JPS6137935A - 複合鋳塊およびその製造方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は無機質短繊維と有機バインダーとからなる多
孔質成形体にアルミニウム、アルミニウム合金などの金
属を含浸などした複合鋳塊およびその製造方法に係るも
のである。

従来の技術 従来の長繊維強化金属では押出、圧延などを行うと、折
角配列した長繊維が破壊されてしまうために長繊維で強
化した特性が消失してし貰うとともに長繊維を破壊しな
いと加工できないために押出しなどの加工自体が非常に
困難である。このために長繊維強化金属を押出、圧延な
どの加工は従来よシ行われていない。

しかしながら、複合鋳塊に押出、圧処、鍛造の加工を行
うことができるものとしてはウィスカーなどの短繊維を
強化材とした複合鋳塊が考えられるし、またウィスカー
などを強化材とした複合鋳塊を押出しなどした例として
は外国で見られる程度である。この外国の複合鋳塊は粒
子を分散したもの（ＤＷＡ社）や炭化けい素（Ｓｉｃ）
ウィスカーを分散したもの（ｇＸＸＯＮ社とＡＢＯ３社
）がある。これらの複合鋳塊はいずれもアルミニウム合
金粉末と粒子もしくはウィスカーとを混合してから、冷
間静水圧（ＣＩＰ）！たは熱間静水圧プレス（ＨＩ　Ｐ
）もしくはホットプレスしてビレットを造る、いわゆる
粉末冶金的方法によシ複合鋳塊を造っているが、この従
来の複合鋳塊では粉末冶金的方法のために気孔率が完全
に零になりにくく、気孔が存在Ｉ−でいるという欠点が
あるし、アルミニウム合金粉末の太きさより太きければ
大きい程複合鋳塊の均一性が保て々いという欠点がある
。更に複合鋳塊が押出し成形の際に直接押出しダイスの
出口などと接触するとともに高温押出しするためにダイ
スの寿命が著しく短かくなるという欠点があるし、捷た
押出し成形材の表面性状が悪いとともに押出しスピード
が遅いなどの理由により押出性が悪いという欠点がある
。

発明が解決しようとする問題点 この発明は従来の複合鋳塊が有するこれらの欠点を解消
し、均一的な複合鋳塊を得ることや複合鋳塊を押出しな
どの加工した際に加工材の表面性状が良好であること、
そして押出し成形の際に押出性が良いことなどを目的と
したものである。

問題点を解決するための手段 この発明は炭化けい素（Ｓｉｃ）ウィスカーなどの無機
質短繊維を有機バインダー溶液中に加えて良く攪拌して
泥漿状に混合してから、この泥漿状の混合体を吸水性を
有するなどの型に注入したシ、または押出し成形したり
し、次いで乾燥固化することにより多孔質成形体を形成
し、この多孔質成形体を約５００℃で予備加熱して有機
バインダ一方・を焼却分解してから、多孔質成形体を溶
湯金属入りで、かつ多孔質成形体より大きい型に加圧含
浸して無機質短繊維が分散した複合鋳塊を形成する。

この発明は溶湯金属入りの型を多孔質成形体より大きく
したためにとの溶湯金属入り型に多孔質成形体を加圧含
浸することにより多孔質成形体の全側面と少なくとも天
地面の１方より溶湯金属が多孔質成形体に含浸すること
ができるとともに多孔質成形体の全側面と天地の１方ま
たは双方がマトリックス金属で覆うことができるから、
複合鋳塊の複合化が容易にできるとともに均一的な複合
鋳塊を形成することができる。更に複合鋳塊の全側面と
少なくとも天地の１方がマトリックス金属で覆われた複
合鋳塊を容易に形成することができる。

多孔質成形体と同じ大きさの浴湯金属入り型に多孔質成
形体を加圧含浸すると、溶湯金属の含浸方向が一方向的
になるので複合化が円滑に行われないばかりでなく、多
孔質成形体が一方向に圧縮され易く、均一的な複合鋳塊
を形成しにくくなる。

