JP2809384B2 - アルミニウム合金複合材の製造装置 - Google Patents
アルミニウム合金複合材の製造装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばアルミナ短繊維
のプリフォームにアルミニウム合金のマトリクス金属を
自然浸透させ複合化する複合材の製造装置に関する。
のプリフォームにアルミニウム合金のマトリクス金属を
自然浸透させ複合化する複合材の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アルミナ短繊維のプリフォームに
アルミニウム合金を自然浸透（無加圧）させて複合化す
る場合、アルミナ繊維とアルミニウム合金溶湯との濡れ
性を改善する必要がある。このため、例えば事前にＭｇ
ガスとＮ2ガスによってアルミナ繊維の表面にＭｇ3Ｎ2
を生成させ、このＭｇ3Ｎ2によって繊維の表面を還元活
性化して濡れ性を改善し、繊維の隙間から積極的に毛細
管現象にてプリフォーム内にアルミ合金溶湯を導入し複
合化するような技術が知られている。この際、Ｍｇガス
の供給源としてマグネシウムを含んだアルミ合金をマト
リクス金属として使用すれば、複合化が可能であること
が知られている。アルミ合金をマトリクス金属として使
用する場合には、例えば特表平５−５０７０３０号に示
されるような技術が知られている。
アルミニウム合金を自然浸透（無加圧）させて複合化す
る場合、アルミナ繊維とアルミニウム合金溶湯との濡れ
性を改善する必要がある。このため、例えば事前にＭｇ
ガスとＮ2ガスによってアルミナ繊維の表面にＭｇ3Ｎ2
を生成させ、このＭｇ3Ｎ2によって繊維の表面を還元活
性化して濡れ性を改善し、繊維の隙間から積極的に毛細
管現象にてプリフォーム内にアルミ合金溶湯を導入し複
合化するような技術が知られている。この際、Ｍｇガス
の供給源としてマグネシウムを含んだアルミ合金をマト
リクス金属として使用すれば、複合化が可能であること
が知られている。アルミ合金をマトリクス金属として使
用する場合には、例えば特表平５−５０７０３０号に示
されるような技術が知られている。
【０００３】この技術は、図２に示すように、マグネシ
ウムを含有するプリフォーム５１の上部にグラファイト
リング５２を重ね合わせ、プリフォーム５１の周囲にコ
ロイドグラファイト５３をエアロゾルスプレー塗布して
乾燥させた後、グラファイト容器５４内に充填される粒
状アルミナ５５内に配置し、グラファイトリング５２内
の空間部５６にマグネシウム粉末を充填し、且つグラフ
ァイトリング５２上に純アルミニウム金属からなるマト
リクス金属インゴット５７を配置するようにした装置が
開示されている。
ウムを含有するプリフォーム５１の上部にグラファイト
リング５２を重ね合わせ、プリフォーム５１の周囲にコ
ロイドグラファイト５３をエアロゾルスプレー塗布して
乾燥させた後、グラファイト容器５４内に充填される粒
状アルミナ５５内に配置し、グラファイトリング５２内
の空間部５６にマグネシウム粉末を充填し、且つグラフ
ァイトリング５２上に純アルミニウム金属からなるマト
リクス金属インゴット５７を配置するようにした装置が
開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記装置では、マグネ
シウムを含有するプリフォームを、その含有するマグネ
シウムの還元作用により該プリフォーム自体の濡れ性を
向上させてマトリックス合金溶湯を浸透させて複合材を
製造しようとするものである。該装置は自然浸透を可能
にした点では意義はある。しかしながら、前記装置にお
いては、前記プリフォームと前記マトリックス合金はグ
ラファイトリングを介する空間によって隔てられるのみ
である。従って、昇温された場合にはｍｐ（溶融温度）
の関係から最初に前記マトリックス合金が溶解し、前記
プリフォームに接触するが、この時点では該プリフォー
ムに含有されるマグネシウムは昇華する温度に達してい
ないか又は十分に昇華していない。その為、十分に該プ
リフォーム内部の濡れ性はせず、溶融マトリックス合金
は該プリフォーム内部に十分浸透せず、高品質な複合材
を得ることができない。
シウムを含有するプリフォームを、その含有するマグネ
シウムの還元作用により該プリフォーム自体の濡れ性を
向上させてマトリックス合金溶湯を浸透させて複合材を
製造しようとするものである。該装置は自然浸透を可能
にした点では意義はある。しかしながら、前記装置にお
