JPH07216480A

JPH07216480A - 繊維強化Ａｌ合金

Info

Publication number: JPH07216480A
Application number: JP673494A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Mori; 伸介森; Makoto Suzuki; 鈴木　　誠
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】ホウ酸アルミニウムウィスカーを強化材とし
たＡｌ合金において、最も好ましいＣｕ含有量をもつ繊
維強化Ａｌ合金を提供する。【構成】本発明はＡｌ合金をマトリックスとした繊維
強化Ａｌ合金において、強化材にホウ酸アルミニウムウ
ィスカーを用い、該ウィスカーの体積率を２５〜３０
％、Ａｌ合金中のＣｕ含有量を４〜１０ｗｔ％としたこ
とを特徴とする繊維強化Ａｌ合金であり、またこれにＭ
ｇ含有量を０．５ｗｔ％とした繊維強化Ａｌ合金であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミックス繊維、特に
ホウ酸アルミニウムで強化したＡｌ合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえばエンジン部品にはＡｌ合金が使
用されているが、エンジンの低燃費，高性能化の要求に
伴ない、軽量化とともに、熱間での機械的性質に優れ、
かつセラミックス繊維で強化した比強度の高い繊維強化
金属（以下、ＦＲＭとする）が用いられている。たとえ
ばピストンヘッド部をＦＲＭ化することにより、その部
分の肉厚を薄くし、またリング溝の耐摩性を向上させて
いる。さらにまた、シリンダーヘッドの燃焼室側をＦＲ
Ｍ化することにより、厳しい燃焼状態に耐えるようにし
ている。なお類似技術として、強化繊維にアルミナ短繊
維を用い、マトリックスのＡｌ合金中のＣｕ，Ｍｇ成分
の含有量を特定の範囲として、最適の機械的性質を得よ
うとする技術などがある（特開昭６１−２７９６４
６）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ＦＲＭのマトリックス
となるＡｌ合金には、一般にＪＩＳ規格による鋳造用又
は展伸用Ａｌ合金が使用されている。ところが、これら
の合金は、強化材にホウ酸アルミニウムウィスカーを用
いた場合、必ずしも最適の組成を有するものとは言えな
い。本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、プリ
フォームにホウ酸アルミニウムウィスカーを用いた場合
に、Ａｌ合金中のＣｕ含有量を特定することによって、
前記問題点を解消した繊維強化Ａｌ合金を提供しようと
するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
はＡｌ合金をマトリックスとした繊維強化Ａｌ合金にお
いて、強化材にホウ酸アルミニウムウィスカーを用い、
該ウィスカーの体積率を２５〜３０％、Ａｌ合金中のＣ
ｕ含有量を４〜１０ｗｔ％とした繊維強化Ａｌ合金とす
ることによって前記課題を解消した。また本発明はＡｌ
合金をマトリックスとした繊維強化Ａｌ合金において強
化材にホウ酸アルミニウムウィスカーを用い、該ウィス
カーの体積率を２５〜３０％、Ａｌ合金中のＣｕ含有量
を６〜７ｗｔ％、Ｍｇ含有量を０．５ｗｔ％以下とした
繊維強化Ａｌ合金とすることによって前記課題を解消し
た。これによって熱処理効果が充分現われ、また，Ａｌ
合金とホウ酸アルミニウムウィスカーとの密着性が向上
する。

【０００５】

【実施例】本発明では強化繊維に、繊維長１０〜３０μ
m ，繊維径０．５〜１．０μm のホウ酸アルミニウムウ
ィスカー（四国化成工業株式会社製「アルボレック
ス」）を用いる。このホウ酸アルミニウムウィスカーを
用いて、外形寸法８０×８０×２５の長方体状のプリフ
ォーム（繊維成形体）を慣用の方法でバインダーを用い
ず成形した。また体積率（Ｖf)が１８％以下では所期の
性能はえられず、３０％以上となるとマトリックスのＡ
ｌ合金量が少なくなり、好ましくないということから、
その体積率を２０％に特定した。マトリックスとするＡ
ｌ合金は、表１に示す種々の組成（試料Ｎ１〜Ｎ６）の
ものを用いた。

