JPS59136445A - 炭素繊維強化アルミニウム合金 - Google Patents
炭素繊維強化アルミニウム合金Info
- Publication number
- JPS59136445A JPS59136445A JP1035183A JP1035183A JPS59136445A JP S59136445 A JPS59136445 A JP S59136445A JP 1035183 A JP1035183 A JP 1035183A JP 1035183 A JP1035183 A JP 1035183A JP S59136445 A JPS59136445 A JP S59136445A
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- Japan
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- aluminum alloy
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- carbon
- fiber
- reinforced aluminum
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は炭素繊維強化アルミニウム合金に係る。
自動車、航空機などの各種構成要素は軽量化の要請から
アルミニウム合金にて構成されることが多い。しかし一
般にアルミニウム合金は鉄鋼材料の如き他の材料に比し
て強度の如き機械的性質の点で劣っており、従って強度
が優れていることを要求される重要部品に対しアルミニ
ウム合金を適用することには限度がある。そのためこれ
らの技術分野に於ては、アルミニウム合金の如き軽金属
をアルミナIamや炭素繊維の如き強化繊維にて強化し
て繊維強化金属複合材料とし、その機械的性質を改善す
る試みが広く行われており、従来より種々の繊維強化金
属複合材料及びその製造方法が提案されている。
アルミニウム合金にて構成されることが多い。しかし一
般にアルミニウム合金は鉄鋼材料の如き他の材料に比し
て強度の如き機械的性質の点で劣っており、従って強度
が優れていることを要求される重要部品に対しアルミニ
ウム合金を適用することには限度がある。そのためこれ
らの技術分野に於ては、アルミニウム合金の如き軽金属
をアルミナIamや炭素繊維の如き強化繊維にて強化し
て繊維強化金属複合材料とし、その機械的性質を改善す
る試みが広く行われており、従来より種々の繊維強化金
属複合材料及びその製造方法が提案されている。
かかる繊維強化金属複合材料の−うとして、高強度及び
高剛性を有する炭素繊維を強化繊維としアルミニウム合
金をマトリックス金属とJる炭素繊維強化アルミニウム
合金は既に知られている。
高剛性を有する炭素繊維を強化繊維としアルミニウム合
金をマトリックス金属とJる炭素繊維強化アルミニウム
合金は既に知られている。
この炭素繊維強化アルミニウム合金に於ては、炭素繊維
とアルミニウム合金の溶湯との複合時に炭素繊維の表面
とアルミニウム合金中のアルミニウムとが炭化物生成反
応して炭素繊維が劣化することが知られてJ5す、この
ためかかる炭素繊維の劣化を防止すべく、従来より炭素
繊維とアルミニウム合金の溶湯との複合化に先立って、
炭素繊維の表面に炭化チタニウムや炭化ジルコニウムな
どの炭化物を形成し、これにより炭素繊維とマトリック
ス金属としてのフルミニ、ラム合金のアルミニウムとが
反応することを防止することが行われている。しかしこ
の方法に於ては、炭素繊維とアルミニウム合金の溶湯と
の複合化に先立って炭素繊維の表面に炭化物層を形成さ
せるという特別の工程を要り“るため、炭素繊維強化ア
ルミニウム合金の製造コストが高くなるだけでなく、炭
素繊維とアルミニウム合金との接着性は殆ど向上しない
ため炭素1jli雑強化アルミニウム合金の繊維配向9
0”方向、即ち炭素11i維の配向方向に対して9o°
の方向の強度を充分に向上させることができないという
欠点がある。
とアルミニウム合金の溶湯との複合時に炭素繊維の表面
とアルミニウム合金中のアルミニウムとが炭化物生成反
応して炭素繊維が劣化することが知られてJ5す、この
ためかかる炭素繊維の劣化を防止すべく、従来より炭素
繊維とアルミニウム合金の溶湯との複合化に先立って、
炭素繊維の表面に炭化チタニウムや炭化ジルコニウムな
