JPH01259137A - アルミニウム合金複合材料及び複合材料用アルミニウム合金 - 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、強度および軽量性に優れたアルミニウム合
金複合材料と、この材料のマトリックスとなるアルミニ
ウム合金の改良に関するものである。

（従来の技術） 従来、炭化珪素短繊維、窒化珪素短繊維を強化材とする
アルミニウム合金複合ｖＪ斜では、マトリックスどなる
アルミニウム合金にＣＬＪ、ＭＣＩを添加して強度を増
大させた合金（例えばＪＩＳ２０１４合金）を多く用い
ている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ＭＯを含有する合金を使用して、一般的
な製造法である加圧鋳造法により繊維強化材を製造する
と、ｔＶＩＱとｉ維強化材とが反応して、成分偏析が生
ずることが知られている（例えば、特開昭６２−２３８
０６２１゜ このような成分偏析は、組織欠陥による特性の低下をも
たらすため、ＭＣＩの含有量が少ないか、又はこれを含
まない合金をマトリックスとして使用することが考えら
れている。この種合金とじては、Ｊ　ＩＳ２’）２５．
２０１１．２２１９．２３１９．２４１９合金などが知
られている。

しかし、これらの合金では、ＭＯを含有する合金に比較
して耐力が劣っており、特にエンジン用ビス１〜ンなど
に要求される低熱膨張係数、疲労強度などの特性も不十
分である。

これを−例として示せば、ＭＯを含有するＪＩＳ２０１
４合金では、Ｔ６処理後の耐力が４２゜Ｑ　Ｋｇ／　ｍ
ｒＡであるのに対し、ＪＩＳ２０１４合金とはＭＱの含
有量が微量で゛ある点を除き、含有量が殆んど一致する
ＪＩＳ２０２５合金では、１６処理後の耐ノｊが２４　
、０に９／ｒｔｖ？ｒとなり、Ｍｑの含有量が微量であ
るＪＩＳ２０２５合金の耐力は大きく劣っている。

この発明は、上記課題を解決することを基本的な目的と
し、組織欠陥がなく、耐力、疲労強度などの特性に優れ
たアルミニウム合金複合材料およびこの材料のマトリッ
クスとなるアルミニウム合金を提供するものである。

（課題を解決するだめの手段） 一ヒ記課題を解決するため、本願発明のうち、複合材料
用アルミニウム合金は、ＣＬＪ：２−８ｗｔ％、Ｓ　ｉ
　：０．２〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．３５
ｗｔ％を含有し、残部が実質的にＡ１からなることを特
徴とするものである。

また、アルミニウム合金複合材料は、炭化珪素短繊維と
窒化珪素短繊維の少なくとも一方を強化繊維どし、Ｃｕ
：２〜８ｗｔ％、Ｓｉ：０．２〜３、Ｑｗｔ％、Ｍｎ　
：　０．０５〜０．３５ｗｔ％を含有し、残部が実質的
に△ｌからなるアルミニウム合金をマトリックスとする
ものである。

上記発明における強化繊維は、炭化珪素短繊維と窒化短
繊維の単独また混合物からなるものであり、望ましくは
ウィスカー状のものを用いる。

次に、各元素の添加理由を述べる。

Ｃｕは、マトリックス強度を向−トさけるために用いる
ものであり、２ｗｔ％未満の含有量では十　　　　　　
・分なる強度を得ることができず、また８ｗｔ％を超え
ると眸弱し、加工性が署しく悪くなる。したかって、そ
の含有量は２〜８ｗｔ％の範囲内とする。

次に３ｉは、マトリックス強度を向上させ、強化短繊維
とアルミニウム合金溶湯の反応を抑制すると同時に、ぬ
れ性を向上させる。ただし、含有量が０．２ｗｔ％未満
では、添加による上記効果は不十分であり、３．０ｗｔ
％を超えると、脆弱化するので、含有量は０．２〜３．
０ｗｔ％の範囲内とする。

さらに、Ｍｎの添加により、ＡＪ！−Ｍｎ、Ａｊ！−Ｍ
ｎ−３ｉ系の微細な晶出物や析出物が生成され、耐食性
、加工性を損うことなく、強度が向上し、又、再結晶抑
制効果が得られる。

このＭｎの添加量は、Ｏ，Ｑ５ｗｔ％未満では、上記効
果が不十分であり、又、０．３５ｗｔ％を超えると、晶
出物等が多数生成されるとともに、最終凝固部に集りや
すく、疲労強度が著しく低下する。したがって、Ｍｎの
添加量は０．０５へ・０゜３５ｗｔ％の範囲内とする。

尚、Ｍｎと同様の効果を挙げるためにＣｒ、Ｚｒ等の遷
移元素を加えることも考えられるが、過量になると粗大
な晶出物が生成され、これが分散して、疲労強度を低下
させる性質を有しており、しかもこれらは、製造上の困
難性を有しており、Ｍｎのように再結晶抑制効果や微細
化効果が得られない。

