JPH01240633A - 靭性に優れたアルミニウム基複合材料及びその製造方法並びにピストン - Google Patents
靭性に優れたアルミニウム基複合材料及びその製造方法並びにピストンInfo
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- JPH01240633A JPH01240633A JP6525788A JP6525788A JPH01240633A JP H01240633 A JPH01240633 A JP H01240633A JP 6525788 A JP6525788 A JP 6525788A JP 6525788 A JP6525788 A JP 6525788A JP H01240633 A JPH01240633 A JP H01240633A
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- F05C2251/04—Thermal properties
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
この発明は、車輌用のエンジン部品、特にピストンに使
用されるアルミニウムベースの１Ｍ合材料、即ちアルミ
ニウムをマトリックスとして該マトリックス中に分散強
化粒子が均一分散された分散強化型のピストン用アルミ
ニウム基複合材料及びその製造方法、並びに該複合材料
を用いた内燃機関用ピストンに関する。
用されるアルミニウムベースの１Ｍ合材料、即ちアルミ
ニウムをマトリックスとして該マトリックス中に分散強
化粒子が均一分散された分散強化型のピストン用アルミ
ニウム基複合材料及びその製造方法、並びに該複合材料
を用いた内燃機関用ピストンに関する。
従来の技術と課題
内燃機関用ピストンは、１５０〜４００℃の高温下にあ
って物理的に苛酷な条件で使用される部品であるところ
から、その材料は耐熱強度、靭性、耐摩耗性のいずれに
も優れ１．かつ低熱膨張率のものであることが要請され
る。
って物理的に苛酷な条件で使用される部品であるところ
から、その材料は耐熱強度、靭性、耐摩耗性のいずれに
も優れ１．かつ低熱膨張率のものであることが要請され
る。
一方において、ピストンは高速で往復運動するため慣性
力が大きくなる。従って振動を少なくし、機関の出力を
高め応答性を向上するためには、可及的軽量であること
が望まれる。
力が大きくなる。従って振動を少なくし、機関の出力を
高め応答性を向上するためには、可及的軽量であること
が望まれる。
このような要請に対処するための軽量なピストン材料と
して、従来最も一般的にはＡＣ８Ａ。
して、従来最も一般的にはＡＣ８Ａ。
ＡＣ８Ｂ等のＡｆｌ−Ｓｉ −Ｃｕ −Ｍｇ−Ｎｌ系の
Ｌｏ −Ｅｘ Ａ０合金が知られている。
Ｌｏ −Ｅｘ Ａ０合金が知られている。
しかしながら、上記のようなＬｏ−Ｅｘ系アルミニウム
合金は、高温強度の面で今１つ不充分である。たとえば
引張り強度として２００℃で１７Ｋｇｆ／−１３００℃
で７八ｆｆ’／−程度の強度しか有しないため、充分に
満足すべきピストンの薄肉化、軽量化を達成することが
できなかった。もとより、他の要求特性である耐摩耗性
、靭性、低熱膨張率等の点でも更なる改善が望まれると
ころであった。
合金は、高温強度の面で今１つ不充分である。たとえば
引張り強度として２００℃で１７Ｋｇｆ／−１３００℃
で７八ｆｆ’／−程度の強度しか有しないため、充分に
満足すべきピストンの薄肉化、軽量化を達成することが
できなかった。もとより、他の要求特性である耐摩耗性
、靭性、低熱膨張率等の点でも更なる改善が望まれると
ころであった。
この発明は、上記のような技術的背景のもと、従来のＬ
ｏ −Ｅｘ Ａ２合金よりも更に一層前記の要求諸特性
