金属の溶湯を成形体中に良好に且非常に迅速に浸透
させることができる。従って本発明の方法に於ては、マ
トリックス金属がMg又はMg合金である場合には、成形体
中の特定の金属の微細片の量は強化材に対する重量比で
見て130％以上に設定される。According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
When the matrix metal is Mg or Mg alloy, if the fine particles of the above-mentioned specific metal are contained in the molded body, it is possible to improve the permeability of the molten matrix metal into the molded body. However, especially when the weight ratio of the fine particles of the specific metal to the reinforcing material in the molded body is 130% or more, the molten metal of the matrix metal can be satisfactorily and very quickly penetrated into the molded body. Therefore, in the method of the present invention, when the matrix metal is Mg or Mg alloy, the amount of fine particles of the specific metal in the compact is set to 130% or more in terms of weight ratio to the reinforcing material. It
また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中の強化材及び特定の金属の微細片の合計の体積
率が低過ぎても逆に高過ぎてもマトリックス金属の溶湯
を成形体中に良好に浸透させることが困難になる。従っ
て本発明の他の一つの詳細な特徴によれば、成形体中の
強化材及び特定の金属の微細片の合計の体積率は５〜90
％、好ましくは7.5〜85％に設定される。According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
If the total volume ratio of the reinforcing material and the fine particles of the specific metal in the compact is too low or, conversely, too high, it becomes difficult for the molten metal of the matrix metal to satisfactorily penetrate into the compact. Therefore, according to another detailed feature of the present invention, the total volume fraction of the reinforcing material and the fine particles of the specific metal in the molded body is 5 to 90.
%, Preferably 7.5 to 85%.
また本願発明者等が行った実験的研究の結果によれば、
成形体中に含まれる特定の金属の微細片の体積率が高い
値であってもマトリックス金属の溶湯を成形体中に良好
に浸透させることができるが、特定の金属の微細片の量
が多くなればなる程強化材の体積率が相対的に低下し、
また特定の金属の種類によってはマトリックス金属の組
成が大きく変化することになる。従って本発明の更に他
の一つの詳細な特徴によれば、成形体中の特定の金属の
微細片の体積率は好ましくは85％以下に設定される。According to the results of the experimental research conducted by the inventors of the present application,
Even if the volume fraction of the fine particles of the specific metal contained in the compact is high, the molten metal of the matrix metal can be satisfactorily penetrated into the compact, but the amount of the fine particles of the specific metal is large. The higher the ratio, the lower the volume ratio of the reinforcing material,
Also, the composition of the matrix metal may change greatly depending on the type of the specific metal. Therefore, according to yet another detailed feature of the present invention, the volume percentage of the specific metal fine particles in the molded body is preferably set to 85% or less.
また本発明の更に他の一つの詳細な特徴によれば、成形
体は所定の形状及び寸法を有し、その一部のみがマトリ
ックス金属の溶湯に浸漬される。かかる方法によれば、
マトリックス金属の溶湯を加圧したり所定の製品形状を
郭定するための鋳型等を使用することなく、所定の形状
及び寸法の複合材料を非常に高い歩留りにて非常に能率
よく且低廉に製造することができる。According to still another detailed feature of the present invention, the formed body has a predetermined shape and size, and only a part of the formed body is immersed in the molten metal of the matrix metal. According to this method,
Manufacture composite materials of specified shape and size very efficiently and at low cost without pressing a molten metal of matrix metal or using a mold for defining the specified product shape. be able to.
尚本発明の方法に於ては、成形体の予熱は不要である
が、強化材の濡れ性を向上させるべく成形体を予熱する
場合には、その温度は従来より採用されている温度より
も低い温度であってよく、また低い予熱温度は特定の金
属の微細片が著しく酸化することを回避し得る点でも好
ましい。また本発明に於ける特定の金属の微細片の形態
は短繊維、ウイスカ、粉末の如き任意の形態のものであ
ってよい。In the method of the present invention, preheating of the molded body is not necessary, but when preheating the molded body in order to improve the wettability of the reinforcing material, the temperature is higher than the temperature conventionally used. It may be a low temperature, and a low preheating temperature is also preferable in that it is possible to avoid significant oxidation of fine particles of a particular metal. Further, the form of the specific metal fine particles in the present invention may be any form such as short fiber, whisker, and powder.
