JPH076015B2 - ウイスカー強化Ａｌ系金属複合材の製造方法 - Google Patents
ウイスカー強化Ａｌ系金属複合材の製造方法Info
- Publication number
- JPH076015B2 JPH076015B2 JP1011090A JP1109089A JPH076015B2 JP H076015 B2 JPH076015 B2 JP H076015B2 JP 1011090 A JP1011090 A JP 1011090A JP 1109089 A JP1109089 A JP 1109089A JP H076015 B2 JPH076015 B2 JP H076015B2
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- JP
- Japan
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- based metal
- whisker
- composite material
- whiskers
- metal composite
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、均質組織性状を有するウイスカー強化Al系金
属複合材の製造方法に関する。
属複合材の製造方法に関する。
SiC、Si3N4、Al2O3などの針状単結晶からなるウイスカ
ーをAlやその合金に複合化したウイスカー強化Al系金属
複合材は、軽量で卓越した強度特性を備えるため航空
機、自動車からスポーツ、レジャー分野に至る広汎な用
途部材として注目され、既に一部は実用化されている。
ーをAlやその合金に複合化したウイスカー強化Al系金属
複合材は、軽量で卓越した強度特性を備えるため航空
機、自動車からスポーツ、レジャー分野に至る広汎な用
途部材として注目され、既に一部は実用化されている。
これらの複合材は、通常、ウイスカーを所定形状に集合
成形化したプリフォームにAl系金属のマトリックス溶湯
を加圧下に溶浸鋳造する加圧鋳造法、あるいはウイスカ
ーとAl系金属のマトリックス粉末を混合してホットプレ
スなどを用いて焼結する粉末冶金法によって製造されて
いる。
成形化したプリフォームにAl系金属のマトリックス溶湯
を加圧下に溶浸鋳造する加圧鋳造法、あるいはウイスカ
ーとAl系金属のマトリックス粉末を混合してホットプレ
スなどを用いて焼結する粉末冶金法によって製造されて
いる。
このうち、加圧鋳造法においては均質組織のプリフォー
ムを形成することに高度な技術手法を必要とするうえ
に、溶浸時、Al系金属の一部がプリフォームにトラップ
される現象が生じてマトリックス成分の均質化が損われ
る問題点が最近の研究により見出されている。
ムを形成することに高度な技術手法を必要とするうえ
に、溶浸時、Al系金属の一部がプリフォームにトラップ
される現象が生じてマトリックス成分の均質化が損われ
る問題点が最近の研究により見出されている。
他方、粉末冶金法ではウイスカーとマトリックス金属粉
末の均一混合化に困難性を伴ない、また焼結後のウイス
カーがAl系金属粒子の境界部に偏在する現象が避けられ
なかった。
末の均一混合化に困難性を伴ない、また焼結後のウイス
カーがAl系金属粒子の境界部に偏在する現象が避けられ
なかった。
ウイスカー強化金属複合材の性状特性はマトリックス金
属中に存在するウイスカーの分散度合に大きく依存する
ため、均質な複合組織を形成することが製造技術上の要
求事項となるが、上記のように通常の加圧鋳造法および
粉末冶金法によってはこの要求を満足することは困難で
あった。
属中に存在するウイスカーの分散度合に大きく依存する
ため、均質な複合組織を形成することが製造技術上の要
求事項となるが、上記のように通常の加圧鋳造法および
粉末冶金法によってはこの要求を満足することは困難で
あった。
複合組織の均質化は、複合材料を熱間で押出し、圧延も
しくは鍛造するなど塑性加工を施すことによって改善さ
れることが知られている。とくに熱間押出し加工を適用
するとウイスカーの配向とミクロポロシティの圧着作用
によって強度特性が有意に向上する事実が認められてい
る〔第２回先端材料技術シンポジウム（SAMPE Japan）
報文、p42〜54“SiCウイスカー強化Al系合金複合材の製
造条件と機械的特性”、特開昭63−274727号公報
等、〕。
しくは鍛造するなど塑性加工を施すことによって改善さ
れることが知られている。とくに熱間押出し加工を適用
するとウイスカーの配向とミクロポロシティの圧着作用
によって強度特性が有意に向上する事実が認められてい
