JPS642178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、無機質短繊維材を強化材とし、これ
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。）中に複合させた繊維強化
アルミニウム複合成形体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
のような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、内燃機などの高温特性を必要と
する部材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をさせる
方法として、アルミニウム溶湯中に繊維材をかく
拌混合する方法が知られているが、このようなか
く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。 また、特開昭59−43835号公報には、炭化けい
素ウイスカーをマトリツクス金属と800℃以上の
温度で相互接触させて前駆体を形成し、この前駆
体を塊状のままマトリツクス金属の熱湯中に撹拌
分散してインゴツト化する複合材の製造法が開示
されている。この方法によれは比較的均斉に繊維
材を分散含有した複合材が得られるのであるが、
このように繊維材を均斉に分散含有した金属溶湯
は、繊維濃度が高くなるなるに伴つて流動性が低
下し、混合溶湯の鋳造に困難を伴うものであつ
た。更に、このようにして造られた複合インゴツ
トは塑性加工性が悪るく、したがつて、ビレツト
またはスラブ状に鋳造した鋳造体を押出しまたは
圧延などの方法で展伸加工を施すことにかなりの
困難を伴うものであつた。 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、この複合粒状物を溶融ないし半溶融
状態に加熱した状態で圧縮成型することによつ
て、比較的多量の無機質短繊維材を均整に分散し
たアルミニウム複合成形体を得ることに成功し
た。（特願昭58−50504号） 上記の方法によつて製られた圧縮成形体は、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圧
縮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、なお次のご
とき欠点を有するものであつた。 (1) 上記従来法における複合成形体の成形法は、
強化材としての短繊維材とマトリツクス材とし
てのアルミニウムからなる複合粒状物を、その
まま鋳型内において溶融または半溶融状に加熱
しておいて、これを直接機械力によつて圧縮成
形するのであつて、このような成形法によつた
のでは、成形作業上種々の困難を伴うばかりで
なく、内部欠陥の少ない成形体を得るためには
強い加圧力を必要とし、また、複雑な形状をも
つた成形体を得ることは難しかつた。 (2) 上記のようにして得た成形体の塑性加工性は
必ずしも良好なものとはいえず、ビレツトまた
はスラブ状に成形した成形体を押出し、または
圧延する場合における作業性において、なお課
題を残すものであつた。 本発明者らは、従来法における上記したような
欠点を改善すべく、さらに研究を重ねた結果、上
記従来法におけると同様にして製られたアルミニ
ウムと繊維材との複合粒状物を、さらに加熱した
別のアルミニウム溶湯中に混合するときは、この
混合溶融物は通常の重力鋳造におけると同様の方
法によつて、容易に鋳型に鋳造して成形体となし
得ること、およびこのようにして得られた成形体
は、上記従来法によつて得られた複合成形体に比
べて、はるかに塑性加工性がよく、しかも、塑性
加工によつて得られた展伸材は、従来法によるも
のに比べて遜色のないものであることを見出し
た。 本発明は、上記知見に基づいてなされたもので
ある。 すなわち、本発明は、溶融アルミニウム中に無
機質短繊維材を混合し、この混合物を径数mm以下
の粒状度に粒状化して得られた複合粒状物を別に
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した後、これに塑性加工を
施す繊維強化アルミニウム複合成形体の製造方法
である。 次に、本発明について、さらに具体的に説明す
る。 本発明の方法においては、まずマトリツクス材
としての溶融アルミニウム中に強化材としての無
機質短繊維材を混合し、この混合物を粒状化して
