JPH042703A

JPH042703A - Ａｌ基複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH042703A
Application number: JP10431390A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kino; 城野　圭司; Hiroshi Iwamura; 宏岩村; Hiroyuki Morimoto; 森本　啓之; Yukio Kamiuse; 上鵜瀬　幸雄
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1992-01-07

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
り固化成形されるＡｌ基複合材料の製造方法に関する。

（従来の技術）軽量金属であるＡＩ又はＭ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とを複合化した
Ａｌ基複合材料は、高比強度、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Ａ１基複合材料の成形方法として、Ｍ又はＡ１合金
（以下、単にＭ合金という。）の粉末と強化材との混合
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。この方法
によれば、複合材料にボイド等の欠陥が生じず、又所期
の特性を具備したものが容易に得られる。

この際、前記カプセルとしては、軟鋼製継目無管で形成
された胴部に軟綱型の底板と蓋板とを溶接して作製され
たものが使用されている。

ＨＩＰ成形後の複合材料は、カプセルを除去した後、固
化成形されたまま、あるいは押出し加工等の塑性加工を
施して各種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、アルミニウム合金基複合材料の固化成形温度は
比較的低いので、軟鋼製カプセルでは成形時に十分軟化
しないため、不均一な収縮を起こす。その結果、例えば
押出素材等として利用度の高い円柱形状の製品を削り出
す場合、有効径が小さくなり歩留りが極めて低くなると
いう問題がある。

この場合、歩留りを上げようと思うと、不均一収縮を防
止すればよく、カプセル内の粉末充填率を上げればよい
。このため、プレスにより加圧充填し、充填率の向上が
図られている。しかし、充填率を上げると脱ガスが困難
になるという問題が生ずる。従って、充填率をあまり大
きくすることができず、充填率は６０〜７０％程度に止
められている。それ故、加圧充填した場合でも、カプセ
ルの不均一収縮は避けられず、歩留りは６５％程度の低
い値になっているのが現状である。第４図および第５図
は、加圧充填した軟鋼製円筒状カプセルのＨＩＰ後の形
状を模式的に示しており、加圧充填しても、同図のよう
にかなりの不均一収縮が発生する。

本発明はかかる問題点に鑑みなされたもので、ＨＩＰに
よりアルミニウム基複合材料を製造するに際し、歩留り
の向上を図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製造方法は
、アルミニウム又はアルミニウム合金粉末と強化材との
混合粉末をカプセルに充填し脱気し密封した後、ＨＩＰ
により固化成形するＡ１基複合材料の製造方法において
、前記カプセルとしてアルミニウム又はアルミニウム合
金で形成されたカプセルを用いることを発明の構成とす
るものである。

（作　用）本発明は、粉末冶金法にてＨＩＰを用いてアルミニウム
基複合材料を製造する際に、従来用いられている軟鋼製
カプセルに代わり、アルミニウムもしくはアルミニウム
合金製カプセル（以下アルミニウムカプセルと略す）を
用いるものである。

アルミニウム基複合材料を固化成形する場合、通常、熱
間で行われるが、この際、軟鋼製カプセルに比ベアルミ
ニウムカプセルは十分に軟化しており、延性も十分大き
いために均一変形する。また、カプセル内材料もマトリ
ックスがアルミニウムもしくはアルミニウム合金である
ため軟化しており、このため従来の軟鋼製カプセルを用
いた場合、高温下でのカプセル内部材料の変形抵抗とカ
プセルのそれとでは大きく開きがあるので不均一な収縮
を起こしていたが、アルミニウムカプセルを用いること
で高温下での変形抵抗がカプセル内部の材料と近い値に
なるために均一な収縮をする。

（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、円筒状の胴部１の上。

下端開口に蓋板２．底板３が溶接されている。蓋板２に
は脱気管４が設けられている。５は成形対象の混合粉末
である。かかるカプセルの基本構造は従来と同様である
が、本発明においてはその材質に特徴があり、これらは
アルミニウム又はアルミニウム合金により形成されてい
る。

カプセルに用いるアルミニウム合金には、複合材料のマ
トリックスであるアルミニウム合金よりも高い固相線温
度を有したものの方が、高温下での強度面より望ましい
。ＨＩＰ温度よりも固相線温度の方が高いアルミニウム
合金を用いることは言うまでもない。また、カプセルの
胴部は、押し出し、引抜き、あるいは深絞りによる継目
無管を用いるのが望ましいが、溶接により製管したもの
でも使用できる。

前記混合粉末５は、Ｍ合金粉末と強化材とを均一に混合
したものであるが、Ａ１合金としては、６０６１材、７
０７５材等種々のものを利用することができ、−力強化
材としては、ＳｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４．　＋ＡＬｚＯ＋＋Ａ
ｌｚ０３＋５１０ｚ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。

