JPS61279646A - アルミナ短繊維強化アルミニウム合金 - Google Patents

アルミナ短繊維強化アルミニウム合金

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JPS61279646A
JPS61279646A JP12078785A JP12078785A JPS61279646A JP S61279646 A JPS61279646 A JP S61279646A JP 12078785 A JP12078785 A JP 12078785A JP 12078785 A JP12078785 A JP 12078785A JP S61279646 A JPS61279646 A JP S61279646A
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JP
Japan
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aluminum alloy
bending strength
alumina
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JP12078785A
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English (en)
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Masahiro Kubo
雅洋 久保
Tadashi Donomoto
堂ノ本 忠
Atsuo Tanaka
淳夫 田中
Hidetoshi Hirai
秀敏 平井
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C49/00Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C22C49/04Light metals
    • C22C49/06Aluminium

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は、繊維強化金属複合材料に係り、更に詳細には
アルミナ短II雑を強化繊維としアルミニウム合金をマ
トリックス金属とする複合材料、即ちアルミナ短繊維強
化アルミニウム合金に係る。
従来の技術及び発明が解決しようとする問題点    
 ’、II繊維強化金属複合材料のマトリックス金属を
成    1′□すアルミニウム合金としては、従来よ
り一般に下    目i!a(Ml。□ア7゜9.つ、
。□。、□□ア/LI     Itミニウム合金が使
用されている。
鋳造用アルミニウム合金 JIS規格AC8A (0,8〜1.3%Cu、11.
0〜13.0%s+、o、7〜1.3%Mg,0,8〜
1.5%Ni、残部実質的にAI)JIS規格AC8B
 (2,0〜4.0%Cu18.5〜10.5%St、
0.5〜1.5%Mil+、0.1〜1%Ni1残部実
質的にAI)JISM格A04C(0,25%≧Ctl
 18゜5〜7.5%Si 、0.25〜0.45%M
g、残部実質的にAI) AA規格A201(4〜5%Cu10.2〜0゜4%M
n 、0.15〜0.35%Mg、0.15〜0.35
%Tis残部実質的にAI)AA規格A356 (6,
5〜7.5%5i10゜25〜0.45%Ma 、0.
2≧Fe10.2%≧Cu、残部実質的にAI) Al−2〜3%L1合金(デュポン社)展伸用アルミニ
ウム合金 JISm格6061 (0,4〜0.8%3i、0.1
5〜0.4%Cu 、0.8〜1.2%MQ、0.04
〜0.35%Cr1残部実質的にAI)JIS規格50
56 (0,3%≧8’ % 0.4%≧Fe  10
.1%≧Cu  10. 05〜0. 2%Mn  、
4.5〜5.6%Ma  、0.05〜0.2%Cr、
0.1%≧Zn1残部実質的ニAI )JIS規格20
24 (0,5%S+、O,5%Fe  、3.8〜4
.9%CO,0,3〜0.9%Mn  11.2〜1.
8%fvlo  10.1%≧Cr。
0.25%≧Zn、0.15%≧Ti1残部実質的にA
I) JISJJI格7075 (0,4%≧5i10.5%
≧11,1.2〜2.0%Cu  10.3≧Mn  
、2.1〜2.9%Mg、0.18〜0.28%Cr1
5.1〜6.1%Zn 、0.2%Ti1残部実質的に
AI> これらのアルミニウム合金をマトリックス金属とする複
合材料に関する従来の研究はこれら在来のアルミニウム
合金の強度等を向上させる目的で行われており、従って
複合材料の製造に従来より使用されているこれらのアル
ミニウム合金は、強化繊維との関連に於て必ずしも最適
の組成を有するものではなく、そのため上述の如き従来
より使用されているアルミニウム合金によっては、アル
ミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料の機械
的性質、特に強度を最適化することはできない。
本願発明者等は、従来より一般に使用されているアルミ
ニウム合金をマトリックス金属とする複合材料に於ける
上述の如き問題に鑑み、従来より繊維強化金属複合材料
の製造に使用されている種々の強化繊維の中でも特に高
強度を有し高温安定性及び強度向上効果に優れたアルミ
ナ類1118Hを強化繊維とする複合材料に於て、その
マトリックス金属としてのアルミニウム合金が如何なる
組成を一有するものが最適であるかについて種々の実験
的研究を行った結果、Cu及びMill含有量がそれぞ
れ特定の範囲にあり且Si 、Ni 、 Zn′等の元
素を実質的に含有しないアルミニウム合金がマトリック
ス金属として最適であることを見出した。
本発明は本願発明者等が行った種々の実験的研究の結果
得られた知見に基づき、アルミナ短繊維を強化繊維とし
