JPS60211025A - 繊維強化アルミニウム複合成形体の製造方法 - 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、無機質短繊維材を強化材とし、これをアルミ
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。）中に複合させた繊維強化アル１ニウム複合成形
体の製造方法に関するものである。

近時、炭素質、炭化けい素質、アルミナ質などのような
無機質短繊維材を強化材とし、これをマトリックス材と
してのアルミニウム中に分機械的性質に置目され、内燃
機などの高温特性を必要とする部材に使用することが試
みられている。

従来、このような無機質短繊維材をマトリックス材とし
てのアルミニウム中に複合分散をさせる方法として、ア
ルミニウム溶湯中に繊維材をかく拌混合する方法が知ら
れているが、このようなかく押法によった場合は、溶湯
中に混入させ得る繊維材に量的制約があり、殊にアルミ
ニウム溶湯に濡れ難い繊維材を使用した場合において、
繊維材が局所的に偏在し勝ちであって。

均整に多量の繊維材を分散した複合材を得ると無機質短
繊維材を遠心混合し、この混合物を適宜粒状化した後、
この複合粒状物を溶融ないし牛溶融状態に加熱した状態
で圧縮成型することによって、比較的多量の無機質短繊
維材を均整に分散したアルミニウム複合成形体を得るこ
とに成功した。（４１１Ｆ願昭５８−５０５０４号）上
記の方法によって製られた圧縮成形体は。

そのままの状態でも優れた機械的性質を有するので、直
接機械部品のごとき成形体として使用することもできる
が、ビレット−６ｚしはスラブ状に圧縮成形された複合
体は、これに押出、圧延などの熱間塑性加工を施すこと
が可能であって、押出材や圧延材に加工して広い分野に
使用し得るのであった。

しかしながら、上記従来の方法は１表お次のごとき欠点
を有するものであった。

（１）　上記従来法における複合成形体の成形法は。

強化材としての短繊維材とマトリックス材としてのアル
ミニウムからなる複合粒状物を。

そのまま鋳型内において溶融または半溶融状に加熱して
おいて、これを直接機械力によって圧縮成形するのであ
って、このような成形法によったのでは、成形作業上程
々の困難を伴うばかυでなく、内部欠陥の少ない成形体
を得るためには強い加圧力を必要とし１ｔた。

複雑な形状をもった成形体を得るととは難しかった。

（匂　上記のようにして得た成形体のｍ性加工性は必ず
しも良好なものとはいえず、ビレットまたはスラブ状に
成形した成形体を押出し。

または圧延する場合における作業性において。

なお課題を残すものであった。

本発明者らは、従来法における上記したような欠点を改
善すぺ〈、さらに研究を重ねた結果。

上記従来法におけると同様にして製られたアルミニウム
と繊維材との複合粒状物を、さらに加熱した別のアルミ
ニウム溶湯中に混合するときは、この混合溶融物は通常
の重力鋳造におけると同様の方法によって、容易に鋳型
に鋳造し１成形体となし得ること、およびこのようにし
て得られた成形体は、上記従来法によって得られた複合
成形体に比べて、はるかにｍ性加工性がよく、シかも、
塑性加工によって得られた展伸材は、従来法による゛も
のに比べて遜色のないものであることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。

すなわち９本発明は、溶融アルミニウム中に無機質短繊
維材を混合し、この混合物を適宜粒状化して得られた複
合粒状物を別に加熱したアルミニウム溶湯中に混合し、
この混合溶融物を鋳型内に鋳造した後、これにｍａ加工
を施す繊維強化アルミニウム複合成形体の製造方法であ
る。

次に９本発明について、さらに具体的に説明する。

本発明の方法においては、ｔずマトリックス材としての
溶融アルミニウム中に強化材としての無機質短繊維材を
混合し、この混合物を粒状化して一次的に複合粒状物と
するのであるが。

ここに使用するアルミニウム材としては、　ｔｏｏ。

系の工業用普通アルミニウム、４０００系の鋳造用アル
ミニウム合金などを適宜使用することができる。また、
６ｏｏｏ系や７０００系の熱処理型展伸合金などを使用
、してもよい。繊維材としては、炭素繊維、炭化けい素
繊維、アルミナその他適宜の無機質短繊維材を使用し得
る。

