JPS6393834A - 高強度Ａｌ系複合材料の製造方法 - Google Patents
高強度Ａｌ系複合材料の製造方法Info
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- JPS6393834A JPS6393834A JP23666386A JP23666386A JPS6393834A JP S6393834 A JPS6393834 A JP S6393834A JP 23666386 A JP23666386 A JP 23666386A JP 23666386 A JP23666386 A JP 23666386A JP S6393834 A JPS6393834 A JP S6393834A
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- Powder Metallurgy (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】
（産業上の利用分野）
本発明は耐摩耗性に優れた高強度Ａｌ系複合材料の製造
方法に係り、特に粉末冶金法による前記Ａｌ系複合材料
の製造方法に関する。
方法に係り、特に粉末冶金法による前記Ａｌ系複合材料
の製造方法に関する。
（従来の技術）
Ａｌ粉末冶金の製品としては、従来ＳＡＰ （Ｓｉｎｔ
ｅｒｅｄ Ａｌ Ｐｏｗｄｅｒ） 、 ＡＰＭ
（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ ｌｌｅ
ｔａｌｌｕｒｇｙ ＰｒｏｄｕｃｔＳ）および旧ｄｕｍ
＋ｉｎｉｕｍ ｔｏｏ等が知られておりこれらはいずれ
も基本的には同一の原理によって製造される（アルミニ
ウムハンドブック：軽金属協会編朝倉書店昭和４５年６
月刊行）。
ｅｒｅｄ Ａｌ Ｐｏｗｄｅｒ） 、 ＡＰＭ
（Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｐｏｗｄｅｒ ｌｌｅ
ｔａｌｌｕｒｇｙ ＰｒｏｄｕｃｔＳ）および旧ｄｕｍ
＋ｉｎｉｕｍ ｔｏｏ等が知られておりこれらはいずれ
も基本的には同一の原理によって製造される（アルミニ
ウムハンドブック：軽金属協会編朝倉書店昭和４５年６
月刊行）。
たとえば、前記ＳＡＰ’（ザップ）の場合においては、
金属Ａｌ粒粉末長時間加熱または混練して金属Ａｌの表
面に多量のＡｌ２０３を生成させ、これによって微細な
Ａｌ２０３を基地金属中に分散させて高温強度および耐
摩耗性に優れたＡｌ系複合材料が得られる。
金属Ａｌ粒粉末長時間加熱または混練して金属Ａｌの表
面に多量のＡｌ２０３を生成させ、これによって微細な
Ａｌ２０３を基地金属中に分散させて高温強度および耐
摩耗性に優れたＡｌ系複合材料が得られる。
しかし、ＳＡＰの方法ではＡｌ２０３の生成をＡｌ金金
属長時間の混練または加熱処理によって行なうため、強
力な混線機を用いて２０〜４０時間もの混練を行なわな
ければならず、加工費が嵩むと共に高温強度および耐摩
耗性の点でも必ずしも満足すべきものではなかった。
属長時間の混練または加熱処理によって行なうため、強
力な混線機を用いて２０〜４０時間もの混練を行なわな
ければならず、加工費が嵩むと共に高温強度および耐摩
耗性の点でも必ずしも満足すべきものではなかった。
（問題点を解決するための手段）
前記従来技術の問題点はＡｌまたはＡｌ合金と金属また
は非金属の酸化物との混合粉末を加圧成形後焼結し、こ
の焼結過程において添加された酸化物によりＡｌ成分を
酸化させることにより生じるＡｌ２Ｏ３を主成分とする
微小酸化物を分散析出させ、また酸化物の還元により生
じた金属または非金属とＡｌまたはＡｌ合金との間に硬
質なＡｌ−金属間化合物を形成させ、ＡｌおよびＡｌ合
