JPS6150131B2 - - Google Patents
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- JPS6150131B2 JPS6150131B2 JP56191923A JP19192381A JPS6150131B2 JP S6150131 B2 JPS6150131 B2 JP S6150131B2 JP 56191923 A JP56191923 A JP 56191923A JP 19192381 A JP19192381 A JP 19192381A JP S6150131 B2 JPS6150131 B2 JP S6150131B2
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
本発明は、繊維強化金属型複合材料に係り、更
に詳細にはアルミナ繊維を強化材としアルミニウ
ム合金の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強
化金属型複合材料に係る。 各種機械の構成要素や部材に於ては、部分的に
特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用エンジンに於ては、エンジンの性能
に対する要求が高くなるにつれて、ピストンの如
き部材はその比強度や剛性が優れていることに加
えて、その摺動面が耐摩耗性に優れていることが
強く要請されるようになつてきた。かかる部材の
比強度や耐摩耗性等を向上させる一つの手段とし
て、それらの部材を各種の無機質繊維等を強化材
としアルミニウム合金の如き軽金属をマトリツク
スとする複合材料にて構成することが試られてい
る。かかる繊維強化金属型複合材料の一つとし
て、アルミナ−シリカ系繊維を強化材とし、アル
ミニウム、マグネシウム、又はそれらの合金をマ
トリツクスとする繊維強化金属型複合材料は既に
知られており、かかる繊維強化金属型複合材料に
よれば、それらにて構成された部材の比強度や耐
摩耗性等を向上させることができる。 しかし、上述の如きアルミナ−シリカ系繊維は
マトリツクスとしてのアルミニウム合金等に比べ
はるかに硬いため、それらを強化材とする複合材
料に於ては、それに当接して相対的に摺動する他
の部材の摩耗量を増大させたり、また切削等の加
工が非常に困難であるなどの種々の問題がある。
これらの問題は、アルミナ−シリカ系繊維の中で
も、80wt％以上のアルミナと残部としてのシリ
カとよりなりアルミニウム合金等との両立性が高
く且耐熱性等にも優れたアルミナ繊維を強化材と
する複合材料に於て顕著である。 またアルミナには種々の結晶構造のものがあ
り、これらのうちαアルミナが最も安定な構造で
あり、硬さや弾性率も高いことが知られている。
例えば耐熱材として市販されているアルミナ短繊
維は、耐熱性や寸法安定性等の点から、αアルミ
ナ含有率（アルミナ繊維中の全アルミナの重量に
対するαアルミナの重量の割合）が60wt％以上
であるものが多い。かかるαアルミナ及びαアル
ミナを含有するアルミナ繊維の性質から判断する
と、αアルミナを含有するアルミナ繊維を強化材
としアルミニウム合金等をマトリツクスとする複
合材料に於ては、αアルミナ含有率が高くなれば
なるほど、その複合材料自身の機械的強度、剛
性、耐摩耗性などは向上するが、相手部材の摩耗
量が増大し、また加工性が低下するものと予想さ
れる。 本願発明者等は、アルミナ−シリカ系繊維、特
にアルミナ繊維を強化材とする複合材料に於ける
上述の如き不具合に鑑み、アルミナ繊維を強化材
としアルミニウム合金等をマトリツクスとする複
合材料に於てその耐摩耗性や加工性を向上させつ
つ相手部材の摩耗量を低減するためには、アルミ
ナ繊維のαアルミナ含有率が如何なる範囲のもの
が適切であるかについて詳細な実験的研究を行な
つた結果、上述の如き予想に反し、アルミナ繊維
のαアルミナ含有率がある特定の範囲にある場合
に複合材料の耐摩耗性や加工性を向上させること
ができ、しかも相手部材の摩耗量を低減すること
ができ、更に上述の範囲は疲労強度の如き機械的
性質にとつても好ましいという特筆すべき事実を
発見した。 本発明は、本願発明者等が行なつた上述の如き
種々の実験的研究の結果得られた知見に基き、ア
ルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金等をマ
トリツクスとする複合材料であつて、強度、剛
性、耐摩耗性、及び加工性に優れているのみなら
ず、相手材に対する摩擦摩耗特性にも優れた複合
材料を提供することを目的としている。 かかる目的は、本発明によれば、80wt％以上