アルミニウム合金をマトリックス*xgtsm*uat
’あ701.9.□。。、  1械的性質に優れた複合
材料を提供することを目的    1・1 としている。                   
 1問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、アルミナ類men
を強化繊維とし、Cu含有聞が2〜6%でありMu含有
量が0.5〜4%であり残部が実質的にAlであるアル
ミニウム合金をマトリックス□1、□ア/L/lt%l
lI[!(7)。工、〜5   :0%であるアルミナ
短繊維強化アルミニウム合金によって達成される。
発明の作用及び効果 本発明によれば、強化繊維として高強度を有し高温安定
性及び強度向上効果に優れたアルミナ短llI維が使用
され、マトリックス金属としてCu含    、1有量
が2〜6%でありMg含有聞が0.5〜4%であり残部
が実質的にAlであるアルミニウム合金が使用され、ア
ルミナ短uA雑の体積率が5〜50%に設定されること
により、後に説明する本願発明者等が行った実験的研究
の結果より明確である如く、強度等の機械的性質に優れ
た複合材料を得ることができる。
また本発明によれば、従来のアルミナ短繊維強化アルミ
ニウム合金と同等の強度が得られれば十分である場合に
は、アルミナ短繊維の体積率は従来に比して低い値であ
ってよく、従ってアルミナ短I!雑の使用量を低減する
ことができるので、複合材料の被剛性や生産性を向上さ
せることができ、また複合材料のコストを低減すること
ができる。
一般に、複合材料のマトリックス金属としてのAlにQ
uが添加されると、そのAlの強度が向上し、これによ
り複合材料の強度が向上するが、Cu含有量が2%未満
ではその効果が十分ではなく、逆にCu含有層が6%を
越えると複合材料は極めて脆弱になり、早期に破壊する
ようになる。
従って本発明の複合材料に於けるマトリックス金属とし
てのアルミニウム合金のCu含有層は2〜6%、好まし
くは3〜5%とされる。
また強化繊維としてのアルミナ類IIHの表面には通常
0基が存在しており、マトリックス金属の281g中に
酸化物形成傾向の強いMaが含有されていれば、Mgが
アルミナ短l1IN1表面のO基と反応することにより
、溶融マトリックス金属とアルミナ短繊維との密着性が
向上し、これにより複合材料の強度が増大される。しか
しMQ含有量が0゜5%未満の場合にはかかる効果が不
十分であり、逆にMg含有量が4%を越えると過剰の反
応が生じ、その結果アルミナ短繊維が劣化したりアルミ
ナ短II緒の表面に脆弱な界面反応生成物が生じ、その
ため複合材料の強度が低下してしまう。従って本発明に
於けるマトリックス金属としてのアルミニウム合金のM
Q金含有は0.5〜4%、好ましくは2〜4%とされる
また上述の如き組成を有するアルミニウム合金をマトリ
ックス金属とする複合材料に於ては、アルミナ短繊維の
体積率が5%未満の場合には十分な強度を確保すること
ができず、またアルミナ短繊維の体積率が40%、特に
50%を越えると、アルミナ短繊維の体積率が増大され
ても複合材料の強度はそれほど増大しない。また複合材
料の耐摩耗性はアルミナ短m維の体積率の増大と共に向
上するが、アルミナ類mttttの体積率が0〜5%程
度の範囲に於て繊維体積率の増大と共に急激に増大し、
5aei体稙率が約5%以上の領域に於ては、繊維体積
率が増大されても複合材料の耐摩耗性はそれほど向上し
ない。従って本発明の一つの特徴によれば、アルミナ短
繊維の体積率は5〜50%、好ましくは5〜40%とさ
れる。
また本願発明者らが行った実験的研究の結果によれば、
アルミナ短繊維の体積率及びMa含有量がそれぞれ上述
の好ましい範囲内にある場合にも、Cu含有層の好まし
い範囲はアルミナ短繊維の体積率によって僅かに異なる
。従って本発明の他の一つの詳細な説明によれば、アル
ミナ短繊維の体積率が5〜20%である場合には、Cu
含有量は3〜6%とされ、アルミナ類mNの体積率が3
0〜40%である場合には、Cu含有間は2〜5%とさ
れる。
また本発明の複合材料のマトリックス金属としてのアル
ミニウム合金のCu含有層は比較的高い     :・
値であり、アルミニウム合金中のCu lemにムラ 
    Wがある場合には、Cu11度が高い部分が脆
弱にな     ・。、ケアT、□ケア1.ウニ□、6
ユ、9   )できない。従って本発明の更に他の一つ
の詳細な     1特徴によれば、アルミニウム合金
中のcu sgが欧 均−になるよう、Cu含有量が2%以上3.5%   
  ′未満であるアルミニウム合金をマトリックス金属
     ・とする複合材料は、480〜520℃にて
2〜8時間に亙る溶体化処理が施され、好ましくは更に
     !に 150〜200℃にて2〜8時間に亙る時効処理   
  、シが施され、またCIJ含有量が3.5〜6.5
%で     1jX あるアルミニウム合金をマトリックス金属とする   
  :;複合材料は、460〜510℃にて2〜8時間
に     ;□亙る溶体化処理が施され、好ましくは
更に150     .1〜200”CGニーC2〜8
1[k、N811Jffi、ILllIIg    ’
れる。
更に本発明の複合材料に於けるアルミナ′In繊維は、
アルミナの不連続繊維又はアルミナの連続線     
:;雑が所定の長さに切断されたものの何れであっても
よい。またアルミナ短繊維の組成は80〜100%Al
2O8,残部実質的に5iOpであることが好ましく、
この場合Alt’sの結晶構造はα、γ、δの何れであ
ってもよい。更にアルミナ短繊維の繊維長は10μ〜7
c+g、特に10μ〜5C1程度であることが好ましく
、繊維径は1〜30μ、特に1〜25μ程度であること
が好ましい。
尚本明細書に於けるパーセンテージは繊維の体積率の表
現の場合を除き全て重量%であり、アルミニウム合金の
