JPH08176704A - Ｉｎ Ｓｉｔｕ Ａｌ及びＭｇ複合材料 の製造法 - Google Patents
Ｉｎ Ｓｉｔｕ Ａｌ及びＭｇ複合材料 の製造法Info
- Publication number
- JPH08176704A JPH08176704A JP25829391A JP25829391A JPH08176704A JP H08176704 A JPH08176704 A JP H08176704A JP 25829391 A JP25829391 A JP 25829391A JP 25829391 A JP25829391 A JP 25829391A JP H08176704 A JPH08176704 A JP H08176704A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アルミニウムあるいはマグネシウム複合材
料の製造方法として、微細炭化物あるいはあ酸化物をｉ
ｎ ｓｉｔｕ生成・分散する簡単な製造方法を発明す
る。 【対策】 熱力学的安定性において相対的に低い固体
酸化物あるいは炭化物を溶融アルミニウムあるいはマグ
ネシウムさらにはこれら合金中に添加し、安定性が高い
異種の酸化物あるいは炭化物をｉｎ ｓｉｔｕ生成・分
散させる。 【効果】 簡便なｉｎ ｓｉｔｕ法により、微細な酸
化物あるいは炭化物粒子をアルミニウムあるいはマグネ
シウム・マトリックス内に均一に分散することができ
た。
料の製造方法として、微細炭化物あるいはあ酸化物をｉ
ｎ ｓｉｔｕ生成・分散する簡単な製造方法を発明す
る。 【対策】 熱力学的安定性において相対的に低い固体
酸化物あるいは炭化物を溶融アルミニウムあるいはマグ
ネシウムさらにはこれら合金中に添加し、安定性が高い
異種の酸化物あるいは炭化物をｉｎ ｓｉｔｕ生成・分
散させる。 【効果】 簡便なｉｎ ｓｉｔｕ法により、微細な酸
化物あるいは炭化物粒子をアルミニウムあるいはマグネ
シウム・マトリックス内に均一に分散することができ
た。
Description
【発明の詳細な説明】
（社会的寄与）本発明による低製造コストの軽量にして
強靭な微細粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造
法確立。 （従来の粒子分散強化型金属基複合材料製造法及びそこ
における課題）これまでの粒子分散強化型金属基複合材
料の製造方法としては、金属およびセラミックス粉末を
混合・成形・焼結する粉末冶金法、あるいは高粘性の半
溶融金属中に粒子を混入するコンポ・キャスティング法
が見られるが、いずれも、例えばアルミニウム／セラミ
ックス間のように、濡れ性が悪いために、粒子を強制的
にマトリックス中に分散させる方法であリ、高いコスト
を避けられないという課題を抱えている。また、フォル
テックス法あるいは溶湯攪拌法と呼ばれる方法は、粒子
を溶融金属内に攪拌のみによって混入・分散するもの
で、この方法では、セラミックス−メタル間の濡れ性を
向上させる成分の添加が不可欠であり、これがない場合
には粒子混入自体が難しくなる。また、たとえ濡れ性を
良好にしたとしても、粒子径１μｍ以下の微細粒子を溶
融メタルに分散することがかなり困難であるという課題
を持っている。 （本発明による課題の解決策）プロセスが複雑なために
コスト高につながる粉末冶金法、あるいはコンポ・キャ
スティング法を避け、溶湯攪拌法を採用する。ただし、
この方法による粒子分散には、微細粒子分散が困難とい
う限界があるので、いわゆるＩｎ ＳｉＴｕ複合材料の
製造法をとる。すなわち、本発明がより所とする理論的
背景は、マトリックス金属の酸化物、炭化物、窒化物よ
りも化学的安定性に劣る酸化物、炭化物、窒化物、つま
り標準生成自由エネルギーが相対的に大きい化合物粒子
の添加であり、しかも溶湯への混入が容易な大きさの粒
子を添加するところにある。このとき、添加された粒子
は化学的安定性において相対的に劣るが故に、溶湯内に
おいて分解して酸素、炭素あるいは窒素を発生するとと
もに、標準生成自由エネルギーが小さいマトリックス金
属と反応して酸化物、炭化物あるいは窒化物を形成す
る。この分解量は添加粒子の供給速度あるいは温度によ
って制御すれば、溶湯内生成化合物の粒子径および生成
量を調整することが出来る。この方法によれば、溶湯表
面からの粒子混入・分散でなく、溶湯内において化合物
を形成するので、きわめて微小な粒子を分散することが
出来る。したがって、一般に粒子分散強化型複合材料の
