JPH075928B2 - アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方法 - Google Patents
アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方法Info
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- JPH075928B2 JPH075928B2 JP63136040A JP13604088A JPH075928B2 JP H075928 B2 JPH075928 B2 JP H075928B2 JP 63136040 A JP63136040 A JP 63136040A JP 13604088 A JP13604088 A JP 13604088A JP H075928 B2 JPH075928 B2 JP H075928B2
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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、アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体
の製造方法の、改善された手段の提供に関する。
の製造方法の、改善された手段の提供に関する。
（従来の技術） 軽量金属であるAlまたはAl合金と、軽量で高強度、高弾
性率で耐熱性にもすぐれたSiC,Si3N4,Al2O3（＋SiO2）
などのウイスカ、短繊維、粒子を複合した複合材料は、
高比強度、高比弾性率、高疲労強度で耐熱性にもすぐ
れ、しかも繊維強化プラスチック（FRP）に比しすぐれ
た耐熱性を示す。
性率で耐熱性にもすぐれたSiC,Si3N4,Al2O3（＋SiO2）
などのウイスカ、短繊維、粒子を複合した複合材料は、
高比強度、高比弾性率、高疲労強度で耐熱性にもすぐ
れ、しかも繊維強化プラスチック（FRP）に比しすぐれ
た耐熱性を示す。
このため軽量化、高性能化が強く志向されている宇宙、
航空機、自動車などの輸送機器分野での構造部材や、エ
ンジン部品用素材、更にはOA、精密産業機械等の可動、
駆動部品、スポーツ用品用の素材として注目を集めてい
る。
航空機、自動車などの輸送機器分野での構造部材や、エ
ンジン部品用素材、更にはOA、精密産業機械等の可動、
駆動部品、スポーツ用品用の素材として注目を集めてい
る。
ところで、前記繊維あるいは粒子強化金属複合材料（MM
C）の製法は、粉末冶金法が代表的なものとして各種提
案されており、本出願人もその改善された手段を特願昭
62−173695号として提案したところである。この方法は
強化繊維とマトリックス金属粉末との複合材料にバイン
ダを添加して混練し、同混練材料を粉体に造粒成形し、
同造粒体をプレフォームした成形体を焼結加熱するとと
もに、前記造粒後、遅くとも焼結加熱処理を終る間に脱
バインダ処理を行ない、前記脱バインダ、焼結された成
形体を目的成形品形状に成形加工するものである。
C）の製法は、粉末冶金法が代表的なものとして各種提
案されており、本出願人もその改善された手段を特願昭
62−173695号として提案したところである。この方法は
強化繊維とマトリックス金属粉末との複合材料にバイン
ダを添加して混練し、同混練材料を粉体に造粒成形し、
同造粒体をプレフォームした成形体を焼結加熱するとと
もに、前記造粒後、遅くとも焼結加熱処理を終る間に脱
バインダ処理を行ない、前記脱バインダ、焼結された成
形体を目的成形品形状に成形加工するものである。
（発明が解決しようとする課題） Mg,Li,Znのいずれか１種または２種以上を含むAl合金粉
末と強化材とバインダでなる混合体（造粒体）から脱バ
インダする方法としては、真空中あるいは大気中でバイ
ンダの分解温度以上に加熱するのが一般的である。
末と強化材とバインダでなる混合体（造粒体）から脱バ
インダする方法としては、真空中あるいは大気中でバイ
ンダの分解温度以上に加熱するのが一般的である。
しかしMg,Li,Znのいずれか１種または２種以上を含むAl
合金粉末を真空中で加熱した場合、Mg,Li,ZnはAlよりも
蒸気圧が高く優先的に気化するため、Al合金粉末内部の
Mg,Li,Znの濃度が低下する現象が現われる。この濃度低
下現象は高温ほど著しい。ところでMg,Li,ZnはAl合金粉
末中に析出物を形成させ、かつ強化に寄与する重要な合
金元素である。従ってMg,Li,Znの濃度の低下したAl合金
粉末を用いて複合材料を製造すると、特性、とくに強
度、硬度が低いという問題が生じる。
合金粉末を真空中で加熱した場合、Mg,Li,ZnはAlよりも