以下に添付の図を参照して本発明を実施例について詳細
に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
実施例１ 強化材として平均繊維径３μｍ、平均繊維長1mmのアル
ミナ短繊維（ICI社製「サフィルRG」、95％Al2O3、５％
SiO2）、繊維径0.1〜1.0μｍ、繊維長50〜200μｍの炭
化ケイ素ウイスカ（東海カーボン株式会社製）、平均粒
径10μｍの窒化ケイ素粒子（高純度化学株式会社製）を
用意した。また金属繊維及び金属粉末として下記の表１
に示された繊維及び粉末を用意した。次いで上記強化材
と金属繊維及び上記強化材と金属粉末とを混合し、それ
らの混合物を20×20×40mmの寸法を有する直方体に圧縮
成形した。第１図はかくして形成された成形体10を示す
斜視図であり、図に於て12は強化材を、14は金属繊維を
示している。Example 1 Alumina short fibers having an average fiber diameter of 3 μm and an average fiber length of 1 mm as a reinforcing material (ICI “Safir RG”, 95% Al 2 O 3 , 5%
SiO 2 ), fiber diameter 0.1 to 1.0 μm, fiber length 50 to 200 μm, silicon carbide whiskers (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.), and silicon nitride particles (manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd.) having an average particle size of 10 μm were prepared. In addition, as the metal fiber and the metal powder, the following Table 1
The fibers and powder shown in 1 were prepared. Then, the reinforcing material and the metal fiber and the reinforcing material and the metal powder were mixed, and the mixture thereof was compression molded into a rectangular parallelepiped having dimensions of 20 × 20 × 40 mm. FIG. 1 is a perspective view showing the molded body 10 thus formed, in which 12 is a reinforcing material and 14 is a metal fiber.
この場合強化材と金属繊維又は金属粉末との混合比を変
えることにより、強化材の体積率が５％であり、強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が600％であ
り、全体の体積率が13〜62％である成形体と、強化材
の体積率が15％であり、強化材に対する金属繊維又は金
属粉末の重量比が200％であり、全体としての体積率が2
3〜72％である成形体とを形成した。In this case, by changing the mixing ratio of the reinforcing material and the metal fiber or the metal powder, the volume ratio of the reinforcing material is 5%, the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material is 600%, and the total volume is The molded body having a ratio of 13 to 62%, the volume ratio of the reinforcing material is 15%, the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material is 200%, and the volume ratio as a whole is 2%.
Molded bodies that are 3 to 72% are formed.
次いで金属繊維がZn繊維及びSn繊維である成形体、及び
金属粉末がPb粉末である成形体以外の各成形体を200℃
に予熱し、しかる後第２図に示されている如く、各成形
体10を溶湯容器16内に配置し、該容器内に700℃のアル
ミニウム合金の溶湯18を注湯し、該溶湯を加圧すること
なく凝固させた。この場合アルミニウム合金としてMg含
有量がそれぞれ0.1％、0.3％、0.5％、１％、10％であ
るJIS規格AC1A、JIS規格AC4C、JIS規格AC4D、JIS規格AC
8A、JIS規格AC7B、及びJIS規格AC4Cに0.3％のCa又はZr
が添加されたアルミニウム合金の７種類のアルミニウム
合金を使用した。Next, the molded body in which the metal fiber is Zn fiber and Sn fiber, and each molded body other than the molded body in which the metal powder is Pb powder are heated to 200 ° C.
Then, as shown in FIG. 2, each molded body 10 is placed in a molten metal container 16, a molten aluminum alloy 18 of 700 ° C. is poured into the molten metal container 16, and the molten metal is added. It was solidified without pressure. In this case, as an aluminum alloy, Mg content is 0.1%, 0.3%, 0.5%, 1%, 10% respectively JIS standard AC1A, JIS standard AC4C, JIS standard AC4D, JIS standard AC
8A, JIS standard AC7B, and JIS standard AC4C with 0.3% Ca or Zr
Seven kinds of aluminum alloys with added were used.
次いで上述の如く製造された各凝固体より元の圧縮成形
体の部分に形成された複合材料20を切り出し、第３図に
於て仮想線22にて示されている如く、その中央部を横断
方向に切断し、その切断面を研磨したのち実体観察及び
光学顕微鏡による観察を行うことにより、各複合材料に
ついて複合状態の良否を評価した。Next, the composite material 20 formed in the original compression molded body portion is cut out from each solidified body manufactured as described above, and the central portion is crossed as shown by the phantom line 22 in FIG. Each composite material was evaluated as to whether the composite state was good or bad by observing with a stereoscopic observation and an optical microscope after the cut surface was cut in the same direction and the cut surface was polished.
これらの評価の結果を下記の表２〜表４に示す。尚これ
らの表に於て、◎はマクロ的複合状態及びミクロ的複合
状態が共に良好であることを示しており、○はマクロ的
複合状態が良好であることを示しており、△は部分的な
複合化しか達成されていないことを示しており、×は全
く複合化していないことを示している（後述の表５〜
７、表10、表11に於ても同じ）。The results of these evaluations are shown in Tables 2 to 4 below. In these tables, ⊚ indicates that both the macroscopic composite state and the microscopic composite state are good, ○ indicates that the macroscopic composite state is good, and △ indicates the partial composite state. It has shown that only complex compounding was achieved, and x has shown not compounding at all (Table 5 below).
