JPS6244542A - 複合金属材料 - Google Patents

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】 産業上の利用分野 この発明（は、複合金属材料に関する。

従来の技術 繊維強化金属複合材料（ＦＲＭ）は、金属のみからなる
材ね（こくらへて比強度や比弾性キなどの諸特性が磨れ
ていることから、いろいろな分野で注目されている。

ところで、そのＪ：うなＦＲＭを実際に使用する場合、
ＦＲＭ同士またはＦＲＭと他の金属材料等とを溶接によ
り結合したい場合が多々ある。しかしながら、溶接によ
る結合は、ＦＲＭの繊維体積含有率が非常に低い場合、
つまりマトリクス金属の含有率が高くて金属のみからな
る材料に近い特性を示すようなものである場合はともか
く、補強繊維が邪魔するために極めて難しい。溶接によ
らない、たとえばボルトによる結合も考えられるが、Ｆ
ＲＭに直接ボルト孔を加工すると補強繊維が切断され、
強度が著しく低下してしまう。そのため、たとえばＦＲ
Ｍに金属板を接合し、その金属板の部分で溶接を行った
り、金属板にボルト孔を加工するようなことが試みられ
ている。しかして、ＦＲＭと金属板との接合は、それら
の間に金属粉や金網などを挾み、加圧、加熱するか、金
属板の上にマトリクス金属をメッキ等により被覆した補
強繊維を並へ、加圧、加熱してＦＲＭの成形と同時に行
っている。しかしながら、このようにして得られた材料
は界面の接合強度が低く、界面がまず破壊し、そこから
月利の破壊が進行するので、機械的強度、特に疲労強度
や衝撃強度が低いという欠点がある。

一方、特願昭５９−３２５８２＠明細出に記載された発
明においては、ＦＲＭの表面に金属板を当て、それを鋳
型に入れて金属を鋳込み、その俊鋳込み金属を切削、除
去することにより、ＦＲＭと金属板とが鋳込み金属で接
合されているにうな複合金属材料を得ている。しかしな
がら、この材料もまた界面の接合強度がそれほど高くな
い。

発明が解決しようとする問題点 この発明の目的は、従来の材料の上記欠点を解決し、他
の、たとえば金属材ＩＩとの結合が容易であるばかりか
、ＦＲＭとそれを苛っている金属との接合強度が高く、
機械的強度、特に疲労強度や衝撃強度の高い複合金属材
料を提供するにある。

問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明においては、マト
リクス金属と補強繊維とを複合してなる複合材料が金属
の薄層で覆われており、さらにその金属被覆複合材料が
金属中に鋳込まれていることを特徴とする複合金属材料
が提供される。

この発明をその製造方法とともにざらに詳細に説明する
に、上記マトリクス金属は、ＦＲＭにおいて通常使用さ
れている、たとえばアルミニウム、マグネシウム、銅、
錫、ニッケル、鉛などの単体金属、またはそのＪ：うな
単体金属の少なくとも１種を主成分とする合金のような
ものでおる。

補強繊維もまた、ＦＲＭにおいて通常使用されている、
たとえば炭素繊維、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊
維、炭化ケイ素繊維、ポロン繊維のようなものである。

これらの補強繊維は、長繊維の形態であっても短繊維の
形態であってもＪζく、また織物やマットなどの、いわ
ゆるイロ帛形態であってもよい。また、この発明におい
ては、補強繊維として、たとえば炭化ケイ素、窒化ケイ
素、チタン酸カリなどのウィスカを使用することも可能
である。

この発明においては、まず、上述したマトリクス金属と
補強繊維とを用いてＦＲＭを製造する。

ＦＲＭの製造は、従来周知の、たとえば高圧紡造法によ
ることができる。また、粉末冶金法、拡散接合法、イオ
ンブレーティング法、ＣＶＤ法（化学気相然若法）など
によってマトリクス金属と補強繊維とを集合せしめた後
にホットプレスする、いわゆるホットプレス法によるこ
とができる。

次に、ＦＲＭの表面に金属の薄層を形成し、金属被覆複
合材料を得る。金属の薄層は、ＦＲＭと鋳込み金属との
間にあってそれら両者の接合強度を向上させ、ひいては
材ＩＩの機械的強度を向上させる、いわゆる接着剤のよ
うな作用をもつものでその厚みは０．０１〜１ｍｍ程度
でよい。好ましくは、０．１〜Ｑ、５ｍｍである。この
薄層は、電気メッキ、無電解メッキ、溶射、蒸谷、イオ
ンブレーティングなどの方法によって形成されたもので
あるのが好ましいが、特に限定されるものではない。し
かして、このとぎ使用する金属は、上記マトリクス金属
と同じであってもよいし、後述する鋳込み金属と同じで
あってもにい。また、鋳込み金属と合金化しやすい、ま
たは合金化しにくい、鋳込み金属とは別の金属であって
もよい。たとえば、銅、ニッケル、アルミニウム、マグ
ネシウム、チタン、クロム、鉄、錫などを使用すること
ができる。なお、金属の薄層は、ＦＲＭの仝表面に施こ
されているのが好ましいが、Ｆ　Ｒｌ’ｖ１が、たとえ
ば補強繊維が一方向に互いに並行に延在しているような
ものである場合には、補強繊維の端面が現われている面
を除くその他の面のみに施されることであってもよい。

