JPH07102331A - Impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy combined material - Google Patents
Impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy combined materialInfo
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- JPH07102331A JPH07102331A JP27004893A JP27004893A JPH07102331A JP H07102331 A JPH07102331 A JP H07102331A JP 27004893 A JP27004893 A JP 27004893A JP 27004893 A JP27004893 A JP 27004893A JP H07102331 A JPH07102331 A JP H07102331A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、反応硬化可能なアルミ
ニウム合金複合材料にかかり、特にその硬化反応をアル
ミニウム合金の固相域温度での熱処理により制御可能な
不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金複合材料に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reaction-hardenable aluminum alloy composite material, and more particularly to an impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material whose hardening reaction can be controlled by heat treatment of the aluminum alloy at the solid phase temperature. Regarding
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、複合材料には、分散強化材料、
粒子強化材料及び繊維強化材料がありそれぞれの特徴を
有するが、アルミニウム合金をマトリックスとする複合
材料の目的は、アルミニウム合金の強度特性（機械的強
度，高温強度，硬さ，弾性率）を向上させて軽量高強度
耐熱耐摩耗材料を得ることにあった。BACKGROUND OF THE INVENTION In general, composite materials include dispersion strengthening materials,
Although there are particle reinforced materials and fiber reinforced materials and they have their respective characteristics, the purpose of the composite material that uses aluminum alloy as a matrix is to improve the strength characteristics (mechanical strength, high temperature strength, hardness, elastic modulus) of the aluminum alloy. The purpose was to obtain a lightweight, high-strength, heat-resistant and wear-resistant material.
【０００３】近年、こうした複合材料の開発では、でき
るだけ高い強度を有する強化材料を混在させ、わずかの
量で高い強度の複合材料を得ることができるように、非
常に高強度・高硬度なセラミックス繊維やセラミックス
粒子、各種ウイスカーなどを強化材とした複合材料がい
くつか提案されてきているが、いまなお未開拓の分野を
多く残している。In recent years, in the development of such a composite material, a reinforcing material having a strength as high as possible was mixed, and a ceramic fiber having an extremely high strength and a high hardness so that a composite material having a high strength could be obtained in a small amount. Several composite materials have been proposed with reinforced materials such as ceramics, ceramic particles, and various whiskers, but there are still many undeveloped fields.
【０００４】とりわけ金属間化合物複合材料において、
ひとつに遷移金属のアルミナイドとしてチタンのアルミ
ナイドをとりあげ、優れて硬い実用材料およびその強化
法（硬化法）についての要請・期待を満たそうとする試
みがあった。Especially in intermetallic compound composites,
One of them was to take titanium aluminide as the transition metal aluminide and attempt to meet the demands and expectations of excellent and hard practical materials and their strengthening methods (hardening methods).
【０００５】例えば、本出願人（又は発明者）の提案に
よるアルミニウムあるいはアルミニウム合金と二酸化チ
タン（ルチル）を複合・組織調整（熱処理）して反応硬
化させて得た硬質材料がある。（特願平３−８６０８４
号参照）[0005] For example, there is a hard material obtained by a composite / structure adjustment (heat treatment) of aluminum or an aluminum alloy and titanium dioxide (rutile), which is proposed by the present applicant (or the inventor), and then reaction-cured. (Japanese Patent Application No. 3-86084
(See No.)
【０００６】これまでに、アルミニウム合金を強化ある
いは硬化させる方法として溶体化につづく時効硬化処理
がよく知られているが、この方法による一般工業用アル
ミニウム合金（実用合金）では、そのビッカース硬さは
１８０〜２００程度でこれを超えられないという問題が
あり、最近では強化材料とアルミニウム合金を反応させ
て硬質な複合材料を得ようとする種々の開発も多く行わ
れている。Until now, as a method for strengthening or hardening an aluminum alloy, an age hardening treatment following solution treatment is well known. However, the Vickers hardness of a general industrial aluminum alloy (practical alloy) by this method is There is a problem that it cannot be exceeded in the range of 180 to 200, and recently, various developments have been made in many cases to obtain a hard composite material by reacting a reinforcing material with an aluminum alloy.