組成の表現に於ける「実質的にAI」とはマトリックス
金属としてのアルミニウム合金中に含まれるAI、CL
I、MIJ以外の5tsFe 、 Zll 、 Mn 
、fs4i 、Ti 、 Crの如き不可避的な金属元
素の合計が1%以下であることを意味し、アルミナ短繊
維の組成の表現に於ける「実質的にStOgJとはアル
ミナ短繊維を構成するAl20i及びstog以外の元
素が不純物程度にしか含まれていないことを意味する。
艮に本明細書に於ける組成や温度に関する「以上」 「
以下」r〜」による範囲の表示に於ては、それら自身の
値がその範囲に含まれているものとする。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。
犬tLL アルミナ短繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマト
リックス金属とする複合材料に於てその強度を向上させ
るためにはアルミニウム合金が如何なる組成のものが適
切であるかについての検討を行うべく、アルミナ短繊維
(IC1株式会社製「サフィルRFJ 、95%δ−A
ll!011、残部実質的にs+ Og 、平均繊維長
201、平均繊維径3μ)を強化繊維とし、AI −C
u−Ma系の種々の組成のアルミニウム合金をマトリッ
クス金属とする複合材料を高圧鋳造法により製造し、各
複合材料について曲げ強さの評価を行った。
まず純アルミニウムの地金(純度99%以上)と純マグ
ネシウム(純度99%以上)とAl−50%Cu母合金
とを配合することにより、下記の表1に示されている如
く種々のQu及びMg含含有管有し残部が実質的にAl
であるアルミニウム合金Al〜A76を形成した。次い
でアルミナ短繊維の集合体に対しバインダを使用しない
で圧縮成形を行うことにより、第1図に示されている如
くアルミナ知識、l1t1よりなり繊維体積率が30%
である36X100X16amの繊維成形体2を形成し
た。この場合個々のアルミナ短繊維1は第1図に示され
ている如く、36X100gtmの平面に沿うX−Y平
面内に於てはランダムに配向され、この平面に垂直なZ
軸方向に積重ねられた二次元ランダムに配向された。
次いで第2図に示されている如<、繊維成形体2をステ
ンレス鋼製の両端にて開口した四角柱状のケース2a内
に充填し、繊維成形体2をケースごと600℃に加熱し
、しかる後第3図に示されている如く250℃の鋳型3
のモールドキャビティ4内に配置し、該鋳型内に710
℃のアルミニウム合金の溶湯5を素中く注湯し、該溶湯
を約200℃のプランジャ6により1000kQ/cI
!の圧力にて加圧し、その加圧状態をアルミニウム合金
の溶湯が完全に凝固するまで保持した。かくして鋳型3
内の溶湯が完全に凝固した後、その凝固体を鋳型より取
出し、凝固体のり°−スの周りに存在するアルミニウム
合金のみよりなる部分を切削により除去し、更にケース
よりアルミナ短繊維を強化繊維としアルミ2ウム合金を
7トリツクス金R、。
とし繊維体積率が30%である複合材料を取出し   
  ;た。                    
     ”・j 1・ あ )。
・′1、 ・i ′1 H” −,1 去−二L Al      1.53        0.51A
2     1.53        1.02A3 
    1.50        1.98A4   
  1.48        2.96A5     
1.47        3.96A6     2.
02       0.53A7     2,04 
       1.03A8     1.97   
     2.01A9     1.95     
   3.00Al0   1.96        
3.96AIl     1.97        4
.47Al2   2,50        0.97
AI3    2.48        1.95Al
4   2.45        2.99Al5  
  2.46        3.98AI6   2
.45        4.46Al7   3.03
        0.03Al8   3.04   
     0.52表 1(続き) fLtLLL 旦工」口L1ユ」−− Al9  3.02     1.01A20  3.
00     1.49A21  2.97     
1.97A22  2.95     2.47A23
  2.96     2.95A24  2.97 
    3.97A25  2.95     4.4
5A26  3.49     1.01A27  3
.47     1.99A28  3.46    
 2.46A29  3.49     2.98A3
0  3.47     3.45A31  3.48
     3.96A32  3.45     4.
45A33  4.05     0.02A34  
4.04     0.5OA35  4.03   
  0.99A36  4.00     1.47表
 1(続き) 金塗」■L Cu    fl  %−肚l]口L1ユ
」口=A37  3,97     1.97A38 
 3.96     2.45△39  3.98  
   2.97A40  3.97     3.46
A41  3,96     3.97A42  3.
95     4.45A43  4.53     
0.05A44  4.52     0.53A45
  4.50     1.01A46  4.46 
    1.50A47  4.46     1.9
8A48  4.47     2.45A49  4
.45     2.98A50  4.48    
 3.45A51  4,46     3.97A5
2  4.45     4.46A53  5.03
     0.51A54  5.02     1.