金基地中に分散析出させることにより得られる高強度Ａ
ｌ系複合材料の製造方法によって解決される。
は非金属の酸化物との混合粉末を加圧成形後焼結し、こ
の焼結過程において添加された酸化物によりＡｌ成分を
酸化させることにより生じるＡｌ２Ｏ３を主成分とする
微小酸化物を分散析出させ、また酸化物の還元により生
じた金属または非金属とＡｌまたはＡｌ合金との間に硬
質なＡｌ−金属間化合物を形成させ、ＡｌおよびＡｌ合
金基地中に分散析出させることにより得られる高強度Ａ
ｌ系複合材料の製造方法によって解決される。
（作用）
本発明の製造方法は基本的には従来の粉末冶金の技術に
基いているが、一般の粉末冶金法では金属粉末同志の焼
結を行わせることを目的としているのに対し、本発明の
製造方法ではＡｌまたはＡｌ合金の粉末に酸化物を添加
し、これら両者の間に化学反応を行なわせるために焼結
が行なわれる。
基いているが、一般の粉末冶金法では金属粉末同志の焼
結を行わせることを目的としているのに対し、本発明の
製造方法ではＡｌまたはＡｌ合金の粉末に酸化物を添加
し、これら両者の間に化学反応を行なわせるために焼結
が行なわれる。
すなわち添加された酸化物が焼結過程においてＡｌまた
はＡｌ合金基地中のＡｌ成分を酸化して主としてＡｌ２
Ｏ３からなる微小酸化物を分散析出させると共に、この
反応で還元された酸化物の金属もしくは非金属がＡｌ
（もしくはその合金化元素たとえばＭｇ等との間に硬質
な金属間化合物を生成させそれによって著しく耐摩耗性
や高温強度に優れた高強度Ａｌ系複合材料が得られる。
はＡｌ合金基地中のＡｌ成分を酸化して主としてＡｌ２
Ｏ３からなる微小酸化物を分散析出させると共に、この
反応で還元された酸化物の金属もしくは非金属がＡｌ
（もしくはその合金化元素たとえばＭｇ等との間に硬質
な金属間化合物を生成させそれによって著しく耐摩耗性
や高温強度に優れた高強度Ａｌ系複合材料が得られる。
この場合前記Ａｌ２Ｏ３は従来のように主として混練ま
たは加熱によるのではなく添加酸化物の化学的反応によ
って生成されるのでその処理は極めて短時間に行なわれ
る。
たは加熱によるのではなく添加酸化物の化学的反応によ
って生成されるのでその処理は極めて短時間に行なわれ
る。
さらにこの酸化の際に還元される酸化物の金属もしくは
非金属とＡｌ成分等とで形成される金属間化合物はそれ
自体著しく大きな硬度を有するが、これがＡｌまたはＡ
ｌ合金の基地中に分散析出することによっていわゆる結
晶のすベリが阻止され、材料の強度が一層増大される。
非金属とＡｌ成分等とで形成される金属間化合物はそれ
自体著しく大きな硬度を有するが、これがＡｌまたはＡ
ｌ合金の基地中に分散析出することによっていわゆる結
晶のすベリが阻止され、材料の強度が一層増大される。
（焼結工程の説明）
このように本発明の方法においてはＡｌ粉末冶金に際し
て金属または非金属の酸化物を添加して混合された粉末
を焼結することが大きな特色である。
て金属または非金属の酸化物を添加して混合された粉末
を焼結することが大きな特色である。
この焼結の第一段階においては添加された酸化物がＡｌ
またはＡｌ合金の粉末によって下記（１）〜（４）の化
学反応式により示されるように還元され、一方金属Ａｌ
は酸化されて０．１１ｔ、ｍ以下の微細なＡｌ２Ｏ３を
形成する。
またはＡｌ合金の粉末によって下記（１）〜（４）の化
学反応式により示されるように還元され、一方金属Ａｌ
は酸化されて０．１１ｔ、ｍ以下の微細なＡｌ２Ｏ３を
形成する。
３Ｆｅ Ｏ＋ ８Ａｌ＝ ９Ｆｅ＋４Ａｌ Ｏ
（１）Ｃｒ Ｏ＋ ２Ａｌ＝ ２（：ｒ＋Ａｌ２０３（
２）３ＮｉＯ＋ ２Ａｌ＝ ３Ｎｉ＋Ａｌ Ｏ（
３）Ｂ Ｏ＋ ２Ａｌ＝ ２８ ＋Ａｌ２０３（４）さ
