JPS5896857A - 繊維強化金属複合材料 - Google Patents

繊維強化金属複合材料

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JPS5896857A
JPS5896857A JP19412681A JP19412681A JPS5896857A JP S5896857 A JPS5896857 A JP S5896857A JP 19412681 A JP19412681 A JP 19412681A JP 19412681 A JP19412681 A JP 19412681A JP S5896857 A JPS5896857 A JP S5896857A
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fiber
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Koji Yamatsuta
山蔦 浩治
Kenichi Nishio
西尾 憲一
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維強化金属複合材料(以下、FRMと略称
する。)の新規な製造方法に関するものであシ、更に許
しくはFRMの剪断強度を大巾に向上させる製造方法に
関するものである。
近年無機質繊維にアルミナ繊維、炭素繊維、シリカ繊維
、シリコンカーバイド繊維、ポロン繊維などを用い、マ
トリックスにアルミニウムまたはアルミニウム合金(以
下アルミニウム合金類と呼ぶ)を用いた軽量複合材料が
開発され多くの産業分野で使用され始めつつある。航空
宇宙産業、自動車産業等においては特に耐熱性と高強度
が要求される部位への使用が考えられている。
本発明者らは先に特願昭j 6− /311ざ?7 に
て示されるようにFRM威形鉢形体体化処理後、急冷す
ることによりFRMの機械的強度を大巾に向上させる方
法を発明した。しかるに強度部材として用いられる材料
には引張り強度、曲げ強度などと共に剪断強度の高いこ
とを要求されるものが多く特願昭j A−1341g9
7 に示される発明ではこの場合不満足なことが判った
本発明者らはFRMの引張シ、曲は強度を高く保ちつつ
かつ剪断強度を高める方法について鋭意検討した結果本
発明を完成するに至った。
即ち、第一成分として銅または亜鉛を含み、かつ熱処理
可能なアルミニウム合金をマトリックスとし、無機質醸
雑を強化材とした繊維強化金属複合材料・を900℃以
上にて溶体化処理した稜急冷ついで/θθ℃以上Jθ°
C以下にて焼もどすことによって寓い剪断強度を有する
繊維強化金sit*合材料が得られることを見い出した
以下に本発明の詳細な説明する0 本発明に用いられる無機質繊維は、炭素繊維シリカlI
kM、シリコンカーバイド繊維、ボロン−維およびアル
ミナ質繊維であるO無機質繊維に求められるP:能とし
ては高強度である事はもとよりでおるが、ilI融アル
アルミニウム合金触した時に)Mliに反応して劣化し
ない方が好ましい◇一方過度゛な反応が起こり、繊維の
強度は余り低下しないが、繊維とマトリックス界面で応
力の伝達が達成され強化効果を十分発揮できることが望
ましい0この理由からこれらの無機質##のうち本発明
の効果を最もJl!1着に示し得る一―は特公昭3 /
 −73741号に記載されているアルミナ’Jll&
轍であるO 即ち一般式 %式% (式中、Yは有機残基、ハロゲン、水酸基の−Sまたは
二種以上を示す。) で表わされる構造単位を有するポリアル違ツキサンを原
料とし、これに得られるシリカアルミナ線維中のシリカ
含有が2gチ以下であるような量のケイ素を含む化合物
を一種または二種以上混合し、腋混合物を紡糸して得ら
れる前駆体繊維を焼成してなるアルミナ質繊維であり、
好ましくはシリカ(8102)  含有量が2重′Ik
−以上25重量嗟以下のものであり、XM的構造におい
てα−届20.の反射を実質的に示さないアルミナ繊維
である0このアルミナ質繊維は本発明の効果を損なわな
い範囲でリチウム、ベリリウムホウ素、ナトリウム、マ
グネシウム、リン、カリウム、カルシウム、チタン、ク
