JPH0230726A - 繊維強化金属基複合材料 - Google Patents
繊維強化金属基複合材料Info
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- JPH0230726A JPH0230726A JP9625689A JP9625689A JPH0230726A JP H0230726 A JPH0230726 A JP H0230726A JP 9625689 A JP9625689 A JP 9625689A JP 9625689 A JP9625689 A JP 9625689A JP H0230726 A JPH0230726 A JP H0230726A
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- fibers
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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２強化繊維とアルミニウム等の母材金属とを複
合化させることによりなる繊維強化金属基複合材料（Ｆ
ＲＭ）に関するものである。
合化させることによりなる繊維強化金属基複合材料（Ｆ
ＲＭ）に関するものである。
繊維強化金属基複合材料は強度や剛性が優れているため
、近年各種機械部品や構造材としての用途が期待されて
いる。そのうちでもアルミニウム系金属を母材金属とし
た複合材は軽く、剛性９強度が高く、耐熱性にすぐれて
いる０強化繊維としては、 ５ｉ−Ｔｉ −Ｃ−０繊維
、ＳｉＣ繊維。
、近年各種機械部品や構造材としての用途が期待されて
いる。そのうちでもアルミニウム系金属を母材金属とし
た複合材は軽く、剛性９強度が高く、耐熱性にすぐれて
いる０強化繊維としては、 ５ｉ−Ｔｉ −Ｃ−０繊維
、ＳｉＣ繊維。
Ａ、ｌ ｚ Ｏｘ繊維８ボロン繊維、炭素繊維等の連続
繊維や、Ｓｉｚ Ｎ４ 、ＳｉＣウィスカ等の短繊維等
がある。母材金属としては純アルミニウム、６０６１．
２０２４．およびＡ０４Ｃ等のアルミニウム金属系のＪ
ＩＳ規格品が多く使われている。
繊維や、Ｓｉｚ Ｎ４ 、ＳｉＣウィスカ等の短繊維等
がある。母材金属としては純アルミニウム、６０６１．
２０２４．およびＡ０４Ｃ等のアルミニウム金属系のＪ
ＩＳ規格品が多く使われている。
また、かかる繊維強化金属基複合材料の製造方法として
、従来より、拡散接合法、粉末冶金法、沈積法、その他
複雑な形状の部品が容易に製造できる加圧鋳造法などが
知られている。
、従来より、拡散接合法、粉末冶金法、沈積法、その他
複雑な形状の部品が容易に製造できる加圧鋳造法などが
知られている。
ところが、これらの強化繊維を使って繊維強化金属基複
合材料を加圧鋳造法で製造する場合。
合材料を加圧鋳造法で製造する場合。
般に強化繊維の体積率が４０〜６０％になるため繊維相
互の接触は避けられない。このため、繊維強化金属基複
合材料が本来有している強度と同様の強度を得ること舒
できない。また１強化繊維と母材金属を複合化させる場
合には、高温で溶融させるので、それらの界面で反応が
起り繊維が劣化することもある。特に前記母材金属の場
合には脆弱な晶出物の生成が問題となる。
互の接触は避けられない。このため、繊維強化金属基複
合材料が本来有している強度と同様の強度を得ること舒
できない。また１強化繊維と母材金属を複合化させる場
合には、高温で溶融させるので、それらの界面で反応が
起り繊維が劣化することもある。特に前記母材金属の場
合には脆弱な晶出物の生成が問題となる。
以上のような問題を解決するために、従来、母材金属と
しては、晶出物を出さず繊維を劣化させない純アルミニ
ウムが適合しているといわれていた。ところが、該純ア
ルミニウムは強度が弱く強化用の連続繊維を用いた場合
には、その強化方向と直交する方向の強度が弱い。した
がって、母材金属が純アルミニウムで強化繊維が局所的
に使われている部材を使用する場合には９強化繊維が入
らない純アルミニウムの母材の所の部分は強度が不足す
る恐れがある。
しては、晶出物を出さず繊維を劣化させない純アルミニ
ウムが適合しているといわれていた。ところが、該純ア
ルミニウムは強度が弱く強化用の連続繊維を用いた場合
には、その強化方向と直交する方向の強度が弱い。した
がって、母材金属が純アルミニウムで強化繊維が局所的
に使われている部材を使用する場合には９強化繊維が入
らない純アルミニウムの母材の所の部分は強度が不足す
る恐れがある。
〔課題を解決するための手段〕
そこで本発明は２強化繊維として無機繊維および金属繊
