粒子分散強化合金複合材の製造方法及び粒子強化合金複合材
【課題】 第１金属よりも活性が高い第２金属を含んだ第１金属系合金に、粒径がナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの非常に微小な第１金属酸化物粒子を分散配置して機械的に強化できる粒子強化合金複合材の製造方法を提供する。
【解決手段】 粒子強化合金複合材の製造方法Ｓ１０は、第１金属系母材の粉末と、前記第１金属より活性が低い単数又は複数の第３金属酸化物の粉末とを混合してプレ成形体を形成する成形工程Ｓ１１と、該プレ成形体を加熱して前記第１金属の酸化物の粒子を生成させて、前記第１金属系合金である種材を作成する焼成工程Ｓ１２と、該種材を前記第１金属系母材の溶融物に添加して、又は、該種材と前記第１金属系母材を溶融して、撹拌混合し、前記第１金属の酸化物の粒子を分散する分散工程Ｓ１３とを含む。
【解決手段】 粒子強化合金複合材の製造方法Ｓ１０は、第１金属系母材の粉末と、前記第１金属より活性が低い単数又は複数の第３金属酸化物の粉末とを混合してプレ成形体を形成する成形工程Ｓ１１と、該プレ成形体を加熱して前記第１金属の酸化物の粒子を生成させて、前記第１金属系合金である種材を作成する焼成工程Ｓ１２と、該種材を前記第１金属系母材の溶融物に添加して、又は、該種材と前記第１金属系母材を溶融して、撹拌混合し、前記第１金属の酸化物の粒子を分散する分散工程Ｓ１３とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１金属系母材に、この第１金属よりも活性の高い第２金属を含有させた合金に、前記第１金属の酸化物の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
安定な金属酸化物の微小粒子を分散させて強化した粒子分散強化合金複合材は、高温で安定であるので、耐熱合金として適している。特に、アルミニウム系合金複合材は、軽量であるため、広い用途が見込まれている。この粒子分散強化合金複合材では、幾つかの製造方法があるが、中でも、ｉｎ−ｓｉｔｕ法と呼ばれる反応法による製造方法が多用されている。
【０００３】
この反応法では、金属酸化物粉末を溶融アルミニウム（母材）に添加して、高温処理することにより、金属酸化物とアルミニウム（母材）との間で酸化還元反応を起こさせて酸化アルミニウム粒子を生成（ｉｎ−ｓｉｔｕ）させて、アルミニウム母材に酸化アルミニウムや第３金属酸化物を還元して得られる金属元素を含む粒子強化アルミニウム合金を製造する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯にガスまたは粒子を供給しつつ、この溶湯に超音波振動を付与することにより、ガスまたは粒子の構成成分とこの溶湯の構成成分とを溶湯中でｉｎ−ｓｉｔｕ反応させて強化粒子を生成させて、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリックス（母材）中に低温・短時間のｉｎ−ｓｉｔｕ反応により強化粒子を生成させるアルミニウム基複合材料の製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
更に、金属溶湯に、その成分元素の少なくとも一つよりも酸化物生成傾向が低い金属の酸化物粒子と、金属粒子とを添加する工程と、この金属溶湯を攪拌しながら金属溶湯に超音波振動を付与することにより、金属溶湯中での、酸化物生成傾向が低い金属の酸化物と成分元素とのｉｎ−ｓｉｔｕ反応により、上記の少なくとも一つの成分元素の酸化物（強化粒子）を生成させる工程とを含み、高温・長時間を必要とせず、低温・短時間のｉｎ−ｓｉｔｕ反応により強化粒子を生成させることができる金属基複合材料の製造方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
しかしながら、粒子分散強化アルミニウム合金複合材料の機械的性質を更に向上させるために、粒径のより細かい粒子との複合が望まれており、特にナノオーダーの粒子をアルミニウム合金と複合させる技術の開発が望まれているが、この反応法では、粒径１０μ以下の金属酸化物粒子を用いると、均一な混合が困難になる上に、添加される金属酸化物の種類によっては、溶融アルミニウム（母材）を、１０００℃以上の高温に長時間加熱する必要があるという問題がある。従って、従来技術の製造方法では、粒径がミクロンオーダーやナノオーダーの粒子とアルミニウム合金との複合は非常に困難であるため、新たな粒子分散法の開発が望まれている。
【０００７】
また、溶体化処理と時効処理による機械的性質の向上等のために、マグネシウム等の第２金属を添加することが行われるが、溶融アルミニウム合金（第１金属系合金）が、マグネシウム（Ｍｇ）を含む場合には、マグネシウムはアルミニウム（Ａｌ）よりも活性が高いので、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ：第１金属酸化物）を生成するために添加された、酸化銅（ＣｕＯ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）等の第３金属酸化物（ＭｘＯｙ）は、マグネシウムと熱力学的に優先的反応してしまう。そのため、このマグネシウムとの酸化反応（ｙＭｇ＋ＭｘＯｙ→ｙＭｇＯ＋ｘＭ：ＭｘＯｙは金属酸化物）により、機械的性質を向上するために添加されたマグネシウムは、酸化マグネシウム（マグネシア：ＭｇＯ）に変化してしまうので、合金成分としてのマグネシウムの効果が発揮できなくなるという問題がある。
【特許文献１】特開平８−１７６７０４公報
【特許文献２】特開平１０−２５１７７６公報
【特許文献３】特許第３４３７７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、第１金属よりも活性が高い第２金属を含んだ第１金属系合金（第１金属または第１金属合金）に、粒径がナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの非常に微小な第１金属酸化物粒子を分散配置して機械的に強化できる粒子強化合金複合材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための粒子分散強化合金複合材の製造方法は、第１金属系母材に、該第１金属よりも活性の高い第２金属を含有させた合金に、前記第１金属の酸化物の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材の製造方法であって、前記第１金属系母材の粉末と、前記第１金属より活性が低い単数又は複数の第３金属酸化物の粉末とを混合してプレ成形体を形成する成形工程と、該プレ成形体を加熱して第１金属の酸化物の粒子を生成させて、第１金属系合金である種材を作成する焼成工程と、該種材を前記第１金属系母材の溶融物に添加、又は、該種材と前記第１金属系母材を溶融して、撹拌混合し、前記第１金属の酸化物の粒子を分散する分散工程と分散工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