らに前記の反応によって還元された酸化物より生じた金
属または非金属は下記（５）〜（８）の反応式に示され
るようにＡｌ−金属間化合物を形成する。
（１）Ｃｒ Ｏ＋ ２Ａｌ＝ ２（：ｒ＋Ａｌ２０３（
２）３ＮｉＯ＋ ２Ａｌ＝ ３Ｎｉ＋Ａｌ Ｏ（
３）Ｂ Ｏ＋ ２Ａｌ＝ ２８ ＋Ａｌ２０３（４）さ
らに前記の反応によって還元された酸化物より生じた金
属または非金属は下記（５）〜（８）の反応式に示され
るようにＡｌ−金属間化合物を形成する。
Ｆｅ ＋ ３Ａｌ＝ ＦｅＡｌ３（５）Ｏｒ ＋
３Ａｌ ＝ ＣｒＡｌ３（６）Ｎｉ ＋ ３Ａ
ｌ＝ ＮｉＡｌ３（７）２日 ＋ Ａｌ ＝ Ａ
ｌ８２ （８）これらの金属化合物
は箸しく高い硬さを示す。
３Ａｌ ＝ ＣｒＡｌ３（６）Ｎｉ ＋ ３Ａ
ｌ＝ ＮｉＡｌ３（７）２日 ＋ Ａｌ ＝ Ａ
ｌ８２ （８）これらの金属化合物
は箸しく高い硬さを示す。
焼結のさいに形成される代表的なＡｌ−金属間化合物の
二、三の例とこれらの硬さを表１に示す。
二、三の例とこれらの硬さを表１に示す。
表１ 各種金属間化合物の硬さ
これらの金属間化合物の寸法は焼結温度や焼結時間また
は最終的に行う熱間押出条件によっても異なるが、約５
〜１０ｐｍの寸法に制御される。
は最終的に行う熱間押出条件によっても異なるが、約５
〜１０ｐｍの寸法に制御される。
本発明の方法においては、このようにして得られたＡｌ
２Ｏ３およびＡｌ−金属間化合物が基地となるＡｌまた
はＡｌ合金中に均一に分散させられて高強度のＡｌ系複
合材料を形成する。
２Ｏ３およびＡｌ−金属間化合物が基地となるＡｌまた
はＡｌ合金中に均一に分散させられて高強度のＡｌ系複
合材料を形成する。
尚、本発明の方法においてＡｌ−Ｍｇ系合金粉末を出発
原料として用いた場合では、Ｍｇの酸化物生成自由エネ
ルギーがＡｌよりも大であるため、生成される Ａｌ２
Ｏ３の一部はＭｇＯによって代替される。
原料として用いた場合では、Ｍｇの酸化物生成自由エネ
ルギーがＡｌよりも大であるため、生成される Ａｌ２
Ｏ３の一部はＭｇＯによって代替される。
また本発明における硬質なＡｌ＝金属間化合物と基地Ａ
ｌ金属との界面における接合性はＺｎ原子の存在によっ
て著しく改善されるため、原料として用いるＡｌ粒粉末
予めＺｎを含有させておくことが好ましい、亜鉛は粉末
酸化亜鉛の形態として添加する酸化物に加えてもよい。
ｌ金属との界面における接合性はＺｎ原子の存在によっ
て著しく改善されるため、原料として用いるＡｌ粒粉末
予めＺｎを含有させておくことが好ましい、亜鉛は粉末
酸化亜鉛の形態として添加する酸化物に加えてもよい。
本発明のＡｌ系複合材料中の亜鉛含有量は得られる材料
の最終形態の全重量を基準として１５ｗｔ％以下に限定
する。これはＺｎ含有量が１５ ｗｔ％以上になると基
地金属部分の硬さが急激に低下し、ビー２カース硬さで
１００程度となってしまい本発明のＡｌ系複合材料の特
徴である耐摩耗性が著しく阻害されるためである。
の最終形態の全重量を基準として１５ｗｔ％以下に限定
する。これはＺｎ含有量が１５ ｗｔ％以上になると基
地金属部分の硬さが急激に低下し、ビー２カース硬さで
１００程度となってしまい本発明のＡｌ系複合材料の特
徴である耐摩耗性が著しく阻害されるためである。
すでに述べたように、本発明の製造方法においては酸化
物の構成要素としての酸素成分とＡｌまたはＡｌ合金粉
末との化学反応によってＡｌ２Ｏ３が形成される。した
がって原料粉末の混練処理は添加された酸化物粉末とＡ
ｌ合金粉末とを均質に混合させるためのみに行なわれ、
処理時間は約１時間程度で充分である。したがってＡｌ
粉末表面の酸化を目的として行なわれる５ＡＰ（ザップ
）等の混線処理の場合と比べて処理時間が極めて短縮さ
れる。
物の構成要素としての酸素成分とＡｌまたはＡｌ合金粉