維を用い５かつ、母材金属としてアルミニウムまたはア
ルミニウム合金からなる繊維強化金属基複合材料におい
て、前記母材金属中にコバルトを０．００５〜５重量％
含有し、また９強化繊維と母材金属とを複合化させるに
あたっては加圧鋳造法を用いて繊維強化金属基複合材料
を製造する。
維を用い５かつ、母材金属としてアルミニウムまたはア
ルミニウム合金からなる繊維強化金属基複合材料におい
て、前記母材金属中にコバルトを０．００５〜５重量％
含有し、また９強化繊維と母材金属とを複合化させるに
あたっては加圧鋳造法を用いて繊維強化金属基複合材料
を製造する。
アルミニウムまたはアルミニウム合金にコバルトを０．
００５〜５重量％、望ましくは０． ５〜３重量％含む
母材金属と強化繊維とをマトリックスとする複合材料は
、コバルトを含まないアルミニウムまたはアルミニウム
合金を母材金属とする複合材料にくらべて、大きな強度
を有する。
００５〜５重量％、望ましくは０． ５〜３重量％含む
母材金属と強化繊維とをマトリックスとする複合材料は
、コバルトを含まないアルミニウムまたはアルミニウム
合金を母材金属とする複合材料にくらべて、大きな強度
を有する。
この原因をオージェ走査型電子顕微鏡（Ａ Ｅ Ｓ ）
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電子線マイクロアナライ
ザ（ＥＰＭＡ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで詳
細に検査したところ、晶出物がマトリックス中に０．１
μｍ以下に微細に晶出し。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、電子線マイクロアナライ
ザ（ＥＰＭＡ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などで詳
細に検査したところ、晶出物がマトリックス中に０．１
μｍ以下に微細に晶出し。
かつ、繊維間に晶出するため、繊維相、互の接触が回避
される。また１強化繊維と母材金属の界面での反応がな
く、シたがって劣化が起こっていないことが判明した。
される。また１強化繊維と母材金属の界面での反応がな
く、シたがって劣化が起こっていないことが判明した。
特に５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０繊維ＳｉＣ繊維、Ａｌｚ Ｏ３
繊維、カーボン繊維でこの効果は顕著である。
繊維、カーボン繊維でこの効果は顕著である。
さらに１強化繊維と母材金属を複合化させる加圧鋳造法
は一般の鋳造法に比べて短時間で凝固するので、晶出物
がさらに微細になる。
は一般の鋳造法に比べて短時間で凝固するので、晶出物
がさらに微細になる。
〔実施例］
実施例１
連ＶｔＳ ｉ −Ｔ ｉ −Ｃ−０繊維を体積率で５０
％の１方向繊維となるように束ね、繊維成形体を作成し
た。該繊維成形体を、大気雰囲気に保たれた炉中にて７
００°Ｃ’ｔ’３０分間予熱し、３００’Ｃに加熱した
金型のキャビティ内に設置した。またアルミニウム中の
コバルト含有量を予め所定量に調整し、７２０°Ｃに溶
解した２元合金を金型のキャビティ内に注入した。続い
て前記金型に係合する加圧用プランジャにて１０００
Ｋｇ／ｃ４で前記アルミニウムとコバルトの合金の溶湯
を加圧、凝固させて繊維強化金属基複合材料を作った。
％の１方向繊維となるように束ね、繊維成形体を作成し
た。該繊維成形体を、大気雰囲気に保たれた炉中にて７
００°Ｃ’ｔ’３０分間予熱し、３００’Ｃに加熱した
金型のキャビティ内に設置した。またアルミニウム中の
コバルト含有量を予め所定量に調整し、７２０°Ｃに溶
解した２元合金を金型のキャビティ内に注入した。続い
て前記金型に係合する加圧用プランジャにて１０００
Ｋｇ／ｃ４で前記アルミニウムとコバルトの合金の溶湯
を加圧、凝固させて繊維強化金属基複合材料を作った。
同様にして純アルミニウムを母材金属とした繊維強化金
属基複合材料を作った。
属基複合材料を作った。
図１と図２に示すように、前記方法にて繊維体積率５０
％の繊維強化金属基複合材料の試験片ＩＡ、ＩＢを順次
作成した後試験加工に供し１曲げ強度の測定を行なった
。この時の曲げ荷重Ｐの方向は第１図に示すように該試
験片の繊維配向０度方向または第２図に示すような繊維
配向９０度方向のいずれか１方向とした。なお、第１図
、第２図において、ＩＡは繊維配向が試験片の長手方向
に対し９０度方向の試験片、ＩＢは繊維配向が試験片の
長手方向に対し０度方向の試験片、Ｐは曲げ重重を示す
。
％の繊維強化金属基複合材料の試験片ＩＡ、ＩＢを順次
