JPH1143729A - 高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法 - Google Patents
高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法Info
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- JPH1143729A JPH1143729A JP21244597A JP21244597A JPH1143729A JP H1143729 A JPH1143729 A JP H1143729A JP 21244597 A JP21244597 A JP 21244597A JP 21244597 A JP21244597 A JP 21244597A JP H1143729 A JPH1143729 A JP H1143729A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 強度特性、とくに高温強度に優れたアルミニ
ウム複合材料の製造方法を提供する。 【解決手段】 ＡｌまたはＡｌ合金中にＴｉ化合物粒子
を分散させた複合材料の製造方法において、Ａｌまたは
Ａｌ合金溶湯を、Ｔｉ粉末およびＴｉと化合物を形成す
る元素粉末の混合粉末を混入させた不活性ガスにより噴
霧化し、噴霧化された溶湯の液滴を該混合粉末とともに
半凝固状態で堆積させることにより、半凝固状態の溶湯
中で平均粒径１μｍ以下のＴｉ化合物を反応生成させ、
該Ｔｉ化合物の粒子がマトリックス中に分散したＡｌま
たはＡｌ合金の複合材料を得る。
ウム複合材料の製造方法を提供する。 【解決手段】 ＡｌまたはＡｌ合金中にＴｉ化合物粒子
を分散させた複合材料の製造方法において、Ａｌまたは
Ａｌ合金溶湯を、Ｔｉ粉末およびＴｉと化合物を形成す
る元素粉末の混合粉末を混入させた不活性ガスにより噴
霧化し、噴霧化された溶湯の液滴を該混合粉末とともに
半凝固状態で堆積させることにより、半凝固状態の溶湯
中で平均粒径１μｍ以下のＴｉ化合物を反応生成させ、
該Ｔｉ化合物の粒子がマトリックス中に分散したＡｌま
たはＡｌ合金の複合材料を得る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温強度に優れた
アルミニウム複合材料の製造方法、詳しくは、マトリッ
クス中に微細なＴｉ化合物粒子を分散させたアルミニウ
ム複合材料の製造方法に関する。
アルミニウム複合材料の製造方法、詳しくは、マトリッ
クス中に微細なＴｉ化合物粒子を分散させたアルミニウ
ム複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用部材などに要求される耐熱性を
満足させるアルミニウム合金の製造方法として粉末冶金
法（ＰＭ法）が知られている。ＰＭ法は、急冷凝固技術
と粉末の固化成形技術を組合わせたものであり、ガスア
トマイズ法により得られた急冷凝固アルミニウム粉末を
所定の粒径に分級したのち、冷間等方性プレス法（ＣＩ
Ｐ）により冷間圧縮し、得られた圧粉体をアルミニウム
缶に封入して脱ガス処理を施し、ついでホットプレスに
より緻密化したのち、アルミニウム缶を外削除去して熱
間押出加工を行うという工程によりＰＭ材を製造してい
る。ＰＭ法によれば、粉末中にＴｉ化合物その他の固体
粒子を混合することにより複合ＰＭ材を得ることも可能
である。
満足させるアルミニウム合金の製造方法として粉末冶金
法（ＰＭ法）が知られている。ＰＭ法は、急冷凝固技術
と粉末の固化成形技術を組合わせたものであり、ガスア
トマイズ法により得られた急冷凝固アルミニウム粉末を
所定の粒径に分級したのち、冷間等方性プレス法（ＣＩ
Ｐ）により冷間圧縮し、得られた圧粉体をアルミニウム
缶に封入して脱ガス処理を施し、ついでホットプレスに
より緻密化したのち、アルミニウム缶を外削除去して熱
間押出加工を行うという工程によりＰＭ材を製造してい
る。ＰＭ法によれば、粉末中にＴｉ化合物その他の固体
粒子を混合することにより複合ＰＭ材を得ることも可能
である。
【０００３】上記の工程を経て製造されるアルミニウム
またはアルミニウム合金のＰＭ材は、合金成分間で形成
される金属間化合物の分散強化および／または固体粒子
の分散強化により高い高温強度を有するとともに、種々
の優れた性能を達成することができるが、製造工程が長
く、また、急冷凝固アルミニウム粉末の表面に生成して
いる酸化皮膜を破壊するために、押出などの手段により
強い塑性加工を施さなければならないという難点があ
る。更に、混合する固体粒子は、高強度を得るために微
細であることが必要であるが、微細になるほど凝集性を
帯びるため均一混合状態を得ることは容易ではない。
またはアルミニウム合金のＰＭ材は、合金成分間で形成
される金属間化合物の分散強化および／または固体粒子
の分散強化により高い高温強度を有するとともに、種々
の優れた性能を達成することができるが、製造工程が長
く、また、急冷凝固アルミニウム粉末の表面に生成して
いる酸化皮膜を破壊するために、押出などの手段により