つまり、第１金属系母材（例えば、アルミニウム）に、この第１金属よりも活性の高い第２金属（例えば、マグネシウム）を含有させた合金に、第１金属の酸化物（酸化アルミニウム）の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材を製造する場合には、第１金属と第３金属の酸化物（例えば、酸化銅等）との粉末成形体を成形して、この成形体を高温で焼成することにより、第１金属の酸化物微粒子を生成（ｉｎ−ｓｉｔｕ）させる。その後、焼成した成形体を第１金属系母材と共にマグネシウム含有アルミニウム合金に添加すると、第１金属の酸化物（酸化アルミニウム）と第２金属（マグネシウム）との反応が難しくなり、第１金属系合金中に第２金属の元素を残すことができ、合金における第２金属の元素成分の効果が確保できる。
【００１１】
また、焼成温度は、第１金属の種類や第３金属酸化物の種類によって異なり、分散温度は第１金属の種類や第１金属系合金の種類によって異なる。なお、ここで、第１金属系合金とは、第１金属又は第１金属合金のことをいい、例えば、第１金属がアルミニウムの場合は、第１金属系合金、即ち、アウミニウム系合金はアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
【００１２】
上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法において、前記第１金属がアルミニウムであり、前記第２金属がマグネシウムであることを特徴とする。この構成によれば、特に軽量のアルミニウム系合金が自動車や航空機等の材料として多用されており、また、このアルミニウム系合金において、溶体化処理と時効処理による機械的性質の向上等のために、マグネシウムを添加することが行われているので、この場合に特に大きな効果を奏することができる。
【００１３】
また、上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法において、前記プレ成形体を形成する第１金属系母材が、前記第２金属を含んでいてもよいが、前記プレ成形体を形成する第１金属系母材が、前記第２金属を含まない方が好ましい。
【００１４】
第１金属系母材が、第２金属を含んでいても、プレ成形体を焼成する焼成工程において、第１金属系母材の量が少ないため、これに含まれている第２金属の量も少なく、この少量の第２金属が第３金属の酸化物と反応しても、十分な第１金属酸化物を生成できる。また、最終的な粒子分散強化合金複合材における第２金属の量は、分散工程におけるプレ成形体以外の第１金属系合金に含まれている第２金属の量が多いので、焼成工程で第２金属や第３金属酸化物の消費される量を考慮して、分散工程における第１金属系合金に含まれる第２金属の量を調整しておいたり、プレ成形体を形成する第３金属の酸化物の量を調整しておいたりすることで十分に対応できる。
【００１５】
しかしながら、プレ成形体を形成する第１金属系母材が第２金属を含まない方が、焼成工程において、第３金属の酸化物が第１金属系合金以外と反応しないので、効率的に第１金属酸化物を焼成し易く、また、第２金属の酸化物も生成しないので、より好ましい。
【００１６】
更に、上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法において、前記第３金属が、ケイ素（Ｓｉ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）の内の少なくとも一つであることを特徴とする。第１金属より活性の低い、これら第３金属の酸化物を用いることで、第１金属の酸化物を生成できる。
【００１７】
また、上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法では、前記第３金属が前記第１金属系合金の合金化元素として前記第１金属系合金に含有していてもよく、この第３金属の合金化元素としての効果により、より機械的に優れた粒子分散強化合金複合材を製造することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明に係る粒子分散強化合金複合材の製造方法及び粒子強化合金複合材によれば、第１金属より活性の高い第２金属を含んだ第１金属系合金に、粒径がナノオーダーからミクロンオーダーまでの非常に微小な第１金属酸化物の粒子を分散配置して機械的に強化できる。特に、第１金属系合金における強度、耐磨耗性、高温特性を改善でき、高強度軽量化部材として自動車産業などで使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の粒子分散強化合金複合材の製造方法について、第１金属がアルミニウムで、第２金属がマグネシウムである場合を例にして説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されず、他の金属の組合せ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）等であってもよい。
【００２０】
本発明では、図１に示すように、粒子分散強化合金複合材の製造工程Ｓ１０は、プレ成形体を成形する成形工程Ｓ１１、プレ成形体を加熱して酸化アルミニウムを生成する焼成工程Ｓ１２、生成した酸化アルミニウムをアルミニウム系合金に分散する分散工程Ｓ１３とからなる。
【００２１】
成形工程では、アルミニウム（第１金属）以外の酸化銅等の金属酸化物（第３金属酸化物）の粉末とアルミニウム系合金（第１金属系母材）の粉末（アルミニウムの粉末又はアルミニウム合金の粉末）を混合し、この混合粉末をプレス成形などで成形してプレ成形体を作製する。この成形のための加圧は、実験ではプレス圧力を０．２ＭＰａ〜３００ＭＰａ（２気圧〜３０００気圧）で行ったが、プレ成形体を、粉末の混合体のハンドリングができる程度に固形化すればよく、特に大きな加圧を必要としない。また、プレ成形体を形成するアルミニウム系合金がマグネシウムを含んでいてもよいが、含まない方が好ましい。
【００２２】
また、この金属酸化物の金属としては、アルミニウム（Ａｌ）以外の銅（Ｃｕ），ケイ素（Ｓｉ），バナジウム（Ｖ），マンガン（Ｍｎ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ）の内の少なくとも一つの単数又は複数の金属が使用される。言い換えれば、金属酸化物としては、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ，ＣｕＯ2 ），酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ），酸化マンガン（ＭｎＯ2 ），酸化モリブデン（ＭｏＯ3 ），酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ），酸化タングステン（ＷＯ3 ），酸化ニッケル（ＮｉＯ），亜鉛（ＺｎＯ），酸化チタン（ＴｉＯ2 ），酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ），酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）等が使用される。