【０００７】しかし、ここではアルミニウム合金の液相
温度域でその反応を起こさせる場合がほとんどであり、
強化材料としての二酸化チタンとマトリックスとしての
アルミニウム合金を組合せた試みは少なく、さらに不純
物を含有する二酸化チタンとアルミニウムあるいはアル
ミニウム合金との複合材料を固相域温度で熱処理して硬
化させる試みは皆無である。However, in most cases, the reaction is caused in the liquidus temperature range of the aluminum alloy,
There have been few attempts to combine titanium dioxide as a strengthening material with an aluminum alloy as a matrix, and there has been no attempt to heat-treat a composite material of titanium dioxide containing impurities and aluminum or an aluminum alloy at the solid phase temperature to cure it. is there.
【０００８】というのも、本発明の構成において後述す
るように、特定元素を不純物として含有する二酸化チタ
ンとアルミニウム合金を、まず両者が反応しないような
温度条件で複合体を製造しておき、その後にアルミニウ
ム合金の固相域温度範囲の熱処理で反応させ、硬化反応
の進行を制御して硬さ調整したり、さらには不純物を含
有した二酸化チタンの体積率が３１％以上になると複合
材料全体をアルミナ分散アルミニウム−チタン金属間化
合物に変化させてしまうことが可能で、このような材料
設計がなされた（又は可能な）アルミニウム合金複合材
料はこれまでにみられないからである。This is because, as will be described later in the constitution of the present invention, a titanium dioxide containing a specific element as an impurity and an aluminum alloy are first produced into a composite under temperature conditions such that the two do not react with each other, and then the composite is produced. The aluminum alloy is reacted by heat treatment in the solid phase temperature range to control the progress of the hardening reaction to adjust the hardness, and when the volume ratio of titanium dioxide containing impurities becomes 31% or more, the entire composite material is This is because it is possible to change it to an alumina-dispersed aluminum-titanium intermetallic compound, and an aluminum alloy composite material having (or capable of) such a material design has not been found so far.
【０００９】本発明者等は、二酸化チタンとアルミニウ
ム合金の複合複合材料に関する研究に関連した反応解析
で、特定の不純物元素を含まない二酸化チタン（ルチ
ル）とアルミニウムの複合材料はその固相域温度でほと
んど反応が起こらないのに対し、特定の不純物元素のナ
トリウムおよびカリウムを添加した二酸化チタン（ルチ
ル）とアルミニウムの複合材料では、アルミニウムの融
点以下の温度で反応を生じ、二酸化チタンとアルミニウ
ムの反応生成物であるα−アルミナとアルミニウム−チ
タン金属間化合物の生成を認めた。〔土取，他：日本金
属学会講演概要（1993, 第 112回)p.319〕The present inventors have conducted a reaction analysis related to research on a composite composite material of titanium dioxide and an aluminum alloy, and found that the composite material of titanium dioxide (rutile) and aluminum containing no specific impurity element has a solid phase temperature In the composite material of titanium dioxide (rutile) and aluminum to which specific impurity elements sodium and potassium are added, the reaction occurs at a temperature below the melting point of aluminum, and the reaction of titanium dioxide and aluminum occurs. Formation of α-alumina and aluminum-titanium intermetallic compounds, which are products, was observed. [Tottori, et al .: The Japan Institute of Metals Lecture Summary (1993, 112th) p.319]
【００１０】さらにその後、二酸化チタン（ルチル）に
添加する多種類の不純物元素について実験・研究を重ね
た結果、多くの元素のなかで上記ナトリウム、カリウム
の他にアルミニウムの融点以下の温度で反応を生じ、二
酸化チタンとアルミニウムの反応生成物であるα−アル
ミナとアルミニウム−チタン金属間化合物の生成を認め
られる不純物元素をほぼ特定することができた。After that, as a result of repeated experiments and studies on various kinds of impurity elements added to titanium dioxide (rutile), among many elements, in addition to the above-mentioned sodium and potassium, the reaction was carried out at a temperature lower than the melting point of aluminum. It was possible to almost identify the impurity elements that were found to be recognized as the formation of α-alumina and aluminum-titanium intermetallic compounds, which are reaction products of titanium dioxide and aluminum.