いては、前記プリフォームと前記マトリックス合金はグ
ラファイトリングを介する空間によって隔てられるのみ
である。従って、昇温された場合にはｍｐ（溶融温度）
の関係から最初に前記マトリックス合金が溶解し、前記
プリフォームに接触するが、この時点では該プリフォー
ムに含有されるマグネシウムは昇華する温度に達してい
ないか又は十分に昇華していない。その為、十分に該プ
リフォーム内部の濡れ性はせず、溶融マトリックス合金
は該プリフォーム内部に十分浸透せず、高品質な複合材
を得ることができない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、金属酸化物からなる予備成形体にアルミニウ
ム合金を自然浸透させて複合化するアルミニウム合金複
合材の製造装置において、アルミニウム合金インゴット
を収容する第１の型と、この第１の型内でアルミニウム
合金インゴットの上部に載置され且つ底部に連通孔を有
する第２の型を設け、この第２の型の底面の連通孔を所
定温度で溶解する封止部材にて封止するとともに、この
第２の型内に浸透促進材を収容し、また、この浸透促進
材の上方に第２の型の内壁面に当接もしくは嵌合する予
備成形体を配置した。そして、封止部材はアルミニウム
合金インゴットより融点の高い金属とし、例えば純アル
ミニウムにて構成した。また、浸透促進材はマグネシウ
ムとした。
本発明は、金属酸化物からなる予備成形体にアルミニウ
ム合金を自然浸透させて複合化するアルミニウム合金複
合材の製造装置において、アルミニウム合金インゴット
を収容する第１の型と、この第１の型内でアルミニウム
合金インゴットの上部に載置され且つ底部に連通孔を有
する第２の型を設け、この第２の型の底面の連通孔を所
定温度で溶解する封止部材にて封止するとともに、この
第２の型内に浸透促進材を収容し、また、この浸透促進
材の上方に第２の型の内壁面に当接もしくは嵌合する予
備成形体を配置した。そして、封止部材はアルミニウム
合金インゴットより融点の高い金属とし、例えば純アル
ミニウムにて構成した。また、浸透促進材はマグネシウ
ムとした。
【０００６】
【作用】本装置を例えば真空炉に入れて減圧した後、炉
内の温度を封止材の融点以下で且つ浸透促進材の融点以
上（アルミニウム合金インゴットの融点以上）に高める
と、浸透促進材が昇華して予備成形体の内部に浸透す
る。この際、浸透促進材がマグネシウムであれば、ここ
で真空炉内にＮ2ガスを導入して予備成形体の繊維表面
にＭｇ3Ｎ2を生成せしめることで表面を還元活性化す
る。またこれと同時にアルミニウム合金インゴットも溶
融するが、封止部材によって第２の型内に入り込むこと
が出来ず、この間に予備成形体の繊維表面の濡れ性の改
善が充分に行われる。
内の温度を封止材の融点以下で且つ浸透促進材の融点以
上（アルミニウム合金インゴットの融点以上）に高める
と、浸透促進材が昇華して予備成形体の内部に浸透す
る。この際、浸透促進材がマグネシウムであれば、ここ
で真空炉内にＮ2ガスを導入して予備成形体の繊維表面
にＭｇ3Ｎ2を生成せしめることで表面を還元活性化す
る。またこれと同時にアルミニウム合金インゴットも溶
融するが、封止部材によって第２の型内に入り込むこと
が出来ず、この間に予備成形体の繊維表面の濡れ性の改
善が充分に行われる。
【０００７】更に炉内の温度を高め、封止部材の融点以
上にすると封止部材が溶解して第２の型の底面の連通孔
が連通し、アルミ合金溶湯が第２の型内に侵入する。そ
してこの溶湯は予備成形体に接触し、濡れ性が改善され
た繊維の間を毛細管現象にて浸透し複合化がなされる。
ここで、封止部材として純アルミニウムを使用すればア
ルミ合金インゴットより融点を高くすることが出来、し
かも溶解した時にアルミ合金インゴットと同質であるた
め都合が良い。
上にすると封止部材が溶解して第２の型の底面の連通孔
が連通し、アルミ合金溶湯が第２の型内に侵入する。そ
してこの溶湯は予備成形体に接触し、濡れ性が改善され
た繊維の間を毛細管現象にて浸透し複合化がなされる。
ここで、封止部材として純アルミニウムを使用すればア
ルミ合金インゴットより融点を高くすることが出来、し
かも溶解した時にアルミ合金インゴットと同質であるた
め都合が良い。
【０００８】
【実施例】本発明の製造装置について図１の構成概要図
に基づき説明する。本発明のアルミニウム合金複合材の
製造装置は、金属母材となるマトリクス金属にアルミニ
ウム合金を使用し、且つ無加圧の自然浸透で複合材を成
