[发明专利]铝基复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝基复合材料及其制造方法，所述铝基复合材料以铝合金为母材，该母材中含有增强材料，所述增强材料由氧化铝颗粒或氧化铝纤维形成。

背景技术

为了提高金属材料的特性，使用在作为母材的金属材料中含有增强材料的复合材料。在该复合材料中，有母材为铝(Al)、增强材料为氧化铝(Al₂O₃)颗粒的铝基复合材料。

作为制造铝基复合材料的方法，例如在日本专利第2998828号公报中提出了使铝合金渗透到多孔成形体中的方法。

根据上述公报中公开的制造方法，首先，将由氧化铝(Al₂O₃)颗粒形成的多孔成形体放置于铝(Al)块上，在该多孔成形体附近放有镁(Mg)，然后加热到900℃。通过该加热，使铝块熔融、镁升华。

接着，保持于氮气(N₂)气氛中，使氮气与镁反应，生成氮化镁(Mg₃N₂)。利用生成的Mg₃N₂还原多孔成形体表面的Al₂O₃，使铝暴露在多孔成形体表面。

使熔融的铝渗透到该多孔成形体内的空间，从而得到铝基复合材料。

对于该铝基复合材料等复合材料，金属材料中含有的增强材料有可能与金属材料中的元素发生化学反应。若增强材料与金属材料中的元素发生化学反应，则增强材料的形状改变，难以维持作为复合材料的强度。

作为应对办法，例如在日本特开2001-316785号公报中提出了在增强材料的表面上具有尖晶石层的复合材料的制造方法。

根据上述日本特开2001-316785号公报中公开的制造方法，将硼酸铝晶须(whiker)(四国化成工业公司制造)用作增强材料，首先，在增强材料的表面覆盖镁(Mg)。

接着，在真空状态下，加热到500℃～1200℃，将该加热继续0.5小时～3小时。

增强材料与镁发生化学反应，生成在增强材料的表面上形成有尖晶石层的复合材料。通过在增强材料的表面上形成尖晶石层，防止金属材料中所含的增强材料与金属材料中的元素发生化学反应。由此，能够防止因化学反应导致增强材料的形状改变，从而可以维持作为复合材料的强度。

如上所述，日本特开2001-316785号公报的制造方法公开了将所述硼酸铝晶须用作增强材料的复合材料。该硼酸铝作为易于形成尖晶石的材料是众所周知的。

因此，在上述制造方法中，在不使用硼酸铝而使用氧化铝作为增强材料时，不能在增强材料的表面上形成尖晶石层。因此认为，在将氧化铝用作增强材料的复合材料中，增强材料与金属材料中的元素接触而发生了化学反应，从而难以维持作为复合材料的特性。

此外，在日本特开2001-316785号公报中公开的制造方法中，在使熔融的铝合金渗入(渗透)到增强材料之间的间隙中时，有可能无法在铝合金和尖晶石层之间保持充分的润湿性。

因此，在铝基复合材料的内部产生缺陷(即空隙)，导致铝基复合材料有可能部分变脆。

于是，期望一种能够提高将氧化铝用作增强材料的复合材料的特性的技术。

发明内容

本发明提供一种铝基复合材料，该铝基复合材料是以铝合金为母材，并且在该母材中含有氧化铝颗粒或氧化铝纤维的增强材料的铝基复合材料，所述铝基复合材料包含形成于所述增强材料表面的尖晶石层以及形成于该尖晶石层表面的氮化铝层。

由增强材料和氮化镁(Mg₃N₂)形成的尖晶石层、形成该尖晶石层时产生的氮气与铝合金的熔液发生反应，形成氮化铝，所以铝合金和增强材料之间的密合性提高。即，通过在尖晶石层的表面形成氮化铝层，能够使铝合金非常良好地与增强材料的表面密合。

此处，为了使铝合金含有增强材料，采用使熔融的铝合金(熔液)渗透到增强材料之间的间隙中的方法。此时，铝合金与增强材料接触，铝合金的成分有可能与增强材料反应。

于是，在使铝合金的熔液渗透到增强材料之间的间隙之前，在增强材料的表面均匀地形成尖晶石层，从而防止增强材料与铝合金中的元素发生反应。由此，能够维持将氧化铝用作增强材料的复合材料的特性。