強い塑性加工を施さなければならないという難点があ
る。更に、混合する固体粒子は、高強度を得るために微
細であることが必要であるが、微細になるほど凝集性を
帯びるため均一混合状態を得ることは容易ではない。
【０００４】この難点をなくして、急冷凝固アルミニウ
ム材を製造する別の手段としてスプレーフォーミング法
（ＳＦ法）が開発されている。（例えば特開昭62-1849
号公報他) ＳＦ法は、アルミニウム又はアルミニウム合
金の溶湯を不活性ガスで噴霧化し、噴霧化された溶湯の
液滴を半凝固状態でコレクタ上に堆積させ、直接急冷バ
ルクを得るものであり、面倒な固化工程が簡略化でき、
また、アルミニウムの表面酸化皮膜の問題がないため、
強い塑性加工を行わなくても高強度が得られるという利
点があり、大寸法の構造材を得るのに有利である。しか
しながら、ＳＦ法においては、堆積以降の凝固速度が遅
いため、同材質のアルミニウム合金を製造した場合、強
度特性がＰＭ法に比べ劣るという問題点がある。
ム材を製造する別の手段としてスプレーフォーミング法
（ＳＦ法）が開発されている。（例えば特開昭62-1849
号公報他) ＳＦ法は、アルミニウム又はアルミニウム合
金の溶湯を不活性ガスで噴霧化し、噴霧化された溶湯の
液滴を半凝固状態でコレクタ上に堆積させ、直接急冷バ
ルクを得るものであり、面倒な固化工程が簡略化でき、
また、アルミニウムの表面酸化皮膜の問題がないため、
強い塑性加工を行わなくても高強度が得られるという利
点があり、大寸法の構造材を得るのに有利である。しか
しながら、ＳＦ法においては、堆積以降の凝固速度が遅
いため、同材質のアルミニウム合金を製造した場合、強
度特性がＰＭ法に比べ劣るという問題点がある。
【０００５】発明者らは、ＳＦ法を利用したＴｉ化合物
分散アルミニウムまたはアルミニウム合金材の製造研究
過程において、スプレーフォーミングに際し、溶湯を噴
霧化するための不活性ガス中にＴｉ化合物を形成する元
素粉末を混入して、アルミニウムまたはアルミニウム合
金の溶湯流に吹き付け、スプレーした場合に、堆積、凝
固の過程において、Ｔｉ化合物の生成反応が進行し、微
細なＴｉ化合物が形成され、強度向上に機能することを
知見した。
分散アルミニウムまたはアルミニウム合金材の製造研究
過程において、スプレーフォーミングに際し、溶湯を噴
霧化するための不活性ガス中にＴｉ化合物を形成する元
素粉末を混入して、アルミニウムまたはアルミニウム合
金の溶湯流に吹き付け、スプレーした場合に、堆積、凝
固の過程において、Ｔｉ化合物の生成反応が進行し、微
細なＴｉ化合物が形成され、強度向上に機能することを
知見した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の知見
をベースとして、さらに実験、検討を重ねた結果として
なされてものであり、その目的は、スプレーフォミング
技術に基づいて、ＰＭ材に劣らない強度特性、とくに高
温強度に優れたアルミニウム合金複合材を製造する方法
を提供することにある。
をベースとして、さらに実験、検討を重ねた結果として
なされてものであり、その目的は、スプレーフォミング
技術に基づいて、ＰＭ材に劣らない強度特性、とくに高
温強度に優れたアルミニウム合金複合材を製造する方法
を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による高温強度に優れたアルミニウム複合材
の製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金中
にＴｉ化合物粒子を分散させた複合材料の製造方法にお
いて、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を、
Ｔｉ粉末およびＴｉと化合物を形成する元素粉末の混合
粉末を混入させた不活性ガスにより噴霧化し、噴霧化さ
れた溶湯の液滴を該混合粉末とともに半凝固状態で堆積
させることにより、半凝固状態の溶湯中で平均粒径１μ
ｍ以下のＴｉ化合物を反応生成させ、該Ｔｉ化合物がマ
トリックス中に分散したアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金の複合材料を得ることを第１の特徴とする。
めの本発明による高温強度に優れたアルミニウム複合材
の製造方法は、アルミニウムまたはアルミニウム合金中
にＴｉ化合物粒子を分散させた複合材料の製造方法にお
いて、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を、
Ｔｉ粉末およびＴｉと化合物を形成する元素粉末の混合
粉末を混入させた不活性ガスにより噴霧化し、噴霧化さ
れた溶湯の液滴を該混合粉末とともに半凝固状態で堆積
させることにより、半凝固状態の溶湯中で平均粒径１μ
ｍ以下のＴｉ化合物を反応生成させ、該Ｔｉ化合物がマ
トリックス中に分散したアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金の複合材料を得ることを第１の特徴とする。
【０００８】また、Ｔｉ化合物がＴｉＣであり、混合粉
末がＴｉ粉末および黒鉛粉末からなること、および混合
