JPH034614B2 - - Google Patents
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- JPH034614B2 JPH034614B2 JP1035183A JP1035183A JPH034614B2 JP H034614 B2 JPH034614 B2 JP H034614B2 JP 1035183 A JP1035183 A JP 1035183A JP 1035183 A JP1035183 A JP 1035183A JP H034614 B2 JPH034614 B2 JP H034614B2
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- fiber
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Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
本発明は炭素繊維強化アルミニウム合金に係
る。 自動車、航空機などの各種構成要素は軽量化の
要請からアルミニウム合金にて構成されることが
多い、しかし一般にアルミニウム合金は鉄鋼材料
の如き他の材料に比して強度の如き機械的性質の
点で劣つており、従つて強度が優れていることを
要求される重要部品に対しアルミニウム合金を適
用することには限界がある。そのためこれらの技
術分野に於ては、アルミニウム合金の如き軽金属
をアルミナ繊維や炭素繊維の如き強化繊維にて強
化して繊維強化金属複合材料とし、その機械的性
質を改善する試みが広く行われており、従来より
種々の繊維強化金属複合材料及びその製造方法が
提案されている。 かかる繊維強化金属複合材料の一つとして、高
強度及び高剛性を有する炭素繊維を強化繊維とし
アルミニウム合金をマトリツクス金属とする炭素
繊維強化アルミニウム合金は既に知られている。
この炭素繊維強化アルミニウム合金に於ては、炭
素繊維とアルミニウム合金の溶湯との複合時に炭
素繊維の表面とアルミニウム合金中のアルミニウ
ムとが炭化物生成反応して炭素繊維が劣化するこ
とが知られており、このためかかる炭素繊維の劣
化を防止すべく、従来より炭素繊維とアルミニウ
ム合金の浴湯との複合化に先立つて、炭素繊維の
表面に炭化チタニウムや炭化ジルコニウムなどの
炭化物を形成し、これにより炭素繊維とマトリツ
クス金属としてのアルミニウム合金のアルミニウ
ムとが反応することを防止することが行われてい
る。しかしこの方法に於ては、炭素繊維とアルミ
ニウム合金の浴湯との複合化に先立つて炭素繊維
の表面に炭化物層を形成させるという特別の工程
を要するため、炭素繊維強化アルミニウム合金の
製造コストが高くなるだけでなく、炭素繊維とア
ルミニウム合金との接着性は殆ど向上しないため
炭素繊維強化アルミニウム合金の繊維配向90゜方
向、即ち炭素繊維の配向方向に対して90゜の方向
の強度を充分に向上させることができないという
欠点がある。 また、特公昭49−18891号に記載されている如
く、アルミニウム合金の浴湯中にアルミニウムよ
りも炭化物形成傾向の強いチタニウムやジルコニ
ウムなどの元素を比較的多量に添加することによ
り、炭素繊維とアルミニウム合金の浴湯とを複合
化する際に炭素繊維の表面に炭化チタニウムや炭
化ジルコニウムの如き炭化物層を積極的に生成さ
せ、これにより炭素繊維とアルミニウム合金のア
ルミニウムとが反応することを抑制する方法が知
られている。しかしこの方法に於ても、依然とし
て上記反応を十分には抑制することができないだ
けでなく、脆い炭化物層の形成により炭素繊維強
化アルミニウム合金の強度が低下するという欠点
がある。 本発明は従来の炭素繊維強化アルミニウム合金
に於ける上記欠点に鑑み、炭素繊維とアルミニウ
ム合金との接着性に優れており、従つて繊維配向
0゜方向、即ち炭素繊維の配向方向のみならず繊維
配向90゜の強度の高い炭素繊維強化アルミニウム
合金を提供することを目的としている。 かかる目的は、本発によれば、炭素繊維を強化
繊維とし、0.2〜0.45wt％Ti、残部実質的にAlな
る組成を有するアルミニウム合金をマトリツクス
金属とする炭素繊維強化アルミニウム合金によつ
て達成される。 マトリツクス金属としてのアルミニウム合金の