【００２３】
そして、焼成工程では、プレ成形体を７００℃〜１１００℃の高温で加熱して、酸化アルミニウム（アルミナ）粒子を生成し、酸化アルミニウム粒子の含有量が高い種材を作製する。この種材は、酸化アルミニウム微粒子分散アルミニウム系合金である。この焼成工程は、アルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気、言い換えれば、無酸素雰囲気で行われる。
【００２４】
つまり、この第１金属と金属酸化物が添加・混合されたプレ成形体（ペレット）から種材を作製する焼成工程では、高温で（２ｙＡｌ＋３ＭｘＯｙ→ｙＡｌ2 Ｏ3 ＋３ｘＭ：Ｍはアルミニウム以外の金属）の反応を生じさせて、その場で粒径ナノメーターから数ミクロンまでの酸化アルミニウム粒子をｉｎ−ｓｉｔｕ反応により生成させ、酸化アルミニウム粒子の含有量が高い種材を作成する。
【００２５】
この加熱温度は第１金属とこれに添加・混合される金属酸化物の種類によって異なるが、加熱温度が高ければ高い程、第１金属酸化物粒子が生成し易くなり、加熱温度が低くなると、反応時間が長くなる。
【００２６】
また、例え、アルミニウム系母材のマグネシウムが酸化銅等の金属酸化物と反応しても、プレ成形体を焼成する焼成工程において、アルミニウム系母材の量が少ないため、これに含まれているマグネシウムも少なく、この少量のマグネシウムが酸化銅等の金属酸化物と反応しても、十分な酸化アルミニウムを生成できる。また、最終的な粒子分散強化合金複合材におけるマグネシウムの量は、分散工程におけるプレ成形体以外のアルミニウム系合金に含まれているマグネシウムの量が多いので、焼成工程でマグネシウムや酸化銅等の金属酸化物の消費される量を考慮して、分散工程におけるアルミニウム系合金に含まれるマグネシウムの量を調整しておいたり、プレ成形体を形成する酸化銅等の金属酸化物の量を調整しておいたりすることで十分に対応できる。
【００２７】
しかしながら、プレ成形体を形成するアルミニウム系母材がマグネシウムを含まない方が、焼成工程において、酸化銅等の金属酸化物がアルミニウム系合金以外と反応しないので、効率的に酸化アルミニウムを焼成し易く、また、マグネシウムの酸化物も生成しないので、より好ましい。
【００２８】
次の分散工程では、この酸化アルミニウム粒子の含有量が高い種材を、アルミニウム系合金の溶融物に添加し、大気中で７００℃〜８５０℃の高温で撹拌混合することにより、酸化アルミニウムが溶融しているアルミニウム系合金中に分散され、酸化アルミニウム微粒子アルミニウム合金複合材料が得られる。なお、種材をアルミニウム系合金の溶融物に添加する代わりに、種材とアルミニウム系合金を溶融して撹拌混合してもよい。
【００２９】
なお、アルミニウム系合金がマグネシウムを含む場合は、マグネシウムを含むアルミニウム合金の溶融物に添加し撹拌混合することにより、又は、種材とマグネシウムを含むアルミニウム系合金を溶融して撹拌混合することにより、マグネシウムを含む酸化アルミニウム微粒子アルミニウム合金複合材料が得られる。この分散工程における分散温度は焼成工程における焼成温度よりも低く設定されるので、酸化アルミニウムとマグネシウムとが反応して酸化マグネシウムが生成されることは殆ど無い。
【００３０】
そして、これらの工程により、簡単に粒径ナノメーターから数μまでの酸化アルミニウム粒子で強化したアルミニウム系合金複合材料を得ることができる。また、焼成工程におけるアルミニウムと金属酸化物の反応で、還元された金属元素（第３金属）や生成した金属間化合物は、アルミニウム系合金の合金化に寄与するので、この金属元素及び金属間化合物によるアルミニウム系合金の高強度化が図られる。
【実施例１】
【００３１】
実施例１の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。アルミニウム粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，３０ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、８００℃で４時間加熱した。この結果で得られた材料を切断し、切断面を観察した結果、粒径ナノメーターからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子がアルミニウムマトリクス（母材）に分散していることが確認できた。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は３８ｗｔ％であった。この高体積粒子含有複合材料と通常のアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）を一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。なお、このＡＣ４Ｃは鋳物４種Ｃで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金鋳物であることを示す。
【００３２】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、図２に示すように、アルミニウム合金１０から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子１１が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は５．５ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例１では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３３０ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも約１０％高くなった。
【００３３】
【表１】
【実施例２】
【００３４】
次に、実施例２の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。アルミニウム粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末、酸化ニッケル（ＮｉＯ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，２４ｗｔ％，６ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、８５０℃で４時間加熱した。この結果で得られた材料を切断し、切断面を観察した結果、粒径ナノメーターからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子がアルミニウムマトリクス（母材）に分散していることが確認できた。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は３４ｗｔ％であった。この高体積粒子含有複合材料と通常のアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）を一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。なお、このＡＣ８Ａは鋳物８種Ａで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金鋳物であることを示す。