蒸気圧が高く優先的に気化するため、Al合金粉末内部の
Mg,Li,Znの濃度が低下する現象が現われる。この濃度低
下現象は高温ほど著しい。ところでMg,Li,ZnはAl合金粉
末中に析出物を形成させ、かつ強化に寄与する重要な合
金元素である。従ってMg,Li,Znの濃度の低下したAl合金
粉末を用いて複合材料を製造すると、特性、とくに強
度、硬度が低いという問題が生じる。
また、前記混合体を大気中で加熱した場合は、前記真空
中で加熱した場合と同様、Mg,Li,Znが優先的に気化する
ことに加、酸化物を形成する傾向も強いため、Al合金粉
末内部のMg,Li,Znの濃度が低下する現象が現われ、前記
真空加熱の場合と同様、複合材料の強度、硬度が低いと
いう問題が生じる。
中で加熱した場合と同様、Mg,Li,Znが優先的に気化する
ことに加、酸化物を形成する傾向も強いため、Al合金粉
末内部のMg,Li,Znの濃度が低下する現象が現われ、前記
真空加熱の場合と同様、複合材料の強度、硬度が低いと
いう問題が生じる。
本発明は、Mg,Li,Znのいずれか１種または２種以上を含
むアルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方
法として、脱バインダ処理前に特定の充填率のもとで圧
粉成形することにより、前記問題点を解決したものであ
る。
むアルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方
法として、脱バインダ処理前に特定の充填率のもとで圧
粉成形することにより、前記問題点を解決したものであ
る。
（課題を解決するための手段） 本発明はMg,Li,Znのいずれか１種または２種以上を含む
Al合金粉末と、ウイスカ、短繊維又は粒子状態の強化材
とバインダからなる混合体（造粒体）を充填率55％以上
に圧粉成形し、その後脱バインダ処理を行なう手段を採
用した。また、前記圧粉成形の温度は室温を含む400℃
以下の温度とした。
Al合金粉末と、ウイスカ、短繊維又は粒子状態の強化材
とバインダからなる混合体（造粒体）を充填率55％以上
に圧粉成形し、その後脱バインダ処理を行なう手段を採
用した。また、前記圧粉成形の温度は室温を含む400℃
以下の温度とした。
（実 施 例） 本発明の混合体は、Mg,Li,Znのいずれか１種または２種
以上を含むAl合金粉末（以下Al合金粉末という）と、ウ
イスカ、短繊維又は粒子状態の強化材とバインダからな
るものである。前記Al合金粉末としては6061Al,7075Al
等を例示できる。また強化材としては、SiC,Si3N4,Al2O
3（＋SiO2）などのウイスカ、短繊維、粒子を例示でき
る。Al合金粉末と強化材の混合比としては、強化材が体
積含有率で５〜40％含有されていればよい。強化材が５
％未満になれば強化の効果が殆んどなく、一方40％を越
えるとMMC材料としての延性、靱性の低下が著しく、更
には塑性加工が困難になり実用的でない。
以上を含むAl合金粉末（以下Al合金粉末という）と、ウ
イスカ、短繊維又は粒子状態の強化材とバインダからな
るものである。前記Al合金粉末としては6061Al,7075Al
等を例示できる。また強化材としては、SiC,Si3N4,Al2O
3（＋SiO2）などのウイスカ、短繊維、粒子を例示でき
る。Al合金粉末と強化材の混合比としては、強化材が体
積含有率で５〜40％含有されていればよい。強化材が５
％未満になれば強化の効果が殆んどなく、一方40％を越
えるとMMC材料としての延性、靱性の低下が著しく、更
には塑性加工が困難になり実用的でない。
本発明で使用するバインダとしては、例えば650℃以下
で分解するのがよく、その１つとして主成分がアクリル
樹脂等の合成樹脂系のものを例示できる。この際、バイ
ンダの混合比はAl合金粉末と強化材の合計100重量部当
り１〜10重量部用いられる。なお上記の各例示は、単な
る実施例に止まり、これに限定されるものではないこと
は勿論である。
で分解するのがよく、その１つとして主成分がアクリル
樹脂等の合成樹脂系のものを例示できる。この際、バイ
ンダの混合比はAl合金粉末と強化材の合計100重量部当
り１〜10重量部用いられる。なお上記の各例示は、単な
る実施例に止まり、これに限定されるものではないこと
は勿論である。
本発明で使用する前記混合体（造粒体）は、Al合金粉末
と強化材とを混合し、これにバインダを添加して混練
し、同混練材料を所定の大きさに造粒成形するという公
知の手段により成形されるが、本出願人が先に特願昭62
−173695号で提案した手段、即ちAl合金粉末と強化材と
がエチルアルコール，イソプロピルアルコール，メチル