これら繊維材としては長さ１０〜５００μ程度のものを
使用することが適当である。

繊維材のアルミ、ラム溶湯に対する混合割合は、鋳造し
ようきする複合材の用途に応じて適宜に選ぶことができ
る。一般的にいって９機械的強度を十分に発揮させるた
めには造粒物に対する繊維材の混合割合が１０〜４０容
量−程度となるように混合することが望ましい。混合方
法としては、混合しようとする繊維材の割合がアルミニ
ウム溶湯に対して比較的少ない場合においては、アルミ
ニウム溶湯中に機械的にかく拌混合することによって行
うことができるのであるが、アルミニウム溶湯に濡れ難
い性質の繊維材を使用する場合とか、アルミニウム溶湯
に対して比較的多量の繊維材を混合しようとする場合に
は、繊維材の間隙にアルミニウム溶湯を十分に浸透させ
、また、繊維材を溶湯中に均整に分散させるために遠心
装置を使用して遠心加圧下に混合することが望ましい。

このような方法によって、アルミニウム溶湯が繊維材の
すき間に十分に浸透して、密着性よく、シかも多量の繊
維材を均整に分散含有した混合物を得るととができる。

次いで、上記のようＫして得た混合物を粒状化するので
あるが、この粒状化は、混合物に含有されている繊維の
密度が比較的小さい場合には、既知のアルミニウム粒の
製造方法１例えば。

溶融混合物を急速に回転している円板上に流下し、遠心
力によって振り飛ばして粒状化することができるが、混
合物中の繊維の含有密度が高く、溶融混合物の粘度が大
きいときは、溶融物はほとんど流動性を示さないので、
凝固させた混合物をそのま＼、または、軟融状態に加熱
しておいて、これを叩解機またはインペラのごときを使
用して砕解または削解することによって粒状化すること
ができる。好ましい粒状度は数−以下であって、より望
貫しくけ０．１〜Ｋｍ程度に粒度を調整することでらゐ
。

次に、上記工程によって製られた繊維複合粒状物を加熱
したアルミニウム溶湯中に混合した後、この混合溶融物
をビレット、スラブその他適宜形状の鋳型に鋳造するの
であるが、この場合の複合粒状物に二次的に混合するア
ルミニウム溶湯としては、造粒物の製造に一次的に使用
したアルミニウムと同じ種類のアルミニウム合金を使用
してもよいし、ｔた。異なる種類のものであってもよい
。

アル、％　ニウム溶湯と鴇合粒状物との混合割合は、得
ようとする複合成形体の用途１粒状物中に含まれている
繊維材の密度９粒状物の大きさなどに応じて適宜定める
ことができる。一般的にいえば、２０〜６５容量係程度
の繊維材を含有する径０１〜３１１１ｓ程度の粒状物を
使用した場合において、最終成形体が２〜１５容量チ程
度の繊維材を含有するような割合に混合することによっ
て、好ましい塑性加工性と機械的強度を有する鋳造体を
得ることができる。

粒状物の混合によってアルミニウム溶湯の温度は低下す
る。したがって、溶湯をあらかじめ高目の温度に加熱し
ておき、ｔたは加熱をし表から、これに前工程で得た短
繊維材を複合したアルミニウム粒状物を混合した後、ゆ
るやかな攪拌を続ける。混合によって粒状物を形成して
いる一次的アルミニウムマトリックスは溶融状態となる
が、これによって粒状物内の繊維材は。

二次的に使用したアルミニウム溶湯中に分散されること
なく１粒状物内に閉込められていたときの状態をほとん
ど保ったｔ壕、換言すれば。

多数の細かい集合粒となって溶湯中に一様に分布し懸濁
された状態となる。

次いで、このようにして繊維材を懸濁したアルミニウム
溶湯をビレット、スラブその他任意形状の鋳型内に鋳造
する。鋳造は通常の重力鋳造と同様にして行うことがで
きる。鋳造に際して、溶湯を加圧下において凝固させる
ことは。

鋳物の鋳造組織のち密化と鋳造欠陥の発生を防止するう
えから好ましいことである。

本発明の方法においては、上記のように鋳造して得た複
合鋳造体に塑性加工を施すのであるが、この塑性加工は
１通常のアルミニウム材の熱間押出しや熱間圧延などに
おけると同様圧して行うことができる。