に対して高い満足度を得ることができる特にピストン用
のアルミニウム基複合材料と、その製造方法、及び該複
合材料によって製造されたピストンを提供することを目
的としてなされたものである。
ｏ −Ｅｘ Ａ２合金よりも更に一層前記の要求諸特性
に対して高い満足度を得ることができる特にピストン用
のアルミニウム基複合材料と、その製造方法、及び該複
合材料によって製造されたピストンを提供することを目
的としてなされたものである。
課題を解決するための手段
上記の目的において、本発明者らは、種々実験と研究の
結果、粒子分散強化型のアルミニウム基複合材料におい
て、マトリックスとして用いるアルミニウム粉末の１純
度、強化粒子として用いるセラミックス粒子の硬さ、熱
膨張係数、粒子径、及び分散含有量の特定範囲の組合わ
せによって、前記従来合金にもまして卓越した耐熱強度
、靭性、耐摩耗性、低熱膨張率の諸特性を得ることがで
きることを見出し、この発明を完成した。
結果、粒子分散強化型のアルミニウム基複合材料におい
て、マトリックスとして用いるアルミニウム粉末の１純
度、強化粒子として用いるセラミックス粒子の硬さ、熱
膨張係数、粒子径、及び分散含有量の特定範囲の組合わ
せによって、前記従来合金にもまして卓越した耐熱強度
、靭性、耐摩耗性、低熱膨張率の諸特性を得ることがで
きることを見出し、この発明を完成した。
而して、この発明は、ｌ純度９９．０％以上の純アルミ
ニウム材をマトリックスとし、かつ硬さＨｖ１０００以
上、熱膨張係数１０×１０−６／℃以下、平均粒子径３
〜０．．１μｍのセラミックス粒子を分散強化粒子とし
て、該分散強化粒子が体積率Ｖｒ５〜２０％の割合でマ
トリックス中に均一分散されてなることを特徴とする、
アルミニウム基複合材料を基本的な要旨とする。
ニウム材をマトリックスとし、かつ硬さＨｖ１０００以
上、熱膨張係数１０×１０−６／℃以下、平均粒子径３
〜０．．１μｍのセラミックス粒子を分散強化粒子とし
て、該分散強化粒子が体積率Ｖｒ５〜２０％の割合でマ
トリックス中に均一分散されてなることを特徴とする、
アルミニウム基複合材料を基本的な要旨とする。
更に好ましい条件を列挙すれば、マトリックスとするア
ルミニウム材の純度は９９．５％以上であり、強化粒子
の硬さはＨｖ１５００以上、同然膨張係数８ Ｘ １０
−６／’Ｃ以下、平均粒子径１〜０．３μｍの範囲であ
る。また、強化粒子の分散体積率Ｖ「は１０〜１８％の
範囲である。
ルミニウム材の純度は９９．５％以上であり、強化粒子
の硬さはＨｖ１５００以上、同然膨張係数８ Ｘ １０
−６／’Ｃ以下、平均粒子径１〜０．３μｍの範囲であ
る。また、強化粒子の分散体積率Ｖ「は１０〜１８％の
範囲である。
この発明による複合材の製造は、良く知られている粉末
冶金学的手法によるが、強化粒子の均一分散性を向上す
る目的から、マトリックスＡＱ粉末と強化粒子粉末とを
混合し、ボールミル処理によって上記マトリックス材料
と強化粒子との間に強い結合を有する複合粉末をつくり
、この複合粉末を熱間成形して所定の成形体を得るもの
とする手法が好適に採用しうる。上記の成形には、脱ガ
ス処理、熱間圧粉処理による固化ビレットの作成１．そ
してこのビレットの押出材からの鍛造、さらには粉末鍛
造等の粉末冶金の通常の工程を包含する。ピストンは、
上記により得られる成形体に、更に鍛造、切削、研摩等
の所要の二次加工を施して製作される。
冶金学的手法によるが、強化粒子の均一分散性を向上す
る目的から、マトリックスＡＱ粉末と強化粒子粉末とを
混合し、ボールミル処理によって上記マトリックス材料
と強化粒子との間に強い結合を有する複合粉末をつくり
、この複合粉末を熱間成形して所定の成形体を得るもの
とする手法が好適に採用しうる。上記の成形には、脱ガ
ス処理、熱間圧粉処理による固化ビレットの作成１．そ