【００１１】これらの特定元素は、二酸化チタンにおけ
るチタンイオン（Ti2+) よりもイオン半径が大きい元素
群であり、このことから、チタンイオン（Ti2+) よりも
イオン半径が大きい元素はすべて添加元素（不純物）と
して効果的であると期待される。These specific elements are a group of elements having an ionic radius larger than that of titanium ion (Ti 2+ ) in titanium dioxide. Therefore, all the elements having an ionic radius larger than titanium ion (Ti 2+ ) are present. Expected to be effective as an additive element (impurity).
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような知
見や実験事実に基づいてなされたものであって、上述し
た硬さを中心とする問題点を解消するとともに、不純物
含有二酸化チタンとアルミニウムあるいはアルミニウム
合金の複合化の過程で未反応複合化組織を呈し、不純物
含有二酸化チタンの体積率の調整とマトリックスの固相
域熱処理により硬化反応の進行を制御して、アルミニウ
ム合金の硬化材料からアルミナ分散アルミニウム−チタ
ン金属間化合物複合材料までを材料設計可能な不純物含
有二酸化チタン−アルミニウム合金複合材料を提供する
ことを目的とするものである。The present invention has been made based on such findings and experimental facts, and solves the problems centered on the hardness described above, as well as titanium dioxide containing impurities and aluminum. Alternatively, an unreacted composite structure is exhibited during the composite process of the aluminum alloy, the progress of the curing reaction is controlled by adjusting the volume ratio of the impurity-containing titanium dioxide and the solid-phase heat treatment of the matrix, and the aluminum alloy cured material is converted into alumina. It is an object of the present invention to provide an impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material capable of designing materials including a dispersed aluminum-titanium intermetallic compound composite material.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、二酸化チタン−アルミニウム合金からなる
分散強化型複合材料が、アルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金と特定元素を不純物として含有する二酸化チタ
ンを複合化することにより未反応複合組織を呈し、つい
で固相域温度で熱処理し、主にアルミナとアルミニウム
−チタン金属間化合物を生成して反応硬化するように設
計された不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金複
合材料であって、前記不純物としての特定元素が、酸化
物中でチタンイオン（Ti2+）より大きいイオン半径を有
するものであり、かつ、二酸化チタンに対する重量比が
その酸化物換算で０．０１％以上であることを特徴とす
るものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a dispersion-strengthened composite material comprising a titanium dioxide-aluminum alloy, which comprises aluminum or an aluminum alloy and titanium dioxide containing a specific element as an impurity. Impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite designed to form an unreacted composite structure by heat treatment, followed by heat treatment at a solid-phase temperature to mainly form alumina and an aluminum-titanium intermetallic compound to undergo reaction hardening The material, wherein the specific element as the impurity has an ionic radius larger than titanium ion (Ti 2+ ) in the oxide, and the weight ratio to titanium dioxide is 0.01 in terms of the oxide. % Or more.
【００１４】また、上記不純物含有二酸化チタン−アル
ミニウム合金複合材料は、アルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金に対する不純物含有二酸化チタンの容積比が
３％以上７０％以下の組成を有するものである。The impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material has a composition in which the volume ratio of the impurity-containing titanium dioxide to aluminum or aluminum alloy is 3% or more and 70% or less.
【００１５】また、上記不純物含有二酸化チタン−アル
ミニウム合金複合材料において、二酸化チタンがルチル
結晶系を有した粉末、針状粉末あるいは短繊維とされる
とともに、二酸化チタン中の不純物が、カリウム、ナト
リウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、セシ
ウム、ルビジウム等の群から選択された一又は複数の特
定元素とされる場合がある。つまり、これらの元素は、
酸化物中でチタンイオン（Ti2+）より大きいイオン半径
を有するものである。Further, in the above-mentioned impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material, titanium dioxide is powder having a rutile crystal system, acicular powder or short fibers, and impurities in titanium dioxide are potassium, sodium, It may be one or more specific elements selected from the group of calcium, barium, strontium, cesium, rubidium and the like. So these elements are
It has an ionic radius larger than that of titanium ion (Ti 2+ ) in the oxide.
【００１６】[0016]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面（組織写
真を含む。）を参照して説明する。（以下、実施例の記
載中では物質名を化学式で表示する。）Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings (including photographs of structures). (Hereinafter, substance names are represented by chemical formulas in the examples.)
