JPS63169342A - 金属基複合材料の製造方法 - Google Patents
金属基複合材料の製造方法Info
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- JPS63169342A JPS63169342A JP47587A JP47587A JPS63169342A JP S63169342 A JPS63169342 A JP S63169342A JP 47587 A JP47587 A JP 47587A JP 47587 A JP47587 A JP 47587A JP S63169342 A JPS63169342 A JP S63169342A
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Landscapes
- 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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明はウィスカその他の短ｍＭで強化した金属基複合
材料の製造方法に係り、特に高圧鋳造法（溶浸法）によ
る金属基複合材料の製造方法の改良に関する。
材料の製造方法に係り、特に高圧鋳造法（溶浸法）によ
る金属基複合材料の製造方法の改良に関する。
（従来の技術）
従来、金属基複合材料の製造方法として、高圧ＶＩ造法
（溶浸法）、半溶湯押出し加工法、粉末冶金法等、各種
方法が取られているが、回度適合性等の面から特に高圧
鋳造法が多用されている。
（溶浸法）、半溶湯押出し加工法、粉末冶金法等、各種
方法が取られているが、回度適合性等の面から特に高圧
鋳造法が多用されている。
＾圧＆３造法としては、強化用ｍＭを有機溶剤等で固め
たプリフォームをつくり、これを成形金型内に収納して
マトリクス金属の溶湯を注入し、加圧ピストン等により
高圧で溶浸させる方法が一般的であり、特にウィスカそ
の他の短！！雑で強化された軽量強化材料の製造に多（
適用されている。軽量強化材料にはマトリクス金属とし
て例えばＡＩ系、ＭＯ系、Ｔｉ系等の軽金属またはその
合金が適用され、またウィスカその他の短ＩＭＩｆｆｌ
にはＳｉＣ系、Ａｌ２Ｏ３系、Ｃ系、Ｂ系、３ｉ−Ｔｉ
−Ｃ−Ｏ系等の素材が適用される。
たプリフォームをつくり、これを成形金型内に収納して
マトリクス金属の溶湯を注入し、加圧ピストン等により
高圧で溶浸させる方法が一般的であり、特にウィスカそ
の他の短！！雑で強化された軽量強化材料の製造に多（
適用されている。軽量強化材料にはマトリクス金属とし
て例えばＡＩ系、ＭＯ系、Ｔｉ系等の軽金属またはその
合金が適用され、またウィスカその他の短ＩＭＩｆｆｌ
にはＳｉＣ系、Ａｌ２Ｏ３系、Ｃ系、Ｂ系、３ｉ−Ｔｉ
−Ｃ−Ｏ系等の素材が適用される。
ところで、軽量強化材料の高品質化を図るためには、強
化ａｔ維中に含まれる不純物や、クラスタ状のかたまり
（いわゆるダマ）、さらに長さと太さの比が小さな微粉
等を除去することが望ましい。
化ａｔ維中に含まれる不純物や、クラスタ状のかたまり
（いわゆるダマ）、さらに長さと太さの比が小さな微粉
等を除去することが望ましい。
しかし、このような不純物等、特にダマが少なくなると
、強化繊維の滑脱性が増大して、プリフォームの強度が
極めて小さくなる。そして、マトリクス金属を８圧鋳造
法によってプリフォーム内に含浸させる過程で、そのプ
リフォームが著しく変形したり、割れを生じ、その結果
複合材料成形品に強化Ｊ！雑の存在しない未強化部分が
含まれることがある。
、強化繊維の滑脱性が増大して、プリフォームの強度が
極めて小さくなる。そして、マトリクス金属を８圧鋳造
法によってプリフォーム内に含浸させる過程で、そのプ
リフォームが著しく変形したり、割れを生じ、その結果
複合材料成形品に強化Ｊ！雑の存在しない未強化部分が
含まれることがある。
第４図はこのような未強化部分を含む棒状成形品、いわ
ゆる成形ビレッ］・を示したものである。
ゆる成形ビレッ］・を示したものである。
ウィスカ１で強化された複合化部２がプリフォームの割
れによって分断され、ウィスカの存在しないマトリクス
金属のみの未強化部分３が生じている。
れによって分断され、ウィスカの存在しないマトリクス
金属のみの未強化部分３が生じている。
（ｎ明が解決しようとする問題点）
従来、＾圧鋳造法により短１１１ｒＮ強化金属基複合材