してこのビレットの押出材からの鍛造、さらには粉末鍛
造等の粉末冶金の通常の工程を包含する。ピストンは、
上記により得られる成形体に、更に鍛造、切削、研摩等
の所要の二次加工を施して製作される。
次に、この発明における構成要件の各限定理由について
説明する。
説明する。
マトリックスとするアルミニウム材の純度が９９．０％
以上、特、に好ましくは９９．５％以上に限定されるの
は、体の理由による。即ち、一般にアルミニウム材の耐
熱強度をあげるためには、それを合金化する手法を採る
のが一般的であるが、これに対し粒子分散型の複合材の
場合の耐熱強度を決定する強化機構は、アルミニラマト
リックス中に均一に分散されるセラミックス強化粒子及
び微細なアルミニウムの酸化物、炭化物と、高密度の転
位との相互作用である。
以上、特、に好ましくは９９．５％以上に限定されるの
は、体の理由による。即ち、一般にアルミニウム材の耐
熱強度をあげるためには、それを合金化する手法を採る
のが一般的であるが、これに対し粒子分散型の複合材の
場合の耐熱強度を決定する強化機構は、アルミニラマト
リックス中に均一に分散されるセラミックス強化粒子及
び微細なアルミニウムの酸化物、炭化物と、高密度の転
位との相互作用である。
即ち、分散強化粒子は高温下でもマトリックス中で安定
であるため、転位のピン止め効果を高温まで持続し、温
度が上っても強度低下を防ぎうろことによっている。と
ころが合金元素は、ピストンが１５０〜４００℃の高温
にさらされることも相俟って時間と＼もに析出粗大化し
、転位のピン止め効果による強度の保持に寄与しなくな
るため、添加することに格別意味がない。
であるため、転位のピン止め効果を高温まで持続し、温
度が上っても強度低下を防ぎうろことによっている。と
ころが合金元素は、ピストンが１５０〜４００℃の高温
にさらされることも相俟って時間と＼もに析出粗大化し
、転位のピン止め効果による強度の保持に寄与しなくな
るため、添加することに格別意味がない。
むしろ逆に、晶出物、析出物を形成し、靭性を低下させ
るという有害性の方が増大する。従って、耐熱強度と靭
性とを両立させなければならないピストン用の複合材料
としては、高純度のアルミニウム材を用いることの方が
有利であり、靭性の低下の不利益を回避するために少な
くともＡＱ純度９９．０％以上の純アルミニウムを用い
ることを必要とするものである。最も好ましくは純度９
９．５％以上のものを用いるべきであるが、９９．９％
をこえる高純度のものを用いても、さほどの効果の増大
は望めず、むしろ材料コストの増大の不利益の方が大き
くなるから、それ以下の純度のもの１使用で必要かっ充
分である。
るという有害性の方が増大する。従って、耐熱強度と靭
性とを両立させなければならないピストン用の複合材料
としては、高純度のアルミニウム材を用いることの方が
有利であり、靭性の低下の不利益を回避するために少な
くともＡＱ純度９９．０％以上の純アルミニウムを用い
ることを必要とするものである。最も好ましくは純度９
９．５％以上のものを用いるべきであるが、９９．９％
をこえる高純度のものを用いても、さほどの効果の増大
は望めず、むしろ材料コストの増大の不利益の方が大き
くなるから、それ以下の純度のもの１使用で必要かっ充
分である。
強化粒子として用いるセラミックスの硬さ、熱膨張係数
、粒度、及びその分散量は複合材の耐摩耗性と熱膨張係
数を制御する重大な要素となる。セラミックス粒子の硬
さがＨｖ１０００未満では複合材料の耐摩性が劣るもの
となる。
、粒度、及びその分散量は複合材の耐摩耗性と熱膨張係
数を制御する重大な要素となる。セラミックス粒子の硬
さがＨｖ１０００未満では複合材料の耐摩性が劣るもの
となる。
特に好ましくは硬さＨｖ１５００以上のものが良い。ま
た、熱膨張係数が１０ Ｘ １０−６／”Ｃをこえて大
