JPS6365046A - 粒子分散形Ａｌ基複合材の製造方法 - 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、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。

従来の技術と問題点 粒子分散形ＡＱ基基台合材、強化粒子の含有量の増加と
ともに脆化し易いという一般的な欠点をもつ。この脆化
防止には、分散せしめる強化粒子の粒径を小さいものと
することが有効であることは知らされている。ところが
、強化粒子の粒径が小さくなると、その分散性が悪くな
り、八ρまたはその合金からなるマトリックス中に均一
に分散されることが困難になる。粒子分散形複合材の特
性は、もとより強化粒子の均一分散性に依存するところ
が大であり、これが不均一になると、強度のばらつきに
より製品価値が著しく低下する。

而して、最近では、強化粒子の均一分散性を向上する技
術として、メカニカルアロイングの手法の採用が検討さ
れるに至っている（例えば特開昭６０−１３１９４３号
、同６０−１３１９４４号、同６０−９８３７号等参照
）。ところが、メカニカルアロイングを採用するときは
、強化粒子の均一分散には有効であるものの、該工程に
よって複合材中にＯ及びＣの含有】が増え、結果的に平
均粒子間の距離が短くなり、転移の拘束力が高まるため
に脆化の傾向が強くなるというような問題があった。

この発明は、上記のような技術的背景のもと、メカニカ
ルアロイングの手段を用いることなく、小粒径の強化粒
子の均一分散をはかりうるちのとし、もって高強度、高
靭性、高弾性、高延性の粒子分散形Ａυ基基台合材得る
ことを目的としてなされたものである。

問題点を解決する為の手段 上記の目的において、本発明者は種々実験と研究を行っ
たところ、従来、あまり関心が払われていなかった粉末
粒子径の選択と組合わせ、即ちマトリックスとするＡｌ
粉末（Ａρ合金粉末を含む）と強化粒子との平均粒径の
相対的な組合わせ関係の選定により、メカニカルアロイ
ング手法を用いなくても均一に強化粒子を分散させるこ
とが可能であることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

而して、この発明に係る粒子分散形ＡｌΩ基金合材、Ａ
ｌ粉末（Ａρ合金粉末を含む）の平均粒径（ｌ１）と強
化粒子の平均粒径（ｌ２）との比（ｌ１／Ｒ２）が、 Ωｌ／Ω２≦２０ であり、かつ強化粒子の平均粒径（ｌ２）がＱ２≦１０
ａｍ であるＡρ粉末と強化粒子とからなり、Ｏ及びＣの合計
含有量が容積比（Ｖ　ｒ　　（ｏ　＋　ｃ　）　］にお
いて、 Ｖ　ｒ　　（ｏ　＋　ｃ　）６２０％ 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　ｒ　　（ｏ　＋　ｃ　）　＋　Ｖ　ｒ　　（強化
粒子）〕において Ｖ　　（ｏ＋ｃ）＋Ｖ、（強化粒子）≦４Ｏ０％ に制御されてなることを特徴とするものである。

そして、上記の構成に係る複合材の製造は、メカニカル
アロイングを用いない製造方法によって行いうるちので
あり、この発明に係る該複合材の製造方法は、Ａｌ粉末
（Ａ４合金粉末を含む）の平均粒径（ｌ１）と強化粒子
の平均粒径（Ｑ２）との比（Ｑ１／Ω２）が、 Ω１／Ｑ２≦２０ であり、かつ強化粒子としてその平均粒径（ρ２）が Ω２≦１０μｍ であるものを用いて、前記ＡＱ粉末と強化粒子とを均一
に混合し、かつ加熱脱ガス後、熱間圧粉および熱間成形
を行うことによって製造することを特徴とするものであ
る。

次に、上記の各限定条件についてそれぞれ説明する。

先ず、強化粒子の平均粒径（ｌ２）は、これが１０μｍ
をこえるものであるときは、その均一分散性が悪くなる
ため、複合材の機械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（
ｌ２）は５μｍ以下とするのが良い。

次に、Ａで粉末の平均粒径（ρｌ）と上記強化粒子の平
均粒径との比（ｌ１／Ｑ２）は、メカニカルアロイング
の技法を用いることなく、両者の均一な混合状態を実現
するために、Ｑ１／Ω２≦２０となるように規定する。

この規定条件の満足により、平均粒径１０μｍ以下、好
ましくは５μｍ以下の粒径の小さい強化粒子を用いる場
合にも、粉末冶金法に従う成形方法によりマトリックス
中に上記強化粒子を均一に分散せしめることが可能であ
る。

この発明による複合材の製造は、上記のＡρ粉末と強化
粒子とを乾式法または湿式法で均一に混合し、加熱脱ガ
ス処理を行ったのち、熱間にて圧粉成形し、しかるのち
熱間押出し、熱間鍛造、熱間圧延等の所要の熱間加工を
施して所期する粒子分散形複合材とする。この製造工程
における各処理条件は、従来と同様で良い。