【００３５】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は５ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３５５ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）よりも約１２％高くなった。
【実施例３】
【００３６】
更に、実施例３の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。マグネシウムを１．５ｗｔ％含むアルミニウム合金粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，３０ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、８００℃で４時間加熱した。この結果で得られた材料を切断し、切断面を観察した結果、粒径ナノメーターからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子がアルミニウムマトリクス（母材）に分散していることが確認できた。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は３３ｗｔ％であった。この高体積粒子含有複合材料と通常のアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）を一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。
【００３７】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は５ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３１５ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも約５％高くなった。
［比較例１］
【００３８】
上記の実施例１、２、３と比較するために、次の比較例１、２を作製した。
【００３９】
比較例１の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。アルミニウム合金粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，３０ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、この成形体と通常のアルミニウム合金ＡＣ４Ｃを一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して３０分撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。
【００４０】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は０．３ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は２９０ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも低くなった。
［比較例２］
【００４１】
比較例２の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。７５０℃で溶融したアルミニウム合金ＡＣ８Ｃに、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）を９４．１ｗｔ％，１．７ｗｔ％，３．４ｗｔ％，０．８ｗｔ％の割合で混合し、４時間撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。
【００４２】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から微量の酸化アルミニウム粒子の生成が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は２ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３１０ＭＰａであった。、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも低くなった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の粒子強化合金複合材の製造方法のフローを示す図である。
【図２】実施例１の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の断面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ アルミニウム合金
１１ 酸化アルミニウム粒子
Ｓ１０ 粒子強化合金複合材の製造方法
Ｓ１１ 成形工程
Ｓ１２ 焼成工程
Ｓ１３ 分散工程
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１金属系母材に、この第１金属よりも活性の高い第２金属を含有させた合金に、前記第１金属の酸化物の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
安定な金属酸化物の微小粒子を分散させて強化した粒子分散強化合金複合材は、高温で安定であるので、耐熱合金として適している。特に、アルミニウム系合金複合材は、軽量であるため、広い用途が見込まれている。この粒子分散強化合金複合材では、幾つかの製造方法があるが、中でも、ｉｎ−ｓｉｔｕ法と呼ばれる反応法による製造方法が多用されている。
【０００３】
この反応法では、金属酸化物粉末を溶融アルミニウム（母材）に添加して、高温処理することにより、金属酸化物とアルミニウム（母材）との間で酸化還元反応を起こさせて酸化アルミニウム粒子を生成（ｉｎ−ｓｉｔｕ）させて、アルミニウム母材に酸化アルミニウムや第３金属酸化物を還元して得られる金属元素を含む粒子強化アルミニウム合金を製造する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯にガスまたは粒子を供給しつつ、この溶湯に超音波振動を付与することにより、ガスまたは粒子の構成成分とこの溶湯の構成成分とを溶湯中でｉｎ−ｓｉｔｕ反応させて強化粒子を生成させて、アルミニウムまたはアルミニウム合金のマトリックス（母材）中に低温・短時間のｉｎ−ｓｉｔｕ反応により強化粒子を生成させるアルミニウム基複合材料の製造方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
