JPS6410581B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、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またはア
ルミニウム合金（以下、アルミニウムという。）
中に分散含有させた複合鋳造体の製造法に関する
ものである。 従来の技術 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
複合材は、アルミニウム材の有する軽量性に加え
て優れた機械的強度や耐摩耗性を有するので、
種々の機械部材として広く利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複合含有さ
せたアルミニウム鋳造体を得る方法として、鋳型
内に短繊維材を充填し、これにアルミニウム溶湯
を加圧混合する方法が知られている。しかし、こ
のようにして得られる鋳造体は、その中に含まれ
る繊維材が局部的に偏在し勝ちであつて、均一に
繊維材を分散含有した複合体を得ることが困難で
あつた。そこで、上記のようにして、アルミニウ
ム溶湯を繊維材に加圧混合して得た凝固塊を、そ
のまま、またはこれにアルミニウム溶湯を加え
て、加熱し再溶融した後、所望形状の鋳型に再鋳
造する試みもなされている。しかしながら、この
ようにして得られた溶湯は、多量の繊維材を不規
則に含有しているので極度に湯流れが悪く、複雑
な形状の鋳型に鋳込むことが難しく、したがつ
て、得られる複合鋳造体は、形状的に自ら制約を
受けるものであつた。 本発明者らは、先に、無機質短繊維材にアルミ
ニウム溶湯を加圧混合して得た凝固塊を、微細な
粒状に砕解しておいてから、この砕解粒を２次的
に加えたアルミニウム溶湯中に溶融し、この溶湯
を任意形状の鋳型に鋳造する複合鋳造体の製造法
を提案した。（特願昭59−65690号） 上記特願昭59−65690号の方法は、無機質短繊
維材とアルミニウムとの複合凝固物を一度微細粒
状に砕解しておいて、これを２次的に加えられた
アルミニウム溶湯中に再溶融することによつて、
繊維含有溶湯の湯流れを改善し、複合凝固物の再
鋳造を容易としたものであるが、この方法にも、
なお、次のような欠点があつた。すなわち、この
方法において、無機質短繊維材にアルミニウム溶
湯を加圧混合して得た複合凝固物は、その中に不
規則に含まれている多量の繊維材によつて強固に
補強された状態で凝固しているので、これの砕解
には著しく困難を伴い、工業的に多量の微粒状物
を得るには、可成りの長時間を要するものであつ
た。 問題点を解決するための手段 本発明者らは、上記従来法における問題点の解
決を図るため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容器内において撹拌混合
することによつて、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し得るこ
と、このように毛玉状に凝集された繊維材に溶融
アルミニウムを混合して得られた溶湯は、繊維材
を不規則に含有する従来の溶湯に比べて、はるか
に流動性がよく、容易に任意形状の鋳型に鋳造し
得ること、および、このようにして鋳造された鋳
造体は、従来の複合鋳造体に比べて、はるかに塑
性加工性がよく、押出しまたは圧延などによつて
容易に複合展伸加工材となし得ることなどの一連
の事実を見出した。 本発明は、上記の知見に基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ておき、この繊維
凝集粒にアルミニウム溶湯を混合して得た繊維混
合溶湯をそのまま、または一度凝固させた後再溶
融し、任意形状に鋳造する繊維強化アルミニウム
複合鋳造体の製造法である。 以下、本発明の方法について、さらに具体的に
説明する。 本発明の方法においては、まず、強化材として
の無機質短繊維材を多数の毛玉状の凝集粒とする
のであるが、使用する無機質短繊維材としては、
炭素質繊維、炭化けい素質繊維、アルミナ質繊維
