JPH03155449A - 部分的複合部材の製造方法 - Google Patents
部分的複合部材の製造方法Info
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- JPH03155449A JPH03155449A JP29336789A JP29336789A JPH03155449A JP H03155449 A JPH03155449 A JP H03155449A JP 29336789 A JP29336789 A JP 29336789A JP 29336789 A JP29336789 A JP 29336789A JP H03155449 A JPH03155449 A JP H03155449A
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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〕
本発明は、Ａｌ金合金所定部位をＳｉＣウィスカーによ
り強化する部分的複合部材の製造方法に関する。
り強化する部分的複合部材の製造方法に関する。
〔従来の技術］
内燃機関のピストン、ロッカーアーム、コンロッド等を
軽量のＡＩ！、合金で構成し、過酷な熱衝撃または摺動
を受ける部位を局部的にＳｉＣウィスカーで強化する手
段として、ＳｉＣウィスカーのプリフォームを鋳型の所
定箇所にセットしてＡｌ合金の溶湯を加圧鋳造する方法
が知られている（例えば特開昭５５〜２４７６３号公報
、同５５−２４９４５号公報）、ところが、ＳｉＣウィ
スカーのプリフォームは極めて脆弱な集合体であるため
、加圧鋳造の段階で往々にして変形、破壊等を招く欠点
がある。このため、プリフォームの強化法に関する研究
も盛んにおこなわれているが十分に満足するものは得ら
れていないや 更に、ＳｉＣウィスカーの表層部には製造時の熱処理な
どの過程で若干の０□もしくは５ｉＯｚ等が介在するが
、これら酸化性成分の存在はＳｉＣウィスカー中のＳｔ
とマトリックスとなるＡ２合金中に含有されるＭｇとの
選択的な反応を促進し、複合欠陥の原因となるＭｇｚＳ
ｊなどの偏析部分を析出する。この現象は、通常、マト
リックスとしてＡＣＯＡ、ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４Ｄ等の鋳造
用あるいは２６１８．２０２４．５０５２．６０６１の
ような展伸材などＭｇを含むＡｉ合金類が多用されてい
る関係で重大な障害となる。
軽量のＡＩ！、合金で構成し、過酷な熱衝撃または摺動
を受ける部位を局部的にＳｉＣウィスカーで強化する手
段として、ＳｉＣウィスカーのプリフォームを鋳型の所
定箇所にセットしてＡｌ合金の溶湯を加圧鋳造する方法
が知られている（例えば特開昭５５〜２４７６３号公報
、同５５−２４９４５号公報）、ところが、ＳｉＣウィ
スカーのプリフォームは極めて脆弱な集合体であるため
、加圧鋳造の段階で往々にして変形、破壊等を招く欠点
がある。このため、プリフォームの強化法に関する研究
も盛んにおこなわれているが十分に満足するものは得ら
れていないや 更に、ＳｉＣウィスカーの表層部には製造時の熱処理な
どの過程で若干の０□もしくは５ｉＯｚ等が介在するが
、これら酸化性成分の存在はＳｉＣウィスカー中のＳｔ
とマトリックスとなるＡ２合金中に含有されるＭｇとの
選択的な反応を促進し、複合欠陥の原因となるＭｇｚＳ
ｊなどの偏析部分を析出する。この現象は、通常、マト
リックスとしてＡＣＯＡ、ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４Ｄ等の鋳造
用あるいは２６１８．２０２４．５０５２．６０６１の
ような展伸材などＭｇを含むＡｉ合金類が多用されてい
る関係で重大な障害となる。
上記の偏析防止に対しては、予め表層部に介在するＳｉ
ｎｇ成分を除去したＳｉＣウィスカープリフォームを用