きいものでは、複合材料の熱膨張係数も大きいものとな
り、摩耗、焼き付き等の不具合のためにピストン材とし
て不適当なものとなる。最も好ましくは熱膨張係数が８
Ｘ１０’／℃以下のものが良い。上記の硬さ及び熱膨張
係数の要請の点から、セラミックス粒子の種類としては
ＡＱ０３ 、ＳＩ Ｃ等が最好適に使用でき、ＴｌＯ２
、ＺｒＯ２等も好適であるが、Ｍｇ Ｏは硬さが不足し
、かつ熱膨張係数も高いため使用に好適しない。
た、熱膨張係数が１０ Ｘ １０−６／”Ｃをこえて大
きいものでは、複合材料の熱膨張係数も大きいものとな
り、摩耗、焼き付き等の不具合のためにピストン材とし
て不適当なものとなる。最も好ましくは熱膨張係数が８
Ｘ１０’／℃以下のものが良い。上記の硬さ及び熱膨張
係数の要請の点から、セラミックス粒子の種類としては
ＡＱ０３ 、ＳＩ Ｃ等が最好適に使用でき、ＴｌＯ２
、ＺｒＯ２等も好適であるが、Ｍｇ Ｏは硬さが不足し
、かつ熱膨張係数も高いため使用に好適しない。
セラミックス粒子の粒度は、平均粒径が３μｍをこえて
大きすぎると複合材料の靭性が低下する。逆に０．１μ
ｍ未満の小さすぎるものでは耐摩耗性が劣化する。従っ
て、靭性、耐摩耗性の両者を満足させるためには平均粒
径３〜０゜１μｍの範囲のものを用いるべきであり、最
も好ましくは１〜０．３μｍの範囲のものを用いるのが
良い。
大きすぎると複合材料の靭性が低下する。逆に０．１μ
ｍ未満の小さすぎるものでは耐摩耗性が劣化する。従っ
て、靭性、耐摩耗性の両者を満足させるためには平均粒
径３〜０゜１μｍの範囲のものを用いるべきであり、最
も好ましくは１〜０．３μｍの範囲のものを用いるのが
良い。
セラミックス粒子の分散含有量は、体積率においてＶｒ
５〜２０％の範囲とすることが必要である。体積率が５
％未満では複合材の耐摩耗性が悪くなり、かつ耐熱強度
の十分な増大効果を望めない。また２０％をこえて多い
場合は複合材の靭性の低下をもたらす。最も好ましくは
１０〜１８％程度の範囲とするのが好適である。
５〜２０％の範囲とすることが必要である。体積率が５
％未満では複合材の耐摩耗性が悪くなり、かつ耐熱強度
の十分な増大効果を望めない。また２０％をこえて多い
場合は複合材の靭性の低下をもたらす。最も好ましくは
１０〜１８％程度の範囲とするのが好適である。
実施例
実施例１
この実施例は、マトリックスとするアルミニウム材のＡ
ｌ純度と複合材の強度及び靭性との関係を調べたもので
ある。
ｌ純度と複合材の強度及び靭性との関係を調べたもので
ある。
而して、純度を種々異にした平均粒径４０μｍのアトマ
イズ法によるアルミニウム粉末と、分散強化用のセラミ
ックス粒子としてのへρ０３粒子（平均粒径０．５μｍ
）とを、セラミックス粒子の体積率Ｖｆ：１５％、全体
重ｆｆｉ Ｉ Ｋｇに秤量し、ミキサーで２０００ｒｐ
ａＸ４分間予備混合した。
イズ法によるアルミニウム粉末と、分散強化用のセラミ
ックス粒子としてのへρ０３粒子（平均粒径０．５μｍ
）とを、セラミックス粒子の体積率Ｖｆ：１５％、全体
重ｆｆｉ Ｉ Ｋｇに秤量し、ミキサーで２０００ｒｐ
ａＸ４分間予備混合した。
そして、この混合物に、Ａ「ガス雰囲気中で３／８”ス
チールボール３０Ｋｇを用いたボールミルにより、２８
Ｏｒｐ■×５時間のボールミル処理を施して複合粉を製
造した。このボールミル処理工程において焼付防止剤と
してエタノール３０ｃｃを添加した。
チールボール３０Ｋｇを用いたボールミルにより、２８
Ｏｒｐ■×５時間のボールミル処理を施して複合粉を製
造した。このボールミル処理工程において焼付防止剤と
してエタノール３０ｃｃを添加した。
次に、上記によって得た複合粉をＡ「ガス雰囲気中でＡ
ＪＪ製圧粉容器に充填し、３Ｘ１０−３ｔｏｒｒＸ ５
時間の真空脱ガス処理を行ったのち、熱間ブレス機によ
