(57)【要約】【課題】  強化粒子としてのスピネル粒子を含有する粒子強化アルミニウムと比較してさほど機械的強度が低下することなく切削性が改善された、粒子強化アルミニウム複合材を提供すること。【解決手段】  アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む、粒子強化アルミニウム複合材であって、強化粒子が、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含む、粒子強化アルミニウム複合材とすること。【選択図】  図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金により構成される母材と、前記母材中に分散された強化粒子と、を含む、粒子強化アルミニウム複合材であって、
前記強化粒子が、
ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、
アルミニウムと、
を含む、粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項２】
請求項１に記載の粒子強化アルミニウム複合材において、
前記強化粒子中に、４０ｗｔ％以上のアルミニウムが含まれる、粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の強化アルミニウム複合材において、
前記強化粒子が、
４０ｗｔ％以上のアルミニウムと、
１６ｗｔ％以下のマグネシウムと、
を含む、粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粒子強化アルミニウム複合材において、
前記母材中に、１２．６ｗｔ％よりも多く２０ｗｔ％以下のケイ素が含まれている、粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の粒子強化アルミニウム複合材において、
前記母材中に、β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が含まれている、粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粒子強化アルミニウム複合材において、
前記強化粒子の平均粒子径が、１０μｍ以上である、粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項７】
請求項５に記載の粒子強化アルミニウム複合材において、
前記β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物は、平均粒子径が５μｍ以下であるか、最大粒子径が５０μｍ以下であるか、の少なくともいずれかの粒子径を有する。粒子強化アルミニウム複合材。
【請求項８】
所定の圧力が付与されるとともに付与された圧力に耐え得る強度を有する耐圧部品であって、
アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む、粒子強化アルミニウム複合材により構成され、強化粒子が、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含み、母材中に、β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が含まれている、耐圧部品。
【請求項９】
請求項８に記載の耐圧部品において、
付与された圧力によって応力が集中する応力集中部位を有し、
前記応力集中部位を構成する前記母材中に含まれる前記晶出物の大きさが、前記応力集中部位以外の部位を構成する前記母材中に含まれる前記晶出物の大きさよりも小さい、耐圧部品。
【請求項１０】
請求項９に記載の耐圧部品において、
前記耐圧部品は、車両に搭載されるブレーキ装置を構成するキャリパボディであり、
前記キャリパボディは、
ピストンを軸方向移動可能に収納するシリンダ部と、
前記シリンダ部に対して前記ピストンの移動方向に離間して対向配置する対向部と、
前記シリンダ部と前記対向部とを連結する連結部と、を有し、
前記応力集中部位が、前記シリンダ部と前記連結部との境界部分及び前記対向部と前記連結部との境界部分の少なくとも一つである、耐圧部品。
【請求項１１】
所定の圧力が付与されるとともに付与された圧力に耐え得る強度を有し、且つ、付与された圧力によって応力が集中する応力集中部位を有する耐圧部品の製造方法であって、
マグネシウムを含むアルミニウム合金溶湯中に、二酸化ケイ素粒子からなる粉体を投入する原料粒子投入工程と、
前記原料粒子投入工程にてアルミニウム合金溶湯中に投入された二酸化ケイ素粒子と、アルミニウム合金溶湯の成分であるマグネシウム及びアルミニウムとを反応させることにより、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分とアルミニウムとを含む強化粒子を生成する強化粒子生成工程と、
アルミニウム合金溶湯を冷却することにより、アルミニウム合金母材中にβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物を晶出させるとともに、アルミニウム合金溶湯を凝固させて前記耐圧部品を成形する成形工程と、
成形した前記耐圧部品の前記応力集中部位を摩擦攪拌することにより、前記応力集中部位を構成するアルミニウム合金母材中に晶出した晶出物を、平均粒子径５μｍ以下、且つ最大粒子径５０μｍ以下に微細化する微細化工程と、
を含む、耐圧部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子強化アルミニウム複合材、それを用いた耐圧部品、及び、耐圧部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム複合材に無機材料等により構成される硬質の粒子（強化粒子）を含有させてなる粒子強化アルミニウム複合材が開発されている。例えば特許文献１は、スピネル粒子が強化粒子として含有された粒子強化アルミニウム複合材を開示する。この特許文献１に記載の粒子強化アルミニウム複合材は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属溶湯に、酸化アルミニウム以外の金属酸化物粒子とマグネシウムを添加して攪拌することにより製造される。アルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属溶湯に金属酸化物粒子とマグネシウムを添加することで、金属溶湯中にて金属酸化物とマグネシウムとアルミニウムとが反応してスピネル粒子が生成する。生成したスピネル粒子は強化粒子としてアルミニウム合金母材に分散される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９１４５０号公報
【発明の概要】
【０００４】
（発明が解決しようとする課題）
上記特許文献１に記載の粒子強化アルミニウム複合材は、強化粒子として硬度が非常に高いスピネル粒子を含むので、機械的強度は高いものの、切削性が悪い。
【０００５】
そこで、本発明は、スピネル粒子を含有する粒子強化アルミニウム複合材と比較してさほど機械的強度が低下することなく切削性が改善された、粒子強化アルミニウム複合材、及び、それを用いた耐圧部品並びにそれを用いた耐圧部品の製造方法を提供することを、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む、粒子強化アルミニウム複合材であって、強化粒子が、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含む、粒子強化アルミニウム複合材を提供する。この場合、強化粒子中のアルミニウムは、主成分に付着するように強化粒子中に混入しているとよい。
【０００７】
本発明によれば、強化粒子に、主成分としてのスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）以外に金属アルミニウムが含まれる。金属アルミニウムの硬度はスピネルの硬度よりも低い。このため本発明に係る強化粒子の分断性が向上し、それにより、粒子強化アルミニウム複合材の切削性を改善することができる。また、母材に分散される強化粒子の主成分はスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）であるので機械的強度はそれなりに確保される。つまり、本発明によれば、スピネル粒子が含まれる粒子強化アルミニウム複合材に対してさほど機械的強度を落とすことなく切削性が改善された、粒子強化アルミニウム複合材を提供することができる。
【０００８】
この場合、強化粒子中に、４０ｗｔ％以上のアルミニウムが含まれているとよい。より好ましくは、強化粒子が、４０ｗｔ％以上のアルミニウムと、１６ｗｔ％以下のマグネシウムとを含むとよい。さらにより好ましくは、強化粒子が、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下のアルミニウムと、５ｗｔ％以上且つ１６ｗｔ％以下のマグネシウムとを含むとよい。さらにより好ましくは、強化粒子が、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下のアルミニウムと、５ｗｔ％以上且つ１６ｗｔ％以下のマグネシウムと、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下の酸素と、不可避不純物とを含み、これらの合計の質量濃度が１００ｗｔ％であるように構成されているとよい。