どの炭化物を形成し、これにより炭素繊維とマトリック
ス金属としてのフルミニ、ラム合金のアルミニウムとが
反応することを防止することが行われている。しかしこ
の方法に於ては、炭素繊維とアルミニウム合金の溶湯と
の複合化に先立って炭素繊維の表面に炭化物層を形成さ
せるという特別の工程を要り“るため、炭素繊維強化ア
ルミニウム合金の製造コストが高くなるだけでなく、炭
素繊維とアルミニウム合金との接着性は殆ど向上しない
ため炭素1jli雑強化アルミニウム合金の繊維配向9
0”方向、即ち炭素11i維の配向方向に対して9o°
の方向の強度を充分に向上させることができないという
欠点がある。
また特公昭49−18891号に記載されている如く、
アルミニウム合金の溶湯中にアルミニウムよりも炭化物
形成傾向の強いチタニウムやジルコニウムなどの元素を
比較的多量に添加することにより、炭素繊維とアルミニ
ウム合金の溶湯とを複合化する際に炭素繊維の表面に炭
化チタニウムや炭化ジルコニウムの如き炭化’4hFu
を積極的に生成させ、これにより炭素繊維とアルミニウ
ム合金のアルミニウムとが反応づることを抑制する方法
が知られている。しかしこの方法に於ても、依然として
上記反応を十分には抑制することができないだけでなく
、脆い炭化物層の形成により炭素繊維強化アルミニウム
合金の強度が低下するという欠点がある。
アルミニウム合金の溶湯中にアルミニウムよりも炭化物
形成傾向の強いチタニウムやジルコニウムなどの元素を
比較的多量に添加することにより、炭素繊維とアルミニ
ウム合金の溶湯とを複合化する際に炭素繊維の表面に炭
化チタニウムや炭化ジルコニウムの如き炭化’4hFu
を積極的に生成させ、これにより炭素繊維とアルミニウ
ム合金のアルミニウムとが反応づることを抑制する方法
が知られている。しかしこの方法に於ても、依然として
上記反応を十分には抑制することができないだけでなく
、脆い炭化物層の形成により炭素繊維強化アルミニウム
合金の強度が低下するという欠点がある。
本発明は従来の炭素m紐強化アルミニウム合金に於ける
上記欠点に鑑み、炭素繊維とアルミニウム合金との接着
性に優れており、従って繊維配向0°方向、即ち炭素繊
維の配向方向のみならず繊維配向90°方向の強度の高
い炭素繊維強化アルミニウム合金を提供することを目的
としている。
上記欠点に鑑み、炭素繊維とアルミニウム合金との接着
性に優れており、従って繊維配向0°方向、即ち炭素繊
維の配向方向のみならず繊維配向90°方向の強度の高
い炭素繊維強化アルミニウム合金を提供することを目的
としている。
かかる目的は、本発明によれば、炭素繊維を強化繊維と
し、0.2〜’0.4’5wt%Ti、残部実質的にA
1なる組成を有するアルミニウム合金をマトリックス金
属とする炭素繊維強化アルミニウム合金によって達成さ
れる。
し、0.2〜’0.4’5wt%Ti、残部実質的にA
1なる組成を有するアルミニウム合金をマトリックス金
属とする炭素繊維強化アルミニウム合金によって達成さ
れる。
マトリックス金属としてのアルミニウム合金のチタニウ
ム含有量が0.2wt%未満である場合には、炭素繊維
とアルミニウム合金との接着性を向上させる効果が小さ
く、またチタニウム含有量が0.45wt%を越えると
炭素繊維の表面に炭化チタニウムが多量に生成し、また
アルミニウム合金の融点が著しく高くなり、炭素繊維と
アルミニウム合金の溶湯との複合化が困難になる。
ム含有量が0.2wt%未満である場合には、炭素繊維
とアルミニウム合金との接着性を向上させる効果が小さ
く、またチタニウム含有量が0.45wt%を越えると
炭素繊維の表面に炭化チタニウムが多量に生成し、また
アルミニウム合金の融点が著しく高くなり、炭素繊維と
アルミニウム合金の溶湯との複合化が困難になる。
本発明によれば、マトリックス金属としてのアルミニウ
ム合金のチタニウム含有量は0.2〜(45wt%に維
持されるので、炭素繊維とアルミニウム合金との接着性
に優れており、それ故繊維西向O°方向のみならずl1
li維配向90’方向の強バの高い炭素繊維強化アルミ
ニウム合金を得るこJができる。本発明による炭素vA
維強化アルミニ忙ム合金は、炭素繊維とアルミニウム合
金の溶湯2を短時間に複合化すべく、鋳型内に炭素1m
を内置し該鋳型内にアルミニウム合金の溶湯を注湯(該
アルミニウム合金の溶湯を前記鋳型内にて加りしつつ凝
固させる高圧鋳造法の如き加圧鋳造法(より製造される
ことが好ましい。