り５００℃Ｘ７００ＯＮｇｆ／ｄの条件で圧粉成形を行
い、得られたビレットを押出比１０：１、押出温度４５
０℃で押出し成形し、丸棒形状の各種のアルミニウム基
曵合材料を得た。
ＪＪ製圧粉容器に充填し、３Ｘ１０−３ｔｏｒｒＸ ５
時間の真空脱ガス処理を行ったのち、熱間ブレス機によ
り５００℃Ｘ７００ＯＮｇｆ／ｄの条件で圧粉成形を行
い、得られたビレットを押出比１０：１、押出温度４５
０℃で押出し成形し、丸棒形状の各種のアルミニウム基
曵合材料を得た。
そして、これらの各種複合材料につき、室温及び３００
℃で１０００時間保持後の引張り強度を測定すると共に
、シャルピー衝撃値（室温、ノツチ無し）を測定し、現
行材としてのＡＣ８Ａ−Ｔ５金型鋳造材のそれと比較し
た。その結果を第１表に示す。なお、マトリックスのＡ
６０６１．２０１４材の調質はいずれもＴ４とした。
℃で１０００時間保持後の引張り強度を測定すると共に
、シャルピー衝撃値（室温、ノツチ無し）を測定し、現
行材としてのＡＣ８Ａ−Ｔ５金型鋳造材のそれと比較し
た。その結果を第１表に示す。なお、マトリックスのＡ
６０６１．２０１４材の調質はいずれもＴ４とした。
第１表 ： マトリックスのＡｎ純度と複合材の強度及
び靭性第１表に示される結果から、定量的には現行のＡ
Ｃ８Ａ−Ｔ５金型鋳造材より以上の靭性（シャルピー衝
撃値で評価）が得られるのは、マトリックスとしてのア
ルミニウム材に１純度９９．０％以上のものを用いた場
合であり、特に９９，５％以上であることが好ましく、
９９８９９％の高純度のものを用いても９９，５９６と
の間で差異が小さく格別意味がないことが判る。
び靭性第１表に示される結果から、定量的には現行のＡ
Ｃ８Ａ−Ｔ５金型鋳造材より以上の靭性（シャルピー衝
撃値で評価）が得られるのは、マトリックスとしてのア
ルミニウム材に１純度９９．０％以上のものを用いた場
合であり、特に９９，５％以上であることが好ましく、
９９８９９％の高純度のものを用いても９９，５９６と
の間で差異が小さく格別意味がないことが判る。
実施例２
この実施例は、分散セラミック粒子の種類、特にその硬
さと複合材の耐摩耗性との関係を調べたものである。
さと複合材の耐摩耗性との関係を調べたものである。
マトリックス・アルミニウム粒子としてはＡ１０５０
（純度９９．５％、平均粒径４０μｍ）を用い、強化材
としての分散セラミックス粒子（平均粒径０．５μｍ）
に各種のものを用いて、該セラミックス粒子の分散量を
体積率Ｖｆ’：１５％の一定として、前記実施例１と同
様の製法により各種の複合材を得た。
（純度９９．５％、平均粒径４０μｍ）を用い、強化材
としての分散セラミックス粒子（平均粒径０．５μｍ）
に各種のものを用いて、該セラミックス粒子の分散量を
体積率Ｖｆ’：１５％の一定として、前記実施例１と同
様の製法により各種の複合材を得た。
そして、この各種複合材の比摩耗量を測定し、現行材Ａ
Ｃ８Ａ−７５金型鋳造材のそれと比較した。耐摩耗試験
は、大越式乾式摩耗試験機により、相手材： Ｆｅ１２
、摩擦速度：１．９９ｍ／Ｓ、摩擦距離：６００ｍ、最
終荷重：２゜１ Ｋｇの条件で測定した。結果を第２表
に示す。
Ｃ８Ａ−７５金型鋳造材のそれと比較した。耐摩耗試験
は、大越式乾式摩耗試験機により、相手材： Ｆｅ１２
、摩擦速度：１．９９ｍ／Ｓ、摩擦距離：６００ｍ、最
終荷重：２゜１ Ｋｇの条件で測定した。結果を第２表
に示す。
第２表 ： 分散セラミックスの種類と複合材の耐摩耗
性第２表の結果より、現行材ＡＣ８Ａ−Ｔ５材と同等以
上の耐摩耗性を得るためには、セラミックス粒子として
硬さがＨｖ１０００以上のものを用いることが必要であ
り、Ｈｖ１５００以上ではほとんど変化がないことから
、Ｈｖ１５００以上のものを用いるのが好ましいことが
判る。
性第２表の結果より、現行材ＡＣ８Ａ−Ｔ５材と同等以
