JPS6140724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無機質短繊維材をアルミニウムまた
はアルミニウム合金（以下、アルミニウムとい
う。）中に複合含有させた粒状物の製造方法に関
するものである。 近時、炭素質、炭化けい素質、アルミナ質など
の無機質短繊維材を強化材とし、これをマトリツ
クス材としてのアルミニウム中に分散含有させた
複合材が、その高温における優れた機械的性質に
着目され、高温特性を必要とする機械部材その他
に使用することが試みられている。 従来、このような無機質短繊維材をマトリツク
ス材としてのアルミニウム中に複合分散させる方
法として、アルミニウム溶湯中に繊維材を撹拌混
合する方法が知られているが、このような撹拌法
によつた場合は、溶湯中に混入させ得る繊維材に
量的制約があり、殊にアルミニウム溶湯に濡れ難
い繊維材を使用した場合において、繊維材が局所
的に偏在し勝ちであつて、均整に多量の繊維材を
分散した複合材を得ることが難しかつた。 本発明者らは、先に、溶融アルミニウム中に無
機質短繊維材を遠心混合し、この混合物を適宜粒
状化した後、この粒状複合物を溶融ないし半溶融
状に加熱した状態で圧縮成型するか、または粒状
複合物を加熱したアルミニウム溶湯中に混合し、
この混合溶融物を鋳型内に鋳造することによつて
比較的多量の繊維材を均整に分散した複合成形体
を得ることに成功した。（特願昭58−50504号、特
願昭59−65690号） 上記の方法によつて製られた複合成形体は、そ
のままの状態でも優れた機械的性質を有するの
で、直接機械部品のごとき成形体として使用する
こともできるが、ビレツトないしはスラブ状に成
形された複合体は、これに押出、圧延などの熱間
塑性加工を施すことが可能であつて、押出材や圧
延材に加工して広い分野に使用し得るのであつ
た。 しかしながら、上記従来の方法は、いずれも、
無機質短繊維材をマトリツクスとしてのアルミニ
ウム溶湯に加圧混合して得た複合凝固物を微細に
砕解して中間原料としての複合粒状物とし、この
粒状物を溶融ないし半溶融状に加熱した状態で加
圧成形するか、または、加熱したアルミニウム溶
湯中に混合溶解して、これを鋳型内に鋳造して成
形体とするのであるが、この場合、繊維材をアル
ミニウム溶湯に加圧混合して得た複合凝固物は、
その中に含まれている繊維材によつて強固に凝固
しているので、これを砕解して粒状度の整つた微
細な粒状物とするためには著しく長時間を要し、
能率よく多量の粒状物を得るには、かなりの困難
を伴うものであつた。 上記実情に鑑み、本発明者らは、特願昭58−
50504号および特願昭59−65690号の方法による複
合成形体の製造に使用する中間原料としての繊維
材とアルミニウムの複合粒状物をより能率よく多
量生産し得る方法を確立すべくさらに研究を重ね
た結果、強化材としての無機質短繊維材を、あら
かじめ容器内において撹拌混合するとき、繊維材
が互いに絡み合つて凝集し多数の微細な毛玉状の
凝集粒となること、このようにして微粒状化した
繊維材に極く微細の無機質粉末をまぶした後、こ
れに溶融アルミニウムを加圧混合して得られた複
合凝固物は、きわめて砕解され易いものであつて
容易に粒状度の整つた微細粒子に砕解し得るこ
と、さらに、このようにして製られた繊維材とア
ルミニウムからなる複合粒状物は、上記特願昭58
−50504号、特願昭59−65690号の方法における複
合粒と同様に、溶融ないし半溶融状態に加熱して
おいて加圧成形するか、または、これを加熱した
アルミニウム溶湯中に混合溶融した状態で鋳型に
鋳造することによつて、熱間塑性加工の可能な複
合成形体となし得ることなどを見出した。 本発明は、上記のごとき知見に基づいてなされ
たものである。 すなわち、本発明は、無機質短繊維材をあらか
じめ多数の毛玉状の凝集粒とし、この凝集粒に少
量の無機質微細粉末を添加し付着混入せしめた
後、これに溶融アルミニウムを加圧混合して得ら
れた凝固物を粒状に砕解することを特徴とする無
機質短繊維材とアルミニウムの複合粒状物の製造
方法である。 以下、本発明の方法について、さらに具体的に
説明する。 本発明の複合粒状物の製造に使用するアルミニ
ウムマトリツクス材としては、1000系の工業用普
通純度のアルミニウム、4000系の鋳物用アルミニ
ウム合金などを適宜使用することができる。ま
た、6000系や7000系の熱処理型展伸合金などを使
用してもよい。繊維材としては、炭素質繊維、炭
