JPS62149833A - 複合材料およびその製造方法 - Google Patents

複合材料およびその製造方法

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JPS62149833A
JPS62149833A JP29036185A JP29036185A JPS62149833A JP S62149833 A JPS62149833 A JP S62149833A JP 29036185 A JP29036185 A JP 29036185A JP 29036185 A JP29036185 A JP 29036185A JP S62149833 A JPS62149833 A JP S62149833A
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JP
Japan
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alloy
composite material
temperature
powder
reinforcing material
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JP29036185A
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English (en)
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Tatsuyoshi Aisaka
逢坂 達吉
Naoto Kanbara
蒲原 尚登
Mikiro Morita
森田 幹郎
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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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】 [発明の属する技術分野] 本発明は、小さな応力による成形および加工が可能とな
る複合材料の製造方法およびこれらの方法によって得ら
れる優れた機械的特性を有する複合材料に関する。
[従来技術およびその問題点コ 従来、複合材料としては、ホウ素、炭素、アルミナまた
は炭化ケイ素等からなり、高い強度およびりi性を有す
る繊維を強化材とし、アルミニウム等の金属またはこれ
を含有する合金をマトリックスとする種々の複合材料が
知られている(例えば特開昭48−30609号公報参
照)。
このような複合材料の製造方法としては、強化繊維と合
金粉末からなる混合物を成形型に充填し、粉末状態のま
ま熱間で加圧成形を行う、粉末法が知られている(例え
ば特開昭59−215432号公報参照)。
この粉末法においては、混合物の充填率を高め、かつ成
形型の損耗を防止するために、充填後の混合物を合金粉
末の溶融開始温度以上の温度で熱間加圧成形し、必要に
応じて、さらに塑性加工を行うことが一般的であつf−
(例えば特開昭59−215434号公報参照)。
しかしながら、この粉末法には、成形時にマトリックス
合金が溶融し、活性化され、このため強化繊維との間で
界面反応を起ζしたり、r&形型との間で反応を起こす
ことがあり、良好な複合体を得ることが困難であるとい
う問題点があった。
さらに、原料混合物の変形に対する抵抗は、その中に含
有される固相量に依存し、その固相量は、前記混合物中
の加圧分布や温度分布によって変化する。しかしながら
従来方法においては。
この変形に対する抵抗に影響を惧える成形条件(例えば
温度、圧力、加圧時間および型クリアランス等)または
塑性加工条件(例えば、押し出し比および加工速度等)
を正確に制御することは困難であった。
したがって、例えば、成形型のクリアランス部分に合金
マトリックスだけが浸透し、初期の理論強度に見合った
Hh維強化効果が得られないばかりでなく、粉末法の特
徴であるニアネットシェイブ成形も困難であった。また
、圧延加工や押し出し加工時に、溶融合金だけが変形さ
れまたは押し出され、強化繊維のスケルトンのみが残存
し、所望の複合体を得ることができないという問題点が
あった。
[発明の目的] 本発明は上記の問題点を解消し、小さな応力による成形
および加工が可能となる複合材料の製造方法およびこれ
らの方法によって得られる機械的特性が優れた複合材料