【００１７】TiO2 (ルチル)の粉末に、それぞれK,Na,Ca,B
a,Sr,Cs,Rb から選択した一又は複数の酸化物、ここで
はNa2OをTiO2(ルチル) に対し、重量比で0.3 ％の微量を添
加し、遊星運動式ボールミルでよく混合する。ついでこ
れを冷間で加圧成形し、この成形体を電気炉で 800〜10
00℃に加熱して、添加した不純物元素をTiO2の結晶粒内
に拡散進入させる処理を施す。同時に、成形体は仮焼結
状態となって成形体の強度がでるようになる。TiO 2 (rutile) powder was added to K, Na, Ca and B, respectively.
One or more oxides selected from a, Sr, Cs, Rb, here Na 2 O is added to TiO 2 (rutile) in a trace amount of 0.3% by weight and mixed well in a planetary ball mill . Then, this was cold pressure-molded, and this molded body was heated in an electric furnace for 800 to 10
A process of heating to 00 ° C. and diffusing the added impurity element into the crystal grains of TiO 2 is performed. At the same time, the molded body is in a pre-sintered state, and the strength of the molded body is increased.
【００１８】次にこれを複合材料のプリフォーム〔 TiO
2(ルチル)の体積率が約40％〕として金型とともに250 ℃以
下で加熱し、700 ℃以下に調整した所定量のAlの溶湯を
注入し、直ちに加圧して複合化をおこなう。この複合化
条件で複合処理した材料は、ほとんど反応することなく
複合化して図１の組織写真にみられるとおり均質な顕微
鏡組織を呈する。Next, the composite material preform [TiO 2
The volume ratio of 2 (rutile) is about 40%] and heated with a mold at 250 ° C. or lower, and a predetermined amount of molten aluminum adjusted to 700 ° C. or lower is injected, and immediately pressurized to form a composite. The material subjected to the composite treatment under this composite condition is composited with almost no reaction and exhibits a uniform microscopic structure as seen in the micrograph of FIG.
【００１９】つづいて600 ℃で５時間熱処理を施し反応
硬化させる。この顕微鏡組織写真を図２に示す。この材
料及び熱処理条件では、反応によってマトリックスは最
初のAlからAl/Ti 金属間化合物（２）に変化し、α−Al
2O3 （１）が均一に分散した組織を得ることができる。
このように一万倍という高倍率にもかかわらず均質な組
織を示している。ただし、この組織の大きさは使用する
TiO2の大きさにも依存する。Subsequently, a heat treatment is carried out at 600 ° C. for 5 hours to carry out reaction curing. This microstructure photograph is shown in FIG. With this material and heat treatment conditions, the matrix changes from the initial Al to Al / Ti intermetallic compound (2) due to the reaction, and α-Al
A structure in which 2 O 3 (1) is uniformly dispersed can be obtained.
In this way, it shows a uniform structure despite the high magnification of 10,000 times. However, the size of this tissue is used
It also depends on the size of TiO 2 .
【００２０】次に、図１（写真）にみられる未反応な複
合材料について、添加される不純物元素を変更した各々
の場合の示差熱分析（ＤＴＡ）の結果を図３〜図10に示
す。Next, with respect to the unreacted composite material shown in FIG. 1 (photograph), the results of differential thermal analysis (DTA) in each case where the impurity element added is changed are shown in FIGS.
【００２１】ここで、各ＤＴＡ曲線が示す複合材料は、
図３が不純物をほとんど含まない TiO2(ルチル)−Al複合材
料、図４がNaをその酸化物(Na2O)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料、図５がK をその酸化物( K2O)とし
て 0.3％含む TiO2(ルチル)−Al複合材料、図６がCaをその
酸化物( CaO)として 0.3％含む TiO2(ルチル)−Al複合材
料、図７がRbをその酸化物(Rb2O)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料、図８がSrをその酸化物( SrO)とし
て 0.3％含む TiO2(ルチル)−Al複合材料、図９がCsをその
酸化物(Cs2O)として 0.3％含む TiO2(ルチル)−Al複合材料
及び図10がBaをその酸化物( BaO)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料である。Here, the composite material indicated by each DTA curve is
Figure 3 shows TiO 2 (rutile) -Al composite material containing almost no impurities, and Figure 4 contains 0.3% Na as its oxide (Na 2 O).