その他適宜の繊維材を用いることができる。凝集
化は、これらの繊維材を撹拌翼付の混合容器、回
転混合機、Ｖ型混合機などに収容し、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小型混合容器内に収容し
５〜30分間程度撹拌を続けると、容器内の繊維材
は適度に切断されながら互いに絡み合つて、繊維
材の種類によつて多少の違いはあるが、径0.1〜
３mm程度の粒状の整つた多数の毛玉状の凝集粒が
得られる。 凝集化のための繊維材の長さは、数cm程度の比
較的長い繊維を含む市販の短繊維材をそのまま使
用することもできるが、あらかじめ１cmないしは
それ以下、好ましくは0.1〜１cm程度の長さに調
整された繊維材を使用することは、凝集化に要す
る時間を短縮し、かつ、整つた粒状の凝集粒を得
るうえから望ましいことである。 繊維材の凝集化は、乾燥繊維材をそのまま撹拌
することによつて行わせることができるが、撹拌
によつて生ずる微細に切断された繊維材の飛散に
よつて生ずる損失を少くし、かつ短時間に効率よ
く生玉状に凝集させるには、繊維材に少量の水を
散布し適度の湿り気を与えながら撹拌し凝集化さ
せることが望ましい。また、繊維材を水または低
級アルコールのような適宜の分散媒中に濃厚に懸
濁させた状態で撹拌することによつても凝集化さ
せることができる。 次いで、上記のように調製された毛玉状繊維凝
集粒を、必要に応じて乾燥した後、これにマトリ
ツクス材としてのアルミニウム溶湯を混合する。
アルミニウム溶湯としては、100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
ムその他目的に応じて適宜の合金材を使用するこ
とができる。また、6000系や7000系熱処理型の展
伸加工用合金などを使用してもよい。繊維凝集粒
にアルミニウム溶湯を混合するには、繊維粒内の
空隙にアルミニウム溶湯が十分に浸透するよう
に、溶湯に圧力を加えて行うことが望ましい。こ
の加圧混合は容器内に収容した繊維粒に、高圧プ
レスのごときを使用し溶湯を圧入して行うことも
できるが、繊維凝集粒の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
に混合するときは、一層容易に繊維凝集粒の内部
にまでアルミニウム溶湯を浸透させることができ
る。このようにして得られる繊維凝集粒とアルミ
ニウム溶湯の混合物中の繊維含有率は、５〜20容
量％程度であるが、繊維凝集粒を圧縮状態として
おいて、これに溶湯を加圧混合することによつ
て、30容量％程度の高密度に繊維を含有する混合
溶湯を得ることができる。このような高密度に繊
維粒を含有する混合溶湯を調製しようとする場
合、あらかじめ繊維凝集粒に少量の径数μ以下の
極く微細な例えば酸化アルミニウムのようなアル
ミニウム溶湯に反応し難い無機質粉末をまぶして
おくことは、混合溶湯を凝固させた後に再溶解す
るに際して、繊維粒が溶湯中に均整に分散するこ
とを助けるので望ましくことである。 次に、上記のようにして得た毛玉状繊維凝集粒
とアルミニウム溶湯との混合溶湯を任意形状の鋳
型に鋳込むのであるが、この鋳込みは混合溶湯を
そのまま直接鋳型内に流し込んでもよいが、溶湯
を一度凝固させておいて、この複合凝固塊を加熱
によつて再溶融した後、鋳造する方が鋳造作業が
容易となり、均整な鋳造体を得易いので望まし
い。 複合凝固塊の再溶融には、通常金属溶融に使用
される外熱炉を使用して行うことができるが、高
周波または低周波誘導炉を使用するときは、溶融
を一層能率よく行うことができる。溶融は凝固塊
をそのままの形状で行つてもよく、また、必要に
応じて適宜大きさの塊粒状に破砕して行つてもよ
い。鋳造に際して溶湯中の繊維材の含有量を鋳造
体の使途に応じた濃度に調整するために、適宜量
のアルミニウム溶湯を２次的に加えることが望ま
しい。 上記のようにして得られた繊維材と溶融アルミ
ニウムとの混合溶湯は、短繊維材を毛玉状の凝集
粒として分散含有したものであるから、従来の繊
維材をそのままの形状で不規則に含有させた溶湯
に比べて、はるかに湯流れがよく、重力鋳造、連
