JPH03140434A - β型窒化珪素ウイスカ強化マグネシウム複合材料 - 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】 主粟上皇■凪立互 本発明は繊維強化金属複合材料に関し、詳しくはβ型窒
化珪素ウィスカを強化繊維とし、マグネシウム合金をマ
トリックスとするβ型窒化珪素ウィスカ強化マグネシウ
ム複合材料に関する。

従来■葺土 本願発明者はマグネシウム（以下、Ｍｇと記す場合があ
る。）−イツトリウム（以下、Ｙと記す。

）−サマリウム（以下、Ｓｍと記す。）系又は、Ｍｇ−
Ｙ−３ｍ−ジルコニウム（以下、Ｚｒと記す。）系の鋳
造用マグネシウム合金を提案した（特開昭６１−２５０
１４４号公報）。この合金は２５０　’Ｃ以下の温度で
優れた機械的性質を有するが、アルミニウム合金等と比
較すると熱膨張率が高く、低熱膨張率が要求される用途
には使えない。更に、２５０°Ｃを超える温度では強度
の低下が著しいという欠点がある。

Ｂが”しようとする課簡 上記のように、本願発明者は既にＭ　ｇ　−Ｙ　−Ｓｍ
系又はＭｇ−Ｙ−３ｍ−Ｚ　ｒ系の耐熱性に優れた高強
度の鋳造用のマグネシウム合金を提案した。

しかし、この合金には上述のような問題があるため、従
来、繊維強化金属複合材料に使用されている種々の繊維
の中でも特に熱膨張率が低く、高強度を有し、高温安定
性に優れたβ型窒化珪素ウィスカを使用し、Ｍｇ−ＹＳ
ｍ系又はＭｇ−Ｙ−３ｍ−Ｚｒ系合金の改良を目的に、
更には２５０°Ｃを超える温度での使用に耐える低熱膨
張率の複合材料の提供を目的に、β型窒化珪素強化Ｍｇ
−Ｙ−３ｍ系又はＭｇ−Ｙ−３ｍ−Ｚ　ｒ系複合材料を
検討した。

ｉ”を”するための 上述の目的は、本発明によれば （１）２〜８％のＹおよび２〜７％のＳｍを含有し、残
りが実質的にＭｇであるマグネシウム合金９５〜７０容
量％と、β型窒化珪素ウィスカ５〜３０容量％とからな
るβ型窒化珪素ウィスカ強化マグネシウム複合材料、 （２）マグネシウム合金が更に１％以下のＺｒを含有す
るものである上記（１）に記載の複合材料、によって達
成される。

本発明は、強化繊維として高強度を有し高温安定性に優
れ、多くの無機繊維の中でも熱膨張率が特に低いβ型窒
化珪素ウィスカを使用する。マトリックスとしてＹ含有
量が２〜８％、Ｓｍ含有量が２〜７％であり、場合によ
っては１％以下のＺｒを含み、残りが実質的にＭｇであ
るマグネシウム合金を使用する。そして、β型窒化珪素
ウィスカの繊維体積率を５〜３０容量％に設定すること
により、後述する本願発明者が行った実験の結果明らか
なように、２５０°Ｃを超える温度での使用に耐える複
合材料を得ることができる。

Ｙ含有量が２〜８％、Ｓｍ含有量が２〜７％で場合によ
っては１％以下のＺｒを含み、残りが実質的にＭｇから
成るマグネシウム合金は、機械的強度および耐熱性が高
い。従って、この合金はβ型窒化珪素ウィスカによって
強化されることにより、それらの特性がより一層向上す
る。しかし、Ｙ含有量が２％未満では所望の強度が得ら
れず、８％を超えても強度は８％の場合と余り変わらず
、却って脆くなり、８％を超えたＹの添加はＹが高価で
あるので経済的でない。Ｓｍ含有量が２％未満では充分
強度が出す、７％を超えると脆くなると共に耐熱性が低
下し好ましくない。また、Ｍｇに対するＺｒＯ固溶度は
最高が３．８％であるが、実際には０．６％前後で充分
であり、１％以下で充分に強度向上の効果を発揮する。

Ｍｇ−Ｙ−３ｍ系又はＭｇ−Ｙ−３ｍ−Ｚｒ系合金をマ
トリックスとする複合材料は、β型窒化珪素ウィスカの
繊維体積率が５容量％未溝の場合には、充分な強度、低
い熱膨張率を確保することができない。また、この繊維
体積率が５〜３０容量％の範囲では、複合材料の強度は
繊維体積率の増加と共にほぼ直線的に増加するが、繊維
体積率が３０容量％を超えると溶湯の浸透に対するβ型
窒化珪素ウィスカ成形体の抵抗がかなり大きくなり、健
全な鋳物の鋳造が困難となる。

なお、本明細書におけるＹ、ＳｍおよびＺｒはそれぞれ
原子番号３９．６２および４０の元素である。パーセン
テージは、マトリックスあるいは強化繊維を容量％で表
示した場合を除き全て重量％である。また、マグネシウ
ム合金の合金成分に関する「実質的にＭｇＪとは、マグ
ネシウム合金中に含まれるＹ、Ｓｍ、Ｚｒ等の添加元素
以外の不可避的に含有されるカルシウム、亜鉛、珪素、
鉄、銅、ニッケル等の不純物の合計が２％以下で残りが
Ｍｇであることを意味する。

