JPS6289850A - Ａ１合金複合材料の製造方法 - 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】 本発明は、自動東、航空機等のエンジン部品や電算機、
医揄用機器等の分野において利用される、耐熱性及び比
強度等の優れたＡｌ合金複合材料を経済的に製造する方
法に関するものである。

［従来の技術］ 比りｉセ１．比強度、ＩＩ）ｉ熱性、耐摩耗性に優れ、
珪つ熱膨張係数の小さい材料として金属基複合材料が知
られており、こうした複合材料の１つとじてＳｉＣウィ
スカあるいはＳｉＣ繊維を強化材とし、Ａｌ合金をマ［
・す、クスとするＡｌ合金複合材料が提案されている。

ところで従来から提案されている１−記Ａｌ合金複合材
料は、マトリックスであるＡｌ合金としてＡＣＡＣ材、
２０１４材、６０６１材等の既存合金を使用しており、
Ａｌ合金とＳｉＣウィスカ等の組合せからなる複合材料
の強度等は溶湯鍛造段階では末だ不１−分であった。そ
の為該複合材料においては一般に熱処理を施こして強度
等を向にさせているが、こうした熱処理は煮外と長時間
を霊するものである為Ａｌ合合金金材ネ゛１の生に効−
４１が悪く生産コストの高１纏をまねくという問題点が
あった。特にＡｌ合合金金材才１を熱処理するに当たっ
ては溶体化処理の後時効処理を施こしているが、通゛１
へ溶体化処理に６〜１０時間１時間外時効処理く６〜１
０時間を要しており生産効−（ｌは↓１．だ悪いもので
あった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明はこうした・１警情に青［１してなされたもので
あって、生産コストを低減することのできる様なＡｌ合
金複合材料の製造方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段１ しかして上記［］的を達成した本発明とは、０．５〜３
　ｆｆ！　；Ｌ％のＭｇを含み、残部がＡｌ及び不ｆＩ
ｆ避不純物からなるＡｌ合金をマトリックスとする上記
複合材ｔ１を、４５０℃以上６５０℃以下の温度で少な
くとも１時間熱処理する点に費旨を有するものである。

［作用］ 従来のＡｌ合合金金材ネ１におけるマトリックス用Ａｌ
合金複合材料として１分に検討されたものではなく、既
存のＡｌ合金の中から適当に選択したものに過ぎない、
その為十分な機械的特性を有するＡｔ合金複合材料を得
ようとすると、溶体化処理に加えて時効処理を施こす必
要があり、熱処理に相当の時間を費す結果生産効率が悪
化した。

本発明者等はこうした事態を解決すべく検討を屯ねた結
果、既存のＡｌ合金をマトリックスとして使用する限り
熱処理条件の合理化は困難であり生産効率を向ヒさせる
ことができないとの結論に到達した。そこでＡｌ合金複
合材料用としてｉａ！、１１な組成のＡｌ合金殊に熱処
理操作の簡素化の為に溶体化処理だけでｌ−分な機械的
特性改善効果を得ることができる様なＡｌ合金組成並び
にその熱処理条件について研究した結果、前記構成に示
されるところの本発明を完成するに至った。

即ち本発明においてはマトリックスとして、Ｍｇを０．
５〜３屯早％（以下単に％という）含み、残部がＡｌ及
び不ｎ（避不純物からなる２元素Ａｌ合金を使用する必
要がある。Ｍｇ含有量が０．５％未満あるいは３％を超
える場合には熱処理による強度改善効果が小さく十分な
機械的特性を得ることができない、但し好ましいＭｇ含
有量は１％前後である。尚該Ａｔ合金は既存のＡｌ合金
に比べ組成が簡素である為溶製が容易であり生産コスト
の低減に寄ｔすることができるというメリットをも有し
ている。

」−記Ａｔ合金において不可砒不純物としては。

Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎｉが挙げられ、これらの
不ＩＩｆａ不純物はマトリックスの延性を低下させるの
で合計１１）を１％未満とすることが９まれる。またＴ
ｉ及びＢをＡｌ合金中に添加すると結晶粒を微細化させ
機械的特性を改善するので必要により０．２％以下の範
囲で添加してもよい。

次いでこうした組成のＡｌ合金とＳｔＣウィスカからな
る複合材料の強度を満足し得るレベルまで向りさせる為
に熱処理するに当たっては。

４５０℃以玉６５０℃以下の温度で少なくとも１時間加
熱する必要がある。該熱処理は溶体化処理に相当し、固
溶強化により強度を向上させている。熱処理温度が４５
０℃未満の場合には熱処理時間が長くなり２４時間を超
える為、生産に要する時間が長期化し生産効率が悪化す
る。一方６５０℃を超える温度で熱処理すると共晶化合
物の溶解やガスの発生等によりミクロ的な穴（欠陥）が
発生し強度が低下する。従って熱処理は４５０℃以上６
５０℃以下で行なう必要がある。

