JPH01180929A - 潤滑性を有するアルミニウム系複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野］ 本発明は、潤滑性を有するアルミニウム系複合材料の製
造方法に関する。

［従来の技術］ ヒラミック物質は切削■具などに使用されているように
、高剛性、高強度であるが潤滑性に乏しく相手部材の損
傷が大きい。ブレーキ摩擦材のような複合イオ料の場合
は芯部まで硬質のセラミックス質相と比較的軟質のアル
ミニウム合金のようなマトリックス金属とを均一に配合
したものを用いる例がある。またロラミック質を複合し
たアルミ基複合材料の実用例はまだ多くはないが、シリ
コンカーバイト（Ｓ　Ｉ　Ｃ）　、アルミナ（Ａ１２０
３）などのセラミック粒子または短繊維をアルミ合金に
複合化する事により高剛性、高強度のアルミニウム構造
体が得られ、エンジン部品などに適用する事が試みられ
ている。このエンジン部品、例えばピストン、コネクテ
ィングロツド、バルブリフター等においては、芯部に高
剛性、高強度が要求され、最表面部分には耐摩耗性、自
己潤滑性が求められる。そこで゛マトリックス金属に耐
熱性を固体潤滑剤を均一に分散ざじる例があるが表面部
分の潤滑性が不十分である。またこの表面部分の耐摩耗
性、潤滑性、耐相手損傷性を付与するためにアルミニウ
ム複合材の表面にニッケルー鉄メツキまたはモリブデン
の溶射を施−４事が試みられているがまた十分な潤滑性
をもったちのが得られていないのが現状である。

一方補強用金属を補強材として含むアルミニウム系複合
材才用に自己潤滑性を付与づる試みもなされている。例
えば特開昭６１−１０４０３７号公報には、三次元構造
のＮｉまたはＮｉ−Ｃｒ合金を主成分とする金属構造体
に、自己潤滑物質を付着または被覆したのち、アルミニ
ウム合金の溶湯を鋳造してアルミニウム合金をマトリッ
クスとする耐摩耗性部材の開示がある。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで芯部に高剛性を有し、表面部分に自己潤滑十ｑ、
耐摩耗性をしらかつ相手部材に対する損傷性の少ないア
ルミニウム系複合材料の出現が望まれている。このよう
な背明に基づき芯部は硬質の補強部材を、表面部には自
己潤滑層を付与したアルミニウム合金の製ａ　’ｔｉを
種々検討した結果、芯部にセラミック集積体を形成しそ
の表面に潤滑性物質を塗布しｌｃ空隙をもつプレフォー
ム体を形成し、その後アルミニウム系金属の溶浸を注入
・加圧することにより空隙にアルミニウム系金属が溶浸
して得られるアルミニウム系複合材料が、潤滑性に優れ
かつ高剛性を有することを見出し本発明の製造方法を完
成した。ずなゎち本発明は芯部にセラミック質補強部を
右し、表面部分に潤滑性物質を含有するアルミニウム系
金属層を形成した潤滑性を有するアルミニウム系複合材
料の安価な製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

［問題点を解決するための手段１ 本発明の潤滑性を有するアルミニウム系複合材料の製造
方法は、セラミック系の短繊維集積体を加圧成形して空
隙を有するプレフォーム体を形成するプレフォーム体形
成工程、 該プレフォーム体の表面の少４よくとも一部に潤滑性物
質を塗布乾燥し表面部分に該潤滑性物質を介在させる塗
イＤ工程、 該ＦＩＳ’ｌ滑牲物質が塗布されたプレフォーム体を成
形型に固定し、アルミニウム系金属溶浸を注入・加圧し
て該プレンｌ−６体の空隙にアルミニウム系金属を含浸
さゼてアルミニウム系複合材料を形成する鋳造工程、と
からなり潤滑物質を含有するアルミニウム系金属を表面
部分に持つアルミニウム系複合材料を得ることを特徴と
する。

前記セラミック系の短繊維集積体のプレフォーム体は、
ガラス、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物短繊維で
構成され、中でも剛性と強度に優れるアルミナ繊維、シ
リカ繊維、ガラス繊維、窒化珪素繊維、炭化珪素繊維、
炭素Ｎ維の短繊維の少なくとも１種が用いられる。この
プレンｌ−６体はアルミニウム系複合材料の強度を向上
させるため体積率が５〜４０ｖｆ％であることが好まし
い。体積率が４０ｖｆ％を越えるとアルミニウム系金属
溶湯の注入が不十分となりアルミニウム系複合材料の形
成が困難となり好ましくない。また体積率が５ｖｆ％未
満であるとプレフォーム体が粗密体なり得られるアルミ
ニウム系複合材料の強度が不足するため好ましくない。

