JPS6365045A - 粒子分散形Ａｌ基複合材 - 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、車輌用のエンジン部品、その他高弾性、高
耐熱強度が要求される機械部品等に使用されるアルミニ
ウムベースの複合材、即ちアルミニウムまたはその合金
をマトリックスとし、該マトリックス中に強化粒子が均
一分散された粒子分散強化型のアルミニウム基複合材お
よびその製造方法に関する。

従来の技術 粒子分散型の複合材の特性を良好に発揮させるためには
、もとより強化粒子がマトリックス中に均一に分散して
いることが重要である。

而して、従来、粒子分散形複合材の製造においては、強
化粒子の均一分散性を向上する目的から、メカニカルア
ロイングの技術を利用することが検討され注目されてい
る。即ち、メカニカルアロイングにより、予めマトリッ
クス材料と強化粒子との間に強い結合を生じさせた複合
粉をつくり、この複合粉を二次的材料として通常の粉末
冶金の技術に従って複合材を製造することが検討されて
いる（例えば特開昭６０−１３１９４３号、同６０−１
３１９号、同６０−９８３７号参照）。

発明が解決しようとする問題点 ところが、メカニカルアロイングの技術を用いて製造さ
れたアルミニウム基複合材においては、概して延性が低
く脆くなる傾向を示し、低靭性、難加工であるというよ
うな問題を有し、高弾性、高耐熱強度を付与するべく更
なる改善が求められるものであった。

本発明者は、このような問題点の原因について考究した
ところ、その主要な１つの原因として、メカニカルアロ
イングを用いるかぎり、該工程中に不可避的に入り込ん
でくるＯ及びＣの量が多くなり、その結果平均粒子間距
離が短くなって転位の拘束力が高まるため、延性の低下
をもたらし、脆くなるものであることを解明し得た。

この発明は、斯る知見から、複合材中のＯｌＣの含有量
を強化粒子量との相対関係で制御することにより、良好
な延性を保持しつつ、高弾性、高耐熱強度を得ることを
目的とする。

問題点を解決する為の手段 上記の目的において、種々研究の結果、この発明は、所
期目的を達成する粒子分散形へρ基複合材として、次の
条件を満たすべきものとする。

（１）　　先ず、複合材中のＯ及びＣの含有量が、それ
らの合計における容積比において２０％以下であるもの
とする。

即ち、Ｏ及びＣの合計含有量の重量百分率を、下記の式
により体積分率、即ち容積比（Ｖｌｌ’（ｏ＋ｃ））に
換算する。

Ｖｆ’　　（ｏ＋ｃ）−１，７１Ｘ　（ｖｔ％Ｏ）＋３
．７１Ｘ（ｖｔ％Ｏ） そして、この容積比が、 Ｖｆ　（ｏ＋ｃ）５２０％ であることを必要条件とする。

このＯとＣの合計含有量の容積比が２０％をこえると、
複合材中において平均粒子間距離が短くなり、転移の拘
束力が高まる結果、延性の低下、脆化を招き、所期する
高弾性率を得ることができない。最も好ましくは、Ｏ及
びＣの含有量の範囲は Ｖｆ’　　（ｏ＋ｃ）５１０％ に制御されるべきである。

（２）　　次に、強化粒子の含有量と前記Ｏ及びＣの含
有量の和において、その容積比（Ｖｌ’　　（ｏ＋ｃ）
＋Ｖｌ’（強化粒子）〕が４４０％下であること、即ち Ｖｆ　　（ｏ＋ｃ）＋Ｖｆ　（強化粒子）≦４０％ であることを必要とする。

この値が４０％をこえるときも、延性の低下により材料
が脆いものとなり、所期の高弾性複合材を得ることがで
きない。

（３）　　更に、強化粒子の平均粒径（Ω）を１０μｍ
以下、即ち ２５１０μｍ とする。即ち、強化粒子平均径が１０μｍをこえると、
その均一分散性が悪くなるため、複合材の機誠的強度の
向上効果に乏しく、延性、ヤング率も低いものとなる。

好ましくは上記平均粒径（Ω）は５μｍ以下とするのが
良い。

上記複合材の製造は、ＡΩ粉末と強化粒子とを必要に応
じて予備混合したのち、メカニカルアロイング処理を行
って複合粉とし、これを回収して圧粉容器に充填し、加
熱による脱ガス処理を行う。そして更に熱間圧粉を行っ
て所定の塊としたのち、熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧
延等の所要の熱間加工を施して所期する分散強化形ＡΩ
Ω基台合材得るものである。なお、上記工程は、バッチ
処理工程によるが、連続処理工程で複合材をつくる場合
は、メカニカルアロイング後、搬送、加熱脱ガス、コン
テナ充填、熱間圧粉の処理を順次行い、次いで上記熱間
押出し等の成形加工を施して製品とするものである。

