JPH059621A - アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料 - Google Patents

アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料

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JPH059621A
JPH059621A JP18551991A JP18551991A JPH059621A JP H059621 A JPH059621 A JP H059621A JP 18551991 A JP18551991 A JP 18551991A JP 18551991 A JP18551991 A JP 18551991A JP H059621 A JPH059621 A JP H059621A
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JP
Japan
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alumina
boria
composite material
alloy
matrix
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JP18551991A
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Tetsuya Nukami
哲也 額見
Tetsuya Suganuma
徹哉 菅沼
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度のアルミナ−ボリアウイスカ強化Al
基複合材料を得る。 【構成】 アルミナ−ボリアウイスカを強化材とし、M
gを含有するAl合金をマトリックスとするアルミナ−
ボリアウイスカ強化Al基複合材料である。Al合金は
0.03〜0.8wt%のBを含有している。 【作用】 マトリックス中のMgが同じくマトリックス
中のBと反応することにより、アルミナ−ボリアウイス
カ中のB2 3 とマトリックス中のMgとが反応するこ
とが抑制されるので、スピネル層の生成及びこれに起因
するウイスカの強度低下が回避される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料に係り、更に
詳細にはアルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料
に係る。
【0002】
【従来の技術】Al基複合材料の一つとして、例えば平
成2年4月23日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、アルミナ−ボリアウイスカ(ホウ酸アル
ミニウムウイスカ)を強化材とし、A6061合金やJ
IS規格AC8A合金の如きAl合金をマトリックスと
するAl基複合材料は既に知られている。
【0003】アルミナ−ボリアウイスカは非常に低廉な
強化材であるので、アルミナ−ボリアウイスカ強化Al
基複合材料によれば、例えばSiCウイスカを強化材と
する複合材料に比して遥かに低廉な複合材料を得ること
ができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしアルミナ−ボリ
アウイスカを強化材としAl合金をマトリックスとする
複合材料に於ては、使用されるAl合金の種類によって
は十分な強度が得られないことが判明した。
【0005】本願発明者は、使用されるAl合金の種類
によってアルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料
の強度が不十分になることの原因について詳細な実験的
検討を行った結果、BはMgに比して酸化物形成傾向が
小さいので、アルミナ−ボリアウイスカ(9Al2 3
・2B2 3 )中のB2 3 が B2 3 +3Mg→3MgO+2B に従ってAl合金中のMgと反応し、これによりウイス
カの表面にスピネル(MgO・Al2 3 )層が生成す
ると共にウイスカの強度が大幅に低下し、そのため複合
材料の強度が低下することを究明し、またマトリックス
として所定量のBを含有するAl合金を使用することに
より複合材料の強度低下を回避し得ることを見出した。
【0006】本発明は、本願発明者が行った実験的検討
の結果得られた知見に基き、高強度のアルミナ−ボリア
ウイスカ強化Al基複合材料を提供することを目的とし
ている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、アルミナ−ボリアウイスカを強化材とし、
Mgを含有するAl合金をマトリックスとし、前記Al
合金は0.03〜0.8wt%のBを含有していることを
特徴とするアルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材
料によって達成される。
【0008】
【作用】本発明によれば、マトリックスとして0.03
〜0.8wt%のBを含有するAl合金が使用されること
により、後に説明する本願発明者が行った実験的検討の
結果より明らかである如く、アルミナ−ボリアウイスカ
強化Al基複合材料の強度低下が防止される。かくして
複合材料の強度低下が防止されるメカニズムは必ずしも
明確ではないが、マトリックス中のMgが同じくマトリ
ックス中のBと反応せしめられることにより、アルミナ
−ボリアウイスカ中のB2 3 とマトリックス中のMg
とが反応することが抑制され、スピネル層の生成及びこ
れに起因するウイスカの強度低下が回避され、これによ
り複合材料の強度低下が防止されるものと推測される。
また極端な場合としてマトリックスとしてのAl合金中
にBを飽和させると、アルミナ−ボリアウイスカ中のB
2 3 が分解することによりBがAl合金中へ移行する
ことが妨げられると考えられるので、Al合金に所定量
のBが添加されることによりアルミナ−ボリアウイスカ
よりAl合金中へBが移行することが抑制されるものと
推測される。
【0009】
【実施例】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。
【0010】実施例1 まず図1に示されている如く、アルミナ−ボリアウイ
スカ10(四国化成工業株式会社製「アルボレックス
G」、ウイスカ径0.5〜1μm 、ウイスカ長10〜3
0μm )を蒸溜水12中に投入し、ウイスカが十分解繊
されるまでプロペラ14により蒸溜水及びウイスカを撹
拌した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形を行
うことにより100×38×16mmの寸法を有する成形
体を形成し、成形体を治具ごと−50℃に維持された冷
凍庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍結す
るまで保持した。
【0011】次いで成形体を治具より取出し、しかる後
図2に示されている如く、内のり寸法が38×16mmで
あり、長さが140mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り16が一体に設けられたステンレス鋼(JIS規格
SUS304)製のケース18内に上述の如く形成され
た成形体20を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せた。
【0012】かかる要領にてアルミナ−ボリアウイスカ
の体積率が30%である13個の成形体を形成した。
【0013】次いで各成形体をケースごと600℃に1
時間予熱した後、図3に示されている如く成形体20を
ケースごと高圧鋳造装置22の鋳型24内に配置し、該