チタニウム含有量が0.2wt％未満である場合には、
炭素繊維とアルミニウム合金との接着性を向上さ
せる効果が小さく、またチタニウム含有量が
0.45wt％を越えると炭素繊維の表面に炭化チタニ
ウムが多量に生成し、またアルミニウム合金の融
点が著しく高くなり、炭素繊維とアルミニウム合
金の浴湯との複合化が困難になる。 本発明によれば、マトリツクス金属としてのア
ルミニウム合金のチタニウム含有量は0.2〜
0.45wt％に維持されるので、炭素繊維とアルミニ
ウム合金との接着性に優れており、それ故繊維配
向0゜方向のみならず繊維配向90゜方向の強度の高
い炭素繊維強化アルミニウム合金を得ることがで
きる。本発明による炭素繊維強化アルミニウム合
金は、炭素繊維とアルミニウム合金の浴湯とを短
時間に複合化すべく、鋳型内に炭素繊維を配置し
該鋳型内にアルミニウム合金の浴湯を注湯し該ア
ルミニウム合金の浴湯を前記鋳型内にて加圧しつ
つ凝固させる高圧鋳造法の如き加圧鋳造法により
製造することが好ましい。 尚本明細書に於て、アルミニウム合金のチタニ
ウム含有量の範囲を示す「〜」の表示に於ては、
その下限値及び上限値がその範囲に含まれている
ものとする。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 炭素繊維を強化繊維とし、チタニウムを含有す
るアルミニウム合金をマトリツクス金属とする炭
素繊維強化アルミニウム合金に於て、チタニウム
含有量が如何なる範囲であることが妥当であるか
の検討を行うべく、アルミニウム合金中のチタニ
ウム含有量を種々の値に設定して炭素繊維強化ア
ルミニウム合金を製造し、それぞれについて曲げ
試験を行つた。 まず純度99.8％ののアルミニウムにAl−５％
Ti合金を種々の量にて添加することにより、下
記の表１に示す７種類のAl−Tl合金を形成した。
る。 自動車、航空機などの各種構成要素は軽量化の
要請からアルミニウム合金にて構成されることが
多い、しかし一般にアルミニウム合金は鉄鋼材料
の如き他の材料に比して強度の如き機械的性質の
点で劣つており、従つて強度が優れていることを
要求される重要部品に対しアルミニウム合金を適
用することには限界がある。そのためこれらの技
術分野に於ては、アルミニウム合金の如き軽金属
をアルミナ繊維や炭素繊維の如き強化繊維にて強
化して繊維強化金属複合材料とし、その機械的性
質を改善する試みが広く行われており、従来より
種々の繊維強化金属複合材料及びその製造方法が
提案されている。 かかる繊維強化金属複合材料の一つとして、高
強度及び高剛性を有する炭素繊維を強化繊維とし
アルミニウム合金をマトリツクス金属とする炭素
繊維強化アルミニウム合金は既に知られている。
この炭素繊維強化アルミニウム合金に於ては、炭
素繊維とアルミニウム合金の溶湯との複合時に炭
素繊維の表面とアルミニウム合金中のアルミニウ
ムとが炭化物生成反応して炭素繊維が劣化するこ
とが知られており、このためかかる炭素繊維の劣
化を防止すべく、従来より炭素繊維とアルミニウ
ム合金の浴湯との複合化に先立つて、炭素繊維の
表面に炭化チタニウムや炭化ジルコニウムなどの
炭化物を形成し、これにより炭素繊維とマトリツ
クス金属としてのアルミニウム合金のアルミニウ
ムとが反応することを防止することが行われてい
る。しかしこの方法に於ては、炭素繊維とアルミ
ニウム合金の浴湯との複合化に先立つて炭素繊維
の表面に炭化物層を形成させるという特別の工程
を要するため、炭素繊維強化アルミニウム合金の
製造コストが高くなるだけでなく、炭素繊維とア
ルミニウム合金との接着性は殆ど向上しないため
炭素繊維強化アルミニウム合金の繊維配向90゜方
向、即ち炭素繊維の配向方向に対して90゜の方向
の強度を充分に向上させることができないという
欠点がある。 また、特公昭49−18891号に記載されている如
く、アルミニウム合金の浴湯中にアルミニウムよ
りも炭化物形成傾向の強いチタニウムやジルコニ
ウムなどの元素を比較的多量に添加することによ
り、炭素繊維とアルミニウム合金の浴湯とを複合
化する際に炭素繊維の表面に炭化チタニウムや炭
化ジルコニウムの如き炭化物層を積極的に生成さ
せ、これにより炭素繊維とアルミニウム合金のア
ルミニウムとが反応することを抑制する方法が知
られている。しかしこの方法に於ても、依然とし
て上記反応を十分には抑制することができないだ