2 (rutile) -Al composite material, Fig. 5 contains 0.3% of K as its oxide (K 2 O), TiO 2 (rutile) -Al composite material, and Fig. 6 shows 0.3% of Ca as its oxide (CaO). TiO 2 (rutile) -Al composite material containing TiO 2 containing 0.3% of Rb as its oxide (Rb 2 O).
2 (rutile) -Al composite material, FIG. 8 contains 0.3% of Sr as its oxide (SrO) TiO 2 (rutile) -Al composite material, and FIG. 9 contains 0.3% of Cs as its oxide (Cs 2 O). TiO 2 (rutile) -Al composite material containing and TiO containing 0.3% Ba as its oxide (BaO).
2 (rutile) -Al composite material.
【００２２】上記した各図のピーク付近（ΔＴが急変す
る低温側）に注目すると、図３は不純物を添加していな
い TiO2(ルチル)の場合であり、これによるとAlの融点より
高い温度で発熱反応を示すが、各不純物を添加した TiO
2(ルチル)場合（図４〜図10）では、Alの融点より低い温度
でも発熱反応があらわれるようになることがみてとれ
る。Focusing on the vicinity of the peaks in each of the above-mentioned figures (on the low temperature side where ΔT suddenly changes), FIG. 3 shows the case of TiO 2 (rutile) to which no impurities are added. Shows an exothermic reaction, but TiO
In the case of 2 (rutile) (FIGS. 4 to 10), it can be seen that an exothermic reaction appears even at a temperature lower than the melting point of Al.
【００２３】また、特定の不純物元素のうちNaを添加し
た TiO2(ルチル)−Al複合材料が熱処理によって反応し、硬
化してゆく例を図11に示す。ここでは、Naをその酸化物
(Na2O)比で 0.2重量％含有するTiO2 (ルチル)粉末とAlとの
複合材料〔TiO2 (ルチル)の体積率がAlに対し約40％〕を 5
00〜600 ℃の温度範囲で熱処理した場合の時間に対する
硬化の度合い〔ビッカース硬さ:Hv(500)〕を示してい
る。さらに、この材料を600 ℃で処理前、400 秒、１時
間及び42時間熱処理したときの複合材料のＸ線回折によ
る分析結果を図12に示す。FIG. 11 shows an example in which a TiO 2 (rutile) -Al composite material to which Na is added among the specific impurity elements reacts and is hardened by heat treatment. Where Na is its oxide
A composite material of TiO 2 (rutile) powder containing 0.2 wt% (Na 2 O) and Al (the volume ratio of TiO 2 (rutile) is about 40% with respect to Al) is used.
It shows the degree of hardening [Vickers hardness: Hv (500)] with respect to time when heat-treated in the temperature range of 00 to 600 ° C. Furthermore, FIG. 12 shows the analysis results by X-ray diffraction of the composite material when this material was heat-treated at 600 ° C. for 400 seconds, 1 hour and 42 hours.
【００２４】この材料ではAl融点前の 600℃付近から緩
やかな発熱反応が認められ（図４）、例えばこの温度
（ 600℃) に熱処理するとビッカース硬さは処理前（複
合時）のHv≒220 から１時間熱処理後のHv≒450 、24時
間熱処理後のHv≒720 、42時間熱処理後のHv≒750 へ熱
処理時間とともに増大する（図11）。そして、この間反
応生成物であるα−Al2O3 とAl/Ti 金属間化合物（主に
Al3Ti ）が明瞭にあらわれ徐々にその量を増してゆき、
最終的にそれらが反応生成物にすべて変わってしまう。
すなわち、図12に示すとおり熱処理前はAlとTiO2の回折
ピークしかみられないが、熱処理時間が長くなるにした
がいα−Al2O3 と Al3Tiの回折ピークが高くなっている
のが認められる。In this material, a mild exothermic reaction was observed around 600 ° C. before the Al melting point (FIG. 4). For example, when heat treatment was performed at this temperature (600 ° C.), the Vickers hardness was Hv≈220 before the treatment (composite). From Hv to 450 after 1-hour heat treatment, Hv to 720 after 24-hour heat treatment, and Hv to 750 after 42-hour heat treatment (Fig. 11). During this period, α-Al 2 O 3 which is a reaction product and Al / Ti intermetallic compound (mainly
Al 3 Ti) appears clearly and gradually increases its amount,
Eventually they are all transformed into reaction products.