更に、金属溶湯に、その成分元素の少なくとも一つよりも酸化物生成傾向が低い金属の酸化物粒子と、金属粒子とを添加する工程と、この金属溶湯を攪拌しながら金属溶湯に超音波振動を付与することにより、金属溶湯中での、酸化物生成傾向が低い金属の酸化物と成分元素とのｉｎ−ｓｉｔｕ反応により、上記の少なくとも一つの成分元素の酸化物（強化粒子）を生成させる工程とを含み、高温・長時間を必要とせず、低温・短時間のｉｎ−ｓｉｔｕ反応により強化粒子を生成させることができる金属基複合材料の製造方法も提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
しかしながら、粒子分散強化アルミニウム合金複合材料の機械的性質を更に向上させるために、粒径のより細かい粒子との複合が望まれており、特にナノオーダーの粒子をアルミニウム合金と複合させる技術の開発が望まれているが、この反応法では、粒径１０μ以下の金属酸化物粒子を用いると、均一な混合が困難になる上に、添加される金属酸化物の種類によっては、溶融アルミニウム（母材）を、１０００℃以上の高温に長時間加熱する必要があるという問題がある。従って、従来技術の製造方法では、粒径がミクロンオーダーやナノオーダーの粒子とアルミニウム合金との複合は非常に困難であるため、新たな粒子分散法の開発が望まれている。
【０００７】
また、溶体化処理と時効処理による機械的性質の向上等のために、マグネシウム等の第２金属を添加することが行われるが、溶融アルミニウム合金（第１金属系合金）が、マグネシウム（Ｍｇ）を含む場合には、マグネシウムはアルミニウム（Ａｌ）よりも活性が高いので、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ：第１金属酸化物）を生成するために添加された、酸化銅（ＣｕＯ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）等の第３金属酸化物（ＭｘＯｙ）は、マグネシウムと熱力学的に優先的反応してしまう。そのため、このマグネシウムとの酸化反応（ｙＭｇ＋ＭｘＯｙ→ｙＭｇＯ＋ｘＭ：ＭｘＯｙは金属酸化物）により、機械的性質を向上するために添加されたマグネシウムは、酸化マグネシウム（マグネシア：ＭｇＯ）に変化してしまうので、合金成分としてのマグネシウムの効果が発揮できなくなるという問題がある。
【特許文献１】特開平８−１７６７０４公報
【特許文献２】特開平１０−２５１７７６公報
【特許文献３】特許第３４３７７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、第１金属よりも活性が高い第２金属を含んだ第１金属系合金（第１金属または第１金属合金）に、粒径がナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの非常に微小な第１金属酸化物粒子を分散配置して機械的に強化できる粒子強化合金複合材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような目的を達成するための粒子分散強化合金複合材の製造方法は、第１金属系母材に、該第１金属よりも活性の高い第２金属を含有させた合金に、前記第１金属の酸化物の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材の製造方法であって、前記第１金属系母材の粉末と、前記第１金属より活性が低い単数又は複数の第３金属酸化物の粉末とを混合してプレ成形体を形成する成形工程と、該プレ成形体を加熱して第１金属の酸化物の粒子を生成させて、第１金属系合金である種材を作成する焼成工程と、該種材を前記第１金属系母材の溶融物に添加、又は、該種材と前記第１金属系母材を溶融して、撹拌混合し、前記第１金属の酸化物の粒子を分散する分散工程と分散工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
つまり、第１金属系母材（例えば、アルミニウム）に、この第１金属よりも活性の高い第２金属（例えば、マグネシウム）を含有させた合金に、第１金属の酸化物（酸化アルミニウム）の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材を製造する場合には、第１金属と第３金属の酸化物（例えば、酸化銅等）との粉末成形体を成形して、この成形体を高温で焼成することにより、第１金属の酸化物微粒子を生成（ｉｎ−ｓｉｔｕ）させる。その後、焼成した成形体を第１金属系母材と共にマグネシウム含有アルミニウム合金に添加すると、第１金属の酸化物（酸化アルミニウム）と第２金属（マグネシウム）との反応が難しくなり、第１金属系合金中に第２金属の元素を残すことができ、合金における第２金属の元素成分の効果が確保できる。
【００１１】
また、焼成温度は、第１金属の種類や第３金属酸化物の種類によって異なり、分散温度は第１金属の種類や第１金属系合金の種類によって異なる。なお、ここで、第１金属系合金とは、第１金属又は第１金属合金のことをいい、例えば、第１金属がアルミニウムの場合は、第１金属系合金、即ち、アウミニウム系合金はアルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。
【００１２】
上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法において、前記第１金属がアルミニウムであり、前記第２金属がマグネシウムであることを特徴とする。この構成によれば、特に軽量のアルミニウム系合金が自動車や航空機等の材料として多用されており、また、このアルミニウム系合金において、溶体化処理と時効処理による機械的性質の向上等のために、マグネシウムを添加することが行われているので、この場合に特に大きな効果を奏することができる。
【００１３】
また、上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法において、前記プレ成形体を形成する第１金属系母材が、前記第２金属を含んでいてもよいが、前記プレ成形体を形成する第１金属系母材が、前記第２金属を含まない方が好ましい。
【００１４】
第１金属系母材が、第２金属を含んでいても、プレ成形体を焼成する焼成工程において、第１金属系母材の量が少ないため、これに含まれている第２金属の量も少なく、この少量の第２金属が第３金属の酸化物と反応しても、十分な第１金属酸化物を生成できる。また、最終的な粒子分散強化合金複合材における第２金属の量は、分散工程におけるプレ成形体以外の第１金属系合金に含まれている第２金属の量が多いので、焼成工程で第２金属や第３金属酸化物の消費される量を考慮して、分散工程における第１金属系合金に含まれる第２金属の量を調整しておいたり、プレ成形体を形成する第３金属の酸化物の量を調整しておいたりすることで十分に対応できる。