ム合金のチタニウム含有量は0.2〜(45wt%に維
持されるので、炭素繊維とアルミニウム合金との接着性
に優れており、それ故繊維西向O°方向のみならずl1
li維配向90’方向の強バの高い炭素繊維強化アルミ
ニウム合金を得るこJができる。本発明による炭素vA
維強化アルミニ忙ム合金は、炭素繊維とアルミニウム合
金の溶湯2を短時間に複合化すべく、鋳型内に炭素1m
を内置し該鋳型内にアルミニウム合金の溶湯を注湯(該
アルミニウム合金の溶湯を前記鋳型内にて加りしつつ凝
固させる高圧鋳造法の如き加圧鋳造法(より製造される
ことが好ましい。
尚本明m書に於て、アルミニウム合金のチタニウム含有
量の範囲を示ず「〜」の表示に於ては、その下限値及び
上限値がその範囲に含まれていシものとする。
量の範囲を示ず「〜」の表示に於ては、その下限値及び
上限値がその範囲に含まれていシものとする。
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施tについて
詳細に説明する。
詳細に説明する。
炭素繊維を強化繊維とし、チタニウムを含有するアルミ
ニウム合金をマトリックス金属とする炭)、 素繊維
強化アルミニウム合金に於て、チタニウム含有量が如何
なる範囲であることが妥当であるか己 の検討を行
うべく、アルミニウム合金中のチタニ1 ラム含有
量を種々の値に設定して炭素繊維強化アルミニウム合金
を製造し、それぞれについて曲げ、 試験を行った
。
ニウム合金をマトリックス金属とする炭)、 素繊維
強化アルミニウム合金に於て、チタニウム含有量が如何
なる範囲であることが妥当であるか己 の検討を行
うべく、アルミニウム合金中のチタニ1 ラム含有
量を種々の値に設定して炭素繊維強化アルミニウム合金
を製造し、それぞれについて曲げ、 試験を行った
。
まず純度99.8%のアルミニウムにAl−5C%Ti
合金を種々の量にて添加することにより1、 ゛ 下
記の表1に示す7種類のAl−Ti合金を形成卜
した。
合金を種々の量にて添加することにより1、 ゛ 下
記の表1に示す7種類のAl−Ti合金を形成卜
した。
表 に
−−一
一Ω
同
次いで繊維径7μ、長さ1’O’Ommの炭素繊M1(
東し株式会社製「トレカ」 (登録商標)M4’0゜1
ストランド= 60 ’O’0本)を一方向に揃え、バ
インダにて結着して縦16IIII111横38mm、
長さ10’Ommの形状に成形し、これを縦、横、長さ
がそれぞれ18 n+m、 4 ’Omm、12’Om
m、板厚immのステンレス鋼LJISM格S U S
3 ’04 )製のケース2内に収め、炭素繊維1を
ケース2ごと管状炉内にて800℃に予熱した。
東し株式会社製「トレカ」 (登録商標)M4’0゜1
ストランド= 60 ’O’0本)を一方向に揃え、バ
インダにて結着して縦16IIII111横38mm、
長さ10’Ommの形状に成形し、これを縦、横、長さ
がそれぞれ18 n+m、 4 ’Omm、12’Om
m、板厚immのステンレス鋼LJISM格S U S
3 ’04 )製のケース2内に収め、炭素繊維1を
ケース2ごと管状炉内にて800℃に予熱した。
次いで炭素繊維1をケース2ごと200℃に維持された
鋳型3のモールドキャビティ4内に配置し、モールドキ
ャビティ4内にアルミニウム合金の溶湯5を素早(注湯
し、溶湯5を200℃に維持されたプランジャ6により
10 ’O’Okg/ rn’の圧力に加圧した。そし
てこの加圧状態をアルミニウム合金の溶湯5が完全に凝
固するまで保持した。
鋳型3のモールドキャビティ4内に配置し、モールドキ
ャビティ4内にアルミニウム合金の溶湯5を素早(注湯
し、溶湯5を200℃に維持されたプランジャ6により
10 ’O’Okg/ rn’の圧力に加圧した。そし
てこの加圧状態をアルミニウム合金の溶湯5が完全に凝
固するまで保持した。
この場合の各アルミニウム合金溶湯の注湯時の温痩を下
記の表2に示プ。
記の表2に示プ。
表 2
合金No、 注湯湿度(’C)1 8 ’
O’0 800 850 870 890 6 9 ’O’0 7 9 ’O’0 かくして鋳型3内の溶湯が完全に凝固した後、その凝固
体をノックアウトビン7により鋳型3より取出し、ケー
ス2の周りにあるアルミニウム合金を切削により除去し
てケース2を取出し、更にケースより炭素繊維1とアル
ミニウム合金とよりなる炭素繊維強化アルミニウム合金
を取出した。
O’0 800 850 870 890 6 9 ’O’0 7 9 ’O’0 かくして鋳型3内の溶湯が完全に凝固した後、その凝固
