JPS63238239A - Ｚｎ−２２Ａ１超塑性材料−チタン酸カリウム複合材料及びその成形方法 - 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］ 本発明は、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性材の耐熱性、硬度、強
度等の機械的性質を改善した複合材料及びその成形方法
に関するものである。

［従来の技術］ 材料がある条件下で異常に伸びて変形抵抗が格段に低下
する現象があり、これは「超塑性」と呼ばれている。超
塑性現象を発現する温度が最も低い材料として、Ｚｎ−
２２Ａｌ合金が知られている。

Ｚｎ−２２Ａｌ合金が超塑性現象を示す状態においては
、伸びは数１００％以丑で、変形能が非常に大きいので
、複雑形状の製品を従来よりも格段に少ない工程で成形
できる。

しかしながら、Ｚｎ−２２Ａｌ合金をはじめとする超塑
性合金は、ひずみ速度依存性が大きいために、一定温度
で一定応力が作用するような環境の下で使用する場合に
は変形しやすく、そのため構造材料としてはやや適性に
問題がある。このような超塑性合金では、成形時におい
ては超塑性を発現して成形加工を容易にし、一旦成形し
た後においてはもはや超塑性を発揮しない状態で使用で
きることが望ましい、そこで、Ｚｎ−２２Ａ　Ｉ超塑性
材料の耐熱性１機械的性質を改善することが求められて
いる。

［発明が解決しようとする開題点］ 本発明者らは、このような事情に鑑み、超塑性の特性を
そのまま活かしなからｌ１ｌＦ＃熱性と機械的性質を改
善した複合材料及びその方法を提供すべく、鋭意研究を
重ねた結果、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性材料とチタン酸カリ
ウムとの複合化を図ることが有効であることを見…した
。

本発明は、かかる知見に基づき、チタン酸カリウムを利
用してＺｎ−２２Ａｌ超塑性材料の耐熱性、硬度、強度
等の機械的性質を改善しようとするものである。

［問題点を解決するための手段、作用〕上記目的を達成
するための本発明の複合材料は、５０〜９９重量％のＺ
ｒ＋−２２Ａｌ超塑性材料と、残部がチタン酸カリウム
から成る成形体によって形成したことを特徴とするもの
である。

また、本発明の複合材料成形方法は、５０〜９９ｍｍ％
のＺｎ−２２Ａｌ超塑性粉末と、残部がチタン酸カリウ
ムから成る混合粉末を、室温〜２５０℃の温度下にて加
圧成形し、あるいは５０〜９９重量％のＺｍ−２２Ａｌ
超塑性バルク材と、残部がチタン酸カリウムから成る異
層材を、　１００〜２５０℃の温度下にて加圧成形する
ことを特徴とするものである。

さらに具体的に説明すると、本発明の複合材料形成方法
として、５０〜９９重微％のＺｎ−２２Ａｌ超塑性粉末
と、残部がチタン酸カリウムから成る混合粉末を加圧成
形する場合においては、金型を用いて密閉型成形する密
閉型成形方法、ホットプレス成形方法、あるいは押出成
形方法等があり、金型を用いて密閉型成形する密閉型成
形方法において、は、室温〜２５０℃の温度下にて、　
３〜６０ｋｇｆ／＋ｕ＋２なる成形圧で成形するのが望
ましく、ホットプレス成形方法においては、　１００〜
２５０℃の温度下にて、　１〜２０ｋｇｆ／ｍ■２なる
成形圧で、１０〜６０分間ホットプレス成形するのが望
ましく、ざらに押出成形方法においては、室温〜２５０
℃の温度下にて押出成形するのが望ましい、また、５０
〜９９重量％のＺｎ−２２Ａｌ超塑性バルク材（溶製材
）と、残部がチタン酸カリウムから成る異層材（クラツ
ド材）の場合は、　１００〜２５０℃の温度下にて加圧
成形するが、その場合の加圧成形手段としては、圧延、
拡散接合、密閉型成形、押出成形等の方法を用いること
ができる。

周知のように、繊維強化プラスチックス材料（ＦＲＰ）
または繊維強化金属複合材料（ＦＲＭ）の補強用として
、ガラス繊維、炭素繊維及びＳｉＧウィスカー等が用い
られている。