ロム、マンガン、イツトリウム、ジルコニウム、ランタ
ン、タングステン、バリウムなどの一種またL二種以上
の酸化物などのような耐化性化合物を含有することがで
きる0 本発明FRMに用いられる無機質繊維の蓋は特に限定さ
れるものではなく強化効果の発現する範囲であれば特K
IIIIJIIIはない。
加工方法によって社繊維の密度に疎密をもたし、答湯が
含浸し易くすることも可能である。
本発明に用いられるアルミニウムを主成分とする合金(
アルミニウム合金)として好適な本のは第コ成分として
銅または亜鉛を含み、かつ熱処理可能な合金である。ま
た合金の強度向上流動性向上、組織の微細化などの目的
で第3成分以上の成分としてケイ素、鉄、銅、ニッケル
、スズ、マンガン、マグネシウム、鉛、亜鉛、ジルコニ
ウム、チタン、バナジウム、ナトリウムリチウム、アン
チモン、ストロンチウム、またはクロムなどの一種以上
を含むことができる〇これらの合金は本発明で述べる熱
処理をほどこすことによυFRMの剪断強度を高める効
果が特に著しい。
さらに好オしくは本発明者らがFRMの機械強度を向上
させる目的で発−し九(特願昭jj−/θn29、特願
昭6 ! −704/!II%特願昭jA−626/6
、特願昭j A −j、24/7、特願昭j6−526
/に、特願昭J4−jコ乙J1特願昭j4−!;、u2
/および特願昭56−Sコロ、23 )マトリックス中
への添加元素である、ビスマス、カドミウム、インジウ
ム、バリウム、ラジウム、カリウム、セシウム、ルビジ
ウム、アンチモン、ストロンチウムおよびフランシウム
の一種以上を訳アルミニウム合金に含有させることであ
る。これらの元素をマトリックス合金としソテルミ=ウ
ム合金に添加することによりFRM−引張り、曲は強度
を著しく高めることができ、本発明の効果をよ如明確に
発現することができる〇各種のアル4ニウム合金類中で
これらのアルえニウム合金類が特にallに効果を示す
理由は明らかではないが、 FRM中での無機質繊維と
これらのマトリックス合金の漏れ性、繊維とマドこのア
ルミニウム合金は本発明の効果を損なわない範囲で他元
素を含有していてもさしつかえない。
熱処理条件は選択されるマトリックス合金によりて最適
条件Fi異なるが、偏析した元業iたは金属同化合物が
母相中に固溶するのに十分な温度であることを畳する。
好ましくは夕θθ°C以上のm彦でlす、IKtFfま
しくはアルミニウム度はFRM1%’形体が変形しない
範囲であれば何縦でもかまわ々い。
熱処理の時間は熱処理温度や製品の大巻さによって異な
るが、一般には7時間から3θ時間V1度が最適である
。熱処理後の急冷条件はα相中に固溶した偏析物が再び
結晶粒界に析出しない程度の速度であれば十分であシ、
具体的に杜方法としては、水や油による冷却方法があり
、その他液体窒素浸漬とか送風による冷却方法なども*
b得る。焼もどしは/θθ°C以上Jθ°C以下のIi
度で3時間以上30時間以下の範囲で行なうことが望ま
しい。この様にFRMに熱処理、急冷操作および焼吃ど
じを行なうことにより、マトリックス合金自体は一般の
熱処理効果に基づいた変化すなわち結晶粒界に存在し九
偏析物のα相中への固溶および析出により強化されてい
るのは轟然の事ながら、この様な処理を受けたFRMの
剪断強度は、処理前のFRMの剪断Ii!!度より大巾
に向上することが認められる。また処理前の引張シ及び
曲げ強度を維持しておシ模械強度のバランスの優れたF
RMが得られる。
本発明のFRMは種々の方法によって粂遺し得る。すな
わちその主なものとして、(1)液体金属含浸法のよう
な液相法、Q拡散接合のよりな固相法、に)粉末冶金(
焼結、溶結)法、(9)溶射、電析、蒸着などの沈積法
、(イ)押出、圧延などの塑性加工法、(、g);*圧
凝固鋳造法などが例示される。
本発明の効果が特に顕著に認められる方法は(1)の筐
体金属含浸法や(6)の高圧凝固鋳造法などのように1
11融金真と繊維が直接接触する場合であるが、0〜C
!:)に示される製造方法においても明らかに効果が認
められる。
この様にして製造され九FRMは他のアルミニウム合金
、または熱処理の行なわれていない場合と比較して、引