る〔第２回先端材料技術シンポジウム（SAMPE Japan）
報文、p42〜54“SiCウイスカー強化Al系合金複合材の製
造条件と機械的特性”、特開昭63−274727号公報
等、〕。
ところが、押出し加工による場合にはウイスカーの配向
によって材料特性に異方性が生じるという特有の難点が
あり、等方性状が要求される部材としては不適格となる
問題があった。
によって材料特性に異方性が生じるという特有の難点が
あり、等方性状が要求される部材としては不適格となる
問題があった。
本発明は、上記の問題点を解消し、ウイスカーの分散が
極めて均質で等方性組織を有するウイスカー強化Al系金
属複合材の製造方法を提供するものである。
極めて均質で等方性組織を有するウイスカー強化Al系金
属複合材の製造方法を提供するものである。
すなわち、本発明に係るウイスカー強化Al系金属複合材
の製造方法は、ウイスカーとAl系金属マトリックス粉末
の混合成形体もしくは焼結体を細線に押出し加工したの
ち短かく切断して粒状体となし、該粒状体を焼結するこ
とを構成上の特徴とする。
の製造方法は、ウイスカーとAl系金属マトリックス粉末
の混合成形体もしくは焼結体を細線に押出し加工したの
ち短かく切断して粒状体となし、該粒状体を焼結するこ
とを構成上の特徴とする。
ウイスカーとしてはSi源原料を炭材と共に不活性気流中
で高温反応させることにより得られるSiCまたはSi3N4の
針状単結晶が有効に用いられ、また、マトリックスには
Alもしくはその合金からなるAl系金属から選定された粉
末が使用される。
で高温反応させることにより得られるSiCまたはSi3N4の
針状単結晶が有効に用いられ、また、マトリックスには
Alもしくはその合金からなるAl系金属から選定された粉
末が使用される。
これらウイスカーとAl系金属マトリックス粉末は、適宜
な液媒中で撹拌混合する湿式法あるいは高速気流中で撹
拌混合する乾式法を用いて均一に混合する。この際、マ
トリックス粉末の粒子径は74μｍ以下の微粉末に調整す
ることが好ましく、この粒子径を越えると均一な混合物
を得ることが困難となる。
な液媒中で撹拌混合する湿式法あるいは高速気流中で撹
拌混合する乾式法を用いて均一に混合する。この際、マ
トリックス粉末の粒子径は74μｍ以下の微粉末に調整す
ることが好ましく、この粒子径を越えると均一な混合物
を得ることが困難となる。
両成分の配合は、Al系金属マトリックスに対するウイス
カーの体積含有率（Vf）として５〜30％の範囲に設定す
ることが望ましい。この体積含有率（Vf）が５％を下廻
るとウイスカーの複合強化性能が有効に発揮されず、ま
た30％を越えると後工程の押出し加工が円滑に進行しな
くなる。
カーの体積含有率（Vf）として５〜30％の範囲に設定す
ることが望ましい。この体積含有率（Vf）が５％を下廻
るとウイスカーの複合強化性能が有効に発揮されず、ま
た30％を越えると後工程の押出し加工が円滑に進行しな
くなる。
上記の混合粉末はビレット形状にモールド成形して混合
成形体とするか、更に該混合成形体を真空中で加熱する
ことにより仮の焼結体としたのち、押出し加工に供され
る。
成形体とするか、更に該混合成形体を真空中で加熱する
ことにより仮の焼結体としたのち、押出し加工に供され
る。
押出し加工は、熱間押出方式を用い混合成形体または焼
結体が直径（Ｄ）0.5〜2.0mmの細線になるような条件に
従うことが好適である。この場合、細線径（Ｄ）が0.5m
m未満となるとノズル押出しが困難となり、他方、2.0mm
を上廻ると押出し加工によるウイスカーの分散改善効果
が不十分となる。
結体が直径（Ｄ）0.5〜2.0mmの細線になるような条件に
従うことが好適である。この場合、細線径（Ｄ）が0.5m
m未満となるとノズル押出しが困難となり、他方、2.0mm
を上廻ると押出し加工によるウイスカーの分散改善効果
が不十分となる。
押出し加工された細線は、ついで短かく切断して粒状体
に形成する。望ましい切断長は1D〜2D（Ｄは細線径）で
ある。
に形成する。望ましい切断長は1D〜2D（Ｄは細線径）で
ある。
このようにして形成された粒状体は、10-3torr以下の真
空雰囲気、固相線−100℃〜固相線までの温度域、500kg
/cm2以上の圧力からなる条件で焼結し、ウイスカー強化
Al系金属複合材を得る。
空雰囲気、固相線−100℃〜固相線までの温度域、500kg
/cm2以上の圧力からなる条件で焼結し、ウイスカー強化
Al系金属複合材を得る。
本発明に従えば、簡易な処理工程で得られるウイスカー
とAl系金属マトリックス粉末との混合成形体もしくは焼
結体を用い、これを細線に押出す加工工程によってウイ