粉末中のＴｉ量と黒鉛量の原子比を２≧Ｔｉ／Ｃ≧１と
することを第２および第３の特徴とし、Ｔｉ化合物がＴ
ｉＢ2 であり、混合粉末がＴｉ粉末およびＢ粉末からな
ること、および混合粉末中のＴｉ量とＢ量との原子比を
２≧（２×Ｔｉ）／Ｂ≧１とすることを第４および第５
の特徴とする。
末がＴｉ粉末および黒鉛粉末からなること、および混合
粉末中のＴｉ量と黒鉛量の原子比を２≧Ｔｉ／Ｃ≧１と
することを第２および第３の特徴とし、Ｔｉ化合物がＴ
ｉＢ2 であり、混合粉末がＴｉ粉末およびＢ粉末からな
ること、および混合粉末中のＴｉ量とＢ量との原子比を
２≧（２×Ｔｉ）／Ｂ≧１とすることを第４および第５
の特徴とする。
【０００９】さらに、アルミニウム合金が、Ｆｅ：４〜
１０％（重量％、以下同じ）を含有し、さらにＶ、Ｍ
ｏ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を合
計量で０．２〜５％含有し、残部アルミニウムおよび不
純物からなることを本発明の第６の特徴とする。
１０％（重量％、以下同じ）を含有し、さらにＶ、Ｍ
ｏ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を合
計量で０．２〜５％含有し、残部アルミニウムおよび不
純物からなることを本発明の第６の特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のアルミニウム複合材の製
造は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、ア
ルミニウムという）の溶湯を不活性ガスによって噴霧化
し、噴霧化により生成した液滴が固液共存状態にある間
に堆積させるスプレーフォーミング法において、溶湯流
に吹き付ける不活性ガス中に、Ｔｉ粉末およびＴｉ粉末
とともにＴｉ化合物を形成する元素粉末、好ましくは黒
鉛（Ｃ）粉末、Ｂ粉末を混入させ、これらの粉末をアル
ミニウムの液滴とともに堆積させることによりプリフォ
ームを製造する。
造は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、ア
ルミニウムという）の溶湯を不活性ガスによって噴霧化
し、噴霧化により生成した液滴が固液共存状態にある間
に堆積させるスプレーフォーミング法において、溶湯流
に吹き付ける不活性ガス中に、Ｔｉ粉末およびＴｉ粉末
とともにＴｉ化合物を形成する元素粉末、好ましくは黒
鉛（Ｃ）粉末、Ｂ粉末を混入させ、これらの粉末をアル
ミニウムの液滴とともに堆積させることによりプリフォ
ームを製造する。
【００１１】堆積したプリフォームは、通常、０．１〜
５％のポアを含んでいるため、ポアを消滅させ、製品と
しての形状を付与する目的で、鍛造加工、押出加工など
を行う。この場合は、ＰＭ法のように強い塑性加工は必
要でなく、鍛練比で２程度の加工を行えばよく、この加
工によって実用に適する十分な強度特性を得ることがで
きる。
５％のポアを含んでいるため、ポアを消滅させ、製品と
しての形状を付与する目的で、鍛造加工、押出加工など
を行う。この場合は、ＰＭ法のように強い塑性加工は必
要でなく、鍛練比で２程度の加工を行えばよく、この加
工によって実用に適する十分な強度特性を得ることがで
きる。
【００１２】不活性ガスとともに噴射された粉末の一部
は、噴射されたアルミニウムの液滴と衝突することによ
り、堆積前にも液滴中に取り込まれる。使用されるＴｉ
粉末、Ｃ粉末、Ｂ粉末などの粉末の好ましい平均粒径
は、５〜２００μｍの範囲であり、微細なほどＴｉ化合
物の生成反応が起り易く、未反応物を残さないが、微細
なほど凝集し易く、アルミニウムのマトリックス中に均
一に分散させることが困難となる。
は、噴射されたアルミニウムの液滴と衝突することによ
り、堆積前にも液滴中に取り込まれる。使用されるＴｉ
粉末、Ｃ粉末、Ｂ粉末などの粉末の好ましい平均粒径
は、５〜２００μｍの範囲であり、微細なほどＴｉ化合
物の生成反応が起り易く、未反応物を残さないが、微細
なほど凝集し易く、アルミニウムのマトリックス中に均
一に分散させることが困難となる。
【００１３】アルミニウムの液滴の堆積前および堆積後
に取り込まれた粉末は、堆積前後のアルミニウム中、お
よび堆積、凝固して高温状態にあるアルミニウム中で、
Ｔｉ＋Ｃ→ＴｉＣ、Ｔｉ＋２Ｂ→ＴｉＢ2 などの反応に
より平均粒径が１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下
の微細なＴｉ化合物粒子として、アルミニウムのマトリ
ックス中に均一に分散する。生成したＴｉ化合物粒子の
表面にはガスの吸着や酸化物の形成がないから、アルミ
ニウムとの密着性に優れ、アルミニウムの強度を向上さ
せるよう作用する。
に取り込まれた粉末は、堆積前後のアルミニウム中、お
よび堆積、凝固して高温状態にあるアルミニウム中で、
Ｔｉ＋Ｃ→ＴｉＣ、Ｔｉ＋２Ｂ→ＴｉＢ2 などの反応に
より平均粒径が１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下
の微細なＴｉ化合物粒子として、アルミニウムのマトリ
