JPH0598370A - 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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JPH0598370A
JPH0598370A JP28210591A JP28210591A JPH0598370A JP H0598370 A JPH0598370 A JP H0598370A JP 28210591 A JP28210591 A JP 28210591A JP 28210591 A JP28210591 A JP 28210591A JP H0598370 A JPH0598370 A JP H0598370A
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JP
Japan
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boria
alumina
matrix
composite material
alloy
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JP28210591A
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English (en)
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Tetsuya Nukami
哲也 額見
Tetsuya Suganuma
徹哉 菅沼
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
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、A
l合金をマトリックスとする複合材料である。Al合金
は0.2〜0.4wt%のB及び6〜10wt%のCuを含
有し実質的にMgを含有していない。 【作用】 マトリックス中のB濃度が高いことにより、
ウイスカ中のBがマトリックス中へ溶出することが抑制
され、ウイスカの強度低下が回避される。またCuによ
りマトリックスの強度が向上される。

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】しかしマトリックスがMgを含有するAl
合金である場合には、BはMgに比して酸化物形成傾向
が小さいため、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。
【0005】本願発明者は、かかる問題に対処すべく、
本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願平2−2
88037号に於てマトリックスとしてのAl合金のM
g含有量を所定値以下に設定することを提案し、また同
じく本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特願平3
−185519号に於てマトリックスとしてのAl合金
に所定量のBを添加することを提案した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの提案
は、マトリックスがMgを含有するAl合金である場合
に生じるMgとアルミナ−ボリアウイスカ中のB2 3
との反応を抑制することにより複合材料の強度低下を回
避せんとするものであるため、アルミナ−ボリアウイス
カの性能を必ずしも効果的に活かすことができない。
【0007】本願発明者は、アルミナ−ボリアウイスカ
の性能を効果的に活かすためにはマトリックスとしての
Al合金の組成が如何なる組成であることが好ましいか
について詳細な実験的検討を行った結果、Al合金は所
定量のB及びCuを含有し実質的にMgを含有していな
いことが好ましいことを見出した。
【0008】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、上記提案にかかる複合材料
よりも更に強度の高いアルミナ−ボリアウイスカ強化A
l基複合材料を提供することを目的としている。
【0009】
【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、
Al合金をマトリックスとし、前記Al合金は0.2〜
0.4wt%のB及び6〜10wt%のCuを含有し実質的
にMgを含有していない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。
【0010】
【作用】本発明によれば、0.2〜0.4wt%のB及び
6〜10wt%のCuを含有し実質的にMgを含有してい
ないAl合金がマトリックスとして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、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。
【0011】かくして高強度の複合材料を得ることがで
きる理由は必ずしも明確ではないが、マトリックスのB
濃度が高く設定されることにより、マトリックス中にM
gの如き酸化物形成傾向が高い元素が含まれている場合
にもウイスカ中のB2 3 とマトリックス中のMgとが
反応することに起因してウイスカよりマトリックス中へ
Bが溶出することが抑制され、またマトリックス中にM
gが全く含まれていない場合にもウイスカとマトリック
スとの間のB濃度の差に起因してウイスカよりマトリッ
クス中へBが溶出することが抑制され、これによりウイ
スカの強度低下が回避され、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Cuの添加によりマトリ
ックスの強度が向上され、アルミナ−ボリアウイスカの
性能が効果的に活かされるものと推測される。
【0012】
【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。
【0013】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。
【0014】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。
【0015】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7個の成形体を形成した。
【0016】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800℃のAl合金(Al−6wt%Cu−0〜
0.6wt%B(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。
【0017】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0.2〜0.4wt%の
Bを含有していることが好ましいことが解る。
【0018】尚マトリックス金属としてAl−8wt%C
u−0〜0.6wt%B(0.1wt%ごと)なる組成を有
するAl合金及びAl−10wt%Cu−0〜0.6wt%
B(0.1wt%ごと)なる組成を有するAl合金が使用
された場合にも図4に示された結果と同様の結果が得ら
れた。
【0019】実施例2 マトリックス金属として湯温800℃のAl合金(Al
−2〜12wt%Cu−0.2wt%B、Cu含有量は1wt
%ごと)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。
【0020】これらの試験の結果を図5に示す。図5よ
り、マトリックスとしてのAl合金は6〜10wt%のC
uを含有していることが好ましいことが解る。
【0021】尚マトリックス金属としてAl−2〜12
wt%Cu−0.4wt%B(Cu含有量は1wt%ごと)な
る組成を有するAl合金が使用された場合にも図5に示
された結果と同様の結果が得られた。
【0022】実施例3 マトリックス金属として湯温750℃のAl合金(Al
−6wt%Cu−0.2wt%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15〜45%(3%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T
6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。
【0023】これらの試験の結果を図6に示す。図6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18〜42%であることが好
ましく、特に24〜42%であることが好ましいことが
解る。
【0024】尚マトリックス金属としてAl−8wt%C
u−0.3wt%Bなる組成を有するAl合金及びAl−
10wt%Cu−0.4wt%Bなる組成を有するAl合金
が使用された場合にも図6に示された結果と同様の結果
が得られた。
【0025】また上述の実施例1〜3に於て形成された
各複合材料について200℃にて高温曲げ試験を行った
ところ、それぞれ図4〜図6に示された結果と同様の傾
向を示す結果が得られた。
【0026】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。
【0027】
【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0.2〜0.4wt%の
B及び6〜10wt%のCuを含有し実質的にMgを含有
していないAl合金が使用されることにより、アルミナ
−ボリアウイスカの性能が効果的に活かされマトリック
スの強度が向上されるので、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】Al合金のCu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6】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。
【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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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し、前記Al合金は0.2〜
    0.4wt%のB及び6〜10wt%のCuを含有し実質的
    にMgを含有していない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。
JP28210591A 1991-10-02 1991-10-02 アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料 Pending JPH0598370A (ja)

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JP28210591A JPH0598370A (ja) 1991-10-02 1991-10-02 アルミナ−ボリアウイスカ強化Al基複合材料

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105349922A (zh) * 2015-11-23 2016-02-24 哈尔滨工业大学 一种提高硼酸铝晶须增强铝铜基复合材料力学性能的方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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