形するにあたり、装置の簡素化と廉価な構成を図ったも
のであり、図１に示すように、例えばセラミックス製の
第１の鋳型１と、黒鉛、セラミックス等の第２の鋳型２
を備えている。
に基づき説明する。本発明のアルミニウム合金複合材の
製造装置は、金属母材となるマトリクス金属にアルミニ
ウム合金を使用し、且つ無加圧の自然浸透で複合材を成
形するにあたり、装置の簡素化と廉価な構成を図ったも
のであり、図１に示すように、例えばセラミックス製の
第１の鋳型１と、黒鉛、セラミックス等の第２の鋳型２
を備えている。
【０００９】そして、第１の鋳型１の内部には、アルミ
ニウム合金インゴット３がマトリクス金属として収容さ
れ、前記第２の鋳型２はこのアルミニウム合金インゴッ
ト３の上部にセットされている。また、第２の鋳型２は
底面に連通孔２ａを備えており、この連通孔２ａにはア
ルミニウム合金インゴット３より融点の高い純アルミニ
ウム等の封止部材４が密着状に嵌合されて連通孔２ａを
封止している。
ニウム合金インゴット３がマトリクス金属として収容さ
れ、前記第２の鋳型２はこのアルミニウム合金インゴッ
ト３の上部にセットされている。また、第２の鋳型２は
底面に連通孔２ａを備えており、この連通孔２ａにはア
ルミニウム合金インゴット３より融点の高い純アルミニ
ウム等の封止部材４が密着状に嵌合されて連通孔２ａを
封止している。
【００１０】また、この第２の鋳型２の内部には所定量
のマグネシウム等の浸透促進材５が収容され、また、こ
の浸透促進材５の上部にはアルミナ短繊維等からなる予
備成形体としてのプリフォーム６が配置されている。こ
のプリフォーム６は、第２の鋳型２の内壁面に当接もし
くは嵌合されて密着状に隙間なく当接している。
のマグネシウム等の浸透促進材５が収容され、また、こ
の浸透促進材５の上部にはアルミナ短繊維等からなる予
備成形体としてのプリフォーム６が配置されている。こ
のプリフォーム６は、第２の鋳型２の内壁面に当接もし
くは嵌合されて密着状に隙間なく当接している。
【００１１】以上のような本装置は真空炉内にセットさ
れ、例えば１０mmHg程度以下に減圧された後、５００℃
以上で且つ純アルミニウム等の封止部材４の融点以下に
加熱される。これによってマグネシウム等の浸透促進材
５は昇華し、ほかに逃げ場がないためプリフォーム６内
に効果的に浸透する。ここで、浸透促進材５がマグネシ
ウムであり、Ｍｇガスが昇華する場合には炉内にＮ2ガ
スを１atmまで導入してＭｇ3Ｎ2を生成せしめて繊維表
面を被覆し濡れ性を改善する。この際、第１の鋳型１内
のアルミニウム合金インゴット３も溶融しているが、封
止部材４が連通孔２ａを封止しているためプリフォーム
６には接触せず、この間にプリフォーム６の濡れ性が充
分に改善される。
れ、例えば１０mmHg程度以下に減圧された後、５００℃
以上で且つ純アルミニウム等の封止部材４の融点以下に
加熱される。これによってマグネシウム等の浸透促進材
５は昇華し、ほかに逃げ場がないためプリフォーム６内
に効果的に浸透する。ここで、浸透促進材５がマグネシ
ウムであり、Ｍｇガスが昇華する場合には炉内にＮ2ガ
スを１atmまで導入してＭｇ3Ｎ2を生成せしめて繊維表
面を被覆し濡れ性を改善する。この際、第１の鋳型１内
のアルミニウム合金インゴット３も溶融しているが、封
止部材４が連通孔２ａを封止しているためプリフォーム
６には接触せず、この間にプリフォーム６の濡れ性が充
分に改善される。
【００１２】その後、炉内の温度を封止部材４の融点以
上に高め、封止部材４を溶解させて連通孔２ａを連通さ
せれば、この時点ではプリフォーム６の繊維の濡れ性が
充分改善されているため、毛細管現象によって自然浸透
による複合化が円滑になされる。
上に高め、封止部材４を溶解させて連通孔２ａを連通さ
せれば、この時点ではプリフォーム６の繊維の濡れ性が
充分改善されているため、毛細管現象によって自然浸透
による複合化が円滑になされる。
【００１３】次に、本案の具体的な実施例について説明
する。第１の鋳型１として、内径１００mm、高さ２００
mmのアルミナトレイを用意し、このトレイ内にＪＩＳ
ＡＣ４Ｃのアルミニウム合金インゴット３（φ９８mm、
高さ６０mm）を収容した。
する。第１の鋳型１として、内径１００mm、高さ２００
mmのアルミナトレイを用意し、このトレイ内にＪＩＳ
ＡＣ４Ｃのアルミニウム合金インゴット３（φ９８mm、
高さ６０mm）を収容した。
【００１４】次に、このアルミニウム合金インゴット３