このプレフォーム体形成工程では前記セラミック質の短
繊維を集積して通常の加圧成形によって目的の形状のプ
レフォーム体が形成される。なお体積率は一定体積のプ
レフォーム体中に占める繊維部分を百分率で表わしたも
のである。

潤滑性物質は、グラファイト、二硫化モリブデン、二硫
化タングステン、錫、鉛、セメント（ＣａＱ、Ａ　Ｉ　
２０３など）石膏、ホタル石（ＣａＦ２）の１種以上と
結合樹脂と、溶媒との混合液を塗布加熱乾燥して形成さ
れるものである。

塗布工程は上記の潤滑性物質を塗布可能な粘度の流体と
しプレフォーム体の表面に塗布する。この塗布は通常の
へケ塗りまたは噴霧により塗布することができる。塗布
されたプレフォーム体は１ｏ　ｏ　ｏ　’ｃ以下の温度
で乾燥することが好ましい。

この乾燥的に溶媒添加物等は飛散する。また一部分の結
合樹脂は溶湯注入時に飛散して残部は空隙を有する潤滑
性物質の層が形成されている。この空隙にアルミニウム
金属が注入されて潤滑性を有するアルミニウム層となる
。

鋳造工程は、前記空隙を有する潤滑性物質層を表面に形
成されたプレフォーム体を所定の鋳造型に固定して、マ
トリックスを構成するアルミニウムまたはアルミニウム
合金の溶湯を注入・加圧して、空隙を有し潤滑を有する
表面部分に、空隙を有する潤滑性物質層が形成されたプ
レフォーム体に均一に充填させる工程である。充填を終
えた成形体は必要に応じて機械加工により所定に形状と
する。この成形体は表面部分に潤滑性物質とアルミニウ
ム系金属のマトリックスとが混在するため表面処理をす
ることなく充分な潤滑性を持ったアルミニウム系複合材
料となる。

また鋳造時の鋳造型の抜き勾配により潤滑性物質層−ヒ
に形成されるアルミニウム系金属部分は、通常の機械加
工に−一り除去する。従って摺動面には潤滑性物質がア
ルミニウムのマトリックス中に混在している表面部分を
有するアルミニウム系複合材料である。この潤滑性物質
を有する表面部分はアルミニウムマトリックス層が補強
用のセラミック系短繊維集積体のプレフォーム体を完全
に被覆していることが耐摩耗性を付与するのに重要であ
る。強剛性の補強材が複合材の表面にあると相手損傷性
をひきおこして好ましくない。従って潤滑性物質の塗膜
はプレフォーム体を充分に被覆する程度の膜厚で塗装す
ることが好ましい。

［実施例コ 以下実施例により本発明を説明する。

自動車エンジン構成部品の一つであるバルブリフターの
製造例で説明する。

（プレフォーム体成形工程） 直径０．４μｍ１長さ約５０μｍのシリコンカーバイト
繊維（東海カーボン株式会社製）を第１図に示すバルブ
リフターの粗形状に集積加圧して成形した。このプレフ
ォーム体１の体積率は１５ｖｆ％であった。このプレフ
ォーム体１を機械加工により第２図に示す形状のプレフ
ォーム体１にｈｌｌ工した。

（塗布工程） グラファイト：２重量部、二硫化モリブデン：２重量部
、アルミナセメン１〜：３重量部、フェノール樹脂、３
重量部の混合物に水を５重量部加えた潤滑性物質の混合
溶液（スラリー状）をプレフォーム体の外側面にハケで
Ｑ、５ｍｍの厚ざに塗布した。塗布加乾燥炉で１２０℃
で１時間加熱して乾燥を行なった。第２図に示すように
外側面に空隙をもつ潤滑性物質の層２を形成した。

（鋳造工程） この空隙をもつ潤滑物質鱒を有するプレフォーム体３を
鋳造型に固定した後、７００℃で溶融したＪ）８７０７
５のアルミ合金溶湯を上部より注入した後、７００ｋｇ
／ｃｍ２で加圧し７１〜リツクスを形成するアルミ合金
をプレフォーム体３中に均一に充填させた。第３図は凝
固して得た鋳造素形材である。この鋳造素形材は、アル
ミニウム合金とセラミック系短４ｉｉ維集積体のプレフ
ン−６体との複合相４と、潤滑性物質とアルミニウム合
金との複合相５と、アルミニウム合金のみの相６とから
なる。このアルミニウム合金のみの相６は鋳造型の抜き
勾配の都合で形成されたものでこの部分は機械加工で除
去される。得られた鋳ｊｌ素形材は所定寸法に切削加工
してバルブリフター７を形成して（第４図に示す）以下
の試験を行なった。