体をノックアウトビン7により鋳型3より取出し、ケー
ス2の周りにあるアルミニウム合金を切削により除去し
てケース2を取出し、更にケースより炭素繊維1とアル
ミニウム合金とよりなる炭素繊維強化アルミニウム合金
を取出した。
以上の如く製造された各炭素繊維強化アルミニウム合金
より、炭素繊維の配向方向に沿って長さ10’Omm、
厚さ2111111.幅1.’On+nl)曲げ試験片
を切出し、それぞれの曲げ試験片について支点間距離4
0mn+にて繊維配向O°力方向三点曲げ試験を行った
。また各炭素#JAtIg1強化アルミニウム合金より
炭素繊維の配向方向に直交する方向を長手方向とする長
さ36mm、厚さ2111111.幅1’Ommの曲げ
試験片を切出し、支点開路111t3’ommにて繊維
配向90°方向の三点曲げ試験を行った。尚これらの曲
げ試験に於ては、破断時に於ける表面応力M / 、Z
(M=破断時に於ける曲げモーメント、Z−曲げ試験片
の断面係数)を炭素繊維強化アルミニウム合金の曲げ強
さとして測定した。この曲げ試験の結果を第3図に示す
。
より、炭素繊維の配向方向に沿って長さ10’Omm、
厚さ2111111.幅1.’On+nl)曲げ試験片
を切出し、それぞれの曲げ試験片について支点間距離4
0mn+にて繊維配向O°力方向三点曲げ試験を行った
。また各炭素#JAtIg1強化アルミニウム合金より
炭素繊維の配向方向に直交する方向を長手方向とする長
さ36mm、厚さ2111111.幅1’Ommの曲げ
試験片を切出し、支点開路111t3’ommにて繊維
配向90°方向の三点曲げ試験を行った。尚これらの曲
げ試験に於ては、破断時に於ける表面応力M / 、Z
(M=破断時に於ける曲げモーメント、Z−曲げ試験片
の断面係数)を炭素繊維強化アルミニウム合金の曲げ強
さとして測定した。この曲げ試験の結果を第3図に示す
。
第3図より、繊維配向906方向の曲げ強さはアルミニ
ウム合金中のチタニウム含有量が0.2〜Q、5wt%
である場合に大きく向上するが、繊維配向O°方向の曲
げ強さはチタニウム含有量が0.45wt%を越えると
急激に低下することが解る。従って繊維配向O°力方向
び繊維配向90’方向の強度を向上させるためには、マ
トリックス金属としてのアルミニウム合金のチタニウム
含有量は0.2〜0.45wt%であることが必要であ
り、好ましくは0.25〜0.45wt%であることが
解る。
ウム合金中のチタニウム含有量が0.2〜Q、5wt%
である場合に大きく向上するが、繊維配向O°方向の曲
げ強さはチタニウム含有量が0.45wt%を越えると
急激に低下することが解る。従って繊維配向O°力方向
び繊維配向90’方向の強度を向上させるためには、マ
トリックス金属としてのアルミニウム合金のチタニウム
含有量は0.2〜0.45wt%であることが必要であ
り、好ましくは0.25〜0.45wt%であることが
解る。
また上述の如く製造された炭素繊維強化アルミニウム合
金についてEPMA(電子線マイクロアナライザ)にて
分析を行ったところ、チタニウム含有量が0.5wt%
以上であるものに於ては、炭素繊維の表面に炭化チタニ
ウムが生成しており、この炭化チタニウムの生成により
曲げ強さが低下せしめられたものと考えられる。これに
対しチタニウム含有量が0.2〜0.45wt%である
ものに於ては、炭素繊維の表面に炭化チタニウムが生成
していることは認められず、炭素繊維の表面近傍にチタ
ニウムの元素が集合しており、このチタニウムの作用に
よって炭素繊維とアルミニウム合金との接着性が改善さ
れ、これにより第3図に示されている如く繊維配向0°
方向及び繊維配向90°方向の曲げ強さが向上されたも
のと推測される。
金についてEPMA(電子線マイクロアナライザ)にて
分析を行ったところ、チタニウム含有量が0.5wt%
以上であるものに於ては、炭素繊維の表面に炭化チタニ
ウムが生成しており、この炭化チタニウムの生成により
曲げ強さが低下せしめられたものと考えられる。これに
対しチタニウム含有量が0.2〜0.45wt%である
ものに於ては、炭素繊維の表面に炭化チタニウムが生成
していることは認められず、炭素繊維の表面近傍にチタ
ニウムの元素が集合しており、このチタニウムの作用に
よって炭素繊維とアルミニウム合金との接着性が改善さ
れ、これにより第3図に示されている如く繊維配向0°
方向及び繊維配向90°方向の曲げ強さが向上されたも
