JPS63216936A - 金属基複合材料の製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は溶浸鋳造法により、繊維性強化材でマトリック
ス金属を強化する金属基複合材料の製造方法に係り、特
に強化繊維の配合技術を改良した金属基複合材料の製造
方法に関する。

（従来の技術） 従来、例えばＡノ２０３１１１１ｉまたは粒子からなる
予備成形体を繊維骨格とし、これにアルミニウムまたは
アルミニウム合金をマトリックスとして溶湯含浸させ、
加圧鋳造法により複合化した金属基複合材゛料が知られ
ている。

また、ＳｉＣウィスカからなる予備成形体を骨格とし、
これにアルミニウムまたはアルミニウム合金をマトリッ
クスとして溶湯含浸させ、加圧鋳造法により複合化した
金属基複合材料も知られている。

このような繊維、粒子またはウィスカ等の強化材でマト
リックス金属を強化した金属基複合材料は特に耐摩耗性
に優れ、多くの産業分野で使用され始めつつある。しか
し、現在開発されつつある上記の耐摩耗性の複合材料に
は種々の欠点がある。

例えば、Ａノ２０３ＩＩ雑または粒子を用いた場合は、
これらがマトリックスのアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金等と殆ど界面反応せず、Ａｌ２Ｏ３繊維または粒
子とマトリックスのアルミニウムまたはアルミニウム合
金とは弱い結合状態にある。

このため、ある対応する部材と摩擦係合させた場合にお
いて、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリッ
クス中に分散しているＡ１２０３繊維または粒子が相手
材との摩擦によりマトリックスから剥離し、マトリック
スに引掻きによる耐傷が生じ、摺動方向に溝が生成され
ることがある。

この溝の体積は摩耗減量に相当するもので、その体積は
使用された１８Ｍまたは粒子の大きさに比例する。例え
ば、従来使用されているＡｌ２０３１Ｉ雑または粒子の
平均径は数μｍであり、これらの繊維または粒子を用い
た複合材料の摺動面には数μｍの幅の多数の傷が形成さ
れるという表面状態の問題がある。これと同時に、Ａオ
、０３１１維または粒子のすべりや脱落により強化繊維
または粒子の機能を十分に生かすことができないという
問題もある。

一方、ＳｉＣウィスカを強化材とするアルミニウムまた
はアルミニウム合金複合材料では、同一含有率のＡｌ２
Ｏ３繊維または粒子の場合と比較して、弾性係数、強度
および摩耗特性はいずれも優れている。また、ＳｉＣウ
ィスカはアルミニウムと強固な結合状態を有するため、
すべりや脱落が起こりにくく、しかも脱落してもＳｉＣ
ウィスカの平均径が０．５〜１．０μｍ程度であるため
大きな傷を作らないという特徴がある。

したがって、ＳｉＣウィスカを用いることによって弾性
係数、強度および摩耗特性の良好な複合材料を得ること
ができる。

しかし、ＳｉＣウィスカ単独で強化材とするアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金に関してはいくつかの問題が
ある。即ち、従来使用されているＳｉＣウィスカは殆ど
針状のものであるが、一部不定形状のものも混在してお
り、また平均径０゜５〜１．０μｍ１アスペクト比数百
のウィスカが絡み合い易いため、均一に分散させるため
には複雑な前処理工程が必要となる。

さらにまた、ＳＩＣウィスカはＡオ、、ｏ３ｍ維または
粒子と比較して数倍高価であるため、複合材料の製品価
格が非常に高くなり、実用化されにくい状態にある。

（発明が解決しようとする問題点） 強化材として繊維または粒子状のものを使用した場合に
は、摩擦部分に強化材の剥離によりマトリックス金属に
溝状の削憤が生じ、耐摩耗性を損う問題がある。

一方、ウィスカを用いた場合は、製造工程が複雑で作業
性が低く、高コスト化するなどの問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単
な製造方法で、作業性が良（、経済的で、しかも優れた
機械的性質、特に耐摩耗性の高い金属複合材料を製造す
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。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、マトリックス金属材料に微細な強化材が分布
した金属基複合材料を製造する方法において、前記強化
材としてｌＩＮまたは粒子状の主成分とウィスカ状の従
成分とからなる予備成形体をつくり、これを挿入した成
形型にマトリックス金属温潤を注入することにより、そ
の予備成形体にマトリックス金属を溶浸させて加圧鋳造
することを特徴とする。