（評ｆｆｆｌｉ　） アルミニウム系複合材料で形成したバルブリフターと従
来の鋼製のバルブリフターについて摩耗試験と圧縮試験
による破壊強度を調べた。結果を第１表に示す。２０時
間の耐久試験（潤滑油存在下）後の最大磨耗深さは実施
例では１２μｍであり鋼製の比較例は８μｍであり、こ
のアルミニウム系複合材料はほぼ鋼製と同程度の耐摩耗
性を有していることを示しでいる。また強度試験におけ
る圧縮テストの破壊荷重が実施例では１９００ｋ（］。

鋼製の比較例が１８００ｋｇでこれも鋼製と同程度の強
度を有する。

従って本発明の製造方法で得られるアルミニウム系複合
材料は鋼製の代替品と使用で・きる軽量化材料である。

またこのアルミニウム系複合材料は摺動面のみに潤滑性
物質を塗−缶して自己潤滑性を付与し、伯は通常のアル
ミニウム系複合材料とし−Ｃ使用することができる。

［発明の効果］ 本発明の潤滑性を有づるアルミニウム系複合材料の製造
方法は、セラミック系短繊維のプレフォーム体形成］稈
と、プレフォーム体表面に潤滑性物質を塗布し表面部分
に潤滑性物質を介在させる塗布工程と、潤滑物質が塗布
されたプレフォーム体にアルミニウム系合金溶湯を注入
しく複合材料を形成する鋳造工程とを実施することによ
り耐摩耗性、圧縮強度とも鋼製と比較して遜色ないもの
が得られる。

従ってこの製造方ｄ１で１ｑられるアルミニウム系複合
月利を使用することにより大幅に軽量化した部品が作製
できる。例えばエンジンの動弁品が軽量化され、回転体
のフリクションロスが低減され、エンジン性能の向上が
図れる。さらにバルブリフターのアルミ化による軽量化
により約３〜５％の燃費向上が期待される。

またこの複合材料は表面に潤滑物質を含有する））ルミ
ニウム層が存在するため、表面層は比較的軟らかくて切
削性（こ優れ機械加工がしやすく精度の高い部品を作製
することが可能である。

本製造方法は空隙をもつプレフォーム体に潤滑性物質を
塗布して溶湯を注入するという簡単な方法で自己潤滑性
を有するアルミニウム系複合材料が得られる優れた製造
方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は実施例のバルブリフターの製造工程時
の形状を示す断面図で、第１図はプレフォーム体、第２
図はプレフォーム体の機械加工後潤滑性物質を塗布した
プレフォーム体、第３図は鋳造後の鋳造素形体、第４図
がアルミニウム系複合材料で形成したバルブリフターの
断面図である。 １　・・プレフォーム体 ２　・・空隙を持つ潤滑性物質層 ３、・・空隙を持つ潤滑性物質層を有するプレフォ一ム
体 ４、・・・アルミニウム合金とプレフォーム体との複合
相 ５、・・・アルミニウム合金と潤滑性物質との複合札１
６、・・・アルミニウム合金相 ７　・・・バルブリフター 特許出願人　　　　トヨタ自動車株式会社代理人　　　
　　　弁理士　大川　宏 第１図 第２図 「１ 第３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミック系の短繊維集積体を加圧成形して空隙
   を有するプレフォーム体を形成するプレフォーム体形成
   工程、 該プレフォーム体の表面の少なくとも一部に潤滑性物質
   を塗布乾燥し表面部分に該潤滑性物質を介在させる塗布
   工程、 該潤滑性物質が塗布乾燥されたプレフオーム体を鋳造型
   に固定し、アルミニウム系金属溶湯を注入・加圧して該
   プレフォーム体の空隙にアルミニウム系金属を含浸させ
   てアルミニウム系複合材料を形成する鋳造工程、とから
   なり潤滑物質を含有するアルミニウム系金属を表面部分
   に持つ潤滑性を有するアルミニウム系複合材料の製造方
   法。
2. （２）前記プレフォーム体は、アルミナ繊維、シリカ繊
   維、窒化珪素繊維、炭化珪素繊維、ガラス繊維、炭素繊
   維の少なくとも１種の短繊維集積体で構成され、その体
   積率が５〜４０ｖｆ％であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の潤滑性を有するアルミニウム系複合
   材料の製造方法。
3. （３）前記潤滑性物質は、グラファイト、二硫化モリブ
   デン、二硫化タングステン、錫、鉛、アルミナセメント
   、石膏、ホタル石の１種以上と結合樹脂、溶媒の混合液
   を塗布し、塗布後１０００℃以下の温度で乾燥して形成
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の潤
   滑性を有するアルミニウム系複合材料の製造方法。
4. （４）前記アルミニウム系金属は、アルミニウムまたは
   アルミニウム合金である特許請求の範囲第１項記載の潤
   滑性を有するアルミニウム系複合材料の製造方法。