JPH0784637B2 - β型窒化珪素ウイスカ強化マグネシウム複合材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は繊維強化金属複合材料に関し、詳しくはβ型窒
化珪素ウイスカを強化繊維とし、マグネシウム合金をマ
トリックスとするβ型窒化珪素ウイスカ強化マグネシウ
ム複合材料に関する。

従来の技術 本願発明者はマグネシウム（以下、Mgと記す場合があ
る。）−イットリウム（以下、Ｙと記す。）−サマリウ
ム（以下、Smと記す。）系又は、Mg−Ｙ−Sm−ジルコニ
ウム（以下、Zrと記す。）系の鋳造用マグネシウム合金
を提案した（特開昭61−250144号公報）。この合金は25
0℃以下の温度で優れた機械的性質を有するが、アルミ
ニウム合金等と比較すると熱膨張率が高く、低熱膨張率
が要求される用途には使えない。更に、250℃を超える
温度では強度の低下が著しいという欠点がある。

発明が解決しようとする課題 上記のように、本願発明者は既にMg−Ｙ−Sm系又はMg−
Ｙ−Sm−Zr系の耐熱性に優れた高強度の鋳造用のマグネ
シウム合金を提案した。しかし、この合金には上述のよ
うな問題があるため、従来、繊維強化金属複合材料に使
用されている種々の繊維の中でも特に熱膨張率が低く、
高強度を有し、高温安定性に優れたβ型窒化珪素ウイス
カを使用し、Mg−Ｙ−Sm系又はMg−Ｙ−Sm−Zr系合金の
改良を目的に、更には250℃を超える温度での使用に耐
える低熱膨張率の複合材料の提供を目的に、β型窒化珪
素Mg−Ｙ−Sm系又はMg−Ｙ−Sm−Zr系複合材料を検討し
た。

課題を解決するための手段 上述の目的は、本発明によれば （１）２〜８％のＹおよび２〜７％のSmを含有し、残り
が実質的にMgであるマグネシウム合金95〜70容量％と、
β型窒化珪素ウイスカ５〜30容量％とからなるβ型窒化
珪素ウイスカ強化マグネシウム複合材料、 （２）マグネシウム合金が更に１％以下のZrを含有する
ものである上記（１）に記載の複合材料、によって達成
される。

本発明は、強化繊維として高強度を有し高温安定性に優
れ、多くの無機繊維の中でも熱膨張率が特に低いβ型窒
化珪素ウイスカを使用する。マトリックスとしてＹ含有
量が２〜８％、Sm含有量が２〜７％であり、場合によっ
ては１％以下のZrを含み、残りが実質的にMgであるマグ
ネシウム合金を使用する。そして、β型窒化珪素ウイス
カの繊維体積率を５〜30要領％に設定することにより、
後述する本願発明者が行った実験の結果明らかなよう
に、250℃を超える温度での使用に耐える複合材料を得
ることができる。

Ｙ含有量が２〜８％、Sm含有量が２〜７％で場合によっ
ては１％以下のZrを含み、残りが実質的にMgから成るマ
グネシウム合金は、機械的強度および耐熱性が高い。従
って、この合金はβ型窒化珪素ウイスカによって強化さ
れることにより、それらの特性がより一層向上する。し
かし、Ｙ含有量が２％未満では所望の強度が得られず、
８％を超えても強度は８％の場合と余り変わらず、却っ
て脆くなり、８％を超えたＹの添加はＹが高価であるの
で経済的でない。Sm含有量が２％未満では充分強度が出
ず、７％を超えると脆くなると共に耐熱性が低下し好ま
しくない。また、Mgに対するZrの固溶度は最高が3.8％
であるが、実際には0.6％前後で充分であり、１％以下
で充分に強度向上の効果を発揮する。

Mg−Ｙ−Sm系又はMg−Ｙ−Sm−Zr系合金をマトリックス
とする複合材料は、β型窒化珪素ウイスカの繊維体積率
が５容量％未満の場合には、充分な強度、低い熱膨張率
を確保することができない。また、この繊維体積率が５
〜30容量％の範囲では、複合材料の強度は繊維体積率の
増加と共にほぼ直線的に増加するが、繊維体積率が30容
量％を超えるこ溶湯の浸透に対するβ型窒化珪素ウイス
カ成形体の抵抗がかなり大きくなり、健全な鋳物の鋳造
が困難となる。

なお、本明細書におけるＹ、SmおよびZrはそれぞれ原子
番号39、62および40の元素である。パーセンテージは、
マトリックスあるいは強化繊維を容量％で表示した場合
を除き全て重量％である。また、マグネシウム合金の合
金成分に関する「実質的にMg」とは、マグネシウム合金
中に含まれるＹ、Sm、Zr等の添加元素以外の不可避的に
含有されるカルシウム、亜鉛、珪素、鉄、銅、ニッケル
等の不純物の合計が２％以下で残りがMgであることを意
味する。