作成した後試験加工に供し１曲げ強度の測定を行なった
。この時の曲げ荷重Ｐの方向は第１図に示すように該試
験片の繊維配向０度方向または第２図に示すような繊維
配向９０度方向のいずれか１方向とした。なお、第１図
、第２図において、ＩＡは繊維配向が試験片の長手方向
に対し９０度方向の試験片、ＩＢは繊維配向が試験片の
長手方向に対し０度方向の試験片、Ｐは曲げ重重を示す
。
以上の曲げ強度試験結果を第３図に示す。ここで、第３
図の横軸はコバルト含有量を、また縦軸は曲げ強度を示
す。
図の横軸はコバルト含有量を、また縦軸は曲げ強度を示
す。
第３図において９曲げ荷重Ｐが試験片の繊維配向９０度
の場合、繊維強化アルミニウムーコバルト合金の曲げ強
度は、コバルト含有量が０．００５〜５重量％の時、繊
維強化純アルミニウムの曲げ強度より大きく、コバルト
含有量が１〜２重量％の時、最大曲げ強度が得られた。
の場合、繊維強化アルミニウムーコバルト合金の曲げ強
度は、コバルト含有量が０．００５〜５重量％の時、繊
維強化純アルミニウムの曲げ強度より大きく、コバルト
含有量が１〜２重量％の時、最大曲げ強度が得られた。
第４図と第５図は、繊維配向９０度方向におけるコバル
ト含有１０．５重量％と１．６重量％の繊維強化金属基
複合材料の組織の顕微鏡写真（Ｘ１０００）を示す。
ト含有１０．５重量％と１．６重量％の繊維強化金属基
複合材料の組織の顕微鏡写真（Ｘ１０００）を示す。
第４図と第５図に示すように、連続５ｉ−ＴｉＣ−０繊
維と母材金属間の界面に微細な共晶Ｃｏ、Ａ ｅ、が晶
出し、コバルトの含有量が増加するにつれて晶出量も増
加することがわかる。
維と母材金属間の界面に微細な共晶Ｃｏ、Ａ ｅ、が晶
出し、コバルトの含有量が増加するにつれて晶出量も増
加することがわかる。
コバルトを５％以上含有すると、比較的大きな初晶のＣ
０２Ａ ｌ ｑが不均一に晶出するため１負荷を受けた
際応力集中の原因となり１曲げ強度も低くなる。
０２Ａ ｌ ｑが不均一に晶出するため１負荷を受けた
際応力集中の原因となり１曲げ強度も低くなる。
一方、第３図に示すように２曲げ荷重Ｐが繊維配向０度
方向における試験片ＩＡの曲げ強度もコバルトの添加で
増加する。
方向における試験片ＩＡの曲げ強度もコバルトの添加で
増加する。
この場合、試験片ＩＡの強化繊維の強度の影響は、試験
片ＩＢと比較してかなり低いが１表１に示すように、コ
バルトの添加に伴い母材金属自身の引張り強度が増加す
るため、複合材料の強度も増加する。
片ＩＢと比較してかなり低いが１表１に示すように、コ
バルトの添加に伴い母材金属自身の引張り強度が増加す
るため、複合材料の強度も増加する。
表１
実施例２
炭素繊維を一方向に束ね１体積率で６０％となるように
繊維成形体を作成した。該繊維成形体をアルゴン雰囲気
に保たれた炉中にて７００″Ｃで３０分間予熱し、予め
３００″Ｃに加熱した金型のキャビティ内に設置した。
繊維成形体を作成した。該繊維成形体をアルゴン雰囲気
に保たれた炉中にて７００″Ｃで３０分間予熱し、予め
３００″Ｃに加熱した金型のキャビティ内に設置した。
続いて７２０℃に溶解したへ２−１重量％ＣＯ合金を先
の金型のキャビティ内に注入した。さらに、前記金型に
係合する加圧プランジャにて１０００ Ｋｇ／ｃＪに加
圧、凝固させて炭素繊維強化複合材料を作った。
の金型のキャビティ内に注入した。さらに、前記金型に
係合する加圧プランジャにて１０００ Ｋｇ／ｃＪに加
圧、凝固させて炭素繊維強化複合材料を作った。
前記方法にて繊維強化金属基複合材料の試験片ＩＡとＩ
Ｂを作成し試験加工に供し、第１図と第２図に示すよう
に曲げ強度の測定を行った。
Ｂを作成し試験加工に供し、第１図と第２図に示すよう
に曲げ強度の測定を行った。
繊維強化金属基複合材料の試験片は繊維体積率６０％で
あって、この時の曲げ荷重Ｐは、第１図に示すように該
試験片ＩＡの繊維配向０度方向。
あって、この時の曲げ荷重Ｐは、第１図に示すように該
試験片ＩＡの繊維配向０度方向。
または第２図に示すように該試験片ｌＢの繊維配向９０
度方向のいずれか１方向とした。
度方向のいずれか１方向とした。
曲げ試験の結果（得られた曲げ強度）を表２に示す。
表２
表２かられかるように１本発明によるコバルト添加の効
果が認められた。
果が認められた。
本発明によれば、繊維強化金属基複合材料の母材金属に
、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｎ、Ｚｎのような他の元素を加
えることもできる。さらに、実施例１と実施例２に用い
られた５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０繊維と炭素繊維の代わりに、