（作用） ｌＩＭまたは粒子状の主成分と、ウィスカ状の従成分と
からなる予備成形品を用いることによって、ウィスカ単
独で強化したものと同等の特性を有する金属基複合材料
がウィスカ使用の場合に比して低材料コストで、かつ簡
単な工程で経済的に製造できる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

まず、製造方法についで述べる。

この実施例では、Ａ１１２０３Ｎｓ維または粒子を主成
分とし、ＳｉＣウィスカを従成分とする複合繊維を水中
に浸漬、撹拌した後、常圧または加圧下で濾過し、残留
する複合！！雑をそのまま、または所定の密度に圧縮後
乾燥し、これにより予備成形体を製造する。

このようなＡ１□０３繊維または粒子とＳｉＣウィスカ
の複合繊維の予備成形体を成形型としての鋳型内に設置
し、これに対象とするアルミニウムまたはアルミニウム
合金のマトリックス溶湯を注入した後、加圧下で含浸さ
せ、複合化する。以下、数値を用いて具体的実施例につ
いて詳述する。

〈実施例１〉 この実施例では予備成形体の主成分としてＡＪ、、０３
１１維を使用し、従成分としてＳｉＣウィスカを使用す
る。

第１表に使用するＡＪ、０３繊維およびＳｉＣウィスカ
の特性を示す。

第２表 Ａｌ２０３ＩＩＩＩｉのみを使用した場合（「比較例１
」と記す）、ＳｉＣウィスカのみを使用した場合（「比
較例２」と記す）およびＡｌ２Ｏ３繊維を主成分としＳ
ｉＣウィスカを従成分とする複合ａＭＭの場合（「本発
明例１」と記す）を示す。マトリックス金属としては６
０６１Ａ７合金を使用した。

Ａｊ！　　Ｏ繊維、ＳｉＣウィスカおよびＡ１２０３１
ＩＭとＳｉＣウィスカとの複合ＩＩ維を、それぞれ水中
に５分１５１ｆｉ酒、撹拌した後、加圧下で濾過し、残
留ＩＩＨを所定の体積率に圧縮成形し、その侵、１５０
℃で２時間乾燥し、直径１００履、高さ１００履の３種
類の予備成形体を得た。各予備成形体をそれぞれ金型内
に設置し、予備成形体と金型とを５００℃で予備加熱し
た。６０６１Ａ１合金のマトリックス溶湯は８００℃で
注渇し、１００ＯＮｙ／ａｉの加圧下で含浸させ、加圧
鋳造した。

得られた複合材料の機械的性質を第１図〜第３図に示し
、耐摩耗性を第４図に示す。

本発明例による複合材料の弾性係数、硬さおよび引張強
さは、いずれも比較例１のへオ、、ｏ３ｓｍ維を単独使
用したものと比較して優れており、また、比較例２のＳ
ｉＣウィスカ単独使用のものと同水準である。しかも、
耐摩耗性に関しては、本発明例の複数材料が最も優れて
いる。その理由を検討するために、比較例１と本発明例
とについて、複合材料の摺動面のＳＥＭ組織を比較した
。第５図は比較例１の場合を示し、第６図は本発明例を
示す。比較例１のＡｌ２Ｏ３繊維単独で強化した複合材
料では第５図に示すように、耐傷が生じている。これは
、摩耗の進行に伴い、複合材料の表面に露出している繊
維、特に摺動方向と平行な繊維に働く力がマトリックス
の繊維保持力より大きくなるとすべりを生じ、その結果
Ａｌ２Ｏ３繊維による母相の引掻き削りを起こし、溝を
作り、摩耗減層が著しく増加するためである。これに対
し、ＡＪ、０３Ｉｌ雑とＳｉＣウィスカとの複合材料で
強化した本発明例では、第６図に示すように、上記の引
掻き削り現象が殆ど起こらない。これはＳｉＣウィスカ
の存在により、Ａｊ！２０３繊維のすべりがそこで抑止
されるためである。即ち、３ｉＣウイスカを複合添加す
ることにより、ＳｉＣウィスカ自身の耐摩耗効果と、Ｓ
ｉＣウィスカの存在による。１２０３１ａＨｆｔのすべ
り止めという二次的な効果とが生じ、複合材料の摩耗特
性が著しく向上されるものである。