のアルミナと残部としてのシリカとよりなるアル
ミナ繊維を強化材とし、アルミニウム合金又はマ
グネシウム合金をマトリツクスとする繊維強化金
属型複合材料にして、前記アルミナ繊維のαアル
ミナ含有率が５〜60wt％であることを特徴とす
る繊維強化金属型複合材料によつて達成される。 本発明によれば、強化材として耐摩耗性に優れ
たアルミナ繊維が使用されるので、耐摩耗性に優
れており、しかもアルミナ繊維のαアルミナ含有
率が５〜60wt％に制限されるので、加工性及び
相手部材に対する摩擦摩耗特性に優れた複合材料
を得ることができる。また本発明よれば、強化材
として使用されるアルミナ繊維は、耐熱性や弾性
に優れたαアルミナを適当量含有する繊維である
ので、高温強度や剛性の如き機械的性質にも優れ
た複合材料を得ることができる。 本発明の一つの詳細な特徴によれば、強化材と
して使用されるアルミナ繊維のαアルミナ含有率
は特に10〜50wt％であることが好ましい。 尚、80wt％以下のアルミナ繊維に於てαアル
ミナ含有率を5wt％以上とすることは一般に非常
に困難であるので、強化材として使用されるアル
ミナ繊維は80wt％以上のアルミナと残部として
のシリカとよりなるアルミナ繊維であることが好
ましい。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 実施例 １ 下記の表１に示す種々の強化繊維を用いて複合
材料を製造した。尚表１に於てA2〜A93はICI社
製アルミナ繊維（商品名「サフイル」）であり、
サフイツクスはそれぞれαアルミナ含有率（wt
％）の数値に対応している。またＢはイソライ
ト・バブコツク耐火株式会社製シリカ−アルミナ
繊維（商品名「カオウール」）である。
に詳細にはアルミナ繊維を強化材としアルミニウ
ム合金の如き軽金属をマトリツクスとする繊維強
化金属型複合材料に係る。 各種機械の構成要素や部材に於ては、部分的に
特別な機械的特性を要求されることが多い。例え
ば、自動車用エンジンに於ては、エンジンの性能
に対する要求が高くなるにつれて、ピストンの如
き部材はその比強度や剛性が優れていることに加
えて、その摺動面が耐摩耗性に優れていることが
強く要請されるようになつてきた。かかる部材の
比強度や耐摩耗性等を向上させる一つの手段とし
て、それらの部材を各種の無機質繊維等を強化材
としアルミニウム合金の如き軽金属をマトリツク
スとする複合材料にて構成することが試られてい
る。かかる繊維強化金属型複合材料の一つとし
て、アルミナ−シリカ系繊維を強化材とし、アル
ミニウム、マグネシウム、又はそれらの合金をマ
トリツクスとする繊維強化金属型複合材料は既に
知られており、かかる繊維強化金属型複合材料に
よれば、それらにて構成された部材の比強度や耐
摩耗性等を向上させることができる。 しかし、上述の如きアルミナ−シリカ系繊維は
マトリツクスとしてのアルミニウム合金等に比べ
はるかに硬いため、それらを強化材とする複合材
料に於ては、それに当接して相対的に摺動する他
の部材の摩耗量を増大させたり、また切削等の加
工が非常に困難であるなどの種々の問題がある。
これらの問題は、アルミナ−シリカ系繊維の中で
も、80wt％以上のアルミナと残部としてのシリ
カとよりなりアルミニウム合金等との両立性が高
く且耐熱性等にも優れたアルミナ繊維を強化材と
する複合材料に於て顕著である。 またアルミナには種々の結晶構造のものがあ
り、これらのうちαアルミナが最も安定な構造で
あり、硬さや弾性率も高いことが知られている。
例えば耐熱材として市販されているアルミナ短繊
維は、耐熱性や寸法安定性等の点から、αアルミ
ナ含有率（アルミナ繊維中の全アルミナの重量に
対するαアルミナの重量の割合）が60wt％以上
であるものが多い。かかるαアルミナ及びαアル
ミナを含有するアルミナ繊維の性質から判断する
と、αアルミナを含有するアルミナ繊維を強化材
としアルミニウム合金等をマトリツクスとする複
合材料に於ては、αアルミナ含有率が高くなれば
なるほど、その複合材料自身の機械的強度、剛
性、耐摩耗性などは向上するが、相手部材の摩耗
量が増大し、また加工性が低下するものと予想さ
れる。 本願発明者等は、アルミナ−シリカ系繊維、特
にアルミナ繊維を強化材とする複合材料に於ける
上述の如き不具合に鑑み、アルミナ繊維を強化材
としアルミニウム合金等をマトリツクスとする複
合材料に於てその耐摩耗性や加工性を向上させつ
つ相手部材の摩耗量を低減するためには、アルミ
ナ繊維のαアルミナ含有率が如何なる範囲のもの
が適切であるかについて詳細な実験的研究を行な
つた結果、上述の如き予想に反し、アルミナ繊維