いてＡｌ金合金溶湯を加圧鋳造する方法（特公昭６２−
４０４０９号公報）が有効な手段となるが、この方法に
よる場合にはプリフォーム自体の強化は図れない難点が
ある。
ｎｇ成分を除去したＳｉＣウィスカープリフォームを用
いてＡｌ金合金溶湯を加圧鋳造する方法（特公昭６２−
４０４０９号公報）が有効な手段となるが、この方法に
よる場合にはプリフォーム自体の強化は図れない難点が
ある。
また、予めＳｉＣウィスカーとＡｌ合金とによる所定形
状の予備複合体を形成しておき、これを鋳型の所定箇所
にセットしたのちＡ２合金の溶湯で鋳包する部分的複合
方法も考えられる。しかしながら、この場合には予備複
合体を形成、する過程あるいは鋳包時の予熱段階等で酸
化により表面にＡｊ！□０３が生成し、この酸化膜がマ
トリックスＡ２合金との濡れ性を著しく阻害して界面の
接合強度を減退させる結果を招来する。
状の予備複合体を形成しておき、これを鋳型の所定箇所
にセットしたのちＡ２合金の溶湯で鋳包する部分的複合
方法も考えられる。しかしながら、この場合には予備複
合体を形成、する過程あるいは鋳包時の予熱段階等で酸
化により表面にＡｊ！□０３が生成し、この酸化膜がマ
トリックスＡ２合金との濡れ性を著しく阻害して界面の
接合強度を減退させる結果を招来する。
本発明者らは、Ａｌ合金の所定部位をＳｉＣウィスカー
により部分的に複合強化する際に障害となる上記の問題
点を解消する目的で鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＣウィ
スカーとＡｌ合金粉末により予め形成した焼結複合体の
表面に貴金属、炭化物セラミックスの粉末を付着させ、
これを強化部分にセットしてＡｌ溶湯を鋳包するプロセ
スをとることが効果的であることを６Ｉ ｉＥして本発
明の開発に至った。
により部分的に複合強化する際に障害となる上記の問題
点を解消する目的で鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＣウィ
スカーとＡｌ合金粉末により予め形成した焼結複合体の
表面に貴金属、炭化物セラミックスの粉末を付着させ、
これを強化部分にセットしてＡｌ溶湯を鋳包するプロセ
スをとることが効果的であることを６Ｉ ｉＥして本発
明の開発に至った。
繊維強化複合材料を形成する場合、強化繊維の表面に金
属物質を蒸着した繊維成形体を用いて加圧鋳造すること
により複合体の耐摩耗性と自己潤滑性を改善する方法（
特開昭５８−９３８．１３号公報）は知られているが、
ＳＩＣウィスカーのような微小短繊維に均質薄膜の金属
被覆を形成することは容易ではなく、また被覆する金属
は減摩性を有するＰｂＳＺｎ、、５ｎＳＣｕ等であるか
ら、本発明とは趣旨を異にするものである。
属物質を蒸着した繊維成形体を用いて加圧鋳造すること
により複合体の耐摩耗性と自己潤滑性を改善する方法（
特開昭５８−９３８．１３号公報）は知られているが、
ＳＩＣウィスカーのような微小短繊維に均質薄膜の金属
被覆を形成することは容易ではなく、また被覆する金属
は減摩性を有するＰｂＳＺｎ、、５ｎＳＣｕ等であるか
ら、本発明とは趣旨を異にするものである。
すなわち、本発明による部分的複合部材の製造方法は、
ＳｉＣウィスカーとＡｌ合金粉末の混合物を所定の形状
に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に貴金
属系物質および／または炭化物系セラミックス物質の分
散スラリーを塗布、乾燥して鋳型の所定箇所にセットし
たのちＡｌ合金の溶湯で鋳包することを構成上の特徴と
する。
ＳｉＣウィスカーとＡｌ合金粉末の混合物を所定の形状
に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に貴金
属系物質および／または炭化物系セラミックス物質の分
散スラリーを塗布、乾燥して鋳型の所定箇所にセットし
たのちＡｌ合金の溶湯で鋳包することを構成上の特徴と
する。