The same applies to 7, Table 10 and Table 11).
表２〜表４より、強化材の種類や体積率及びアルミニウ
ム合金の組成に拘らず、成形体がNi、Fe、Co、Cr、Mn、
Cu、Ag、Si、Mg、Al、Zn、Sn、Ti、及びこれらを主成分
とする合金よりなる金属繊維又は金属粉末を含む場合に
良好な複合化が達成されるが、特に金属繊維又は金属粉
末はNi、Fe、Co、Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及びそれらを主
成分とする合金よりなるものであることが好ましいこと
が解る。またマトリックス金属としてのアルミニウム合
金が0.5％以上のMg又は合計で0.5％以上のMg、Ca、Zrを
含有している場合に、複合化が一層良好に行われること
が解る。From Tables 2 to 4, regardless of the type and volume ratio of the reinforcing material and the composition of the aluminum alloy, the molded body was Ni, Fe, Co, Cr, Mn,
Cu, Ag, Si, Mg, Al, Zn, Sn, Ti, and good complexing is achieved when containing metal fibers or metal powders made of alloys containing these as the main components, especially metal fibers or metals. It is understood that the powder is preferably made of Ni, Fe, Co, Cu, Si, Zn, Sn, Ti and an alloy containing them as a main component. Further, it is understood that the compounding is more favorably carried out when the aluminum alloy as the matrix metal contains 0.5% or more of Mg, or 0.5% or more in total of Mg, Ca, and Zr.
尚実施例としては示されていないが、金属繊維又は金属
粉末が表１に示された合金以外の合金であって、上述の
好ましい特定の元素を主成分とする合金よりなる場合に
も良好な複合化が行われ、またマトリックス金属が0.5
％以上のCa又はZrを含有している場合にも複合化が一層
良好に行われることが解っている。Although not shown as an example, it is also preferable that the metal fiber or the metal powder is an alloy other than the alloys shown in Table 1 and is composed of an alloy mainly containing the above-mentioned preferable specific element. Composite is performed and the matrix metal is 0.5
It has been found that even when the content of Ca or Zr is not less than%, the compounding is more favorably performed.
比較例１ 上述の実施例１に於て使用されたアルミナ短繊維と同一
のアルミナ短繊維のみよりなり、短繊維の体積率が５
％、15％、30％である成形体、実施例１に於て使用され
た炭化ケイ素ウイスカと同一の炭化ケイ素ウイスカのみ
よりなり、ウイスカの体積率が５％、15％、40％である
成形体、実施例１に於て使用された窒化ケイ素粒子と同
一の窒化ケイ素粒子のみよりなり、粒子の体積率が５
％、15％、50％である成形体を形成し、各成形体につい
て実施例１の場合と同一の要領及び条件にて複合材料の
製造を試みた。しかし何れの成形体の場合にも良好な複
合化は達成されなかった。Comparative Example 1 Only the same alumina short fibers as the alumina short fibers used in Example 1 described above were used, and the short fiber volume ratio was 5
%, 15%, 30% molded body, molded only of silicon carbide whiskers identical to the silicon carbide whiskers used in Example 1, and whisker volume ratios of 5%, 15%, 40% Body, only silicon nitride particles identical to the silicon nitride particles used in Example 1, and having a volume ratio of 5 particles.
%, 15%, and 50% molded bodies were formed, and an attempt was made to manufacture a composite material in the same manner and conditions as in Example 1 for each molded body. However, good compounding was not achieved in any case.
また上述の比較例の各成形体を使用し、高圧鋳造装置を
用いてアルミニウム合金の溶湯を種々の圧力にて加圧し
た点を除き、実施例１の場合と同一の要領及び条件にて
複合材料の製造を試みた。その結果、良好な複合化を達
成するためには、アルミニウム合金の溶湯を少なくとも
500kg/cm2以上の圧力にて加圧することが必要であるこ
とが解った。In addition, a composite was made under the same conditions and conditions as in Example 1 except that each molded body of the above-mentioned comparative example was used and the molten aluminum alloy was pressurized at various pressures using a high pressure casting device. Tried to manufacture the material. As a result, in order to achieve good compositeness, at least the molten aluminum alloy should be used.
It was found that it is necessary to pressurize at a pressure of 500 kg / cm 2 or more.