張りおよび曲げ強度はPI程度に維持されたまま大巾に
剪断強度の向上が藺められる。tた加工法上も既存のア
ルミニウムの設備、方法を何ら変更する事なく本発明を
実行てきることは実生産上からも非常に大きなメリット
である。以下本発明を実施例にょシさらに詳しく説明す
るが、本発明はこれによって限定されるものではない。
尚、IJ6Fi断わシのあるもの以外は全て重量饅を表
わすものとする。
実施例/ マトリックス金属としテAIJjGT (AJ3−4t
、、29bCu −0,3A *s+ −0,3%Mg
 −0,/θ%T1−0.θ/%Zn−0,00/%B
 )、およびAA−7θ76(u”−7、jlZn −
OJ6%Cu −0,6%Mg −/、 6%Mtr 
)を、無機質繊維としてアルミナ質僚維[M320.含
有率ざjチ、5io2含有率/jチ、平均歎絶径/41
pm、引張り強度/!;011?/m2 (ゲージ長−
0m)、弾性率、2J、 !00 FIEF/1112
 )を用いガス加圧含浸法にて溶湯温度UO″C1加圧
力jθ%/、、意の条件下、繊維体積含有率(Vf) 
jθチのFRMを作製した。
このFRMを第1表に示される条件で熱処理を行なった
また比較のため純度??、sチのアルミニウムおよびj
u −7,,5%MgをマトリックスとしたFRMを同
一条件で作製、第1表に示される熱処理を行なった。つ
いでこれらの成形体の剪断強度を測定した。参考のため
測定した曲げ強度を含めて第1表に結果を示した。これ
より銅または亜鉛を第一成分として含むアル鳳ニウム合
金に所定の熱処理を行なったFRMの剪断強度が著しく
高いことが認められる。
実施例λ マトリックス合金にAUjGTおよびAA7θ76合金
を用い、これらの合金中にバリウムをそれぞれθ、3チ
添加した合金を作製した。これらの合金と実施例/に用
いたアルミナ質繊維を実施例/と同様の方法で複合化し
、締維体積含有率SoチのFRMを作製した。これらの
FRMに第2表に示す熱処理をほどこし、実施例/と同
様に剪断強度、曲げ強度を測定した結果を第−表に示す
。この結果からバリウムを少量マトリックス合金中に添
加し熱処理することによって曲げ強度が著しく向上し、
曲げ強度と剪断強度のバランスの取れたFRMが得られ
ることが判る。
実施例3 無機質繊維に平均線維径7..5Am、引張り強度3θ
θ1層2、弾性率、23. fl ij/■2の炭素繊
維、平均繊維径/Sμm1引張り強度λV塾/”” 、
弾性率JJ〃シ/鱗2の遊離炭素を含むシリコンカーバ
イド繊維を用い、マトリックスとなるアルミニウム合金
にAUjGT −θ、3嗟Ba合金を、また比較のため
AJ −0,39GBm合金を用いて実施例/に示した
のと同じ方法でVf−30チのFRMを作製した。この
FRM成形体をjノS″Cで70時間熱処理したり水中
に投入急冷し、ついで760°Cで/θ時間焼もどしを
行なった。この成形体の剪断強皺曲げ強度を測定した結
果を第3表に示す。また比較のため熱処理を行なわない
成形体の剪断強度、曲げ強度を測定した結果もf!g3
表に示す。この結果かられかるように本発明に示された
製造方法によシ作られ九FRMは剪断強度、曲げ強度い
ずれも優れ良性能を示した。
手続補正書(自発) 昭和57年7 イ挾イ日 持r「庁長官  若 杉 和 夫 殿 1 事件の表示 昭和S6年 特許願第 194126  号2 発明Q
)名称 繊艙彊化金属複合材料 3?l’i+ +’T(4□ −j ル考事件とυ9関
係  特許出願人 (1所  大阪市東区北浜51″l−115番地名相\
 (209)住友化学下業株式会社代表若 上方 武 4代理 人 住 所  大阪市東区北浜5]゛目15番地5、補正の
対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。
6、補正の内容 1)明細書の91頁下から4行目の「アルミナ繊維」と
あるを「アルミナ質繊維」と訂正する。
2)同、112頁11行目の「などと共に」とあるを「
などの他に」と訂正する。
8)同、fli2頁14〜16行目の[引張り、曲げ強
度を高く保ちつつかつJとあるを削除する。
4)同、#i8頁14行目の「ことが望ましい、」と「