上記によって製造された複合材は、更に次の条件を満た
すものでなければならない。もっとも、この条件は、強
化粒子の配合量、即ち容積比［Ｖｆ　　（強化粒子）〕
の点を除いて、前記の製法の採用により普通に充足せし
めうるちのである。

先ず、複合材中のＯ及びＣの含有量は、それらの合計に
おける容積比において２０％以下であることが規定され
る。

即ち、０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（Ｖｆ’（ｏ＋ｃ））に換
算する。

Ｖｆ’　　（ｏ＋ｃ）−１，７１Ｘ　（ｗｔ％Ｏ）＋３
．７１Ｘ（ｖｔ％０） そして、この容積比が、 Ｖｆ　　（ｏ＋ｃ）６２０％ 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、０及
びＣの含有量の範囲は Ｖｆ　（ｏ＋ｃ）６１０％ に制御されるべきである。

次に、強化粒子の含有量と前記０及びＣの含有量はそれ
らの和において、その容積比（Ｖｆ（ｏ十ｃ）　十Ｖｆ
’　　（強化粒子）〕が４４％以下であること、即ち Ｖｆ’　　（ｏ十ｃ）＋Ｖｆ　（強化粒子）６４０％ 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。

なお、マトリックスとするＡｌまたはその合金粉末は、
Ａ１００Ｏ系の純アルミニウムのほか、Ａ２０００〜８
０００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。

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を用い
ることなく強化粉末をＡｌ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を得ることができるのはもとより
、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と同等の強化粒
子の均一分散による複合材を、一段と簡易に製造するこ
とができ、しかも該複合材は熱間加工性、靭性に優れた
ものであり、用途範囲を拡大しうる。

実施例 上記表１に示すＡｌ粉末と強化粒子とを、それぞれ全体
重Ｉｎ　Ｉ　Ｋｇに秤量し、ヘンシュルミキサ−を用い
て２０００ｒｐｍＸ４分間の混合を行った。

そして、この混合物を３　Ｘ　１０−５ｔｏｒｒの真空
下で５００℃×５時間の加熱脱ガス処理し、次いで、熱
間静水圧プレス機により５００℃×７０００ｋｇ／ｃｄ
の条件で熱間圧粉したのち、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ＡｌΩ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
Ｎ　ｏ−３，５のものについてはＴ６調質処理し、試料
Ｎｏ、１．２．４のものについて・は押出し材のまま、
それらの有する機械的性質を室温及び３００℃加熱下に
おいて調べると共に、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の結果から判かるように、強化粒子として脆
化防止に特に有効と目される平均粒径（ρ２）５μｍ以
下のものを用いた場合において、Ａｐ粉末の平均粒径（
ｌ１）との相対比（ｌ１／Ｑ２）を２０以下に制御した
試料Ｎｏ。

１〜３（実施例）の場合には、それが２０をこえる試料
Ｎｏ、４．５（比較例）の場合に較べ、高強度、高弾性
、高延性であり、しかも高温特性にも優れた複合材を得
ることができる。

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　　　　　　　　　　　　　　ロ昭和６
１年　特許願　第２０９１５３号２、発明の名称 粒子分散形Ａρ基基台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２０９１５３号２、発明の名称 粒子分散形ＡｌΩ基台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置　（０６）
　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 ７°補正Ｏ対象　　　　明細書の発明の詳細な説明の欄
８、補正の内容 （１）　明細書第８頁第１６行のｒ　（ｖｔ％Ｏ）Ｊを
、ｒ　（ｖｔ％Ｃ）Ｊと訂正する。

以上

Claims (2)

【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、 Ａｌ粉末（Ａｌ合金粉末を含む）の平均粒径（ｌ１）と
   強化粒子の平均粒径（ｌ２）との比（ｌ１／ｌ２）が、 ｌ１／ｌ２≦２０ であり、かつ強化粒子の平均粒径（ｌ２）がｌ２≦１０
   μｍ であるＡｌ粉末と強化粒子とからなり、 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％ 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％ に制御されてなる粒子分散形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の製造方法に
   おいて、 Ａｌ粉末（Ａｌ合金粉末を含む）の平均粒径（ｌ１）と
   強化粒子の平均粒径（ｌ２）との比（ｌ１／ｌ２）を、 ｌ１／ｌ２≦２０ とし、かつ強化粒子の平均粒径（ｌ２）を ｌ２≦１０μｍ としたＡｌ粉末と強化粒子を用いて、それらを均一に混
   合し、かつ加熱脱ガス後、熱間圧粉および熱間成形を行
   うことによって製造することを特徴とする粒子分散形Ａ
   ｌ基複合材の製造方法。