一次的に複合粒状物とするのであるが、ここに使
用するアルミニウム材としては、1000系の工業用
普通アルミニウム、4000系の鋳造用アルミニウム
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、炭素繊維、炭化けい
素繊維、アルミナその他適宜の無機質短繊維材を
使用し得る。これら繊維材としては長さ10〜
500μ程度のものを使用することが適当である。 繊維材のアルミニウム溶湯に対する混合割合
は、製造しようとする複合材の用途に応じて適宜
に選ぶことができる。一般的について、機械的強
度を十分に発揮させるためには造粒物に対する繊
維材の混合割合が10〜40容量％程度となるように
混合することが望ましい。混合方法としては、混
合しようとする繊維材の割合がアルミニウム溶湯
に対して比較的少ない場合においては、アルミニ
ウム溶湯中に機械的にかく拌混合することによつ
て行うことができるのであるが、アルミニウム溶
湯に濡れ難い性質の繊維材を使用する場合とか、
アルミニウム溶湯に対して比較的多量の繊維材を
混合しようとする場合には、繊維材の間隙にアル
ミニウム溶湯を十分に浸透させ、また、繊維材を
溶湯中に均整に分散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。この
ような方法によつて、アルミニウム溶湯が繊維材
のすき間に十分に浸透して、密着性よく、しかも
多量の繊維材を均整に分散含有した混合物を得る
ことができる。 次いで、上記のようにして得た混合物を粒状化
するのであるが、この粒状化は、混合物に含有さ
れている繊維の密度が比較的小さい場合には、既
知のアルミニウム粒の製造方法、例えば、溶融混
合物を急速に回転している円板上に流下し、遠心
力によつて振り飛ばして粒状化することができる
が、混合物中の繊維の含有密度が高く、溶融混合
物の粘度が大きいときは、溶融物はほとんど流動
性を示さないので、凝固させた混合物をその
まゝ、または、軟融状態に加熱しておいて、これ
を叩解機またはインペラのごときを使用して砕解
または削解することによつて粒状化することがで
きる。好ましい粒状度は数mm以下であつて、より
望ましくは0.1〜３mm程度に粒度を調整すること
である。 このアルミニウム材と短繊維材との混合粒状物
の粒状度が大き過ぎると、次工程におけるアルミ
ニウム溶湯との混合において、わずかの撹拌によ
つて短繊維材が解きほぐされて、溶湯中に均斉に
分散して、溶湯の流動性を著しく低下させ、更に
鋳造体の塑性加工性をも損なうことになるので、
この粒状度は、径数mmを越えないことが望まし
い。 次に、上記工程によつて製られた繊維複合粒状
物を加熱したアルミニウム溶湯中に混合した後、
この混合溶融物をビレツト、スラブその他適宜形
状の鋳型に鋳造するのであるが、この場合の複合
粒状物に二次的に混合するアルミニウム溶湯とし
ては、造粒物の製造に一次的に使用したアルミニ
ウムと同じ種類のアルミニウム合金を使用しても
よいし、また、異なる種類のものであつてもよ
い。 アルミニウム溶湯と複合粒状物との混合割合
は、得ようとする複合成形体の用途、粒状物中に
含まれている繊維材の密度、粒状物の大きさなど
に応じて適宜定めることができる。一般的にいえ
ば、20〜35容量％程度の繊維材を含有する径0.1
〜３mm程度の粒状物を使用した場合において、最
終成形体が２〜15容量％程度の繊維材を含有する
ような割合に混合することによつて、好ましい塑
性加工性と機械的強度を有する鋳造体を得ること
ができる。 粒状物の混合によつてアルミニウム溶湯の温度
は低下する。したがつて、溶湯をあらかじめ高目
の温度に加熱しておき、または加熱をしながら、
これに前工程で得た短繊維材を複合したアルミニ
ウム粒状物を混合した後、ゆるやかな撹拌を続け
る。混合によつて粒状物を形成している一次的ア
ルミニウムマトリツクスは溶融状態となるが、こ
れによつて粒状物内の繊維材は、二次的に使用し
たアルミニウム溶湯中に分散されることなく、粒
状物内に閉込められていたときの状態をほとんど
保つたまま、換言すれば、多数の細かい集合粒と
なつて溶湯中に一様に分布し懸濁された状態とな
る。 次いで、このようにして繊維材を懸濁したアル
ミニウム溶湯をビレツト、スラブその他任意形状
の鋳型内に鋳造する。鋳造は通常の重力鋳造と同
様にして行うことができる。鋳造に際して、溶湯
を加圧下において凝固させることは、鋳物の鋳造
組織のち密化と鋳造欠陥の発生を防止するうえか