鋳型内に850℃のAl合金(Al−4wt%Cu−1wt
%Mg−0、0.01、0.03、0.05、0.1〜
0.9wt%Mg(0.1wt%ごと))の溶湯26を注湯
し、該溶湯を鋳型に嵌合するプランジャ28により約1
000kgf /cm2 の圧力にて加圧し、その加圧状態を溶
湯が完全に凝固するまで保持した。溶湯が完全に凝固し
た後、ノックアウトピン30により鋳型24より凝固体
を取出し、該凝固体に対し機械加工を施してアルミナ−
ボリアウイスカにて複合強化されたAl合金よりなる複
合材料を切出し、各複合材料に対し熱処理T6を施し
た。
【0014】次いで各複合材料より曲げ試験片を形成
し、各試験片について支点間距離40mm、室温にて3点
曲げ試験を行った。これらの試験の結果を図4に示す。
図4より、強度に優れた複合材料を得るためには、マト
リックス金属としてのAl合金はBを含有していること
が好ましく、B含有量は0.03〜0.8wt%、特に
0.05〜0.8wt%であることが好ましいことが解
る。
【0015】実施例2 マトリックス金属として湯温750℃のAl合金(A
l−5wt%Cu−1.5wt%Mg−0.1wt%B)の溶
湯が使用され、アルミナ−ボリアウイスカの体積率が1
5〜45%(5%ごと)に設定された点を除き、実施例
1の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成し、
各複合材料に対しT6熱処理を施し、各複合材料より曲
げ試験片を形成し、各試験片について実施例1の場合と
同一の要領及び条件にて3点曲げ試験を行った。
【0016】これらの試験の結果を図5に示す。図5よ
り、強度に優れた複合材料を得るためには、アルミナ−
ボリアウイスカの体積率は20〜40%であることが好
ましいことが解る。
【0017】実施例3 マトリックス金属として湯温850℃のAl合金(A
l−5wt%Cu−0.5〜4.0wt%Mg−0wt%B、
Mg含有量は0.25wt%ごと)及び湯温850℃のA
l合金(Al−5wt%Cu−0.5〜4.0wt%Mg−
0.4wt%B、Mg含有量は0.25wt%ごと)の溶湯
が使用され、アルミナ−ボリアウイスカの体積率が25
%に設定された点を除き、実施例1の場合と同一の要領
及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しT6
熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各
試験片について実施例1の場合と同一の要領及び条件に
て3点曲げ試験を行った。
【0018】これらの試験の結果を図6に示す。図6よ
り、マトリックスとしてのAl合金にBを添加すること
により強度に優れた複合材料を得るためには、Al合金
のMg含有量は0.5〜3.5wt%であることが好まし
いことが解る。
【0019】実施例4 マトリックス金属として湯温800℃のAl合金(J
IS規格2024)及び湯温800℃のAl合金(0.
3wt%のBが添加されたJIS規格2024)の溶湯が
使用された点を除き、実施例1の場合と同一の要領及び
条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しT6熱処
理を施し、各複合材料について実施例1の場合と同一の
要領及び条件にて3点曲げ試験を行った。
【0020】これらの試験の結果を図7に示す。図7よ
り、マトリックスとしてのAl合金の組成が実施例1の
Al合金の組成とは異なる場合にもAl合金にBを添加
することにより強度に優れた複合材料を得ることができ
ることが解る。
【0021】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、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【0022】
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、マトリックスとして0.03〜0.8wt%
のBを含有するAl合金が使用されることにより、アル
ミナ−ボリアウイスカ中のB2 3 とマトリックス中の
Mgとが反応することが抑制され、スピネル層の生成及
びこれに起因するウイスカの強度低下が回避され、また
アルミナ−ボリアウイスカよりマトリックス中へBが移
行することが抑制されるので、高強度のアルミナ−ボリ
アウイスカ強化Al基複合材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミナ−ボリアウイスカの解繊工程を示す説
明図である。
【図2】ケース内に収容されたアルミナ−ボリアウイス
カの成形体を示す縦断面図である。
【図3】図2に示されたアルミナ−ボリアウイスカの成
形体を用いて行われる高圧鋳造工程を示す縦断面図であ
る。
【図4】Al合金のB含有量と複合材料の曲げ強さとの
関係を示すグラフである。
【図5】アルミナ−ボリアウイスカの体積率と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図6】Al合金のMg含有量と複合材料の曲げ強さと
の関係を示すグラフである。
【図7】B含有量が0.3wt%、0wt%である2種類の
Al合金をマトリックス金属とする複合材料の曲げ強さ
を示すグラフである。
【符号の説明】
10…アルミナ−ボリアウイスカ 12…蒸溜水 14…プロペラ 16…錘り 18…ケース 20…成形体 22…高圧鋳造装置 24…鋳型 26…Al合金の溶湯 28…プランジャ 30…ノックアウトピン

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】アルミナ−ボリアウイスカを強化材とし、
    Mgを含有するAl合金をマトリックスとし、前記Al
    合金は0.03〜0.8wt%のBを含有していることを
    特徴とするアルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材
    料。
JP18551991A 1991-06-28 1991-06-28 アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料 Pending JPH059621A (ja)

Priority Applications (1)

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JP18551991A JPH059621A (ja) 1991-06-28 1991-06-28 アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料

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JP18551991A JPH059621A (ja) 1991-06-28 1991-06-28 アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料

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JPH059621A true JPH059621A (ja) 1993-01-19

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102400067A (zh) * 2011-12-05 2012-04-04 天津大学 尖晶石晶须增强铝基复合材料的致密强化方法
CN108374133A (zh) * 2018-03-09 2018-08-07 天津大学 原位合成MgAlB4晶须增强铝基复合材料的方法

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