JPS58117849A - アルミニウム基複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム基複合材Ｇこ関する。

最近、Ｃ繊維、５１ｃｍ１ｍ、ａｌρ３繊紬等の長繊維
のＡＩ複合材は、サンドイッチ方式の積層成形、浴浸法
或は高圧鋳造寺の紙形方法において榛々横討され、一部
実用化されつつあるようである。

この複合材は、強Ｉｆ項加、待に萬温強度の増那、弾性
率を高めて剛性の向上、軽量化等の期待が大きい。

しかし、上記長繊維はＡ１合金への混合が悪く、又、混
合浴場の流動性も良くない為取り扱い難い、 そこで本弁明は上述？！ｒ繊幡の特徴に着目して櫨々便
討の結果、＃ｒ規なＡ１粘仮酋何を慢ｔコものでゐ、っ
て、その目刃とするところは、ＩＩＩＦＩ摩耗性、耐熱
性、低熱膨張率、尚誠衰能に優れると共（ξ混合浴場の
流動性か艮く各種の鋳造に迦することにある。

以下本弁明を詳述Ｔｆ”Ｌば、ＩＩＩＦｌ岸耗注、低熱
−ｇ！率、剛熱性、尚弾性率を何するＳｉｎ、　Ａｔυ
３゜８１へ４．５ｉ０２．　　ステンレス、Ｃ繊維等の
長さ２〜５１ｍ１の短ＷＡＭ及びＳｉｎ、　ＡＩＩＪ３
．　Ｓｉ３Ｎ４．　Ｓｉす２．　Ｎｂ、Ｚｒ等〕４　カ
５〜１００．ｕＯ）　’１９．状粉末ｔ　Ａ１８　蛍’
ＪＲハ純Ａ１に近い合金の府湯田にＳ当な攪拌手段によ
って攪拌混合させてＡ１基複曾材を侍ｔコものてゐる。

上記？！ｒ繍維の一例として、Ｃ繊維で３〜５瓢前後の
短？ｗ！４維及び径が１０兜削伎の８ｉＣ粉末を１３ｗ
ｔ％Ａ１合金浴湯田に攪拌混合させてダイカスト鋳造に
より板状のテストピースを成形し、これを大越式ｌｌＩ
純試験機にて朗傘絖性試験をぢなりた。

その結果を衣−１に示す。

表−１ 向、表−１は萬荷■の条件のもとにおける耐摩耗性の結
果の一例を示したものであるから、試験の条件によって
は若干異なると考えられるが、その耐摩耗性については
表−１から、乾式で摩耗速度の速い場合には、Ａｌ−８
ｉ０粉末粉末材は、ＪＹ３１）５０（Ｍ肌４４）材寺よ
りも耐摩耗性に優ｎている。

乾式で摩耗速度の遅い場合及び湿式の場合にはｌ’ｃ１
）５０材には及はないようであるが、ＡＬ−１ｓｉＵ粉
末仮合材、ＡＩ−Ｃ轍維仮台材０）１０」れもダイカス
ト用Ａｆ１０合金に比へて者しく耐摩耗性か優れている
ことかわかる。

又、本莞明Ａ１基板合材の供試合金としては砂型、金型
、低圧鈎逝及びダイカスト鋳造等に一般的に使用さｆし
ている鋳造性に優ｊして、しかも鰐盾された製品の強Ｊ
ｆ：か尚いＡｌ−８＋−（Ｏｕ）　　系合金が点用され
るが、耐摩耗性のみを必要とする場合は純ＡＩに近い８
金も使用可能である。

実ｙに供１ｙ　ｆ：　＠　蛍ハＡ　Ｉ　−８１−Ｊｕ糸
のＪＩＳＡＬＩＣＩ　Ｑ台蛍規格のもので、その成分を
表−２に示す。

辰−２ 又、供試混合複合材例を表−３に示すが、大別して最さ
が２〜５ｓ＋Ｒｄ後の短繊維のものと、容積の粒状粉末
のものかめる、 実験には、長さが８〜５ｍ面彼のＬ［維と粒径が１００
Ａ前後の８ｉＣ粉末を用いて複合化し、これを摩耗試験
したところｆｉ−４に示す結果Ｊｋｍｆこ。