ックス中に均一に分散する。生成したＴｉ化合物粒子の
表面にはガスの吸着や酸化物の形成がないから、アルミ
ニウムとの密着性に優れ、アルミニウムの強度を向上さ
せるよう作用する。
【００１４】Ｔｉ化合物がＴｉＣで、噴射する混合粉末
がＴｉ粉末および黒鉛粉末からなる場合には、混合粉末
中のＴｉ量と黒鉛量の原子比を２≧Ｔｉ／Ｃ≧１とする
のが好ましく、Ｔｉ化合物がＴｉＢ2 で、噴射する混合
粉末がＴｉ粉末およびＢ粉末からなる場合には、混合粉
末中のＴｉ量とＢ量との原子比を２≧（２×Ｔｉ）／Ｂ
≧１とするのが好ましい。
がＴｉ粉末および黒鉛粉末からなる場合には、混合粉末
中のＴｉ量と黒鉛量の原子比を２≧Ｔｉ／Ｃ≧１とする
のが好ましく、Ｔｉ化合物がＴｉＢ2 で、噴射する混合
粉末がＴｉ粉末およびＢ粉末からなる場合には、混合粉
末中のＴｉ量とＢ量との原子比を２≧（２×Ｔｉ）／Ｂ
≧１とするのが好ましい。
【００１５】原子比が１未満では、未反応のＣあるいは
Ｂがマトリックス中に分散して強度を低下する。原子比
が２を越えると、過剰なＴｉが粗大なＡｌ−Ｔｉ系の金
属間化合物を形成し、アルミニウムの押出性、鍛造性な
どの加工性、および靭性を低下させ易い。さらに好まし
い原子比の範囲は、１．５≧Ｔｉ／Ｃ≧１．１および
１．５≧（２×Ｔｉ）／Ｂ≧１．１である。
Ｂがマトリックス中に分散して強度を低下する。原子比
が２を越えると、過剰なＴｉが粗大なＡｌ−Ｔｉ系の金
属間化合物を形成し、アルミニウムの押出性、鍛造性な
どの加工性、および靭性を低下させ易い。さらに好まし
い原子比の範囲は、１．５≧Ｔｉ／Ｃ≧１．１および
１．５≧（２×Ｔｉ）／Ｂ≧１．１である。
【００１６】なお、ＳＦ法によるアルミニウム複合材の
製造において、不活性ガス中に平均粒径が１μｍ以下の
ＴｉＣ粉末またはＴｉＢ2 粉末を混入して、アルミニウ
ムの溶湯流に吹き付けた場合には、これらの粉末が凝集
して均一な分散が得られなかった。また、アルミニウム
の粉末と、Ｔｉ粉末とＣ粉末あるいはＴｉ粉末とＢ粉末
とを混合し、固化したのち、アルミニウムの溶融温度域
まで加熱した場合には、ＴｉＣ化合物粒子あるいはＴｉ
Ｂ2 化合物粒子は生成されたが、急冷凝固により形成さ
れた金属間化合物が粗大化し、所期の特性を得ることが
できない。
製造において、不活性ガス中に平均粒径が１μｍ以下の
ＴｉＣ粉末またはＴｉＢ2 粉末を混入して、アルミニウ
ムの溶湯流に吹き付けた場合には、これらの粉末が凝集
して均一な分散が得られなかった。また、アルミニウム
の粉末と、Ｔｉ粉末とＣ粉末あるいはＴｉ粉末とＢ粉末
とを混合し、固化したのち、アルミニウムの溶融温度域
まで加熱した場合には、ＴｉＣ化合物粒子あるいはＴｉ
Ｂ2 化合物粒子は生成されたが、急冷凝固により形成さ
れた金属間化合物が粗大化し、所期の特性を得ることが
できない。
【００１７】本発明によるアルミニウム複合材の製造方
法は、Ｆｅ：４〜１０％を含有し、さらにＶ、Ｍｏ、Ｚ
ｒ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を合計量で
０．２〜５％含有し、残部アルミニウムおよび不純物か
らなるアルミニウム合金に適用した場合に効果的であ
る。
法は、Ｆｅ：４〜１０％を含有し、さらにＶ、Ｍｏ、Ｚ
ｒ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を合計量で
０．２〜５％含有し、残部アルミニウムおよび不純物か
らなるアルミニウム合金に適用した場合に効果的であ
る。
【００１８】上記アルミニウム合金において、Ｆｅは微
細なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を形成し高温強度を高め
る。Ｆｅの好ましい含有量は４〜１０％の範囲であり、
４％未満ではその効果が十分でなく、１０％を越えると
効果が飽和し、押出性、鍛造加工性が低下する。
細なＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物を形成し高温強度を高め
る。Ｆｅの好ましい含有量は４〜１０％の範囲であり、
４％未満ではその効果が十分でなく、１０％を越えると
効果が飽和し、押出性、鍛造加工性が低下する。
【００１９】Ｖ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｔｉは、これらの
一部はＡｌ−Ｖ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａｌ−Ｚｒ、Ａｌ−Ｍ
ｎ、Ａｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を形成し、一部はＡｌ
−Ｆｅ系化合物のＦｅと置換した金属間化合物として分
散して、高温強度を向上させるために機能する。また、
Ｔｉの一部は溶融状態で噴射されたＢ粉末と反応して、
ＴｉＢ2 粒子の合成反応を促進する。上記元素の合計含
有量は０．５〜５％の範囲が好ましく、０．５％未満で
はその効果が小さく、５％を越えると効果が飽和する。
また、アルミニウム合金の融点が高くなり、溶解が困難