強度は、粒子径が微細なほど向上することが知られてい
るように、Ｉｎ Ｓｉｔｕ法により生成された微細粒子
を分散すれば高強度が期待される。また、添加化合物の
分解成分のうち酸素、炭素、窒素以外の成分はマトリッ
クスの合金成分として有効に活用される利点も持ってい
る。本発明では、このように低コスト複合化プロセスの
観点から、まず溶湯攪拌法を採用し、マトリックスより
も化学的安定性に劣る化合物を添加し、溶湯内において
分解・反応させて微細粒子を分散させ、高強度の粒子分
散強化型複合材料を提供しようという特徴をもつ。 （製造条件の設定） （１） 温度： マグネシウムは蒸発しやすく活性なた
め、低温での操作が好ましく、７００〜８００℃とする
が、アルミニウムをマトリックスとする場合には反応を
速やかに行なうためにより高温が良い。ただし、ＣｕＯ
は１０８６℃に熱分解温度を持つので、添加に当たって
は爆発の注意が必要である。 （２） 添加化合物の大きさ： 溶湯攪拌法による粒子
の混入分散に要する攪拌時間は粒子径低下につれて長く
なるので、１０μｍ以上が良い。 （３） 攪拌速度： 特に高速である必要はなく６０ｒ
ｐｍで十分である。 （４） 雰囲気： 操業は不活性性雰囲気下で行なうこ
とが良い。 （５） 粒子添加方法： 連続添加、半連続添加のいず
れも可。 （実施例）アルゴン雰囲気下、ＭｇＯるつぼ内にて６０
グラムのＡｌ−３％Ｍｇ合金を溶解し、１０００℃に達
したところで、モータによる溶湯攪拌を開始し、攪拌を
継続しながらＣｕＯ粒子を徐々に添加した。この時、溶
湯内ではＣｕＯが分解し、酸素はアルミニウム反応して
微細なＡｌ２Ｏ３を形成して分散し、一方Ｃｕは合金成
分となっている。攪拌終了後、複合材料を金型に鋳造
し、さらにこの試料を熱間押出しを行い、強度を測定試
料を作成した。この複合材料について引張強度を測定し
た結果、第１図に示すように、４０．０ｋｇｆ／ｍｍ２
となり、添加したＣｕＯの全てが分解して合金化したと
仮定したときのマトリックス組成Ａｌ−３％Ｍｇ−７．
８％Ｃｕの引張強度３４．１ｋｇｆ／ｍｍ２よりも高強
度を得ている。 （発明の効果）金属基複合材料の製造コスト低減に対し
て最も有望なプロセスは溶湯攪拌法であるが、この方法
においては、良好な濡れ性が不可欠であり、また小さい
粒子の分散にも限界がある。一方、粒子分散強化型複合
材料の強度向上には小粒子分散が欠かせず、そのための
新しいプロセスの開発が待たれていた。この点、本発明
は溶湯内において微細な酸化物、炭化物あるいは窒化物
を形成させる特徴を持ち、プロセスも簡便かつ低コスト
である。このように、本発明は低コストでしかも軽量に
して高強度の金属基複合材料を提供するものである。
強靭な微細粒子分散強化型マグネシウム複合材料の製造
法確立。 （従来の粒子分散強化型金属基複合材料製造法及びそこ
における課題）これまでの粒子分散強化型金属基複合材
料の製造方法としては、金属およびセラミックス粉末を
混合・成形・焼結する粉末冶金法、あるいは高粘性の半
溶融金属中に粒子を混入するコンポ・キャスティング法
が見られるが、いずれも、例えばアルミニウム／セラミ
ックス間のように、濡れ性が悪いために、粒子を強制的
にマトリックス中に分散させる方法であリ、高いコスト
を避けられないという課題を抱えている。また、フォル
テックス法あるいは溶湯攪拌法と呼ばれる方法は、粒子
を溶融金属内に攪拌のみによって混入・分散するもの
で、この方法では、セラミックス−メタル間の濡れ性を
向上させる成分の添加が不可欠であり、これがない場合
には粒子混入自体が難しくなる。また、たとえ濡れ性を
良好にしたとしても、粒子径１μｍ以下の微細粒子を溶
融メタルに分散することがかなり困難であるという課題
を持っている。 （本発明による課題の解決策）プロセスが複雑なために
コスト高につながる粉末冶金法、あるいはコンポ・キャ
スティング法を避け、溶湯攪拌法を採用する。ただし、
この方法による粒子分散には、微細粒子分散が困難とい
う限界があるので、いわゆるＩｎ ＳｉＴｕ複合材料の
製造法をとる。すなわち、本発明がより所とする理論的
背景は、マトリックス金属の酸化物、炭化物、窒化物よ
りも化学的安定性に劣る酸化物、炭化物、窒化物、つま
り標準生成自由エネルギーが相対的に大きい化合物粒子
の添加であり、しかも溶湯への混入が容易な大きさの粒
子を添加するところにある。このとき、添加された粒子
は化学的安定性において相対的に劣るが故に、溶湯内に
おいて分解して酸素、炭素あるいは窒素を発生するとと