この発明の複合鋳塊は全側面と少なくとも天地の１方が
全複合部分の少なくとも１チ以上のマトリックス金属で
覆われているから、複合鋳塊のマトリックス金属で覆わ
れている天地の側をダイスの出口に向けて、複合鋳塊を
熱間押出しを行う際にはマトリックス金属の押出条件と
全く同じ条件で押出しを行うことができるためにダイス
の出口などにマトリックス金属が接触してダイスがほと
んど摩耗せず、ダイスの寿命を短縮することがないし、
押出し成形材の表面は薄くマトリックス金属で覆われて
いるために押出し成形材の表面性状が良好であるととも
に押出し成形の押出性が良く、押出し成形のスピードも
速く生産性が良い。

これに対して複合鋳塊の全側面と天地がマ）　ＩＪソッ
クス属で覆われてない複合鋳塊は押出し成形は可能であ
るが、高温で押出しする必要があるとともに押出しスピ
ードが遅く、生産性が悪いし、押出し成形材の表面欠陥
が発生し易い。

なお、この発明の複合鋳塊は押出し成形の外に、圧延し
たり、鍛造したりして成形してもよい。

この発明に用いる無機質短繊維はウィスカーの外に約１
０μから１０聾のチョップした短繊維（Ａｉｌｓ　０２
　、　Ｓｉ　（！　、ホウ素４炭素）がよいし、また有
機バインダーとしてはメチルセルロース、ポリビニニト
ロセルロース、酢酸セルロース、ｔ”ｌＪウレタンなど
がよい。

そしてマトリックス金属の厚さは１〜２０チ位がよくて
、１％以下では高圧鋳造による複合化が円滑に行わない
とともに多孔質成形体が圧縮され易くなる。２０饅以上
では複合化効率が悪く々るとともに多孔質成形体がセン
ターよシずれ易くなる。

次にこの発明の複合鋳塊を製造方法とともに実施例とと
もに説明する。

実施例１ 繊維径が約０．１ないし１．１１　ｐ　、繊維長が約５
０ないし２００μの炭化けい素（Ｓｉｃ）ウィスカー１
ｏｏｔｆｒ、有機バインダー溶液であるカルボキシメチ
ルセルロース（ＣＭＣ）’２％水溶液１．０ノに加えて
均一に分散するように良く攪拌して懸濁液にする。

この懸濁液を、石こうや塩化カルシウムなどで造られて
吸水性を有するととも１で所定形状の型に注入し、懸濁
液中の水分を、吸水性を有する型を介して、吸水させる
。

このようにして懸濁液は水分を失うので型の中にバイン
ダーであるカルボキシメチルセルロースと炭化けい素ウ
ィスカーが残る。これを充分に乾燥させると、多少収縮
した多孔質成形体ができる。

この若干の水分を含んだ多孔質成形体を型よフ取出して
完全に乾燥して金属基複合材用多孔賛成形体を造る。

この多孔質成形体を必要に応じて機械加工を施してから
、約５００℃で予熱して有機バインダーであるＣ　ｉｖ
ｌ　Ｃを焼却分解する。多孔、質成形体１より大きい金
型２に約８００℃で溶融状態の６０６１アルミニウム合
金３を入れ、この金型２に多孔質成形体１を加圧体４で
上から加圧しながら含浸することにより矢印のように多
孔質成形体１の全側面と地側から多孔質成形体１の空隙
に溶湯アルミニウム合金を含浸してＳｉｃウィスカーが
分散した複合材５となり、かつ全側面および地側がマ）
　ＩＪラックス属であるアルミニウム合金６で覆われた
複合鋳塊７を造る。