の上に、内径６０mm、高さ１００mmの黒鉛るつぼからな
る第２の鋳型２をセットし、この第２の鋳型２の底面の
径約１５mmの連通孔２ａを純アルミニウムの封止部材４
で栓をした。そしてこの第２の鋳型２内に浸透促進材５
として純マグネシウムを７ｇ入れ、その上部に直径６０
mm、高さ６０mmのアルミナ短繊維プリフォーム６を密着
状に嵌め込んだ。因みに、このプリフォーム６の繊維含
有率（Ｖｆ）は３０％である。
の上に、内径６０mm、高さ１００mmの黒鉛るつぼからな
る第２の鋳型２をセットし、この第２の鋳型２の底面の
径約１５mmの連通孔２ａを純アルミニウムの封止部材４
で栓をした。そしてこの第２の鋳型２内に浸透促進材５
として純マグネシウムを７ｇ入れ、その上部に直径６０
mm、高さ６０mmのアルミナ短繊維プリフォーム６を密着
状に嵌め込んだ。因みに、このプリフォーム６の繊維含
有率（Ｖｆ）は３０％である。
【００１５】このようにセットした第１の鋳型１を真空
炉内に入れ、図３に示す要領でまず０．１mmHgまで減圧
した後、１０℃／minの昇温速度で６４０℃に加熱し、
５分間保持した。その後、真空炉内にＮ2ガスを導入し
て１atmとした。そして、１０℃／minの昇温速度で７２
０℃まで加熱し、２０分間保持して炉冷し取り出すとプ
リフォーム６は完全に複合化していた。又、本案におい
てアルミニウム合金インゴット３は、マグネシウムの含
有量が多くても支障がないことはいうまでもない。
炉内に入れ、図３に示す要領でまず０．１mmHgまで減圧
した後、１０℃／minの昇温速度で６４０℃に加熱し、
５分間保持した。その後、真空炉内にＮ2ガスを導入し
て１atmとした。そして、１０℃／minの昇温速度で７２
０℃まで加熱し、２０分間保持して炉冷し取り出すとプ
リフォーム６は完全に複合化していた。又、本案におい
てアルミニウム合金インゴット３は、マグネシウムの含
有量が多くても支障がないことはいうまでもない。
【００１６】尚、以上のような封止部材４は、プリフォ
ーム６が還元化されて濡れ性が改善されるまでのいわば
時間稼ぎ的な機能を発揮し、このような機能を発揮させ
るためメカ的に構成することも出来るが、通常、このよ
うな複合材の型は単品用であり、１回使用すると破壊さ
れるのが常であるため、本案のように安価な構成は特に
有用性がある。
ーム６が還元化されて濡れ性が改善されるまでのいわば
時間稼ぎ的な機能を発揮し、このような機能を発揮させ
るためメカ的に構成することも出来るが、通常、このよ
うな複合材の型は単品用であり、１回使用すると破壊さ
れるのが常であるため、本案のように安価な構成は特に
有用性がある。
【００１７】
【発明の効果】以上のように本発明のアルミニウム合金
複合材の製造装置は、第２の型の底面に設けた連通孔を
封止部材で封止し、封止部材が溶解するまでに浸透促進
材を予備成形体に充分浸透させて濡れ性を改善するとと
もに、これと同時にアルミニウム合金インゴットを溶融
させておき、次いで封止部材を溶解させて連通孔を介し
てアルミ合金溶湯をプリフォームに接触させるようにし
たため、自然浸透が円滑に行われ、高品質なアルミニウ
ム合金複合材を得ることができる。また、装置が簡素で
且つ安価であり、しかも作業が簡単で作業時間も要しな
い。
複合材の製造装置は、第２の型の底面に設けた連通孔を
封止部材で封止し、封止部材が溶解するまでに浸透促進
材を予備成形体に充分浸透させて濡れ性を改善するとと
もに、これと同時にアルミニウム合金インゴットを溶融
させておき、次いで封止部材を溶解させて連通孔を介し
てアルミ合金溶湯をプリフォームに接触させるようにし
たため、自然浸透が円滑に行われ、高品質なアルミニウ
ム合金複合材を得ることができる。また、装置が簡素で
且つ安価であり、しかも作業が簡単で作業時間も要しな
い。
【図１】本製造装置の構成概要図
【図２】従来の構成図
【図３】処理要領の一例を示す実施例図
１…第１の鋳型、２…第２の鋳型、３…アルミニウム合
金インゴット、４…封止部材、５…浸透促進材、６…プ
リフォーム。
金インゴット、４…封止部材、５…浸透促進材、６…プ
リフォーム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/14 B22D 21/04
Claims (4)
- 【請求項１】 金属酸化物からなる予備成形体にアルミ
ニウム合金を自然浸透させて複合化するアルミニウム合
金複合材の製造装置において、この装置はアルミニウム