上の耐摩耗性を得るためには、セラミックス粒子として
硬さがＨｖ１０００以上のものを用いることが必要であ
り、Ｈｖ１５００以上ではほとんど変化がないことから
、Ｈｖ１５００以上のものを用いるのが好ましいことが
判る。
実施例３
この実施例は、セラミックス粒子の種類、特にその熱膨
張係数と複合材の熱膨張係数との関係を調べたものであ
る。
張係数と複合材の熱膨張係数との関係を調べたものであ
る。
実施例２と同様の材料及び製造方法で得た各種の複合材
につき、それらの熱膨張係数を測定して現行材ＡＣ８Ａ
−７５材と比較した。その結果を下記第３表に示す。
につき、それらの熱膨張係数を測定して現行材ＡＣ８Ａ
−７５材と比較した。その結果を下記第３表に示す。
第３表 ： 分散セラミックスの種類と複合材の熱膨張
係数上記第３表により、現行材ＡＣ８Ａ−７５材と同等
以下の熱膨張係数のものを得るためには、セラミックス
粒子としてもその熱膨張係数が１０ Ｘ １０−６／℃
以下のものを用いることが必要であり、従って、Ｚｒ
０２ 、Ｔｉ ０２ 、Ａｌ２Ｏ３、ＳＩＣ等のセラミ
ック粒子を用いうるが、なかでも熱膨張係数が８ Ｘ
１０−６／℃以下のものを用いるのが好適であり、Ｔｉ
０２ 、Ａ［０３、ＳｉＣが好適性を示すことが分か
る。
係数上記第３表により、現行材ＡＣ８Ａ−７５材と同等
以下の熱膨張係数のものを得るためには、セラミックス
粒子としてもその熱膨張係数が１０ Ｘ １０−６／℃
以下のものを用いることが必要であり、従って、Ｚｒ
０２ 、Ｔｉ ０２ 、Ａｌ２Ｏ３、ＳＩＣ等のセラミ
ック粒子を用いうるが、なかでも熱膨張係数が８ Ｘ
１０−６／℃以下のものを用いるのが好適であり、Ｔｉ
０２ 、Ａ［０３、ＳｉＣが好適性を示すことが分か
る。
実施例４
この実施例は、分散セラミックス粒子の粒子径と複合材
の靭性及び耐摩耗性を調べたものである。
の靭性及び耐摩耗性を調べたものである。
マトリックス：Ａ１０５０ （粒径４０．ｃｚｍ）、セ
ラミックス粒子：ＡＱ２０３セラミックス粒子の分散体
積率Ｖｆ１５％とし、セラミックス粒子の平均粒子径を
０．１〜５μｍの範囲で各種に変えたものを用いて、前
記実施例１と同様の製法により各種の複合材を製造した
。
ラミックス粒子：ＡＱ２０３セラミックス粒子の分散体
積率Ｖｆ１５％とし、セラミックス粒子の平均粒子径を
０．１〜５μｍの範囲で各種に変えたものを用いて、前
記実施例１と同様の製法により各種の複合材を製造した
。
そして、この各種複合材につき、シャルピー衝撃値（室
温、ノツチ無し）、耐摩耗性を測定して現行材ＡＣ８Ａ
−Ｔ５によるものと比較した。耐摩耗性試験は実施例２
による場合と同［′Ｑの条件で行った。結果を第４表に
示す。
温、ノツチ無し）、耐摩耗性を測定して現行材ＡＣ８Ａ
−Ｔ５によるものと比較した。耐摩耗性試験は実施例２
による場合と同［′Ｑの条件で行った。結果を第４表に
示す。
第４表 二 分散セラミックス粒子径の変化と複合材の
上記第４表に示されるように、現行ＡＣ８Ａ−丁５材よ
りも靭性及び耐摩耗性が劣らないセラミックス粒子の粒
子径範囲は、３〜０，１μｍであり、好ましくは１〜０
．３μｍであることが分かる。
上記第４表に示されるように、現行ＡＣ８Ａ−丁５材よ
りも靭性及び耐摩耗性が劣らないセラミックス粒子の粒
子径範囲は、３〜０，１μｍであり、好ましくは１〜０
．３μｍであることが分かる。
実施例５
この実施例はセラミックス粒子の分散体積率Ｖｆの変化
と複合材の耐摩耗性、靭性、耐熱強度との関係を調べた
ものである。
と複合材の耐摩耗性、靭性、耐熱強度との関係を調べた
ものである。
分散セラミックス粒子の体積率ｖｆを０〜２５％の範囲
で各種に変えたほかは、実施例４と同様の材料及び製造
方法をもって各種の複合材を製造した。
で各種に変えたほかは、実施例４と同様の材料及び製造
