JP3120522B2 - 複合部材の製造方法 - Google Patents

複合部材の製造方法

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JP3120522B2 JP03357162A JP35716291A JP3120522B2 JP 3120522 B2 JP3120522 B2 JP 3120522B2 JP 03357162 A JP03357162 A JP 03357162A JP 35716291 A JP35716291 A JP 35716291A JP 3120522 B2 JP3120522 B2 JP 3120522B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属、金属間化合物、
樹脂、又は木材からなる部品及び材料(以下部材とす
る)に、金属や、セラミックス等の粒子を加圧して侵入
させ、その表面に複合化層を有する複合材料を製造する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複合材料の製造方法として、次のような
従来技術が知られている。すなわち、SiCなどの粒子
を、完全または部分溶融の溶湯に添加し、これに機械的
撹拌を与えて複合材料(MMC)とするコンポキャスト
法がある。また、SiCなどの粒子とAl合金等の粉末
とを混合し、静水圧々縮や熱間押出し、または焼結等に
よって複合材料とする方法(粉末冶金法)が広くおこな
われている。さらに、SiCなどの粒子とAl合金等の
粉末を混合し、これに冷間や熱間で機械的撹拌を与え
て、粒子を合金粉末中に練込み、複合材料とする方法
(メカニカルアロイング法)がある。さらにまた、従来
より、外圧により潤滑用粒子を製品の表面に侵入させて
耐磨耗性を向上させる表面処理方法が提案されている
(特開昭63−229175号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記方法は、材料全体
に粒子等が均一に分散している状態の材料を対象とする
方法であり、これらの方法では部材の表面だけを複合化
することはできない。また、前記粉末冶金法とメカニカ
ルアロイング法に用いる合金粉末は高価であり、完成品
を得るまでの工程が多くかかり完成品のコストが高い。
そして最終工程が押し出し加工であるため完成品の形状
が単純なものに限られてしまうという問題点があった。
さらに、外圧により潤滑用粒子を製品の表面に侵入させ
る表面処理方法では、製品を成形する型の表面に予め潤
滑粒子を塗布しておき、該型により原材料を圧縮して製
品を成形すると同時に該製品の表面に潤滑粒子を侵入さ
せるようにしているので、孔を有する等の複雑な形状の
製品を成形する場合には適さなかった。本発明は前記事
情に鑑みてなされたもので、前記問題点を解消するとと
もに、表層部の複合化を円滑にし、かつ変形がなく均一
な複合化層を備えた複合部材を得ることができ、しか
も、孔を有する等の複雑な形状の複合部材の製造に適す
る複合部材の製造方法を提供することを目的とする。
【0004】前記目的を達成するために、本発明では、
加圧用の型または容器内に硬質の粒子を収容し、この粒
子の層内に部材を埋込み、外圧により上記部材の全表面
に上記粒子を加圧侵入させて複合化層を形成する場合
に、加圧する上記粒子に潤滑用粒子を予め混合してお
き、上記粒子の層の流動性を高めることによって、前記
課題を解消した。
【0005】本発明において対象とするセラミックスと
しては、たとえば、SiC、Si3N4,SiO2,Al2
O3などの粒子を用いる。これらセラミックス粒子は、
部材への加圧侵入が可能であれば径に特に制限はなく、
異種複数のセラミックス粒子を混合したものでもよい。
さらに、これらの粒子と短繊維の混合物や短繊維単体な
どを用いることもできる。また、他の硬い物質粒子を、
たとえばFe及び其他の金属粒子などを用いることがで
きる。本発明では、前記セラミックスなどの複合化用の
粒子に、加圧時において流動性を与えるために潤滑用粒
子を適量混合して用いる。これによって、加圧時に流動
する複合化用の粒子の摩擦係数を小さくし、偏圧が発生
しないようにして複合化層を形成する部材の変形を極力
少なくし、複雑な形状の部材にも適用しようとするもの
である。この潤滑用粒子としては、たとえば窒化硼素
(hBN)を1〜20vol%の範囲で混合する。混合
割合が1vol%未満では好ましい流動性がえられず、
20vol%を越えると複合化用の粒子を効率よく侵入
させることができない。その他の潤滑用粒子としては、
たとえばPb,Sn等の粒子がある。要は複合用の粒子
の間に混在して、その粒子の摩擦係数を小さくし部材へ
の加圧侵入を円滑にする物質の粒子であればよい。
【0006】複合用の粒子をその表面に加圧侵入させて
複合化層を形成する材料として、金属、金属間化合物、
樹脂、または木材などがある。なお、金属としては、た
とえばAl合金、Mg合金及びその他慣用の金属や合金
を、金属間化合物としてはAl3Tiなどを、樹脂には
通常の部材に慣用されている一般の樹脂類を、木材とし
てはたとえば檜材などを用いる。
【0007】まず、図1に示すように、必要に応じて所
定温度に予熱した加圧型1内の下パンチ2上に、複合用
の前記粒子と潤滑用粒子との混合粒子3を所定量収容す
る。この場合、混合粒子3は被複合部材の種類、性質に
応じて適宜0〜1200°の温度に予熱しておき、被複
合部材への侵入を容易にする。この混合粒子3の層
に、被複合部材である、例えば金属の部品4を埋込む。
この部品4は必要に応じて適宜所定温度に予熱してお
く。または混合粒子3とともに両者を同時に加熱しても
よい。次に、上パンチ5により、1〜1000MPaの
圧力P1を加え、部品4の全表面に複合用の粒子を侵入
させる。この場合、混合した適量の潤滑用粒子の存在に
よって複合用の粒子が円滑に部品4の全表面に侵入す