【０００９】
また、母材中に、１２．６ｗｔ％よりも多く２０ｗｔ％以下のケイ素が含まれているとよい。或いは、母材中に、β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が含まれているとよい。ここで、β（Ｓｉ）粒子とは、ケイ素の含有率がアルミニウムとケイ素の共晶点におけるケイ素の含有率（１２．６ｗｔ％）よりも高いＡｌ−Ｓｉ系合金溶湯を冷却させる過程で合金溶湯中に晶出し、上記の含有率以下のＡｌ−Ｓｉ系合金溶湯を冷却させる過程では晶出しないケイ素粒子を表す。１２．６ｗｔ％よりも多いケイ素が含まれているアルミニウム合金溶湯を冷却して本発明に係る粒子強化アルミニウム複合材を成形すると、母材中にβ（Ｓｉ）粒子が晶出する。このβ（Ｓｉ）粒子により、母材の剛性が高められる。このため粒子強化アルミニウム複合材の剛性を高めることができる。
【００１０】
また、強化粒子の平均粒子径（メジアン径）が、１０μｍ以上であるとよい。これによれば、強化粒子の粒子径が特許文献１記載の強化粒子の平均粒子径（０．２μｍ程度）と比較してはるかに大きいので、アルミニウム複合材の耐摩耗性を高めることができる。
【００１１】
また、母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物は、平均粒子径（メジアン径）が５μｍ以下であるか、最大粒子径が５０μｍ以下であるか、の少なくともいずれかの粒子径を有するのがよい。母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の平均粒子径（メジアン径）が５μｍ以下である場合、或いは、最大粒子径が５０μｍ以下である場合、すなわち母材中の晶出物が微細化されている場合、アルミニウム複合材の引張強度及び延性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、所定の圧力が付与されるとともに付与された圧力に耐え得る強度を有する耐圧部品であって、アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む、粒子強化アルミニウム複合材により構成され、強化粒子が、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含み、母材中に、β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が含まれている、耐圧部品を提供する。
【００１３】
上記発明によれば、機械的強度が高く、切削性が良好であり、且つ剛性の高い耐圧部品を提供することができる。
【００１４】
この場合、上記耐圧部品は、付与された圧力によって応力が集中する応力集中部位を有し、応力集中部位を構成する母材中に含まれる晶出物の大きさが、応力集中部位以外の部位を構成する母材中に含まれる晶出物の大きさよりも小さいとよい。
【００１５】
さらにこの場合、応力集中部位を構成する母材中に含まれる晶出物の平均粒子径（メジアン径）が５μｍ以下であり且つ最大粒子径が５０μｍ以下であるとよい。
【００１６】
これによれば、耐圧部品の応力集中部位を構成するアルミニウム合金母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が微細化されているために、応力集中部位の引張強度及び延性が向上し、その結果、耐圧部品の耐圧特性をより向上させることができる。
【００１７】
上記耐圧部品は、車両に搭載されるブレーキ装置を構成するキャリパボディであってもよい。この場合、キャリパボディは、ピストンを軸方向移動可能に収容するシリンダ部と、シリンダ部に対してピストンの移動方向に離間して対向配置する対向部と、シリンダ部と対向部とを連結する連結部と、を有し、応力集中部位は、シリンダ部と連結部との境界部分及び対向部と連結部との境界部分の少なくとも一つであると良い。
【００１８】
ブレーキ装置を構成するキャリパボディは、液圧によりピストンが軸方向移動してディスクロータにブレーキパッドを押し付ける際に応力を受ける。この応力は、キャリパボディのシリンダ部と連結部との境界部分及び対向部と連結部との境界部分に集中する傾向にある。従って、このようにして応力が集中する上記境界部分を構成するアルミニウム合金母材中の晶出物を微細化することにより、境界部分の引張強度及び延性が向上し、境界部分での破断が抑止される。よって、キャリパボディの耐久性が向上する。
【００１９】
また、本発明は、所定の圧力が付与されるとともに付与された圧力に耐え得る強度を有し、且つ、付与された圧力によって応力が集中する応力集中部位を有する耐圧部品の製造方法であって、マグネシウムを含むアルミニウム合金溶湯中に、二酸化ケイ素粒子からなる粉体を投入する原料粒子投入工程と、原料粒子投入工程にてアルミニウム合金溶湯中に投入された二酸化ケイ素粒子と、アルミニウム合金溶湯の成分であるマグネシウム及びアルミニウムとを反応させることにより、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分とアルミニウムとを含む強化粒子を生成する強化粒子生成工程と、アルミニウム合金溶湯を冷却することにより、アルミニウム合金母材中にβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物を晶出させるとともに、アルミニウム合金溶湯を凝固させて耐圧部品を成形する成形工程と、成形した耐圧部品の応力集中部位を摩擦攪拌することにより、応力集中部位を構成するアルミニウム合金母材中に晶出した晶出物を、平均粒子径５μｍ以下、且つ最大粒子径５０μｍ以下に微細化する微細化工程と、を含む、耐圧部品の製造方法を提供する。
【００２０】
上記発明によれば、機械的強度が高く、切削性が良好であり、且つヤング率（剛性）の高い耐圧部品を製造することができる。また、応力集中部位の引張強度及び延性が向上し、その結果、耐圧部品の耐圧特性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、粒子強化アルミニウム複合材を製造するための製造装置の概略図である。
【図２】図２は、実施例１にてアルミニウム合金溶湯に投入した二酸化ケイ素粒子のＳＥＭ画像である。
【図３】図３は、実施例１に係るサンプルＳ１のＳＥＭ画像（１０００倍）である。
【図４】図４は、実施例１に係るサンプルＳ１のＳＥＭ画像（１００００倍）である。
【図５Ａ】図５Ａは、強化粒子の一部分を拡大したＳＥＭ画像（４００００倍）である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、強化粒子の一部分を拡大したＳＥＭ画像（４００００倍）である。
【図６】図６は、実施例３に係るサンプルＳ９のＳＥＭ画像（２００倍）である。
【図７】図７は、実施例３に係るサンプルＳ１０のＳＥＭ画像（２００倍）である。
【図８】図８は、粒子含有率とヤング率との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、実施例４にて用いた摩擦攪拌ツールと摩擦攪拌されるアルミニウム複合板の模式図である。
【図１０】図１０は、金属顕微鏡により観察した実施例３に係る組織の断面及び実施例４に係る組織の断面の写真画像である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、実施例３に係る晶出物の粒度分布の測定結果を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、実施例４に係る晶出物の粒度分布の測定結果を示す。
【図１２】図１２は、実施例３及び実施例４に係る引張試験片の引張試験結果を示す。
【図１３】図１３は、実施例３及び実施例４に係る引張試験片の伸び量を示す。
【図１４】図１４は、実施例３及び実施例５に係る引張試験片の引張試験結果を示す。
【図１５】図１５は、実施例３及び実施例５に係る引張試験片の伸び量を示す。
【図１６】図１６は、実施例６に係る耐圧部品としてのキャリパボディの概略図である。
【図１７】図１７は、図１６のキャリパボディが組み付けられてなるブレーキ装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る粒子強化アルミニウム複合材は、マトリクスを構成する母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む。
【００２３】
母材はアルミニウム合金により構成される。アルミニウム合金母材中に含まれるアルミニウム以外の成分として、マグネシウム（Ｍｇ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタン（Ｔｉ）のいずれか１つまたは複数を例示できる。この中で、例えば、少なくともマグネシウム及びケイ素が含有されているアルミニウム合金が、本発明の母材として好ましい。
【００２４】
強化粒子は、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウム（金属アルミニウム）とを含む。ここで、主成分とは、強化粒子の大部分を形成し、強化粒子の主要な性質を表す成分をいう。全ての成分がＭｇＡｌ２Ｏ４である場合、その強化粒子はスピネル粒子である。従って、本発明の強化粒子は、部分的にアルミニウムが混入したスピネル粒子と言える。アルミニウムは、主成分（スピネル）に付着するように強化粒子中に混入しているとよい。
