JPH01205041A - 繊維強化アルミニウム合金複合材 - 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】 へ〇発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は繊維強化アルミニウム合金複合材、特に、高温
強度を向上させたものに関する。

（２）従来の技術 この種複合材の高温強度はマトリックスのそれに依存す
るため、従来より種々の耐熱性アルミニウム合金が提案
されており、例えばＡｊ！−Ｆｅ　−Ｃｅ、Ａｊ！−Ｆ
ｅ−Ｍｏ等の、粉末冶金法を適用されるＡＩ！、−Ｆｅ
系合金が知られている（特開昭６１−５２３４３号公報
参照）。

（３）発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記のような従来合金をマトリックスと
して用いると、複合材の製造過程において熱間押出し加
工等の熱間加工性が悪く、また複合材の高温強度も十分
ではないといつ、た改良すべき問題がある。

本発明は前記に鑑み、改良されたアルミニウム合金をマ
トリックスとして用いることにより複合材製造過程にお
ける熱間加工性を改善し、また優れた高温強度を有する
前記複合材を提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成 （１）課題を解決するための手段 本発明に係る繊維強化アルミニウム合金複合材は、マト
リックスがＣｒ　　５〜１２重量％、Ｆｅ１〜５重量％
およびＺｒ０．５〜３重景重量含有するアルミニウム合
金であり、また強化用繊維が短繊維で、その繊維体積率
が２〜３０％であることを特徴とする。

（２）作　用 前記のように構成すると、複合材製造過程における熱間
加工性を改善し、また複合材の高温強度を向上させるこ
とができる。

添加元素のうち、ＣｒはＡｆへの拡散係数が最も小さい
元素の１つであり、微細な金属間化合物を析出および晶
出してマトリックスの高温強度向上に寄与する。たりし
、含有量が５重量％を下回ると、高温強度が不十分とな
り、一方、１２２重丸を上回ると、伸びが小さく、また
熱間加工性か低下する。

Ｆｅは複合材の常温強度、高温強度およびヤング率を向
上させる上に有効である。た＼′し、添加量が１重量％
を下回ると、Ｆｅの添加効果が少なくなり、一方、５重
量％を上回ると、切欠き感度が高くなると共に伸びも小
さくなる。

Ｚｒは展延性およびクリープ特性を改善し、また時効硬
化により高温強度を向上させる効果を有する。た＼゛し
、添加量が０．５重量％を下回ると、前記効果が少なく
、一方、３重量％を上回ると、展延性が低下する。

短繊維の繊維体積率（Ｖｆ）は、その繊維強化能を十分
に発揮させるためには前記範囲が適当である。たりし、
繊維体積率が２％を下回ると、繊維強化能が得られず、
一方、３０％を上回ると、複合材の脆化を招来する。

（３）実施例 本発明に係る繊維強化アルミニウム合金複合材の製造に
は粉末冶金法が適用される。したがって前記アルミニウ
ム合金は粉末状で用いられ、その粉、末の製造にはガス
アトマイズ法、ロール法、遠心噴霧法等が適用される。

この場合の冷却速度は１０２〜１０６°（／ｓｅｃであ
る。

強化用繊維としての短繊維（ウィスカを含む）にはＳｉ
Ｃウィスカ、アルミナウィスカ、Ｓｉ。

Ｎ４ウイスカ、カーボンウィスカまたはチョツプドＳｉ
Ｃ繊維、チョツプドアルミナ繊維、ナツツブトＳｉ、Ｎ
、繊維、チョツプドカーボン繊維等が該当する。

前記複合材は以下に述べる手法により製造される。

ＳｉＣウィスカに溶媒を混合して開繊処理を行なう。こ
の場合、溶媒としては粘性が小さく、前記アルミニウム
合金と反応せず、低沸点のものが好ましく、例えば、ア
セトンと１３％ｎ−ブタノールの混合液が用いられる。

開、繊後のＳｉＣウィスカにアルミニウム合金粉末を混
合して圧粉成形材料を得る。

前記材料を用い、真空加圧成形法を適用して圧粉体を得
る。成形条件は、例えば加圧力　　１８０ｋｇ／ｌｌｌ
ｌ１１２、加圧保持時間　１分間であり、また成形後圧
粉体には真空下で８０°Ｃ，１０時間の乾燥処理が施さ
れる。

圧粉体を極薄のゴム袋に入れ、その圧粉体にＣＩＰ処理
（冷間静水圧プレス処理）を施して中間体を得る。処理
条件は、例えば加圧力　４０００ｋｇ／ｍｍ”　、加圧
保持時間　１分間である。

中間体に脱ガス処理（例えば４５０°Ｃ１１時間）を施
す。

中間体にＨＩＰ処理（熱間静水圧プレス処理）を施して
焼結体を得る。条理条件は、例えば加圧力　２０００気
圧、加熱温度　４５０°Ｃ１加圧保持時間　１時間であ
る。

焼結体を用い、熱間押出し法を適用してＳｉＣウィスカ
により強化されたアルミニウム合金棒材を得る。押出し
加工条件は、例えば加熱温度４５０〜４９０°Ｃ１押出
し比１０以上である。