料を製造する場合、マトリクス金属を繊維プリフォーム
に溶浸させる段階でプレス機構による加圧ピストンによ
って高圧を作用させるため、不純物等を除去した座屈強
度の小さいプリフォームを用いると変形、割れなどが生
じ、成形品中に未強化部分等の欠陥が生じる問題があっ
た。
料を製造する場合、マトリクス金属を繊維プリフォーム
に溶浸させる段階でプレス機構による加圧ピストンによ
って高圧を作用させるため、不純物等を除去した座屈強
度の小さいプリフォームを用いると変形、割れなどが生
じ、成形品中に未強化部分等の欠陥が生じる問題があっ
た。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたち、ので、圧
縮変形強度の小さいプリフォームを用いる場合でも、プ
リフォームの変形や割れの発生を防止して、未強化部分
等の欠陥のない強化成形品を得ることができる金属基複
合材料の製造方法を提供することを目的とする。
縮変形強度の小さいプリフォームを用いる場合でも、プ
リフォームの変形や割れの発生を防止して、未強化部分
等の欠陥のない強化成形品を得ることができる金属基複
合材料の製造方法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、ウィスカその他の短ＩＩＭを集積してプリフ
ォームを形成し、このプリフォームにマトリクス金属の
溶湯をそのプリフォームの座屈圧力以下の圧力で加圧溶
浸させて金属基複合材料粗成形品を製造し、その後この
金属基複合材料粗成形品にＢ温静水圧成形処理を施して
金属基複合材料製品とすることを特徴としている。
ォームを形成し、このプリフォームにマトリクス金属の
溶湯をそのプリフォームの座屈圧力以下の圧力で加圧溶
浸させて金属基複合材料粗成形品を製造し、その後この
金属基複合材料粗成形品にＢ温静水圧成形処理を施して
金属基複合材料製品とすることを特徴としている。
（作用）
マトリクス金属のプリフォームへの溶浸時の加圧力をそ
のプリフォームの座屈圧力以下に設定することにより、
プリフォームの変形、割れ等による未強化部分の発生の
ない金属基複合材料製品形品が得られる。
のプリフォームの座屈圧力以下に設定することにより、
プリフォームの変形、割れ等による未強化部分の発生の
ない金属基複合材料製品形品が得られる。
但し、この金ｊ！！！複合材料粗成形品では、溶浸時の
加圧力が小さいことから、マトリクス金属の溶湯が十分
にプリフォームの隅々まで浸透すると限らず、未含浸部
による空隙（ボイド）が生じる可能性がある。
加圧力が小さいことから、マトリクス金属の溶湯が十分
にプリフォームの隅々まで浸透すると限らず、未含浸部
による空隙（ボイド）が生じる可能性がある。
そこで、金属基複合材料粗成形品に対し、さらに高温静
水圧成形処理を施し、これによりマトリクス金属をプリ
フォームの隅々まで浸透させ、ボイドの除去を図る。
水圧成形処理を施し、これによりマトリクス金属をプリ
フォームの隅々まで浸透させ、ボイドの除去を図る。
よって、最終成形品としての金属基複合材料製品には、
未強化部分やボイド等の欠陥がなく、高品質に望まれる
不純物のない強化ｌｌＩ維を使用する場合でも、座屈強
度の低い点を克服して、十分実用性のある金属基複合材
料が提供できるようになる。 （実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。なお。この実施例ではマトリクス金属としてＡ
１合金（６０６１ＡＪ−Ｔ６）を用い、強化１１１ｉと
してＳｉＣウィスカを用いている。
未強化部分やボイド等の欠陥がなく、高品質に望まれる
不純物のない強化ｌｌＩ維を使用する場合でも、座屈強
度の低い点を克服して、十分実用性のある金属基複合材
料が提供できるようになる。 （実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照して説
明する。なお。この実施例ではマトリクス金属としてＡ
１合金（６０６１ＡＪ−Ｔ６）を用い、強化１１１ｉと
してＳｉＣウィスカを用いている。
第１図（Ａ）〜（Ｆ）に製造工程を順次に示す。
ＳｉＣウィスカのプリフォーム成形は従来公知の二方向
加圧法により行なう。即ち、ＳｉＣウィスカ１１に少鮎
の水を均一に分散し、円筒状のプリフォーム成形型１２
内に挿入して、両方向から加圧ピストン１３で圧縮する
（第１図（Ａ）。
加圧法により行なう。即ち、ＳｉＣウィスカ１１に少鮎