スカーの分散度合を改善し、更にこの細線を短かく切断
した粒状体を材料として一体に焼結する工程で押出し加
工段階で形成されたウイスカーの配向化を消去する機能
が図られる。
とAl系金属マトリックス粉末との混合成形体もしくは焼
結体を用い、これを細線に押出す加工工程によってウイ
スカーの分散度合を改善し、更にこの細線を短かく切断
した粒状体を材料として一体に焼結する工程で押出し加
工段階で形成されたウイスカーの配向化を消去する機能
が図られる。
これらの作用が相俟って、ウイスカー分散性が極めて均
質でかつ等方性の複合組織を効率よく形成することが可
能となる。
質でかつ等方性の複合組織を効率よく形成することが可
能となる。
以下、本発明を実施例および比較例と対比して説明す
る。
る。
実施例１、比較例１ 平均径が0.4μｍ、長さ20μｍのSiCウイスカーと粒子径
44μｍ以下のAl合金（6061）粉末をエタノール中で均一
に撹拌混合してウイスカー体積含有率（Vf）15％の混合
物を調製した。この混合物を面圧3t/cm2の圧力でモール
ド成形して充填率72％の混合成形体（直径48mm、長さ23
0mm）を形成した。
44μｍ以下のAl合金（6061）粉末をエタノール中で均一
に撹拌混合してウイスカー体積含有率（Vf）15％の混合
物を調製した。この混合物を面圧3t/cm2の圧力でモール
ド成形して充填率72％の混合成形体（直径48mm、長さ23
0mm）を形成した。
ついで、混合成形体を直径50mmの押出しコンテナーに装
着し、温度480℃、押出し面圧4.5t/cm2の熱圧条件で直
径1.5mmの細線に押出し、引続き直ちに長さ2mmに切断し
て粒状体とした。
着し、温度480℃、押出し面圧4.5t/cm2の熱圧条件で直
径1.5mmの細線に押出し、引続き直ちに長さ2mmに切断し
て粒状体とした。
上記の粒状体1000gを内径70mmの金型に充填し、真空下
（10-5torr水準）で550℃の温度に24時間保持して脱ガ
ス処理したのち、面圧1t/cm2で真空焼結してウイスカー
強化Al系金属複合材を得た。
（10-5torr水準）で550℃の温度に24時間保持して脱ガ
ス処理したのち、面圧1t/cm2で真空焼結してウイスカー
強化Al系金属複合材を得た。
比較のために、上記のSiCウイスカーとAl合金（6061）
との混合物〔ウイスカー体積含有率（Vf）15％〕をその
まま金型に充填し、上記と同一条件により真空焼結して
ウイスカー強化Al系金属複合材を作成した（比較例
１）。
との混合物〔ウイスカー体積含有率（Vf）15％〕をその
まま金型に充填し、上記と同一条件により真空焼結して
ウイスカー強化Al系金属複合材を作成した（比較例
１）。
このようにして得られた各複合材（Ｆ）およびT6熱処理
（T6:495℃、2hr、190℃、10hr）を施した材料につき加
圧方向（Ｐ方向）と加工軸に垂直方向（Ｓ方向）の強度
特性を測定し、対比して表１に示した。
（T6:495℃、2hr、190℃、10hr）を施した材料につき加
圧方向（Ｐ方向）と加工軸に垂直方向（Ｓ方向）の強度
特性を測定し、対比して表１に示した。
また、実施例１および比較例１による複合材（T6）のＳ
方向における組織（鏡面研磨面）を示した光学顕微鏡写
真（倍率100倍）を第１図および第２図に掲載した。
方向における組織（鏡面研磨面）を示した光学顕微鏡写
真（倍率100倍）を第１図および第２図に掲載した。
表２および第１図、第２図から、実施例１のSiCウイス
カー強化Al合金材は比較例１のものに比べ高位の複合特
性を示し、そのうえ優れた等方性組織を備えることが認
められる。
カー強化Al合金材は比較例１のものに比べ高位の複合特
性を示し、そのうえ優れた等方性組織を備えることが認
められる。
実施例２〜３ 実施例１と同一手法を用いSiCウイスカーとAl合金（606
1）粉末によりウイスカー体積含有率（Vf）20％の混合
成形体を形成し、これを真空中500℃温度に加熱して仮
焼結をおこなった。この焼結体を実施例１に準じて直径
2.0mmおよび5.0mmの細線に押出し加工し、引続き細線径
と同一長さに切断して粒状体とした。この粒状体を実施
例１と同一条件により真空焼結してSiCウイスカーAl系
金属複合材を製造した。
1）粉末によりウイスカー体積含有率（Vf）20％の混合
成形体を形成し、これを真空中500℃温度に加熱して仮
焼結をおこなった。この焼結体を実施例１に準じて直径
2.0mmおよび5.0mmの細線に押出し加工し、引続き細線径
と同一長さに切断して粒状体とした。この粒状体を実施
例１と同一条件により真空焼結してSiCウイスカーAl系