01表  1 (続き) 血塗」LL 役1mユ」口= A55   5.00        1.49As2
  4゜99        1. 99      
     1′A57 4.96   2.47   
 1A58  4.95      2.98    
     [A59  4.97     3.45 
       。
1、 Ago  “°953°96.1 A61    4,96        4.45A6
2   5.54        1.01j Ac1 5・53    1・48     1A64
  5.52     1.97       □1□
A65    5.50        2.96A6
6 5.4□   3.98    1A67 5.4
5  4.45   1A685・54   0・04
11 A69    6.02        1.00A7
0   6.00        1.951、;。
A71  5.95     2.97       
 。
A72  5.96     3.95       
 ;表 1(続き) 血塗」口L 夏二]ロL1ユIM A73  6.52     0.97A74 6.5
0     1.95 A75 6.47     2.97 A76  6.46     3゜95次いでアルミニ
ウム合金のMa含有量に拘らず、Cu含有量が2%未満
であるアルミニウム合金をマトリックス金属とする複合
材料に対しては、530℃にて8時間に亙る溶体化処理
と160℃にて8時間に厘る人工時効処理を施し、Cu
含有量が2%以上3.5%未満であるアルミニウム合金
をマトリックス金属とする複合材料に対しては、500
℃にて8時間に亙る溶体化処理と160℃にて8時間に
亙る人工時効処理を施し、Cu含有量が3.5%以上6
.5%以下であるアルミニウム合金をマトリックス金属
とする複合材料に対しては、480℃にて8時間に亙る
溶体化処理と160℃にて8時間に亙る人工時効処理を
施した。
次いで上述の如く製造され熱処理が施された各複合材料
より、長さ50151m 10akm、厚さ21の曲げ
試験片をその50X10■鑓の平面がI&IN配向の二
次元ランダム平面に平行になるよう切出し、各曲げ試験
片について支点間距離40III11にて3点曲げ試験
を行った。尚これらの曲げ試験に於ては、破断時に於け
る表面応力M/Z (M−破断時に於ける曲げモーメン
ト、Z−曲げ試験片の断面係数)を複合材料の曲げ強さ
として測定した。
この曲げ試験の結果を下記の表2)第4図及び第5図に
示す。同表2の各数値はそれぞれ対応するCu及びM(
J含有量を有するアルミニウム合金をマトリックス金属
とする複合材料の曲げ強さく kg/ 112 )を表
わしており、第4図は表2に示されたデータに基づきM
(J含有量をパラメータとしてCu含有量と複合材料の
曲げ強さくkO/112 )との関係を表わしており、
第5図は表2に示されたデータに基づきCu含有量をパ
ラメータとしてMQ含有量と複合材料の曲げ強さく k
o/ +u2)との関係を表わしている。また表2)第
4図及び第5図に於ては、Cu含有量及びMg含有量は
それぞれその小数点第2位が四捨五入された値として示
されている。
表2)第4図及び第5図より、複合材料の曲げ強さはC
u含有量が1.5%又は6.5%の場合には、Ma含有
量に拘らず比較的低い値であり、Cu含有量が約3%以
下の範囲に於てはCu含有量の増大と共に曲げ強さが増
大し、Cu含有農が約3〜4.5%の範囲に於て曲げ強
さが最大値となり、Cu含有量が約4.5%以上の範囲
に於てはOL+含有間の増大と共に曲げ強さが減少する
傾向があることが解る。また複合材料の曲げ強さはMg
含有量が実質的に0%又は4.5%の場合にCu含有量
の如何に拘らず比較的低い値であり、Mg含有量が約3
%の場合に曲げ強さが最大値になり、Mg含有量が約3
%より増大し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減
少し、Mg含有量が約4%の場合に於ける曲げ強さはM
g含有量が約2%の場合と実質的に同等の値になること
が解る。
また表2に示された8値は体積率30%のアルミナ短繊
維を強化繊維とし、在来の実用合金であるJISI格A
C4Cのアルミニウム合金をマトリックスとする複合材
料の曲げ強さ45 kg/ as2よりも遥かに高い値
であり、特にCu含有量及びMg含有量がそれぞれ2〜
6%、0.5〜4%である複合材料は上述の従来の複合
材料の164倍〜約1.7倍の曲げ強さを有しているこ
とが解る。
この曲げ試験の結果より、繊維体積率30%のアルミナ
短繊維を強化繊維としAI −Ctl −Mg系のアル
ミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料の強度
を向上させるためには、マトリックス金属としてのアル
ミニウム合金のCu金含有11′は2%以上6%以下、
特に2%以上5.5%以下であり、Mg金含有は0.5
%以上4%以下、特に2%以上4%以下であることが好
ましいことが解る。
對■上                  1実施例
i′)ttbc?試lQ & (EJ様0曲9り試# 
e 7 /L/ t     。
ナ短繊維の体積率が40%に設定された点を除き   
 l同一の要領及び同一の条件にて製造された複合材料
について行った。この曲げ試験の結果を下記の表3、第
6図及び第7図に示す。同表3、第6図及び第7図はそ
れぞれ実施例1に於ける表2)第3図及び第4図に対応
している。また表3、第6図及び第7図に於ては、Cu
含有量及びMg含有量はそれぞれその小数点第2位が四
捨五入された値として示されている。
表3、第6図及び第7図より、複合材料の曲げ強さはC
u含有量が1.5%又は6.5%の場合には、Ma含有
量に拘らず比較的低い値であり、CIJ含有量が約3%
塔下の範囲に於てはCu含有量の増大と共に曲げ強さが
増大し、Cu含有量が3.5%前後の範囲に於て曲げ強
さが最大値となり、Cu含有量が約4%以上の範囲に於
てはCu含有量の増大と共に曲げ強さが減少する傾向が
あることが解る。また複合材料の曲げ強さはMg含有量
が実質的に0%又は4.5%の場合にCu含有量の如何
に拘らず比較的低い値であり、Mg含有量が約3%の場
合に曲げ強さが最大値になり、Mg含有量が約3%より
増大し又は減少するにつれて曲げ強さが徐々に減少し、
M(J含有量が約4%の場合に於ける曲げ強さはMg含
有量が約1゜5%の場合と実質的に同等の値になること
が解る。
また表3に示された8値は体積率40%のアルミナ短m
帷を強化m雑とし、在来の実用合金であるJIS規格A
C4Cのアルミニウム合金をマトリックスとする複合材
料の曲げ強さ46kg/I11よりも遥かに高い値であ
り、特にCu含有量及びMg含有量がそれぞれ2〜6%
、0.5〜4%である複合材料は上述の従来の複合材料
の1.5倍〜約1.8倍の曲げ強さを有していることが
解る。
この曲げ試験の結果より、繊維体積率40%のアルミナ
短繊維を強化繊維としAI −Cu −Mu系のアルミ
ニウム合金をマトリックス金属とする複合材料の強度を
向上させるためには、マトリックス金属としてのアルミ
ニウム合金のCu含有量は2%以上6%以下、特に2%
以上5.5%以下であり、Mg含有量は0.5%以上4
%以下、特に2%以上4%以下であることが好ましいこ
とが解る。
更に実施例1及び2の曲げ試験の結果より、アルミナ短
繊維の体積率が30〜40%である場合には、アルミニ
ウム合金のCu含有量及びMg含有量はそれぞれ上述の
範囲であることが好ましいものと推測される。
まず実施例1の場合と同一の要領にて下記の表4に示さ
れている如く種々のCu及びMIJ含有量を有し残部が
実質的にAlであるアルミニウム合金81〜830を形
成した。また実施例1に於て使用されたアルミナ類m、
mと同一のアルミナ短繊維よりなり実施例1の繊維成形
体と同一の寸法を有し繊維体積率が10%であるIIN
成形体を実施例1の場合と同一の要領にて形成した。
表  41 ユ□□   I B1  1.53   1.02      i、、J
・・。
82   1.50      1.9883   1
.47     3.9684   2.01    
  1.0385   1.97     2.018
6、   1.95     3.0087   1.