実施例２ 強化材として平均繊維径３μｍ、平均繊維長1mmのアル
ミナ短繊維（ICI社製「サフィルRF」、96〜97％Al2O3、
３〜４％SiO2）、繊維径0.1〜0.6μｍ、繊維長20〜200
μｍの窒化ケイ素ウイスカ（タテホ化学工業株式会社
製）、平均粒径10μｍの炭化タングステン粒子（高純度
化学株式会社製）を用意した。また金属繊維及び金属粉
末として下記の表１に示された繊維及び粉末を用意し
た。次いで実施例１の場合と同様、上記強化材と金属繊
維及び上記強化材と金属粉末とを混合し、それらの混合
物を20×20×40mmの寸法を有する直方体に圧縮成形し
た。Example 2 Alumina short fiber having an average fiber diameter of 3 μm and an average fiber length of 1 mm as a reinforcing material (ICI “Safir RF”, 96 to 97% Al 2 O 3 ,
3-4% SiO 2 ), fiber diameter 0.1-0.6 μm, fiber length 20-200
μm silicon nitride whiskers (manufactured by Tateho Chemical Industry Co., Ltd.) and tungsten carbide particles having an average particle size of 10 μm (manufactured by Kojundo Chemical Co., Ltd.) were prepared. The fibers and powders shown in Table 1 below were prepared as the metal fibers and metal powders. Then, in the same manner as in Example 1, the reinforcing material and the metal fibers, the reinforcing material and the metal powder were mixed, and the mixture thereof was compression-molded into a rectangular parallelepiped having a size of 20 × 20 × 40 mm.
この場合強化材と金属繊維又は金属粉末との混合比を変
えることにより、強化材の体積率が５％であり、強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が500％であ
り、全体の体積率が12〜53％である成形体と、強化材
の体積率が15％であり、強化材に対する金属繊維又は金
属粉末の重量比が150％であり、全体の体積率が21〜58
％である成形体とを形成した。In this case, by changing the mixing ratio of the reinforcing material and the metal fiber or the metal powder, the volume ratio of the reinforcing material is 5%, the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material is 500%, and the total volume is The molded body having a ratio of 12 to 53%, the volume ratio of the reinforcing material is 15%, the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material is 150%, and the total volume ratio is 21 to 58.
% Molded body.
次いで実施例１の場合と同様、金属繊維がZn繊維及びSn
繊維である成形体を150℃に予熱し、金属粉末がPb粉末
である成形体を100℃に予熱し、他の各成形体を400℃に
予熱し、しかる後各成形体を溶湯容器内に配置し、該容
器内に700℃のマグネシウム合金の溶湯を注湯し、該溶
湯を加圧することなく凝固させた。この場合マグネシウ
ム合金としてJIS規格MC−２、JIS規格MC−７、JIS規格M
C−８の３種類のマグネシウム合金を使用した。Then, as in the case of Example 1, the metal fibers are Zn fibers and Sn.
Preheat the molded body that is a fiber to 150 ° C, preheat the molded body whose metal powder is Pb powder to 100 ° C, preheat each other molded body to 400 ° C, and then place each molded body in the molten metal container. The container was placed, and a molten magnesium alloy at 700 ° C. was poured into the container, and the molten metal was solidified without pressurizing. In this case, as magnesium alloy, JIS standard MC-2, JIS standard MC-7, JIS standard M
Three types of C-8 magnesium alloys were used.
次いで実施例１の場合と同様、上述の如く製造された各
凝固体より元の圧縮成形体の部分に形成された複合材料
を切り出し、その中央部を横断方向に切断し、その切断
面を研磨したのち実体観察及び光学顕微鏡による観察を
行うことにより、各複合材料について複合状態の良否を
評価した。これらの評価の結果を下記の表５〜表７に示
す。Then, as in the case of Example 1, the composite material formed in the original compression-molded body was cut out from each solidified body produced as described above, the central portion was cut in the transverse direction, and the cut surface was ground. Then, the quality of the composite state was evaluated for each composite material by observing the substance and observing with an optical microscope. The results of these evaluations are shown in Tables 5 to 7 below.
表５〜表７より、マトリックス金属がマグネシウム合金
である場合には、強化材の種類や体積率及びマグネシウ
ム合金の組成に拘らず、成形体がNi、Cr、Ag、Al、Zn、
Sn、Pb、及びこれらを主成分とする合金よりなる金属繊
維又は金属粉末を含む場合に良好な複合化が達成される
ことが解る。From Tables 5 to 7, when the matrix metal is a magnesium alloy, regardless of the type and volume ratio of the reinforcing material and the composition of the magnesium alloy, the molded body has Ni, Cr, Ag, Al, Zn,
It can be seen that good compounding is achieved when the metal fibers or the metal powder made of Sn, Pb, and an alloy containing these as the main components are included.