（作　用） 本願発明の複合材料用アルミニウム合金によれば、ＣＬ
Ｉ、　Ｍｎにより、マトリックスの強度が向上し、さら
に３ｉによっても７１ヘリックス強度が向上する。また
、３ｉによって、複合材料の製造時に、アルミニウム合
金溶湯と強化短繊維との反応が抑制され、またぬれ性が
向上する。

また、本願発明のアルミニウム合金複合材料によれば、
組織欠陥が生ずることなく、微細（例えば１０〜３０Ｉ
Ｕ）な晶出物、析出物が生成され、耐力、疲労強度が向
上する。

（実施例） 以下にこの発明の一実施例を説明する。

繊維径が０．４珈で、繊維長が平均３０１ＪＲであるβ
型ＳｉＣウィスカーを、径２００ｍｍ、高さ２００ｍｍ
の円柱形状に形成し、このプリフォーム体に、Ｃｕ４．
５ｗｔ％、Ｓｉ１．０ｗｔ％、ＭｎＯ，３ｗｔ％で、残
部が△ｌおよび不［■避の不純物からなるアルミニウム
合金を高圧鋳造法により含浸させて、強化繊耗の体積率
が２０％であるアルミニウム合金複合月利を１３だ。こ
の複合＋Ａわ１には、局部的な成分偏析はなく、他に組
織欠陥も見られなかった。

次に、この複合材料と、７１〜ワックス用アルミニウム
合金拐お１として、ＪＩＳ２０１４合金を用いた複合材
料の押出′ｊ１号を用いて機械的特性を比較する試験を
行なった。

尚、ここで用いたＪＩＳ２０１４合金の組成を示Ｊと以
下の通りである１、 ＪＩＳ２０１／Ｉアルミニウム合金 上記特性試験では、各試験材の複数個所を選択して、強
度および耐力を測定した。その結果は第１表の通りであ
る。

第　　　１　　　表 以上のように、本願発明の実施例によれば、強度、耐力
どもに十分な数値を右しており、しかも最大、最小間の
差がきわめて小ざく、均質性に優れていることが明らか
である。

一方、比較例では、強度、耐力どもに、その平均値は、
上記実施例と同等であるが、最大、最小間の差がきわめ
て多く、強度については実施例の約３．８倍、耐力につ
いては実施例の約４．５倍となり、機械的特性について
の均質性が著しく劣っている。

このように、比較例で機械的特性のバラツキが大ぎくな
るのは、高圧鋳造時にＭＯの偏析が生し、この偏析およ
びこれに起因する組織欠陥によるものど考えられる。

次に、他の比較例として、ＪＩＳ２０２４合金、Ｊ　［
８６０６１合金を７１へワックス合金どして、前記と同
様にして複合材料とした比較例２　ｄ５　にび比較例３
についても、前記と同様の特性試験を行った。その結果
を第２表に示す。

第　　　２　　　表 〇 一〇〜 以上のように、比較例２．３においても、前記比較例１
と同様に強度、耐力のバラツキが大きく、またその強度
の平均値においても実施例に劣るものであった。

（発明の効果） 以上説明したように、本願発明のうち複合（Ａ利用アル
ミニウム合金によれば、Ｃｕ　：　２〜８Ｗ１［％、Ｓ
　ｉ　：０．２〜３．ｏｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．
３５ｗｔ％を含有し、残部が実質的に△１からなるので
、７１〜ワックス強度を向上させ、強化繊維とアルミニ
ウム合金との反応を抑制するとともに、ぬれ性を改善す
るという効果がある。

また、上記アルミニウム合金を７１へワックスとするア
ルミニウム合金複合材料では、組織欠陥が生ずることも
なく、耐力および疲労強度に優れており、さらに同−材
料で、位置によるデータのバラツキも少ないという効果
がある。

したがって、上記複合材料は組織の均一性が得られ、熱
間加工性等にも優れでおり、また耐熱強度、高温での疲
労強度にも優れているため、内燃＝　１０− 機関の部品、例えばエンジン部品のコンロッドなどへの
応用に好適である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　炭化珪素短繊維と窒化珪素短繊維の少なくとも一方
   を強化繊維とする複合材料のマトリックス用のアルミニ
   ウム合金において、Ｃｕ：２〜８ｗｔ％、Ｓｉ：０．２
   〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．３５ｗｔ％を含
   有し、残部が実質的にＡｌからなる複合材料用アルミニ
   ウム合金 ２　炭化珪素短繊維と窒化珪素短繊維の少なくとも一方
   を強化繊維とし、Ｃｕ：２〜８ｗｔ％、Ｓｉ：０．２〜
   ３．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．０５〜０．３５ｗｔ％を含有
   し、残部が実質的にＡｌからなるアルミニウム合金をマ
   トリックスとするアルミニウム合金複合材料