アルコール，等の溶媒中で均一に混合された混合体スラ
リーを連続的に脱液して偏平状のケーキを得、該ケーキ
に成形用バインダを添加混練して造粒し、得られたペレ
ットを乾燥してその表層に乾燥固化層を形成するという
方法により得た混合体（造粒体）を使用しても良い。
と強化材とを混合し、これにバインダを添加して混練
し、同混練材料を所定の大きさに造粒成形するという公
知の手段により成形されるが、本出願人が先に特願昭62
−173695号で提案した手段、即ちAl合金粉末と強化材と
がエチルアルコール，イソプロピルアルコール，メチル
アルコール，等の溶媒中で均一に混合された混合体スラ
リーを連続的に脱液して偏平状のケーキを得、該ケーキ
に成形用バインダを添加混練して造粒し、得られたペレ
ットを乾燥してその表層に乾燥固化層を形成するという
方法により得た混合体（造粒体）を使用しても良い。
本発明は、前記の混合体を室温を含む400℃以下の温度
条件下で充填率55％以上に圧粉成形し、その後脱バイン
ダ処理を行なうものであるが、上記充填率を限定したの
は次の理由による。
条件下で充填率55％以上に圧粉成形し、その後脱バイン
ダ処理を行なうものであるが、上記充填率を限定したの
は次の理由による。
第１図はSiCウイスカ（体積率20％）/6061Al合金の混合
粉末を、真空中で加熱した場合の、圧粉していない状態
と圧粉状態（充填率82％）におけるAl合金粒内部のMg濃
度と加熱温度の関係（加熱時間1hr）を示したものであ
る。この図から圧粉状態のもとは加熱温度が上昇しても
Al合金粒内部のMg濃度の低下はみられないが、圧粉して
いない状態のそれは400℃以上の温度ではMg濃度が急速
に低下していることが判る。
粉末を、真空中で加熱した場合の、圧粉していない状態
と圧粉状態（充填率82％）におけるAl合金粒内部のMg濃
度と加熱温度の関係（加熱時間1hr）を示したものであ
る。この図から圧粉状態のもとは加熱温度が上昇しても
Al合金粒内部のMg濃度の低下はみられないが、圧粉して
いない状態のそれは400℃以上の温度ではMg濃度が急速
に低下していることが判る。
図示省略しているが第１図と同一の混合粉末を使用して
充填率を順次小さくした場合の試験結果によれば、充填
率が55％未満の状態の場合に、脱バインダのため真空中
で加熱すると400℃以上の温度ではAl合金粒内部のMg（L
i,Zn）は気化し濃度が低下することが判明した。
充填率を順次小さくした場合の試験結果によれば、充填
率が55％未満の状態の場合に、脱バインダのため真空中
で加熱すると400℃以上の温度ではAl合金粒内部のMg（L
i,Zn）は気化し濃度が低下することが判明した。
従って、分解温度が400℃以下のバインダを用いて、400
℃以下の温度で脱バインダ処理すれば問題ないが、分解
温度が400℃以下のバインダは必ずしも多くない。しか
し脱バインダ処理前に充填率55％以上に圧粉成形してお
くと、その後の脱バインダのための真空中加熱において
400℃以上に加熱してもMg,Li,ZnはAl合金粒の系内から
系外への移動は小さく濃度はほとんど低下しない。
℃以下の温度で脱バインダ処理すれば問題ないが、分解
温度が400℃以下のバインダは必ずしも多くない。しか
し脱バインダ処理前に充填率55％以上に圧粉成形してお
くと、その後の脱バインダのための真空中加熱において
400℃以上に加熱してもMg,Li,ZnはAl合金粒の系内から
系外への移動は小さく濃度はほとんど低下しない。
一方、第２図を参照すると、同図は脱バインダ処理前の
充填率％（室温圧粉時）とプリフォーム成形体の硬さの
関係を示したものであるが、同図から脱バインダ処理す
ると充填率が55％以上では硬さが飛躍的に向上すること
が判明した。
充填率％（室温圧粉時）とプリフォーム成形体の硬さの
関係を示したものであるが、同図から脱バインダ処理す
ると充填率が55％以上では硬さが飛躍的に向上すること
が判明した。
以上の二つの理由により、本発明では充填率を55％以上
と限定したのである。
と限定したのである。
なお、混合体を圧粉成形する場合の温度は、室温でもよ
いが、強化材、とくにウイスカのような繊維の損傷を防
止し、低圧力で充填率を上げるために高温での成形も有
効である。しかし、すでに述べたように成形体を成形す
る前に400℃以上に加熱すると、Al合金粉末中のMg,Li,Z
nの濃度が低下するので成形温度を400℃以下にするのが
好ましい。
いが、強化材、とくにウイスカのような繊維の損傷を防
止し、低圧力で充填率を上げるために高温での成形も有
効である。しかし、すでに述べたように成形体を成形す
る前に400℃以上に加熱すると、Al合金粉末中のMg,Li,Z
nの濃度が低下するので成形温度を400℃以下にするのが