96     3.96         ’し 88   1.97     4.4789   3.
02     1.01810  2.97     
 1.97811  2.96     2.95B1
2 2.9□   3.9□     1正813  
2.95     4.45814  4.03   
   0.99815  3.97      1.9
7816  3.98      2.97     
     ’・B17 3.96   3.97   
   リ二□818  3.95      4.45
表 4(続き) 血塗」ムL 以り遣ILす61  化り遣J」LCLL
819  5.02     1.01820  4.
99     1.99821  4.95     
2.98822  4.95     3.96B23
  4.96     4.45B24  6.02 
    1.00B25  6.00     1.9
5B26  5.95     2.97B27  5
.96     3.95828  6.52    
 0.97B29  6.50     1.95B3
0  6.46     3.95次いで実施例1の場
合と同一の要領及び同一の条件の高圧鋳造によりアルミ
ナ短繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマトリック
ス金属とし繊維体積率が10%である複合材料を製造し
た。次いで各複合材料に対し実施例1の場合と同一の条
件にて溶体化処理及び人工時効処理を施し、各複合材料
より曲げ試験片を切出して各曲げ試験片について実施例
1の場合と同一のi!!領及び条件にて複合材料の曲げ
試験を行った。
この曲げ試験の結果を下記の表5、第8図及び第9図に
示す。同表5の各数値はそれぞれ対応するCu及びMa
含有量を有するアルミニウム合金をマトリックス金属と
する複合材料の曲げ強さく ko/ ms2 )を表わ
しており、第8図は表5に示されたデータに基づきMg
含有量をパラメータとしてCu含有量と複合材料の曲げ
強さく ka/■−2)との関係を表わしており、第9
図は表5に示されたデータに基づきCu含有量をパラメ
ータとしてMQ含有量と複合材料の曲げ強さく kQ/
 1−2 )との関係を表わしている。また表5、第8
図及び第    □9図に於ては、Cu含有量及びMg
含有量はそれぞれその小数点第2位が四捨五入された値
として示されている。
表5、第8図及び第9図より、複合材料の曲げ強さはC
u含有間が1.5%又は6.5%の場合には、Mg含有
量に拘らず比較的低い値であり、Cu含有量が約3%以
下の範囲に於てはCu含有間の増大と共に曲げ強さが増
大し、Cu含有量が約4〜5%の範囲に於て曲げ強さが
最大値となり、Cu含有量が約5%以上の範囲に於ては
Cu含有量の増大と共に曲げ強さが減少し、Cu含有間
が2%の場合の曲げ強さはCu含有量が6%の場合の曲
げ強さよりも低い値であることが解る。また複合材料の
曲げ強さはMa含有量が2%未満又は4%を越える場合
にCu含有量の如何に拘らず比較的低い値であり、Mg
含有量が約2〜3%の場合に曲げ強さが最大値になり、
Mg金含有間約2〜3%より増大し又は減少するにつれ
て曲げ強さが徐々に減少する傾向があることが解る。
また表5に示された8値は体積率10%のアルミナ類1
aI10を強化1雑とし、在来の実用合金であるJIS
規格AC4Gのアルミニウム合金をマトリックスとする
複合材料の曲げ強さ40 ka/msl’よりも遥かに
高い値であり、特にCu含有量及びMQ含有量がそれぞ
れ2〜6%、2〜4%である複合材料は上述の従来の複
合材料の約1.4倍〜186倍の曲げ強さを有している
ことが解る。
この曲げ試験の結果より、繊維体積率10%のアルミナ
短繊維を強化繊維としAI −Cu −Mg系のアルミ
ニウム合金をマトリックス金属とする複合材料の強度を
向上させるためには、マトリックス金属としてのアルミ
ニウム合金のCu含有間は2%以上6%以下、特に3%
以上6%以下であり、Mg含有量は2%以上4%以下で
あることが好ましいことが解る。
111L                   。
上述の実施例3の曲げ試験と同様の曲げ試験を、アルミ
ナ類w+mの体積率が5%に設定された点を除き、上述
の実施例1〜3と同一の要領及び条件にて製造された複
合材料について行った。この曲げ試験を下記の表6、第
10図及び第11図に示     1す。同表6、第1
0図及び第11図はそれぞれ上述の実施例3に於ける表
5、第8図及び第9図に対応している。また表6、第1
0図及び第11図に於ては、Cu含有量及びM(J含有
量はそれぞれその小数点第2位が四捨五入された1直と
して示されている。
表6、第10図及び第11図より、複合材料の曲げ強さ
はCu含有量が1.5%又は6.5%の場合には、Mg
含有量に拘らず比較的低い値であり、Cu含有量が約3
%以下の範囲に於てはCu含有量の増大と共に曲げ強さ
が増大し、Cu含有量が約4〜5%の範囲に於て曲げ強
さが最大値となり、Cu含有量が約5%以上の範囲に於
てはCu含有量の増大と共に曲げ強さが減少し、Cu含
有量が2%の場合の曲げ強さはCu含有量が6%の場合
の曲げ強さよりも低い値であることが解る。