の水を均一に分散し、円筒状のプリフォーム成形型１２
内に挿入して、両方向から加圧ピストン１３で圧縮する
（第１図（Ａ）。
（Ｂ））。これにより、体積率が例えば２０％の円柱状
のプリフォーム１４を作成する（第１図（Ｃ））。
のプリフォーム１４を作成する（第１図（Ｃ））。
第２図は体積率が２０％プリフォーム１４について調べ
た圧縮変形特性を示している。図示の如く、プリフォー
ム１４の高さをり。、直径をＤ（＝Ｌ。）とし、荷重Ｗ
ｐによる収縮ΔＬが生じた場合の圧力と圧縮ひずみとの
関係を調べたところ、これらの関係は室温から６００℃
の温度域まで殆ど同一であり、圧縮応力が約４０ Ｋｌ
ｆ ／ ｃｉ以上に達したとき座屈することが認めら
れた。
た圧縮変形特性を示している。図示の如く、プリフォー
ム１４の高さをり。、直径をＤ（＝Ｌ。）とし、荷重Ｗ
ｐによる収縮ΔＬが生じた場合の圧力と圧縮ひずみとの
関係を調べたところ、これらの関係は室温から６００℃
の温度域まで殆ど同一であり、圧縮応力が約４０ Ｋｌ
ｆ ／ ｃｉ以上に達したとき座屈することが認めら
れた。
次に、このようなプリフォーム１４を高圧鋳造用金型１
５内にセットし、金型１５の外側からヒータ１６で加熱
する（第１図（Ｄ））。そして、プリフォーム１４の温
度が６００〜６５０℃に達した状態で３０〜４０分間保
持し、その後約８００℃のＡ１合金１７を金型１５内に
注入し、加圧ピストン１８によって加圧する。この場合
の最大加圧力は、第２図に示したプリフォーム座屈圧縮
応力である４０に！Ｉｆ／ｉ以下とする。
５内にセットし、金型１５の外側からヒータ１６で加熱
する（第１図（Ｄ））。そして、プリフォーム１４の温
度が６００〜６５０℃に達した状態で３０〜４０分間保
持し、その後約８００℃のＡ１合金１７を金型１５内に
注入し、加圧ピストン１８によって加圧する。この場合
の最大加圧力は、第２図に示したプリフォーム座屈圧縮
応力である４０に！Ｉｆ／ｉ以下とする。
加圧ピストン１８が所定ストロークで安定停止し、溶湯
１７がプリフオーム１４全体に含浸して複合化されたと
判断したならば、金型１５を冷却する。これにより、Ｓ
ｉＣウィスカ１１で強化されたＡ４合金（６０６１Ａり
基複合材料粗成形品１９を得る（第１図（Ｅ））。
１７がプリフオーム１４全体に含浸して複合化されたと
判断したならば、金型１５を冷却する。これにより、Ｓ
ｉＣウィスカ１１で強化されたＡ４合金（６０６１Ａり
基複合材料粗成形品１９を得る（第１図（Ｅ））。
この複合材料粗成形品１９には、加圧ピストン１８によ
る加圧力をプリフォーム１４の座屈圧力（４０Ｋ９ ｆ
／ ｃｊ ）以下と小さく設定したことにより直径０
．１〜０．２履以下のマトリクス金属の未含浸Ｐ！Ｓ＜
ボイド）が多数存在する。即ち、上記座屈圧力＜４０に
９ｆ／ｃｉ以下）では、複雑なウィスカ交錯部分の各内
奥でＡ７合金溶湯の表面張力に打勝って浸透させるだけ
の加圧力が与えられないからである。したがって、この
ままではボイドによる欠陥が多数存在することになり、
引張り強度は勿論、疲労とクリープ特性が著しく悪く、
マトリクス金属であるＡＩ合金並の強度特性さえ得られ
ない。但し、加圧力が小さいことから、第４図に示した
ようなプリフォーム割れによる未強化部分等は生じない
。
る加圧力をプリフォーム１４の座屈圧力（４０Ｋ９ ｆ
／ ｃｊ ）以下と小さく設定したことにより直径０
．１〜０．２履以下のマトリクス金属の未含浸Ｐ！Ｓ＜
ボイド）が多数存在する。即ち、上記座屈圧力＜４０に
９ｆ／ｃｉ以下）では、複雑なウィスカ交錯部分の各内
奥でＡ７合金溶湯の表面張力に打勝って浸透させるだけ
の加圧力が与えられないからである。したがって、この
ままではボイドによる欠陥が多数存在することになり、
引張り強度は勿論、疲労とクリープ特性が著しく悪く、
マトリクス金属であるＡＩ合金並の強度特性さえ得られ
ない。但し、加圧力が小さいことから、第４図に示した
ようなプリフォーム割れによる未強化部分等は生じない
。
そこで、このようなＡオ基複合材料粗成形品１９に高温
静水圧成形（ＨＩＰ）処理を施して（第１図（Ｆ））、
ボイドの除去を行なう。即ち、ＡＩＭ複合材料粗成形品
１９を薄い軟鋼製の罐２０内に真空封入し、これをＨＩ
Ｐ処］！Ｉ！装四の圧力容器２１内で５５０℃〜６５０
℃、５００〜１０００υｆ／Ｃｄのアルゴンガスによる
等方的な圧力を加える。このような高温静水圧成形処理
を施したところ、マトリクス金属であるＡ１合金がＳｉ