化けい素質繊維、アルミナ質繊維その他適宜の無
機質短繊維材を使用し得る。 本発明の方法においては、まず、上記したよう
な無機質短繊維材を凝集化して多数の毛玉状の凝
集粒とするのであるが、この凝集化は、繊維材を
撹拌機付の混合容器、回転混合機、Ｖ型混合機な
どの装置に収容し、暫時撹拌混合することによつ
て行わせることができる。例えば、繊維材を撹拌
翼付の混合容器内に収容し５〜30分程度撹拌を続
けると、容器内の繊維材は適度に切断粉砕されな
がら互いに絡み合つて、繊維材の種類によつて幾
分の違いはあるが、径0.1〜５mm程度の粒状の整
つた多数の毛玉状の凝集粒となる。 次いで、このように調整された繊維材の毛玉状
凝集粒に無機質微粉末を添加混合するのである
が、無機質微粉末としては、酸化アルミニウム、
酸化チタニウム、ちつ化けい素のようなアルミニ
ウム溶湯に反応し難いものであつて、可及的に微
細なものがよく、粉末の種類によつても幾分の違
いはあるが、径１μ以下好ましくは0.1μないし
それ以下のものを使用することが望ましい。この
ような粉末として、例えば市販の“アルミニウム
オキサイドＣ”（西独デグサ社製品）などが好適
に使用し得る。 繊維凝集粒と無機質微粉末と混合は、粉末を添
加した繊維凝集粒を十分にかき混ぜてまぶす方
法、繊維凝集粒をかき混ぜながらこれに粉末を水
またはアルコールのような分散媒中に分散させた
状態でスプレー散布する方法、粉末を懸濁させた
懸濁液中に繊維凝集粒を浸漬した後、別する方
法、その他適宜の方法によつて行うことができ
る。このようにして無機質粉末を混入付着した繊
維凝集粒を、必要に応じて乾燥し、これに溶融ア
ルミニウムを加圧混合して複合凝固物とする。 上記のように、繊維凝集粒に無機質微粉末を混
合することは、これによつて繊維凝集粒と溶融ア
ルミニウムとの複合凝固物に好ましい砕解性を与
えるためである。このような効果を発揮させるた
めに凝集粒に添加する微粉末の量は、きわめて微
量であつてよい。繊維凝集粒に大過量の粉末が付
着し混入していると、そのため凝集粒に対するア
ルミニウム溶湯の濡れ性が阻害され、次の溶湯混
合に際して、凝集粒内部への溶湯の浸入が妨げら
れるにとになるので避けることが望ましい。この
ような理由から、繊維凝集粒に対する無機質粉末
の混合割合は、使用する粉末の種類によつても多
少異なるが、混合によつて得られた凝集粒に付着
し混入している粉末量が、凝集粒を形成する繊維
材に対して体積比で0.5〜20％程度の範囲、好ま
しくは５〜10％程度となるように行うことが望ま
しい。 次に、上記のようにして無機質微粉末を添加し
た繊維凝集粒に溶融アルミニウムを加圧混合して
繊維粒内の空隙にアルミニウムを含浸させるので
あるが、この混合は高圧プレスのごときを使用し
て行うこともできるが、繊維粒内部にまで十分に
溶湯を浸透させるために遠心装置を使用して遠心
加圧下に混合することが望ましい。繊維凝集粒に
混合する溶融アルミニウムの量は、繊維凝集粒の
内部にまで十分に溶湯を含浸させるに必要な量で
あるが、著しく過剰の使用は避けることが望まし
い。 次いで、繊維凝集粒と溶融アルミニウムとの混
合物を冷却凝固させた後、凝固物を砕解してこれ
を粒状化する。この凝固物の砕解は、きわめて容
易であつて僅かの力によつて粒径0.1〜３mm程度
の粒状物に砕解することができる。この砕解に
は、圧砕機、叩解機、インペラのごときを使用す
ることができる。このようにして得られた粒状物
の繊維含有率は、通常は10〜20容量％程度のもの
であるが、繊維凝集粒と溶融アルミニウムの混合
に際して、繊維凝集粒を圧縮状態としておいて溶
湯を加圧混合することによつて、繊維含有率30容
量％程度までの複合粒状物を得ることができる。
砕解粒は、必要に応じて篩分けして粒状度を整え
る。 上記のようにして、本発明の方法によつて製ら
れた無機質短繊維材とアルミニウムの複合粒状物
は、必要に応じて酸またはアルカリ液によつて表
面を清浄化した後、特願昭58−50504号または特
願昭59−65690号に記載されている方法と同様の
方法によつて、溶融ないし半溶融状態に加熱して
おいて、直接加圧成形するか、または、これを加
熱したアルミニウム溶湯中に混合溶融して鋳型内
に重力鋳造、ダイカスト鋳造、または加圧鋳造し
て、所望形状の複合成形体とすることができる。
また、上記の方法によつてビレツトまたはスラブ
状に成形された複合粒状物は、これを通常のアル
ミニウム合金材の押出しまたは圧延におけると同