【００２５】
スピネル粒子の硬度は非常に高く、そのためスピネル粒子を含有したアルミニウム複合材の機械的強度は高い。しかしながらその反面、切削性が悪い。これに対し、本発明に係る強化粒子は硬度の低いアルミニウムが混入したスピネル粒子であるため、本発明に係る強化粒子の硬度はスピネル粒子の硬度よりも若干低い。よって、強化粒子の分断性が向上し、それにより、本発明に係る粒子強化アルミニウム複合材の切削性が改善される。また、強化粒子の大部分は主成分であるＭｇＡｌ２Ｏ４により構成されるので、本発明に係る強化粒子が母材中に分散されたアルミニウム複合材の機械的強度は、スピネル粒子が母材中に分散されたアルミニウム複合材と比較して低いものの、大きくは低下しない。従って、本発明の粒子強化アルミニウム複合材によれば、スピネル粒子が含有されたアルミニウム複合材に比較してさほど機械的強度が低下せず、且つ切削性が改善される。
【００２６】
強化粒子は、４０ｗｔ％以上のアルミニウムを含有しているとよい。スピネル粒子の組成はＭｇＡｌ２Ｏ４と表されるが、この場合、スピネル粒子中のアルミニウムの含有率は、理論上３８ｗｔ％である。よって、強化粒子中に４０ｗｔ％以上のアルミニウムが含有されている場合、２ｗｔ％以上の金属アルミニウムが強化粒子中に含まれることになる。このため、強化粒子を、主成分としてのＭｇＡｌ２Ｏ４と２ｗｔ％以上のアルミニウムとを含むように構成することができる。この場合、好ましくは、強化粒子が、４０ｗｔ％以上であり且つ５０ｗｔ％以下のアルミニウムを含むとよい。
【００２７】
また、本発明に係る強化粒子は、１６ｗｔ％以下のマグネシウムを含有しているとよい。スピネル粒子中のマグネシウムの含有率は、理論上１６．９ｗｔ％である。従って、マグネシウムの含有率を１６ｗｔ％以下に抑えることにより、強化粒子が全てＭｇＡｌ２Ｏ４として生成されることが防止されるとともに、一部に金属アルミニウムが強化粒子中に混入したものとなる。この場合、好ましくは、強化粒子が、５ｗｔ％以上であり且つ１６ｗｔ％以下のマグネシウムを含むとよい。
【００２８】
より好ましくは、本発明に係る強化粒子は、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下のアルミニウムと、５ｗｔ％以上且つ１６ｗｔ％以下のマグネシウムとを含むとよい。さらにより好ましくは、本発明に係る強化粒子は、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下のアルミニウムと、５ｗｔ％以上且つ１６ｗｔ％以下のマグネシウムと、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下の酸素と、不可避不純物とを含み、これらの合計の質量濃度が１００ｗｔ％であるように構成されているとよい。
【００２９】
また、母材中には、１２．６ｗｔ％よりも多いケイ素（Ｓｉ）が含有されているとよい。Ａｌ（アルミニウム）−Ｓｉ（ケイ素）系合金において、ＡｌとＳｉの共晶点におけるＳｉの濃度は１２．６ｗｔ％である。この共晶点におけるＳｉの濃度を超える濃度のＳｉが母材に含まれている場合、粒子強化アルミニウム複合材を製造する際のアルミニウム合金溶湯の冷却過程にて、硬質なβ（Ｓｉ）粒子が晶出する。β（Ｓｉ）粒子のヤング率は約１８５ＧＰａと大きい。このため、母材中に晶出したβ（Ｓｉ）粒子と母材に分散している強化粒子により、粒子強化アルミニウム複合材の剛性を高めることができる。加えて、粒子強化アルミニウム複合材の線膨張係数を小さくすることができる。
【００３０】
また、母材中のケイ素の含有率が１２．６ｗｔ％を超えると、粒子強化アルミニウム複合材の製造過程において、アルミニウム合金溶湯の流動性が向上することが知られている。従って、本発明に係る粒子強化アルミニウム複合材を鋳造する際における鋳造性を高めることができる。ただし、母材中のケイ素の含有率が２０ｗｔ％を超えると、アルミニウム合金溶湯の流動性が低下するとともに、成形後のアルミニウム複合材の加工性が悪化する。従って、母材中のケイ素の含有率は、１２．６ｗｔ％よりも多く且つ２０ｗｔ％以下であるのがよい。
【００３１】
また、母材中に分散した強化粒子の平均粒子径（メジアン径）は、１０μｍ以上であるのがよい。特許文献１には、アルミニウム合金中に分散したスピネル粒子の径が０．２μｍであると記載されている。このように母材中に分散した強化粒子の径が非常に小さいと、耐摩耗性の向上が見込めない。従って、粒子強化アルミニウム複合材の母材中に分散した強化粒子の平均粒子径を１０μｍ以上に調整することにより、耐摩耗性を向上させることができる。
【００３２】
また、母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の平均粒子径（メジアン径）は、５μｍ以下であるのがよい。さらに、母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の最大粒子径は、５０μｍ以下であるのがよい。母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の平均粒子径（メジアン径）が５μｍ以下であり、β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の最大粒子径が５０μｍ以下である場合、すなわち母材中のβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が微細化されている場合、アルミニウム複合材の引張強度及び延性を高めることができる。
【００３３】
本発明に係る粒子強化アルミニウム複合材は、原料粒子投入工程と、強化粒子生成工程とを経て製造することができる。
【００３４】
原料粒子投入工程では、マグネシウムを含むアルミニウム合金溶湯中に、二酸化ケイ素粒子からなる粉体を投入する。投入される二酸化ケイ素粒子の粒子径は、１０μｍ〜５０μｍ程度であるのがよい。特に、投入される二酸化ケイ素粒子の平均粒子径（メジアン径）は１０μｍ以上であるのがよい。また、二酸化ケイ素粒子の投入方法として、二酸化ケイ素粒子からなる粉体を供給することができる供給装置から、貯留タンク内に貯留されたアルミニウム合金溶湯の湯面に向けて、キャリアガス（例えば窒素ガス）とともに粉体を吹き付けるように吐出する方法が採用され得る。このようにアルミニウム合金溶湯に二酸化ケイ素粒子からなる粉体を吹き付けることにより、アルミニウム合金溶湯中に二酸化ケイ素粒子が均一分散される。
【００３５】
強化粒子生成工程では、原料粒子投入工程にてアルミニウム合金溶湯中に投入された二酸化ケイ素粒子と、アルミニウム合金溶湯の成分であるマグネシウム及びアルミニウムとを反応させることにより、二酸化ケイ素粒子を、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分とアルミニウムとを含む強化粒子に変化させる。この場合において、原料粒子投入工程にて二酸化ケイ素粒子が投入されたアルミニウム溶湯を攪拌するとともに、所定の温度（例えば７００℃）で所定時間（例えば１２０分）保持する。これにより、アルミニウム合金溶湯内で、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が還元されてケイ素が合金溶湯中に放出されるとともにアルミニウム及びマグネシウムと酸素が反応して、二酸化ケイ素粒子がＭｇＡｌ２Ｏ４を主成分とする粒子に変化する。こうして変化した粒子に少量の金属アルミニウムが混入することにより、強化粒子が生成される。
【００３６】
また、上記した強化粒子生成工程にて二酸化ケイ素が還元されることにより、ケイ素がアルミニウム合金溶湯中に放出される。従って、アルミニウム合金溶湯は、ケイ素を含むことになる。このときケイ素の最終的な含有率が１２．６ｗｔ％を超えていれば、アルミニウム合金溶湯の冷却過程でβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が晶出する。このため、冷却完了後には、母材中にβ（Ｓｉ）粒子が晶出する。母材中にβ（Ｓｉ）粒子が晶出することにより、上記したようにアルミニウム複合材の剛性を向上させることができる。
【００３７】
次に、本発明に係る粒子強化アルミニウム複合材の製造方法の具体例及びその製造方法により製造した粒子強化アルミニウム複合材中に含まれる強化粒子について説明する。図１は、粒子強化アルミニウム複合材を製造するための製造装置の概略図である。図１に示すように、製造装置１は、溶湯貯留部１０と、粒子供給装置２０と、減圧装置４０とを有する。
【００３８】
溶湯貯留部１０は、アルミニウム合金溶湯を貯留する貯留タンク１１と、貯留タンク１１を加熱する電気式ヒータ等の加熱器１２と、貯留タンク１１を減圧状態で密閉収容可能な収容容器１３と、貯留タンク１１に貯留されたアルミニウム合金溶湯Ｌを攪拌する攪拌装置１４と、収容容器１３の内部圧力を大気開放するためのリリーフ弁ユニット１５とを有する。
【００３９】
貯留タンク１１は、有底筒状の坩堝等により構成される。この貯留タンク１１の外周回りに加熱器１２が敷設される。貯留タンク１１内にはアルミニウム合金溶湯Ｌの原料が投入される。投入された原料は、加熱器１２により加熱されることにより溶解する。これにより、貯留タンク１１内にアルミニウム合金溶湯Ｌが貯留される。
【００４０】