続水冷鋳造、ダイカスト、溶湯鍛造その他適宜の
方法によつて所望形状の複合体に鋳造することが
できる。また、本発明の方法によつてビレツトま
たはスラブ状に鋳造された鋳造体は、従来の繊維
材を不規則に含有する複合鋳造体に比べて、はる
かに塑性加工性に富み、通常のアルミニウム合金
材の押出しまたは圧延加工と同様にして、容易に
熱間展伸加工を施し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
材に成形することができる。 発明の効果 上述のように、本発明は、強化材としての無機
質短繊維材をあらかじめ多数の毛玉状の凝集粒と
しておいて、これにアルミニウム溶湯を加圧混合
して得た溶湯をそのまま、または、一度凝固させ
た後再溶融して鋳造する複合鋳造体の製造法であ
るから、特願昭59−65690号におけるような繊維
材とアルミニウム溶湯との複合凝固塊を、微細な
粒状物にまで砕解することを必要とせず、したが
つて、特願昭59−65690号の方法に比べて、生産
コストを低減し、かつ工業的多量生産を容易とし
たものであり、また、短繊維材をそのままアルミ
ニウム溶湯中に分散含有させた従来の複合鋳造体
製造における溶湯に比べて、はるかに鋳造性にお
いて優れており、容易に複雑な形状の鋳造体を鋳
造することができ、しかも、このようにして得た
鋳造体は、塑性加工性を有し、容易に複合展伸加
工を施し得るなどの優れた効果を有する。 実施例 次に、本発明方法の実施例を掲げる。 実施例 １ マトリツクス材として2017Al合金を使用し、
無機繊維材としてアルミナ短繊維（径3μ×長さ
0.1〜１cm）を使用した。 ２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分間撹拌混合し、平均粒径約
0.6mmの多数の毛玉状の凝集粒を得た。 上記繊維凝集粒0.4Kg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合金溶湯
（A2017合金）４Kgを加えて約15分間遠心混合し
た後、内容物を凝固させた。 上記凝固塊4.4Kgを黒鉛坩堝に容れ、電気炉で
650℃に溶解し、十分にかき混ぜた後、金型を使
用し径40mm×長さ120mmのビレツト状に鋳造した。 上記ビレツト状複合鋳造体に熱間押出成形
（450℃）を施し、径10mmの丸棒とした（試料Ａ） 実施例 ２ 実施例１と同様にしてアルミナ繊維凝集粒を調
製した。この繊維凝集粒20に微細アルミナ粉末
（平均粒径約0.1μ）５ｇを添加し、十分にまぶし
た。 上記繊維凝集粒0.4Kgを遠心容器に収容し、こ
れに加熱溶触したアルミニウム合金溶湯（A2017
合金）3.5Kgを注加し遠心混合した後、内容物を
未凝固のままあらかじめ用意されたアルミニウム
溶湯（A2017合金）3.5Kgの中に加えて、十分か
き混ぜた後、円筒型金型に鋳造し、径40mm×長さ
120mmのビレツト状の複合鋳造体を得た。 上記複合鋳造体を径10mmの丸棒状に熱間押出成
形（450℃）した。（試料Ｂ） 実施例 ３ 実施例１と同様にして調製した繊維凝集粒0.4
Kgとアルミニウム合金溶湯（ADC12合金）４Kg
の遠心混合凝固物を約680℃で再溶融して得た溶
湯を250T加圧ダイカスト機を使用して、縦100mm
×横50mm×厚さ５mmの平板状に射出成型鋳造し
た。射出成型によつて、溶湯中に分散していた繊
維凝集粒は単繊維状にほぐされて、アルミニウム
マトリツクス内に均整に分散したダイカスト鋳造
体を得た。（試料Ｃ） 実施例１〜３によつて得られた試料Ａ、Ｂおよ
びＣについて、それぞれの機械的特性を測定した
結果は、表示のごとくであつた。

【表】 量である。

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
   凝集粒としておき、この繊維凝集粒にアルミニウ
   ム溶湯を混合して得た繊維混合溶湯をそのまま、
   または一度凝固させた後再溶融し、任意形状に鋳
   造することを特徴とする繊維強化アルミニウム複
   合鋳造体の製造法。