JPH10180434A

JPH10180434A - 複合材の成形方法

Info

Publication number: JPH10180434A
Application number: JP34307996A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Nakao; 靖宏中尾; Hisao Hirono; 久雄広野; Hiroto Shoji; 広人庄子; Aritoshi Sugaya; 有利菅谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-07
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JP3133262B2

Abstract

(57)【要約】【課題】金属基複合材料を製品の最終形状に近いニア
・ネット・シェイプで且つ高品質に製造する。【解決手段】アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物系セラ
ミックスの強化材と、アルミニウム合金の母材から構成
される金属基複合材料を製造する際に、マグネシウム等
の還元剤を用いて強化材と母材との結合強度を高めて複
合化するとともに、この複合材を母材金属の液相線以上
で且つビレット形状を保持し得る温度に加熱して射出成
形することで、強化材の分散性を良好な状態に保持し、
エアの巻き込みを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属基複合材料を
製品の最終形状に近いニア・ネット・シェイプで製造す
る成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、二次加工によって金属基複合材料
を製品の最終形状に近いニア・ネット・シェイプで仕上
げる手段として、例えば鍛造とか、または強化材が溶湯
中に分散した複合材を用いて射出成形する方法等が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者のよう
に鍛造法による場合は、複合材自体に伸びが少ないため
割れ等の欠陥が生じることが多く、まして強化材の体積
含有率（Ｖｆ）が２０％程度を越えるものに関しては成
形不能の場合が多い。また、鍛造によるため成形形状も
限定されてしまう。また後者の場合は、溶湯分散した複
合材を、通常の金属と同様に溶解して鋳造法により成形
するが、鋳造時にエアを巻き込んでガス欠陥が生じた
り、または溶解時に分散している強化材が沈降したり或
いは凝集したりして均一な分散を保ちづらくなり、鋳造
後の品質に問題が生じる。

【０００４】このため、複雑な形状を成形することがで
き、しかもガス欠陥とか、強化材の不均一な分散等の不
具合のない生産性の良い成形方法が望まれている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、金属基複合材料のビレットを母材金属の液相
線以上の温度に加熱し、この加熱されたビレットを金型
キャビティ内で成形するようにした複合材の成形方法に
おいて、金属基複合材料を酸化物系セラミックスの強化
材とアルミニウム合金の母材から構成し、且つマグネシ
ウム等の還元剤を介して複合化したビレットにするとと
もに、ビレットの加熱温度を、ビレット形状を保持し得
る温度にするようにした。

【０００６】即ち、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物系
セラミックスの強化材と、アルミニウム合金のマトリッ
クス（母材）に、マグネシウム等の還元剤を加えて炉内
にセットし、この炉内を希ガス雰囲気下でマグネシウム
等を昇華させ、炉内に窒素ガスを導入すれば、昇華した
マグネシウムと窒素ガスが反応して窒化マグネシウム
（Ｍｇ₃Ｎ₂）が生成され、この窒化マグネシウム（Ｍｇ
₃Ｎ₂）がアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）表層部の酸化物を還元し
てＡｌ金属を露出させる。

【０００７】そして露出したＡｌ金属によってアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）強化材とアルミニウム合金母材の界面の濡
れ性が向上し、結合力が高まるとともに、液相になった
時でも両者の接触状態が保持されて品質劣化が起きにく
くなる。因みに、強化材は粉末であっても繊維等であっ
ても構わない。

【０００８】そしてこのようなビレットに対する加熱温
度を、母材金属の液相線以上で且つビレットの形状保持
可能な温度とすれば、ビレットは、強化材を固相とし金
属母材を液相とする、いわば疑似的に金属が半溶融状態
を作り出しているような状態となり、この状態は、例え
ばアルミニウム合金において、α相を球状化した固相と
して熱の受容を少なくし、他の共晶部を液相とするよう
な組織にすると、半溶融状態でもアルミニウム合金はそ
の形状を保持しているのと同じ状態になる。この際、金
属基複合材料の固相はセラミックスであるので、熱的な
考慮は不要であるとともに、その形状は球状でなくても
良いのはいうまでもない。