上記製造工程において、この発明は、０及びＣの含有量
を前記の範囲に制御する手段として、特にメカニカルア
ロイング工程から、回収または搬送、脱ガス、熱間圧粉
に至る一連の工程を、Ａ「ガス、Ｎ２ガス、あるいは真
空等により非酸化性に制御した雰囲気中で行い、もって
Ｏの侵入を防ぐものとすると共に、かつメカニカルアロ
イング工程中に混合粉末材料中に必要的に添加される有
機焼付き防止剤の添加量を可及的少量に規制して、複合
材中にＣが過剰に含有されないようにする。

焼付き防止剤には、エタノールその他の各種有機浴剤が
使用される。従って、その添加量が増えるに従って、複
合材中に多くのＣが含有される結果を生じるので、可及
的少ない添加量を選ぶべきであるが、メカニカルアロイ
ングを支障なく行うためには、マトリックスＡ」粉末及
び強化粒子の混合物の全体重量Ｉ　Ｋｇに対し、概ね５
ｃｃ程度は最低必要である。しかしながら、８０ｃｃを
こえて多量に添加することは有害であり、好ましくは４
０ｃｃ程度以下の範囲で使用することが望ましい。

マトリックスとするｌまたはその合金粉末は、Ａ１００
Ｏ系の純アルミニウムのほか、Ａ２０００〜８０００系
の各種のものを任意に単独または組合わせにおいて使用
しうる。そのＡＱ粉末の平均粒径は２０μｍ程度のもの
が一般的に良好に用いられる。

一方、強化相のための強化粒子は、既知の硬い酸化物、
炭化物、窒化物、ホウ化物、金属間化合物の群から選択
される任意の１種または２種以上が用いられる。

発明の効果 この発明によれば、メカニカルアロイングの方法によっ
て強化粉末をＡＱマトリックス中に均一に分散させた複
合材であって、特に引張り強さに優れたバラツキのない
高強度のものとなしうるのはもとより、特に延性を良好
に保持し　。

つつ、高弾性、高耐熱強度の高温特性に優れた複合材を
得ることができる。従ってまた、この発明による複合材
は、従来のメカニカルアロイングによって製造される複
合材に較べ、一段と熱間加工性、靭性に優れたものであ
り、用途範囲を拡大しうる。

実施例 実施例　１ 表１　：材料構成 上記表１に示すＡρ粒粉末強化粒子とを、それぞれ全体
重量Ｉ　Ｋｇに秤量し、ミキサーで２０００ｒｐｉｘ４
分間予備混合した。

そして、この混合物に、Ａｒガス雰囲気中で２８０ｒｐ
ｍＸ１０時間のメカニカルアロイング処理を施して複合
粉を製造した。このメカニカルアロイング工程において
焼付防止剤としてエタノールを使用し、その添加量を次
のとおり各試料毎に異なるものとした。

（エタノール添加ｆｆ１） 試料　Ｎｏ、１　　・・・・・・・・・　５４ｃｃ試料
　Ｎｏ、２　　・・・・・・・・・　２２ｃｃ試料　Ｎ
ｏ、３　　・・・・・・・・・　２９ｃｃ試料　Ｎｏ、
４　　・・・・・・・・・　７３ｃｃ次に、メカニカル
アロイングを終えた複合粉を回収し、ＡΩ製圧粉容器に
充填した。この回収・充填を、試料Ｎｏ、１〜３につい
てはＡｒガス雰囲気中で行い、試料Ｎｏ、４については
大気中で行った。モして圧粉容器を３　Ｘ　１０−５ｔ
ｏｒｒの真空にし、いずれも５００℃×５時間の加熱脱
ガス処理を施したのち、熱間静水圧プレス機により、５
００℃Ｘ　７０００に９／ａｌの条件で圧粉成形を行い
、続いて押出比１０：１、押出し温度４５０℃で熱間押
出し成形を行い、各種のＡΩΩ基台合材得た。

そこで、この得られた各複合材につき、熱処理型の試料
Ｎｏ、２．３についてはＴ６調質処理し、試料Ｎｏ、１
．４については押出し材のまま、それらの有する機械的
性質を調べると共に、複合材中の０及びＣの含有量を調
べた。その結果を表２，３に示す。

〔以下余白〕

上表２．３に示されるように、試料Ｎｏ、１は強化粒子
の含有ｆｆ１（Ｖｆ（強化粒子）〕が多すぎるために、
Ｏ及びＣの含有量（Ｖｌ　　（ｏ＋ｃ）〕を抑制しても
それらの和が４０％をこえるために、また試料Ｎｏ、４
は、メカニカルアロイングの焼付防止剤（エタノール）
の添加量が相対的に多く、シかもメカニカルアロイング
処理後の複合粉の回収及び容器充填を大気中で行ってＯ
及びＣの含有ｍ　［ＶＶ　　（ｏ＋ｃ）］が２０％をこ
えて多くなったために、いずれも延びの悪いものである
のに対し、この発明に従う試料Ｎｏ、２〜３の複合材は
いずれも高強度、高弾性特性を保持しながら、延性に優
れ、特に高温特性に優れたものであることを確認し得た
。