尚、こ口らＵ）対水混８複合材は、ＡＩ材に比べて硬さ
も尚く、熱膨張率も低く、融点も高い。ＡｌｅＱ何の場
合も肖然のことなから哨摩耗証に優れ、尚温５ｉ！ｉ度
も同上し、又低熱膨張率材として虐する〜 又、こ口ら線維、粉末は尚弾性率の性買を有し、こわら
のＡ１狽８椀も尚５１性率となり、？ＲＪ減衰能材とし
て膓する。

次にＡ１１金何屁台条件の具体例を衣−５にボすか、粉
末の混合は短繊維の混合に比べて非常に混合し易く、又
混合ｒ６場の流ｗＪ性も優ｎていて取り扱い易いことか
わかる。

又、混合後の成形方法としては、上記短繊維、粉末混合
の何れもか別記谷鉤遣方法によって可能である。

第１図、第２図は、短繊維のＣ繊維及び粒状粉末の８ｉ
Ｕ粉末を複合化した組織状態を夫々下した顧微−写真で
、当該写真から明らかなように何れも均一に良く混合複
合化されている。

次ニ皐耗試験の結果について述べる。

第３図に示すｌＩ革圓転円板材試験片と、第４図に示す
比較供試−試験片を夫々成彩し、これらを第５図にボし
たように回転して荷電を与えて試験した。

ここで使用される摩耗試験片材とその硬さを辰−６に示
すが、本弁明の短繊維（Ｃ繊維）ＡＩ複合何及び粉末（
８ｉＣ粉末）ＡＩ複合材の耐摩耗性を調査するに当って
番号までに比較の為にダイカスト用ＪＩ８規格紙１０合
金と、耐Ｊｌｊ耗性か着しく優れているといわれでいる
に′ＣＪ−）５０球状黒鉛鋳鉄で焼入れ、焼戻し、峻度
の低いもの（ｍ２ｇ　）　、高いもの（出釦４４）を同
時に比＃２実験した。

尚、標準回転円板材としては、５４５ｃ焼入れ、焼戻し
材（出（０６α９）及びｉ’Ｕ２５チル鋳ａｖＪ（ＭＷ
５（１８）を用いて谷比較供試材に与える厚ｐＨ，凰を
調査した。

摩耗試験条件を衣−７に丁す。

雰囲気は乾式と湿式の両方の条件で行なった。最終荷電
、摩耗速度は実際の耐摩耗性の都何として低荷重、萬荷
亜或は低速度、筒速度で使用されることを４慝して幅広
い条件で耐摩耗性の比較調査を行なった。

尚、ＩＩＦＩＪＩｌ耗性の比較は、摩耗広幅から摩耗量
を計算し、摩耗量をもって表わした６表−７にボす査線
条件で耐摩耗性比較実験を行なった結果の一例として乾
式及び湿式の条件で最終荷電Ｏ）−い場合における結果
を第６図、弔７図に示す。

第６図から、尚荷電の摩耗試験条件にもかかわらず、 摩耗速度か遅い場合はともかくとして、ａ５０　＋　４
Ｊ６ｍ／ｓｅｃと速い場合はＡｌ−８ｉＣ粉末複ｌはＦ
Ｃυ５θ（Ａ鼓４４）材よりもはるかに耐摩＃ｔ、性に
貴れており、又Ａｌ−Ｃ！醸維複合材におＣ，Ｎ　テモ
に’ｃｉ）５０　（ｇｆｃＧｇ９）　ＨｌＦＣｌ）５Ｑ
　（Ｒ［４４）材共に耐ｓａ性を封していることがわか
る。