尚実施例としては示されていないが、成形体がNi、Cr、
Ag、Al、Zn、Sn、Pbを主成分とする他の合金又はAlより
なる金属繊維又は金属粉末を含む場合にも良好な複合化
が達成されることが解っている。Although not shown as an example, the molded body is Ni, Cr,
It has been found that good compounding is achieved even when the metal fiber or metal powder made of another alloy or Al containing Ag, Al, Zn, Sn, and Pb as the main components is included.
比較例２ 上述の実施例２に於て使用されたアルミナ短繊維と同一
のアルミナ短繊維のみよりなり、短繊維の体積率が５
％、15％、40％である成形体、実施例２に於て使用され
た窒化ケイ素ウイスカと同一の窒化ケイ素ウイスカのみ
よりなり、ウイスカの体積率が５％、15％、40％である
成形体、実施例２に於て使用された炭化ケイ素粒子と同
一の炭化窒化ケイ素粒子のみよりなり、粒子の体積率が
５％、15％、40％である成形体を形成し、各成形体につ
いて実施例２の場合と同一の要領及び条件にて複合材料
の製造を試みた。しかし何れの成形体の場合にも良好な
複合化は達成されなかった。Comparative Example 2 Only the same alumina short fibers as the alumina short fibers used in Example 2 described above were used, and the volume ratio of the short fibers was 5%.
%, 15%, 40%, a silicon nitride whisker identical to the silicon nitride whisker used in Example 2, and a whisker volume ratio of 5%, 15%, 40% Body, formed of only silicon carbonitride particles that are the same as the silicon carbide particles used in Example 2 and having a volume ratio of particles of 5%, 15%, and 40%. An attempt was made to manufacture a composite material under the same procedure and conditions as in Example 2. However, good compounding was not achieved in any case.
また上述の比較例の各成形体を使用し、高圧鋳造装置を
用いてマグネシウム合金の溶湯を種々の圧力にて加圧し
た点を除き、実施例２の場合と同一の要領及び条件にて
複合材料の製造を試みた。その結果、良好な複合化を達
成するためには、マグネシウム合金の溶湯を少なくとも
500kg/cm2以上の圧力にて加圧することが必要であるこ
とが解った。In addition, a composite was made under the same procedure and conditions as in Example 2 except that each molded body of the above-mentioned comparative example was used and the molten magnesium alloy was pressurized at various pressures using a high pressure casting device. Tried to manufacture the material. As a result, in order to achieve good compositeness, at least the molten magnesium alloy should be used.
It was found that it is necessary to pressurize at a pressure of 500 kg / cm 2 or more.
実施例３ 上述の実施例１及び２に示されている如く、強化材の成
形体に特定の金属繊維又は金属粉末が含まれていること
が好ましいので、かかる金属繊維や金属粉末の量が如何
なる値であることが適切であるかの検討を行った。Example 3 As shown in Examples 1 and 2 above, since it is preferable that the reinforcing material molded body contains a specific metal fiber or metal powder, the amount of the metal fiber or metal powder may be any. We examined whether the value is appropriate.
まず下記の表８及び表９に示された強化材、表10及び表
11に示されたマトリックス金属、金属繊維及び金属粉末
を用意し、これらを用いてそれぞれ実施例１及び２の場
合と同様の要領（成形体に対する予熱なし）にて複合材
料を製造し、各複合材料について実施例１及び２の場合
と同一の要領にて複合状態の良否を評価した。尚金属繊
維及び金属粉末は表１に示されたものと同一であり、強
化材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比は０％、50
％、100％、150％、200％、250％、300％に設定され
た。これらの評価の結果を下記の表10及び表11に示す。First, the reinforcements shown in Tables 8 and 9 below, Table 10 and Tables
The matrix metal, the metal fiber and the metal powder shown in 11 are prepared, and a composite material is manufactured by using the matrix metal, the metal fiber and the metal powder in the same manner as in Examples 1 and 2 (without preheating the molded body). Regarding the materials, the quality of the composite state was evaluated in the same manner as in Examples 1 and 2. The metal fiber and the metal powder are the same as those shown in Table 1, and the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material is 0%, 50%.
%, 100%, 150%, 200%, 250%, 300%. The results of these evaluations are shown in Table 10 and Table 11 below.