のαアルミナ含有率がある特定の範囲にある場合
に複合材料の耐摩耗性や加工性を向上させること
ができ、しかも相手部材の摩耗量を低減すること
ができ、更に上述の範囲は疲労強度の如き機械的
性質にとつても好ましいという特筆すべき事実を
発見した。 本発明は、本願発明者等が行なつた上述の如き
種々の実験的研究の結果得られた知見に基き、ア
ルミナ繊維を強化材としアルミニウム合金等をマ
トリツクスとする複合材料であつて、強度、剛
性、耐摩耗性、及び加工性に優れているのみなら
ず、相手材に対する摩擦摩耗特性にも優れた複合
材料を提供することを目的としている。 かかる目的は、本発明によれば、80wt％以上
のアルミナと残部としてのシリカとよりなるアル
ミナ繊維を強化材とし、アルミニウム合金又はマ
グネシウム合金をマトリツクスとする繊維強化金
属型複合材料にして、前記アルミナ繊維のαアル
ミナ含有率が５〜60wt％であることを特徴とす
る繊維強化金属型複合材料によつて達成される。 本発明によれば、強化材として耐摩耗性に優れ
たアルミナ繊維が使用されるので、耐摩耗性に優
れており、しかもアルミナ繊維のαアルミナ含有
率が５〜60wt％に制限されるので、加工性及び
相手部材に対する摩擦摩耗特性に優れた複合材料
を得ることができる。また本発明よれば、強化材
として使用されるアルミナ繊維は、耐熱性や弾性
に優れたαアルミナを適当量含有する繊維である
ので、高温強度や剛性の如き機械的性質にも優れ
た複合材料を得ることができる。 本発明の一つの詳細な特徴によれば、強化材と
して使用されるアルミナ繊維のαアルミナ含有率
は特に10〜50wt％であることが好ましい。 尚、80wt％以下のアルミナ繊維に於てαアル
ミナ含有率を5wt％以上とすることは一般に非常
に困難であるので、強化材として使用されるアル
ミナ繊維は80wt％以上のアルミナと残部として
のシリカとよりなるアルミナ繊維であることが好
ましい。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。 実施例 １ 下記の表１に示す種々の強化繊維を用いて複合
材料を製造した。尚表１に於てA2〜A93はICI社
製アルミナ繊維（商品名「サフイル」）であり、
サフイツクスはそれぞれαアルミナ含有率（wt
％）の数値に対応している。またＢはイソライ
ト・バブコツク耐火株式会社製シリカ−アルミナ
繊維（商品名「カオウール」）である。
【表】
まず上述の各強化繊維をそれぞれコロイダルシ
リカ中に分散させ、そのコロイダルシリカを撹拌
し、かくして強化繊維が均一に分散されたコロイ
ダルシリカより真空成形法により第１図に示され
ている如く80×80×20mmの繊維集合体１を形成
し、更にそれを600℃にて焼成することにより
個々の強化繊維２をシリカにて結合させた。この
場合、第１図に示されている如く、個々の強化繊
維２はｘ−ｙ平面内に於てはランダムに配向さ
れ、ｚ方向に積重ねられた状態に配向された。 次いで第２図に示されている如く、繊維集合体
２を鋳型３のモールドキヤビテイ４内に配置し、
該モールドキヤビテイ内にアルミニウム合金
（JIS規格AC8A）の溶湯５を注湯し、該溶湯を鋳
型３に嵌合するプランジヤ６により1000Kg／cm2の
圧力に加圧し、その加圧状態を溶湯５が完全に凝
固するまで保持し、かくして外径110mm高さ50mm
の円柱状の凝固体を鋳造し、更に該凝固体に対し
熱処理T7を施して、第３図に示されている如
く、局部的に強化繊維にて複合強化された複合材
料７を製造した。 上述の複合材料７より強化繊維にて強化された
部分のみよりなる摩耗試験片、切削試験片、回転
曲げ疲労試験片、引張り弾性試験片、硬さ試験片
を機械加工によつて作成した。 まず、上述の如く作成された各摩耗試験片を順
次摩擦摩耗試験機にセツトし、相手部材である球
状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD70）製の円筒試験片の
外周面と接触させ、それらの試験片の接触部に常
温の潤滑油（キヤツスルモータオイル5W−30）
を供給しつつ、接触面圧20Kg／mm2、滑り速度
0.3m／sec.にて１時間円筒試験片を回転させる摩
耗試験を行なつた。尚比較のためアルミニウム合
金（JIS規格AC8A）のみよりなり熱処理T7を施
された摩耗試験片（A0）についても同様の摩耗試
験を行なつた。 この摩耗試験の結果を第４図及び第５図に示
す。尚第４図及び第５図に於て、上半分はブロツ
ク試験片の摩耗量（摩耗痕深さμ）を表わしてお
り、下半分は相手部材である円筒試験片の摩耗量
（摩耗減量mg）を表わしている。また第５図は第
４図に示された試験結果に基づき、アルミナ繊維