ｙ、１．記温度範囲で熱処理するに当たり熱処理時間は
１時間以上に設定する必要がある。ｌ！ｌち熱処理時間
が１時間未満の場合には複合材料を均等に加熱すること
が難しく、８効率も悪化する。尚熱処理後の冷却につい
ては特に制限がなく、水冷、湯冷、空冷、放冷９ｇ′１
冷のいずれでもよい。

［実施例］ 実施例１ 第１図は溶湯鍛造法（若しくは溶湯含浸法）によりＡｌ
合金複合材料を製造する場合の概略図を示す、製造に際
してはホルダー５によって固定された金型２内に予め成
形したＳｉＣウィスカ成形体３を配置し、次いで金型２
内へＡｌ合金溶湯４を注入する。注入が完了すると直ち
に可動ポンチｌを降下させ、溶湯を５００　ｋｇ４／ｃ
＋ａ２の圧力で加圧し、成形体３の空隙に溶出を浸透さ
せた後、加圧状態を保持しつつ溶湯を凝固させＡｌ合金
複合材料を作成した。ＳｉＣウィスカ成形体の形状は１
００ｍｍ’　Ｘ　Ｉ　Ｏ０！＋１１’　Ｘ　２０１１１
１’　で、空隙率は８０％であり、金型内径は１６０ｍ
ｍである。マトリフクスとなるＡｌ合金組成は、（１）
純Ａ　Ｉ　（９９，７％純度）、（ｚ）Ａｌ−１％Ｍ）
Ｈ合金、（３）Ａｌ−４％Ｍｇ合金の３種類（第１表参
照）とし、結晶粒微細化の為に０．０８％のＴｉをＴｉ
Ｂの形で添加した。これらＡｌ合金溶湯の注湯温度は、
溶湯の液相線温度より１４０°Ｃ高くし、成形体につい
ては溶湯の液相線温度より２０℃高い温度に予熱し、さ
らに金型温度は３５０℃とした。

この様にして得た３種類のＡｌ合金複合材料を第２表に
示す熱処理に付し、肖られた複合材料の機械的４．＋を
性を調へたところ第２図に示す結果が１１）られた。

（以下余白）、 第　　　１　　　表 第　　　２　　　表 第２図に７１ζす様に、Ａｌ−１％Ｍｇ合金をマトリッ
クスとする場合にはＴ４処理（溶体化処理）によって引
１玉強さは４２　ｋｇｆ／ｌｌ１ｍ２まで１ニジ７、シ
、Ｔ６処理（時効処理）材と同等のイ〆１が１１）られ
た。

これに対し純ＡｔではＴ４処理による強度改廊効果が不
十分であり、またＡｔ−４％Ｍｇ合金の強度改り効果は
Ａｔ−１％Ｍｇ合金に比へて劣るものであった。尚第２
図から理解される様にＴ６処理によっては強度改に効果
を何ら得ることができない。

実施例２ 実施例１と同様にして、Ａｌ−１％Ｍｇをマトリックス
とするＳｉＣウィスカ強化複合材ネ′１を作成し、Ｔ４
熱処理の保持温度を５３０℃に固定した場合の保持時間
と引張強さの関係を調査したところ第３図に示す結果が
得られた。尚熱処理後の冷却はすべて水冷とした。

第３１４に示す様に保持Ｉｔ！？間が８時間になるまで
引張強さは」−昇し、８１１′Ｆ間を超えると引張強さ
の向上は認められなかった。生産効−Ｖとの関係から保
持時間は短い程ｌＩｆましいことから、満足し得る引張
強さを得ることのできる範囲で好ましい保持時間は４〜
８時間であった。

［発［！１１の効果］ 本発明は以北の様に構成されており、マトリックスとし
てＭｇ含有−１が０．５〜３％のＡｌ合金を使用し、得
られた複合材料を４５０°Ｃ以−１−６５０°Ｃ以下で
溶体化処理することにより満足し得る機械的特性を有す
る複合材料を得ることができる。

即ち時効処理を省略することができるのでＡｌ合金複合
材料の生産性を高めることができ、生産コストを低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶湯鍛造法を示す概略説明図、第２ｔＮはＭｇ
ｅ度毎の熱処理条件と引張強さの関係を示すグラフ、第
３図は保持０１１間と引・ル強さの関係を示すグラフで
ある。 １・・弓１丁動子ンチ　　　２・・・金型３・・・成形
体　　　　　４・・・溶湯５・・・ホルダー 第１図 第２図 第３図 ｒゝ 保持時間（ｈｒ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＳｉＣウィスカあるいはＳｉＣ繊維を強化材とする複合
   材料の製造方法であって、０．５〜３重量％のＭｇを含
   み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるＡｌ合金をマ
   トリックスとする上記複合材料を、４５０℃以上６５０
   ℃以下の温度で少なくとも１時間熱処理することを特徴
   とするＡｌ合金複合材料の製造方法。