表10及び表11より、良好な複合化を達成するためには、
強化材、金属繊維及び金属粉末の種類やマトリックス金
属の組成に拘らず、強化材に対する金属繊維又は金属粉
末の重量比は、マトリックス金属がアルミニウム合金で
ある場合には150％以上、好ましくは200％以上でなけれ
ばならず、マトリックス金属がマグネシウム合金である
場合には130％以上、好ましくは180％以上でなければな
らないことが解る。From Table 10 and Table 11, in order to achieve a good composite,
Regardless of the type of reinforcing material, metal fiber and metal powder or the composition of the matrix metal, the weight ratio of the metal fiber or metal powder to the reinforcing material is 150% or more, preferably 200% when the matrix metal is an aluminum alloy. It should be understood that the above must be satisfied, and when the matrix metal is a magnesium alloy, it must be 130% or more, preferably 180% or more.
実施例４ 上述の実施例１に於て良好な複合化が達成された強化材
と金属繊維又は金属粉末との組合せ（表２〜４に於て複
合化状態が全て◎又は○であり且表４に於て○の数が２
以上である組合せ）よりなり、強化材の体積率及び強化
材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比が実施例１の
及びと同一の混合物にて、第４図に示されている如
く外径40mm、内径30mm、長さ50mmの円筒形の圧縮成形体
24を形成した。尚第４図に於て、26及び28はそれぞれ強
化材及び金属繊維を示している。またマトリックス金属
として実施例１に於て使用されたマトリックス金属と同
一の７種類のアルミニウム合金の溶湯を用意した。Example 4 A combination of a reinforcing material and a metal fiber or a metal powder, which achieved good compounding in Example 1 described above (in Tables 2 to 4, the compounded state is all ◎ or ○ and The number of ○ in 4 is 2
The above mixture), and the volume ratio of the reinforcing material and the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material are the same as those in Example 1 and, and the outer diameter is 40 mm as shown in FIG. , Cylindrical compression molded body with inner diameter of 30 mm and length of 50 mm
24 formed. In FIG. 4, reference numerals 26 and 28 denote a reinforcing material and a metal fiber, respectively. Further, as the matrix metal, the same seven kinds of aluminum alloy melts as the matrix metal used in Example 1 were prepared.
次いで各成形体を実施例１の場合と同一の温度に予熱
し、しかる後第５図に示されている如く、各成形体24の
上端をピンセット状のホールダ30にて保持し、各成形体
の下端を溶湯容器32内に貯容された700℃のアルミニウ
ム合金の溶湯34に接触させた。するとアルミニウム合金
の溶湯が各成形体の下端よりその上端まで３〜10秒の内
に成形体全体に浸透した。溶湯が成形体全体に完全に浸
透した後、第６図に示されている如くその成形体を溶湯
より引き離し、そのままの状態で溶湯を凝固させた。こ
の場合溶湯はそれが凝固するまで表面張力により成形体
に付着した状態を維持し、実質的に成形体より滴り落ち
ることはなかった。Next, each molded body is preheated to the same temperature as in Example 1, and thereafter, as shown in FIG. 5, the upper end of each molded body 24 is held by a tweezers-shaped holder 30, and each molded body is held. The lower end of the aluminum alloy was brought into contact with the molten metal 34 of 700 ° C. aluminum alloy stored in the molten metal container 32. Then, the molten aluminum alloy permeated the entire molded body from the lower end of each molded body to the upper end within 3 to 10 seconds. After the molten metal had completely penetrated into the molded body, the molded body was separated from the molten metal as shown in FIG. 6, and the molten metal was solidified in that state. In this case, the molten metal remained attached to the molded body due to surface tension until it solidified, and substantially did not drip from the molded body.
次いでかくして製造された複合材料製の円筒体の寸法を
測定したところ、外径、内径、長さはそれぞれ39〜41m
m、28〜30mm、48〜50mmであり、各円筒体は元の成形体
と実質的に同一の形状及び寸法を有していることが認め
られた。また各円筒体を切断してその複合状態を調査し
たところ、何れの円筒体に於ても表面までマトリックス
金属としてのアルミニウム合金が過不足なく良好に充填
していることが確認された。Then, when the dimensions of the composite-made cylindrical body manufactured in this way were measured, the outer diameter, the inner diameter, and the length were each 39 to 41 m.
It was found that each cylinder had substantially the same shape and dimensions as the original molded body. Further, when each of the cylinders was cut and the composite state was investigated, it was confirmed that the aluminum alloy as a matrix metal was well filled up to the surface of each of the cylinders.