のαアルミナ含有率と摩耗試験片及び円筒試験片
の摩耗量との関係を示すグラフである。 これら第４図及び第５図、特に第５図より、ア
ルミナ繊維にて複合強化された摩耗試験片の摩耗
量は、アルミニウム合金のみよりなる試験片及び
シリカ−アルミナ繊維にて複合強化された試験片
の摩耗量より小さく、特にαアルミナ含有率が５
〜95wt％の場合に、更には10〜85wt％の場合に
アルミナ繊維にて複合強化された試験片の摩耗量
が小さいことが解る。一方相手部材としての円筒
試験片の摩耗量はアルミナ繊維のαアルミナ含有
率が５〜60wt％程度の場合に、アルミニウム合
金のみよりなる試験片及びシリカ−アルミナ繊維
にて複合強化された試験片との摩擦の場合よりも
小さく、更にはαアルミナ含有率が10〜50wt％
の場合に円筒試験片の摩耗量が一層小さいことが
解る。 第６図及び第７図は、クロム鋼（JIS規格
SCr20）の浸炭焼入れ材（硬さHv＝720）にて構
成された円筒試験片を用いて、上述の摩耗試験と
同様の要領にて行なわれた摩耗試験の結果を示す
それぞれ第４図及び第５図に対応するグラフであ
る。 これら第６図及び第７図、特に第７図より、ア
ルミナ繊維にて強化された複合材料の摩耗量はア
ルミナ繊維のαアルミナ含有率が5wt％程度以
上、好ましくは10wt％程度以上、更に好ましく
は20wt％程度以上の場合に小さいことが解る。
一方相手材としてのクロム鋼の摩耗量はアルミナ
繊維のαアルミナ含有率が５〜60wt％、好まし
くは10〜50wt％の場合に小さくなることが解
る。 以上の摩耗試験の結果より、複合材料及びその
相手部材双方の摩耗量を低い値に抑えるために
は、その強化材としてのアルミナ繊維のαアルミ
ナ含有率が５〜60wt％、好ましくは10〜50wt％
であることが好ましいことが解る。 アルミナ繊維にて強化された複合材料が相手材
と擦り合わされる時には、アルミナ繊維の硬度は
マトリツクスを構成するアルミニウム合金又はマ
グネシウム合金の硬度より高いので、複合材料の
摩耗が進行するにつれてその表面はマトリツクス
の層よりアルミナ繊維が幾分突き出た状態とな
る。そして更に複合材料の摩耗が進行すると、マ
トリツクスの層よりアルミナ繊維が突き出る高さ
は更に増大するが、その高さが或る高さに達する
とアルミナ繊維は相手材との擦り合わせに際して
それに作用する曲げモーメントに耐えきれなくな
つて折損し、アルミナ繊維がマトリツクス層より
突き出る高さは再び低減される。かかる現象の繰
返しによつて擦り合わせによる複合材料と相手材
の摩耗が進行するが、かかるアルミナ繊維の新た
な露出と折損の繰返しを伴う摩耗のメカニズムそ
のものは強化繊維カサ密度が上記の実施例に於け
る如く0.15（体積率にして約4.5％）ないし高々
1g／cm3程度の範囲にある時には、強化繊維カサ
密度の値によつては殆ど影響されない。このこと
を示すために、第７図には強化繊維カサ密度のみ
を変えた場合の二つの例が同時に示されている。
この図に於ける線Ｌはカサ密度が0.5g／cm3の場合
を、また線Ｍは強化繊維カサ密度が0.8g／cm3の場
合を示す。尚第７図には更にマトリツクス金属を
JIS規格AC8Aに代えてJIS規格ADC10とした場合
の結果も線Ｎにより示されている。 次に上述の各切削試験片を超硬バイトを用いて
切削速度150m／min、送り0.03mm／回転、クーラ
ント水にて一定量の切削を行ない、その場合の超
硬バイトの逃げ面の摩耗量を測定した。その測定
結果を第８図に示す。 この第８図より、アルミナ繊維のαアルミナ含
有率が上述の好ましい範囲である５〜60wt％の
場合には、超硬バイトの逃げ面の摩耗量も少な
く、従つてαアルミナ含有率が５〜60wt％であ
るアルミナ繊維にて強化された複合材料は加工性
にも優れていることが解る。 次に強化繊維Ｂ，A2，A34，A81にて複合強化
された複合材料よりなる疲労試験片、及びアルミ
ニウム合金のみよりなり熱処理T7を施された試
験片（A0）について、各試験片をその軸線の周り
に回転させつつそれに垂直な方向に荷重をかけ、
破断に至るまでの荷重と回転数との関係を求める
回転曲げ疲労試験を行なつた。第９図はこの回転
曲げ疲労試験の結果得られたＳ−Ｎ曲線より107
回転に耐える疲労強度を室温（20℃）及び250℃
について示すグラフである。 この第９図より、アルミナ繊維のαアルミナ含
有率が高くなればなるほど疲労強度が向上し、特
に250℃の高温領域に於てはαアルミナを含有す
るアルミナ繊維にて強化された複合材料はアルミ
ニウム合金よりも疲労強度が高いことが解る。 またアルミニウム合金のみよりなる試験片、及
び強化繊維Ｂ及びA34にてそれぞれ強化された複