【０００９】そして、強化材を固相とし金属母材を液相
とした疑似的に半溶融状態のビレットは、外力が加わる
と流動性を発揮するチクソトロピックな挙動を示す。し
たがって、ビレットの形状を保持したまま金型キャビテ
ィ内にセットすることが可能で、成形圧を加えることで
キャビティ形状に成形される。そして、ビレットは疑似
的な半溶融状態であるので、強化材の分散が不均一とな
らず、しかもエアの巻き込み等によるガス欠陥を抑制で
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、金属基複合材料からな
る製品を製造するにあたり、製品の最終形状に近いニア
・ネット・シェイプで且つ高品質に製造することを目的
として開発され、まず、金属基複合材料として、アルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物系セラミックスを強化材と
し、アルミニウム合金をマトリックス金属にするととも
に、複合化の段階で、マグネシウム等の還元剤でアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の表層部を金属化し、露出金属とマト
リックス金属の濡れ性を向上させるとともに、界面をい
わばマイクロクラッド化状態で結合するケミカルコンタ
クト状態にして強固に結合させる。

【００１１】例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末とマグ
ネシウム粉末を混合してアルミニウム合金と一緒に窒素
雰囲気下で加熱すると、マグネシウムが窒化して窒化マ
グネシウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）が生成され、この窒化マグネシ
ウム（Ｍｇ₃Ｎ₂）をアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の表面に接触
させると、還元作用によってアルミニウム金属が露出す
る。

【００１２】そしてこのように金属が露出した状態で複
合化しビレットとするが、還元することによって濡れ性
が改善され迅速に複合化がなされると同時に強固に結合
する。因みに、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の強化材は粉末
以外に繊維等でも良く、また複合材ビレットの製法は、
溶湯分散法、高圧鋳造法、粉末冶金法等いかなる方法で
も良い。

【００１３】次にこの複合材ビレットを、ビレット形状
を保持可能で且つアルミニウム合金母材の液相線以上の
温度範囲に加熱する。すなわち上記のように加熱された
ビレットは、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の強化材を固相と
しアルミニウム合金母材を液相とする半溶融状態と同様
な状態となり、この状態の複合材ビレットに外力を加え
ると、剪断応力によって複合材はチキソトロピックな挙
動を示し、流動性を発揮する。

【００１４】また、ビレット形状を保持可能で且つアル
ミニウム合金母材の液相線以上の温度範囲とは、アルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等の強化材の体積含有率（Ｖｆ）によっ
て変化し、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子を強化材と
する複合材の場合、図１（Ａ）のハッチングの範囲であ
り、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）繊維を強化材とする複合材の
場合、図１（Ｂ）のハッチングの範囲である。

【００１５】そしてビレット形状を保持したままアルミ
ニウム合金母材の液相線以上の温度範囲に加熱されたビ
レットは、ハイ・プレシャ・ダイキャストマシンに投入
され、プランジャで射出成形される。すると、前記のよ
うに複合材ビレットはチキソトロピックな挙動により金
型内に充填され、複雑形状でも製造できる。

【００１６】この際、複合材ビレットの形状を保持した
まま、チキソトロピック性を利用して鋳造しているた
め、強化材の分散性が損なわれることがなく、また一般
的なハイ・プレシャ・ダイキャストのように、金属溶湯
が飛散しながら金型内に充填されるのではなく、あくま
でチキソトロピックな材料の流動であるため、エアの巻
き込みもなく、より品質の高い製品を製造できる。

【００１７】以下に具体的な実施例及び比較例について
述べる。（実施例１）アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子を強化材とし、
アルミニウム合金をマトリックス金属とする複合材をマ
グネシウムによる還元下で複合化し、直径７５mm、高さ
１５５mmのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子分散アルミニウム
基複合材ビレット（体積含有率（Ｖｆ）約２０％、母材
の液相が６２０℃）を用意した。

【００１８】この複合材ビレットを電気炉で加熱し、６
３０℃まで昇温させた。この複合材ビレットは６３０℃
でもその形状を維持していた。次にこのビレットをハイ
・プレッシャ・ダイキャストマシンの射出スリーブ内に
セットし、プランジャ速度が１速０．２m/sec、２速
２．０m/sec、ゲートスピード約２０m/sec、鋳造圧力８
００kgf/cm²の条件でエアコンのコンプレッサ成形用金
型に射出した。