しかしながら、ガラス繊維の使用は一般に繊維強化プラ
スチックス材料（ＦＲＰ）に限定されている。一方、炭
素ａｍはマトリックス金属と反応を起こして界面に脆弱
な金属間化合物を生じ易く、高温においては炭素繊維が
劣化し、また成形圧力が大きくなると繊維が破壊する等
の問題がある。そのため、通常は炭素Ｆａ雄に表面処理
（サイジング処理）を施さなければならない＠ＳｉＣウ
ィスカーは炭素＃ａ維よりも金属との反応が少なく、濡
れ性もよく、高温でも安定であるので１表面処理を施さ
なくても比較的容易に繊維強化金属複合材料（ＦＲＭ）
が製造できるものの、コスト的に相当問題がある。

上記のガラス繊維、炭素繊維、ＳｉＣウィスカーとは別
に、チタン酸カリウム繊維がある。これは、機械的性質
、寸法安定性、耐熱・断熱性、ｙｌ擦性、絶縁性、耐酸
性・耐アルカリ性等が極めて優れたものである。そこで
、Ｚｎ−２２Ａｌ　ＭｉＦａ性材料とチタン酸カリウム
から成る複合材料が製造できれば、その成形体は「複合
材料における混合剤」から予測されるように機械的性質
等の改善が期待できる。

本発明においては、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性材と上記のよ
うなチタン酸カリウムを組合わせた場合に、耐熱性及び
機械的性質の改善を図り得るという前記知見に基づき、
粒子分散型あるいは異層材量（クラツド材）の複合材料
、並びにそれらの製造方法を提案するものであり、この
場合に、Ｚｎ、−２２Ａｌ超塑性材は、上述したところ
かられかるように、粉末とバルク材（溶製材）のどちら
でもよい、また、チタン酸カリウムは、通常、繊維状の
ものとして入手されるが、これは粉末状でも一向に差し
支えない。

本発明の超塑性゛複合材料の成形において、粉末状のＺ
ｎ−２２Ａｌｔｆｉｆｆｌ性材料を用いる場合には、そ
の粉末は一般に空気噴霧法もしくはアルゴンガス噴霧法
により製造される０本発明者は、先に、この超塑性粉末
を３８０℃で３０分間加熱した後に氷水に浸漬して急冷
処理を施すと、超塑性化の促進に対して極めて有効であ
ることを見出し、その技術を特開昭５９−１５７２０１
号公報によって開示している。

本発明においても、この急冷処理を施したＺｎ−２２＾
ｌｆｌ塑性粉末を用いると、成形体の密度や強度を向Ｊ
二させることができ、一段と効果的である。また、Ｚｎ
−２２Ａｌ合金のバルク材（溶製材）を用いる場合にお
いても、この３８０℃で３０分間加８後の急冷処理を施
すと効果的である。

本発明の成形方法としては金型成形法（密閉型成形法）
、押出成形法、圧延法、拡散接合法などがある。

Ｚｎ−２２Ａｌ　Ｍｉ塑性材とチタン酸カリウムの配合
割合（重量％）に関しては、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性材が
多い程成形加丁性に富んでいるが、前述のように機械的
性質（冷間での引張強さ：　３５ｋｇｆ／ｍｍ２程度以
下）に問題がある。一方、チタン酸カリ吊ムの引張強さ
は約７００ｋｇｆ／ｍｍ２で、融点は約１３００℃であ
り、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性材に比べて強度、耐熱性が優
れている。また、チタン酸カリウムの真比重は３．２８
／ｃｍ３、かさ比重はＯ，１〜０．２ｇ／ｃｍ３で、Ｚ
ｎ−２２Ａｌ超塑性材の真比重５．２ｇ／ｃｍ３に比べ
て約半分であるので、チタン酸カリウムを混合すること
により、耐熱性の向上や強化だけでなく、軽量化を達成
することもできる。ただし、チタン酸カリウムの混合割
合が多くなり過ぎても、成形性等に問題があるので、添
加する量は重量割合で１〜５０％が適当である。