厚耗速反の遅い場合にも、何れのＡ１複合材もＦＣυ５
０何には及ばないか、ＡＬＩＣＩＯ台金に比べてＩＩＩ
ＦＩ摩耗注に優れており、鉄製から＠電化を計る上で、
Ａｌ材を便用するに当ってＨ厚耗牲を１するＡｌ材とい
うことかできる、 又、第７図の湿式における比較結果からみても尚荷電の
屋粍駄駿にもかかわらず、＊　Ｒ速１ｆｆｉかｕ９４ｍ
／ｓｅｃのときはＡＩ　ＳｉＣ粉禾仮合材はに′Ｃυ５
ｏ（ｔｕｔｅ４４）材には及はないが、Ｐ′ＣυｂＯ（
１１１頗２９）何よりも剛膠純江にに比べて耐厚蛙性に
右干省るようであるかＡＩＪＣ１ｔ１合金に比べれは、
＋＝Ｊれの摩耗速度の条件においてもはるかに優れてい
る。

以上のように湿式の場党は全体Ｆ！ソにみてＡＩ−Ｃ巌
帷飯合材及びＡＩ−Ｊ＋Ｇ初末初会複合材“ＣＩＪ５０
材に比べて耐摩耗性に置れる結果となっている力、％１
、乾式の場合にも運へ１こが軽重化の為のＡ１台蛍剛摩
純性何として何列でゐるといえる。