次に、上記金属被覆複合材料を、鋳型内の所望の位置に
、たとえば吊して保持した後、そのｖ１′型に溶融金属
を注ぎ込み、ざらに必要に応じて５００〜１０００ＫＣ
Ｉ／ｃｒｎ２程度の圧力をかけて鋳込む。これにより、
この発明の複合金属材料が１ｑられる。鋳込み厚みは任
意でよい。また、鋳込み金属としては、たとえばアルミ
ニウム、マグネシウム、銅、錫、鉛、亜鉛、鉄、ニッケ
ル、コバルトなどの単体金属、またはそのような単体金
属の少なくとも１種を主成分とする合金などを用途等に
応じて選択、使用することができる。鋳込みに際して、
金属被覆複合材料をそのマトリクス金属の融点下３００
℃から融点以上１００’Ｃの温度に予熱するのも好まし
い。この予熱は、金属の薄層が酸化しやすいものでおる
場合には、窒素ガスなどの不活性雰囲気中で行うのが好
ましい。なお、マトリクス金属、薄層を形成している金
属および紡込み金属がたとえ同一金属でおっても、薄層
形成時や鋳込み時の熱腹歴等が異なるため、材料の顕微
鏡観察により、これら３者を明瞭に区別、確認すること
ができる。

以下、実施例に基いてこの発明をざらに詳細に説明する
。

実施例 東し株式会社製炭素繊維″トレカ”Ｍ２Ｏ（単糸径：　
６μｍ、フィラメンｌ−数：　３０００本）を一方向に
互に並行に引き揃え、これを鋳型に入れ、そのｖＪ型に
△Ａ規格５０５６の溶融アルミニウム合金（温ｊ哀：約
７５０’Ｃ）を注ぎ込み、約５００にΩ／Ｃｍ２の圧力
をかけて上記炭素繊維の引揃え体に含浸し、アルミニウ
ム合金をマトリクス金属とするＦＲＭを得た。

次に、上記ＦＲＭを炭素繊維の引揃え方向を長手方向と
して縦”ｌＱｍｍ、横１０ｍｍ、長さ１０Ｑｍｍの大き
さに切り出し、電気メツキ法を用いて長手方向両端面を
除くその他の面にＱ、３ｍｍ厚になるようにニッケルを
メッキし、ニッケル被覆複合材料を得た。

次に、上記ニッケル被覆複合材料を窒素ガス雰囲気中で
約４００℃に予熱した後鋳型内に吊し、その鋳型に温度
が約７５０’Ｃである溶融アルミニウム合金（ＪＩＳ　
　ＡＣ４Ｃ）を注ぎ込み、ざらに約５００ＫＣ］／ｃｒ
ｎ２の圧力を加えながら固化させてこの発明の複合金属
材料を’＋Ｆ′Ｉた。この材料の横断面を顕微鏡で［Ｑ
察したところ、ＦＲＭと鋳込みアルミニウム合金とがよ
く接合してあり、ボイドや割れなどは全く見当らなかっ
た。

発明の効果 この発明の複合金属材料は、ＦＲＭと鋳込み金属との間
に金属の薄層が存在し、それがＦＲＭと鋳込み金属との
接合に関して接着剤のような役目を果しているので、両
者の接合強度が極めて高く、ＦＲＭと鋳込み金属との界
面がまず破壊してその部分から材料の破壊が進行するの
を防止することができ、機械的強度、特に疲労強度や衝
撃強度が大ぎく向上する。

また、この発明の材１１は、周囲が鋳込み金属で覆われ
ているから、金属のみからなる材料と同様に溶接を容易
かつ強固に行うことができ、また鋳込み金属にボルト孔
を加工しても補強繊維を切断してしまうことがないので
、他の、たとえば金属材料等との結合が容易でおるばか
りか、結合による４：Ａ料の強度低下を・し防止するこ
とかできる。

さらに、ＦＲＭのマトリクスとして使用できる金属は、
補強繊維とのなじみの問題などもあって限られているが
、錆込み金属にはそのような制約がないので、たとえば
表面に囲動１ｈ性の優れた金属を配置するといったこと
が可能になり、材料の用途が大きく広がる。

ざらにまた、鋳込みにより、内部の所望の位置にＦＲＭ
を位置せしめることができることから、この発明の材料
は、たとえば複雑な形状の（苺造物等を溝成する場合で
も、応力がかかる部分のみにＦＲＭが位置するようにす
ることができ、その部分を集中的に強化することができ
る。

この発明の材料は、上ｊホしたような特長から、たとえ
ばピストン、ピストンピン、コネクティングロッドなど
の内燃機関用部品や、軸受なとの各種摺動部品、ゴルフ
クラブヘッドなどのスポーツ用品など、いろいろな用途
に供することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マトリクス金属と補強繊維とを複合してなる複合材料が
   金属の薄層で覆われており、さらにその金属被覆複合材
   料が金属中に鋳込まれていることを特徴とする複合金属
   材料。