収容容器１３は、その内部空間の減圧状態を維持することができるように構成される密閉容器である。この収容容器１３の内部空間に、貯留タンク１１及び加熱器１２が配設される。収容容器１３内に貯留タンク１１及び加熱器１２が配されたとき、図１に示すように貯留タンク１１の上側に上部空間Ｓが形成される。
【００４１】
攪拌装置１４は、モータ１４１と、モータ１４１の出力軸に同軸接続されモータ１４１の回転に連動して軸回り回転する攪拌ロッド１４２と、攪拌ロッド１４２の先端に取り付けられた攪拌羽根１４３とを有する。モータ１４１は収容容器１３の上方に設けられる。攪拌ロッド１４２は、図１に示すように収容容器１３の上側壁部から収容容器１３内に下方に向けて進入している。そして、攪拌ロッド１４２の先端部分が攪拌羽根１４３とともに収容容器１３内の貯留タンク１１内に貯留されたアルミニウム合金溶湯Ｌ中に差し込まれる。この状態でモータ１４１を駆動させることにより、アルミニウム合金溶湯Ｌ中にて攪拌羽根１４３が回転する。これにより、アルミニウム合金溶湯Ｌが攪拌される。
【００４２】
リリーフ弁ユニット１５は、リリーフ管１５１及びリリーフ弁１５２を有する。リリーフ管１５１の一方端は、収容容器１３内の上部空間Ｓに連通し、リリーフ管１５１の他方端は、大気に連通する。リリーフ弁１５２はリリーフ管１５１の途中に介装された常閉弁であり、例えば後述する強化粒子生成工程の終了後に開作動することにより収容容器１３内の空間を大気開放する。
【００４３】
粒子供給装置２０は、第一窒素ガスボンベ２１と、第二窒素ガスボンベ２２と、第一ガス管２３と、第二ガス管２４と、第一ガス流量調整弁２５と、第二ガス流量調整弁２６と、粒子供給タンク２７と、定量供給装置２８と、混合装置２９と、粉体搬送管３０と、粉体流量調整弁３１と、射出ノズル３２とを有する。
【００４４】
第一窒素ガスボンベ２１及び第二窒素ガスボンベ２２には、内部に圧縮された窒素ガスが封入されている。第一窒素ガスボンベ２１は第一ガス管２３の一方端に接続されており、内部の窒素ガスを第一ガス管２３に供給することができるように構成される。第二窒素ガスボンベ２２は第二ガス管２４の一方端に接続されており、内部の窒素ガスを第二ガス管２４に供給することができるように構成される。また、第一ガス管２３に第一ガス流量調整弁２５が介装されている。第一ガス流量調整弁２５によって、第一ガス管２３を流れる窒素ガス流量が調整される。また、第二ガス管２４に第二ガス流量調整弁２６が介装されている。第二ガス流量調整弁２６によって、第二ガス管２４を流れる窒素ガス流量が調整される。
【００４５】
第一ガス管２３の他方端に、粒子供給タンク２７が接続される。粒子供給タンク２７は、内部空間を有するタンク本体２７１と蓋２７２とを有する。タンク本体２７１は下方に向かうほど径が小さくなるように円錐台状に形成されており、上端及び下端が開口している。タンク本体２７１の上端に蓋２７２が取り付けられることにより、タンク本体２７１の上端開口が閉塞される。また、第一ガス管２３の他方端は、蓋２７２を通じてタンク本体２７１の内部空間に開口する。この粒子供給タンク２７のタンク本体２７１内には、二酸化ケイ素粒子群により構成される粉体Ｐが貯留される。
【００４６】
粒子供給タンク２７のタンク本体２７１の下端に定量供給装置２８が接続される。定量供給装置２８は、内部空間を有する細長状の容器本体２８１と、容器本体２８１の内部空間に容器本体２８１の長手方向に沿って配された搬送スクリュー２８２と、搬送スクリュー２８２を軸回り回転させるモータ２８３とを有する。容器本体２８１の上部には、粒子供給タンク２７のタンク本体２７１の下端に連通する上部開口が形成されており、容器本体２８１の下部には、混合装置２９に連通する下部開口が形成される。容器本体２８１の上部開口を通じて、粒子供給タンク２７のタンク本体２７１内に貯留された粉体Ｐが容器本体２８１内に供給される。また、モータ２８３が作動することにより搬送スクリュー２８２が回転して、容器本体２８１内に供給された粉体Ｐが図１の右方に搬送される。そして、容器本体２８１の下部開口から混合装置２９に一定流量の粉体Ｐが供給される。
【００４７】
混合装置２９は、内部空間を有する箱型状に形成される。この混合装置２９には、第二ガス管２４の他方端が接続されるガス入口ポート２９１と、定量供給装置２８の容器本体２８１に設けられた下部開口に連通する粉体入口ポート２９２と、出口ポート２９３とが形成される。そして、混合装置２９の出口ポート２９３が粉体搬送管３０の一方端に接続される。粉体搬送管３０は図１に示すように収容容器１３の内部に進入している。そして、粉体搬送管３０の他方端は、収容容器１３の内部で射出ノズル３２に接続される。また、粉体搬送管３０の途中に粉体流量調整弁３１が介装される。
【００４８】
射出ノズル３２は長尺状に形成され、図１に示すように長手方向が上下方向に一致するように配設される。この射出ノズル３２は、収容容器１３内に配されている貯留タンク１１の内部であって貯留タンク１１に貯留されているアルミニウム合金溶湯Ｌの湯面よりも上側に設置される。射出ノズル３２は内部空間を有するように筒状に形成されており、その上端には粉体搬送管３０の他方端が接続される。また、射出ノズル３２の下方端に吐出口が形成される。そして、射出ノズル３２の吐出口が貯留タンク１１内に貯留されているアルミニウム合金溶湯の湯面に対面するように、射出ノズル３２が配設される。
【００４９】
減圧装置４０は、真空ポンプ４１と、配管４２と、ガス冷却装置４３と、粒子フィルター４４と、開閉弁４５とを有する。配管４２の一方端は、真空ポンプ４１に接続され、配管４２の他方端は、収容容器１３の内部空間に挿入される。この配管４２の途中には、その他方端側から、ガス冷却装置４３、粒子フィルター４４、開閉弁４５が、それぞれ介装される。ガス冷却装置４３は配管４２内を流れるガスを冷却することができるように構成される。粒子フィルター４４は、配管４２内を流れる粉体Ｐを捕集する。
【００５０】
上記構成の製造装置１を用いて粒子強化アルミニウム複合材を製造する場合、まず、金属溶湯生成工程を実施する。金属溶湯生成工程では、貯留タンク１１内に、マグネシウムを含むアルミニウム合金のバルク（インゴッド）を投入し、その後、加熱器１２を作動させる。これによりアルミニウム合金が溶解して、貯留タンク１１内にアルミニウム合金溶湯Ｌが貯留される。
【００５１】
次いで、減圧工程を実施する。減圧工程では、開閉弁４５を開くとともに真空ポンプ４１を作動させる。これにより収容容器１３の内部空間が排気されて、収容容器１３の内圧が所定の低圧にされる。
【００５２】
減圧工程の実施により収容容器１３の内圧が所定の低圧にされているときに、原料粒子投入工程が実施される。原料粒子投入工程では、第一窒素ガスボンベ２１から窒素ガスを第一ガス管２３を介して粒子供給タンク２７に供給するとともに、第二窒素ガスボンベ２２から窒素ガスを第二ガス管２４を介して混合装置２９に供給する。このとき、第一ガス流量調整弁２５により第一ガス管２３を流れる窒素ガスの流量が調整され、第二ガス流量調整弁２６により第二ガス管２４を流れる窒素ガスの流量が調整される。
【００５３】
第一窒素ガスボンベ２１から粒子供給タンク２７に供給された窒素ガスは、粒子供給タンク２７内の粉体Ｐとともに定量供給装置２８に導入される。定量供給装置２８では、搬送スクリュー２８２が回転することにより、一定流量の粉体Ｐが窒素ガスとともに混合装置２９に供給される。この混合装置２９にて、粉体Ｐが第二窒素ガスボンベ２２から混合装置２９に導入された窒素と合流する。そして、混合装置２９の出口ポート２９３から粉体Ｐがキャリアガスとしての窒素ガスとともに粉体搬送管３０を通って収容容器１３内の射出ノズル３２に供給される。このとき粉体流量調整弁３１により粉体搬送管３０内を流れて射出ノズル３２に供給される粉体Ｐの流量が調整される。
【００５４】
射出ノズル３２に供給された粉体Ｐは射出ノズル３２の下端に形成された吐出口から射出される。射出ノズル３２の吐出口は上記したように貯留タンク１１内のアルミニウム合金溶湯Ｌの湯面に面するように下方を向いているので、射出ノズル３２の吐出口から射出された粉体Ｐは、貯留タンク１１内のアルミニウム合金溶湯Ｌに打ち込まれるように、アルミニウム合金溶湯Ｌに吹き付けられる。このようにして、二酸化ケイ素粒子群からなる粉体Ｐがアルミニウム合金溶湯Ｌに投入される。
【００５５】
所定の量の粉体Ｐを原料粒子投入工程にてアルミニウム合金溶湯Ｌに投入しながら、アルミニウム合金溶湯Ｌを攪拌装置１４にて攪拌するとともに所定温度で所定時間保持する。このとき、強化粒子生成工程が実行される。強化粒子生成工程では、アルミニウム合金溶湯Ｌ内にて、粉体Ｐを構成する二酸化ケイ素粒子の表面から以下に示す還元反応が進行する。
２ＳｉＯ２＋２Ａｌ＋Ｍｇ→ＭｇＡｌ２Ｏ４＋２Ｓｉ
【００５６】
上記した還元反応により、粉体Ｐを構成する二酸化ケイ素粒子と、アルミニウム合金溶湯中のアルミニウム及びマグネシウムとが反応して、二酸化ケイ素粒子からケイ素がアルミニウム合金溶湯中に放出されるとともに、二酸化ケイ素粒子がＭｇＡｌ２Ｏ４を主成分とする粒子に変化する。また、この粒子の生成過程において、粒子内にアルミニウムが浸透することにより、主成分がＭｇＡｌ２Ｏ４でありアルミニウムが混入した強化粒子が生成される。こうして強化粒子生成工程にて、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含む、強化粒子が生成される。生成された強化粒子は、攪拌装置１４によってアルミニウム合金溶湯Ｌが攪拌されることにより、アルミニウム合金溶湯Ｌに均一分散される。