以下に、本発明を実施例によって詳細に説明する。

実Ｊ１外 実施例１〜３、比較例１〜３ マグネシウム合金Ｍｇ−３％Ｙ−６％Ｓｍ（実施例１）
、Ｍｇ−５％Ｙ−４％Ｓｍ−０．５％Ｚｒ（実施例２Ｌ
Ｍｇ−７％Ｙ−３％Ｓｍ（実施例３）、Ｍｇ−１，５％
Ｙ−６％Ｓｍ（比較例１）、Ｍｇ−７％ｙ−ｉ、ｓ％Ｓ
ｍ（比較例２）、Ｍｇ−９％Ｙ−８％Ｓ　ｍ　−０，５
％Ｚｒ（比較例３）を溶製し、各マグネシウム合金と宇
部興産（株）製β型窒化珪素ウィスカ（平均繊維長１０
〜５０μｍ、平均繊維径０．１〜１．５　ａ　ｍ、１０
０％β−３ｉ３Ｎ４）の成形体を用いて、２５０トン竪
型ダイカストマシンによりβ型窒化珪素ウィスカ強化マ
グネシウム複合材料を鋳造した。鋳造に使用したマトリ
ックス合金の合金成分、鋳造条件、竪型ダイカストマシ
ン金型キャビティ部模式図および鋳造したβ型窒化珪素
ウィスカ強化マグネシウム複合材料の模式図を、それぞ
れ第１表、第２表、第１図および第２図に示す。

第 表 マグネシウム合金の合金成分 第 表 鋳 造 条 件 β型窒化珪素ウィスカ成形体は、バインダーを使用しな
いで圧縮成形することにより繊維が実質的に三次元ラン
ダムに配向した円板状のものであって、その寸法は直径
的１００ｍｍ、厚さ約２０ｍｍである。β型窒化珪素ウ
ィスカ成形体の繊維体積率は約１０容量％であった。

また、同じ合金溶湯を用いて、同じ鋳造条件で、β型窒
化珪素ウィスカ成形体を入れない鋳物を鋳造した。

以下に鋳造方法を具体的に述べる。

第１図に示した２５０トン竪型ダイカストマシンのスリ
ーブ■にマグネシウム合金溶湯■を柄杓で入れる。スリ
ーブ■の内部にはマグネシウム合金溶湯■の温度低下を
防止するためセラミックペーパー［相］が置かれている
。次に、第１図に示すように置中子■をセットし、その
上にβ型室化珪素ウィスカ成形体■を載せる。直ちに可
動金型■が上から降りてきて閉じられ、キャビティ■に
プランジャー■の押し上げによりマグネシウム合金溶湯
■が押し込まれる。型閉時間の４５秒が経過した後可動
金型■が上方に移動し、第２図に示されたβ型窒化珪素
ウィスカ強化マグネシウム複合材料が取り出される。

β型窒化珪素ウィスカ成形体を入れない鋳物の鋳造方法
は、β型窒化珪素ウィスカ成形体を入れない点が異なる
だけであり、その他はβ型窒化珪素ウィスカ強化マグネ
シウム複合材料の鋳造方法と同じである。

第２図に示した複合材料において、円板状を呈する窒化
珪素ウィスカ成形体が存在する部分から、この成形体の
円形面に平行に試験片を切り出し、ＪＩＳ規格に準じて
３００″Ｃで引張試験、２５０°Ｃでクリープ破断試験
を行った。また、この成形体の入っていないマグネシウ
ム合金についても同様の試験を行った。それらの結果を
第３表および第４表に別々に示す。

第３表および第４表からβ型窒化珪素ウィスカにより強
化した複合材料の機械的性質および耐熱性がかなり向上
していることが分かる。

発遭ド裏九果 実施例の欄で説明したように、強化繊維として所定の繊
維体積率のβ型窒化珪素ウィスカを使用し、マトリック
スとしてＭｇ−Ｙ−３ｍ系又はＭｇ−Ｙ−３ｍ−Ｚｒ系
合金を使用すると、機械的性質が優れ、２５０°Ｃを超
える温度での使用に耐える複合材料を得ることができる
。

この複合材料の用途としては軽量、低熱膨張と耐熱性が
要求されるもの、例えば自動車用エンジン部品、汎用エ
ンジン部品などが考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２５０トン竪型ダイ力ストマシン金型キヤビテ
イ部模式図、第２図はβ型窒化珪素ウィスカ強化マグネ
シウム複合材料模式図である。 ■　−−−−−−−−一可動金型、■　−一一一一一・
・・固定金型、■　−・−−−−−・プラテン、■　・
・−−−−−−−プランジャー■　−・・−・・スリー
ブ、■　−−−−−−−−装置中子、■　−−−一一一
−−−キャビティ、 ■　−−一一一一・・−マグネシウム合金溶湯、β型窒
化珪素ウィスカ成形体、 セラミックペーパー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）２〜８％のイットリウムおよび２〜７％のサマリ
   ウムを含有し、残りが実質的にマグネシウムであるマグ
   ネシウム合金９５〜７０容量％と、β型窒化珪素ウィス
   カ５〜３０容量％とからなるβ型窒化珪素ウィスカ強化
   マグネシウム複合材料。
2. （２）マグネシウム合金が更に１％以下のジルコニウム
   を含有するものである請求項（１）に記載の複合材料。