合金インゴットを収容する第１の型と、この第１の型内
で前記アルミニウム合金インゴットの上部に載置され且
つ底部に連通孔を有する第２の型からなり、この第２の
型の底面の連通孔を所定温度で溶解する封止部材にて封
止するとともに、この第２の型内に浸透促進材を収容
し、また、この浸透促進材の上方には第２の型の内壁面
に当接もしくは嵌合する前記予備成形体を配置すること
を特徴とするアルミニウム合金複合材の製造装置。 - 【請求項２】 前記封止部材は前記アルミニウム合金イ
ンゴットより融点の高い金属からなることを特徴とする
請求項１記載のアルミニウム合金複合材の製造装置。 - 【請求項３】 前記封止部材は純アルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項２記載のアルミニウム合金複合
材の製造装置。 - 【請求項４】 前記浸透促進材はマグネシウムからなる
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３記載
のアルミニウム合金複合材の製造装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26280394A JP2809384B2 (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | アルミニウム合金複合材の製造装置 |
| US08/548,020 US5669434A (en) | 1994-10-26 | 1995-10-25 | Method and apparatus for forming an aluminum alloy composite material |
| GB9521876A GB2294474B (en) | 1994-10-26 | 1995-10-25 | Method for forming an aluminium or aluminium alloy composite material. |
| DE19539922A DE19539922B4 (de) | 1994-10-26 | 1995-10-26 | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Aluminiumlegierungs-Verbundmaterials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26280394A JP2809384B2 (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | アルミニウム合金複合材の製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08117964A JPH08117964A (ja) | 1996-05-14 |
| JP2809384B2 true JP2809384B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=17380832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26280394A Expired - Fee Related JP2809384B2 (ja) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | アルミニウム合金複合材の製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809384B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3530792B2 (ja) | 1999-12-24 | 2004-05-24 | トーカロ株式会社 | 金属基複合材料およびその製造方法 |
-
1994
- 1994-10-26 JP JP26280394A patent/JP2809384B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH08117964A (ja) | 1996-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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