【００１５】
しかしながら、プレ成形体を形成する第１金属系母材が第２金属を含まない方が、焼成工程において、第３金属の酸化物が第１金属系合金以外と反応しないので、効率的に第１金属酸化物を焼成し易く、また、第２金属の酸化物も生成しないので、より好ましい。
【００１６】
更に、上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法において、前記第３金属が、ケイ素（Ｓｉ），チタン（Ｔｉ），バナジウム（Ｖ），クロム（Ｃｒ），マンガン（Ｍｎ），鉄（Ｆｅ），ニッケル（Ｎｉ），銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）の内の少なくとも一つであることを特徴とする。第１金属より活性の低い、これら第３金属の酸化物を用いることで、第１金属の酸化物を生成できる。
【００１７】
また、上記の粒子分散強化合金複合材の製造方法では、前記第３金属が前記第１金属系合金の合金化元素として前記第１金属系合金に含有していてもよく、この第３金属の合金化元素としての効果により、より機械的に優れた粒子分散強化合金複合材を製造することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明に係る粒子分散強化合金複合材の製造方法及び粒子強化合金複合材によれば、第１金属より活性の高い第２金属を含んだ第１金属系合金に、粒径がナノオーダーからミクロンオーダーまでの非常に微小な第１金属酸化物の粒子を分散配置して機械的に強化できる。特に、第１金属系合金における強度、耐磨耗性、高温特性を改善でき、高強度軽量化部材として自動車産業などで使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施の形態の粒子分散強化合金複合材の製造方法について、第１金属がアルミニウムで、第２金属がマグネシウムである場合を例にして説明する。なお、本発明は、この実施例に限定されず、他の金属の組合せ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）と銅（Ｃｕ）等であってもよい。
【００２０】
本発明では、図１に示すように、粒子分散強化合金複合材の製造工程Ｓ１０は、プレ成形体を成形する成形工程Ｓ１１、プレ成形体を加熱して酸化アルミニウムを生成する焼成工程Ｓ１２、生成した酸化アルミニウムをアルミニウム系合金に分散する分散工程Ｓ１３とからなる。
【００２１】
成形工程では、アルミニウム（第１金属）以外の酸化銅等の金属酸化物（第３金属酸化物）の粉末とアルミニウム系合金（第１金属系母材）の粉末（アルミニウムの粉末又はアルミニウム合金の粉末）を混合し、この混合粉末をプレス成形などで成形してプレ成形体を作製する。この成形のための加圧は、実験ではプレス圧力を０．２ＭＰａ〜３００ＭＰａ（２気圧〜３０００気圧）で行ったが、プレ成形体を、粉末の混合体のハンドリングができる程度に固形化すればよく、特に大きな加圧を必要としない。また、プレ成形体を形成するアルミニウム系合金がマグネシウムを含んでいてもよいが、含まない方が好ましい。
【００２２】
また、この金属酸化物の金属としては、アルミニウム（Ａｌ）以外の銅（Ｃｕ），ケイ素（Ｓｉ），バナジウム（Ｖ），マンガン（Ｍｎ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ），ニッケル（Ｎｉ），亜鉛（Ｚｎ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ）の内の少なくとも一つの単数又は複数の金属が使用される。言い換えれば、金属酸化物としては、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ，ＣｕＯ2 ），酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ），酸化マンガン（ＭｎＯ2 ），酸化モリブデン（ＭｏＯ3 ），酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ），酸化タングステン（ＷＯ3 ），酸化ニッケル（ＮｉＯ），亜鉛（ＺｎＯ），酸化チタン（ＴｉＯ2 ），酸化クロム（Ｃｒ2 Ｏ3 ），酸化鉄（Ｆｅ2 Ｏ3 ）等が使用される。
【００２３】
そして、焼成工程では、プレ成形体を７００℃〜１１００℃の高温で加熱して、酸化アルミニウム（アルミナ）粒子を生成し、酸化アルミニウム粒子の含有量が高い種材を作製する。この種材は、酸化アルミニウム微粒子分散アルミニウム系合金である。この焼成工程は、アルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気、言い換えれば、無酸素雰囲気で行われる。
【００２４】
つまり、この第１金属と金属酸化物が添加・混合されたプレ成形体（ペレット）から種材を作製する焼成工程では、高温で（２ｙＡｌ＋３ＭｘＯｙ→ｙＡｌ2 Ｏ3 ＋３ｘＭ：Ｍはアルミニウム以外の金属）の反応を生じさせて、その場で粒径ナノメーターから数ミクロンまでの酸化アルミニウム粒子をｉｎ−ｓｉｔｕ反応により生成させ、酸化アルミニウム粒子の含有量が高い種材を作成する。
【００２５】
この加熱温度は第１金属とこれに添加・混合される金属酸化物の種類によって異なるが、加熱温度が高ければ高い程、第１金属酸化物粒子が生成し易くなり、加熱温度が低くなると、反応時間が長くなる。
【００２６】
また、例え、アルミニウム系母材のマグネシウムが酸化銅等の金属酸化物と反応しても、プレ成形体を焼成する焼成工程において、アルミニウム系母材の量が少ないため、これに含まれているマグネシウムも少なく、この少量のマグネシウムが酸化銅等の金属酸化物と反応しても、十分な酸化アルミニウムを生成できる。また、最終的な粒子分散強化合金複合材におけるマグネシウムの量は、分散工程におけるプレ成形体以外のアルミニウム系合金に含まれているマグネシウムの量が多いので、焼成工程でマグネシウムや酸化銅等の金属酸化物の消費される量を考慮して、分散工程におけるアルミニウム系合金に含まれるマグネシウムの量を調整しておいたり、プレ成形体を形成する酸化銅等の金属酸化物の量を調整しておいたりすることで十分に対応できる。
【００２７】
しかしながら、プレ成形体を形成するアルミニウム系母材がマグネシウムを含まない方が、焼成工程において、酸化銅等の金属酸化物がアルミニウム系合金以外と反応しないので、効率的に酸化アルミニウムを焼成し易く、また、マグネシウムの酸化物も生成しないので、より好ましい。
【００２８】
次の分散工程では、この酸化アルミニウム粒子の含有量が高い種材を、アルミニウム系合金の溶融物に添加し、大気中で７００℃〜８５０℃の高温で撹拌混合することにより、酸化アルミニウムが溶融しているアルミニウム系合金中に分散され、酸化アルミニウム微粒子アルミニウム合金複合材料が得られる。なお、種材をアルミニウム系合金の溶融物に添加する代わりに、種材とアルミニウム系合金を溶融して撹拌混合してもよい。
【００２９】