Ｃウィスカ間に十分浸透し、顕微鏡観察により直径５０
μｍ以上の欠陥は全くないことが確認された。
静水圧成形（ＨＩＰ）処理を施して（第１図（Ｆ））、
ボイドの除去を行なう。即ち、ＡＩＭ複合材料粗成形品
１９を薄い軟鋼製の罐２０内に真空封入し、これをＨＩ
Ｐ処］！Ｉ！装四の圧力容器２１内で５５０℃〜６５０
℃、５００〜１０００υｆ／Ｃｄのアルゴンガスによる
等方的な圧力を加える。このような高温静水圧成形処理
を施したところ、マトリクス金属であるＡ１合金がＳｉ
Ｃウィスカ間に十分浸透し、顕微鏡観察により直径５０
μｍ以上の欠陥は全くないことが確認された。
下記の表は材料別の引張り強さ試験結果を比較したもの
で、マトリクス金属である６０６１ＡｉｌのＴ６熱処理
材、本実施例のＡＪ基複合材料粗成形品（Ｓ ｔ ＣＷ
／６０６１ＡＪ−Ｔ６ （Ｉ））およびＨＩＰ処理後の
Ａノ基複合材料（Ｓ ｉ ＣＷ／６０６１Ａ１−Ｔ６
（ＩＦ））を列挙している。
で、マトリクス金属である６０６１ＡｉｌのＴ６熱処理
材、本実施例のＡＪ基複合材料粗成形品（Ｓ ｔ ＣＷ
／６０６１ＡＪ−Ｔ６ （Ｉ））およびＨＩＰ処理後の
Ａノ基複合材料（Ｓ ｉ ＣＷ／６０６１Ａ１−Ｔ６
（ＩＦ））を列挙している。
（１）：溶浸侵ＨＩＰ処理無し
く■） ： 有り
この表から明らかな如く、粗成形品（Ｉ）では強度のば
らつきが大きくマトリクス金属と大差はないが、ＨＩＰ
処理棲の複合材料（［）では３ｉＣウイス力゛強化６０
６１Δ１合金本来の強度特性が得られる。
らつきが大きくマトリクス金属と大差はないが、ＨＩＰ
処理棲の複合材料（［）では３ｉＣウイス力゛強化６０
６１Δ１合金本来の強度特性が得られる。
また、第３図は繰返し曲げ疲労強度の試験結果を示して
いる。ＨＩＰ処理後の複合材料（ＩＩ）（○印）は、マ
トリクス金属（６０６１Ａｊ！−Ｔ６）の約１．５倍の
強度を示すことが認められる。
いる。ＨＩＰ処理後の複合材料（ＩＩ）（○印）は、マ
トリクス金属（６０６１Ａｊ！−Ｔ６）の約１．５倍の
強度を示すことが認められる。
なお、ＨＩＰ処理のない粗成形品（Ｉ）は内部欠陥が多
く、マトリクス金属と殆ど強度特性が変らない。
く、マトリクス金属と殆ど強度特性が変らない。
なお、ト１１Ｐ処理においては、アルゴンガスの温度と
圧力とをＳｉＣウィスカの体積率の増大に応じて高める
ことにより、良好な結果が得られることが実験的に確認
された。
圧力とをＳｉＣウィスカの体積率の増大に応じて高める
ことにより、良好な結果が得られることが実験的に確認
された。
なお、本発明は前記実施例で述べたＳｉＣウィスカ強化
強化Ａ１合金金複合材料か、冒頭に例示した素材、その
他各種素材を用いた複合材料の製造に適用できることは
勿論である。
強化Ａ１合金金複合材料か、冒頭に例示した素材、その
他各種素材を用いた複合材料の製造に適用できることは
勿論である。
以上のように、本発明によれば、マトリクス金属のプリ
フォームへの溶浸時の加圧力をそのブリフォームの座屈
圧力以下に設定することにより、プリフォームの変形、
割れ等による未強化部分の発生を防止できるとともに、
かかる粗成形品に高温静水圧成形処理を施すことにより
、マトリクス未含浸部を除去することができる。したが
って、＾品質化に望まれる不純物のない強化ＩＩＮを用
いる場合でも、座屈温度の低さに拘らず欠陥のない、静
的および疲労強度等の優れた金ＨＭ複合材料が製造でき
る。しかも、高圧鋳造法による最大加圧力も低減できる
ことから、金型構造の軽量化、加熱時間の短縮等の利点
も得られる。
フォームへの溶浸時の加圧力をそのブリフォームの座屈
圧力以下に設定することにより、プリフォームの変形、
割れ等による未強化部分の発生を防止できるとともに、
かかる粗成形品に高温静水圧成形処理を施すことにより
、マトリクス未含浸部を除去することができる。したが
って、＾品質化に望まれる不純物のない強化ＩＩＮを用
いる場合でも、座屈温度の低さに拘らず欠陥のない、静
的および疲労強度等の優れた金ＨＭ複合材料が製造でき
る。しかも、高圧鋳造法による最大加圧力も低減できる
ことから、金型構造の軽量化、加熱時間の短縮等の利点
も得られる。
第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の一実施例を示す工程図
、第２図は同実施例による金ｆｆｌ基褒合材料粗成形品
の圧縮変形特性を示すグラフ、第３図は同実施例による
最終成形品としての静水圧成形処理を施した金屈基複合