また複合材料の曲げ強さはMg含有量が2%未満又は4
%を越える場合にCu含有量の如何に拘らず比較的低い
値であり、Mo含有量が約2〜3%の場合に曲げ強さが
最大値になり、Mg含有量が3%前後より増大し又は減
少するにつれて曲げ強さが徐々に減少することが解る。
また表6に示された8値は体積率5%のアルミナ短繊維
を強化vaI11とし、在来の実用合金であるJISj
J2格AC4Cのアルミニウム合金をマトリックスとす
る複合材料の曲げ強さ38 k(l)ms2よりも遥か
に高い値であり、特にCu含有量及びMg含有量がそれ
ぞれ2〜6%、2〜4%である複合材料は上述の従来の
複合材料の約1.4倍〜約1.6倍の曲げ強さを有して
いることが解る。
この曲げ試験の結果より、繊維体積率5%のアルミナ類
IImを強化繊維としAI −CU−Mg系のアルミニ
ウム合金をマトリックス金属とする複合材料の場合にも
、その強度を向上させるためには、マトリックス金属と
してのアルミニウム合金のCu含有量は2%以上6%以
下、特に3%以上6%以下であり、Mg含有量は2%以
上4%以下であることが好ましいことが解る。
まずアルミナ短繊維(電気化学工業株式会社製「アルセ
ンJ180%α−AI 20a 、残部実質的に5iQ
2)平均繊維長2CI11、平均uA維径3μ)   
′co*、acヤ、□。□1う。はゆ、36  1Xl
X100X16の寸法を有し個々のアルミナ類    
□m維が二次元ランダムにて配向された繊維体積率15
%のm組成形体を形成した。次いで実施例3に於て形成
されたアルミニウム合金81〜B30及び上述の如く形
成された繊維成形体を使用して、実//!!1の場合と
同一の要領及び同一の条件の高圧鋳造によりアルミナ短
繊維を強化繊維としアルミニウム合金をマトリックス金
属とし繊維体積率が15%である複合材料を製造した。
次いで各複合材料に対し実施例1の場合と同一の条件に
て溶体化処理及び人工時効処理を施し、各複合材料より
曲げ試験片を切出して各曲げ試験片について実施例1の
場合と同一の要領及び条件にて複合材料の曲げ試験を行
った。
この曲げ試験の結果を下記の表7、第12図及び第13
図に示す。同表7の各数値はそれぞれ対応するCu及び
Mg含有量を有するアルミニウム合金をマトリックス金
属とする複合材料の曲げ強さく ko/ mal! )
を表わしており、第12図は表7に示されたデータに基
づきMg含有量をパラメータとしてCLI含有mと複合
材料の曲げ強さく ka/am” )との関係を表わし
てJ5す、第13図は表7に示されたデータに基づきC
u含有量をパラメータとじてMg含有量と複合材料の曲
げ強さく kg/n+m2 )との関係を表わしている
。また表7、第12図及び第13図に於ては、Cu含有
量及びMg含有量はそれぞれその小数点第2位が四捨五
入された値として示されている。
1] 「 1; :旨 1、.1 □ :i 、1 表7、第12図及び第13図より、複合材料の曲げ強さ
はCu含有量が1.5%又は6.5%の場合には、Mg
含有量に拘らず比較的低い値であり、Cu含有量が約4
%以下の範囲に於てはCu含有量の増大と共に曲げ強さ
が増大し、Cu金含lが5%前後の範囲に於て曲げ強さ
が最大値となり、Cu含有量が約5%以上の範囲に於て
はCu含有量の増大と共に曲げ強さが減少し、Cu含有
量が2%の場合の曲げ強さはCLI含有量が6%の場合
の曲げ強さよりも小さい値であることが解る。
また複合材料の曲げ強さはMQ含有聞が2%未満又は4
%を越える場合にCIJ含有量の如何に拘らず比較的低
い値であり、Ma含有量が3%前後の場合に曲げ強さが
最大値になり、Mg含有量が3%前後より増大し又は減
少するにつれて曲げ強さが徐々に減少する傾向があるこ
とが解る。
また表7に示された8値は体積率15%のアルミナWI
Nを強化IIMとし、在来の実用合金であるJIS規格
AC4Gのアルミニウム合金をマトリックスとする複合
材料の曲げ強さ41 ko/s*2よりも遥かに高い値
であり、特にCu含有量及びMg含有母がそれぞれ2〜
6%、2〜4%である複合材料は上述の従来の複合材料
の約1.4倍〜約1.6倍の曲げ強さを有していること
が解る。
この曲げ試験の結果より、111+H体積率15%のア
ルミナ′In繊維を強化繊維としAI −CLI −M
IJ系のアルミニウム合金をマトリックス金属とする複
合材料の場合にも、その強度を向上させるためには、マ
トリックス金属としてのアルミニウム合金のCu含有量
は2%以上6%以下、特に3%以上6%以下であり、M
9含有昂は2%以上4%以下であることが好ましいこと
が解る。
え1%色 上述の実施例5の曲げ試験と同様の曲げ試験を、アルミ
ナ類mMの体積率が20%に設定された点を除き実施例
5の場合と同一のam及び条件にて製造された複合材料
について行った。この曲げ試験の結果を下記の表8、第
14図及び第15図に示す。同表8、第14図及び第1
5図はそれぞれ実施例5に於ける表7、第12図及び第
13図に対応している。また表8、第14図及び第15
図に於ては、Cu含有量及びMg含有量はそれぞれその
小数点第2位が四捨五入された値として示されている。
表8、第14図及び第15図より、複合材料の曲げ強さ
はCu含有量が1.5%又は6.5%の場合には、Mg