That is, as shown in FIG. 12, only the diffraction peaks of Al and TiO 2 are observed before the heat treatment, but the diffraction peaks of α-Al 2 O 3 and Al 3 Ti increase with the heat treatment time. Is recognized.
【００２５】このときの反応生成物は高純度 TiO2(ルチル)
−Al複合材料の融点付近であらわれる反応生成物と同じ
であり、ゆえに上記不純物の反応に及ぼす効果は、反応
開始温度を固相域温度、すなわち低温側にシフトさせる
ものであるといえる。The reaction product at this time is high-purity TiO 2 (rutile)
It is the same as the reaction product that appears in the vicinity of the melting point of the -Al composite material. Therefore, it can be said that the effect of the above impurities on the reaction is to shift the reaction initiation temperature to the solid phase region temperature, that is, the low temperature side.
【００２６】また、Naをその酸化物(Na2O)比で 0.2重量
％含有する TiO2(ルチル)粉末とAl鋳造用合金のＡＣ４Ｃ
（ＪＩＳ規格）との複合材料〔 TiO2(ルチル)の体積率がＡ
Ｃ４Ｃ材に対し約40％〕は、複合時点の硬さがビッカー
ス硬さでHv≒240 なのに対し、これを 540℃で１時間熱
処理するとHv≒400 になり、さらに 540℃で30時間熱処
理するとHv≒600 程度に硬化する。TiO 2 (rutile) powder containing 0.2% by weight of Na in its oxide (Na 2 O) ratio and AC4C of Al casting alloy.
(JIS standard) composite material [TiO 2 (rutile) has a volume ratio of A
About 40% of C4C material], the hardness at the time of compounding is Hv ≈ 240 in Vickers hardness, but when this is heat-treated at 540 ° C for 1 hour, it becomes Hv ≈ 400, and when it is further heat-treated at 540 ° C for 30 hours, Hv ≈ 400. Hardens to about 600.
【００２７】この場合、ＡＣ４Ｃが Si[6.5 〜7.5 ％]
とMg[0.25 〜0.45％] を含んでいるので、これらとTiと
の化合物を生成し、上述の図11の場合と比べ熱処理時間
に対する硬さの変化は多少異なってくる。In this case, AC4C is Si [6.5-7.5%]
And Mg [0.25 to 0.45%] are included, a compound of these and Ti is produced, and the change in hardness with respect to the heat treatment time is slightly different from that in the case of FIG. 11 described above.
【００２８】なお、Al合金がSi,Mg,Cu等の合金元素を含
む場合は、反応生成物としてα−Al2O3 と Al/Ti金属間
化合物に加えてこれら合金元素とTiを含む化合物が多元
的に生成する場合がある。When the Al alloy contains alloying elements such as Si, Mg, Cu, etc., in addition to α-Al 2 O 3 and Al / Ti intermetallic compound as a reaction product, a compound containing these alloying elements and Ti May be multidimensionally generated.
【００２９】このように、本発明は純AlにとどまらずAl
合金についても TiO2(ルチル)との間で所望の複合材料が得
られ、材料設計の範囲は広い。すなわち、 TiO2(ルチル)の
体積率と熱処理条件により反応の進行度（反応生成物
量）を制御し、材料設計上アルミニウム合金の硬化材料
からアルミナ分散アルミニウム−チタン金属間化合物複
合材料までを包摂する複合材料といえるものである。As described above, the present invention is not limited to pure Al but to Al.
With regard to the alloy, a desired composite material can be obtained with TiO 2 (rutile), and the range of material design is wide. That is, the progress of the reaction (the amount of reaction product) is controlled by the volume ratio of TiO 2 (rutile) and the heat treatment conditions, and from the material design, the hardening material of the aluminum alloy to the alumina-dispersed aluminum-titanium intermetallic compound composite material is included. It is a composite material.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明は以上の構成よりなるものであ
り、ここに開示した不純物含有二酸化チタンを調製して
アルミニウムあるいはアルミニウム合金と複合化するこ
とにより、未反応複合材料を中間生成するとともに、つ
づく熱処理（反応硬化処理) をアルミニウム合金（マト
リックス）の固相域温度で、すなわち固相反応として、
硬化反応の進行を制御可能とするので、材料設計が容易
であり、かつ、優れて硬質・高強度で軽量な耐熱耐摩耗
材料が得られる。EFFECTS OF THE INVENTION The present invention has the above constitution. By preparing the impurity-containing titanium dioxide disclosed herein and complexing it with aluminum or an aluminum alloy, an unreacted composite material is intermediately produced, and Subsequent heat treatment (reaction hardening treatment) at the solid phase temperature of the aluminum alloy (matrix), that is, as a solid phase reaction,
Since the progress of the curing reaction can be controlled, it is possible to obtain a heat-resistant and wear-resistant material that is easy to design and has excellent hardness, high strength, and light weight.