合材料よりなる試験片について引張り弾性率を測
定した。その測定結果を第１０図に示す。この第
１０図より、強化繊維にて複合強化すれば引張り
弾性率が向上し、特にシリカ−アルミナ繊維より
もαアルミナを含有するアルミナ繊維にて強化さ
れた複合材料の方が引張り弾性率が高いことが解
る。 更に、上述の各強化繊維の硬さを推定するた
め、上述の硬さ試験片の強化繊維の一部として含
まれている非繊維化粒子の硬さをマイクロビツカ
ース硬さ計を用いて荷重100gにて測定した。そ
の測定結果を第１１図に示す。 この第１１図より、αアルミナ含有率が30wt
％前後まではαアルミナ含有率の増大につれて非
繊維化粒子の硬さは減少するが、αアルミナ含有
率が30wt％前後以上となると非繊維化粒子の硬
さは増大することが解る。またこの非繊維化粒子
の硬さ測定の結果は上述の摩耗試験に於ける相手
部材の摩耗量の変化と非常に良く対応しているこ
とが解る。またこの硬さ測定試験の結果より、上
述の切削試験に於てアルミナ繊維のαアルミナ含
有率が５〜60wt％の場合に超硬バイト逃げ面の
摩耗量が少なくなつたのは、αアルミナ含有率が
５〜60wt％の範囲に於てはアルミナ繊維及び非
繊維化粒子の硬さが他の範囲のそれらに比べ比較
的軟かいことによるものと考えられる。 実施例 ２ 上述の実施例１に於て使用された強化繊維A34
及びＢをそれぞれ強化材とし、マグネシウム合金
（ASTM規格EZ33A）をマトリツクスとする複合
材料を、実施例１の場合と全く同様の要領にて作
成し、それらの複合材料より摩耗試験片を作成し
た。また比較の目的でマグネシウム合金のみより
なる摩耗試験片も作成した。 これらの摩耗試験片について球状黒鉛鋳鉄
（JIS規格FCD70）にて構成された円筒試験片を
相手材とする摩耗試験を行なつたところ、強化繊
維A34及びＢにて複合強化された摩耗試験片はマ
グネシウム合金のみよりなる摩耗試験片に比べ、
摩耗試験片及び円筒試験片双方の摩耗量が著しく
小さいことが認められた。 しかし強化繊維Ｂにて複合強化された複合材料
に於ては、その製造に際し強化繊維とマグネシウ
ム合金の溶湯とが激しく反応し、従つてその強度
も低い値であることが認められた。これに対し強
化繊維A34にて複合強化された複合材料に於て
は、マグネシウム合金溶湯との反応もなく、その
強度も高い値であることが認められた。 尚、アルミナ含有率が80wt％以上である幾つ
かのアルミナ繊維について、上述の実施例１及び
２に於けると同様の種々の試験を行なつたとこ
ろ、上述の実施例１及び２に於けると同様の結果
が得られた。 以上に於ては本発明を幾つかの実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。
リカ中に分散させ、そのコロイダルシリカを撹拌
し、かくして強化繊維が均一に分散されたコロイ
ダルシリカより真空成形法により第１図に示され
ている如く80×80×20mmの繊維集合体１を形成
し、更にそれを600℃にて焼成することにより
個々の強化繊維２をシリカにて結合させた。この
場合、第１図に示されている如く、個々の強化繊
維２はｘ−ｙ平面内に於てはランダムに配向さ
れ、ｚ方向に積重ねられた状態に配向された。 次いで第２図に示されている如く、繊維集合体
２を鋳型３のモールドキヤビテイ４内に配置し、
該モールドキヤビテイ内にアルミニウム合金
（JIS規格AC8A）の溶湯５を注湯し、該溶湯を鋳
型３に嵌合するプランジヤ６により1000Kg／cm2の
圧力に加圧し、その加圧状態を溶湯５が完全に凝
固するまで保持し、かくして外径110mm高さ50mm
の円柱状の凝固体を鋳造し、更に該凝固体に対し
熱処理T7を施して、第３図に示されている如
く、局部的に強化繊維にて複合強化された複合材
料７を製造した。 上述の複合材料７より強化繊維にて強化された
部分のみよりなる摩耗試験片、切削試験片、回転
曲げ疲労試験片、引張り弾性試験片、硬さ試験片
を機械加工によつて作成した。 まず、上述の如く作成された各摩耗試験片を順
次摩擦摩耗試験機にセツトし、相手部材である球
状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD70）製の円筒試験片の
外周面と接触させ、それらの試験片の接触部に常
温の潤滑油（キヤツスルモータオイル5W−30）
を供給しつつ、接触面圧20Kg／mm2、滑り速度
0.3m／sec.にて１時間円筒試験片を回転させる摩
耗試験を行なつた。尚比較のためアルミニウム合
金（JIS規格AC8A）のみよりなり熱処理T7を施
された摩耗試験片（A0）についても同様の摩耗試
験を行なつた。 この摩耗試験の結果を第４図及び第５図に示