含有量に拘らず比較的低い値であり、Cu含有量が約4
%以下の1囲に於てはCu含有間の増大と共に曲げ強さ
が増大し、Cu含有間が約4〜5%の範囲に於て曲げ強
さが最大値となり、Cu含有間が約5%以上の範囲に於
てはCu含有間の増大と共に曲げ強さが減少し、Cu含
有間が2%の場合の曲げ強さはCu含有量が6%の場合
の曲げ強さよりも小さい値であることが解る。また複合
材料の曲げ強さはMg含有量が2%    □未満又は
4%を越える場合にCu含有量の如何に拘らず比較的低
い値であり、Mg含有量が3%前後の場合に曲げ強さが
最大値になり、MIJ含有量$3%* m J: V)
 、、1−Jc、L、、3! ci g ’J) t 
6 c v W T d)3 cf   ’強さが徐々
に減少する傾向があることが解る。
また表8に示された多値は体積率20%のアルミナ短繊
維を強化繊維とし、在来の実用合金であ    “るJ
ISm格AC4Gのアルミニウム合金をマトリックスと
する複合材料の曲げ強さ43 k(1/ s+s2より
も遥かに高い値であり、特にCu含有間及びMo含有量
がそれぞれ2〜6%、2〜4%である複合材料は上述の
従来の複合材料の約1.4倍〜約1.7倍の曲げ強さを
有していることが解る。
この曲げ試験の結果より、xuta体積率20%のアル
ミナ短繊維を強化繊維としAI −Qu −Mg系のア
ルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材料の場
合にも、その強度を向上させるためには、マトリックス
金属としてのアルミニウム合金のCu含有量は2%以上
6%以下、特に3%以上6%以下であり、Mg含有量は
2%以上4%以下であることが好ましいことが解る。
また上述の実施例3〜6の曲げ試験の結束より、アルミ
ナ短繊維の体積率が5〜20%である場合には、アルミ
ニウム合金のCu含有量は2〜6%、特に3〜6%であ
ることが好ましいものと推測される。
尚実施例1〜6の曲げ試験と同様の曲げ試験を、アルミ
ナの連続men<デュポン社製rFPファイバー」、平
均m組径20μ)を約1 cmに切断することにより得
られたアルミナm11mを強化繊維とし、各アルミナ短
繊維が実質的に二次元ランダム    □にて配向され
、曲げ試験片がその50×10IIIlの平面が二次元
ランダム平面に沿うよう形成された   □曲げ試験片
についても行ったところ、実施例1〜   :6の結果
と同様の結果が得られた。
K塵11− 上述の各実施例よりアルミニウム合金のCu含   :
有邑は2%以上6%以下であり、Mg含有量は好   
□ましくは2%以上4%以下であることが妥当であるこ
とが解ったので、強化繊維であるアルミナ類Iamの体
積率が如何なる値であることが適切であるかの検討を行
うべく、CLI含有間が4%であり   □Mg含有伍
が3%であり残部が実質的にAlであ   :るアルミ
ニウム合金をマトリックス金属とし、実   □施例1
〜4に於て使用されたアルミナ短繊維と同一のアルミナ
短繊維を強化amとし、繊維体積率   1、、。%、
5%、、。%、16%、30%、40%、、:50%で
ある複合材料を、上述の実施例1の場合   □と同一
の要領及び同一の条件にて製造し、各複合   □材料
に対し500℃にて8時間に亙る溶体化処理と160℃
にて8時間に亙る人工時効処理とを施し、各複合材料よ
り実施例1の場合と同一の寸法の曲げ試験片を2個ずつ
切出し、各曲げ試験片について実施例1の場合と同一の
要領及び条件にて曲げ試験を行った。この曲げ試験の結
果を第16図に示す。
第16図より、IIHII体積率が0〜5%の範囲に於
ては、繊維体積率が増大されても複合材料の曲げ強さは
僅かしか向上せず、マトリックス金属であるアルミニウ
ム合金の曲げ強さに近い値であり、繊維体積率が5〜4
0%の範囲に於ては、lltItl体積率の増大に伴い
曲げ強さはほぼ直線的に大幅に向上し、mei体積率が
40%を越えると繊維体積率が増大されても曲げ強さは
それほど向上せず、実質的に一定の値になることが解る
また参考のためにCu含有量が2%でありVQ含有量が
4%であり残部が実質的にAlであるアルミニウム合金
をマトリックス金属とする複合材料、及びCu含有量が
6%でありMg含有量が2%であり残部が実質的にAl
であるアルミニウム合金をマトリックス金属とする複合
材料についても同様の曲げ試験を行ったところ、第16
図に示された結果と同様の結果が得られた。
更に上述の実施例5に於て使用されたアルミナ短繊維と
同様のアルミナ短繊維を強化繊維とし、Cu含有間及び
Mg含有量がそれぞれ4%、3%であり残部が実質的に
Alである複合材料についても同様の曲げ試験を行った
ところ、第16図に示された結果と同様の傾向ぐ示す結
果が得られた。
これらの結果より、Cu含有量が2%以上6%以下であ
り、Mg含有量が2%以上4%以下であり、残部が実質
的にAlであるアルミニウム合金をマトリックス金属と
し、アルミナ類l1t11を強化繊維とする複合材料に
於ては、アルミナ′IBmtmのMINの体積率は5〜
50%、特に5〜40%であることが好ましいことが解
る。
以上に放ては本発明を本願発明者等が行った実験的研究
との関連に於て幾つかの実施例について詳細に説明した