末との化学反応によってＡｌ２Ｏ３が形成される。した
がって原料粉末の混練処理は添加された酸化物粉末とＡ
ｌ合金粉末とを均質に混合させるためのみに行なわれ、
処理時間は約１時間程度で充分である。したがってＡｌ
粉末表面の酸化を目的として行なわれる５ＡＰ（ザップ
）等の混線処理の場合と比べて処理時間が極めて短縮さ
れる。
さらにまた焼結のさいに形成される微細かつ硬質なＡｌ
−金属間化合物が著しく基地金属を強化するため引張り
強さが約４０ ｋｇｆ／ ｍｍ”であるＳＡＰの約１．
５〜２．０倍程度の引張強さの大きなＡｌ複合材料が得
られる。
−金属間化合物が著しく基地金属を強化するため引張り
強さが約４０ ｋｇｆ／ ｍｍ”であるＳＡＰの約１．
５〜２．０倍程度の引張強さの大きなＡｌ複合材料が得
られる。
以下本発明のＡｌ系複合材料の製造工程の概略を図面に
示すフローシートによって説明する。
示すフローシートによって説明する。
ＡｌまたはＡｌ合金粉末に酸化物粉末を添加し、これを
ボールミルにより混練し、（工程ｌ）両者が均一に混合
された状態とする。このように混練された混合粉末を３
〜７トン／ｃｍ″の加圧力のもとで金型中で成形して一
定形状の圧粉体を得る（工程２）。
ボールミルにより混練し、（工程ｌ）両者が均一に混合
された状態とする。このように混練された混合粉末を３
〜７トン／ｃｍ″の加圧力のもとで金型中で成形して一
定形状の圧粉体を得る（工程２）。
次いで、この圧粉体を還元雰囲気または中性雰囲気中で
約５００〜８００℃の間の温度に加熱し、約１０〜６０
分間保持後室温まで冷却して焼結を完了する（工程３）
、この後焼結体を５００〜８００℃の温度範囲で押出し
または圧延を行う（工程０．なお焼結温度、焼結時間、
雰囲気の種類は添加される酸化物粉末の種類によっても
それぞれ異なる。また焼結過程においては酸化還元など
の反応をともなうためこれにより焼結体中に空孔の生じ
る場合もあるためこのような場合には、生成される空孔
の発生を防止するため適当な荷重により加圧を行う場合
もある。
約５００〜８００℃の間の温度に加熱し、約１０〜６０
分間保持後室温まで冷却して焼結を完了する（工程３）
、この後焼結体を５００〜８００℃の温度範囲で押出し
または圧延を行う（工程０．なお焼結温度、焼結時間、
雰囲気の種類は添加される酸化物粉末の種類によっても
それぞれ異なる。また焼結過程においては酸化還元など
の反応をともなうためこれにより焼結体中に空孔の生じ
る場合もあるためこのような場合には、生成される空孔
の発生を防止するため適当な荷重により加圧を行う場合
もある。
以下本発明による高強度Ａｌ系複合材料の製造方法を具
体的な実施例によってさらに説明する。実施例中、「％
」は全て「用量％」である。
体的な実施例によってさらに説明する。実施例中、「％
」は全て「用量％」である。
実施例１
原料粉末として ５％Ｚｎおよび５％Ｍｇを含むＡｌ合
金粉末を用い、これにＦｅ５０．粉末を夫々２．５およ
び １０％添加したものをボールミルにより１時間混練
し、その後４トン／Ｃｒｒｆ’の加圧力の下で成形し、
このようにして得られた圧粉体を出ガス雰囲気中で５９
０℃で４分間焼結し、室温まで冷却し、次いで５５０℃
で加工比９０％で押出し加工を行った。得られたＡｌ系
複合材料の機械的性質を表２に示す。
金粉末を用い、これにＦｅ５０．粉末を夫々２．５およ
び １０％添加したものをボールミルにより１時間混練
し、その後４トン／Ｃｒｒｆ’の加圧力の下で成形し、
このようにして得られた圧粉体を出ガス雰囲気中で５９
０℃で４分間焼結し、室温まで冷却し、次いで５５０℃
で加工比９０％で押出し加工を行った。得られたＡｌ系
複合材料の機械的性質を表２に示す。
表２ Ｆｅ−Ａｌ系複合材料の機械的性質１０ｗｔ