となる。さらに、押出性、鍛造加工性が低下する。
一部はＡｌ−Ｖ、Ａｌ−Ｍｏ、Ａｌ−Ｚｒ、Ａｌ−Ｍ
ｎ、Ａｌ−Ｔｉ系の金属間化合物を形成し、一部はＡｌ
−Ｆｅ系化合物のＦｅと置換した金属間化合物として分
散して、高温強度を向上させるために機能する。また、
Ｔｉの一部は溶融状態で噴射されたＢ粉末と反応して、
ＴｉＢ2 粒子の合成反応を促進する。上記元素の合計含
有量は０．５〜５％の範囲が好ましく、０．５％未満で
はその効果が小さく、５％を越えると効果が飽和する。
また、アルミニウム合金の融点が高くなり、溶解が困難
となる。さらに、押出性、鍛造加工性が低下する。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。 実施例１ 平均粒径７０μｍのＴｉ粉末および平均粒径１２μｍの
黒鉛粉末を、重量比で５：１（原子比：１．２５：１）
に混合した混合粉末を作製した。Ｆｅ：８％、Ｖ：１
％、Ｔｉ：０．５％を含有し、残部Ａｌおよび不純物か
らなるアルミニウム合金を９８０℃で溶解し、溶解坩堝
の底に穿設した直径５ｍｍの孔から出湯して、上記アル
ミニウム合金の溶湯流を上記混合粉末を混入させた窒素
ガスでアトマイズし、半凝固状態でコレクタ上に堆積さ
せ、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍのプリフォームを
作製した。
明する。 実施例１ 平均粒径７０μｍのＴｉ粉末および平均粒径１２μｍの
黒鉛粉末を、重量比で５：１（原子比：１．２５：１）
に混合した混合粉末を作製した。Ｆｅ：８％、Ｖ：１
％、Ｔｉ：０．５％を含有し、残部Ａｌおよび不純物か
らなるアルミニウム合金を９８０℃で溶解し、溶解坩堝
の底に穿設した直径５ｍｍの孔から出湯して、上記アル
ミニウム合金の溶湯流を上記混合粉末を混入させた窒素
ガスでアトマイズし、半凝固状態でコレクタ上に堆積さ
せ、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍのプリフォームを
作製した。
【００２１】この場合、アルミニウム合金の出湯流量は
７ｋｇ／分、混合粉末の噴射流量は１ｋｇ／分とした。
アルミニウム合金と混合粉末は、噴射流量比に略等しい
比率のままコレクタ上に堆積するので、１／（７＋１）
×１００重量％の混合粉末を含むプリフォームが作製で
きることとなるが、堆積過程でＴｉ＋Ｃ→ＴｉＣの生成
反応が起こるため、実際には１０％のＴｉＣを含有する
アルミニウム合金のプリフォームが作製された。
７ｋｇ／分、混合粉末の噴射流量は１ｋｇ／分とした。
アルミニウム合金と混合粉末は、噴射流量比に略等しい
比率のままコレクタ上に堆積するので、１／（７＋１）
×１００重量％の混合粉末を含むプリフォームが作製で
きることとなるが、堆積過程でＴｉ＋Ｃ→ＴｉＣの生成
反応が起こるため、実際には１０％のＴｉＣを含有する
アルミニウム合金のプリフォームが作製された。
【００２２】ついで、得られたプリフォームを、直径１
５５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに旋削し、４５０℃の温度で
押出加工を行って直径５０ｍｍの棒材を作製した。押出
棒材について、ミクロ組織を観察したところ、マトリッ
クス中の金属間化合物の平均粒径は２．０μｍであっ
た。未反応の黒鉛が微量観察されたが、観察視野の面積
率で約０．２％程度であり、ほとんどの黒鉛はＴｉＣと
なっているものと認められた。
５５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに旋削し、４５０℃の温度で
押出加工を行って直径５０ｍｍの棒材を作製した。押出
棒材について、ミクロ組織を観察したところ、マトリッ
クス中の金属間化合物の平均粒径は２．０μｍであっ
た。未反応の黒鉛が微量観察されたが、観察視野の面積
率で約０．２％程度であり、ほとんどの黒鉛はＴｉＣと
なっているものと認められた。
【００２３】アルミニウム合金のマトリックス中のＴｉ
Ｃ化合物粒子の分散状況を透過電子顕微鏡で観察した結
果、平均粒径が０．３μｍの球状のＴｉＣ粒子が均一に
分散しているのが認められた。押出棒材について、常温
および２００℃で引張試験を行った結果を表１に示す。
表１にみられるように、本発明に従うアルミニウム複合
材は、常温で４００ＭＰａを越え、２００℃で３００Ｍ
ｐａを越える優れた強度をそなえている。
Ｃ化合物粒子の分散状況を透過電子顕微鏡で観察した結
果、平均粒径が０．３μｍの球状のＴｉＣ粒子が均一に
分散しているのが認められた。押出棒材について、常温
および２００℃で引張試験を行った結果を表１に示す。
表１にみられるように、本発明に従うアルミニウム複合
材は、常温で４００ＭＰａを越え、２００℃で３００Ｍ
ｐａを越える優れた強度をそなえている。
【００２４】
【表１】
【００２５】比較例１ 実施例１と同一組成のアルミニウム合金を、実施例１と
同様に溶解し、混合粉末を混入することなく、窒素ガス
のみを噴射して、実施例１と同じ条件でアトマイズし、
直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍのプリフォームを作製