以下に、本発明の実施例によって詳細に説明する。

実施例 実施例１〜３、比較例１〜３ マグネシウム合金Mg−３％Ｙ−６％Sm（実施例１）、Mg
−５％Ｙ−４％Sm−0.5％Zr（実施例２）、Mg−７％Ｙ
−３％Sm（実施例３）、Mg−1.5％Ｙ−６％Sm（比較例
１）、Mg−７％Ｙ−1.5％Sm（比較例２）、Mg−９％Ｙ
−８％Sm−0.5％Zr（比較例３）を溶製し、各マグネシ
ウム合金と宇部興産（株）製β型窒化珪素ウイスカ（平
均繊維長10〜50μｍ、平均繊維径0.1〜1.5μｍ、100％
β−Si₃N₄）の成形体を用いて、250トン竪型ダイカスト
マシンによりβ型窒化珪素ウイスカ強化マグネシウム複
合材料を鋳造した。鋳造に使用したマトリックス合金の
合金成分、鋳造条件、竪型ダイカストマシン金型キャビ
ティ部模式図および鋳造したβ型窒化珪素ウイスカ強化
マグネシウム複合材料の模式図を、それぞれ第１表、第
２表、第１図および第２図に示す。

β型窒化珪素ウイスカ成形体は、バインダーを使用しな
いで圧縮成形することにより繊維が実質的に三次元ラン
ダムに配向した円板状のものであって、その寸法は直径
約100mm、厚さ約20mmである。β型窒化珪素ウイスカ成
形体の繊維体積率は約10容量％であった。

また、同じ合金溶湯を用いて、同じ鋳造条件で、β型窒
化珪素ウイスカ成形体を入れない鋳物を鋳造した。

以下に鋳造方向を具体的に述べる。

第１図に示した250トン竪型ダイカストマシンのスリー
ブにマグネシウム合金溶湯を柄杓で入れる。スリー
ブの内部にはマグネシウム合金溶湯の温度低下を防
止するためセラミックペーパーが置かれている。次
に、第１図に示すように置中子をセットし、その上に
β型窒化珪素ウイスカ成形体を載せる。直ちに可動金
型が上から降りてきて閉じられ、キャビティにプラ
ンジャーの押し上げによりマグネシウム合金溶湯が
押し込まれる。型閉時間の45秒が経過した後可動金型
が上方に移動し、第２図に示されたβ型窒化珪素ウイス
カ強化マグネシウム複合材料が取り出される。

β型窒化珪素ウイスカ成形体を入れない鋳物の鋳造方法
は、β型窒化珪素ウイスカ成形体を入れない点が異なる
だけであり、その他はβ型窒化珪素ウイスカ強化マグネ
シウム複合材料の鋳造方法と同じである。

第２図に示した複合材料において、円板状を呈する窒化
珪素ウイスカ成形体が存在する部分から、この成形体の
円形面に平行に試験片を切り出し、JIS規格に準じて300
℃で引張試験、250℃でクリープ破断試験を行った。ま
た、この成形体の入っていないマグネシウム合金につい
ても同様の試験を行った。それらの結果を第３表および
第４表に別々に示す。

第３表および第４表からβ型窒化珪素ウイスカにより強
化した複合材料の機械的性質および耐熱性がかなり向上
していることが分かる。

発明の効果 実施例の欄で説明したように、強化繊維として所定の繊
維体積率のβ型窒化珪素ウイスカを使用し、マトリック
スとしてMg−Ｙ−Sm系又はMg−Ｙ−Sm−Zr系合金を使用
すると、機械的性質が優れ、250℃を超える温度での使
用に耐える複合材料を得ることができる。

この複合材料の用途としては軽量、低熱膨張と耐熱性が
要求されるもの、例えば自動車用エンジン部品、汎用エ
ンジン部品などが考えられる。

【図面の簡単な説明】 第１図は250トン竪型ダイカストマシン金型キャビティ
部模式図、第２図はβ型窒化珪素ウイスカ強化マグネシ
ウム複合材料模式図である。 ……可動金型、……固定金型、 ……プラテン、……プランジャー、 ……スリーブ、……置中子、 ……キャビティ、 ……マグネシウム合金溶湯、 ……β型窒化珪素ウイスカ成形体、 ……セラミックペーパー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２〜８％のイットリウムおよび２〜７％の
   サマリウムを含有し、残りが実質的にマグネシウムであ
   るマグネシウム合金95〜70容量％と、β型窒化珪素ウイ
   スカ５〜30容量％とからなるβ型窒化珪素ウイスカ強化
   マグネシウム複合材料。
2. 【請求項２】マグネシウム合金が更に１％以下のジルコ
   ニウムを含有するものである請求項（１）に記載の複合
   材料。