もに、標準生成自由エネルギーが小さいマトリックス金
属と反応して酸化物、炭化物あるいは窒化物を形成す
る。この分解量は添加粒子の供給速度あるいは温度によ
って制御すれば、溶湯内生成化合物の粒子径および生成
量を調整することが出来る。この方法によれば、溶湯表
面からの粒子混入・分散でなく、溶湯内において化合物
を形成するので、きわめて微小な粒子を分散することが
出来る。したがって、一般に粒子分散強化型複合材料の
強度は、粒子径が微細なほど向上することが知られてい
るように、Ｉｎ Ｓｉｔｕ法により生成された微細粒子
を分散すれば高強度が期待される。また、添加化合物の
分解成分のうち酸素、炭素、窒素以外の成分はマトリッ
クスの合金成分として有効に活用される利点も持ってい
る。本発明では、このように低コスト複合化プロセスの
観点から、まず溶湯攪拌法を採用し、マトリックスより
も化学的安定性に劣る化合物を添加し、溶湯内において
分解・反応させて微細粒子を分散させ、高強度の粒子分
散強化型複合材料を提供しようという特徴をもつ。 （製造条件の設定） （１） 温度： マグネシウムは蒸発しやすく活性なた
め、低温での操作が好ましく、７００〜８００℃とする
が、アルミニウムをマトリックスとする場合には反応を
速やかに行なうためにより高温が良い。ただし、ＣｕＯ
は１０８６℃に熱分解温度を持つので、添加に当たって
は爆発の注意が必要である。 （２） 添加化合物の大きさ： 溶湯攪拌法による粒子
の混入分散に要する攪拌時間は粒子径低下につれて長く
なるので、１０μｍ以上が良い。 （３） 攪拌速度： 特に高速である必要はなく６０ｒ
ｐｍで十分である。 （４） 雰囲気： 操業は不活性性雰囲気下で行なうこ
とが良い。 （５） 粒子添加方法： 連続添加、半連続添加のいず
れも可。 （実施例）アルゴン雰囲気下、ＭｇＯるつぼ内にて６０
グラムのＡｌ−３％Ｍｇ合金を溶解し、１０００℃に達
したところで、モータによる溶湯攪拌を開始し、攪拌を
継続しながらＣｕＯ粒子を徐々に添加した。この時、溶
湯内ではＣｕＯが分解し、酸素はアルミニウム反応して
微細なＡｌ２Ｏ３を形成して分散し、一方Ｃｕは合金成
分となっている。攪拌終了後、複合材料を金型に鋳造
し、さらにこの試料を熱間押出しを行い、強度を測定試
料を作成した。この複合材料について引張強度を測定し
た結果、第１図に示すように、４０．０ｋｇｆ／ｍｍ２
となり、添加したＣｕＯの全てが分解して合金化したと
仮定したときのマトリックス組成Ａｌ−３％Ｍｇ−７．
８％Ｃｕの引張強度３４．１ｋｇｆ／ｍｍ２よりも高強
度を得ている。 （発明の効果）金属基複合材料の製造コスト低減に対し
て最も有望なプロセスは溶湯攪拌法であるが、この方法
においては、良好な濡れ性が不可欠であり、また小さい
粒子の分散にも限界がある。一方、粒子分散強化型複合
材料の強度向上には小粒子分散が欠かせず、そのための
新しいプロセスの開発が待たれていた。この点、本発明
は溶湯内において微細な酸化物、炭化物あるいは窒化物
を形成させる特徴を持ち、プロセスも簡便かつ低コスト
である。このように、本発明は低コストでしかも軽量に
して高強度の金属基複合材料を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
第１図：Ａｌ２Ｏ３ Ｉｎ Ｓｉｔｕ生成による粒子分
散強化型アルミニウム複合材料の引張強度
散強化型アルミニウム複合材料の引張強度
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）溶融したアルミニウム、アルミニウム合金、マグ
ネシウム、マグネシウム合金中に各種化合物を添加し、
この化合物分解に伴うＩｎ Ｓｉｔｕ 生成化合物分散
による複合材料の製造方法。 （２）前記各種化合物は炭化物、酸化物、窒化物のいず
れか１種又は２種以上であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項の複合体。 （３）前記炭化物はＡｌ４Ｃ３、ＣａＣ２、Ｃｒ
７Ｃ３、Ｃｒ３Ｃ２、Ｃｒ２３Ｃ６、Ｎｉ３Ｃ、Ｍｏ２
Ｃ、ＷＣ、ＳｉＣ、Ｆｅ３Ｃのいずれか１種又は２種以
上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項のいずれか記載の複合体。 （４）前記酸化物はＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆ
ｅＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｃｒ
２Ｏ３、ＭｎＯ、ＳｉＯ２、Ｖ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ａｌ
２Ｏ３のいずれか１種又は２種以上であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか記
載の複合体。 （５）前記の窒化物はＣｒＮ、ＶＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｍｇ
３Ｎ２、ＴａＮのいずれか１種又は２種以上であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項までのい
ずれか記載の複合体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25829391A JPH08176704A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Ｉｎ Ｓｉｔｕ Ａｌ及びＭｇ複合材料 の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25829391A JPH08176704A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Ｉｎ Ｓｉｔｕ Ａｌ及びＭｇ複合材料 の製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08176704A true JPH08176704A (ja) | 1996-07-09 |
Family
ID=17318249
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25829391A Pending JPH08176704A (ja) | 1991-07-03 | 1991-07-03 | Ｉｎ Ｓｉｔｕ Ａｌ及びＭｇ複合材料 の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08176704A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101281794B1 (ko) * | 2011-03-28 | 2013-07-05 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| KR20190102445A (ko) * | 2018-02-26 | 2019-09-04 | 한국생산기술연구원 | 마그네슘 모합금 및 알루미늄 합금의 제조방법 |
| JP6576597B1 (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-18 | 三菱電機株式会社 | 絶縁ノズル、及びガス遮断器 |
-
1991
- 1991-07-03 JP JP25829391A patent/JPH08176704A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101281794B1 (ko) * | 2011-03-28 | 2013-07-05 | 한국기계연구원 | 알루미늄 기지 복합재료 제조방법 및 이에 의해 제조된 알루미늄 기지 복합재료 |
| KR20190102445A (ko) * | 2018-02-26 | 2019-09-04 | 한국생산기술연구원 | 마그네슘 모합금 및 알루미늄 합금의 제조방법 |
| JP6576597B1 (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-18 | 三菱電機株式会社 | 絶縁ノズル、及びガス遮断器 |
| WO2019176159A1 (ja) * | 2018-03-12 | 2019-09-19 | 三菱電機株式会社 | 絶縁成形体、及びガス遮断器 |
| US11322322B2 (en) | 2018-03-12 | 2022-05-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Insulating molded body and gas circuit breaker |
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