【００３１】このように硬化反応の進行度（反応生成物
量）を制御することにより、この種の材料について、ア
ルミニウム合金の硬化材料からアルミナ分散アルミニウ
ム−チタン金属間化合物複合材料までを包摂する多様な
物性の材料を提供できるので、産業上極めて高い価値を
有するものである。By controlling the degree of progress of the curing reaction (the amount of reaction product) in this manner, various materials including a curing material of an aluminum alloy to an alumina-dispersed aluminum-titanium intermetallic compound composite material are included in this kind of material. Since it can provide materials with physical properties, it has extremely high value in industry.
【図１】本発明の一実施例におけるNaをその酸化物(Na2
O)として 0.3％含む TiO2(ルチル)−Al複合材料組織の電子
顕微鏡写真である。FIG. 1 is a diagram showing an example of Na in the oxide (Na 2
3 is an electron micrograph of a TiO 2 (rutile) -Al composite material structure containing 0.3% as O).
【図２】同材料を熱処理して硬化させたものの電子顕微
鏡写真である。FIG. 2 is an electron micrograph of the same material that is heat-treated and cured.
【図３】不純物をほとんど含まない TiO2(ルチル)−Al複合
材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a DTA curve of a TiO 2 (rutile) -Al composite material containing almost no impurities.
【図４】Naをその酸化物(Na2O)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 4 TiO containing 0.3% of Na as its oxide (Na 2 O).
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図５】K をその酸化物( K2O)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 5: TiO containing 0.3% of K as its oxide (K 2 O)
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図６】Caをその酸化物( CaO)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 6 TiO containing 0.3% of Ca as its oxide (CaO)
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図７】Rbをその酸化物(Rb2O)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 7: TiO containing 0.3% of Rb as its oxide (Rb 2 O)
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図８】Srをその酸化物( SrO)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 8: TiO containing 0.3% of Sr as its oxide (SrO)
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図９】Csをその酸化物(Cs2O)として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。FIG. 9: TiO containing 0.3% of Cs as its oxide (Cs 2 O)
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図10】Baをその酸化物(BaO) として 0.3％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料のＤＴＡ曲線を示す説明図である。[Fig. 10] TiO containing 0.3% of Ba as its oxide (BaO)
It is explanatory drawing which shows the DTA curve of 2 (rutile) -Al composite material.
【図11】Naをその酸化物(Na2O)として 0.2％含む TiO
2(ルチル)−Al複合材料を熱処理したときの熱処理時間に対
する硬化曲線を示す説明図である。Fig. 11 TiO containing 0.2% of Na as its oxide (Na 2 O)
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a hardening curve with respect to a heat treatment time when a 2 (rutile) -Al composite material is heat-treated.
【図12】同材料を 600℃で熱処理したときの各熱処理時
間での複合材料のＸ線回折による分析結果を示す説明図
である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing an analysis result by X-ray diffraction of the composite material at each heat treatment time when the same material is heat-treated at 600 ° C.