す。尚第４図及び第５図に於て、上半分はブロツ
ク試験片の摩耗量（摩耗痕深さμ）を表わしてお
り、下半分は相手部材である円筒試験片の摩耗量
（摩耗減量mg）を表わしている。また第５図は第
４図に示された試験結果に基づき、アルミナ繊維
のαアルミナ含有率と摩耗試験片及び円筒試験片
の摩耗量との関係を示すグラフである。 これら第４図及び第５図、特に第５図より、ア
ルミナ繊維にて複合強化された摩耗試験片の摩耗
量は、アルミニウム合金のみよりなる試験片及び
シリカ−アルミナ繊維にて複合強化された試験片
の摩耗量より小さく、特にαアルミナ含有率が５
〜95wt％の場合に、更には10〜85wt％の場合に
アルミナ繊維にて複合強化された試験片の摩耗量
が小さいことが解る。一方相手部材としての円筒
試験片の摩耗量はアルミナ繊維のαアルミナ含有
率が５〜60wt％程度の場合に、アルミニウム合
金のみよりなる試験片及びシリカ−アルミナ繊維
にて複合強化された試験片との摩擦の場合よりも
小さく、更にはαアルミナ含有率が10〜50wt％
の場合に円筒試験片の摩耗量が一層小さいことが
解る。 第６図及び第７図は、クロム鋼（JIS規格
SCr20）の浸炭焼入れ材（硬さHv＝720）にて構
成された円筒試験片を用いて、上述の摩耗試験と
同様の要領にて行なわれた摩耗試験の結果を示す
それぞれ第４図及び第５図に対応するグラフであ
る。 これら第６図及び第７図、特に第７図より、ア
ルミナ繊維にて強化された複合材料の摩耗量はア
ルミナ繊維のαアルミナ含有率が5wt％程度以
上、好ましくは10wt％程度以上、更に好ましく
は20wt％程度以上の場合に小さいことが解る。
一方相手材としてのクロム鋼の摩耗量はアルミナ
繊維のαアルミナ含有率が５〜60wt％、好まし
くは10〜50wt％の場合に小さくなることが解
る。 以上の摩耗試験の結果より、複合材料及びその
相手部材双方の摩耗量を低い値に抑えるために
は、その強化材としてのアルミナ繊維のαアルミ
ナ含有率が５〜60wt％、好ましくは10〜50wt％
であることが好ましいことが解る。 アルミナ繊維にて強化された複合材料が相手材
と擦り合わされる時には、アルミナ繊維の硬度は
マトリツクスを構成するアルミニウム合金又はマ
グネシウム合金の硬度より高いので、複合材料の
摩耗が進行するにつれてその表面はマトリツクス
の層よりアルミナ繊維が幾分突き出た状態とな
る。そして更に複合材料の摩耗が進行すると、マ
トリツクスの層よりアルミナ繊維が突き出る高さ
は更に増大するが、その高さが或る高さに達する
とアルミナ繊維は相手材との擦り合わせに際して
それに作用する曲げモーメントに耐えきれなくな
つて折損し、アルミナ繊維がマトリツクス層より
突き出る高さは再び低減される。かかる現象の繰
返しによつて擦り合わせによる複合材料と相手材
の摩耗が進行するが、かかるアルミナ繊維の新た
な露出と折損の繰返しを伴う摩耗のメカニズムそ
のものは強化繊維カサ密度が上記の実施例に於け
る如く0.15（体積率にして約4.5％）ないし高々
1g／cm3程度の範囲にある時には、強化繊維カサ
密度の値によつては殆ど影響されない。このこと
を示すために、第７図には強化繊維カサ密度のみ
を変えた場合の二つの例が同時に示されている。
この図に於ける線Ｌはカサ密度が0.5g／cm3の場合
を、また線Ｍは強化繊維カサ密度が0.8g／cm3の場
合を示す。尚第７図には更にマトリツクス金属を
JIS規格AC8Aに代えてJIS規格ADC10とした場合
の結果も線Ｎにより示されている。 次に上述の各切削試験片を超硬バイトを用いて
切削速度150m／min、送り0.03mm／回転、クーラ
ント水にて一定量の切削を行ない、その場合の超
硬バイトの逃げ面の摩耗量を測定した。その測定
結果を第８図に示す。 この第８図より、アルミナ繊維のαアルミナ含
有率が上述の好ましい範囲である５〜60wt％の
場合には、超硬バイトの逃げ面の摩耗量も少な
く、従つてαアルミナ含有率が５〜60wt％であ
るアルミナ繊維にて強化された複合材料は加工性
にも優れていることが解る。 次に強化繊維Ｂ，A2，A34，A81にて複合強化
された複合材料よりなる疲労試験片、及びアルミ
ニウム合金のみよりなり熱処理T7を施された試
験片（A0）について、各試験片をその軸線の周り
に回転させつつそれに垂直な方向に荷重をかけ、
破断に至るまでの荷重と回転数との関係を求める
回転曲げ疲労試験を行なつた。第９図はこの回転
曲げ疲労試験の結果得られたＳ−Ｎ曲線より107
回転に耐える疲労強度を室温（20℃）及び250℃
について示すグラフである。 この第９図より、アルミナ繊維のαアルミナ含
有率が高くなればなるほど疲労強度が向上し、特
