JPH0790420A

JPH0790420A - 繊維強化Ａｌ合金

Info

Publication number: JPH0790420A
Application number: JP22879993A
Authority: JP
Inventors: Makoto Suzuki; 鈴木　　誠; Shinsuke Mori; 伸介森
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1993-09-14
Publication date: 1995-04-04

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Ｍｇ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、強化
材にホウ酸アルミニウムウィスカーのプリフォームを用
いた繊維強化Ａｌ合金において、前記Ａｌ合金中の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、特定組成のＡｌ−Ｃｕ−
Ｍｇ合金マトリックスに対して、強化繊維として体積率
を特定したアルミナ短繊維を使用することより、曲げ強
さ等の機械的特性の改善を図ったものがある（特開昭６
１−２７９６４６）。

【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。また、ホウ酸アルミニウムウィスカーとマトリック
スのＡｌ合金中のＭｇ成分が、複合化時、及び熱処理時
に反応を起して密着性を損い、そのため、十分な繊維強
化の効果がえられないという問題点がある。本発明は、
前記事情に鑑みてなされたもので、ホウ酸アルミニウム
ウィスカーのプリフォームを用いた場合に、Ａｌ合金中
のＭｇ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、強化材にホウ酸アルミ
ニウムウィスカーのプリフォームを用いた繊維強化Ａｌ
合金において、前記Ａｌ合金中のＭｇ含有量を０．５ｗ
ｔ％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。。これによってホウ酸アルミニウム
ウィスカーのプリフォームを用いた場合にもマトリック
スのＡｌ合金との密着性が向上し、良質の繊維強化Ａｌ
合金となる。

【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）を慣用の方法で成形した。なおバ
インダーは用いず、体積率Ｖ_f＝１８〜３０％とした。
体積率がこれ以下では所期の性能はえられず、またこれ
以上となるとマトリックスのＡｌ合金量が少なくなり、
好ましくない。マトリックスとするＡｌ合金は、表１に
示す種々の組成（試料Ｍ１〜Ｍ６）のものより、最も好
ましいＭｇ含有量のものを検討のうえ特定した。

【０００６】

【表１】

【０００７】図６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Ｍ１〜Ｍ６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。以上のように処理したＭ１〜
Ｍ６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２に示すような結果がえられた。すなわち、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す
る。一方、熱処理後のものでは、Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４にお
いて熱処理前の硬度を下まわった。特にＭ２（Ｍｇ含有
量０．６６％），Ｍ３（同１．１７％）において最低値
を示した。

【０００９】

【表２】

【００１０】(2) 強度について、ａ）マトリックス材のみの場合、熱処理前のものと、
熱処理後のものについて、表３即ち図３に示すような結
果がえられた。熱処理前のものについてはＭｇ含有量が
０〜６．００％（Ｍ５）までは、Ｍｇ含有量が増加する
につれて強度も増加した。一方、熱処理後のものでは、
Ｍ４（Ｍｇ含有量３．１０％）以上のＭｇ含有量におい
て熱処理効果が認められた。特にＭｇ含有量が６．００
％を越えても効果が認められた。よってマトリックス材
のみの場合にはＭｇ含有量に関係なく熱処理の効果があ
ることが確認できた。

【００１１】

【表３】

【００１２】ｂ）複合材料（ＦＲＭ）について、表４
即ち図１に示すように熱処理前のものでは、Ｍ３（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１．１
７％），Ｍ４（同３．１０％）において最低値を示し
た。またＭｇ含有量が６．００％以上では前述のように
マトリックス材のみの場合には熱処理による効果が認め
られたが（図３参照）、ＦＲＭについては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。

【００１３】

【表４】

【００１４】(3) 破面について、熱処理後のＦＲＭ材
について、Ｍｇ含有量がＭ３（同１．１７％）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１，図２から、Ｍ
２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。

【００１５】次に前記仕様のＡｌ合金において、熱処理
による硬度及び強度のより一層の向上を図るため、前記
Ｍｇ含有量の好ましい範囲付近の材料（試料Ｃ１〜Ｃ
４）について、熱処理効果のえられるＣｕを添加し、そ
の効果的で好ましい含有量について検討した。なお体積
率は同様に１８〜３０％とした。その結果を表５及び図
４，図５に示す。Ｃｕ含有量２．４３〜６．３０ｗｔ％
において、硬度，強度ともに熱処理により一層の向上効
果があることが確認できた。含有量がこの範囲を外れる
とその効果は減少する。特にＣｕとＭｇの含有量の少い
ものにおいて、即ちＣ４よりもＣ１において、熱処理に
よる強度の向上効果が大きいことが確認できた。よって
本発明の前記Ｍｇ含有量を有するＡｌ合金に対し、前記
所定量のＣｕを添加することによってホウ酸アルミニウ
ムウィスカーによって強化した熱処理型のＡｌ合金がえ
られることが確認できた。

【００１６】

【表５】

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、ホウ酸アルミニウムウ
ィスカーとマトリックスとなるＡｌ合金中のＭｇとが適
度に反応し、両者の密着性が向上し良好な繊維強化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ることと、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。さらに上記合金にＣｕを適量添加することによ
って、顕著な熱処理の効果のある繊維強化Ａｌ合金がえ
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＦＲＭ材についてＭｇ含有量と強度との関係を
示す図である。

【図２】ＦＲＭ材についてＭｇ含有量と硬度との関係を
示す図である。

【図３】マトリックス材についてＭｇ含有量と強度との
関係を示す図である。

【図４】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５】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６】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。

【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、強化材に
ホウ酸アルミニウムウィスカーのプリフォームを用いた
繊維強化Ａｌ合金において、前記Ａｌ合金中の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。
【請求項２】前記ホウ酸アルミニウムウィスカーのプ
リフォームの体積率を１８〜３０％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】前記Ａｌ合金に２．０〜６．０ｗｔ％の
Ｃｕを含有せしめたことを特徴とする請求項１に記載の
繊維強化Ａｌ合金。