様にして熱間塑性加工を施すことによつて、無機
質短繊維材によつて複合強化された棒状または板
状の複合アルミニウム展伸材に成形することがで
きる。 上述のように、本発明は、無機質短繊維材をあ
らかじめ多数の毛玉状の繊維凝集粒とし、これに
無機質微細粉末を添加混合した後、この混合粒に
溶融アルミニウムを加圧混入して得られた凝固物
を砕解することによつて、特願昭58−50504号お
よび特願昭59−65690号に記載されているような
アルミニウム−繊維複合成形体の製造原料として
の繊維材を包含したアルミニウム複合粒状物の製
造方法であつて、本発明の方法によるときは、均
整な粒状度をもつた複合粒状物を容易に多量生産
し得るので、これを中間原料として製られたアル
ミニウム−繊維複合成形体の品質向上と生産コス
トの低減に著しく貢献し得るものである。 次に、本発明の実施例を掲げる。 実施例 １ マトリツクス材として2017Al合金を使用し、
強化材の無機質繊維材としてアルミナ短繊維（径
３μ×平均長さ約120μ）を使用した。 20部のアルミナ繊維材を容量５の撹拌翼付容
器内に容れ、約20分間撹拌混合を続けたところ、
容器内の繊維材は平均粒径約0.6mmの多数の凝集
粒状物となつた。 この凝集粒に粉末度約0.02μの微細酸化アルミ
ニウム粉末（西独デグサ社製“アルミニウムオキ
サイドＣ”）２部を添加しながら、さらに約15分
間十分な撹拌を継続した。 このようにして得た繊維凝集粒22部を遠心容器
内に収容し、これに加熱溶融したアルミニウム
100部を注加して遠心混合した後、凝固物をハン
マーミルを使用して砕解して、径0.1〜３mmの粒
度の整つた複合粒状物100部を得た。 砕解はきわめて容易に行われた。 上記複合粒状物を使用し、次のごとくして押出
材試料ＡおよびＢを作製した。 試料Ａ 複合粒状物を約700℃に加熱し、これを円筒形
金型に収容しプランヂヤをもつて径50mm×長さ
120mmのビレツト状に押し固めた後、これを押出
機のコンデンサ中に収容し、径10mmの丸棒状に熱
間押出成形（温度500℃）を施した。 試料Ｂ 複合粒状物50部を750℃に加熱溶融したアルミ
ニウム溶湯（2017Al合金）80部中に投入し、暫
時混合撹拌した後、径100mm×長さ140mmの円筒金
型にビレツト状に鋳込み、得られた複合鋳造体を
径10mmの丸棒状に熱間押出成形（温度450℃）を
施した。 実施例 ２ 実施例１と同様に、マトリツクス材として
6061Al合金を、繊維材としてアルミナ短繊維材
を使用した。 アルミナ繊維材を、実施例１と同様に、撹拌混
合して平均粒径約0.6mmの凝集粒状物とした。 上記繊維凝集粒状物15部を撹拌しながら、これ
に微細酸化アルミニウム粉末（西独デグサ社製
“アルミニウムオキサイドＣ”）の4.5％水性スラ
リー22.5部を少量宛スプレー散布して、十分に混
合した後、120℃に加熱乾燥した。 このようにして得た繊維凝集粒16.5部を遠心容
器に収容し、これに加熱溶融アルミニウム95部を
注加して遠心混合した後、凝固物をハンマーミル
によつて砕解して0.1〜３mmの粒度の整つた複合
粒状物約100部を得た。砕解はきわめて容易に行
われた。 上記複合粒状物を使用し、次のごとくして押出
材試料ＣおよびＤを作製した。 試料Ｃ 複合粒状物を約700℃に加熱し、実施例１にお
ける試料Ａと同様にして、径50mm×長さ120mmの
ビレツト状に押し固めた後、径10mmの丸棒状に熱
間押出成形（温度550℃）を施した。 試料Ｄ 複合粒状物50部を750℃に加熱したアルミニウ
ム溶湯（6061Al合金）50部中に投入し、暫時混
合撹拌した後、径100mm×長さ120mmの円筒金型に
ビレツト状に加圧鋳造（圧力150Kg/cm²）した。得
られた複合鋳造体に径10mmの丸棒状に熱間押出成
形（温度450℃）を施した。 実施例１および２によつて得られた押出成形試
料Ａ、Ｂ、ＣおよびＤについて、それぞれ常温お
よび高温における機械的特性を測定した結果は、
次のごとくであつた。 【表】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無機質短繊維材をあらかじめ多数の毛玉状の
   凝集粒とし、この凝集粒に少量の無機質微細粉末
   を添加し付着混入せしめた後、これに溶融アルミ
   ニウムを加圧混合して得られた凝固物を粒状に砕
   解することを特徴とする無機質短繊維材とアルミ
   ニウムの複合粒状物の製造方法。