【００５７】
その後、攪拌装置１４を停止するとともに、加熱器１２による加熱を停止して、貯留タンク１１内のアルミニウム合金溶湯を冷却する。または、貯留タンク１１内のアルミニウム合金溶湯を冷却用の型に流し込んで、アルミニウム合金溶湯を冷却する。これによりアルミニウム合金溶湯Ｌが凝固して、本実施形態に係る粒子強化アルミニウム複合材が製造される。
【００５８】
上記のようにして製造した粒子強化アルミニウム複合材は、アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散した強化粒子とを有する。そして、この強化粒子は、上記したように、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含む。この強化粒子に含まれるアルミニウムの含有率は、ＭｇＡｌ２Ｏ４粒子（スピネル粒子）中のＡｌの含有率（３８ｗｔ％）よりも高い。
【００５９】
また、アルミニウム合金溶湯Ｌ中に含まれるケイ素の含有率は、上記の反応が進むにつれてケイ素がアルミニウム合金溶湯中に放出されるために高くなっていく。この場合、最終的なケイ素の含有率が、アルミニウム−ケイ素系合金の共晶点におけるケイ素の含有率である１２．６ｗｔ％よりも多くなるように、アルミニウム合金溶湯への粉体Ｐの供給量が調整される。これにより、アルミニウム合金溶湯の冷却過程でβ（Ｓｉ）粒子が晶出する。従って、粒子強化アルミニウム複合材の母材中には、β（Ｓｉ）の結晶粒が晶出することになる。
【００６０】
＜実施例１…粒子強化アルミニウム複合材中の強化粒子の形状及び組成の確認＞
図１に示す製造装置１を用い、マグネシウム成分を含むアルミニウム合金５０ｋｇを貯留タンク１１内で溶解して、アルミニウム合金溶湯を作製した。ここで用いたアルミニウム合金の組成は、以下のようである。
・ケイ素（Ｓｉ）：６．３ｗｔ％
・マグネシウム（Ｍｇ）：０．４ｗｔ％
・鉄（Ｆｅ）：０．４ｗｔ％
・銅（Ｃｕ）：０．９ｗｔ％
・アルミニウム（Ａｌ）：残部
【００６１】
次いで、収容容器１３内を所定の低圧まで減圧した。その後、所定の低圧を維持したまま、粒子供給装置２０を用いて二酸化ケイ素粒子群からなる粉体Ｐをアルミニウム合金溶湯内に投入（射出）した。投入した二酸化ケイ素の純度は９９．５ｗｔ％であり、形状は球形、粒子径は１０μｍ以上５０μｍ以下である。図２に、投入した二酸化ケイ素粒子のＳＥＭ画像を示す
【００６２】
また、二酸化ケイ素粒子群からなる粉体Ｐをアルミニウム合金溶湯に投入しながら、アルミニウム合金溶湯を攪拌するとともに所定温度（７５０℃）で所定時間（例えば１２０分）保持した。これにより、上記した還元反応が起こって、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分とアルミニウムとを含む強化粒子がアルミニウム合金溶湯中に生成される。なお、この還元反応の進行によるマグネシウムの欠乏を補うため、固体状のマグネシウムをアルミニウム合金溶湯内に適宜投入した。
【００６３】
所定時間経過後、アルミニウム合金溶湯を冷却用の金型に流し込み、冷却凝固させた。これにより実施例１に係る粒子強化アルミニウム複合材のサンプルＳ１を作製した。作製したサンプルＳ１を切断し、断面組織を観察した。図３及び図４に、サンプルＳ１の断面のＳＥＭ画像を示す。図３に良く示すように、アルミニウム複合材の母材中に強化粒子が生成している。この強化粒子の形状はほぼ球形であり、その径は約１０μｍ〜５０μｍである。すなわち、生成した強化粒子の径は、投入した二酸化ケイ素粒子の径とほぼ等しい。また、強化粒子の界面が母材に十分に密着しており、強化粒子の界面と母材との間に隙間が存在しない。従って、強化粒子の界面と母材との間に隙間が形成されるような欠陥粒子の形成はないものと考えられる。また、強化粒子の平均粒子径（メジアン径）は、１０μｍ以上である。上記したように生成した強化粒子の径は投入する二酸化ケイ素粒子の径とほぼ等しいので、投入する二酸化ケイ素粒子の径を調整することにより、生成する強化粒子の平均粒子径を１０μｍ以上に調整することができる。
【００６４】
図５Ａ、図５Ｂは、強化粒子の一部分を拡大したＳＥＭ画像である。図５Ａ、図５Ｂに示すように、強化粒子の大部分は、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）により構成される。また、スピネルに付着するように白く映る部分が、金属アルミニウムを示す。このように、本実施例にて作成した強化粒子は、主成分がＭｇＡｌ２Ｏ４であり、部分的に金属アルミニウムが混入した構成を有することが確認された。
【００６５】
このような強化粒子の生成メカニズム、具体的には、ＭｇＡｌ２Ｏ４を主成分とした強化粒子にアルミニウムが混入するメカニズムについては必ずしも明らかではないが、原料粒子投入工程にて二酸化ケイ素粒子をアルミニウム合金溶湯に吹き付ける（打ち込む）ようにして二酸化ケイ素粒子をアルミニウム合金溶湯に投入することによって、二酸化ケイ素粒子とアルミニウム合金溶湯との濡れ性が向上し、これにより二酸化ケイ素粒子の表面の全面から順次アルミニウム合金溶湯が上記の還元反応を起こす際に粒子内部にアルミニウム溶湯が浸透するためと考えることができる。
【００６６】
＜実施例２…強化粒子の材料組成と粒子硬度との関係の調査＞
所定量の純アルミニウム（純度：９９．５7ｗｔ％）とアルミニウム−１０ｗｔ％マグネシウムのインゴッドを１００ｃｃの坩堝に入れて混合した。その後、電気炉にて７５０℃に加熱してこれらを溶解して、マグネシウムを含むアルミニウム合金溶湯を作製した。また、純アルミニウムの量とアルミニウム−１０ｗｔ％マグネシウムの量を表１の各サンプルＳ２〜Ｓ８の欄に示すように種々変更することにより、マグネシウム濃度の異なる複数のアルミニウム合金溶湯を作製した。その後、所定の減圧下にて、図１に示す粒子供給装置２０を用いて、それぞれ作製したアルミニウム合金溶湯に、二酸化ケイ素粒子群（純度：９９．５ｗｔ％、形状：球形、粒子径：１０μｍ以上５０μｍ以下）からなる粉体Ｐを吹き付けることにより、粉体Ｐをアルミニウム合金溶湯に投入した。そして、二酸化ケイ素粒子（粉体Ｐ）の投入後のアルミニウム合金溶湯の温度を７５０℃で１０分間保持した。１０分経過後に自然放冷によりアルミニウム合金溶湯を凝固させて、複数の粒子強化アルミニウム複合材のサンプルＳ２〜Ｓ８を作製した。
【表１】
2020196946.tif 000003
【００６７】
作製した各サンプルＳ２〜Ｓ８に含まれる強化粒子を構成する各元素の濃度を、ＳＥＭ／ＥＤＸ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光法）を用いて算出した。合わせて、各サンプルＳ２〜Ｓ８に含まれる強化粒子の硬度をマイクロビッカース硬度計（荷重：１０ｇ）で測定し、強化粒子の材料組成と硬度との関係を調査した。なお、上記実施例１に示す方法で作製した粒子強化アルミニウム複合材のサンプルＳ１中の強化粒子、および、スピネル粒子（和光純薬株式会社製、純度９９ｗｔ％、粒子径４５μｍ以下）の硬度も併せて測定した。各強化粒子についての元素分析結果及び硬度を表２に示す。
【表２】
2020196946.tif 000004
【００６８】
表２において、サンプルＳ２に係る強化粒子中のマグネシウムの含有量は非常に小さく、ＭｇＡｌ２Ｏ４が主成分とは言えないと考えられる。従って、サンプルＳ２は、本発明の実施形態に係る強化粒子ではない。一方、サンプルＳ１、Ｓ３〜Ｓ８に係る強化粒子の主成分は、ＭｇＡｌ２Ｏ４であると考えられる。つまり、これらのサンプル（Ｓ１、Ｓ３〜Ｓ８）は、本発明の実施形態に係る粒子強化アルミニウム複合材である。
【００６９】
表２に示す本実施形態に係る粒子強化アルミニウム複合材のサンプル（Ｓ１、Ｓ３〜Ｓ８）に含まれる強化粒子の硬度は１１０６．０〜１３６７．０［Ｈｖ］であり、スピネル粒子の硬度（１６８２．２［Ｈｖ］）よりも低いことがわかる。このため、本実施形態に係る粒子強化アルミニウム複合材の切削性は、スピネル粒子を含有する粒子強化アルミニウム複合材の切削性よりも良好であることがわかる。また、強化粒子中のマグネシウム濃度が高いほど、および、強化粒子中のアルミニウム濃度が低いほど、強化粒子の硬度が高くなることがわかる。特に、強化粒子中のマグネシウム濃度が１６ｗｔ％以下であり、且つアルミニウム濃度が４０ｗｔ％以上である場合に、その強化粒子の硬度がスピネル粒子の硬度よりも低いことが確認された。したがって、粒子強化アルミニウム複合材中の強化粒子は、主成分がＭｇＡｌ２Ｏ４であり、マグネシウム濃度が１６ｗｔ％以下、アルミニウム濃度が４０ｗｔ％以上であるのがよい。
【００７０】
また、表２に示す結果から、本実施形態に係る粒子強化アルミニウム複合材に含まれる強化粒子は、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下のアルミニウムと、５ｗｔ％以上且つ１６ｗｔ％以下のマグネシウムと、４０ｗｔ％以上且つ５０ｗｔ％以下の酸素と、不可避不純物とを含み、これらの合計の質量濃度が１００ｗｔ％であるように構成されていることがわかる。
【００７１】
＜実施例３…アルミニウム合金母材中のＳｉ濃度の違いによる、強化粒子の含有率とヤング率との関係調査＞