ＳｉＣ，ＡＮ□０．。
、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｎ、Ｚｎのような他の元素を加
えることもできる。さらに、実施例１と実施例２に用い
られた５ｉ−Ｔｉ−Ｃ−０繊維と炭素繊維の代わりに、
ＳｉＣ，ＡＮ□０．。
Ｓ ｉｚ Ｎａ 、 Ａｆｆｉｘ ０ｉ−３ｉｏｚ 、
Ｂ４ Ｃ，Ｂの連続無機繊維や、ステンレス、ピアノ
線、Ｗ、Ｍｏ。
Ｂ４ Ｃ，Ｂの連続無機繊維や、ステンレス、ピアノ
線、Ｗ、Ｍｏ。
Ｂｅ、Ｔｉ、Ｎｉの連続金属繊維等も用いることもでき
る。また、Ａｌｔ Ｏｓ 、Ａｌｚ ０３−３ ｉ Ｏ
□ＺｒＯ，の短繊維や長繊維を切断した短繊維を用いる
ことも可能である。さらに、前記したものに加えて、Ｓ
ｉＣ，５ｉｚＮａ、Ｃ，ＡｌｚＯｘ。
る。また、Ａｌｔ Ｏｓ 、Ａｌｚ ０３−３ ｉ Ｏ
□ＺｒＯ，の短繊維や長繊維を切断した短繊維を用いる
ことも可能である。さらに、前記したものに加えて、Ｓ
ｉＣ，５ｉｚＮａ、Ｃ，ＡｌｚＯｘ。
Ｋ、０・６ＴｉＯｚ 、Ｋｔ Ｔｉｔ ０％、Ｂ４Ｃ。
Ｆｅ、Ｃ，Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉのようなウィスカを
強化繊維として用いることもできる。
強化繊維として用いることもできる。
本発明は前記したものに限定されるものでなく。
本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であることは当
業者にとって明らかであろう。
業者にとって明らかであろう。
前記したように１本発明はマトリックスの母材金属中に
コバルトをＱ、００５〜５重量％含有することによって
、非常に微細な粒状晶出物が強化繊維と母材金属の界面
に晶出し、かつ、繊維間に晶出するため、繊維相互の接
触が大幅に回避され強化繊維と母材金属の適合性がよく
なった。また５強化繊維と母材金属との界面反応が無い
ので繊維の劣化が無い。したがって２曲げ強度などの機
械的特性が大幅に向上した。
コバルトをＱ、００５〜５重量％含有することによって
、非常に微細な粒状晶出物が強化繊維と母材金属の界面
に晶出し、かつ、繊維間に晶出するため、繊維相互の接
触が大幅に回避され強化繊維と母材金属の適合性がよく
なった。また５強化繊維と母材金属との界面反応が無い
ので繊維の劣化が無い。したがって２曲げ強度などの機
械的特性が大幅に向上した。
第１図は本発明に係る繊維強化金属基複合材料の試験の
曲げ荷重が繊維配向と０度方向であることを示す断面図
、第２図は本発明に係る繊維強化金属基複合材料の試験
片の曲げ荷重が繊維配向と９０度方向であることを示す
断面図、第３図はＣ。 含有率と曲げ強度との関係線図、第４図は繊維配向９０
度方向におけるＡｆｆｉ−０，５％重量ＣＯの繊維強化
金属基複合材料の顕微鏡写真（ｘ １０００）、第５図
は第４図と同様にＡｌ−１，６重量％Ｃｏの繊維強化金
属基複合材料の顕微鏡写真（ｘｌｏｏｏ）を示す。 Ｌ Ａ−−−一繊維配向が試験片の長手方向に対し９０
度方向の試験片 １Ｂ−−−一繊維配向が試験片の長手方向に対し０度方
向の試験片 ２−一一一繊維 Ｐ−一一一曲げ荷重 特許出願人 宇部興産株式会社 第１図 第３図 第２図 ＣＯ含盲重 （を量０１．） 弔 ｑ 図 第５ 図
曲げ荷重が繊維配向と０度方向であることを示す断面図
、第２図は本発明に係る繊維強化金属基複合材料の試験
片の曲げ荷重が繊維配向と９０度方向であることを示す
断面図、第３図はＣ。 含有率と曲げ強度との関係線図、第４図は繊維配向９０
度方向におけるＡｆｆｉ−０，５％重量ＣＯの繊維強化
金属基複合材料の顕微鏡写真（ｘ １０００）、第５図
は第４図と同様にＡｌ−１，６重量％Ｃｏの繊維強化金
属基複合材料の顕微鏡写真（ｘｌｏｏｏ）を示す。 Ｌ Ａ−−−一繊維配向が試験片の長手方向に対し９０
度方向の試験片 １Ｂ−−−一繊維配向が試験片の長手方向に対し０度方
向の試験片 ２−一一一繊維 Ｐ−一一一曲げ荷重 特許出願人 宇部興産株式会社 第１図 第３図 第２図 ＣＯ含盲重 （を量０１．） 弔 ｑ 図 第５ 図
Claims (2)
- （１）強化繊維として無機繊維および金属繊維を用い、
かつ、母材金属としてアルミニウムまたはアルミニウム
合金からなる繊維強化金属基複合材料において、前記母
材金属中にコバルトを０．００５〜５重量％含有するこ
とを特徴とする繊維強化金属基複合材料。 - （２）強化繊維と母材金属とを複合化させるにあたり、