強化材となるＳｉＣウィスカーには、直径Ｏ３１〜５μ
ｍ、長さ３０〜１００μｍのアスペクト性状を存する針
状単結晶が用いられる。
ｍ、長さ３０〜１００μｍのアスペクト性状を存する針
状単結晶が用いられる。
本発明において強化部分を構成するための複合母材は、
ＳｉＣウィスカーとＡｌ１合金粉末とを湿式混合し、こ
の混合物を真空もしくは不活性雰囲気中でホットプレス
、ＨＩＰ等を用いて所定の形状に焼結することにより作
製される。用いるＡｌｆｉ合金粉末は後工程で鋳包する
マトリックスＡ２合金と同一のものとし、またＳｉＣウ
ィスカーとＡ２合金粉末の混合比率は、複合母材に占め
るＳｉＣウィスカーのＶｔが１０〜５０％範囲の所望値
になるように設定する。
ＳｉＣウィスカーとＡｌ１合金粉末とを湿式混合し、こ
の混合物を真空もしくは不活性雰囲気中でホットプレス
、ＨＩＰ等を用いて所定の形状に焼結することにより作
製される。用いるＡｌｆｉ合金粉末は後工程で鋳包する
マトリックスＡ２合金と同一のものとし、またＳｉＣウ
ィスカーとＡ２合金粉末の混合比率は、複合母材に占め
るＳｉＣウィスカーのＶｔが１０〜５０％範囲の所望値
になるように設定する。
ついで、複合母材の表面に貴金属系物質、炭化物系セラ
ミンクス物質の分散スラリーを塗布、乾燥する。貴金属
系物質としては、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｔ−Ｐｄが
、また炭化物セラミックス物質としては、ＳｉＣ，Ｔｉ
ＣまたはＢ、Ｃが好適に用いられる。これらの物質は粒
子径１μｍ以下の微粉末として水もしくは適宜な有機溶
媒に均一分散させてスラリーを形成する。この場合、粒
子径が１μｍを越えると後工程の塗布被覆が一様に行わ
れなくなり、酸化防止の機能が損なわれる。
ミンクス物質の分散スラリーを塗布、乾燥する。貴金属
系物質としては、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｔ−Ｐｄが
、また炭化物セラミックス物質としては、ＳｉＣ，Ｔｉ
ＣまたはＢ、Ｃが好適に用いられる。これらの物質は粒
子径１μｍ以下の微粉末として水もしくは適宜な有機溶
媒に均一分散させてスラリーを形成する。この場合、粒
子径が１μｍを越えると後工程の塗布被覆が一様に行わ
れなくなり、酸化防止の機能が損なわれる。
また、液媒に対する粉末の分散化には各種の攪拌装置が
用いられるが、特に超音波振動によるときに均一な分散
スラリーを形成し易い。
用いられるが、特に超音波振動によるときに均一な分散
スラリーを形成し易い。
分散スラリーには、必要に応じて例えばパラフィンのよ
うな複合機能を阻害しないバインダー成分を添加するこ
とができる。
うな複合機能を阻害しないバインダー成分を添加するこ
とができる。
貴金属系物質および／または炭化物系セラミノクス物質
の分散スラリーは、複合母材の表面に刷毛、スプレーな
どによって均等に塗布し、真空下で乾燥する。形成され
る塗布層の厚さは、１０μｍ以下にすることが望ましい
。この厚さが工０μｍを越えると、後工程の鋳包の過程
で複合母材の表面に貴金属成分が残存し、鋳包するＡＩ
！合金との接合を減退させる原因となる。
の分散スラリーは、複合母材の表面に刷毛、スプレーな
どによって均等に塗布し、真空下で乾燥する。形成され
る塗布層の厚さは、１０μｍ以下にすることが望ましい
。この厚さが工０μｍを越えると、後工程の鋳包の過程
で複合母材の表面に貴金属成分が残存し、鋳包するＡＩ
！合金との接合を減退させる原因となる。
上記の塗布処理を施した複合母材は鋳型の強化部位に相
当する所定箇所にセットし、Ａｌ金合金溶湯を加圧鋳造
法によって鋳込む、この際、複合母材をその固相線より
−２０〜−１００”Ｃの範囲に予熱し、Ａｌ合金の溶湯
温度をその液相温度より５０°Ｃ以上高い条件にするこ
とが好ましい、複合母材の予熱温度が固相線−２０℃を
土建ると材料変形を生じ、またこれが面相線−１００℃
未満もしくはＡ２溶湯温度が液相温度＋５０℃を上廻る