上記塑性加工によって得られた本発明の複合成形体は１
機械的強度や耐摩性において優れた性質を示すものであ
って、そのｉまの形状で。

また必要に応じて、これに熱処理、切削加工。

鍛造加工などを施して機械部材その他人範囲に使用し得
るものであるう 上述のように１本発明の方法によるときは。

複合粒状物を溶融または半溶融状態としてこれを圧縮成
形する＃願昭５８−５０５０４号の方法に比べて、複合
造粒物の成形がはるかに容易となるばかシでなく、この
よりにして得られた鋳造体は、ｍｈ加工性が良好であっ
て、従来法に比べて効率よく展伸加工を施すことができ
るなど優れた特長を有するのである。

次に１本発明方法の実施例を掲げる。

実施例１ マトリックス材として、２０１７＾１合金を使用し１強
化材の無機質繊維材として、アルミナ短繊維（径６μ×
平均長さ約１２０μ）を使用した。

アルミニウムに対して、３０容量チのアルｉす短繊維材
を遠心容器中に容れ、これに加熱溶融したアルきニウム
を注加して遠心混合した後。

混合物を５００°Ｃに加熱した状態で、砕解機（アトリ
ツションミル）を使用して砕解し、径０゜１〜３■の複
合粒状物を得た。

このようにして得た複合粒状物３０部を７５０℃に加熱
溶融したアルミニウム溶湯（２０１７Ａ４合金）７０部
中に入れて、暫時混合攪拌した後。

・径４０ｍＸ長さ１２０■の円筒金型にビレット状に鋳
込んだ。

得られた複合鋳造体を押出機のコンテナ中に収容し、径
１０１ｍの丸棒状に熱間押出し成形（温度４５０’Ｃ）
を施した。（試料Ａ）実施例２ 実施例１と同様にして製られた複合造粒物３０部を、実
施例１と同様にしてアルミニウム溶湯（ただし６０６１
　Ａ１合金溶湯を使用。）７０部中に入れ、暫時攪拌混
合した後、径４０ｍＸ長さ１２０ｍの円筒金型にビレッ
ト状に鋳込んだ。

得られた複合鋳造体に、実施例１と同様にして径１０簡
の丸棒状に押出し成形を施した。（試料Ｂ） 実施例Ｓ 実施例１と同様にして製られた複合造粒物６０部を、実
施例２と同様にして、アルミニウム溶湯（６０６１Ａ１
合金を使用。）７０部中に入れ、暫時攪拌混合した後、
径４０ｍｇ＋Ｘ長さ１２０簡の円筒金型にビレット状に
加圧鋳造（圧力１５０　ｋＰ／　ｃｊ　）　した。

得られた複合鋳造体に、実施例１と同様にして径１０ｍ
の丸棒状に押出し成形を施した。

（試料Ｃ） 実施例４ 実施例１と同様にして製られた複合造粒物２０部を、実
施例２と同様にして、アルミニウム溶湯（６０６１Ａ４
合金）８０部中に入れ、暫時攪拌混合した後、実施例３
と同様に、径４０■Ｘ長さ１２０ｍのビレット状に加圧
鋳造した。

得られた複合鋳造体に、実施例１と同様にして径１０ｍ
の丸棒状に押出し成形を施した。

（試料Ｄ） 実施例１〜４によって得られた試料Ａ、Ｂ。

ＣおよびＤについて、それぞれ常温および高温における
機械的Ｍ性を測定した結果は９次表に示すごとくであっ
た。

表中東部は、大越式試験法（速さ１．５　ｔｘ　／　８
゜距離１ｓ　６．６　ＩＩ　、最終荷重２１　ｋｇ　）
によったときの磨耗減量である。

公館は、試料Ｃについての縦断面拡大写真（倍率ＸＳ）
である。図から判るように９本発明の方法によって得ら
れた複合材は１強化材としての短繊維材が、塑性加工を
施した方向に沿つて密着性よく均整にマトリックス材と
してのアルミニウム中に分布含有されておυ、これによ
って複合材の機械的強度が向上されている。

【図面の簡単な説明】

図は９本発明の方法による複合材の断面拡大写真（倍率
ｘｓ）である。 特許出願人　日軽化工株式会社 日本軽金属株式会社 特許出願人　日軽化工株式会社 日本軽金属株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 溶融アルミニウム中に無機質短繊維材を混合し、この混
   合物を適宜粒状化して得られた複合粒状物を別に加熱し
   たアルミニウム溶湯中に混合いこの混合溶融物を鋳畿内
   に鋳造した後。 これに塑性加工を施すことを＠黴とする繊維強化アルミ
   ニウム複合成形体の製造方法。