実施例５ 上述の実施例２に於て良好な複合化が達成された強化材
と金属繊維又は金属粉末との組合せ（表５〜７に於て複
合化状態が全て◎である組合せ）よりなり、強化材の体
積率及び強化材に対する金属繊維又は金属粉末の重量比
が実施例２の及びと同一の混合物にて、外径80mm、
内径70mm、長さ40mmの円筒形の圧縮成形体を形成した。
またマトリックス金属として実施例２に於て使用された
マトリックス金属と同一の３種類のマグネシウム合金の
溶湯を用意した。Example 5 Composed of the combination of the reinforcing material and the metal fiber or the metal powder, which has achieved the good compounding in the above-mentioned Example 2 (combination in which the compounded states are all ⊚ in Tables 5 to 7). A mixture having the same volume ratio of the reinforcing material and the weight ratio of the metal fiber or the metal powder to the reinforcing material as in Example 2 and 80 mm in outer diameter,
A cylindrical compression molded body having an inner diameter of 70 mm and a length of 40 mm was formed.
As the matrix metal, the same three kinds of magnesium alloy melts as the matrix metal used in Example 2 were prepared.
次いで各成形体を実施例２の場合と同一の温度に予熱
し、しかる後実施例４の場合と同一の要領にて、各成形
体の下端を溶湯容器内に貯容された700℃のマグネシウ
ム合金の溶湯に接触させた。するとマグネシウム合金の
溶湯が各成形体の下端よりその上端まで３〜８秒の内に
成形体全体に浸透した。溶湯が成形体全体に完全に浸透
した後その成形体を溶湯より引き離し、そのままの状態
で溶湯を凝固させた。この実施例の場合にも溶湯はそれ
が凝固するまで表面張力により成形体に付着した状態を
維持し、実質的に成形体より滴り落ちることはなかっ
た。Then, each compact was preheated to the same temperature as in Example 2, and thereafter, in the same manner as in Example 4, the lower end of each compact was stored in a molten metal container at 700 ° C. Was contacted with the molten metal. Then, the molten magnesium alloy permeated the entire molded body from the lower end of each molded body to the upper end within 3 to 8 seconds. After the molten metal had completely penetrated into the molded body, the molded body was separated from the molten metal, and the molten metal was solidified as it was. Also in this example, the molten metal remained attached to the molded body by surface tension until it solidified, and substantially did not drip from the molded body.
次いでかくして製造された複合材料製の円筒体の寸法を
測定したところ、外径、内径、長さはそれぞれ79.5〜8
0.5mm、69〜70mm、39〜40mmであり、各円筒体は元の成
形体の寸法と実質的に同一の形状及び寸法を有している
ことが認められた。また各円筒体を切断してその複合状
態を調査したところ、何れの円筒体に於ても表面までマ
トリックス金属としてのマグネシウム合金が過不足なく
良好に充填していることが確認された。Then, the dimensions of the thus-produced composite cylindrical body were measured, and the outer diameter, the inner diameter, and the length were 79.5 to 8 respectively.
0.5 mm, 69 to 70 mm, 39 to 40 mm, and it was found that each cylinder had a shape and dimensions substantially the same as the dimensions of the original molded body. Further, when each cylinder was cut and its composite state was investigated, it was confirmed that the surface of each cylinder was well filled with the magnesium alloy as the matrix metal without excess or deficiency.
以上の説明より、本発明によれば、マトリックス金属の
溶湯を加圧したり成形体を高温度に加熱しなくても個々
の強化材の間に溶湯を良好に且非常に迅速に浸透させる
ことができ、これによりマトリックス金属が個々の強化
材の間に良好に充填された複合材料を従来の方法に比し
て遥かに能率よく低廉に製造することができ、マトリッ
クス金属が大きく組成上の制約を受けることもなく、ま
た鋳型等を用いなくても所定の形状及び寸法の複合材料
製の鋳物を非常に能率良く低廉に高い歩留まりにて製造
することができることが理解されよう。From the above description, according to the present invention, it is possible to satisfactorily and very quickly penetrate the molten metal between the individual reinforcing materials without pressurizing the molten metal of the matrix metal or heating the molded body to a high temperature. This makes it possible to produce a composite material in which the matrix metal is well filled between the individual reinforcing materials, far more efficiently and cheaply than the conventional method, and the matrix metal has a large compositional constraint. It will be appreciated that composite castings of a given shape and size can be produced very efficiently, inexpensively and at high yields without receiving and without the use of molds or the like.
尚上述の実施例１、２、４に於ては、成形体が予熱され
ているが、これらの実施例に於て成形体が予熱されない
場合にも良好な複合化を達成し得ることが確認されてい
る。In the above-mentioned Examples 1, 2 and 4, the molded body was preheated, but it was confirmed in these Examples that good compounding can be achieved even when the molded body is not preheated. Has been done.
以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの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 reference to some 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.