なお、アルミニウム系合金がマグネシウムを含む場合は、マグネシウムを含むアルミニウム合金の溶融物に添加し撹拌混合することにより、又は、種材とマグネシウムを含むアルミニウム系合金を溶融して撹拌混合することにより、マグネシウムを含む酸化アルミニウム微粒子アルミニウム合金複合材料が得られる。この分散工程における分散温度は焼成工程における焼成温度よりも低く設定されるので、酸化アルミニウムとマグネシウムとが反応して酸化マグネシウムが生成されることは殆ど無い。
【００３０】
そして、これらの工程により、簡単に粒径ナノメーターから数μまでの酸化アルミニウム粒子で強化したアルミニウム系合金複合材料を得ることができる。また、焼成工程におけるアルミニウムと金属酸化物の反応で、還元された金属元素（第３金属）や生成した金属間化合物は、アルミニウム系合金の合金化に寄与するので、この金属元素及び金属間化合物によるアルミニウム系合金の高強度化が図られる。
【実施例１】
【００３１】
実施例１の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。アルミニウム粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，３０ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、８００℃で４時間加熱した。この結果で得られた材料を切断し、切断面を観察した結果、粒径ナノメーターからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子がアルミニウムマトリクス（母材）に分散していることが確認できた。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は３８ｗｔ％であった。この高体積粒子含有複合材料と通常のアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）を一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。なお、このＡＣ４Ｃは鋳物４種Ｃで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金鋳物であることを示す。
【００３２】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、図２に示すように、アルミニウム合金１０から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子１１が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は５．５ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例１では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３３０ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも約１０％高くなった。
【００３３】
【表１】
【実施例２】
【００３４】
次に、実施例２の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。アルミニウム粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末、酸化ニッケル（ＮｉＯ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，２４ｗｔ％，６ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、８５０℃で４時間加熱した。この結果で得られた材料を切断し、切断面を観察した結果、粒径ナノメーターからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子がアルミニウムマトリクス（母材）に分散していることが確認できた。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は３４ｗｔ％であった。この高体積粒子含有複合材料と通常のアルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）を一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。なお、このＡＣ８Ａは鋳物８種Ａで、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系のアルミニウム合金鋳物であることを示す。
【００３５】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は５ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３５５ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ８Ａ）よりも約１２％高くなった。
【実施例３】
【００３６】
更に、実施例３の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。マグネシウムを１．５ｗｔ％含むアルミニウム合金粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，３０ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、８００℃で４時間加熱した。この結果で得られた材料を切断し、切断面を観察した結果、粒径ナノメーターからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子がアルミニウムマトリクス（母材）に分散していることが確認できた。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は３３ｗｔ％であった。この高体積粒子含有複合材料と通常のアルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）を一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。
【００３７】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は５ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３１５ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも約５％高くなった。
［比較例１］
【００３８】
上記の実施例１、２、３と比較するために、次の比較例１、２を作製した。
【００３９】