〈実施例２〉 この実施例では、予備成形体の主成分としてＡｌ２Ｏ３
粒子を使用し、従成分としてＳｉＣウィスカを使用する
。

第３表に使用するＡオ、０３粒子およびＳｉＣウィスカ
の特性を示す。

第３表 第４表に強化材の含有率を比較例とともに示す。

第４表 へ１２０３粒子のみを含有した場合（「比較例３」と記
す）、ＳｉＣウィスカのみを含有した場合（「比較例４
」と記す）およびＡｌ２Ｏ３粒子を主成分としＳｉＣウ
ィスカを従成分とする複合粒子を有する場合（「本発明
例」と記す）をそれぞれ示す。マトリックスとしては６
０６１△１合金を使用した。この実施例でも、前述した
実施例１と同様の方法で複合材料を製造した。得られた
複合材料の弾性係数、硬さ、引張強さおよび摩耗特性を
それぞれ第７図〜第１０図に示す。

この実施例でも、本発明例の複合材料は、比較例３のＡ
Ｉ！２０３粒子で強化した複合材料に比較して弾性係数
、高さ、引張強さおよび耐摩耗性のいずれについても茗
しく優れている。

しかも、耐摩耗性については、ＳｉＣ単独で強化した比
較例４と同水準に達している。

〈実施例の効果〉 以上の実施例によるとＡノ２Ｏ３繊維または粒子を主成
分とし、ＳｉＣウィスカを従成分とする予備成形体を使
用することにより、分散しにくいＳｉＣウィスカの絡み
を均一に分散させることができる。したがって、複雑な
開繊処理の工程を必要とせず、極めて簡単な設備で、液
相法により、Ａｌ２０３１１ｔ１１または粒子と少量の
ＳｉＣウィスカ複合繊維を簡単に分散することが可能と
なり、作業性が良く、経済的である。また、Ａｌ２０３
１１＄１または粒子は安価であるため、複合材料の製品
価格が非常に低廉となる。

なお、以上の実施例では、主成分に繊維または粒子を単
独使用したが、これらを混合して使用してもよく、また
マトリックス金属としてＡＪ合金を使用し、強化材とし
てＡｌ２Ｏ３またはＳｉＣウィスカを使用したが、これ
以外に種々の材料を使用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ＩＩＩＩ状または粒子
状の主成分とウィスカ状の従成分とからなる予備成形体
を骨格とし、これにマトリックス金属を溶浸させ加圧ｕ
Ｔ７にするので、簡単な製造方法で、作業性良く、かつ
経済的に機械的性質、特に耐摩耗性の優れた複合材料が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の第１の実施例を説明するため
のもので、第１図〜第４図はそれぞれ弾性係数、硬さ、
引張強ざおよび摩耗特性を示すグラフ、第５図および第
６図はそれぞれ従来方法と前記実施例方法とにより製造
した摩耗試料の摺動面の走査電子顕微鏡写真、第７図〜
第１０図は本発明の第２の実施例を説明するためのもの
で、それぞれ弾性係数、硬さ、引張作業そおよび摩耗特
性を示すグラフである。 代理人弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第８図 第９図 第１Ｏ図 手続補正書（自発） 昭和年月日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マトリックス金属材料に微細な強化材が分布した金
   属基複合材料を製造する方法において、前記強化材とし
   て繊維または粒子状の主成分とウィスカ状の従成分とか
   らなる予備成形体をつくり、これを挿入した成形型にマ
   トリックス金属溶湯を注入することにより、その予備成
   形体にマトリックス金属を溶浸させて加圧鋳造すること
   を特徴とする金属基複合材料の製造方法。 ２、マトリックス金属としてアルミニウムまたはアルミ
   ニウム合金を使用し、強化材としての主成分にＡｌ＿２
   Ｏ＿３繊維または粒子を使用し、同じく強化材としての
   従成分にＳｉＣウィスカを使用する特許請求の範囲第１
   項記載の金属基複合材料の製造方法。