した。得られたプリフォームについて、実施例１と同様
に押出加工を行って、直径５０ｍｍの棒材を作製し、こ
の押出棒材について、常温および２００℃で引張試験を
行った。結果は表２に示すように、Ｔｉ化合物粒子の分
散のないものは、常温の引張強さは３００ＭＰａ未満、
２００℃での引張強さは３００ＭＰａ未満であった。
同様に溶解し、混合粉末を混入することなく、窒素ガス
のみを噴射して、実施例１と同じ条件でアトマイズし、
直径２００ｍｍ、長さ４００ｍｍのプリフォームを作製
した。得られたプリフォームについて、実施例１と同様
に押出加工を行って、直径５０ｍｍの棒材を作製し、こ
の押出棒材について、常温および２００℃で引張試験を
行った。結果は表２に示すように、Ｔｉ化合物粒子の分
散のないものは、常温の引張強さは３００ＭＰａ未満、
２００℃での引張強さは３００ＭＰａ未満であった。
【００２６】
【表２】
【００２７】実施例２ 平均粒径３０μｍのＴｉ粉末および平均粒径３５μｍの
Ｂ粉末を、重量比で、２．６：１（原子比：０．５９：
１）に混合した混合粉末を作製した。Ｆｅ：６％、Ｍ
ｎ：１％、Ｍｏ：１％、Ｚｒ：０．５％を含有し、残部
Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を９５０℃
で溶解し、溶解坩堝の底に穿設した直径５ｍｍの孔から
出湯して、上記アルミニウム合金の溶湯流を上記混合粉
末を混入させた窒素ガスでアトマイズし、半凝固状態で
コレクタ上に堆積させ、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍ
ｍのプリフォームを作製した。
Ｂ粉末を、重量比で、２．６：１（原子比：０．５９：
１）に混合した混合粉末を作製した。Ｆｅ：６％、Ｍ
ｎ：１％、Ｍｏ：１％、Ｚｒ：０．５％を含有し、残部
Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金を９５０℃
で溶解し、溶解坩堝の底に穿設した直径５ｍｍの孔から
出湯して、上記アルミニウム合金の溶湯流を上記混合粉
末を混入させた窒素ガスでアトマイズし、半凝固状態で
コレクタ上に堆積させ、直径２００ｍｍ、長さ４００ｍ
ｍのプリフォームを作製した。
【００２８】この場合、アルミニウム合金の出湯流量は
７ｋｇ／分、混合粉末の噴射流量は１．５ｋｇ／分とし
た。アルミニウム合金と混合粉末は、噴射流量比に略等
しい比率のままコレクタ上に堆積するので、１／（７＋
１．５）×１００重量％の混合粉末を含むプリフォーム
が作製できることとなるが、堆積過程でＴｉ＋Ｂ→Ｔｉ
Ｂ2 の生成反応が起こるため、実際には９．５％のＴｉ
Ｃを含有するアルミニウム合金のプリフォームが作製さ
れた。
７ｋｇ／分、混合粉末の噴射流量は１．５ｋｇ／分とし
た。アルミニウム合金と混合粉末は、噴射流量比に略等
しい比率のままコレクタ上に堆積するので、１／（７＋
１．５）×１００重量％の混合粉末を含むプリフォーム
が作製できることとなるが、堆積過程でＴｉ＋Ｂ→Ｔｉ
Ｂ2 の生成反応が起こるため、実際には９．５％のＴｉ
Ｃを含有するアルミニウム合金のプリフォームが作製さ
れた。
【００２９】ついで、得られたプリフォームを、直径１
５５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに旋削し、４５０℃の温度で
押出加工を行って直径５０ｍｍの棒材を作製した。押出
棒材について、ミクロ組織を観察したところ、マトリッ
クス中の金属間化合物の平均粒径は１．８μｍであっ
た。未反応のＢも微量観察されたが、観察視野の面積率
で約０．２％程度であり、ほとんどのＢはＴｉＢ2 とな
っているものと認められた。
５５ｍｍ、長さ３５０ｍｍに旋削し、４５０℃の温度で
押出加工を行って直径５０ｍｍの棒材を作製した。押出
棒材について、ミクロ組織を観察したところ、マトリッ
クス中の金属間化合物の平均粒径は１．８μｍであっ
た。未反応のＢも微量観察されたが、観察視野の面積率
で約０．２％程度であり、ほとんどのＢはＴｉＢ2 とな
っているものと認められた。
【００３０】アルミニウム合金のマトリックス中のＴｉ
Ｂ2 化合物粒子の分散状況を透過電子顕微鏡で観察した
結果、平均粒径が０．３μｍの球状のＴｉＢ2 粒子が均
一に分散しているのがみられた。押出棒材について、常
温および２００℃で引張試験を行った結果を表３に示
す。表３にみられるように、本発明に従うアルミニウム
複合材は、引張強さが常温で４００ＭＰａを越え、２０
０℃で３００ＭＰａを越える優れた強度をそなえてい
る。
Ｂ2 化合物粒子の分散状況を透過電子顕微鏡で観察した
結果、平均粒径が０．３μｍの球状のＴｉＢ2 粒子が均
一に分散しているのがみられた。押出棒材について、常
温および２００℃で引張試験を行った結果を表３に示
す。表３にみられるように、本発明に従うアルミニウム
複合材は、引張強さが常温で４００ＭＰａを越え、２０
０℃で３００ＭＰａを越える優れた強度をそなえてい
る。
【００３１】
【表３】
【００３２】実施例３、比較例２ 平均粒径５０μｍのＴｉ粉末および平均粒径１２μｍの