比較例１の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。アルミニウム合金粉末、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）の粉末を５８ｗｔ％，１２ｗｔ％，３０ｗｔ％の割合で混合し、ペレット状に成形した後、この成形体と通常のアルミニウム合金ＡＣ４Ｃを一緒に熔解炉に入れて、７５０℃で熔解して３０分撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。
【００４０】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から粒径ナノメーターオーダーからミクロンオーダーまでの酸化アルミニウム粒子が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は０．３ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は２９０ＭＰａで、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも低くなった。
［比較例２］
【００４１】
比較例２の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料を次のようにして作製した。７５０℃で溶融したアルミニウム合金ＡＣ８Ｃに、酸化銅（ＣｕＯ，Ｃｕ2 Ｏ）の粉末、酸化ケイ素（シリカ：ＳｉＯ2 ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）を９４．１ｗｔ％，１．７ｗｔ％，３．４ｗｔ％，０．８ｗｔ％の割合で混合し、４時間撹拌した後、金属の型に鋳込み、鋳造試験片を作製した。
【００４２】
この鋳造試験片を切断し、切断面を観察した結果、アルミニウム合金から微量の酸化アルミニウム粒子の生成が確認された。また、酸化アルミニウム粒子の含有量は２ｗｔ％であった。そして、表１に示すように、この実施例２では酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の引っ張り強度は３１０ＭＰａであった。、アルミニウム合金（ＡＣ４Ｃ）よりも低くなった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態の粒子強化合金複合材の製造方法のフローを示す図である。
【図２】実施例１の酸化アルミニウム粒子強化アルミニウム合金複合材料の断面の電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ アルミニウム合金
１１ 酸化アルミニウム粒子
Ｓ１０ 粒子強化合金複合材の製造方法
Ｓ１１ 成形工程
Ｓ１２ 焼成工程
Ｓ１３ 分散工程
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属系母材に、該第１金属よりも活性の高い第２金属を含有させた合金に、前記第１金属の酸化物の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材の製造方法であって、
前記第１金属系母材の粉末と、前記第１金属より活性が低い単数又は複数の第３金属酸化物の粉末とを混合してプレ成形体を形成する成形工程と、
該プレ成形体を加熱して前記第１金属の酸化物の粒子を生成させて、前記第１金属系合金である種材を作成する焼成工程と、
該種材を前記第１金属系母材の溶融物に添加して、又は、該種材と前記第１金属系母材を溶融して、撹拌混合し、前記第１金属の酸化物の粒子を分散する分散工程とを含むことを特徴とする粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項２】
前記第１金属がアルミニウムであり、前記第２金属がマグネシウムであることを特徴とする請求項１記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項３】
前記プレ成形体を形成する第１金属系母材が、前記第２金属を含まないことを特徴とする請求項１又は２記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項４】
前記第３金属が、ケイ素，チタン，バナジウム，クロム，マンガン，鉄，ニッケル，銅，亜鉛，モリブデン，タンタル，タングステンの内の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項５】
前記第３金属が前記第１金属系合金の合金化元素として前記第１金属系合金に含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項１】
第１金属系母材に、該第１金属よりも活性の高い第２金属を含有させた合金に、前記第１金属の酸化物の粒子を分散させた粒子分散強化合金複合材の製造方法であって、
前記第１金属系母材の粉末と、前記第１金属より活性が低い単数又は複数の第３金属酸化物の粉末とを混合してプレ成形体を形成する成形工程と、
該プレ成形体を加熱して前記第１金属の酸化物の粒子を生成させて、前記第１金属系合金である種材を作成する焼成工程と、
該種材を前記第１金属系母材の溶融物に添加して、又は、該種材と前記第１金属系母材を溶融して、撹拌混合し、前記第１金属の酸化物の粒子を分散する分散工程とを含むことを特徴とする粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項２】
前記第１金属がアルミニウムであり、前記第２金属がマグネシウムであることを特徴とする請求項１記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項３】
前記プレ成形体を形成する第１金属系母材が、前記第２金属を含まないことを特徴とする請求項１又は２記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項４】
前記第３金属が、ケイ素，チタン，バナジウム，クロム，マンガン，鉄，ニッケル，銅，亜鉛，モリブデン，タンタル，タングステンの内の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【請求項５】
前記第３金属が前記第１金属系合金の合金化元素として前記第１金属系合金に含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子分散強化合金複合材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２９１３２１（Ｐ２００６−２９１３２１Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１５７１３（Ｐ２００５−１１５７１３）
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１３日（２００５．４．１３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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