る。なお、前記処理は部品の酸化を防止するため、真空
または不活性ガスの雰囲気でおこなってもよい。
【0008】他の方法として、図2に示すように前記混
合粒子3を加圧用カプセル11内に収容し、その中に複
合化層を形成する部材として、例えば金属の部品14を
埋没させ、カプセル11の内部を減圧後密封する。そし
て、このカプセル11を必要に応じて所定の温度(0〜
1200℃)としてその外側から1〜1000MPaの
静水圧(CIP,HIP)P2を加え、複合用の粒子等
を部品14の表面に侵入させる。潤滑用粒子の存在によ
って、流動性が向上し、偏圧が少なくなるため、偏変形
が避けられ、作業が円滑におこなわれて安定した品質の
製品がえられる。
【0009】比較のため、図3に示すようにカプセル1
1内に、貫通したオイル穴20を有する部品21を収容
し、潤滑用粒子を混合した本発明に係るセラミックス粒
子と混合しないセラミックス粒子との中にそれぞれ部品
21を埋没して、前記方法によって同じ条件で加圧処理
した結果、潤滑用粒子を混合した場合は、図4に示すよ
うに部品21の外表面と、オイル穴20内の表面とには
ほぼ同一厚さの複合化層20a,20bが形成された。
一方、潤滑用粒子を混合しないセラミックス粒子を用い
た場合は、図5に示すようにオイル穴20の表面には充
分な厚さの複合化層がえられなかった。このように潤滑
用粒子の存在によってセラミックス粒子が円滑に流動
し、そのため圧力がオイル穴20の内部まで十分伝達さ
れたことが判る。
【0010】
【実施例】1) JIS AC8Aを素材として、熱間鋳
造によりロッカーアームを製作した。これを450℃に
予熱しておき、300℃に予熱した前記成形型(金型)
内に、300℃に加熱した平均粒子径10μmのSi3
N4粒子と平均粒子径100μmのPb粒子を10vo
l%混合した粒子を入れ、その中に前記ロッカーアーム
を埋没させて、上パンチにより100MPaの静水圧を
5分間加えた。その結果、偏変形が少なく表面にSi3
N4との複合化層を有するロッカーアームが製造でき
た。 2) Al3Ti金属間化合物を素材として、熱間焼結法
によりバルブリテーナーを製造した。一方、JIS S
PCC製筒(カプセル)内に、平均粒子径1μmのAl
2O3粒子に平均粒子径5μmのhBN粒子を2vol%
混合した粒子を充填し、その中に前記バルブリテーナー
を埋設させて、筒内部を0.1Pa程度に減圧後、溶接
密閉した。更にこれをHIP装置により1200℃に加
熱しつつ、100MPaの静水圧を60分間加えた。こ
れによって表面に複合化層を有するバルブリテーナーが
偏変形を少なく抑えて製造できた。
【0011】3) JIS A1050製筒内に、平均粒
子径1μmのSiC粒子に平均粒子径5μmのhBN粒
子を2vol%混合した粒子を充填し、その中にポリプ
ロピレン(PP)樹脂部材を埋設して、筒内部を0.1
Pa程度に減圧後、溶接密閉した。これをCIP装置に
より、全体を常温で100MPaの静水圧を60分間加
えた。これによって表面に複合化層を有する樹脂を母材
とする複合部材が偏変形を少なく抑えて製造できた。 4) JIS A1050製筒内に、平均粒子径10μm
のFe粒子に平均粒子径10μmのSn粒子を2vol
%混合した粒子を充填し、その内に檜板部材を埋設させ
て、筒内部を0.1Pa程度に減圧後、溶接密閉した。
さらに、CIP装置により、全体を常温で100MPa
の静水圧を60分間加えた。これによって表面にFe粒
子の複合化層を有する檜板部材が偏変形を少なく抑えて
製造できた。なお、前記各実施例に用いた加圧型及びカ
プセルで処理する場合の圧力P1 ,P2 は少なくとも1
MPa以上が必要であることが実験の結果判明した。
【0012】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る複合部材の
製造方法によれば、加圧するセラミックス粒子などの硬
質の粒子に潤滑用粒子を予め混合しておき、上記粒子の
層の流動性を高めるようにしているので、上記粒子の層
内に埋込まれた金属、金属間化合物、樹脂、木材などの
部材の全表面に渡って上記粒子を円滑に加圧し侵入させ
ることができる。そのさい、上記部材に偏圧が加わる個
処が減り、被複合部材の偏変形を少なくでき、しかも、
複合化層の厚さが一定の均一な品質の製品を得る ことが
できる。さらに、孔を有する等の複雑な形状をした部材
の表面に複合化層を形成したい場合にも適用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る方法の実施要領の説明図である。
【図2】本発明に係る方法の他の実施要領の説明図であ
る。
【図3】図2に示す方法を、他の部材に適用した場合の
説明図である。
【図4】図3に示す本発明の方法によって製造された部
材の一部断面を示す説明図である。
【図5】本発明の方法を適用しない図4に対応する部材
の一部断面を示す説明図である。
【符号の説明】
1 加圧型 2 下パンチ 3 混合粒子 4 部品 5 上パンチ 11 カプセル 14 部品 20 オイル穴 21 部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−229175(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 24/06 C23C 24/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧用の型または容器内に硬質の粒子を
    収容し、この粒子の層内に部材を埋込み、外圧により上
    記部材の全表面に上記粒子を加圧侵入させ複合化層を
    形成する場合に、加圧する上記粒子潤滑用粒子を予め
    混合しておき上記粒子の層の流動性を高めることを特
    徴とする複合部材の製造方法。
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