尚、Ｍ合金粉末とセラミクスウィスカの強化材とを均一
に混合する好適な方法として、特開昭６０−２５１９２
２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Ｍ
合金粉末を加えて撹拌し、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。

前記混合粉末５をカプセルに充填するには、底板３が溶
接された胴部１に混合粉末５を装入した後、脱気管４付
の蓋板２をその上端開口部に溶接することによって行う
。尚、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。

前記混合粉末をカプセルに充填後、蓋板２の脱気管４よ
りカプセル内部の空気を脱気する。この際、カブセール
を加熱しながら脱気するとよい。脱気後、脱気管４を圧
着して密封した後、ＨＩＰ処理を行う。

第２図および第３図はＨＩＰ処理後のカプセルの外形図
（脱気管図示省略）および第２図Ａ−Ａ線断面図を模式
的に示したものであり、カプセルの収縮は軸方向、径方
向ともほぼ均等に収縮しており、特に径方向の不均一収
縮は生していない。

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、所期の複合材料となっている。適宜の切
削機械によりカプセルを除去し、複合材料を円柱状に精
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）第１表に示すように、種々の寸法の円筒状カプセ
ルを準備した。Ｎｏ、　１〜３は実施例であり、カプセ
ル材質は工業用純アルミニウムである。

Ｎｏ、　４〜６は従来例であり、カプセル材質は軟調で
ある。

（２）　　Ａ７合金粉末とＳｉＣウィスカを均一に混合
して混合粉末を調製した。Ｍ合金粉末は２０２４．６０
６１７０７５４７合金のアトマイズ粉末であり、粒径４
４μｍ以下に分級したものを用いた。ＳｉＣウィスカの
体積分率は２０％とした。

（３）カプセルに混合粉末を充填し、加熱下において脱
気密封した。混合粉末の充填に当っては、蓋板の溶接し
ていないものを使用した。Ｎｏ、　１〜３（実施例）の
場合、混合粉末を加圧することなく、棒材によりしめる
程度に止めた。一方、Ｎｏ、　４〜６（従来例）の場合
、プレスにより加圧して充填率を高めた。

第１表注１．Ｎｏ、１〜３・・・実施例、Ｎｏ、　４〜６・・
・従来個性２．混合粉末の種類Ａ・・・２０２４Ｍ合金粉末、ＳｉＣウィスカＢ・・・
６０６１Ａ１合金粉末、ＳｉＣウィスカＣ・・・７０７
５Ｍ合金粉末、ＳｉＣウィスカ（４）実施例、従来例と
も同条件でＨＩＰ処理した。

処理条件は、４８０°Ｃ１１Ｃ１１５Ｏ０／ｃｌ”　ア
ル。（−（７）結果、カプセルは実施例が第２図および
第３図、従来例が第４図および第５図のようであった。

因みに、試料Ｎｏ、　１とＮｏ、　４のカプセル外観写
真を参考写真１（試料Ｎｏ、　１　）および２（試料Ｎ
ｏ、　４　）に示す。

（５）ＨＩＰ処理後のカプセルから、可能な限り大きい
直径を有する円柱形ビレットを削り出した。

その結果を第１表に併せて示す。同表より、実施例のＮ
ｏ、　１〜３は、従来例のＮｏ、　４〜６に比べて粉末
充填率が１０％程度低いにも拘らず、歩留りが３０％程
度飛躍的に向上した。

（発明の効果）本発明によれば、カプセルの材質をアルミニウム又はそ
の合金で形成したので、アルミニウム合金基複合材料の
ような比較的低いＨＩＰ成形温度においてもカプセルは
十分に軟化し、混合粉末と同程度の強度となるので、径
方向及び軸方向の収縮を均一にすることができ、従って
円柱形状の製品を削り出した場合の歩留りは、約９５％
にまで高めることができ、製品であるアルミニウム基複
合材料のコストが低減できる。また、カプセルが均一に
収縮することから、要求される固化成形体の大きさ及び
形状に合わせたカプセル形状設計が可能となり、製造さ
れる固化成形体の自由度が高くなる。

更に、従来、不均一収縮を防止するため、混合粉末の充
填率を６５％以上にする必要があったが、本発明を用い
ることによって充填率を５０％〜６０％に下げてＨＩＰ
することが可能になったことから、カプセル内の脱ガス
が容易になった。

【図面の簡単な説明】

第１図はＨＩＰ成形用カプセルの構造を示す断面図、第
２図は本発明のカプセルのＨＩＰ処理後の外形正面図、
第３図は第２図のＡ−Ａ線断面図、第４図は従来のカプ
セルのＨＩＰ処理後の外形正面図、第５図は第４図のＡ
−Ａ線断面図である。第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アルミニウム又はアルミニウム合金粉末と強化材
との混合粉末を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固化成形するＡｌ基複合材料の製造
方法において、前記カプセルとしてアルミニウム又はアルミニウム合金
で形成されたカプセルを用いることを特徴とするＡｌ基
複合材料の製造方法。