けでなく、脆い炭化物層の形成により炭素繊維強
化アルミニウム合金の強度が低下するという欠点
がある。 本発明は従来の炭素繊維強化アルミニウム合金
に於ける上記欠点に鑑み、炭素繊維とアルミニウ
ム合金との接着性に優れており、従つて繊維配向
0゜方向、即ち炭素繊維の配向方向のみならず繊維
配向90゜の強度の高い炭素繊維強化アルミニウム
合金を提供することを目的としている。 かかる目的は、本発によれば、炭素繊維を強化
繊維とし、0.2〜0.45wt％Ti、残部実質的にAlな
る組成を有するアルミニウム合金をマトリツクス
金属とする炭素繊維強化アルミニウム合金によつ
て達成される。 マトリツクス金属としてのアルミニウム合金の
チタニウム含有量が0.2wt％未満である場合には、
炭素繊維とアルミニウム合金との接着性を向上さ
せる効果が小さく、またチタニウム含有量が
0.45wt％を越えると炭素繊維の表面に炭化チタニ
ウムが多量に生成し、またアルミニウム合金の融
点が著しく高くなり、炭素繊維とアルミニウム合
金の浴湯との複合化が困難になる。 本発明によれば、マトリツクス金属としてのア
ルミニウム合金のチタニウム含有量は0.2〜
0.45wt％に維持されるので、炭素繊維とアルミニ
ウム合金との接着性に優れており、それ故繊維配
向0゜方向のみならず繊維配向90゜方向の強度の高
い炭素繊維強化アルミニウム合金を得ることがで
きる。本発明による炭素繊維強化アルミニウム合
金は、炭素繊維とアルミニウム合金の浴湯とを短
時間に複合化すべく、鋳型内に炭素繊維を配置し
該鋳型内にアルミニウム合金の浴湯を注湯し該ア
ルミニウム合金の浴湯を前記鋳型内にて加圧しつ
つ凝固させる高圧鋳造法の如き加圧鋳造法により
製造することが好ましい。 尚本明細書に於て、アルミニウム合金のチタニ
ウム含有量の範囲を示す「〜」の表示に於ては、
その下限値及び上限値がその範囲に含まれている
ものとする。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 炭素繊維を強化繊維とし、チタニウムを含有す
るアルミニウム合金をマトリツクス金属とする炭
素繊維強化アルミニウム合金に於て、チタニウム
含有量が如何なる範囲であることが妥当であるか
の検討を行うべく、アルミニウム合金中のチタニ
ウム含有量を種々の値に設定して炭素繊維強化ア
ルミニウム合金を製造し、それぞれについて曲げ
試験を行つた。 まず純度99.8％ののアルミニウムにAl−５％
Ti合金を種々の量にて添加することにより、下
記の表１に示す７種類のAl−Tl合金を形成した。
【表】
次いで繊維径7μ、長さ100mmの炭素繊維１（東
レ株式会社「トレカ」（登録商標）M401ストラン
ド＝6000本）を一方向に揃え、バインダにて結着
して縦16mm、横38mm、長さ100mmの形状に成形し、
これを縦、横、長さがそれぞれ18mm、40mm、120
mm、板厚１mmのステンレス鋼（JIS規格SUS304）
製のケース２内に収め、炭素繊維１をケース２ご
と管状炉内にて800℃に予熱した。 次いで炭素繊維１をケース２ごと200℃に維持
された鋳型３のモールドキヤビテイ４内に配置
し、モールドキヤビテイ４内にアルミニウム合金
の浴湯５を素早く注湯し、浴湯５を200℃に維持
されたプランジヤ６により1000Kg／cm2の圧力に加
圧した。そしてこの加圧状態をアルミニウム合金
の浴湯５が完全に凝固するまで保持した。この場
合の各アルミニウム合金溶湯の注湯時の温度を下
記の表２に示す。
レ株式会社「トレカ」（登録商標）M401ストラン
ド＝6000本）を一方向に揃え、バインダにて結着
して縦16mm、横38mm、長さ100mmの形状に成形し、
これを縦、横、長さがそれぞれ18mm、40mm、120
mm、板厚１mmのステンレス鋼（JIS規格SUS304）
製のケース２内に収め、炭素繊維１をケース２ご
と管状炉内にて800℃に予熱した。 次いで炭素繊維１をケース２ごと200℃に維持
された鋳型３のモールドキヤビテイ４内に配置
し、モールドキヤビテイ４内にアルミニウム合金
の浴湯５を素早く注湯し、浴湯５を200℃に維持
されたプランジヤ６により1000Kg／cm2の圧力に加
圧した。そしてこの加圧状態をアルミニウム合金
の浴湯５が完全に凝固するまで保持した。この場
合の各アルミニウム合金溶湯の注湯時の温度を下