金属複合材を製造した。
得られた各複合材の強度特性を表２に示した。
表２に示されるように実施例２、３による複合材はいず
れも良好な複合特性を示したが、押出し細線径が2.0mm
を越える実施例３はウイスカーの分散度合が十分に改善
されない結果、実施例２に比べ強度性能が劣るものであ
った。
れも良好な複合特性を示したが、押出し細線径が2.0mm
を越える実施例３はウイスカーの分散度合が十分に改善
されない結果、実施例２に比べ強度性能が劣るものであ
った。
以上のとおり、本発明によれば常に均質で等方性組織を
有するウイスカー強化Al系金属複合材を効率よく製造す
ることができるから、軽量かつ高度の強度特性が要求さ
れる多様の用途部材として有用である。
有するウイスカー強化Al系金属複合材を効率よく製造す
ることができるから、軽量かつ高度の強度特性が要求さ
れる多様の用途部材として有用である。
第１図は本発明の実施例によるウイスカー強化Al系金属
複合材の組織を拡大した光学顕微鏡写真（100倍）、第
２図は比較例によるウイスカー強化Al系金属複合材の組
織を拡大した光学顕微鏡写真（100倍）である。
複合材の組織を拡大した光学顕微鏡写真（100倍）、第
２図は比較例によるウイスカー強化Al系金属複合材の組
織を拡大した光学顕微鏡写真（100倍）である。
Claims (3)
- 【請求項１】ウイスカーとAl系金属マトリックス粉末の
混合成形体もしくは焼結体を細線に押出し加工したのち
短かく切断して粒状体となし、該粒状体を焼結すること
を特徴とするウイスカー強化Al系金属複合材の製造方
法。 - 【請求項２】ウイスカーがSiCまたはSi3N4の針状単結晶
である請求項１記載のウイスカー強化Al系金属複合材の
製造方法。 - 【請求項３】Al系金属マトリックスに対するウイスカー
の体積含有率（Vf）を５〜30％、押出し加工時の細線径
（Ｄ）を0.5〜2.0mm、切断長を1D〜2Dの範囲に設定する
請求項１記載のウイスカー強化Al系金属複合材の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011090A JPH076015B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | ウイスカー強化Ａｌ系金属複合材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011090A JPH076015B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | ウイスカー強化Ａｌ系金属複合材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02194133A JPH02194133A (ja) | 1990-07-31 |
| JPH076015B2 true JPH076015B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=11768289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1011090A Expired - Lifetime JPH076015B2 (ja) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | ウイスカー強化Ａｌ系金属複合材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH076015B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58104102A (ja) * | 1981-12-16 | 1983-06-21 | Nippon Seiko Kk | 繊維強化多孔質複合材料の製造方法 |
| JPS644439A (en) * | 1987-06-23 | 1989-01-09 | Kobe Steel Ltd | Extruding method for bar material composed of fiber reinforced composite material |
-
1989
- 1989-01-20 JP JP1011090A patent/JPH076015B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02194133A (ja) | 1990-07-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |