鋳造セラミックAl-MMCs(陶器製アル-MMC)

ナノセラミック粒子はアルミニウム合金溶融液の中にその場で成長し、アルミニウムの軽さと靭性とセラミックの強度・硬さを組み合わせています。

これにより「鋳造代替」、軽量化、コスト削減、鋳造工程での性能向上が可能となります。

航空宇宙機器や電子機器の高剛性と寸法安定性の部品、荷重支えや軽量の自動車シャーシ構造、鉄道輸送の騒音低減部品に最適です。

なぜ鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材を使うのか

鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材料(Al-MMC / AlSiC)は、アルミニウム溶融液の内部でナノセラミック粒子をその場で成長させ、アルミニウムの低密度と靭性をセラミックに似た強度、剛性、耐摩耗性を兼ね備えた粒子強化アルミニウムマトリックスを作り出します。

• コスト削減を伴う鋳造代替: 鋳造工程において鍛造のような強度、剛性、延性を実現し、鍛造や重加工を削減し、リードタイムを短縮し、総コストを削減します。
• より軽く、しかし強く、より安定しています: 従来の鋳造アルミニウム合金(例えばA356)と比べて、強度、剛性、疲労寿命が大幅に向上し、熱サイクル時の寸法安定性と減衰性能も優れています。
• カスタマイズ可能なパフォーマンス: セラミック粒子の含有量、サイズ、マトリックス合金システムを調整することで、複雑な軽量構造におけるCTE、作業温度範囲、熱伝導率の特定の目標を満たす特性を構成できます。
• プロセスに優しいワンステップ成形: 低圧鋳造(T6)、圧縮鋳造(T6)、ダイキャスト(一部のグレードは熱処理不要)に対応し、複雑な形状のほぼネット形状成形を優れたバッチ一貫性で実現します。
• 要求の高い用途で実証された実績: すでに航空宇宙構造物、電子機器フレーム、自動車シャーシ部品、鉄道輸送部品などで、高剛性、寸法安定性、軽量化が重要な分野で使用されています。

要するに、鋳造Al-MMC(AlSiC)は、高強度・高剛性の鋳造物を可能にし、機械的目標を満たすかそれを超えるものでありながら、重量と総コストを削減するため、鍛造アルミニウム、チタン、鋳鉄のソリューションに代わる魅力的な選択肢となっています。

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チャルコの人気の鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合製品

砂鋳造、金属金型低圧鋳造、重力鋳造、精密鋳造部品のカスタムおよび大量生産を提供しており、試作から大量生産までワンストップで納品しています。

鋳造高強度(JZ101)セラミックアルミニウムマトリックス複合材料

JZ101はシャーシのナックルやヒンジアームなどの重要な荷重支え部品向けに設計されており、同じ重量でより高い強度と長い疲労寿命を実現しています。

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• 破壊強度:410–420 MPa
• 降伏強度:340–350 MPa
• 弾性率:85–95 GPa

鋳造高弾性率(JZ109)セラミックアルミニウムマトリックス複合材料

JZ109は高精度、低変形、振動減衰を必要とする用途向けに開発されました。

同じ荷重下でも弾性変位を小さくし、寸法安定性を高めるため、電子機器部品、工具器具、鉄道構造物に最適です。

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• 破壊強度:360–370 MPa
• 降伏強度:320–330 MPa
• 弾性率:>90 GPa

鋳造高延性(JZ110)セラミックアルミニウムマトリックス複合材料

JZ110は、厳しい衝撃や組立許容範囲にも対応できる高い伸長性と耐久性を提供します。

優れたエネルギー吸収と耐衝撃性を持ち、組み立て時の許容範囲に優しく、脆性破壊のリスクを低減します。

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• 破壊強度:350 MPa
• 降伏強度:290 MPa
• 伸長:14%
• 疲労限界:110 MPa

その他の鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材(全シリーズ)

また、多様な用途ニーズに対応するため、鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合合金の幅広いラインナップも取り扱っています。