図１に示す製造装置１の貯留タンク１１内にて、実施例１に示す組成と同様の組成（Ａｌ−６．３ｗｔ％Ｓｉ−０．４ｗｔ％Ｍｇ−０．４ｗｔ％Ｆｅ−０．９ｗｔ％Ｃｕ）のアルミニウム合金５０ｋｇを溶解してアルミニウム合金溶湯を作製し、その後、収容容器１３内を減圧した。次いで、粒子供給装置２０を用いて、８．３５ｋｇの二酸化ケイ素粒子群（ＳｉＯ２純度９９．５％、球形、粒子径１０μｍ〜５０μｍ）からなる粉体Ｐをキャリアガス（窒素ガス）とともにアルミニウム合金溶湯に吹付けることにより、粉体Ｐをアルミニウム合金溶湯に投入した。その後、アルミニウム合金溶湯を所定温度で所定時間保持することにより、アルミニウム合金溶湯内にて強化粒子を生成させた。また、マグネシウムの欠乏を補うために、マグネシウム合金を貯留タンク１１内のアルミニウム合金溶湯に適宜投入した。
【００７２】
アルミニウム合金溶湯内に生成した強化粒子は、アルミニウム合金溶湯内で沈降する傾向にあるので、アルミニウム合金溶湯内における強化粒子の含有率（濃度）は貯留タンク１１の上下位置により変化する。これを利用して、貯留タンク１１内の上下方向位置が異なる複数の位置からアルミニウム合金溶湯の一部を抽出し、抽出したアルミニウム合金溶湯を冷却凝固させて、強化粒子の含有率（粒子含有率）の異なる複数の粒子強化アルミニウム複合材をサンプルＳ９として作製した。なお、アルミニウム合金溶湯を貯留タンク１１から取り出す直前に、発光分光分析装置を用いてアルミニウム合金溶湯中のケイ素濃度を測定したところ、１３．５ｗｔ％であった。したがって、サンプルＳ９の母材中のケイ素の含有率は１３．５ｗｔ％である。
【００７３】
また、二酸化ケイ素粒子群からなる粉体Ｐのアルミニウム合金溶湯内への投入量を１．４ｋｇにして上記と同様にアルミニウム合金溶湯内にて強化粒子を生成させた。そして、貯留タンク１１の上下方向位置が異なる複数の位置からアルミニウム合金溶湯の一部を抽出し、抽出したアルミニウム合金溶湯を冷却凝固させて、粒子含有率の異なる複数の粒子強化アルミニウム複合材をサンプルＳ１０として作製した。なお、アルミニウム合金溶湯を貯留タンク１１から取り出す直前に、発光分光分析装置を用いてアルミニウム合金溶湯中のケイ素濃度を測定したところ、ケイ素濃度は７．１ｗｔ％であった。したがって、サンプルＳ１０の母材中のケイ素の含有率は７．１ｗｔ％である。
【００７４】
作製したサンプルＳ９の一つ及びサンプルＳ１０の一つを切断し、切断断面を観察した。図６に、サンプルＳ９の断面のＳＥＭ画像を、図７に、サンプルＳ１０の断面のＳＥＭ画像を示す。図６においては、ほぼ球形の黒色部分で表される強化粒子の他、灰色の部分により表される組織が観察された。この組織を分析すると、β（Ｓｉ）であった。つまり、サンプルＳ９では、母材中にβ（Ｓｉ）粒子が晶出していることが確認された。一方、図７に示すサンプルＳ１０では、アルミニウム合金母材中に球形の黒色部分で表される強化粒子はみられるものの、図６に示すようなβ（Ｓｉ）と考えられる組織は晶出していない。
【００７５】
サンプルＳ９の製造においては、冷却直前のアルミニウム合金溶湯中に、アルミニウム−ケイ素系合金の共晶点におけるケイ素濃度（１２．６ｗｔ％）よりも多いケイ素が含まれている。このため、アルミニウム合金溶湯の冷却過程にて、β（Ｓｉ）粒子が晶出したと考えられる。一方、サンプルＳ１０の製造においては、冷却直前のアルミニウム合金溶湯中に含有されるケイ素の濃度が、アルミニウム−ケイ素系合金の共晶点におけるケイ素濃度（１２．６ｗｔ％）未満であるので、アルミニウム合金溶湯の冷却過程にてβ（Ｓｉ）粒子が晶出しないと考えられる。
【００７６】
また、作製したサンプルＳ９のそれぞれを、材料の剛性（ヤング率）を測定するために６０ｍｍ×１０ｍｍ×ｔ（厚さ）２ｍｍに加工した。そして、加工したサンプルＳ９のそれぞれについて、弾性率測定装置（日本テクノプラス株式会社製、ＪＥ−ＲＴ型）を用いてヤング率を算出した。同様に、作製したサンプルＳ１０のそれぞれを上記と同様に加工し、同装置を用いてヤング率を算出した。そして、サンプルＳ９、Ｓ１０のそれぞれについて、粒子含有率とヤング率との関係を調査した。
【００７７】
図８は、サンプルＳ９及びサンプルＳ１０のそれぞれについて、粒子含有率とヤング率との関係を示すグラフである。図８において、四角で示された点が、サンプルＳ９についての粒子含有率とヤング率の関係を示す点であり、菱形で示された点が、サンプルＳ１０についての粒子含有率とヤング率との関係を示す点である。図８からわかるように、粒子含有率が２０〜２５％の領域において、サンプルＳ９のヤング率がサンプルＳ１０のヤング率よりも高いことがわかる。具体的には、サンプルＳ１０のヤング率に対してサンプルＳ９のヤング率が１１％程度向上している。これは、サンプルＳ９に係る粒子強化アルミニウム複合材の母材中にβ（Ｓｉ）粒子が晶出して母材の剛性が向上したことに起因していると考えられる。従って、剛性の向上という観点からすれば、母材に１２．６ｗｔ％よりも多いケイ素が含有されているとよい。また、母材にβ（Ｓｉ）粒子が含まれていると良い。
【００７８】
＜実施例４：β（Ｓｉ）粒子の微細化＞
実施例３に示したアルミニウム合金母材中に晶出したβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物は、アルミニウム合金溶湯を通常の冷却速度で冷却した場合、粗大化する傾向にある。粗大化したこれらの晶出物は、伸びが少なく硬質で脆く、割れやすいといった特徴を有する。従って、このような晶出物を含む粒子強化アルミニウム複合材も、伸びが少なく硬質で脆く、割れやすい可能性がある。そこで、実施例４では、アルミニウム合金母材に晶出したβ（Ｓｉ）を含む晶出物の微細化を試みた。この場合、まず、実施例３のサンプルＳ９の製造方法と同一の製造方法により、板状の粒子強化アルミニウム複合材（以下、アルミニウム複合板と呼ぶ）を作製した。作製したアルミニウム複合板中の母材を構成する主な成分の組成は、以下の通りであった。
・Ｓｉ：１３．５ｗｔ％
・Ｃｕ：１．０ｗｔ％
・Ｍｇ：０．５ｗｔ％
・Ａｌ：残部
また、作製したアルミニウム複合板中の強化粒子の粒径は、１０μｍ以上５０μｍ以下であり、粒子配合率は２０〜２５％であった。
【００７９】
次いで、作製したアルミニウム複合板の所定領域を、摩擦攪拌ツールを用いて摩擦攪拌した。図９は、用いた摩擦攪拌ツールと摩擦攪拌されるアルミニウム複合板の模式図である。図９に示すように、アルミニウム複合板５０は板状に形成されている。このアルミニウム複合板５０のうち破線で囲んだ長尺状の領域Ｒが、摩擦攪拌される所定領域である。また、摩擦攪拌ツール６０は、ツール本体６１と、プローブ６２とを有する。ツール本体６１は、段付きの円柱形状に形成され、その一方端（図９では上端）６１ａが駆動源に接続される。駆動源の駆動によりツール本体６１が軸回り回転する。ツール本体６１の他方端面は、被加工材表面に接触するショルダ６１ｂを構成しており、このショルダ６１ｂにプローブ６２が突出形成される。プローブ６２は図９からわかるように先細りの円錐台形状に形成されており、その軸心がツール本体６１の軸心と同軸となるように、ツール本体６１に接続される。従って、駆動源が駆動すると、ツール本体６１及びプローブ６２が一体的に軸まわり回転する。
【００８０】
摩擦攪拌ツール６０を用いてアルミニウム複合板５０を摩擦攪拌する際に、摩擦攪拌ツール６０を回転させながら、プローブ６２をその先端からアルミニウム複合板５０の所定領域Ｒの一端部の表面に図９の矢印Ａに示すごとく押し付ける。これによりプローブ６２が回転しながらアルミニウム複合板５０の表面を擦ることにより摩擦熱が発生し、この摩擦熱によりアルミニウム複合板５０の表面が軟化する。このためプローブ６２がアルミニウム複合板５０の内部に埋没するように進入する。摩擦攪拌ツール６０のショルダ６１ｂがアルミニウム複合板５０の表面に接するまでアルミニウム複合板５０の内部にプローブ６２を進入させた後に、摩擦攪拌ツール６０を回転させながら、図９の矢印Ｂに示すごとく所定領域Ｒの長手方向に水平移動させる。これにより所定領域Ｒ内の組織がプローブ６２によって摩擦攪拌される。本例では、摩擦攪拌ツールの回転数を１０００ｒｐｍに設定し、水平方向への送り速度（移動速度）を２００ｍｍ／ｍｉｎ．に設定して、摩擦攪拌を実施した。
【００８１】
摩擦攪拌の実施後に、摩擦攪拌した所定領域Ｒ（以下、改質層と呼ぶ）の一部を切断して取り出した。取り出した改質層の切断面を研磨し、研磨面を金属顕微鏡により組織観察した。図１０に、金属顕微鏡により観察した組織の断面の写真画像を実施例４として示す。なお、図１０には、参考のため、摩擦攪拌を実施していない部分（アルミニウム複合板５０のうち改質層以外の部分）の組織の断面を金属顕微鏡により観察した写真画像も実施例３として示す。
【００８２】
図１０に示すように、摩擦攪拌を実施した場合（実施例４）及び実施しない場合（実施例３）の双方ともに、アルミニウム合金母材中に、β（Ｓｉ）粒子、及び、共晶Ｓｉ粒子が含まれる。なお、アルミニウム合金溶湯中に含まれるＳｉの濃度が共晶点（１２．６ｗｔ％）以下であると、合金溶湯の冷却過程では共晶Ｓｉ粒子は晶出するが、β（Ｓｉ）粒子は晶出しない。一方、アルミニウム合金溶湯中に含まれるＳｉ濃度が共晶点を超えると、上述したようにβ（Ｓｉ）粒子が晶出するとともに、共晶Ｓｉ粒子も晶出する。β（Ｓｉ）粒子は塊状に晶出し、共晶Ｓｉ粒子は針状に晶出する。また、実施例４に係る写真画像における粒子面積率（写真画像におけるアルミニウム合金全体の面積に対する粒子（強化粒子）の面積の割合）は２２．４％であり、実施例３に係る写真画像における粒子面積率は２１．６％であった。このことから、摩擦攪拌の実施前後において粒子面積率はさほど変化していないことがわかる。