以上説明し１こように本究明に係るアルミニウム丞複合
何によれば、耐摩耗性、低熱膨張率、昭熱性、尚５＃１
性率を有するから、耐摩耗性が要求される目創率部品寺
を姑めとして截置化の為に鉄表からＡＩ化への材料転換
に当って利用イ曲値の誦い材料ということができ、又耐
ｊＩＩ耗性以外にも、これらのＡ１複合材は耐熱性に優
れ、低熱＃恨事であり、又高弾性帯を１する為烏顕衰能
材料としでも■効である、 更に各棟Ｓ何の成形に際しては、短ｍ娠゛及び粉末の混
合浴湯から直接ダイカストｗＩ造、金型Ｈ造、低圧ｆｓ
盾等によって部材を一体に成彩でき、又耐摩耗性或は耐
熱性等を必要とする部分にのみ理金万式でインサートす
ることもできて成形性にも優ｎる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本究明に係るアルミニウム複合台材に
おいて、短Ｓ雑のＣＩｊＡ維と粒状粉末のＳｉＣ初禾を
複合化複合材の組織を夫々示しｔコ各Ｍ微購与輿、第８
凶、第４図、第５図は標準回転円板材試験片及び比較供
試何紙軟片と０、そｊＬらのｊＩｉｋ純試験状恕を大々
丁しｆコ六正曲図。第６凶、彬７図は剛皐粍注比軟天験
を乾式及び湿式の条件干で何なつ１こ標準回転円板材及
び比軟供試材の皐耗迷反と犀耗重との関係を夫々示し１
こ缶グラフである。 狩許出願人 第１図 噴ケ 二％ン 掖（ 、ｐｄ 第３図 ｈ　　　　　　第４図 第す図 山　　　　　　　　北 手　　続　　補　　正　　書 昭和５８年４月　６日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第　　１２００号 ２、発明の名称 アルミニウム基複合材 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所広島県府中市目崎町７６２番地 自発補正 ５、補正の対象 （Ｌ）　　明細書全文 （２）図面の欄（−第１図、＠３図乃至第７図）全文補
正明細書 １、発明の名称　　アルミニウム基複合材２、特許請求
の範囲 ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４．　ＳｉＯ２，ステン
レス　、韮。 又は、ポロン等から成る　　の長さ２〜５諺の短繊維涜
び径が５〜１００　　の粒状粉末をＡＩ合金若しくは純
Ａ１に近い合金を二攪拌混合してなることを特徴とする
アルミニウム基複合材。 ３、発明の詳細な説明 本発明シまアルミニウム基複合材に関−「ろ。 最近、炭素繊維、ＳｉＣ繊維、ＡＩＱ繊維繊維等長繊維
Ｕ）Δ１複合材は、サンドイッチ方式の積層成形、溶浸
法或は高圧鋳造棲等の成形方法において種々検討され、
一部実用化されつつあるようである。 こ０）複合材に、強度増加、特に高温強度の増加、弾性
率を高めて剛性の向と、装置化等の期待が大舟い。− しかし、Ｆ記長繊維はＡ１合金への混合が悪く、又、混
合溶湯の流動性も良くない為取り扱い難ｌ／）。 そこで本発明はヒ述各繊維σ）特徴Ｃ：右１１　ｆ、て
種々検討の結果、新規なＡｌｌ基金合材イ↓）だもσ）
テアッて、その目的と゛「るとこロバ、耐Ｈｌ（性、耐
熱性、低熱膨張率、高減衰能に優れると共Ｃ二、混合溶
湯の流動性が良く各種θ）鋳造に」凶「ること１：ある
。 以Ｆ本発明を詳述すれば、耐摩耗性、低熱膨張率、耐熱
性、高弾性率を何「ろＳ　ＩＣ、Ａｌ２０３ＴＳｉ３Ｎ
４．８ｉ０２　、ステンレス、炭素、ボロン等力）ら成
る繊維等のしさ２〜５ｍｒｎＯ＋短繊維及（′ドＳｉＣ
。 Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４　、８＋０２　、　Ｎｂ　＊　
Ｚｒ　４−の径が５〜ＩＦｌＯＡの粒状粉末をＡ１合位
或は純Ａｌｔ＝近し・合＜ｙ　（７１溶騙中（；適当な
攪拌手段ｉ二よって攪拌混でなさせてＡ１基複合材を得