に250℃の高温領域に於てはαアルミナを含有す
るアルミナ繊維にて強化された複合材料はアルミ
ニウム合金よりも疲労強度が高いことが解る。 またアルミニウム合金のみよりなる試験片、及
び強化繊維Ｂ及びA34にてそれぞれ強化された複
合材料よりなる試験片について引張り弾性率を測
定した。その測定結果を第１０図に示す。この第
１０図より、強化繊維にて複合強化すれば引張り
弾性率が向上し、特にシリカ−アルミナ繊維より
もαアルミナを含有するアルミナ繊維にて強化さ
れた複合材料の方が引張り弾性率が高いことが解
る。 更に、上述の各強化繊維の硬さを推定するた
め、上述の硬さ試験片の強化繊維の一部として含
まれている非繊維化粒子の硬さをマイクロビツカ
ース硬さ計を用いて荷重100gにて測定した。そ
の測定結果を第１１図に示す。 この第１１図より、αアルミナ含有率が30wt
％前後まではαアルミナ含有率の増大につれて非
繊維化粒子の硬さは減少するが、αアルミナ含有
率が30wt％前後以上となると非繊維化粒子の硬
さは増大することが解る。またこの非繊維化粒子
の硬さ測定の結果は上述の摩耗試験に於ける相手
部材の摩耗量の変化と非常に良く対応しているこ
とが解る。またこの硬さ測定試験の結果より、上
述の切削試験に於てアルミナ繊維のαアルミナ含
有率が５〜60wt％の場合に超硬バイト逃げ面の
摩耗量が少なくなつたのは、αアルミナ含有率が
５〜60wt％の範囲に於てはアルミナ繊維及び非
繊維化粒子の硬さが他の範囲のそれらに比べ比較
的軟かいことによるものと考えられる。 実施例 ２ 上述の実施例１に於て使用された強化繊維A34
及びＢをそれぞれ強化材とし、マグネシウム合金
（ASTM規格EZ33A）をマトリツクスとする複合
材料を、実施例１の場合と全く同様の要領にて作
成し、それらの複合材料より摩耗試験片を作成し
た。また比較の目的でマグネシウム合金のみより
なる摩耗試験片も作成した。 これらの摩耗試験片について球状黒鉛鋳鉄
（JIS規格FCD70）にて構成された円筒試験片を
相手材とする摩耗試験を行なつたところ、強化繊
維A34及びＢにて複合強化された摩耗試験片はマ
グネシウム合金のみよりなる摩耗試験片に比べ、
摩耗試験片及び円筒試験片双方の摩耗量が著しく
小さいことが認められた。 しかし強化繊維Ｂにて複合強化された複合材料
に於ては、その製造に際し強化繊維とマグネシウ
ム合金の溶湯とが激しく反応し、従つてその強度
も低い値であることが認められた。これに対し強
化繊維A34にて複合強化された複合材料に於て
は、マグネシウム合金溶湯との反応もなく、その
強度も高い値であることが認められた。 尚、アルミナ含有率が80wt％以上である幾つ
かのアルミナ繊維について、上述の実施例１及び
２に於けると同様の種々の試験を行なつたとこ
ろ、上述の実施例１及び２に於けると同様の結果
が得られた。 以上に於ては本発明を幾つかの実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて種々
の実施例が可能であることは当業者にとつて明ら
かであろう。
第１図は繊維集合体の繊維配向状態を示す解
図、第２図は本発明による複合材料の製造工程を
示す解図、第３図は繊維集合体にて部分的に強化
された複合材料を示す解図的斜視図、第４図は相
手材を球状黒鉛鋳鉄とした場合に於ける摩耗試験
の結果を示すグラフ、第５図は第４図に示された
試験結果に基きアルミナ繊維のαアルミナ含有率
と複合材料及び相手部材の摩耗量との関係を示す
グラフ、第６図は相手部材をクロム鋼とした場合
の摩耗試験の結果を示す第４図と同様のグラフ、
第７図は第６図に示された摩耗試験の結果に基き
アルミナ繊維のαアルミナ含有率と複合材料及び
相手材の摩耗量との関係を示す第５図と同様のグ
ラフ、第８図は各複合材料を一定量切削した場合
に於ける超硬バイトの逃げ面の摩耗量を示すグラ
フ、第９図は室温及び250℃に於ける各複合材料
の107回の回転曲げ疲労強度を示すグラフ、第１
０図は三つの試験片の引張り弾性率を示すグラ
フ、第１１図は各強化繊維にそれぞれその一部と
して含まれる非繊維化粒子の硬さを測定した結果
を示すグラフである。 １……繊維集合体、２……強化繊維、３……鋳
型、４……モールドキヤビテイ、５……溶湯、６
……プランジヤ、７……複合材料。
図、第２図は本発明による複合材料の製造工程を
示す解図、第３図は繊維集合体にて部分的に強化
された複合材料を示す解図的斜視図、第４図は相
手材を球状黒鉛鋳鉄とした場合に於ける摩耗試験
の結果を示すグラフ、第５図は第４図に示された
試験結果に基きアルミナ繊維のαアルミナ含有率
と複合材料及び相手部材の摩耗量との関係を示す