【００８３】
また、摩擦攪拌を実施しない実施例３に係る写真画像と摩擦攪拌を実施した実施例４に係る写真画像とを比較してわかるように、実施例４に係るアルミニウム合金母材に含まれるβ（Ｓｉ）粒子及び共晶Ｓｉ粒子の大きさは、摩擦攪拌を実施しない実施例３に係るアルミニウム合金母材に含まれるβ（Ｓｉ）粒子及び共晶Ｓｉ粒子の大きさよりも小さい。一方、実施例４に係るアルミニウム合金母材中の強化粒子の大きさは、摩擦攪拌を実施しない実施例３に係るアルミニウム合金母材中の強化粒子の大きさとさほど変わらない。このことから、摩擦攪拌により、強化粒子の径をさほど変化させることなくβ（Ｓｉ）粒子及び共晶Ｓｉ粒子を微細化できることがわかる。別言すれば、摩擦攪拌により、強化粒子の割れなどを発生させることなく、アルミニウム合金溶湯の冷却過程で晶出したβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物を微細化できることがわかる。なお、強化粒子がスピネル粒子である粒子強化アルミニウム複合材に摩擦攪拌を行った場合、スピネル粒子が割れる可能性が高い。従って、本実施形態に係る強化粒子を含有した粒子強化アルミニウム複合材を摩擦攪拌することで、強化粒子が割れることなく晶出物を微細化することが可能になる。また、実施例４に係る写真画像を観察したところ、β（Ｓｉ）粒子が割れ（欠け）ているような粒子欠損は発見されなかった。このことから、摩擦攪拌により、割れを発生させることなくβ（Ｓｉ）粒子を微細化できることがわかる。
【００８４】
また、画像解析ソフトを利用して、撮影した実施例３に係る写真画像及び実施例４に係る写真画像から、アルミニウム合金母材に晶出したβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の粒度分布を調べた。図１１Ａに、実施例３に係る晶出物の粒度分布測定結果を示し、図１１Ｂに、実施例４に係る晶出物の粒度分布測定結果を示す。図１１Ａ及び図１１Ｂに示す粒度分布の測定結果から、実施例３に係る晶出物の平均粒子径（メジアン径）が６，３２μｍ、最大粒子径が１８７．６２μｍであった。一方、実施例４に係る晶出物の平均粒子径（メジアン径）が３．４７μｍ、最大粒子径が４８．４０μｍであった。このことからも、摩擦攪拌により晶出物が微細化したことがわかる。なお、粒度分布の測定において粒子の形状が異径形状である場合、最大径或いは最大長さを粒子径として測定した。
【００８５】
＜引張強度及び延びの測定＞
実施例４に係る摩擦攪拌を実施した改質層及び、摩擦攪拌を実施していない実施例３に係る部分（アルミニウム複合板５０のうち改質層以外の部分）からそれぞれ引張試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２４１  １４Ａ号）を切り出し、オートグラフ（島津製作所製：ＡＧ−Ｘ（１００ｋＮ））を用いて引張試験を実施し、引張強度及び試験片が破断するまでの伸び量を測定した。図１２に引張試験結果を示し、図１３に伸び量の計測結果を示す。
【００８６】
図１２及び図１３からわかるように、実施例４に係る引張試験片の引張強度及び伸び量は、実施例３に係る引張試験片の引張強度及び伸び量よりも大きい。具体的には、実施例４に係る引張試験片の引張強度（２９１．９ＭＰａ）は実施例３に係る引張試験片の引張強度（２５９．３ＭＰａ）に対して１３％向上し、実施例４に係る引張試験片の伸び量（１．２％）は実施例３に係る引張試験片の伸び量（０．３％）の約４倍である。このことから、摩擦攪拌によってアルミニウム合金母材中に晶出したβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物（具体的にはβ（Ｓｉ）粒子及び共晶Ｓｉ粒子）を微細化することによって、引張強度及び延性が向上することがわかる。特に、アルミニウム合金母材中に晶出するβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の平均粒子径（メジアン径）が５μｍ以下の場合、より好ましくは３．５μｍ以下の場合、並びに、アルミニウム合金母材中に晶出するβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の最大粒径が５０μｍ以下の場合、粒子強化アルミニウム複合材の引張強度及び延性が向上することがわかる。
【００８７】
＜実施例５：熱処理による引張強度、伸びへの影響の確認＞
実施例４に係る改質層を切り出して、熱処理（Ｔ６処理）を施すことにより、実施例５に係る改質層を作製した。作製した実施例５に係る改質層から引張試験片（ＪＩＳ  Ｚ２２４１  １４Ａ号）を切り出し、オートグラフ（島津製作所製：ＡＧ−Ｘ（１００ｋＮ））を用いて引張試験を実施し、実施例５に係る引張試験片の引張強度及び伸び量を計測した。図１４に引張試験結果を示し、図１５に伸び量の計測結果を示す。なお、参考までに、図１４には実施例３に係る引張試験片の引張強度を、図１５には実施例３に係る引張試験片の伸び量を、併せて示した。
【００８８】
図１４からわかるように、実施例５に係る引張試験片の引張強度（３２７．６ＭＰａ）は実施例３に係る引張試験片の引張強度（２５９．３ＭＰａ）よりも高い。具体的には、実施例３に係る引張試験片の引張強度に対して、改質層に熱処理を施した実施例５に係る引張試験片の引張強度が２６％向上した。一方、図１５からわかるように、改質層に熱処理を施した実施例５に係る引張試験片の伸び量（０．６％）は、実施例３に係る引張試験片の伸び量（０．３％）の約２倍である。
【００８９】
また、図１２と図１４とを比較してわかるように、改質層に熱処理を施した場合（実施例５の場合）には、熱処理を施していない場合（実施例４の場合）と比較して引張強度がさらに向上する。その一方で、図１３と図１５とを比較してわかるように、改質層に熱処理を施した場合（実施例５の場合）には、熱処理を施していない場合（実施例４の場合）に比べて伸び量が低下する。従って、より引張強度が必要な部材に適用する場合には、改質層に熱処理を施すのが良い。一方、より伸び量（延性）が必要な部材に適用する場合には、改質層に熱処理を施さないのが良い。
【００９０】
＜実施例６：耐圧部品への適用＞
本実施形態にて示した粒子強化アルミニウム複合材は、所定の圧力が付与されるとともに付与された圧力に耐え得る強度を有する耐圧部品に適用することができる。この場合、耐圧部品の強度を高めることができ、且つ切削性をも向上させることができる。
【００９１】
特に、本実施形態に係る粒子強化アルミニウム複合材のうち、アルミニウム合金母材中にβ（Ｓｉ）粒子が含有された粒子強化アルミニウム複合材を耐圧部品に用いるとよい。すなわち、耐圧部品が、アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む、粒子強化アルミニウム複合材により構成され、強化粒子が、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分と、アルミニウムと、を含み、母材中に、β（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が含まれているように、構成されているとよい。耐圧部品をこのように構成することにより、強度を高めることができ、切削性が良好で、且つ剛性を向上させることができる。
【００９２】
また、耐圧部品が、付与された圧力によって応力が集中する応力集中部位を有する場合、その応力集中部位を構成するアルミニウム合金母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の大きさが、応力集中部位以外の部位を構成するアルミニウム合金母材中に含まれるβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の大きさよりも小さいと良い。つまり、応力集中部位の晶出物が微細化されているとよい。この場合、応力集中部位を構成するアルミニウム合金母材中に含まれるβ（Ｓｉ）を含む晶出物の平均粒子径（メジアン径）が５μｍ以下、最大粒子径が５０μｍ以下であるように晶出物が微細化されていると、応力集中部位の引張強度及び延性がより高められる。そのため応力により応力集中部位が破断することが効果的に抑制され、ひいては耐圧部品の耐久性（耐圧特性）をより一層向上させることができる。
【００９３】
このような耐圧部品として、好適には、車両のブレーキ装置に用いられるキャリパボディを挙げることができる。
【００９４】
図１６は、キャリパボディの概略図である。また、図１７は、図１６のキャリパボディが組み付けられてなるブレーキ装置の概略断面図である。図１７に示されるキャリパボディの断面は、図１６のキャリパボディをＡ−Ａ線で切断した断面である。
【００９５】
図１６及び図１７に示すように、キャリパボディ８０は、シリンダ部８１と、対向部８２と、連結部８３とを有するように構成される。これらの部分は一体的に成形される。シリンダ部８１は、内部にピストン９１を収容するための円筒状空間が形成されるように円筒状に形成されており、一方端が開口し他方端が閉塞している。そして、開口した一方端からピストン９１がシリンダ部８１の内部に装着される。ピストン９１は、その軸方向に移動可能にシリンダ部８１に収容される。このときピストン９１の底面とシリンダ部８１の他方端面との間に液圧室Ｐが液密状に形成される。
【００９６】