％ ６２ ３２０ ９．１実施例２ 原料粉末として１０％Ｚｎおよび４％Ｃｕを含むＡｌ合
金粉末を用いこれにＣｒ２Ｏ３粉末を夫々２．５および
１０％添加したものをボールミルにより ２時間混練し
、その後５トン／ｃｍ’の加圧力の下で成形した。この
ようにして得られた圧粉体を市ガス雰囲気中において５
８０℃で５分間焼結し、室温まで冷却し、次いで５Ｈ℃
で加工比３０％で押出し加工を行った。得られた０ｒ−
Ａｌ系複合材料の機械的性質を表３に示す。
％ ６２ ３２０ ９．１実施例２ 原料粉末として１０％Ｚｎおよび４％Ｃｕを含むＡｌ合
金粉末を用いこれにＣｒ２Ｏ３粉末を夫々２．５および
１０％添加したものをボールミルにより ２時間混練し
、その後５トン／ｃｍ’の加圧力の下で成形した。この
ようにして得られた圧粉体を市ガス雰囲気中において５
８０℃で５分間焼結し、室温まで冷却し、次いで５Ｈ℃
で加工比３０％で押出し加工を行った。得られた０ｒ−
Ａｌ系複合材料の機械的性質を表３に示す。
表３ ０ｒ−Ａｌ系複合材料の機械的性質（ｃｒ２ｏ
３） （ｋｇｆ／ｍｒｎ” ） （ＨＢ） （ｋｇ
ｆ／ｍｍ’ Ｘ １０３）１０ｗｔ％ ８８
３２０ ９．３実施例３ 原料粉末として５％Ｚｎおよび４％Ｍ８、を含むＡｌ合
金粉末を用い、これにＮｉＯ粉末を夫々２．５および１
０％添加したものをボールミルにより ２時間混練し、
その後４トン／ｃｒｎ’の加圧下のもとで成形した。こ
のようにして得られた圧粉体をＮ２ガス雰囲気中で５８
０℃で５分間焼結し、室温まで冷却し、次いでこの焼結
体を５５０℃で９０％の加工率で押出し加工を行った。
３） （ｋｇｆ／ｍｒｎ” ） （ＨＢ） （ｋｇ
ｆ／ｍｍ’ Ｘ １０３）１０ｗｔ％ ８８
３２０ ９．３実施例３ 原料粉末として５％Ｚｎおよび４％Ｍ８、を含むＡｌ合
金粉末を用い、これにＮｉＯ粉末を夫々２．５および１
０％添加したものをボールミルにより ２時間混練し、
その後４トン／ｃｒｎ’の加圧下のもとで成形した。こ
のようにして得られた圧粉体をＮ２ガス雰囲気中で５８
０℃で５分間焼結し、室温まで冷却し、次いでこの焼結
体を５５０℃で９０％の加工率で押出し加工を行った。
得られた機械的性質を表４に示す。
表４ Ｎｉ−Ａｌ系複合材料の機械的性質１０ｗｔ
％ ７４ ２９５ ９．８（発明の効果） 本発明によれば高温強度および耐摩耗性にすぐれた高強
度Ａｌ系複合材料を容易に得ることができる。
％ ７４ ２９５ ９．８（発明の効果） 本発明によれば高温強度および耐摩耗性にすぐれた高強
度Ａｌ系複合材料を容易に得ることができる。
図面は本発明の方法を実施するための製造工程を示すフ
ロー図である。 ｌ・・・・・・混合工程 ２・・・・・・加圧成形工程 ３・・・・・・焼結工程 ４・・・・・・押出または圧延工程 時 許 出 願 人 手 塚 秀 男谷
内 剛 −−ｍ− ｊ゛・、・ （ほか−１−名）
ロー図である。 ｌ・・・・・・混合工程 ２・・・・・・加圧成形工程 ３・・・・・・焼結工程 ４・・・・・・押出または圧延工程 時 許 出 願 人 手 塚 秀 男谷
内 剛 −−ｍ− ｊ゛・、・ （ほか−１−名）
Claims (2)
- （１）ＡｌまたはＡｌ合金と金属または非金属の酸化物
との混合粉末を加圧成形後焼結し、この焼結過程におい
て添加された酸化物によりＡｌ成分を酸化させることに
より生じるＡｌ＿２Ｏ＿３を主成分とする微小酸化物を
分散析出させ、また酸化物の還元により生じた金属また
は非金属とＡｌまたはＡｌ合金との間に硬質なＡｌ−金
属間化合物を形成させ、ＡｌおよびＡｌ合金基地中に分
散析出させることにより得られる高強度Ａｌ系複合材料
の製造方法。 - （２）前記製造方法中において最終複合材料の重量を基
準として１５％以下のＺｎを含有させることを特徴とす