ら好ましいことである。 本発明の方法においては、上記のように鋳造し
て得た複合鋳造体に塑性加工を施すのであるが、
この塑性加工は、通常のアルミニウム材の熱間押
出しや熱間圧延などにおけると同様にして行うこ
とができる。 上記塑性加工によつて得られた本発明の複合成
形体は、機械的強度や耐摩性において優れた性質
を示すものであつて、そのままの形状で、また必
要に応じて、これに熱処理、切削加工、鍛造加工
などを施して機械部材その他広範囲に使用し得る
ものである。 上述のように、本発明は、無機質短繊維材と溶
融アルミニウムとの混合物を径数mm以下の細粒に
粒状化し、この粒状物を別に加熱したアルミニウ
ム溶湯中に混合し、この混合物を鋳造することに
よつて繊維混合溶湯の鋳造性を著しく改善し、か
つ、このようにして得られた鋳造体は、従来法に
よるものに比べて、はるかに良好な塑性加工性を
有するものであるので、繊維強化アルミニウム成
形体を効率よく多量生産することを可能にしたも
のであつて、産業上価値の大きい発明であるとい
える。 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、
強化材の無機質短繊維材として、アルミナ短繊維
（径3μ×平均長さ約120μ）を使用した。 アルミニウムに対して、30容量％のアルミナ短
繊維材を遠心容器中に容れ、これに加熱溶融した
アルミニウムを注加して遠心混合した後、混合物
を500℃に加熱した状態で、砕解機（アトリツシ
ヨンミル）を使用して砕解し、径0.1〜３mmの複
合粒状物を得た。 このようにして得た複合粒状物30部を750℃に
加熱溶融したアルミニウム溶湯（2017Al合金）
70部中に入れて、暫時混合撹拌した後、径40mm×
長さ120mmの円筒金型にビレツト状に鋳込んだ。 得られた複合鋳造体を押出機のコンテナ中に収
容し、径10mmの丸棒状に熱間押出し成形（温度
450℃）を施した。（試料Ａ） 実施例 ２ 実施例１と同様にして製られた複合造粒物30部
を、実施例１と同様にしてアルミニウム溶湯（た
だし6061Al合金溶湯を使用）。70部中に入れ、暫
時撹拌混合した後、径40mm×長さ120mmの円筒金
型にビレツト状に鋳込んだ。 得られた複合鋳造体に、実施例１と同様にして
径10mmの丸棒状に押出し成形を施した。（試料
Ｂ）。 実施例 ３ 実施例１と同様にして製られた複合造粒物30部
を、実施例２と同様にして、アルミニウム溶湯
（6061Al合金を使用。）70部中に入れ、暫時撹拌
混合した後、径40mm×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、実施例１と同様にして
径10mmの丸棒状に押出し成形を施した。（試料Ｃ） 実施例 ４ 実施例１と同様にして製られた複合造粒物20部
を、実施例２と同様にして、アルミニウム溶湯
（6061Al合金）80部中に入れ、暫時撹拌混合した
後、実施例３と同様に、径40mm×長さ120mmのビ
レツト状に加圧鋳造した。 得られた複合鋳造体に、実施例１と同様にして
径10mmの丸棒状に押出し成形を施した。（試料Ｄ） 実施例１〜４によつて得られた試料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、次表に示すご
とくであつた。

【表】 表中※印は、大越式試験法（速さ1.5ｍ／Ｓ，
距離66.6ｍ、最終荷重21Kg）によつたときの磨耗
減量である。 図面は、試料Ｃについての縦断面拡大写真（倍
率×５）である。図から判るように、本発明の方
法によつて得られた複合材は、強化材としての短
繊維材が、塑性加工を施した方向に沿つて密着性
よく均整にマトリツクス材としてのアルミニウム
中に分布含有されており、これによつて複合材の
機械的強度が向上されている。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の方法による複合材の断面拡大写
真（倍率×５）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶融アルミニウム中に無機質短繊維材を混合
   し、この混合物を数mm以下の粒状物に粒状化して
   得られた複合粒状物を別に加熱したアルミニウム
   溶湯中に混合して複合粒状物内の繊維材が多数の
   細かい集合粒となつて溶湯中に一様に分布し懸濁
   された状態とし、この混合溶融物を鋳型内に鋳造
   した後、これに塑性加工を施すことを特徴とする
   繊維強化アルミニウム複合成形体の製造方法。