記の表２に示す。
【表】
かくして鋳型３内の浴湯が完全に凝固した後、
この凝固体をノツクアウトピン７により鋳型３よ
り取出し、ケース２の周りにあるアルミニウム合
金を切削により除去してケース２を取出し、更に
ケースより炭素繊維１とアルミニウム合金とより
なる炭素繊維強化アルミニウム合金を取出した。 以上の如く製造された各炭素繊維強化アルミニ
ウム合金より、炭素繊維の配向方向に沿つて長さ
100mm、厚さ２mm、幅10mmの曲げ試験片を切出し、
それぞれの曲げ試験片について支点間距離40mmに
て繊維配向0゜方向の三点曲げ試験を行つた。また
各炭素繊維強化アルミニウム合金より炭素繊維の
配向方向に直交する方向を長手方向とする長さ36
mm、厚さ２mm、幅10mmの曲げ試験片を切出し、支
点間距離30mmにて繊維配向90゜方向の三点曲げ試
験を行つた。尚これらの曲げ試験に於ては、破断
時に於ける表面応力Ｍ／Ｚ（Ｍ＝破断時に於ける
曲げモーメント、Ｚ＝曲げ試験片の断面係数）を
炭素繊維強化アルミニウム合金の曲げ強さとして
測定した。この曲げ試験の結果を第３図に示す。 第３図より、繊維配向90゜方向の曲げ強さはア
ルミニウム合金中のチタニウム含有量が0.2〜
0.5wt％である場合に大きく向上するが、繊維配
向0゜方向の曲げ強さはチタニウム含有量が0.45wt
％を越えると急激に低下することが解る。従つて
繊維配向0゜方向及び繊維配向90゜方向の強度を向
上させるためには、マトリツクス金属としてのア
ルミニウム合金のチタニウム含有量は0.2〜
0.45wt％であることが必要であり、好ましくは
0.25〜0.45wt％であることが解る。 また上述の如く製造された炭素繊維強化アルミ
ニウム合金についてEPMA（電子線マイクロアナ
ライザ）にて分析を行つたところ、チタニウム含
有量が0.5wt％以上であるものに於ては、炭素繊
維の表面に炭化チタニウム生成しており、この炭
化チタニウムの生成により曲げ強さが低下せしめ
られたものと考けられる。これに対しチタニウム
含有量が0.2〜0.45wt％であるものに於ては、炭
素繊維の表面に炭化チタニウムが生成しているこ
とは認められず、炭素繊維の表面近傍にチタニウ
ムの元素が集合しており、このチタニウムの作用
によつて炭素繊維とアルミニウム合金との接着性
が改善され、これにより第３図に示されている如
く繊維配向0゜方向及び繊維配向90゜方向の曲げ強
さが向上されたものと推測される。 以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、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つて明らかで
あろう。
この凝固体をノツクアウトピン７により鋳型３よ
り取出し、ケース２の周りにあるアルミニウム合
金を切削により除去してケース２を取出し、更に
ケースより炭素繊維１とアルミニウム合金とより
なる炭素繊維強化アルミニウム合金を取出した。 以上の如く製造された各炭素繊維強化アルミニ
ウム合金より、炭素繊維の配向方向に沿つて長さ
100mm、厚さ２mm、幅10mmの曲げ試験片を切出し、
それぞれの曲げ試験片について支点間距離40mmに
て繊維配向0゜方向の三点曲げ試験を行つた。また
各炭素繊維強化アルミニウム合金より炭素繊維の
配向方向に直交する方向を長手方向とする長さ36
mm、厚さ２mm、幅10mmの曲げ試験片を切出し、支
点間距離30mmにて繊維配向90゜方向の三点曲げ試
験を行つた。尚これらの曲げ試験に於ては、破断
時に於ける表面応力Ｍ／Ｚ（Ｍ＝破断時に於ける
曲げモーメント、Ｚ＝曲げ試験片の断面係数）を
炭素繊維強化アルミニウム合金の曲げ強さとして
測定した。この曲げ試験の結果を第３図に示す。 第３図より、繊維配向90゜方向の曲げ強さはア
ルミニウム合金中のチタニウム含有量が0.2〜
0.5wt％である場合に大きく向上するが、繊維配
向0゜方向の曲げ強さはチタニウム含有量が0.45wt
％を越えると急激に低下することが解る。従つて
繊維配向0゜方向及び繊維配向90゜方向の強度を向
上させるためには、マトリツクス金属としてのア
ルミニウム合金のチタニウム含有量は0.2〜
0.45wt％であることが必要であり、好ましくは
0.25〜0.45wt％であることが解る。 また上述の如く製造された炭素繊維強化アルミ
