JPH02217404A - Ａｌ基複合材の成形方法 - 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） 本発明は熱間等方圧加圧（以下、ＨＩＰという。

）により一体成形されるＮ基複合材の成形方法に関する
。

（従来の技術） 軽量金属であるＮ又はＮ合金と、セラミクスのウィスカ
や短繊維、セラミクス粒子等の強化材粉末とを複合一体
化したＮ基複合材は、高圧強度、高比弾性率、高疲労強
度、高耐摩耗性等の優れた機械的性質を有する。このた
め、軽量化高性能化が強く指向されている宇宙航空機、
自動車、ＯＡ機器などの部品や構造部材の材料として、
またスポーツ用品材料として注目を集めている。

前記Ｎ基複合材の成形方法として、Ｎ又はＮ合金（以下
、単にＮ合金という。）の粉末と強化材粉末との混合粉
末をＨＩＰ成形用カプセルに充填し、脱気し、密封した
後、ＨＩＰにより一体成形する方法がある。この際、前
記カプセルとして、通常、軟鋼製鋼管に軟鋼板製の底板
と蓋板とを溶接して作製された円筒状カプセルが使用さ
れている。また、混合粉末のカプセルへの充填に当って
は、混合粉末は、通常の金属粉末とは異なり、タッピン
グのみでは緻密に充填することが難しいため、充填率を
上げることを目的としてプレスによって加圧充填されて
いる。尚、ＨＩＰ成形後の複合材は、カプセル除去後、
円柱体に精整加工され、押出し加工等により種々の形状
に仕上げられる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、混合粉末を充填したカプセルをＨＩＰす
ると、Ｎ合金の成形温度が低いため、ＨＩＰ時にカプセ
ルが充分軟化せず、第３．４図に示すように不均一な収
縮が生じ、円柱形状の製品を得る場合、素材の削り代が
大となり、歩留りが極めて悪いという問題がある。特に
充填率が低い場合は著しい。

尚、カプセル内の混合粉末を高加圧充填すればＨＩＰ時
のカプセルの不均一収縮は軽減されるが、カプセル内の
脱気および脱ガスが困難となる。このため、充填率を極
端に大きくすることができず、通常６０％ないし７０％
とされている。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、歩留りの
高いＮ基台合材のＨＩＰにより成形方法を提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためになされた本発明のＮ基台合材
の成形方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金の粉
末と強化材粉末との混合粉末を円筒状カプセルに充填し
脱気し密封した後、熱間等方加圧により加圧成形するＡ
ｆ基基台合材成形方法において、 前記カプセルはその側壁部が軸方向に収縮する蛇腹体で
形成されていることを発明の構成とするものである。

（作　　用） 本発明で使用するＨＩＰ成形用円筒状カプセルは、その
側壁部を軸方向に収縮する蛇腹体で形成したので、カプ
セルの径方向の強度を向上させることができ、ＨＩ　Ｐ
時には径方向をほとんど収縮させることなく、軸方向に
大きく収縮させることができる。しかも、軸方向の収縮
を大きく取ることができるので、カプセル中の混合粉末
の充填率が低い場合においても、高密度のＮ基台合材を
容易に得ることができる。このため、充填率を上げるた
めの混合粉末の加圧工程を省くことが可能となる。また
、充填率が低いため、脱気が容易となる。

（実施例） 第１図は本発明に使用するＨＩＰ成形用カプセルの一例
を示したもので、円筒状の蛇腹体３によって側壁部２を
形成し、その一端に底板４を設け、他端に脱気管５を有
する蓋体６が設けられている。

７は蛇腹体３の内周面の波形凹部８に混合粉末が入らな
いようにするための筒状網体である。該凹部８に粉末が
入ると、カプセルの軸方向収縮が妨げられ、カプセル内
部に充填された混合粉末が充分に固化成形されない。網
体７の内側には混合粉末９が収容されている。尚、前記
蓋板６は、底板４が蛇腹体３の一端に予め溶接された容
器に前記網体７を内装し、該綱体７の内部に混合粉末９
を装填した後、容器開口端に溶接される。混合粉末の充
填に当ってはプレス等による加圧は不要であり、棒材に
より粉末を締める様にするだけで十分である。これらの
処理は大気中で行えばよい。