この実施例１の方法で造った複合鋳塊７を５５０℃で予
熱してから第３図々示のように複合鋳塊７のマトリック
ス金属であるアルミニウム合金６で覆われている地側を
ダイス８の出口８′に向けてダイス８の中に入れ、ラム
９を用いて熱間押出し成形することによりマトリックス
金属の押出条件と全く同じ条件で押出しを行うことがで
きるし、押出し成形材１０は第４図々示のように表面が
薄いマトリックス金属であるアルミニウム合金６で覆わ
れ、内部はＳｉｃウィスカーが分散した複合材５である
。

この実施例１の方法で造る課程において、中間体である
多孔質成形体は非常に強固で、取扱い中に欠けたり、壊
れたりすることがなく、高さ２ｍの所から落しても破損
しなかった。また多孔質成形体の体積比（ｕｆ）を測定
したところ約１４チ、であるから、８６チが空洞である
３ｉｃウイスカーの強固な多孔質成形体である。

実施例２ 繊維径が約０．５μ、繊維長が約５０μの炭化けい累（
Ｓｉｅ）ウィスカー２０Ｏｆを有機バインダーｆａ液で
あるメチルセルロース５％、ステアリン酸エマルジョン
１チ、グリセリン１％水溶液１．０１に加えて均一にな
るようによく攪拌して比較的水分の少ない粘土状にする
。

この粘土状のものを押出機を用いて円柱状に押出してか
ら乾燥固化し、所定の長さに切断して円柱状の金属基複
合材用多孔質成形体を造る。

この多孔質成形体を実施例１とほぼ同様にして全側面と
天地の１方がマトリックス金属で覆われた複合鋳塊を造
る。

更に別の方法としては全側面および天地の全面がマトリ
ックス金属であるアルミニウム合金で覆われた複合鋳塊
を造り、複合鋳塊の天地の１方を複合材のマトリックス
金属側の端部まで切断した複合鋳塊を圧延または鍛造す
る際にはそのまま圧延したシ、鍛造したりする。

発明の効果 この発明の複合鋳塊は多孔質成形体の全側面と少なくと
も天地の１方より溶湯金属が含浸されているから、複合
鋳塊の複合化が容易にできるとともに均一的な複合鋳塊
を形成することができる。

そして複合鋳塊の全側面と天地の１方がマトリックス金
属で覆われた複合鋳塊を容易に形成することができる。

更にこの発明の複合鋳塊は全側面と少なくとも天地の１
方がマトリックス金属で覆われているから、複合鋳塊の
マトリックス金属で覆われている天地の側をダイスの出
口に向けて、複合鋳塊を熱間押出しを行うと、マトリッ
クス金属の押出し条件と全く同じ条件で押出しを行うこ
とができるためにダイスの出口力どにマトリックス金属
が接触してダイスがほとんど摩耗せず、ダイスの寿命を
短縮することがないし、押出し成形材の表面は薄くマ）
ｌツクス金属で覆われているために押出し成形材の表面
性状が良好であるとともに押出し成形の押出性が良く、
押出し成形のスピードも速く、生産性が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明品の断面図、第２図は含浸中の断面図、
第６図はダイスの断面図、第４図は押出し成形材の拡大
断面図である。 １は多孔質成形体、２は金型、３は溶融状態のアルミニ
ウム合金、４は加圧体、５は複合材、６はマトリックス
金属のアルミニウム合金、７は複合鋳塊。 （１す 箋　２　歯 、４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　無機質短繊維を有機バインダーで多孔質に結合して
   なる成形体が金属を含浸しているとともに該金属を含浸
   した成形体の全側面および少なくとも天地の１方がマト
   リックス金属で覆われていることを特徴とする複合鋳塊
   。 ２　無機質短繊維を有機バインダー溶液に加えて良く攪
   拌して泥漿状に混合してから、該泥漿状の混合体を型に
   注入または押出し成形して乾燥固化して多孔質成形体を
   形成し、該多孔質成形体を予備加熱してから、溶湯金属
   入りで、かつ多孔質成形体より大きい型に加圧含浸する
   ことを特徴とする複合鋳塊の製造方法。