る前記特許請求の範囲第１項記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23666386A JPS6393834A (ja) | 1986-10-04 | 1986-10-04 | 高強度Ａｌ系複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23666386A JPS6393834A (ja) | 1986-10-04 | 1986-10-04 | 高強度Ａｌ系複合材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6393834A true JPS6393834A (ja) | 1988-04-25 |
| JPH0454730B2 JPH0454730B2 (ja) | 1992-09-01 |
Family
ID=17003943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23666386A Granted JPS6393834A (ja) | 1986-10-04 | 1986-10-04 | 高強度Ａｌ系複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6393834A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0551665A (ja) * | 1991-08-20 | 1993-03-02 | Hidekazu Toyama | 酸化物添加による分散強化型アルミニウム合金の製造方法 |
| JP2009041087A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Univ Nihon | アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS551331A (en) * | 1978-06-16 | 1980-01-08 | Honshu Paper Co Ltd | Pulp production |
| JPS5757544A (en) * | 1980-07-18 | 1982-04-06 | Alza Corp | Fluid dispenser |
-
1986
- 1986-10-04 JP JP23666386A patent/JPS6393834A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS551331A (en) * | 1978-06-16 | 1980-01-08 | Honshu Paper Co Ltd | Pulp production |
| JPS5757544A (en) * | 1980-07-18 | 1982-04-06 | Alza Corp | Fluid dispenser |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0551665A (ja) * | 1991-08-20 | 1993-03-02 | Hidekazu Toyama | 酸化物添加による分散強化型アルミニウム合金の製造方法 |
| JP2009041087A (ja) * | 2007-08-10 | 2009-02-26 | Univ Nihon | アルミニウム焼結体及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0454730B2 (ja) | 1992-09-01 |
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