ニウム合金についてEPMA（電子線マイクロアナ
ライザ）にて分析を行つたところ、チタニウム含
有量が0.5wt％以上であるものに於ては、炭素繊
維の表面に炭化チタニウム生成しており、この炭
化チタニウムの生成により曲げ強さが低下せしめ
られたものと考けられる。これに対しチタニウム
含有量が0.2〜0.45wt％であるものに於ては、炭
素繊維の表面に炭化チタニウムが生成しているこ
とは認められず、炭素繊維の表面近傍にチタニウ
ムの元素が集合しており、このチタニウムの作用
によつて炭素繊維とアルミニウム合金との接着性
が改善され、これにより第３図に示されている如
く繊維配向0゜方向及び繊維配向90゜方向の曲げ強
さが向上されたものと推測される。 以上に於ては本発明を特定の実施例について詳
細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、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つて明らかで
あろう。
第１図及び第２図は本発明による炭素繊維強化
アルミニウム合金の製造工程を示す解図、第３図
はチタニウム含有量を種々の値に設定して製造さ
れた炭素繊維強化アルミニウム合金についての繊
維配向0゜方向及び繊維配向90゜方向の曲げ強さを
示すグラフである。 １……炭素繊維、２……ケース、３……鋳型、
４……モールドキヤビテイ、５……アルミニウム
合金の溶湯、６……プランジヤ、７……ノツクア
ウトピン。
アルミニウム合金の製造工程を示す解図、第３図
はチタニウム含有量を種々の値に設定して製造さ
れた炭素繊維強化アルミニウム合金についての繊
維配向0゜方向及び繊維配向90゜方向の曲げ強さを
示すグラフである。 １……炭素繊維、２……ケース、３……鋳型、
４……モールドキヤビテイ、５……アルミニウム
合金の溶湯、６……プランジヤ、７……ノツクア
ウトピン。
Claims (1)
- １ 炭素繊維を強化繊維とし、0.2〜0.45wt％Ti、
残部実質的にAlなる組成を有するアルミニウム
合金をマトリツクス金属とする炭素繊維強化アル
ミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035183A JPS59136445A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 炭素繊維強化アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035183A JPS59136445A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 炭素繊維強化アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59136445A JPS59136445A (ja) | 1984-08-06 |
| JPH034614B2 true JPH034614B2 (ja) | 1991-01-23 |
Family
ID=11747763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1035183A Granted JPS59136445A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 炭素繊維強化アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59136445A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111270170A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-06-12 | 冮振双 | 一种碳纤维电机的制作工艺 |
-
1983
- 1983-01-24 JP JP1035183A patent/JPS59136445A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59136445A (ja) | 1984-08-06 |
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