１ α−Al2O3 （粒子） ２ Al／Ti金属間化合物（マトリックス）1 α-Al 2 O 3 (particles) 2 Al / Ti intermetallic compound (matrix)
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成５年１２月１３日[Submission date] December 13, 1993
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項１[Name of item to be corrected] Claim 1
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１３[Correction target item name] 0013
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、二酸化チタン−アルミニウム合金からなる
分散強化型複合材料が、アルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金と特定元素を不純物として含有する二酸化チタ
ンを複合化することにより未反応複合組織を呈し、つい
で固相域温度で熱処理し、主にアルミナとアルミニウム
−チタン金属間化合物を生成して反応硬化するように設
計された不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金複
合材料であって、前記不純物としての特定元素が、酸化
物中でチタンイオン（Ti2+）より大きいイオン半径を有
するものであり、かつ、二酸化チタンに対する重量比が
その酸化物換算で０．００１％以上であることを特徴と
するものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a dispersion-strengthened composite material comprising a titanium dioxide-aluminum alloy, which comprises aluminum or an aluminum alloy and titanium dioxide containing a specific element as an impurity. Impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite designed to form an unreacted composite structure by heat treatment, followed by heat treatment at a solid-phase temperature to mainly form alumina and an aluminum-titanium intermetallic compound to undergo reaction hardening The material is a material in which the specific element as the impurity has an ionic radius larger than titanium ion (Ti 2+ ) in the oxide, and the weight ratio to titanium dioxide is 0.001 in terms of the oxide. % Or more.
Claims (3)
る分散強化型複合材料が、アルミニウムあるいはアルミ
ニウム合金と特定元素を不純物として含有する二酸化チ
タンを複合化することにより未反応複合組織を呈し、つ
いで固相域温度で熱処理し、主にアルミナとアルミニウ
ム−チタン金属間化合物を生成して反応硬化するように
設計された不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金
複合材料であって、前記不純物としての特定元素が、酸
化物中でチタンイオン（Ti2+）より大きいイオン半径を
有するものであり、かつ、二酸化チタンに対する重量比
がその酸化物換算で０．０１％以上であることを特徴と
する不純物含有二酸化チタン−アルミニウム合金複合材
料。1. A dispersion-strengthened composite material comprising a titanium dioxide-aluminum alloy exhibits an unreacted composite structure by compositing aluminum or aluminum alloy and titanium dioxide containing a specific element as an impurity, and then exhibits a solid phase region. An impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material, which is designed to be heat-treated at a temperature to produce alumina and an aluminum-titanium intermetallic compound and to be reactively hardened, wherein the specific element as the impurity is an oxide. Impurity-containing titanium dioxide-aluminum having an ionic radius larger than that of titanium ion (Ti 2+ ) and having a weight ratio to titanium dioxide of 0.01% or more in terms of oxide. Alloy composite material.
に対する不純物含有二酸化チタンの容積比が３％以上７
０％以下の組成を有してなる請求項１記載の不純物含有
二酸化チタン−アルミニウム合金複合材料。2. The volume ratio of titanium dioxide containing impurities to aluminum or aluminum alloy is 3% or more 7
The impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material according to claim 1, which has a composition of 0% or less.
た粉末、針状粉末あるいは短繊維であり、上記二酸化チ
タン中の不純物が、カリウム、ナトリウム、カルシウ
ム、バリウム、ストロンチウム、セシウム、ルビジウム
等の群から選択された一又は複数の特定元素である請求
項１又は２記載の不純物含有二酸化チタン−アルミニウ
ム合金複合材料。3. The titanium dioxide is powder having a rutile crystal system, acicular powder or short fibers, and impurities in the titanium dioxide are a group of potassium, sodium, calcium, barium, strontium, cesium, rubidium and the like. The impurity-containing titanium dioxide-aluminum alloy composite material according to claim 1 or 2, which is one or more specific elements selected from the above.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014121384A1 (en) * | 2013-02-11 | 2014-08-14 | National Research Counsil Of Canada | Metal matrix composite and method of forming |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02133535A (en) * | 1988-11-11 | 1990-05-22 | Kubota Ltd | Fiber-reinforced metal composite |
| JPH02175827A (en) * | 1988-12-27 | 1990-07-09 | Hideharu Fukunaga | High hardness composite member and its manufacture |
| JPH02294444A (en) * | 1989-05-09 | 1990-12-05 | Toyota Motor Corp | Crystalline titania whisker reinforced light metal composite |
-
1993
- 1993-09-30 JP JP5270048A patent/JP2992669B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
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| US20150376745A1 (en) * | 2013-02-11 | 2015-12-31 | National Research Council Of Canada | Metal matrix composite and method of forming |
| US9945012B2 (en) | 2013-02-11 | 2018-04-17 | National Research Council Of Canada | Metal matrix composite and method of forming |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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