好ましい。
以下、本発明の具体的実施例を、比較例も含めて説明す
る。
る。
＜実施例１＞ SiCウイスカ（体積率20％）と6061Al合金粉末とバイン
ダからなる混合体（造粒体）を作製した。バインダは分
解温度が450℃のアクリル樹脂系である。この混合体を
室温にて圧粉し、充填率25〜80％の成形体を作製した。
なお、圧粉しない状態での充填率は25％である。これら
成形体を真空中で500℃、1hrの脱バインダ処理をした
後、大気中で350℃.6000kgf/cm2.10minの一次成形、更
に550℃.2000kgf/cm2..minの二次成形により固化した。
複合材料の硬さと、室温圧粉時の充填率の関係を第２図
に示す。
ダからなる混合体（造粒体）を作製した。バインダは分
解温度が450℃のアクリル樹脂系である。この混合体を
室温にて圧粉し、充填率25〜80％の成形体を作製した。
なお、圧粉しない状態での充填率は25％である。これら
成形体を真空中で500℃、1hrの脱バインダ処理をした
後、大気中で350℃.6000kgf/cm2.10minの一次成形、更
に550℃.2000kgf/cm2..minの二次成形により固化した。
複合材料の硬さと、室温圧粉時の充填率の関係を第２図
に示す。
＜実施例２＞ SiC粒子（体積率25％）と6061Al合金粉末とバインダか
ら混合体（造粒体）を作製した。バインダは実施例１と
同一である。この混合体を大気中にて各種温度に加熱
し、圧粉し充填率65〜92％の成形体を作製した。これら
成形体を真空中で500℃、1hrの脱バインダ処理をした
後、真空中で550℃.2000kgf/cm2.5minの条件で固化し
た。成形体の硬さと、混合体圧粉時の加熱温度の関係を
第３図に示す。圧粉時の加熱温度が400℃をこえると複
合材料の硬さは低いが、400℃以下では向上することが
判る。
ら混合体（造粒体）を作製した。バインダは実施例１と
同一である。この混合体を大気中にて各種温度に加熱
し、圧粉し充填率65〜92％の成形体を作製した。これら
成形体を真空中で500℃、1hrの脱バインダ処理をした
後、真空中で550℃.2000kgf/cm2.5minの条件で固化し
た。成形体の硬さと、混合体圧粉時の加熱温度の関係を
第３図に示す。圧粉時の加熱温度が400℃をこえると複
合材料の硬さは低いが、400℃以下では向上することが
判る。
＜実施例＞ SiCウイスカ（体積率20％）と7075Al合金粉末とバイン
ダからなる混合体（造粒体）を作製した。バインダは分
解温度420℃のアクリル樹脂系である。この混合体を室
温にて充填率70％に圧粉し、成形体を作製した後、真空
中で450℃、1hrの脱バインダ処理を施した。これを真空
中で350℃.2000kgf/cm2.10minの一次成形、さらに460
℃.2000kgf/cm2.5minの二次成形により固化して得られ
た複合材料の特性を表１に示す。比較のため同様にして
作製した混合体をまず真空中で450℃、1hrの脱バインダ
処理を施し、その後、室温にて充填率70％に圧粉して成
形体を作製し、その後の固化条件は同一にして作製した
材料の特性を合わせて示した。成形材（複合材料）の強
度および硬度は脱バインダ処理前の圧粉成形により著し
く向上することが判る。
ダからなる混合体（造粒体）を作製した。バインダは分
解温度420℃のアクリル樹脂系である。この混合体を室
温にて充填率70％に圧粉し、成形体を作製した後、真空
中で450℃、1hrの脱バインダ処理を施した。これを真空
中で350℃.2000kgf/cm2.10minの一次成形、さらに460
℃.2000kgf/cm2.5minの二次成形により固化して得られ
た複合材料の特性を表１に示す。比較のため同様にして
作製した混合体をまず真空中で450℃、1hrの脱バインダ
処理を施し、その後、室温にて充填率70％に圧粉して成
形体を作製し、その後の固化条件は同一にして作製した
材料の特性を合わせて示した。成形材（複合材料）の強
度および硬度は脱バインダ処理前の圧粉成形により著し
く向上することが判る。
（発明の効果） 本発明は、アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体
を製造するに際し、Mg,Li,Znのいずれか１種または２種
以上を含むAl合金粉末と、ウイスカ、短繊維又は粒子状
態の強化材とバインダからなる混合体を充填率55％以上
に圧粉成形し、その後脱バインダ処理を行なうようにし
たので、脱バインダ処理温度に制限なく、ひいてはバイ
ンダの種類にも制限なく高温で高効率に脱バインダ処理
が可能となり、しかもこのプリフォーム成形体を用いて
成形した複合材料の強度、硬度は著しく向上した。