プロジェクトに最適な素材の選び方

• より高い強度と疲労耐性を求めるなら、JZ101を選んでください。
• 剛性と寸法安定性については、JZ109またはFC021を選びましょう。
• 高い伸長性と組立性能を求めるなら、JZ110またはFC052Sを選びましょう。
• 最大の衝撃力を求めるなら、FC081またはFC041を選びましょう。
• コストと効率を優先するならFC061HTFを選びましょう。

図面、ターゲット仕様、作業条件をお送りいただければ、48時間以内にカスタマイズされた材料ソリューション、工程期間、見積もり、リードタイムをお届けします。

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セラミックアルミニウムマトリックス複合材と鋳造アルミニウム合金A356の比較

完全な性能向上を実現し、軽量設計と高い強度の両方を実現しています。

従来の鋳造アルミニウム合金A356と比較して、チャルコセラミックアルミニウムマトリックス複合材(JZシリーズ)は、低密度と優れた加工性を維持しつつ、強度、剛性、疲労寿命において著しい改善をもたらします。

チャルコセラミックアルミニウムマトリックス複合材 — 鋳物をより軽く、より強く、従来のアルミニウム合金の限界を超えて提供します。

鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の利点

• 低密度:自然に軽量で、アルミニウム合金に匹敵する密度を持ち、軽量化目標の達成に理想的です。
• 高強度:引張強度と降伏強度は従来の鋳造アルミニウム合金よりも有意に高いです。
• 高弾性率:弾性率は最大95 GPaで、同じ荷重下でも弾性変形を小さくし、寸法安定性が向上し、振動減衰性能も優れています。
• 疲労耐性:回転曲げや二重穴試験などの典型的な条件下での疲労寿命と限界が大幅に改善されました。
• 耐摩耗性:より高い硬度と低い摩擦損失を持ち、長期運転や高周波可動部品に適しています。
• 耐食性:アルミニウム合金の耐食性を維持し、さまざまな環境で安定した運用を実現します。
• 高温および耐熱疲労:熱サイクル下での信頼性向上により優れた高温強度およびクリープ性能。
• プロセスおよび加工に優しい:低圧鋳造(T6)、圧縮鋳造(T6)、ダイカスティング(一部のグレードは熱処理不要)に対応しています。従来の機械加工や溶接に対応し、3Dプリント粉末のオプションも利用可能です。

鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の応用事例

航空宇宙応用

天宮1号:

• 解決策:選択されたチタン合金部品を鋳造セラミックアルミニウム(Al-MMC / AlSiC)に置き換えました。
• 成果:約30%の軽量化を実現し、剛性と寸法安定性が向上し、神舟宇宙船と宇宙ステーション間の高精度ドッキングを可能にしました。

天宮2号:

• 納入:38の主要な構造部品。
• 結果:総重量約28kgの減少を達成しました。優れた寸法安定性と振動減衰により、オンボードカメラの正確なイメージング、トラッキング、指向性能が保証されました。

嫦娥3号

• 解決策:部分的なチタン合金部品を鋳造セラミックアルミニウムに置き換える。
• 結果:約30%の軽量化を実現し、回転精度と可動空間部品の信頼性を大幅に向上させ、熱循環および振動条件下で安定した性能を維持しました。

航空応用

• 

  燃料および動力システムのAPU(補助動力装置)吸気ドアフレームは、すでに大型機003号C919に無事に取り付けられています。

セラミックアルミニウムマトリックス複合材料のその他の航空宇宙応用:

キャビンドアの構成要素

バイオニックキャビン機構

航空機のヒンジアーム

チャルコのセラミックアルミニウムマトリックス複合材料の総合性能は第3世代アルミニウム・リチウム合金2196を上回り、COMACの材料基準および適格サプライヤーリストに含まれています。

自動車用途(シャーシ)

鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材は、自動車シャーシの重要な部品であるサブフレーム、ステアリングナックル、コントロールアームに使用されます。

これらは強度、剛性、疲労の要件を満たしつつ、鍛造部品を置き換えることで軽量化、安定性の向上、低コストを実現しています。

操舵ナックルにセラミックアルミニウムを使用することで、強度と疲労への適合性を実現し、鋳造の代替、大幅な軽量化、そしてより安定で効率的な組み立てが可能になります。

自動車用ステアリングナックル

鋳造セラミックアルミニウム(Al-MMC)ステアリングナックルを使用することで、鋳鉄製と比べて約56%、従来のアルミ合金と比べて約10%の軽量化を実現しており、すべてコスト増加なしに実現しています。

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自動車用ホイールハブ

鋳造セラミックアルミニウム(Al-MMC)ホイールハブでは、鋳鉄製ハブと比べて約70%、従来型アルミホイールと比べて約20%軽量化されます。

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セラミックアルミニウムマトリックス複合材料ソリューションに加え、Chalcoは鋳造および鍛造アルミニウムホイール製品も提供しており、軽量設計、強度、コスト効率の多様なニーズに対応しています。

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アルミホイールハブ鋳造

アルミニウムホイールハブ鍛造

アルミホイールとスチールホイールの違い

チップ溶接および電子パッケージング装置

次世代のチップ溶接およびパッケージング装置プロジェクトでは、高速動作(16〜20g)の動作条件により、構造部品からの卓越した剛性、寸法安定性、優れた振動減衰が求められます。

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高速鉄道の応用

構造の安全性を維持しつつ、軽量で安定、静かな性能を実現するために、セラミックアルミニウムマトリックス複合材は高速列車の軽量化、高速速度の向上、省エネルギー、騒音低減を実現します。

輸入鋳鉄をセラミックアルミニウムマトリックス複合鋳造品に置き換えることで、重量を約60%削減し、熱の放散性能が向上し、振動が低く、長期的な高負荷および熱サイクル下での信頼性が向上します。

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当社のパートナーは、鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材料です

私たちは、高性能セラミックアルミニウムマトリックス複合材の研究開発、応用に注力し、多くの業界をリードする組織やブランドと深く協力しています。

主なパートナーは以下の通りです:

• CRRC(中国鉄道車両集団):鉄道輸送機器製造の世界的リーダーです。
• AVIC(中国航空工業集団企業:先進的な航空機材料および部品の開発に協力)。
• CASIC(中国航天科技工業集団):航空宇宙機器に高性能セラミックアルミニウムマトリックス複合材料を適用しています。
• 中国北方工業グループ(NORINCO):兵器システムや防衛プロジェクトにおけるセラミックアルミニウムマトリックス複合材料の使用。
• 中国南方工業グループ:セラミックアルミニウム複合技術を通じて防衛装備の軽量化と耐久性を向上させています。
• COMAC(中国商用航空機集団企業):中国の民間航空機の主要開発会社。C919やその他のプログラムでは、セラミックアルミニウムマトリックス複合材料が使用されています。
• AECC(中国航空エンジン集団):航空エンジンの研究開発と製造の先駆者であり、エンジンやその他の重要部品にセラミックアルミニウムマトリックス複合材料を広く適用しています。

私たちの生産設備

私たちはシリカソルプロセスを用いた投資精密鋳造を専門としており、国内の主要な大学や研究機関との強力な協力を得ています。

堅牢な技術力を活かし、複雑な構造と高一貫性要件を複数の業界でカバーし、3,000台以上の精密鋳造物を大量生産に成功させています。

金型準備の時間を短縮し、試作品を迅速にお客様に納品するために、以下の装備を整えています:

3Dインテリジェントサンドコアプリンター(2000×1000×750mm)。

3Dワックスパターンプリンターが2台(1200 × 1200 × 600 mm および 500 × 500 × 500 mm)

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ワックス注入装置

ワックスパターン機器

真空圧力炉

これにより、砂型、砂芯、ワックスパターンの迅速な生産が可能となり、複雑な部品の効率的かつ信頼性の高い鋳造を実現します。

樹脂サンド連続成形ライン

このシステムには樹脂サンド成形ラインとボックス組立ラインが含まれており、大型鋳造物の生産能力を提供します。

低圧鋳造ライン

この装置により、最大鋳造サイズ1200×1100×1000mm)の連続的かつ大規模な鋳造生産が可能となります。

差圧鋳造機 — 複式

このシステムは6バールの同期圧力で動作し、最大1500mm×1300mmの部品を鋳造できます。

重力鋳造機

垂直に分割された重力鋳造機で、小型鋳造に適しています。

コンプライアンスと一貫性:テスト、研究開発、品質保証

私たちは、入荷資材から生産、最終納品までの全プロセスをカバーする統合検証システムを確立しました。

すべての試験および記録はASTM/ISO/GB規格に従って実施され、バッチの一貫性、完全なトレーサビリティ、そして各出荷時に材料試験報告書(MTR)および検査証明書を提供できる能力が保証されています。

また、プロジェクトベースのテスト計画や第三者検証もサポートしています。

• 蛍光浸透検査(FPI):表面の亀裂や貫入欠陥を迅速に検出し、材料の安定性と鋳造表面の品質を向上させます。
• リアルタイムX線イメージング(RT):収縮、包有物、亀裂のオンライン検査を行い、プロセスパラメータの最適化を支援します。
• 疲労試験機:回転曲げ、引張・圧縮、オープンホール疲労試験を行い、S–N曲線と疲労限界を生成します。
• 引張試験機:Rm、Rp0.2、A、Eを測定し、強度、剛性、伸縮適合性を検証します。
• 水素/ONH分析装置:ガス含有量と溶融の清浄度を監視し、多孔性や脆性破壊リスクを低減します。
• 金属組織顕微鏡:粒子のサイズ・分布、微細構造、多孔率を観察し、材料の安定性を評価します。
• X線回折計(XRD):相組成、析出物、残留応力を解析し、熱処理と性能最適化を導きます。
• 粒子サイズアナライザー(PSD):強化相の一貫性と再現性を確保するためにD10 / D50 / D90分布を測定します。

図面、ターゲット仕様書、作業条件を送っていただければ、48時間以内にカスタマイズされた材料ソリューション、工程期間、テスト計画、見積もり、リードタイムをお届けします。

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鋳造セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の包装および輸送

グローバル輸送中のセラミックアルミニウムマトリックス複合材の外観と性能安定性を確保するため、多層保護を使用し、カスタマイズされたパッケージオプションもご用意しています。

• 内部保護:機能面はPE保護フィルムで覆われ、シート間にはほこりのないインターリーブが設置されます。コーティングされた部品やミラー仕上げの部品は、傷や圧力保護のために個別にラップされています。
• 防湿・腐食防止:VCI防錆フィルムに真空密封されたアルミプラスチック製バリアバッグ、乾燥剤および湿度指示カード(HIC)を含みます。海上貨物には追加の保護措置が用意されています。
• 構造補強:EVAクッション、カスタムポジショニングパレット、コーナーガード、ストレッチフィルム、クリアショックと傾斜警告ラベルが付いたストラップバンドにより安全な取り扱いが保証されています。
• クレートと認証:合板製クレート(ISPM 15準拠)で、フォークリフトからのアクセスが可能;推奨クレートの重量≤1200kg(一般的には300〜800kg)。
• 添付書類:梱包リスト、請求書/船荷証券、EN 10204 3.1材料証明書、検査報告書(寸法、平坦度、コーティングなど)はご要望に応じて提供可能です。

関連質問FAQ

アルミニウムマトリックス複合材(Al-MMC / AlSiC)とは何ですか?

これは、アルミニウム合金マトリックスにセラミック補強材(SiC、Al₂O₃、TiC、TiB₂)を導入して作られる複合材料であり、アルミニウムの軽量かつ延性を持つ特性と、セラミックスの強度、硬度、安定性を組み合わせています。

現地反応、粉末冶金、鋳造プロセスを通じて製造でき、粒子の体積分数、サイズ、CTE/温度範囲、熱伝導率を調整することで特性を調整します。

AlSiCはSiC粒子を補強相として用いる典型的なシステムです。

アルミニウムマトリックス複合材料の強度はどのくらいですか?

一般的に従来の鋳造アルミニウム合金よりも高い強度を持ち、剛性と疲労性能の大幅な改善が見られます。

• JZ101(高強度):410–420 MPa
• FC041(高強度):530–550 MPa
• FC081(超高強度):≥630 MPa

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