【００１９】約８秒のキュアー後、ニアネット成形され
た複合材のコンプレッサ部品を取出し、検査したとこ
ろ、粒子の分散性は良好な状態にあり、またガス量測定
においては、１．２cc/100gAlと非常に良好であった。

【００２０】（実施例２）アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）短繊維
（商品名サフィール）を強化材とし、アルミニウム合金
をマトリックス金属とする複合材をマグネシウムによる
還元下で複合化し、直径７５mm、高さ１５５mmのアルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）短繊維分散アルミニウム基複合材ビレッ
ト（体積含有率（Ｖｆ）約１２％、母材の液相が６２０
℃）を用意した。

【００２１】この複合材ビレットを電気炉で加熱し、７
８０℃まで昇温させた。この複合材ビレットは７８０℃
でもその形状を維持していた。次にこのビレットをハイ
・プレッシャ・ダイキャストマシンの射出スリーブ内に
セットし、プランジャ速度が１速０．２m/sec、２速
２．０m/sec、ゲートスピード約２０m/sec、鋳造圧力８
００kgf/cm²の条件でエアコンのコンプレッサ成形用金
型に射出した。

【００２２】約８秒のキュアー後、ニアネット成形され
た複合材のコンプレッサ部品を取出し、検査したとこ
ろ、短繊維の分散性は良好な状態にあり、またガス量測
定においては、０．９cc/100gAlと非常に良好であっ
た。

【００２３】（比較例１）アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子を
強化材とし、アルミニウム合金をマトリックス金属とす
る複合材（体積含有率（Ｖｆ）約２０％）を７２０℃に
加熱し完全に溶解させた。そしてこのビレットをハイ・
プレッシャ・ダイキャストマシンの射出スリーブ内にセ
ットし、プランジャ速度が１速０．２m/sec、２速２．
０m/sec、ゲートスピード約２０m/sec、鋳造圧力８００
kgf/cm²の条件でエアコンのコンプレッサ成形用金型に
射出した。

【００２４】約８秒のキュアー後、ニアネット成形され
た複合材のコンプレッサ部品を取出し、検査したとこ
ろ、粒子の分散性は凝集と偏りが多く観察された。また
ガス量測定においては、６１cc/100gAlと多量のガスを
含んでいた。

【００２５】（比較例２）ダイカスト用アルミニウム合
金を７２０℃に加熱し、完全に溶解させた。このアルミ
溶湯を用いてハイ・プレッシャ・ダイキャストマシンの
射出スリーブ内にセットし、プランジャ速度が１速０．
２m/sec、２速２．０m/sec、ゲートスピード約２０m/se
c、鋳造圧力８００kgf/cm²の条件でエアコンのコンプレ
ッサ成形用金型に射出した。約８秒のキュアー後、コン
プレッサ部品を取出し、ガス量を測定したところ、４５
cc/100gAlのガスが含まれていた。

【００２６】以上の実施例と比較例を纏めると表１の通
りであり、本発明の製造法の有効性が確認された。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の複合材の成形方法
は、酸化物系セラミックスの強化材とアルミニウム合金
の母材から形成される金属基複合材料を製造する際に、
マグネシウム等の還元剤を介して複合化するとともに、
これを母材金属の液相線以上で且つビレット形状を保持
し得る温度に加熱して成形するようにしたため、強化材
の分散性を良好な状態に保持できるとともに、エア等の
巻き込みが少なくて品質の高い製品をニア・ネット・シ
ェイプで成形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビレット形状を保持し得る温度領域を示すグラ
フであり、（Ａ）はアルミニウム基アルミナ粒子分散複
合材、（Ｂ）はアルミニウム基アルミナ繊維分散複合材

フロントページの続き (72)発明者菅谷有利埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ホンダエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属基複合材料のビレットを母材金属の
液相線以上の温度に加熱し、この加熱されたビレットを
金型キャビティ内で成形するようにした複合材の成形方
法であって、前記金属基複合材料を酸化物系セラミック
スの強化材とアルミニウム合金の母材から構成し、且つ
マグネシウム等の還元剤を用いて強化材と母材との複合
化したビレットにするとともに、前記ビレットの加熱温
度を、ビレット形状を保持し得る温度にすることを特徴
とする複合材の成形方法。