を製造するに際し、Mg,Li,Znのいずれか１種または２種
以上を含むAl合金粉末と、ウイスカ、短繊維又は粒子状
態の強化材とバインダからなる混合体を充填率55％以上
に圧粉成形し、その後脱バインダ処理を行なうようにし
たので、脱バインダ処理温度に制限なく、ひいてはバイ
ンダの種類にも制限なく高温で高効率に脱バインダ処理
が可能となり、しかもこのプリフォーム成形体を用いて
成形した複合材料の強度、硬度は著しく向上した。
第１図は20％SiCウイスカ/6061Al合金混合粉末真空中で
加熱した場合の混合粉末内部のMg濃度と加熱温度の関係
（加熱時間1hr）を示すグラフ、第２図は20％SiCウイス
カ/6061Al合金造粒材圧粉時（脱バインダ処理前）の充
填率と、複合材の硬さ（T6処理状態）との関係を示すグ
ラフ、第３図は20％SiC粒子/6061Al造粒材圧粉成形時の
加熱温度と、複合材料の硬さ（T6処理状態）との関係を
示すグラフである。
加熱した場合の混合粉末内部のMg濃度と加熱温度の関係
（加熱時間1hr）を示すグラフ、第２図は20％SiCウイス
カ/6061Al合金造粒材圧粉時（脱バインダ処理前）の充
填率と、複合材の硬さ（T6処理状態）との関係を示すグ
ラフ、第３図は20％SiC粒子/6061Al造粒材圧粉成形時の
加熱温度と、複合材料の硬さ（T6処理状態）との関係を
示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】Mg,Li,Znのいずれか１種または２種以上を
含むAl合金粉末と、ウイスカ、短繊維又は粒子状態の強
化材とバインダからなる混合体を充填率55％以上に圧粉
成形し、その後脱バインダ処理を行なうことを特徴とす
るアルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方
法。 - 【請求項２】圧粉成形の温度が400℃以下であることを
特徴とする請求項１記載のアルミ基複合材料成形用プリ
フォーム成形体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63136040A JPH075928B2 (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63136040A JPH075928B2 (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01306506A JPH01306506A (ja) | 1989-12-11 |
| JPH075928B2 true JPH075928B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=15165773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63136040A Expired - Lifetime JPH075928B2 (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH075928B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5435825A (en) * | 1991-08-22 | 1995-07-25 | Toyo Aluminum Kabushiki Kaisha | Aluminum matrix composite powder |
| GB0327002D0 (en) * | 2003-11-20 | 2003-12-24 | Rolls Royce Plc | A method of manufacturing a fibre reinforced metal matrix composite article |
| CN113042728B (zh) * | 2021-03-11 | 2022-06-03 | 北京大学 | Mg-Li合金纳米粉体及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01272730A (ja) * | 1988-04-21 | 1989-10-31 | Hitachi Metals Ltd | ウィスカ強化金属焼結部材の製造法 |
-
1988
- 1988-06-01 JP JP63136040A patent/JPH075928B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01306506A (ja) | 1989-12-11 |
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