のと推測される。
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、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて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。
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて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。
第1図及び第2図は本発明による炭素繊維強化アルミニ
ウム合金の製造工程を示す解図、第3図はチタニウム含
有量を種々の値に設定して製造された炭素繊維強化アル
ミニウム合金についての繊維配向O°力方向び繊維配向
90°方向の曲げ強さを示すグラフである。 1・・・炭素繊維、2・・・ケース、3・・・鋳型、4
・・・モールドキャビティ、5・・・アルミニウム合金
の溶湯。 6・・・プランジャ、7・・・ノックアラ1ヘビン特
許 出 願 人 トヨタ自動車株式会社同
東し株式会社
ウム合金の製造工程を示す解図、第3図はチタニウム含
有量を種々の値に設定して製造された炭素繊維強化アル
ミニウム合金についての繊維配向O°力方向び繊維配向
90°方向の曲げ強さを示すグラフである。 1・・・炭素繊維、2・・・ケース、3・・・鋳型、4
・・・モールドキャビティ、5・・・アルミニウム合金
の溶湯。 6・・・プランジャ、7・・・ノックアラ1ヘビン特
許 出 願 人 トヨタ自動車株式会社同
東し株式会社
Claims (1)
- 炭素繊維を強化繊維とし、0.2〜0.45wt%T1
、残部実質的にA1なる組成を有するアルミニウム合金
をマトリックス金属とする炭素繊維強化アルミニウム合
金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035183A JPS59136445A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 炭素繊維強化アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1035183A JPS59136445A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 炭素繊維強化アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59136445A true JPS59136445A (ja) | 1984-08-06 |
| JPH034614B2 JPH034614B2 (ja) | 1991-01-23 |
Family
ID=11747763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1035183A Granted JPS59136445A (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | 炭素繊維強化アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59136445A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111270170A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-06-12 | 冮振双 | 一种碳纤维电机的制作工艺 |
-
1983
- 1983-01-24 JP JP1035183A patent/JPS59136445A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111270170A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-06-12 | 冮振双 | 一种碳纤维电机的制作工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH034614B2 (ja) | 1991-01-23 |
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