黒鉛粉末を用いて、表４に示すように、ＴｉとＣの混合
比を変えた５種類の混合粉末を作製した。Ｆｅ：９％、
Ｍｏ：１％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるア
ルミニウム合金を１０２０℃で溶解し、実施例１と同じ
条件でスプレーフォーミングし、得られたプリフォーム
を実施例１と同様に押出加工して、直径５０ｍｍの押出
棒材を作製した。なお、この場合、アルミニウム合金の
出湯流量は７ｋｇ／分で一定とし、混合粉末の噴射流量
は、混入される黒鉛粉末の量が等量の０．１５ｋｇ／分
となるように、それぞれ０．７５、１．０５、１．３
５、０．６および１．６５ｋｇ／分と変えた。
黒鉛粉末を用いて、表４に示すように、ＴｉとＣの混合
比を変えた５種類の混合粉末を作製した。Ｆｅ：９％、
Ｍｏ：１％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるア
ルミニウム合金を１０２０℃で溶解し、実施例１と同じ
条件でスプレーフォーミングし、得られたプリフォーム
を実施例１と同様に押出加工して、直径５０ｍｍの押出
棒材を作製した。なお、この場合、アルミニウム合金の
出湯流量は７ｋｇ／分で一定とし、混合粉末の噴射流量
は、混入される黒鉛粉末の量が等量の０．１５ｋｇ／分
となるように、それぞれ０．７５、１．０５、１．３
５、０．６および１．６５ｋｇ／分と変えた。
【００３３】アルミニウム合金押出棒材について、ミク
ロ組織を観察したところ、マトリックス中の金属間化合
物の平均粒径は２．０μｍであった。アルミニウム合金
中のＴｉＣ化合物の含有量、透過電子顕微鏡観察で求め
たアルミニウム合金のマトリックス中のＴｉＣ化合物粒
子の平均粒径を表４に、、アルミニウム合金押出棒材に
ついての常温および２００℃での引張性能（引張強さ：
σB 、耐力：σ0.2 、伸び：δ）を表５に示す。
ロ組織を観察したところ、マトリックス中の金属間化合
物の平均粒径は２．０μｍであった。アルミニウム合金
中のＴｉＣ化合物の含有量、透過電子顕微鏡観察で求め
たアルミニウム合金のマトリックス中のＴｉＣ化合物粒
子の平均粒径を表４に、、アルミニウム合金押出棒材に
ついての常温および２００℃での引張性能（引張強さ：
σB 、耐力：σ0.2 、伸び：δ）を表５に示す。
【００３４】表５にみられるように、本発明に従うアル
ミニウム複合材（試験材Ｎｏ．１〜３）は、引張強さが
常温で４００ＭＰａを越え、２００℃で３００ＭＰａを
越える優れた強度をそなえていたが、Ｃ粉末が過剰に混
入された試験材Ｎｏ．４およびＴｉ粉末が過剰に混入さ
れた試験材Ｎｏ．５は常温での引張強さが４００ＭＰａ
未満、２００℃での引張強さが３００ＭＰａ未満であっ
た。
ミニウム複合材（試験材Ｎｏ．１〜３）は、引張強さが
常温で４００ＭＰａを越え、２００℃で３００ＭＰａを
越える優れた強度をそなえていたが、Ｃ粉末が過剰に混
入された試験材Ｎｏ．４およびＴｉ粉末が過剰に混入さ
れた試験材Ｎｏ．５は常温での引張強さが４００ＭＰａ
未満、２００℃での引張強さが３００ＭＰａ未満であっ
た。
【００３５】
【表４】
【００３６】
【表５】
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、強度特性、とくに高温
強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法が提供さ
れる。
強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法が提供さ
れる。
Claims (6)
- 【請求項１】 アルミニウムまたはアルミニウム合金中
にＴｉ化合物粒子を分散させた複合材料の製造方法にお
いて、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を、
Ｔｉ粉末およびＴｉと化合物を形成する元素粉末の混合
粉末を混入させた不活性ガスにより噴霧化し、噴霧化さ
れた溶湯の液滴を該混合粉末とともに半凝固状態で堆積
させることにより、半凝固状態の溶湯中で平均粒径１μ
ｍ以下のＴｉ化合物を反応生成させ、該Ｔｉ化合物がマ
トリックス中に分散したアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金の複合材料を得ることを特徴とする高温強度に優
れたアルミニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項２】 Ｔｉ化合物がＴｉＣであり、混合粉末が
Ｔｉ粉末および黒鉛粉末からなることを特徴とする請求
項１記載の高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製
造方法。 - 【請求項３】 混合粉末中のＴｉ量と黒鉛量の原子比を
２≧Ｔｉ／Ｃ≧１とすることを特徴とする請求項２記載
の高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法。 - 【請求項４】 Ｔｉ化合物がＴｉＢ2 であり、混合粉末
がＴｉ粉末およびＢ粉末からなることを特徴とする請求