場合には溶湯冷却は急速に進行して接合不良を起こす現
象が発生する。鋳造時の圧力は２５０〜３０００ ｋｇ
／ｃｍ″の範囲に設定することが望ましいやこの理由は
、２５０ ｋｇ／ａｍ”未満の加圧力では複合母材とマ
トリックス／１合金の界面接合力が不十分となり、３０
００ ｋｇ／ｃｍ”を越えると材料変形を起こすからで
ある。
当する所定箇所にセットし、Ａｌ金合金溶湯を加圧鋳造
法によって鋳込む、この際、複合母材をその固相線より
−２０〜−１００”Ｃの範囲に予熱し、Ａｌ合金の溶湯
温度をその液相温度より５０°Ｃ以上高い条件にするこ
とが好ましい、複合母材の予熱温度が固相線−２０℃を
土建ると材料変形を生じ、またこれが面相線−１００℃
未満もしくはＡ２溶湯温度が液相温度＋５０℃を上廻る
場合には溶湯冷却は急速に進行して接合不良を起こす現
象が発生する。鋳造時の圧力は２５０〜３０００ ｋｇ
／ｃｍ″の範囲に設定することが望ましいやこの理由は
、２５０ ｋｇ／ａｍ”未満の加圧力では複合母材とマ
トリックス／１合金の界面接合力が不十分となり、３０
００ ｋｇ／ｃｍ”を越えると材料変形を起こすからで
ある。
このようにして、特定された箇所にＳｉＣウィスカー強
化部位を備えるＡＩ！合金系の部分的複合部材が製造さ
れる。
化部位を備えるＡＩ！合金系の部分的複合部材が製造さ
れる。
本発明によれば、予めＳｉＣウィスカーと、１合金粉末
とを焼結した複合母材の表面に貴金属系物質または／お
よび炭化物セラミックス物質を微粉末状態で塗布するこ
とにより強化部分を形成するから、溶湯鋳包の段階で強
化部分が変形したり破壊されることはなく、また表面に
Ａ／！、Ｏ，等の酸化層が生成することもない、したが
って、マトリックスＡｌ合金の溶湯は常に濡れ性の良好
な貴金属、炭化物セラミックスの塗布層を介して接触す
るとともに、これら塗布成分は鋳包時に付与する加圧力
により最終的にマトリックスＡｌ合金の組織内に分散す
るため接合界面には残留しない。
とを焼結した複合母材の表面に貴金属系物質または／お
よび炭化物セラミックス物質を微粉末状態で塗布するこ
とにより強化部分を形成するから、溶湯鋳包の段階で強
化部分が変形したり破壊されることはなく、また表面に
Ａ／！、Ｏ，等の酸化層が生成することもない、したが
って、マトリックスＡｌ合金の溶湯は常に濡れ性の良好
な貴金属、炭化物セラミックスの塗布層を介して接触す
るとともに、これら塗布成分は鋳包時に付与する加圧力
により最終的にマトリックスＡｌ合金の組織内に分散す
るため接合界面には残留しない。
上記の作用によって、複合母材とマトリックス、１１合
金との界面が強固に接合した一体構造の部分的複合形態
が発現する。
金との界面が強固に接合した一体構造の部分的複合形態
が発現する。
〔実施例］
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１
平均直径０．５μｍ、平均長さ２０μｍのＳｉＣウィス
カーとＡｌ合金粉末（ＡＣ８Ａ）とを水に攪拌分散し、
濾過、乾燥してＳｉＣウィスカーのｖｆが１０％の均一
混合物を得た。この混合物２８０ｇをホットプレスによ
り温度６００℃、真空度５Ｘ Ｉ Ｏ−’Ｔｏｒｒ、圧
力１０００ ｋｇ／ｃｍ’、加圧時間２０分の条件で焼
結して厚さ２０＋ｅｍ、直径８０ａｕｓの円盤状の複合
母材を作製した。
カーとＡｌ合金粉末（ＡＣ８Ａ）とを水に攪拌分散し、
濾過、乾燥してＳｉＣウィスカーのｖｆが１０％の均一
混合物を得た。この混合物２８０ｇをホットプレスによ
り温度６００℃、真空度５Ｘ Ｉ Ｏ−’Ｔｏｒｒ、圧
力１０００ ｋｇ／ｃｍ’、加圧時間２０分の条件で焼
結して厚さ２０＋ｅｍ、直径８０ａｕｓの円盤状の複合
母材を作製した。
平均粒子径０．１μｍの貴金属微粉末、平均粒子径０．
７μｍの炭化物セラミックス微粉末をバインダーとして
パラフィンを５重量％溶解したエタノールに加え、超音
波振動を与えて充分に攪拌して均一な分散スラリーを作
成した。