【０００６】

【表１】

【０００７】図４は、高圧鋳造法（溶湯鍛造法）によっ
て複合材料を製造する要領を示し、１は金型、２は金型
１の下型、３，４は金型１のサイド型、５は上パンチ、
６は金型１内にセットした前記要領で成形したプリフォ
ーム、７は金型１に注入した溶湯を示す。まず、金型１
内にプリフォーム６をセットし、金型１は予熱し、２５
０℃の温度に設定しておく。次に、前記表１に示した試
料Ｎ１〜Ｎ６のＡｌ合金を溶解し、温度８００〜８５０
℃の溶湯を前記金型１内に注湯し、上パンチ５により、
１０００ kgf／cm²の圧力にて加圧し、この加圧状態を
溶湯７が完全に凝固するまで続けた。このようにしてホ
ウ酸アルミニウムウィスカーを強化繊維とし、Ａｌ合金
をマトリックスとする複合材料を製造した。次に、この
複合材料を温度４６０〜５２０℃にて２〜８時間の溶体
化処理を施し、その後、１５０〜２００℃にて２〜１０
時間の時効処理を施した。これによって鋳造後のプリフ
ォーム部分は体積率２５〜３０％のものとした。この範
囲以下、または以上では目的とする好ましい性質を備え
た複合材料は得られない。以上のように処理したＮ１〜
Ｎ６の複合材料について、その強度，硬度（ロックウエ
ル硬度計による）の測定を行ない、その機械的性質と、
引張試験片の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による破面の
観察をおこなった。

【０００８】(1) 硬度について。前記各材料について熱処理前のものと、熱処理後のもの
について、表２、即ち図１に示すような結果がえられ
た。すなわち、Ｃｕ含有量の増加につれて硬度は熱処理
前，後ともに増加した。また、Ｃｕ含有量が４％未満
（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４）のものでは熱処理の前後に
おいても硬度はほぼ同程度であるが、４％以上（Ｎ５，
Ｎ６）となると、熱処理後の硬度は熱処理前の硬さを上
まわり、熱処理効果が認められた。

【０００９】

【表２】

【００１０】(2) 強度について。ａ）マトリックス材のみの場合。熱処理前と、熱処理
後のものについて、表３即ち図２に示すような結果がえ
られた。熱処理前，後ともにＣｕ含有量が増加するにつ
れて強度も増加した。Ｃｕ含有量が３．１８％（Ｎ
４）、６．３％（Ｎ５）において、熱処理後の強度が熱
処理前の強度を上まわり、熱処理効果のあることが認め
られた。またＣｕ含有量１０．６％（Ｎ６）において熱
処理の前後において強度は同程度であった。

【００１１】

【表３】

【００１２】ｂ）複合材料（ＦＲＭ）について。熱処理前と熱処理後のものについて、表４即ち図３に示
すような結果がえられた。Ｃｕ含有量が０〜３．９８％
の範囲では、熱処理前後の強度は同程度で、Ｃｕ含有量
が６．８％，１０．１％において熱処理後の強度は熱処
理前の強度を上まわり、熱処理効果が認められた。Ｃｕ
含有量の増加に伴いマトリックス材の強度、ＦＲＭ材の
硬さが増加しているのに対し（前記図１，図２参照）、
熱処理前のＦＲＭ材の強度はＣｕ含有量が６．８％で
３．９８％の強度と同程度であり、１０．１％では低下
した。また、熱処理後もＣｕ含有量６．８％で３．９８
％の強度より増加するが、１０．１％で６．８％と同程
度の強度となった。

【００１３】

【表４】

【００１４】以上の結果から、ホウ酸アルミニウムウィ
スカーを強化材としたＡｌ合金において、Ａｌ合金中の
Ｃｕ含有量が６〜７％をピークに４〜１０％の範囲で充
分な複合化による強度，硬度また、熱処理効果が得られ
ることが判明した。また、ＳＥＭによる破面観察におい
ても、Ｃｕ含有量の増加につれてウィスカーのプルアウ
トもみられなくなり、良好な複合化状態が観察された。

【００１５】次に強化材にホウ酸アルミニウムウィスカ
ーを用いたＡｌ合金において、Ｍｇ含有量の影響につい
て検討した。そのため、表５に示す組成（試料Ｍ１〜Ｍ
６）のものについて前記と同じ要領で検討した。