項１記載の高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製
造方法。 - 【請求項５】 混合粉末中のＴｉ量とＢ量との原子比を
２≧（２×Ｔｉ）／Ｂ≧１とすることを特徴とする請求
項３記載の高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製
造方法。 - 【請求項６】 アルミニウム合金が、Ｆｅ：４〜１０％
（重量％、以下同じ）を含有し、さらにＶ、Ｍｏ、Ｚ
ｒ、Ｍｎ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を合計量で
０．２〜５％含有し、残部アルミニウムおよび不純物か
らなることを特徴とする請求項１〜４記載の高温強度に
優れたアルミニウム複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21244597A JPH1143729A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21244597A JPH1143729A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1143729A true JPH1143729A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16622740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21244597A Pending JPH1143729A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 高温強度に優れたアルミニウム複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1143729A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012128506A2 (ko) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| KR101228024B1 (ko) * | 2011-03-18 | 2013-01-30 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| WO2018074179A1 (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 株式会社ベイシティ | アルミニウム－黒鉛－炭化物の複合体 |
| CN112974839A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-18 | 安徽建业科技有限公司 | 一种铝基材熔喷堆积成型加工工艺 |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP21244597A patent/JPH1143729A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012128506A2 (ko) * | 2011-03-18 | 2012-09-27 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| WO2012128506A3 (ko) * | 2011-03-18 | 2012-11-15 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| KR101228024B1 (ko) * | 2011-03-18 | 2013-01-30 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| US9670568B2 (en) | 2011-03-18 | 2017-06-06 | Korea Institute Of Machinery & Materials | Method of preparing aluminum matrix composites and aluminum matrix composites prepared by using the same |
| WO2018074179A1 (ja) * | 2016-10-17 | 2018-04-26 | 株式会社ベイシティ | アルミニウム－黒鉛－炭化物の複合体 |
| CN109862976A (zh) * | 2016-10-17 | 2019-06-07 | 海湾城市株式会社 | 铝-石墨-碳化物的复合体 |
| CN112974839A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-06-18 | 安徽建业科技有限公司 | 一种铝基材熔喷堆积成型加工工艺 |
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