表１は前記手法により得られた本発明複合材Ａ〜Ｆと比
較例Ｇ−Ｌの組成および物性を示す。

表Ｉより明らかなように本発明複合材Ａ−Ｆは常温およ
び高温（３００°Ｃ）下において優れた引張強さおよび
伸びを有するものである。この場合、析出、晶出物の最
大直径は１０μｍ以下であることが望ましい。

なお、比較例において、Ｋは高繊維体積率であり、また
Ｌは鋳物であることに起因して高温下で塑性域に入る前
に破断し、また伸びも極めて少なく、その結果高温下に
おける引張強さおよび伸びの測定値が一定しない。

表■、■は本発明において用いられるアルミニウム合金
ａ、ｂと比較例ｃ−ｈの組成および各種物性を示す。テ
ストピースは、冷却速度１０２〜１０３°Ｃ／ｓｅｃの
条件の下にヘリウムガスアトマイズ法を適用して得られ
たアルミニウム合金粉末を用い、前記と略同様の手法に
より得られたものである。但し、ＨＩ　Ｐ処理は省かれ
ており、また熱間押出し加工は直径５０ＩＩＩＩ１１、
長さ１００ｍａの棒材を用い、アルゴンガス雰囲気下、
４５０　”Ｃにて押出し比１４の条件の下に行われた。

表　　　　■ 表　　　■ 前記表Ｉｆ、　　Ｉｌｌから明らかなように、本発明に
用いられるアルミニウム合金ａ、ｂは常温および高温下
において優れた引張り強さを有し、また伸びも比較的大
きく、さらに熱間加工性も良好である。

その上、特に、時効条件を４００’Ｃ，１０時間に設定
することにより時効後の引張り強さを大幅に向上させる
ことができ、また熱処理により硬さを増すことができる
。

第１図は前記合金すにおける熱処理温度と硬さ（１−１
ｍ　ｖ、荷重３００ｇ）との関係を示す。テストピース
は各温度にて１時間保持されたもので、４５０　”Ｃに
おいて硬さのピークが見られる。

第２図は前記合金すにおける高温保持時間と硬さ（Ｈｍ
ｖ、荷重３ｏｎｇ）との関係を示す。線Ｘ、が４００”
Ｃ（７）場合に、また線Ｙが４５０°Ｃの場合に、さら
に線Ｚが５００°Ｃの場合にそれぞれ該当する。

第１．第２図より、合金すの製造および複合材の製造に
当り、脱ガス処理、ＨＩＰ処理、熱間押出し加工等の操
作は３００〜５００°ｃ１好ましくは４００〜５００°
Ｃにて行うことが推奨される。

また前記温度条件にて熱処理を施すことも可能である。

表■は、前記合金すと繊維体積率（Ｖｆ）２０％のＳｉ
Ｃウィスカとよりなる複合材における合金すの粉末状態
での最大直径と物性の関係を示す。

複合材は前記手法により得られたものである。ただし、
押出し加工条件は加熱温度４５０　’Ｃ１押出し比２０
である。

表　　　　■ 表■より明らかなように、合金すの最大直径が４０μｍ
以下であれば、優れた物性を有する複合材を得ることが
できる。

表■は、平均直径２０μｍの前記合金すの粉末を用いて
複合材を得る場合における押出し比と物性との関係を示
す。

表　　　　　Ｖ 表■より明らかなように、押出し比は１０以上、また加
工温度は４５０°Ｃ程度であることが望ましい。

前記複合材の適用例としては、エンジン用ピストンピン
、バルブ等を挙げることができる。

Ｃ０発明の効果 本発明によれば、アルミニウム合金マトリックスにおい
て、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｒの各含有量を前記のように特定し
、また強化用繊維として短繊維を用いてその繊維体積率
を前記のように特定することによって、複合材製造過程
における熱間加工性を改善し、また優れた高温強度を有
する前記複合材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱処理温度と硬さの関係を示すグラフ、第２図
は高温保持時間と硬さの関係を示すグラフである。 硬さ（Ｈｍｖ） 硬さ（Ｈｍｖ） 手続補正書（岐） １．事件の表示 昭和６３年　特許　願第２８２０６号 ２、発”ｊｌｌ（Ｑ　名　称　　　　　繊、イ、ア７．
２．ウェ合金？Ｍ合ヰ第３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　　　（５３２）本田技研工業株式会社４、代
　　　理　　　人　　〒１０５ ５、補正の対象 明！ｌＩ書の「発明の詳細な説明」の欄？＋ｉ正の内容 （１）明細書の第１１頁を下記の通り訂正する。 記 表　　　ｍ 前記表■、■から明らかなように、本発明に用いられる
アルミニウム合金ａ、ｂは常温および高温下において優
れた引張強さを有し、また伸びも比較的大きく、さらに
熱間加工性も良好である。」以上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）マトリックスがＣｒ５〜１２重量％、Ｆｅ１〜５
   重量％およびＺｒ０．５〜３重量％を含有するアルミニ
   ウム合金であり、また強化用繊維が短繊維で、その繊維
   体積率が２〜３０％であることを特徴とする繊維強化ア
   ルミニウム合金複合材。
2. （２）前記アルミニウム合金は、最大直径４０μｍ以下
   の粉末である、第（１）項記載の繊維強化アルミニウム
   合金複合材。
3. （３）前記アルミニウム合金における析出、晶出物の最
   大直径が１０μｍ以下である、第（１）または第（２）
   項記載の繊維強化アルミニウム合金複合材。