方法をもって各種の複合材を製造した。
そして、それらの各種複合材について、耐摩耗性、引張
り強度（３００℃に１０００時間保持後）、シャルピー
衝撃値（室温、ノツチ無し）を測定し、現行材と比較し
た。結果を第５表に示す。
り強度（３００℃に１０００時間保持後）、シャルピー
衝撃値（室温、ノツチ無し）を測定し、現行材と比較し
た。結果を第５表に示す。
第５表 二 分散セラミックスｖｒが変化した場合の複
合材の耐摩耗性、耐熱強度及び靭性 上記第５表により、現行付以上の耐摩耗性を付与するた
めにはセラミックス粒子の分散体積率５％以上が必要で
あり、また同じく現行付以上の靭性を得るためには同体
積率を２０％以下とすべきことが分かる。現行材を超え
て特に良好な結果を得るためには、上記体積率は１０〜
１８％程度の範囲とするのが好適である。
合材の耐摩耗性、耐熱強度及び靭性 上記第５表により、現行付以上の耐摩耗性を付与するた
めにはセラミックス粒子の分散体積率５％以上が必要で
あり、また同じく現行付以上の靭性を得るためには同体
積率を２０％以下とすべきことが分かる。現行材を超え
て特に良好な結果を得るためには、上記体積率は１０〜
１８％程度の範囲とするのが好適である。
実施例６
マトリックスとして平均粒径４０μｍのＡ１０５０アト
マイズ粉末を用い、分散セラミックスとして平均粒径０
．５μｍのＡＱＯ３粒子を用い、その分散体積率を１５
％として実施例１と同様の製造方法で得た複合材により
、添附第１図に示す形状の内燃機関用ピストン（Ａ）を
製作した。
マイズ粉末を用い、分散セラミックスとして平均粒径０
．５μｍのＡＱＯ３粒子を用い、その分散体積率を１５
％として実施例１と同様の製造方法で得た複合材により
、添附第１図に示す形状の内燃機関用ピストン（Ａ）を
製作した。
該ピストンは、その材料とする複合材が前記実施例４の
Ｖｌ’１５％の欄に示した物性を有するところから、現
行材のＡＣ８Ａ−Ｔ５金型鋳造材を以って製作したピス
トンに比較して、薄肉化により５０％を超える軽量化を
達成することができた。
Ｖｌ’１５％の欄に示した物性を有するところから、現
行材のＡＣ８Ａ−Ｔ５金型鋳造材を以って製作したピス
トンに比較して、薄肉化により５０％を超える軽量化を
達成することができた。
発明の効果
請求項（１）〜（３）に記載のこの発明によれば、耐熱
強度、靭性、熱膨張係数、耐摩耗性において、従来汎用
のＡＣ８Ａ材に較べ総合的に卓越した諸特性を有する複
合材を提供することができ、苛酷な条件下で使用される
機械部品の用途に好適し、その大幅な軽量化の達成を可
能とする。
強度、靭性、熱膨張係数、耐摩耗性において、従来汎用
のＡＣ８Ａ材に較べ総合的に卓越した諸特性を有する複
合材を提供することができ、苛酷な条件下で使用される
機械部品の用途に好適し、その大幅な軽量化の達成を可
能とする。
また、請求項（４）に記載のピストンは、前記実施例５
のように従来のＡＣ８Ａ合金製のものに較べて顕著な軽
量化を実現できるところから、内燃機関の特性改善、特
に騒音低下、出力向上、振動低下に貢献を果しうる。
のように従来のＡＣ８Ａ合金製のものに較べて顕著な軽
量化を実現できるところから、内燃機関の特性改善、特
に騒音低下、出力向上、振動低下に貢献を果しうる。
第１図はこの発明の実施例による内燃機関用ピストンの
正面図である。 （Ａ）・・・ピストン。 以上
正面図である。 （Ａ）・・・ピストン。 以上
Claims (4)
- （１）Ａｌ純度９９．０％以上の純アルミニウム材をマ
トリックスとし、かつ硬さＨｖ１０００以上、熱膨張係
数１０×１０＾−＾６／℃以下、平均粒子径３〜０．１
μｍのセラミックス粒子を分散強化粒子として、該分散
強化粒子が体積率Ｖｆ５〜２０％の割合でマトリックス
中に均一分散されてなることを特徴とする、アルミニウ