が、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく
、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であるこ
とは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は個々のアルミナ短繊維が二次元ランダムにて配
向されたlIM成形体を示す斜視図、第2図は第1図に
示されたIMN成形体がステンレス鋼製のケース内に充
填された状態を示す斜視図、第3図は第2図に示された
ステンレス鋼製のケース内に充填されたIIaM成形体
を用いて行われる高圧鋳造による複合材料の製造工程の
鋳造工程を示ず解団、第4図は実施例1の曲げ試験の結
果に基づきMa含有量をパラメータとしてCu含有量と
複合材料の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第5図は実
施例1の曲げ試験の結果に基づきCu含有量をパラメー
タとしてMg含有量と複合材料の曲げ強さとの関係を示
すグラフ、第6図は実施例2の自げ試験の結果に基づき
MQ含有量をパラメータとしてCu含有量と複合材料の
曲げ強さとの関係を示すグラフ、第7図は実施例2の曲
げ試験の結果に基づきCu含有量をパラメータとしてM
(+含有量と複合材料の曲げ強さとの関係を示ずグラフ
、第8図は実施例3の曲げ試験の結果に基づきMg含有
量をパラメータとしてCu含有量と複合材料の曲げ強さ
との関係を示すグラフ、第9図は実施例3の曲げ試験の
結果に基づきCu含有量をパラメータとしてMQ金含有
間複合材料の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第10図
は実施例4の曲げ試験の結果に暴きMQ含有量をパラメ
ータとしてCu含有量と複合材料の曲げ強さとの関係を
示すグラフ、第11図は実施例4の曲げ試験の結果に基
きCu含有量をパラメータとしてMu含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフ、第12図は実施例5
の曲げ試験の結果に基きMu含有量をパラメータとして
Cu含有量と複合材料の曲げ強さとの関係を示すグラフ
、第13図は実施例5の曲げ試験の結果に基きC0含有
量をパラメータとしてMg含有量と複合材料の曲げ強さ
との関係を示すグラフ、第14図は実施例6の曲げ試験
の結果に基ぎMg含有量をパラメータとしてCu含有量
と複合材料の曲げ強さとの関係を示ずグラフ、第15図
は実施例6の曲げ試験の結果に基きCu含有量をパラメ
ータとしてMg含有量と複合材料の曲げ強さとの関係を
示すグラフ、第16図は横軸にアルミナ短繊維の繊維体
積率を取り縦軸に複合材料の曲げ強さを取って実施例7
の曲げ試験の結果を示すグラフである。 1・・・アルミナ短繊維、 2a・・・ケース、2・・
・繊維成形体、3・・・鋳型、4・・・モールドキャビ
ティ、5・・・アルミニウム合金の溶湯、6・・・プラ
ンジャ特 許 出 願 人  トヨタ自動車株式会社代
     理     人   弁理士  明  石 
 昌  酸第 1 図 第 2 図 第 4 図 Cu含有量(沿             □i第5図 兜6 図 第7図 融合有量(’/、) 第 8 図 り、+u’t ’* R1%) 第 9 図 融合有量(%) 第11図 ■含有量c%) 第 10  図 一含有量c%) 第12図 〜含有量c%) 第13図 融合有量(%) 第14図 の含有量c%) 第15図 融合有量 (%] 第16図 繊維体積率(%))′□

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アルミナ短繊維を強化繊維とし、Cu含有量が2
    〜6%でありMg含有量が0.5〜4%であり残部が実
    質的にAlであるアルミニウム合金をマトリックス金属
    とし、前記アルミナ短繊維の体積率が5〜50%である
    アルミナ短繊維強化アルミニウム合金。
  2. (2)特許請求の範囲第1項のアルミナ短繊維強化アル
    ミニウム合金に於て、前記アルミナ短繊維の体積率は5
    〜40%であることを特徴とするアルミナ短繊維強化ア
    ルミニウム合金。
  3. (3)特許請求の範囲第1項又は第2項のアルミナ短繊
    維強化アルミニウム合金に於て、前記アルミニウム合金
    のMg含有量は2〜4%であることを特徴とするアルミ
    ナ短繊維強化アルミニウム合金。
  4. (4)特許請求の範囲第3項のアルミナ短繊維強化アル
    ミニウム合金に於て、前記アルミナ短繊維の体積率は5
    〜20%であり、前記アルミニウム合金のCu含有量は
    3〜6%であることを特徴とするアルミナ短繊維強化ア
    ルミニウム合金。
  5. (5)特許請求の範囲第3項のアルミナ短繊維強化アル
    ミニウム合金に於て、前記アルミナ短繊維の体積率は3
    0〜40%であり、前記アルミニウム合金のCu含有量
    は2〜5%であることを特徴とするアルミナ短繊維強化
    アルミニウム合金。
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