材料の繰返し曲げ疲労特性を示すグラフ、第４図は従来
法による成形品を示す図である。 １１・・・ウィスカ、１４・・・プリフォーム、１７・
・・Ａ１合金（マトリクス金ｆｆ）、１９・・・Ａ１合
金基複合材料粗成形品。 代理人弁理士 則 近 憲 佑 同 三 俣 弘 文（Ｆ） 第 ｌ 国 Ｍ領域 ０ ５ ／（：） ｆ５某
２ 副
、第２図は同実施例による金ｆｆｌ基褒合材料粗成形品
の圧縮変形特性を示すグラフ、第３図は同実施例による
最終成形品としての静水圧成形処理を施した金屈基複合
材料の繰返し曲げ疲労特性を示すグラフ、第４図は従来
法による成形品を示す図である。 １１・・・ウィスカ、１４・・・プリフォーム、１７・
・・Ａ１合金（マトリクス金ｆｆ）、１９・・・Ａ１合
金基複合材料粗成形品。 代理人弁理士 則 近 憲 佑 同 三 俣 弘 文（Ｆ） 第 ｌ 国 Ｍ領域 ０ ５ ／（：） ｆ５某
２ 副
Claims (1)
- ウィスカその他の短繊維を集積してプリフォームを形成
し、このプリフォームにマトリクス金属の溶湯をそのプ
リフォームの座屈圧力以下の圧力で加圧溶浸させて金属
基複合材料粗成形品を製造し、その後この金属基複合材
料粗成形品に高温静水圧成形処理を施して金属基複合材
料製品とすることを特徴とする金属基複合材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP47587A JPS63169342A (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 金属基複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP47587A JPS63169342A (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 金属基複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169342A true JPS63169342A (ja) | 1988-07-13 |
Family
ID=11474803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP47587A Pending JPS63169342A (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 金属基複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63169342A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7284590B2 (en) | 2004-11-24 | 2007-10-23 | Metso Powdermet Oy | Method for manufacturing cast components |
| CN111299547A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-19 | 安徽华德电力技术工程有限公司 | 一种耐高温复合材料及其制备方法和应用 |
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1987
- 1987-01-07 JP JP47587A patent/JPS63169342A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7284590B2 (en) | 2004-11-24 | 2007-10-23 | Metso Powdermet Oy | Method for manufacturing cast components |
| CN111299547A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-06-19 | 安徽华德电力技术工程有限公司 | 一种耐高温复合材料及其制备方法和应用 |
| CN111299547B (zh) * | 2020-03-18 | 2022-02-18 | 安徽华德电力技术工程有限公司 | 一种耐高温复合材料及其制备方法和应用 |
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