【００１６】

【表５】

【００１７】その結果を図５及び図６に示す。まず強度
については、図５に示すように熱処理前のものでは、Ｍ
３（Ｍｇ含有量１．１７％）の時に最低値を示した。以
後、Ｍｇ含有量の増加につれて向上した。熱処理後のも
のについては、Ｍ２（Ｍｇ含有量０．６６％），Ｍ３
（同１．１７％），Ｍ４（同３．１０％）において最低
値を示した。またＭｇ含有量が６．００％以上で熱処理
による効果が、熱処理をしないものと同程度となった。
したがって少なくとも試験結果からはＭ２（同０．６６
％）以上のＭｇ含有量は、熱処理の効果が期待できな
い。

【００１８】また硬度については、図６に示すように熱
処理前のものについては、Ｍｇ量の増加につれて硬度も
増加した。一方、熱処理後のものでは、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ
４において熱処理前の硬度を下まわった。特にＭ２（Ｍ
ｇ含有量０．６６％），Ｍ３（同１．１７％）において
最低値を示した。

【００１９】次に破面について、検討したところ、熱処
理後のＦＲＭ材について、Ｍｇ含有量がＭ３（同１．１
７％）以上の特に、ウィスカーのプルアウトした痕跡、
５〜１０μm 程度のピンホールが顕著に認められた。以
上の結果から、ホウ酸アルミニウムウィスカーを強化材
としたＡｌ合金において、Ｍ２に示すＭｇ含有量以上と
なると複合化時、熱処理時（溶体化処理）に、Ｍｇとホ
ウ酸アルミニウムウィスカー表面との間に過剰に反応が
生じ、しかも熱処理効果も認められず複合化による十分
な強度，硬度がえられない。即ち図５，図６から、Ｍ２
以下、即ちＭｇ含有量は０．６６％以下、好ましくは最
大でも０．５％とし、できれば無添加の方がよい。

【００２０】最後に、ホウ酸アルミニウムウィスカーを
強化材としたＡｌ合金において、該Ａｌ合金中に含まれ
るＣｕとＭｇとの共存によって前記試料Ｎ１〜Ｎ６及び
試料Ｍ１〜Ｍ２の試験結果に対する影響は認められなか
った。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、Ｃｕ含有量を前記特定
の範囲とすることによって熱処理効果が充分に現われる
ホウ酸アルミニウムウィスカーを強化材としたＡｌ合金
がえられる。また、強化繊維にホウ酸アルミニウムウィ
スカーを用いることにより、この材料が他のセラミック
ス繊維よりも低価格であり、かつこのウィスカー自身も
柔かいため、複合後の加工もし易く、作業上有利であ
る。さらにＭｇ含有量を前記特定の範囲とすることによ
ってマトリックスのＡｌ合金とホウ酸アルミニウムウィ
スカーとの密着性が向上した繊維強化Ａｌ合金がえられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＦＲＭ材についてＣｕ含有量と硬度との関係を
示す図である。

【図２】マトリックス材についてＣｕ含有量と強度との
関係を示す図である。

【図３】ＦＲＭ材についてＣｕ含有量と強度との関係を
示す図である。

【図４】本発明に係る繊維強化Ａｌ合金を製造する要領
を説明する図である。

【図５】ＦＲＭ材についてＭｇ含有量と強度との関係を
示す図である。

【図６】ＦＲＭ材についてＭｇ含有量と硬度との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１金型６プリフォーム７溶湯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ合金をマトリックスとした繊維強化
Ａｌ合金において、強化材にホウ酸アルミニウムウィス
カーを用い、該ウィスカーの体積率を２５〜３０％、Ａ
ｌ合金中のＣｕ含有量を４〜１０ｗｔ％としたことを特
徴とする繊維強化Ａｌ合金。
【請求項２】前記Ａｌ合金中のＣｕ含有量を６〜７ｗ
ｔ％としたことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化
Ａｌ合金。
【請求項３】Ａｌ合金をマトリックスとした繊維強化
Ａｌ合金において強化材にホウ酸アルミニウムウィスカ
ーを用い、該ウィスカーの体積率を２５〜３０％、Ａｌ
合金中のＣｕ含有量を６〜７ｗｔ％、Ｍｇ含有量を０．
５ｗｔ％以下としたことを特徴とする繊維強化Ａｌ合
金。