グラフ、第６図は相手部材をクロム鋼とした場合
の摩耗試験の結果を示す第４図と同様のグラフ、
第７図は第６図に示された摩耗試験の結果に基き
アルミナ繊維のαアルミナ含有率と複合材料及び
相手材の摩耗量との関係を示す第５図と同様のグ
ラフ、第８図は各複合材料を一定量切削した場合
に於ける超硬バイトの逃げ面の摩耗量を示すグラ
フ、第９図は室温及び250℃に於ける各複合材料
の107回の回転曲げ疲労強度を示すグラフ、第１
０図は三つの試験片の引張り弾性率を示すグラ
フ、第１１図は各強化繊維にそれぞれその一部と
して含まれる非繊維化粒子の硬さを測定した結果
を示すグラフである。 １……繊維集合体、２……強化繊維、３……鋳
型、４……モールドキヤビテイ、５……溶湯、６
……プランジヤ、７……複合材料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 80wt％以上のアルミナと残部としてのシリ
カとよりなるアルミナ繊維を強化材とし、アルミ
ニウム合金又はマグネシウム合金をマトリツクス
とする繊維強化金属型複合材料にして、前記アル
ミナ繊維のαアルミナ含有率が５〜60wt％であ
ることを特徴とする繊維強化金属型複合材料。 ２ 特許請求の範囲第１項の繊維強化金属型複合
材料にして、前記アルミナ繊維のαアルミナ含有
率が10〜50wt％であることを特徴とする繊維強
化金属型複合材料。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56191923A JPS5893841A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 繊維強化金属型複合材料 |
| CA000405968A CA1185463A (en) | 1981-11-30 | 1982-06-25 | Composite material including alpha alumina fibers |
| US06/392,143 US4457979A (en) | 1981-11-30 | 1982-06-25 | Composite material including alpha alumina fibers |
| AU85491/82A AU551088B2 (en) | 1981-11-30 | 1982-06-30 | Light metals and their alloys reinforced with alumina fibres |
| EP82106004A EP0080551B2 (en) | 1981-11-30 | 1982-07-05 | Composite material including alpha alumina fibers |
| DE8282106004T DE3268797D1 (en) | 1981-11-30 | 1982-07-05 | Composite material including alpha alumina fibers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56191923A JPS5893841A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 繊維強化金属型複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893841A JPS5893841A (ja) | 1983-06-03 |
| JPS6150131B2 true JPS6150131B2 (ja) | 1986-11-01 |
Family
ID=16282686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56191923A Granted JPS5893841A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 繊維強化金属型複合材料 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4457979A (ja) |
| EP (1) | EP0080551B2 (ja) |
| JP (1) | JPS5893841A (ja) |
| AU (1) | AU551088B2 (ja) |
| CA (1) | CA1185463A (ja) |
| DE (1) | DE3268797D1 (ja) |
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