の提供を目的とする。
[発明の概要] 木発明者は、上記の目的を達成するために種々検討を行
った結果、金属または合金粉末および強化材からなる混
合物を成形し、さらに加工する際に、所定温度範囲内で
成形および加工を行うことにより、小さな応力による成
形および加工が可能であり、また得られた複合材料が優
れた機械的特性を有することを見い出し1本発明を完成
するに至った。
すなわち本発明は、金属または合金粉末および強化材か
らなる混合物を、前記合金粉末の溶融開始温度をT、(
絶対温度)とした場合に、0.9TM〜−の温度で加圧
成形する製造方法、および加圧成形後に塑性加工をする
製造方法、さらにこれらの製造方法によって得られる複
合材料に関する。
本発明の複合材料においてマトリックスとなる金属とし
ては、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、錫、鉛
、チタンまたはニンケル等を挙げることができる。また
、合金としてはこれらの仝L?、の1種JL1トを1:
言分と干るものであれば、特に限定されない、このよう
な合金としては例えば、アルミニウムーケイ素合金、ア
ルミニウムーケイ素−銅合金、アルミニウムーケイ素−
マグネシウム合金、銅−錫合金、銅−亜鉛合金、銅−錫
−亜鉛合金、マグネシウム−アルミニウム合金、マグネ
シウム−亜鉛合金、マグネシウム−アルミニウム合金、
マグネシウム−亜鉛合金、マグネシウム−アルミニウム
ーケイ素合金等を挙げることができ、これらは得ようと
する複合材料の用途に応じて適宜選択することができる
これらの金属または合金は、粉末として使用されるがそ
の粒径は特に限定されない。しかし、あまり小さすぎる
と複合材料の品質を一定化することが困難であるので好
ましくいない。
本発明の複合材料の原料である強化材としては、131
状または粉末状のセラミックス、マトリックスよりは融
点および強度・弾性率が大きい繊維、ウィスカーまたは
粉末の金属、およびその金属間化合物(例えば、MOl
W等の耐火金属や、BN、TiC,TaC等の炭化物や
窒化物)がある。これらの中でも特にta維雄状たは粉
末状のセラミックスが好ましく、このセラミフクスとし
ては、例えば、SiC,AM203、Si3N4等を挙
げることができる。さらには、これらのセラミックスが
繊維状、特にウィスカーと呼ばれる短繊維状単結晶であ
るものが、複合材料に#熱性を付与できる点で好ましい
強化材の金属または合金中における配合割合は、5〜5
0体積%、好ましくは10〜45体積%がよい。配合割
合が5体績%未溝の場合はマトリックスを強化するのに
十分でなく、500体績を超える場合は、マトリックス
の比率が小さくなり脆化するためにこの範囲内とした。
本発明の複合材料は、上記の金属または合金粉末と強化
材を適当な方法で均一に混合したのち、得られた混合物
を例えば鉄鋼製の成形型に充填し、次いで、前記金属ま
たは合金粉末の溶融開始温度−とした場合に、0 、9
TM〜1の温度下で加圧しなが成形することにより製造
することができる。
この場合における成形時の温度が、0.9″IIM未満
であると前記混合物の変形に対する抵抗が高すぎて金属
または合金粉末間に存在する気孔を加圧変形によって消
滅させることができず、かつ前記粉末が強化材、特に強
化繊維間の微小な空隙に入り込むのに十分な剪断応力が
発生し難い。したがって、複合化が不十分であり、充填
密度が低くなり、強度等の材料特性が劣る。
また、Tsを超えると、加圧成形時に金属または合金粉
末が流体化し、成形型のクリアランス部分へ浸透したり
5強化材および成形型と反応することがあるので好まし
くない。
さらに、複合材料における強化材の含有率を高める必要
があるとき、またはアルミニウム、マグネシウム、チタ
ン等の金属およびこれらを含有する合金粉末ならびにス
テンレス鋼の粉末のようにその表面が酸化膜等で汚れて
いるために粉末間の相互拡散の障害となるようなものを
選択した場合は1合金粉末間の接触面積を拡大し。
複合化に十分有効な剪断応力が発生し易いように、より
変形抵抗の小さい0.95TM以上の温度で加工成形す
ることが望ましい。
加圧成形においては、上記の範囲の温度を維持すること
ができ、かつ加圧することができるものであれば、特に
その方法は限定されない。
また、本発明の複合材料は、上述した熱間加圧成形によ
って得られた任意の形状の材料に、さらに熱間で塑性加
工を施すことにより、所望の形状の複合材料とすること
ができる。
塑性加工時の温度は、熱間加工時の温度範囲と同じであ
る。加工時の温度が0 、9TM未満であると、成形時
の場合と同様に変形抵抗が高すぎて、塑性加工の際に割
れが発生しやすくなり、−を超えると、溶融金属だけが
変形を受は強化m維はスケルトン状に残存したりするの
でこの範囲内とした。
また、塑性加工方法としては、押し出し加工。
圧延加工(型ロール加工等)またはスェージ加工等通常
の塑性加工方法から、所望の製品形状に応じて選択する
ことができる。この加工に際しては、所定温度範囲内で
あれば、その他の条件、例えば加工速度は特に限定され
ない。
[発明の実施例] 以下、実施例および比較例を掲げ、本発明をさらに詳述
する。
実施例1 合金粉末としてA6061アルミニウム合金からなるア
トマイズ法によって得られた200メツシユの粉末を、
強化材としてSiCウィスカーをそれぞれ用いた。これ
らは繊維体積比Vf=0.14および0.24の割合で
均一に混合した。
次いでこの混合物を黒鉛製の成形型(φ100mm)に
充填し、A6061合金の溶融開始温度(585℃=8
58K)の約0.95倍に相当する540℃の温度下で
、圧力250 kg/crAで30分間の加圧成形を行
った。このようにして厚さ10mmの円板状の複合材料
を得た。
比較例1 加圧成形時の温度を、A6061合金の溶融開始温度の
約0.87倍に相当する温度とした以外は、実施例1と
同様にして複合材料を得た。
このようにして得られた、実施例1および比較例1の複
合材料について、引張り強さくJ I SZ  234
4)、  ヤング率(歪ゲージ法による)、伸び率(J
IS  Z  2344)おJ:び空孔率(JIS  
Z  2505)の各試験を行った。結果を第1表に示
す。
第1表 実施例2 合金粉末として、A7075アルミニウム合金からなる
アトマイズ法によって得られた200メツシユの粉末を
、強化材として、SiCウィスカーをそれぞれ用いた。
これらは繊維体積比Vf=0゜15および0,25の割
合で均一に混合した。次いでこの混合物を鉄鋼型(SK
D62)の成形型(φ100a++m)に充填し、A7
075合金の溶融開始温度(524℃=797K)の約
0.96倍に相当する492°Cの温度下で、圧力25
0 kg/cmで30分間の加圧成形を行った。このよ
うにして厚さLofflmの円板状の複合材料を得た。
比較例2 加圧成形時の温度を、A7075合金の溶融開始温度の
約0,81倍に相当する373℃とした以外は、実施例
1と同様にして複合材料を得た。
このようにして得られた実施例2および比較例2の複合
材料について、実例1と同様の各試験を行った。結果を
第2表に示す。
第2表 実施例3 合金粉末として、ABO31アルミニウム合金からなる
アトマイズ法によって得られた200メンシユの粉末を
、強化材として、SiCウィスカーをそれぞれ用いた。
これらは繊維体積比Vf=0.14および0.24の割
合で均一に混合した。次いでこの混合物を鉄鋼型(S 
KD 62)の成形型(φ50++oa)に充填し、6
061合金の溶融開始温度(585°C=858K)の
約0.95倍に相当する5 40 ’Cの温度下で、圧
力250kg/crAで30分間の加圧成形を行った。
このようして長さ50mmの複合材料のビレットを得た
次いで、得られたビレットを、押し出し機のコンテナ内
で、加圧成形時と同じ温度下で、押し出し比6.25で
押し出し、直径20mmの丸棒状の複合材料を得た。
比較例3 加圧成形時および押し出し加工時の温度を、A6061
合金の溶融開始温度の約0.87倍に相当する温度とし
た以外は、実施例3と同様にして複合材料を得た。
このようにして得られた実施例3および比較例3の複合
材料について、実施例1と同様の各試験を行った。結果
を第3表に示す。
第3表 実施例4 合金粉末としてA70757075アルミニウムなるア
トマイズ法によって得られた200メ。
シュの粉末を、強化材として、SiCウィスカーをそれ
ぞれ用いた。これらは繊維体積比Vf=0.15および
0.25の割合で均一に混合した。次いでこの混合物を
鉄鋼製(SKD62)の成形型(φ50 mm)に充填
し、A7075合金の溶融開始温度(524℃=797
K)の約0.96倍に相当する492°Cの温度下で、
圧力250kg/ cmで30分間の加圧成形を行った
。このようにして長さ50+amの複合材料のビレット
を得た。
次いで、得られたビレットを、押し出し機のコンテナ内
で、加圧成形時と同じ温度下で、押し出し比6.25で