たも０）である。 Ｌ記各繊維の一例として、炭素繊維で３〜１５鱈前後Ｏ
）短繊維を６ｗｆ％及び径が１００Ａ前羨０〕ＳｉＣ粉
末をＩＢｗ１％Ａ１合位溶湯１１（１攪（゛１′混合さ
せてダイカスト鋳造Ｃ：よＩＩ板状０）ｆストピースタ
成形し、これを尺越式イ耗試験機にて耐摩耗セＬ試験を
行なった。 七の結果を表−１１＝示す。 ”ｍｓ、ｉ’ｔ□−よ、−一□−１ 尚、表−１は高荷重の条件のもとにお（する耐摩耗性の
結果の一例を示したものである力）ら、試験の条件によ
ってシま若千異なると考えられるが、七の耐摩耗性につ
いては表−１力１ら、乾式で犀耗速度の速い場合には、
ＡＩ　−Ｓ　ｉＣ粉末複合材は、ＦＱ）５０　（ＨＨＣ
ａ４）材等よりも耐摩耗性（：優れている。 乾式で摩耗速度の遅い場合及び湿Ｌｌ″の場合にはＦ’
ＣＩ）ｓｏ材には涜ばないようであるが、ＡＩ　−８ｉ
Ｃ紛未複合材、ＡＩ−炭素繊維複合材υ）何れもダ、イ
カズト用へＩＪＣ＋ｏ合金に比べて者しく耐Ｈ耗性カ優
れていＺ・ことがゎがろ。 父、本発明Ａ１基複合材。）供給合金と１．では砂型、
位型、低圧鋳造伎びダイカスト鋳造等に一般的（＝使用
されている鋳造性に優れて、しかも鋳造された製品の強
度が高いＡｌ−８ｉ−（α）系合金が適用されろが、耐
摩耗ビトのみを必次と、ｒ石場合は純Ａ１に近い合て亡
も使用例化で１ｖ１ろ。 実験に供しｔ合、［２はＡｌ−８ｉ−Ｃｕ系の月５Ａｉ
）Ｃｌｏ合被現格Ｖ）もす）で、そり）成分をべ−２に
示す。 表−２ 父、Ａ１基複合材として考えられる添加材の例を表−３
に示すが、大別して長さが２〜５−前後の短繊維のもの
と、各種の粒状粉末のものがある。 実験ｌ：は、これらの中より代表的なものとして表−４
に示すように長さが３〜５器前後の炭素繊維と粒径が１
００，４Ｌ前後のＳｉＣ粉末′ｆ／用いて複合化し、こ
れを摩耗試験に供した。 尚、これらの添加材は、Ａ１材に比べて硬さも高く、熱
膨張率も低く、融点もｌｆ’＋Ｊい。従って、これらの
疹加材ン添加したＡＩ複合材の場合も当然のことながら
一４耗性に優れ１．ＨｔＨｉ温強Ｉ徒も同ヒし、又低熱
膨張率材として適する。 又、これら繊維、粉末は高弾性率の性質ｐ有し、これら
ｏ）ＡＩ複合材も高弾性率となり、高減衰能材としても
適−ぐる。 次にＡＩ複合材混会榮件及び成形条件υ〕す１体例を表
−５１＝示すが、粉末′Ｊ）混合は短繊維０）混合に比
べて非常ｇ：混合し易く、又混合俗間０）７丸動性も優
１ていて敗ＩＪ扱い易かった。 又、混合後の成形り法としては、Ｌ２短繊維、粉末混合
の何れの複合材においても填型鋳造、ダイカスト鋳造、
低圧鋳造あるいは溶湯鍛造等の鋳造方法によっても充分
可能であった。 第１図、第２図は、短繊維の炭素繊維及び粒状粉末のＳ
ｉＣ粉末を複合化した組織状態を夫々示した顕微鏡写真
で、当該写真から明らかなよつＣ二何れも均一に良く混
合複合化されている。 次（−摩耗試験の結果（＝ついて述べる。 第３図に示す比較供試材を夫々の複合材から成形し、一
方第４図に示ｆ標準回転円板試験片を８４５（、’焼入
れ・現戻し材（）ｌｃ６ｏ、ｃ＋）及びに２５チル鋳造
（ＨＨＣｓｏ　、ｓ　）から成形した。第５図に示すよ
うに、これら比較供試材に対して標準回転円板試験片に
荷重を加えながら回転させて試験を行ない、その比較供
試材に与える摩耗量を１食した。 ここで使用される摩耗試験片材と七の硬さを表−６に示
すが、本発明の短繊維（炭素繊維）Ａ１複合材及び粉末
（ＳｉＣ粉末）ＡＩ複合材の耐摩耗性を１食するに当っ
て参考までに比較の為にダイカスト用ＪＩＳ規格ＡＤＣ
ｔｏ合金と、耐摩耗性が著しく優れているといわれてい
るＦＣＤ　ｓｏ球状黒鉛鋳鉄で焼入れ、焼戻し、硬度の
低いもの（ＨＨＣ２９）　、ｌ：’ｊＪ　ｌ／’もｖ＋
　（ＩＩＨＣ４口を同時Ｃ二比較実験した。 摩耗試験条件を表−７に示す。 表−７摩耗試験条件 雰囲気は乾式と湿式の両方の条件で行なった。 最終荷重、摩耗速度は実際の耐摩耗性の部材として低荷