また、連結部８３は、シリンダ部８１の一方端の開口縁のうち図１６及び図１７において上側の部分を構成する所定の領域から、シリンダ部８１の軸方向に沿ってシリンダ部８１から離れる方向に延設されている。この連結部８３の延設端から図１６及び図１７において下方に延びるように一対の反力アーム８２ａ，８２ｂが設けられる。一対の反力アーム８２ａ，８２ｂにより対向部８２が構成される。このように、連結部８３がシリンダ部８１と対向部８２とを連結している。また、一対の反力アーム８２ａ，８２ｂ（対向部８２）は、シリンダ部８１の開口面に対してピストン９１の移動方向（軸方向）に対向配置する。
【００９７】
図１７に示すように、キャリパボディ８０をブレーキ装置に組み付けた場合、互いに対向配置したシリンダ部８１と対向部８２との間には、車両に取り付けられているディスクロータ９２の一部が配置する。従って、シリンダ部８１と対向部８２は、ディスクロータ９２を挟んで互いに対向することになり、連結部８３はディスクロータ９２の外周を跨ぐように配置する。
【００９８】
シリンダ部８１内のピストン９１の開口面とディスクロータ９２との間に、内側パッド９３が配置し、対向部８２とディスクロータ９２との間に、外側パッド９４が配置する。内側パッド９３及び外側パッド９４は、ブレーキ装置の構成部品であるマウンティング９５に支持される。また、キャリパボディ８０は、シリンダ部８１の軸方向（ピストン９１の軸方向）に移動可能にマウンティング９５に図示しないスライドピンを介して支持される。
【００９９】
このようなブレーキ装置において、車両走行中（ディスクロータ９２の回転中）に運転者がブレーキペダルを踏むと、液圧室Ｐ内の液圧が高まり、これによりピストン９１が図１７において左方に移動する。すると、ピストン９１の移動によって内側パッド９３も左方に移動してディスクロータ９２に押し付けられる。一方、液圧室Ｐ内の液圧が高まることによってキャリパボディ８０が図１７において右方に移動する。すると、この移動がキャリパボディ８０の対向部８２（反力アーム８２ａ）から外側パッド９４に伝達され、外側パッド９４が図１７において右方に移動してディスクロータ９２に押し付けられる。このようにして内側パッド９３及び外側パッド９４がディスクロータ９２にその両側から押し付けられる。この押し付け力が摩擦力としてディスクロータ９２に作用することにより、ディスクロータ９２が制動する。
【０１００】
上記したブレーキ操作の過程において、液圧室Ｐの液圧は、キャリパボディ８０のシリンダ部８１に直接作用する。この液圧によってシリンダ部８１には、図１７の矢印Ｂ方向に応力が作用する。つまり、シリンダ部８１が開く方向に応力が作用する。また、対向部８２には、外側パッド９４からの反力が作用する。この反力によって対向部８２には、図１７の矢印Ｃ方向に応力が作用する。つまり、対向部８２が開く方向に応力が作用する。
【０１０１】
矢印Ｂ方向に作用する応力により、シリンダ部８１と連結部８３との境界部分８４に応力が集中する。また、矢印Ｃ方向に作用する応力により、対向部８２と連結部８３との境界部分８５に応力が集中する。つまり、境界部分８４及び境界部分８５は、応力集中部位である。
【０１０２】
上記したように、キャリパボディ８０には、液圧及び、液圧に基づく反力による応力が作用する。これらの応力に耐え得るように、キャリパボディ８０が設計される。つまり、キャリパボディ８０は、耐圧部品である。このような耐圧部品であるキャリパボディ８０を、上記実施形態で示した粒子強化アルミニウム複合材により構成することにより、耐圧性能を向上することができる。特に、キャリパボディ８０は、本実施形態で示した粒子強化アルミニウム複合材のうちアルミニウム合金母材中にβ（Ｓｉ）粒子が含まれるものにより構成されるとよい。具体的には、キャリパボディ８０は、アルミニウム合金により構成される母材と、母材中に分散された強化粒子と、を含む粒子強化アルミニウム複合材により構成され、強化粒子が、ＭｇＡｌ２Ｏ４により表される主成分とアルミニウムとを含み、母材中にβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が含まれている、ように構成されるとよい。このようにキャリパボディ８０を構成することにより、ヤング率（剛性）をも向上させることができる。
【０１０３】
また、キャリパボディ８０は、作用する応力が集中する境界部分８４，８５を有する。この境界部分８４，８５を構成する粒子強化アルミニウム複合材のアルミニウム合金母材中に晶出するβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の大きさは、境界部分８４，８５以外の部分を構成する粒子強化アルミニウム複合材のアルミニウム合金母材中に晶出するβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の大きさよりも小さいと良い。つまり、境界部分８４，８５を構成するアルミニウム合金母材に晶出するβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物が微細化されているとよい。この場合、境界部分８４，８５を構成するアルミニウム合金母材中のβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物の平均粒子径（メジアン径）を５μｍ以下（好ましくは３．５μｍ以下）、且つ最大粒子径を５０μｍ以下にすることで、境界部分８４，８５の引張強度及び延性がより向上する。こうして境界部分８４，８５の強度をより高めることにより、境界部分８４，８５の引張強度及び延性が高められ、それによりキャリパボディ８０の耐久性をより向上させることができる。
【０１０４】
この場合、キャリパボディ８０（耐圧部品）は、上記した原料粒子投入工程と、上記した強化粒子生成工程と、成形工程と、微細化工程と、を含む製造方法により、製造することができる。ここで、成形工程は、強化粒子生成工程後にアルミニウム合金溶湯を冷却することにより、アルミニウム合金母材中にβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物を晶出させるとともに、アルミニウム合金溶湯を凝固させてキャリパボディ８０（耐圧部品）を成形（例えば鋳造成形）する工程である。微細化工程は、成形したキャリパボディ８０（耐圧部品）の境界部分８４，８５（応力集中部位）を摩擦攪拌することにより、境界部分８４，８５（応力集中部位）を構成するアルミニウム合金母材中に晶出したβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物を、平均粒子径５μｍ以下、且つ最大粒子径５０μｍ以下に微細化する工程である。この微細化工程は、具体的には、本実施形態で説明したアルミニウム複合材によってキャリパボディ８０を成形（例えば鋳造成形）した後に、境界部分８４及び境界部分８５の内側面（ディスクロータ９２に向く面）から上記実施形態で示した摩擦攪拌ツール６０を回転させながら押し当ててプローブ６２を境界部分８４，８５の内部に進入させ、その状態でプローブ６２が境界部分８４，８５の全領域或いは所定の領域に行き渡るように摩擦攪拌ツール６０を移動させる。これにより境界部分８４，８５が摩擦攪拌されて、境界部分８４、８５を構成するアルミニウム合金母材中のβ（Ｓｉ）粒子並びに共晶Ｓｉ粒子を、平均粒子径（メジアン径）５μｍ以下且つ最大粒子径５０μｍ以下に微細化することができる。
【０１０５】
ちなみに、アルミニウム合金母材中に晶出したβ（Ｓｉ）粒子を含む晶出物を微細化する手段として、その他に、アルミニウム合金溶湯中に添加物を添加する手段が考えられる。しかしながらこの場合、成形品の全体について、晶出物が微細化されてしまう。これに対して上記した方法、すなわち製品（耐圧部品）の成形後（例えば鋳造後）に特定の部位を摩擦攪拌してその部位に存在する晶出物を微細化する方法を採用することにより、成形品の特定の部位のみについて、晶出物を微細化することができる。よって、この方法は、引張強度又は延性が必要な部分、すなわち応力集中部位のみについて、晶出物を微細化する手段として、有用である。
【０１０６】
なお、上記した例では、耐圧部品としてのキャリパボディ８０として、フローティングタイプのキャリパボディを例示したが、オポーズドタイプのキャリパボディにも本発明を適用することができる。この場合、対向部はシリンダ部になり、境界部分は、両シリンダ部と連結部との境界部分となる。
【０１０７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、耐圧部品としてキャリパボディ８０について説明したが、それ以外の耐圧部品にも本発明を適用することができる。本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…製造装置、１０…溶湯貯留部、１１…貯留タンク、１２…加熱器、１３…収容容器、２０…粒子供給装置、２７…粒子供給タンク、３２…射出ノズル、４０…減圧装置、５０…アルミニウム複合板、６０…摩擦攪拌ツール、６１…ツール本体、６２…プローブ、８０…キャリパボディ（耐圧部品）、８１…シリンダ部、８２…対向部、８２ａ，８２ｂ…反力アーム（対向部）、８４，８５…境界部分、９１…ピストン、Ｌ…アルミニウム合金溶湯、Ｐ…粉体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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