〔以下余白〕

実施例　２ 表４　：　材料構成 上記表４のＡΩ粉末と強化粒子とを、それぞれ全体重量
１幻に秤量してメカニカルアロイング処理を行った。こ
のメカニカルアロイングの処理条件は、焼付防止剤とし
てのエタノールの添加量をいずれも２２ｃｃの一定した
ことのほか、前記実施例１の場合と同様とした。

そして、この得られた複合粉を、Ａｒガス雰囲気中で回
収または搬送し、爾後実施例１の場合の条件に準じて複
合材を押出し成形した。なお、試料Ｎｏ、７及び１０に
ついては、メカニカルアロイング後、複合粉の搬送、加
熱脱ガス、圧粉コンテナ充填、熱間圧粉、押出しの順次
的施行による連続的工程を採用して複合材を得た。

そして、この得られた各種複合材につき、試料Ｎｏ、６
．８．１０についてはＴ６調質処理したのち、他は押出
し材のままで、それぞれの機械的性質を調べると共に、
０及びＣの含有量を測定して対比し、その結果を表５及
び表６に示した。

〔以下余白〕

上記表４．５の結果から理解しつるように、強化粒子の
平均粒径が１０μｍをこえて粗いものである場合（試料
Ｎｏ、９〜１０）、結果的に複合材の引張り強度が低下
するのみならず、延びも極めて悪いものとなることが判
明した。

以上 手続補正書 昭和６１年１０月　９日 特許庁長官　　黒　１）明　雄　殿 １、事件の表示 昭和６１年　特許願　第２０９１５２号２、発明の名称 粒子分散形ＡΩΩ基金合材びその製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　堺市海山町６丁２２４番地 名　称　　　　昭和アルミニウム株式会社代表者　石　
井　　　親 ４、代理人 住所　　　大阪市南区鰻谷中之町７２番４５、補正命令
の日付　　（自発補正） ８、補正の内容 （１）　明細書第１２頁下から第７行に「熱間静水圧プ
レス機により」とあるのを「熱間プレス機により」と訂
正する。

以上 手続補正書 昭和６１年１０月２４日 昭和６１年　特許願　第２０９１５２号２、発明の名称 粒子分散形ＡΩΩ基金合材びその製造方法３、補正をす
る者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　堺市海山町６丁２２４番地 名　称　　　　昭和アルミニウム株式会社代表者　石　
井　　　親 ４、代理人 住所　　　大阪市南区鰻谷中之町７２番４心斎橋岩崎ビ
ル 氏名　　（７１１Ｂ）弁理士清水久装 置　（０８）　２４５−２７１８　−−５、補正命令の
日付　　（自発補正） ６、補正により増加する発明の数 ８、補正の内容 （１）　明細書第６頁第１３行のｒ　（ｗｔ％０）」を
、ｒ　（ｗｔ％Ｃ）Ｊと訂正する。

以上

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌまたはその合金をマトリックスとし、該マト
   リックス中に強化粒子が分散された複合材であって、 Ｏ及びＣの合計含有量が容積比〔Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）〕に
   おいて、 Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）≦２０％ であり、かつ 強化粒子とＯ及びＣの合計含有量が容積比 〔Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）〕において Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）≦４０％ であることを特徴とする、粒子分散形Ａｌ基複合材。
2. （２）Ａｌまたはその合金をマトリックスとし、該マト
   リックス中に強化粒子が分散された複合材であつて、 Ｏ及びＣの合計含有量が容積比（Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）〕に
   おいて、 Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）≦２０％ であり、かつ 強化粒子とＯ及びＣｃの合計含有量が容積比〔Ｖ＿ｆ（
   ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）〕において Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）≦４０％ であり、更に 前記強化粒子の平均粒径（ｌ）が ｌ≦１０μｍ であることを特徴とする粒子分散形Ａｌ基複合材。
3. （３）Ａｌまたはその合金粉末と、強化粒子とを混合し
   、メカニカルアロイングにより複合粉としたのち、加熱
   脱ガスおよび熱間圧粉、更に熱間成形の各工程を経て複
   合材をつくるに際し、 前記メカニカルアロイング工程から熱間圧 粉工程までの工程を非酸化性雰囲気中で行うものとし、
   かつメカニカルアロイング時に添加すべき有機焼付防止
   剤の添加量を制御することにより、複合材中のＯ及びＣ
   の合計含有量を容積比〔Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）〕おいて Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）≦２０％ に、また強化粒子とＯ及びＣの合計含有量を容積比〔Ｖ
   ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）〕において Ｖ＿ｆ（ｏ＋ｃ）＋Ｖ＿ｆ（強化粒子）≦４０％ に規定することを特徴とする粒子分散形Ａｌ基複合材の
   製造方法。
4. （４）強化粒子として、平均粒径が１０μｍ以下のもの
   を用いる特許請求の範囲第３項記載の粒子分散形Ａｌ基
   複合材の製造方法。