前記カプセル１は、塑性変形容易な金属板（例えばアル
ミニウム板、アルミニウム合金板、軟鋼板、ステンレス
鋼板、銅板、銅合金板）で製作される０Ｍ４体７も同様
の金属線材で形成されたものが使用される。

尚、蛇腹体３の壁面屈曲形状は図示のような円弧波形状
に限らず、三角波形状等でもよく自由である。

前記混合粉末９は、既述の通り、Ｎ合金粉末と強化材粉
末とを混合したものであるが、Ｎ合金としては、６０６
１材、７０７５材等種々のものを利用することができ、
−力強化材粉末としては、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ。

、　Ｎ！（１１、／Ｖｚ０３　＋ＳｉＯ□等のセラミク
スのウィスカや粒子、その他各種金属短繊維やウィスカ
を利用することができる。

Ｎ合金粉末と強化材粉末との混合比は、強化材粉末の体
積含打率を１０〜５０％程度とするのがよい。

１０％未満では強化能が不足し、一方５０％を越えると
複合材の延性、靭性の低下が著しく、また加工の困難性
が増大する。

混合粉末９はＮ合金粉末と強化材粉末とが均一に分散混
合されたものをカプセルに充填するのがよい。

Ｎ合金粉末とセラミックス強化材粉末とを均一に混合す
る好適な方法として、特開昭６０７２５１９２２号にお
いて開示されている通り、有機溶媒中で強化材に超音波
振動を与えて絡まりを解きほぐし、この中にＮ合金粉末
を加えて攪拌し、得られた混合スラリーを吸引濾過し、
ケーキを真空乾燥する方法がある。

また、混合粉末として、強化材粉末がＮ合金粉末中に均
一に分散すると共に有機バインダーによって粒状（好ま
しくは粒径０．１〜５［ｌＩＩｍ程度）に保形された混
合ベレットを脱バインダーして用いることができる。該
混合ペレットは本出願人が特願昭６２−１７３６９５号
で提案したものであり、混合体のハンドリング過程で生
じた振動や衝撃によって、強化材と金属粉末とが分離し
たり、偏在することがなく、成分の均一性が確保され、
カプセルへの・′充填性や成形性にも優れる。

前記混合粉末をカプセルに充填後、蓋板６の脱気管５よ
りカプセル内部の空気を脱気する。この際、カプセルを
加熱しておくとよい。脱気後、脱気管５を圧着して密封
した後、ＨＩＰ処理を行う。

第２図はＨＩＰ処理後のカプセルの説明図（脱気管図示
省略）であり、カプセルの収縮は軸方向に集中しており
、径方向の収縮はほとんど生じない。カプセル中の混合
粉末は４００〜６６０°Ｃの固相域あるいは固液共存域
の温度でＨＩＰ処理を行うことにより加圧焼結され、所
期の複合材となっている。適宜の切断機械によりカプセ
ルを除去し、複合素材を円筒状に精整加工することによ
り製品が得られる。

次に具体的実施例を掲げる。

（１）　　２０２４Ａ７合金粉末とＳｉＣウィスカとか
らなる均一混合粉末を調整した。ＳｉＣウィスカの混合
比は体積率で２０％とした。Ｎ合金粉末はアトマイズ粉
末であり、分級により粒径４４μｍ以下のものを使用し
た。

（２）実施例として第１図のような側壁部が蛇腹状の軟
鋼製カプセルを準備した。外径１０４　ｍｍ、内径７７
ａｍ、長さ３００ｍｍ、蛇腹のピッチ１０．５ｍｍ、肉
厚１閤である。網体はＳＵＳ製金網金網いた。