押し出し、直径20m+wの丸棒状の複合材料を得た。
比較例4 加圧成形時および押し出し加工時の温度を、A7075
合金の溶融開始温度の約0.81倍に相当する373°
Cとした以外は、実施例4と同様にして複合材料を得た
このようにして得られた実施例4および比較例4の複合
材料について、実施例1と同様の各試験を行った。結果
を第4表に示す。
第4表 実施例5 合金粉末として、A2024アルミニウム合金からなる
アトマイズ法によって得られた200メツシユの粉末を
、強化材として、SiCウィスカーをそれぞれ用いた。
これらは繊維体積比Vf=0.15および0.25の割
合で均一に混合した。次いでこの混合物を鉄鋼製(SK
D62’)の成形型(φ100mm)に充填し、A20
24合金の溶融開始温度(558℃=831K)の約0
.96倍に相当する525℃の温度下で、圧力250 
kg/−で30分間の加圧成形を行った。このようにし
て長さ50mmの複合材料のビレットを得た。
次いで、得られたビレットを、加圧成形時と同温度で加
熱し、圧下率5%で圧延加工を行い、厚さ2mmの平板
状の複合材料を得た。
比較例5 加圧成形時および圧延加工時の温度を、A2024合金
の溶融開始温度の約0.83倍に相当する417℃とし
た以外は、実施例5と同様にして複合材料を得た。
このようにして得られた実施例5および比較例5の複合
材料について、実施例1と同様の各試験を行った。結果
を第5表に示す。
第5表 [発明の効果] 本発明の1つである所定の温度下で加圧成形することを
特徴とする製造方法によれば、原料となる金属および合
金粉末と強化材との混合物を、小さな応力で容易に成形
することができ、得られる材料の複合化も十分に行うこ
とができる。また、金属または合金粉末と強化材および
成形型との反応を防止することが可能であり、さらに、
成形時においては金属または合金粉末のみが流動するた
め、ニアネットシェイプ特性においても優れている。
また、第2の本発明である所定温度内における加圧成形
後に、さらに加圧成形時と同じ温度範囲内で塑性加工を
行う製造方法によれば、加圧成形により得られた複合材
料を、小さな応力で容易に加工することができ、このた
め、使用目的に応じて所望の形状の複合材料を容易に製
造することができる。
さらに、実施例1〜5および比較例1〜5により明らか
なとおり、2つの本発明の製造方法により得られた複合
材料は、いずれも優れた機械的特性を有している。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属または合金粉末および強化材からなる混合物
    を、前記金属または合金の溶融開始温度をT_M(絶対
    温度)とした場合に、0.9T_M〜T_Mの温度で加
    圧成形することを特徴とする複合材料の製造方法。
  2. (2)強化材が繊維状または粉末状のセラミックスであ
    る特許請求の範囲第1項記載の製造方法。
  3. (3)金属または合金粉末および強化材からなる混合物
    を前記金属または合金の溶融開始温度をT_M(絶対温
    度)とした場合に、0.9T_M〜T_Mの温度で加圧
    成形したのち、さらに前記温度範囲内で加熱し、塑性加
    工することを特徴とする複合材料の製造方法。
  4. (4)強化材が繊維状または粉末状のセラミックスであ
    る特許請求の範囲第3項記載の製造方法。
  5. (5)金属または合金粉末および強化材からなることを
    特徴とする複合材料。
  6. (6)強化材が繊維状または粉末状のセラミックスであ
    る特許請求の範囲第5項記載の複合材料。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03101011A (ja) * 1989-09-13 1991-04-25 Furukawa Electric Co Ltd:The 超電導線用安定化材およびその製造方法
KR100471649B1 (ko) * 2002-09-27 2005-03-08 국방과학연구소 고감쇠 알루미늄기지 복합재료
KR101136570B1 (ko) * 2008-03-04 2012-04-17 한국수력원자력 주식회사 주석과 구리 합금의 반응고영역 온도에서 제조되는 금속-세라믹 복합 개량재의 제조방법 및 이를 이용한 기계적 특성이 향상된 금속 재료

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