第１図は強化材と金属繊維とよりなる圧縮成形体を示す
斜視図、第２図は第１図に示された圧縮成形体を用いて
本発明の方法に従って複合材料が製造される態様を示す
解図、第３図は第２図に示された方法により製造された
複合材料を示す斜視図、第４図は強化材と金属繊維とよ
りなる円筒形の圧縮成形体を示す斜視図、第５図は圧縮
成形体の下端がアルミニウム合金の溶湯に浸漬された状
態を示す解図、第６図は圧縮成形体がアルミニウム合金
の溶湯より引上げられた状態を示す解図である。 10……圧縮成形体,12……強化材,14……金属繊維,16…
…鋳型,18……アルミニウム合金の溶湯,20……複合材
料,24……圧縮成形体,26……強化材,28……金属繊維,30
……ホールダ,32……溶湯容器,34……アルミニウム合金
の溶湯FIG. 1 is a perspective view showing a compression molded body composed of a reinforcing material and metal fibers, and FIG. 2 shows an embodiment in which a composite material is manufactured according to the method of the present invention using the compression molded body shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a composite material manufactured by the method shown in FIG. 2, FIG. 4 is a perspective view showing a cylindrical compression molded body composed of a reinforcing material and metal fibers, FIG. 5 is a solution showing a state where the lower end of the compression molded body is immersed in the molten aluminum alloy, and FIG. 6 is a solution showing a state where the compression molded body is pulled up from the molten aluminum alloy. 10 …… Compression molded product, 12 …… Reinforcement material, 14 …… Metal fiber, 16…
… Mold, 18 …… Aluminum alloy melt, 20 …… Composite material, 24 …… Compression molding, 26 …… Reinforcement material, 28 …… Metal fiber, 30
...... Holder, 32 ...... Melting vessel, 34 ...... Aluminum alloy molten metal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 隆 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 田中 淳夫 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 梶川 義明 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 額見 哲也 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49−42504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−34148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−46316（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−213649（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Morikawa 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Atsio Tanaka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Corporation (( 72) Inventor Yoshiaki Kajikawa 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Tetsuya Numi, 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Toyota Motor Co., Ltd. (56) References 49-42504 (JP, A) JP-A-58-34148 (JP, A) JP-A-52-46316 (JP, A) JP-A-63-213649 (JP, A)
Claims (2)
合物よりなる群より選択された強化材と、Ni、Fe、Co、
Cu、Si、Zn、Sn、Ti、及びそれらの何れかを主成分とす
る合金よりなる群より選択された特定の金属の微細片と
よりなり前記強化材に対する前記特定の金属の微細片の
重量比が150％以上である混合物にて成形体を形成し、
前記成形体の少くとも一部をマトリックス金属としての
Al又はAl合金の溶湯に接触させて前記特定の金属と前記
溶湯中のAlとを反応させ、これにより前記溶湯を実質的
に加圧することなく前記成形体中に浸透させる金属基複
合材料の製造方法。1. A reinforcing material selected from the group consisting of short fibers, whiskers, particles, and mixtures thereof, Ni, Fe, Co,
Cu, Si, Zn, Sn, Ti, and the weight of the fine particles of the specific metal with respect to the reinforcement made of fine particles of the specific metal selected from the group consisting of alloys containing any of them as a main component Form a molded body with a mixture whose ratio is 150% or more,
At least a part of the molded body as a matrix metal
Manufacture of a metal-based composite material which is brought into contact with a molten metal of Al or an Al alloy to cause the specific metal and Al in the molten metal to react with each other, thereby allowing the molten metal to permeate into the molded body without substantially pressurizing the molten metal. Method.
合物よりなる群より選択された強化材と、Ni、Cr、Ag、
Al、Zn、Sn、Pb、及びそれらの何れかを主成分とする合
金よりなる群より選択された特定の金属の微細片とより
なり前記強化材に対する前記特定の金属の微細片の重量
比が130％以上である混合物にて成形体を形成し、前記
成形体の少くとも一部をマトリックス金属としてのMg又
はMg合金の溶湯に接触させて前記特定の金属と前記溶湯
中のMgとを反応させ、これにより前記溶湯を実質的に加
圧することなく前記成形体中に浸透させる金属基複合材
料の製造方法。2. A reinforcing material selected from the group consisting of short fibers, whiskers, particles, and mixtures thereof, Ni, Cr, Ag,
Al, Zn, Sn, Pb, and the weight ratio of the fine particles of the specific metal to the reinforcing material consisting of fine particles of the specific metal selected from the group consisting of alloys containing any of them as a main component. A molded body is formed from a mixture of 130% or more, and at least a part of the molded body is brought into contact with a molten metal of Mg or Mg alloy as a matrix metal to react the specific metal with Mg in the molten metal. The method for producing a metal-based composite material, wherein the molten metal is allowed to permeate into the molded body without being substantially pressurized.
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