一方、従来例として側壁部が管状の軟鋼製カプセルを準
備した。内径９５ｍ＋ａ、長さ１９０ｍａｉ、肉厚２ｍ
ｍである。

尚、混合粉末の充填に当っては、両カプセルとも流体を
溶接していないものを使用した。

（３）両カプセルに（１）の混合粉末を充填して、蓋板
を溶接し、加熱下で脱気管よりカプセル内の空気を脱気
し、密封した。実施例の場合、混合粉末は加圧すること
な（棒材によりしめる程度に止どめ、充填率は３６％で
あった。一方、従来例の場合、混合粉末の投入後、プレ
スにより加圧して充填率を６５％まで高めた。

（４）両カプセルにＨＩＰ処理を施した。処理条件は、
４８０°Ｃ１１Ｃ１１５Ｏ０／ｃ−とした。その結果、
カプセルは実施例が第２図（参考写真１参照）、従来例
が第３図（参考写真２参照）のように収縮変形した。実
施例の場合、胴部周方向にくびれや不規則な収縮が生じ
ず、均一な収縮が可能であった。

（５）カプセルを除去し、素材より可能な限りの最大径
の円柱体を削り出したところ、実施例の歩留りは約９２
％であったが、従来例のものでは６８％であった。

（６）実施例及び従来例の複合材にＴ６熱処理を施した
。処理後の機械的性質を第１表に示す。

第　　１　　表 同表より、実施例の複合材は従来例に対して何ら遜色が
なく、ｍｗ的性質も良好なことが知られる。

（７）同様にして、種々の寸法のカプセル、混合粉末を
用いて複合材をＨＩＦ成形した。その結果を第２表に示
す、試料Ｎａｌ〜８は実施例、随９は従来例である。ま
た、同表において、混合粉末の種類は下記の通りであり
、強化材粉末の混合比はすべて２０ＶＯ１％とした。

Ａ、・・前記（１）のもの Ｂ・・・６０６１／Ｖ合金粉末、 Ｃ・・・７０７５Ａｊ合金粉末、 Ｄ・・・２０２４／Ｖ合金粉末、 Ｅ・・・６０６１Ａｊ合金粉末、 ウィスカ ウィスカ 粒子 粒子 第２表に示すとうり、本発明により成形した漱１〜８は
カプセル充填率がすべて５０％未満と低いにも拘わらず
、製品の削り出し歩留りがすべて９０％を越え、顕著な
歩留りの向上を図ることができた。

（発明の効果） 以上説明した通り、本発明の成形方法によれば、ＨＩＰ
処理用カプセルの側壁部を軸方向に収縮する蛇腹体で形
成したことにより、ＨＩＰ時にカプセルの径方向をほと
んど収縮させることなく、軸方向を集中的に収縮させる
ことができ、複合素材より円柱形状の製品を削り出した
場合、製品歩留りを著しく向上させることができる。ま
た、軸方向の収縮を大きく取ることも容易であり、従っ
てカプセルへの粉末の充填も低充填率でよく、従来必要
とされた充填時の加圧工程を省略することができる。

更に、カプセルの収縮が均一であり、かつ加圧充填を要
しないため、要求された製品寸法に適合したカプセルの
設計が可能となり、生産性の向上に寄与すること著大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施するためのＨＩ　Ｐ処理用カプセ
ルの断面図、第２図は同カプセルのＨＩＰ処理後の外形
正面説明図、第３図はＨＩＰ処理後の従来の円筒状カプ
セル外形正面説明図、第４図は第３図のＡ−Ａ線断面図
である。 １・・・カプセル、２・・・側壁部、３・・・蛇腹体、
９・・・混合粉末。 第 ！ 図 特許　出　願　人　株式会社神戸製鋼所第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム又はアルミニウム合金の粉末と強化
   材粉末との混合粉末を円筒状カプセルに充填し脱気し密
   封した後、熱間等方圧加圧により加圧成形するＮ基複合
   材の成形方法において、 前記カプセルはその側壁部が軸方向に収縮 する蛇腹体で形成されていることを特徴とするＡｌ基複
   合材の成形方法。