重、高荷重或は低速度、高速度で使用されることを考慮
して幅広い条件で耐摩耗性の比較調査を行な一つだ。 尚、耐摩耗性の比較は、摩耗痕幅から摩耗量を計算し、
摩耗量でもって表わした。 表−７に示す各種条件で耐犀耗性比較実験を行なった結
果の一例として乾式及び湿式の条件で最終荷重の高い場
合におけろ結果を第６図、第７図に示゛「。 第６図から、高荷重の摩耗試験条件にもかかわらず、 摩耗速度が遅い場合はともかくとして、３．５０　、４
．３ｆｉｍ／Ｓｅｃと速い場合はＡＩ　−８ｉＣ粉末複
合材はＦＣＤｓｏ　（ＨＲＣａ４　）林、よりもはるか
に耐摩耗性に優れており、又Ａｌ−炭素繊維複合材にお
いてもＰＣＤ　ｓｏ　（ＨＲＣ２９）材、ＦＣＤ　５０
　（ＨＨＣ４４）材とほぼ同等の耐摩耗性を何している
ことがわかる。 摩耗速度Ｕ）遅い場合に＃）、（１１工れθ）ＡＩ複合
材もＦＣＤ　５０材には及ばないが、ＡＩ）ＣＩＯ合令
に比べて耐摩耗性に優れてＨす、鉄製から軽１ｄ化を計
るＦで、Ａｌ（ヒを検討するに当っＣ高面圧Ｆでの耐摩
耗性を釘−「る軽ｉｉ；、　Ａ　ｌ材を提供することが
可能でゐろ。 又、第７図の湿式における比較結果からみても高荷重の
摩耗試験ｆ二もかかわらず、本発明のアルミニウム基複
合材は、非常１：唆れた耐摩耗性を何ｒることがわかっ
た。たとえば、摩耗速度が０．９４ｍ／ＳｅＣノトキＩ
ｆ　Ａｌ−８ｉＣ紛未復９材１１ＦＣＩ）　５０　（Ｈ
Ｒｃ　４４）材ニｂ−ｘ　及ハｒｘ　イが、ト”Ｃ１）
　５０（Ｉ　ｌ１４ｃ２９）材よりも耐摩耗性に優れて
おり、また、３５Ｑｍ／ｓｅ　ＣのときもＦＣＤｓｏ材
と余り差はｒ、（（、Ａｌ−５ｉＣ紛未複合材は非常に
優ｒた耐摩耗性ｆ７有する。 一方、Ａｌ−炭素繊維複合材＆１Ａｌ−８ｉＣ粉末複合
材に比べて耐摩耗性：：若モ劣るようであるがＡＤＣｔ
ｏ金合金比べれば、何れの摩耗速度の条件においてもは
るかに摩れている。 以りのように湿式の場合は全体的にみてＡＩ　−炭素繊
維複合材及びＡｌ−８ｉＣ粉末粉末材はＦ’ＣＤ５０材
に比べて耐摩耗性に優れる結果となっているが、乾式の
場合にも述べたが軽量化の為の高面圧ドでのＡ１合金耐
摩耗性材として充分実用に供することが可能であるとい
える。 以ド説明したように本発明に係るアルミニウム基複合材
によれば、耐摩耗性、低熱膨張率、耐熱性、高弾性率を
何するから、耐摩耗性が要求される目幀軍部品等を始め
として軽量化の為（−鉄製からＡｌ化への材料転換に当
って利用価値の茜い材料ということができ、又耐摩耗性
以外にも、これらのＡＩ複合材は耐熱性に優れ、低熱膨
張＝＠Ｖ）材料であり、又高弾性率を有する為高減衰能
材料としても有効である。 匿Ｃ二各種部材の成形に際しては、短繊維及び粉末の混
合溶湯から直接ダイカスト鋳造、被型鋳造、低圧鋳造等
によって部材を一体（：成形でき、又耐摩耗ｊ牛或は耐
熱性等を必要とする部分にのみ埋位方式でインサートす
ることもで精て成形性にも優れ４）、ｉ；Ｕ）利点があ
る。 ４、図面の簡単な説明 第１図、第２図は本発明に係るアルミニウム基複合材に
おいて、輔繊維の炭素繊維と粒状粉末のＳｉＣ粉末を複
合化複合材の組ａを夫々示した各顕微鏡写真、第３図、
第４図、第５図は比較供試材試験片及び標準回転円板材
試験片と、それらの摩耗試験状態を夫々示した各正面図
。 供試材の４耗速度と摩耗計とり】関係を夫々示した各グ
ラフである 」

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ８ｉＵ、　Ａｌ２ｏＩ、　８ｉｓＮ４．８ｉ０４．８ｉ
   （Ｊ２．スｔ　ンレス、　Ｃ−維等の長さ２〜５瓢の短
   繊維及び径が５〜１００／’の粒状粉末をＡ！合金若し
   くは純Ａ１ｔｚとい合金に攪拌混合してなることを特徴
   とするアルミニウム承複合材。