次に、成形条件であるが、これには主要な要素として、
成形圧力と成形温度がある。Ｚｎ−２２Ａｌ材は所定の
温度、すなわち約２５０℃で超塑性を発現するので、成
形温度が特に重要である。成形温度が高すぎても金属組
織が変化して好ましくないので、室温から約２５０℃ま
でがその適正範囲であるが、加圧成形法、成形圧力等の
応じて適正に設定する必要がある。一方、成形圧力は成
形温度とも関連しているが、これが小さすぎると複合材
料が固化、もしくは接合しない、そこで、前述したよう
に、金型を用いた密閉型成形の場合には、３〜６０ｋｇ
ｆ／■１１２が適当であり、ホットプレス成形の場合に
は加圧力を作用させる時間が長くなるので、１〜２０ｋ
ｇｆ／ｍａｒで十分である。一方、押出成形においては
複合材料に塑性流動を与えながら加工するので、固化、
接合という点においては好都合である。押出成形におけ
る押出比は、これが大きい程材料に付与する塑性流動の
程度が増大し、材料の固化、接合性が良くなるが、その
分だけ加工力も増大するので、各場合に応じた押出比が
要求される。圧延や拡散接合においても、成形温度や圧
延比等に応じて適正な成形圧力が変化ので、適正な範囲
においてそれを選定することが必要である。

【実施例１ 空気噴霧法で製造したＺｏ−２２Ａ　Ｉ粉末とチタン酸
カリウム（長さ；３０〜５０終−１直径；０．８〜１．
２終脂、化学組成；に２０＝１５．３ｗｔ＄、〒＋０２
−８４．５ｗｔ＄、Ｈ２０鯵０．２ｗｔＸ）を重液割合
で４＝１で配合した後、　４８．５ｋｇ／■膳２の成形
圧力で金型成形法により冷間成形した。また、比較のた
めに、空気噴霧法で製造したＺｎ−２２Ａ　Ｉ粉末を、
　４８．５．ｋｇ／ｓｍ２の成形圧力で金型成形法によ
り冷間成形した。得られた複合成形体とＺｎ−２２＾ｌ
車−成形体の耐熱性を調べるために、電気炉に入れて加
熱すると、４５０℃程度で、　Ｚｎ−２２Ａｌ単一粉末
成形体ではプリスタと呼ばれる膨れが大きく発生したが
、複合成形体ではそれが少なかった。５５０℃程度にな
るとブリスタがますます大きくなり、６００℃近傍から
Ｚｎ−２２Ａｌ単一成形体がくずれ始め、６３５℃で溶
融してしまったが、複合成形体では原形を留めていた。

［発明の効果１ 以上述べた如く１本発明の超塑性複合材料及びその成形
方法によれば、成形加１性が良好であるというＺｎ−２
２＾１，１［ＦＩ性金合金特性を極力活かしながら、チ
タン酸カリウムの添加による耐熱性や機械的性質の向上
を図れるので、＋Ｉｎ性という機能だけでなく、構追材
料としての適用も期待でき。

しかも一般の粉末焼結体やバルク材（溶製材）を得ると
同じような密閉型成形、押出成形、圧延及び拡散接合等
により、効率のよい成形を行い得るという効果がある。

指定代理人 工業技術院九州工業技術試験所長 小　　林　　　和　　夫

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、５０〜９９重量％のＺｎ−２２Ａｌ超塑性材料と、
   残部がチタン酸カリウムから成る成形体によって形成し
   たことを特徴とするＺｎ−２２Ａｌ超塑性材料−チタン
   酸カリウム複合材料。 ２、５０〜９９重量％のＺｎ−２２Ａｌ超塑性粉末と、
   残部がチタン酸カリウムから成る混合粉末を、室温〜２
   ５０℃の温度下にて加圧成形することを特徴とするＺｎ
   −２２Ａｌ超塑性材料−チタン酸カリウム複合材料の成
   形方法。 ３、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性粉末として、３８０℃で３０
   分間の加熱後、急冷処理を施したＺｎ−２２Ａｌ超塑性
   合金粉末を配合することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載のＺｎ−２２Ａｌ超塑性材料−チタン酸カリウ
   ム複合材料の成形方法。 ４、５０〜９９重量％のＺｎ−２２Ａｌ超塑性バルク材
   と、残部がチタン酸カリウムから成る異層材を、１００
   〜２５０℃の温度下にて加圧成形することを特徴とする
   Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性材料−チタン酸カリウム複合材料
   の成形方法。 ５、Ｚｎ−２２Ａｌ超塑性バルク材として、３８０℃で
   ３０分間の加熱後、急冷処理を施したものを使用するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のＺｎ−２２
   Ａｌ超塑性材料−チタン酸カリウム複合材料の成形方法
   。