ム基複合材料。 - （２）マトリックスのＡｌ純度が９９．５％以上であり
、かつ分散強化粒子が硬さＨｖ１５００以上、熱膨張係
数８×１０＾−＾６／℃以下、平均粒子径１〜０．３μ
ｍであり、強化粒子の分散体積率がＶｆ１０〜１８％で
ある請求項（１）に記載のアルミニウム基複合材料。 - （３）マトリックスとしての純アルミニウム粉末と、強
化粒子としてのセラミックス粒子とを混合し、ボールミ
ル処理法によって複合粉末としたのち、該複合粉末を所
定形状に熱間成形することを特徴とする請求項（１）ま
たは（２）に記載のアルミニウム基複合材料の製造方法
。 - （４）請求項（１）または（２）に記載の複合材料から
なるピストン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6525788A JPH01240633A (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 靭性に優れたアルミニウム基複合材料及びその製造方法並びにピストン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6525788A JPH01240633A (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 靭性に優れたアルミニウム基複合材料及びその製造方法並びにピストン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01240633A true JPH01240633A (ja) | 1989-09-26 |
| JPH0368096B2 JPH0368096B2 (ja) | 1991-10-25 |
Family
ID=13281678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6525788A Granted JPH01240633A (ja) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | 靭性に優れたアルミニウム基複合材料及びその製造方法並びにピストン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01240633A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005068106A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2005-07-28 | Honda Motor Co., Ltd. | 金属基複合材製成形品の成形方法 |
-
1988
- 1988-03-17 JP JP6525788A patent/JPH01240633A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005068106A1 (ja) * | 2004-01-20 | 2005-07-28 | Honda Motor Co., Ltd. | 金属基複合材製成形品の成形方法 |
| US7516772B2 (en) | 2004-01-20 | 2009-04-14 | Honda Motor Co., Ltd. | Method of forming a product of metal-based composite material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0368096B2 (ja) | 1991-10-25 |
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