加圧鋳造法を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の繊維強化金属基複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9625689A JPH0230726A (ja) | 1988-04-19 | 1989-04-18 | 繊維強化金属基複合材料 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63-94476 | 1988-04-19 | ||
| JP9447688 | 1988-04-19 | ||
| JP9625689A JPH0230726A (ja) | 1988-04-19 | 1989-04-18 | 繊維強化金属基複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0230726A true JPH0230726A (ja) | 1990-02-01 |
Family
ID=26435753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9625689A Pending JPH0230726A (ja) | 1988-04-19 | 1989-04-18 | 繊維強化金属基複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0230726A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002178130A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-06-25 | Jason Sin Hin Lo | ハイブリッド金属マトリクス組成物及びその製造方法 |
| CN101880842A (zh) * | 2010-07-06 | 2010-11-10 | 南京信息工程大学 | 微晶钛基纤维增强铝合金复合丝材料及其制备方法 |
| CN101942621A (zh) * | 2010-07-06 | 2011-01-12 | 南京信息工程大学 | 微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制备方法 |
| CN106078099A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-09 | 佛山市高明基业冷轧钢板有限公司 | 一种对流盘及其加工方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6244547A (ja) * | 1985-08-23 | 1987-02-26 | Furukawa Alum Co Ltd | アルミニウム合金複合材料 |
| JPH01152229A (ja) * | 1987-12-10 | 1989-06-14 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化された耐熱Ａｌ合金粉末燒結材 |
| JPH01156440A (ja) * | 1987-12-14 | 1989-06-20 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化されたＡｌ合金粉末焼結材の製造方法 |
| JPH01230738A (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-14 | Toyota Motor Corp | アルミニウム合金系複合材料の製造方法 |
| JPH01230739A (ja) * | 1988-03-09 | 1989-09-14 | Toyota Motor Corp | 複合材料部を有するアルミニウム合金鋳物の製造方法 |
-
1989
- 1989-04-18 JP JP9625689A patent/JPH0230726A/ja active Pending
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| CN101942621B (zh) | 2010-07-06 | 2012-07-04 | 南京信息工程大学 | 微晶钛基纤维增强镁合金复合丝材料及其制备方法 |
| CN106078099A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-11-09 | 佛山市高明基业冷轧钢板有限公司 | 一种对流盘及其加工方法 |
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