この理由からこれらの無機質」との間に次の文を挿入す
る「その為、これら無機繊維の表面を他物質で被覆する
ことで繊維界面でマ) IJフックス属との濡れ性、反
応性を調節することもできろ」 6)同、116頁4行目の「容湯」とあるを「溶湯」と
訂正する 6)IQI、I!6頁下から6行目の1れ性」とあるを
「Sれ性」と訂正する。
7)曙、l[7頁6行目の「金属同化合物」とあるを「
金属間化合物」と訂正する。
8)同、II7頁11行目の「でもかまわなし1゜」と
あるを「でもかまわな−1が一般番と−よマトリックス
合金の固相線より低い温度で行なうのが望ましい。」と
訂正する。
9)同、第8頁10〜12行目の「また処理前の引張り
及び曲げ強度を維持しており機械強度のバランスの優れ
たFRMが得られる。」とあるを削除する 1G)  同、@9頁7〜8行目の「引張りおよび曲げ
強度は同程度に維持されたまま」とあるを削除する。
11)同、第9頁14行目の「尚、%番よ」とあるを「
尚、実施例中%は」と訂正する。
12)同、1ilO頁下から4〜5行目の[参考のため
測定した曲げ強度を含めて」とあるを削除する。
18)同、j[11頁のtH1表を別紙1の通り訂正す
る。
14)同、@tS頁の第2表を別紙2の通り訂正する。
以上 茅U′へ/

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第2成分として銅または亜鉛を含みかつ熱処理可能なア
    ルミニウム合金をマトリックスとし無機質線維を強化材
    とした繊維強化金属複合材料をグθθ°C以上の温度に
    て溶体化処理後急冷、ついで100℃以上250℃以下
    の温度にて焼もどすことを特徴とする剪断強度にすぐれ
    た繊維強化金属複合材料。
JP19412681A 1981-09-01 1981-12-02 繊維強化金属複合材料 Granted JPS5896857A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19412681A JPS5896857A (ja) 1981-12-02 1981-12-02 繊維強化金属複合材料
US06/413,253 US4444603A (en) 1981-09-01 1982-08-31 Aluminum alloy reinforced with silica alumina fiber
EP82108013A EP0074067B1 (en) 1981-09-01 1982-08-31 Method for the preparation of fiber-reinforced metal composite material
DE8282108013T DE3268826D1 (en) 1981-09-01 1982-08-31 Method for the preparation of fiber-reinforced metal composite material
CA000410521A CA1202553A (en) 1981-09-01 1982-08-31 Method for the preparation of fiber-reinforced metal composite material

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111270173A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 湖南科技大学 一种碳化硅复合提高铝铜镁合金稳定性的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111270173A (zh) * 2018-12-05 2020-06-12 湖南科技大学 一种碳化硅复合提高铝铜镁合金稳定性的方法
CN111270173B (zh) * 2018-12-05 2021-04-06 湖南科技大学 一种碳化硅复合提高铝铜镁合金稳定性的方法

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