７μｍの炭化物セラミックス微粉末をバインダーとして
パラフィンを５重量％溶解したエタノールに加え、超音
波振動を与えて充分に攪拌して均一な分散スラリーを作
成した。
上記の複合母材を中心部から切断して半月形状とし、そ
の切断面に各分散スラリーを刷毛により均質な厚さに塗
布し、真空度Ｑ 、 ｌ Ｔｏｒｒ、温度６０℃で真
空乾燥した。
の切断面に各分散スラリーを刷毛により均質な厚さに塗
布し、真空度Ｑ 、 ｌ Ｔｏｒｒ、温度６０℃で真
空乾燥した。
塗布処理後の複合母材を直径８０．０ｍ＋＊の鋳型に半
月状にセットし、Ａｒ中で５００ ”Ｃに予熱して加圧
鋳造機に設置した。ついで、７００ ’Ｃの温度に保持
されたマトリックスＡｌ合金（ＡＣ８Ａ）の溶湯を鋳型
に注渇し、５００ｋｇ００ｋｇノミ力を付与しながら加
圧鋳造した。
月状にセットし、Ａｒ中で５００ ”Ｃに予熱して加圧
鋳造機に設置した。ついで、７００ ’Ｃの温度に保持
されたマトリックスＡｌ合金（ＡＣ８Ａ）の溶湯を鋳型
に注渇し、５００ｋｇ００ｋｇノミ力を付与しながら加
圧鋳造した。
得られた各部分的複合材は、複合母材の切断面を介して
半月状のマトリックスＡ２合金が接合した形態を有する
ものであった。
半月状のマトリックスＡ２合金が接合した形態を有する
ものであった。
これらの部分的複合材について接合面に直角方向の引張
り強さを測定し、結果を用いた塗布材料と対比して表１
に示した。
り強さを測定し、結果を用いた塗布材料と対比して表１
に示した。
比較例１
実施例１と同一の複合母材を用い、切断面になんの被覆
も施さずに実施例１と同一条件でマトリックスＡｌ合金
を加圧鋳造した。
も施さずに実施例１と同一条件でマトリックスＡｌ合金
を加圧鋳造した。
このものにつき実施例１に準じて引張り強さを測定した
結果を表１に併せて示した。
結果を表１に併せて示した。
比較例２
実施例１と同一のＳｉＣウィスカーを用いて直径８０５
ｍ、高さ３０ｍｍ、７１１０％のプリフォームを作製し
、これを中心部から２分割に切断した。
ｍ、高さ３０ｍｍ、７１１０％のプリフォームを作製し
、これを中心部から２分割に切断した。
上記の半月状プリフォームにより実施例１と同一条件で
部分的複合材を製造した。
部分的複合材を製造した。
このものにつき実施例１に準じて引張り強さを測定した
結果を表１に併載した。
結果を表１に併載した。
表１
表１の結果から、各実施例の引張り強さは比較例に比べ
て有意に増大しており、接合性の改善効果が認められる
。
て有意に増大しており、接合性の改善効果が認められる
。
以上のとおり、本発明に従えば強化部分が強固な焼結体
からなる複合母材によって構成されるから、プリフォー
ム成形体のようにプロセスの段階で外力を受けて変形、
破壊を生じることは全くない。このため、肉厚が薄く複
雑形状の強化部分でも容易に成形することが可能となる
。また、複合母材の表面を貴金属系物質および／または
炭化性セラミックス系物質により塗布被覆しているため
Ａｌ．Ｏ，などの酸化物介在に伴うトラブルは有効に解
消され、常にマトリックスＡ２合金との間に良好な界面
接合が得られる。
からなる複合母材によって構成されるから、プリフォー
ム成形体のようにプロセスの段階で外力を受けて変形、
破壊を生じることは全くない。このため、肉厚が薄く複
雑形状の強化部分でも容易に成形することが可能となる
。また、複合母材の表面を貴金属系物質および／または
炭化性セラミックス系物質により塗布被覆しているため
Ａｌ．Ｏ，などの酸化物介在に伴うトラブルは有効に解
消され、常にマトリックスＡ２合金との間に良好な界面
接合が得られる。
したがって、比較的簡単な製造工程により強靭な一体構
造の部分的複合部材を製造することができるから、例え
ばピストンベツドのような過酷な熱衝撃、摩擦等を受け
る部位に局部的なＳｉＣウィスカー強化組織を形成する
ケースに極めて有用である。
造の部分的複合部材を製造することができるから、例え
ばピストンベツドのような過酷な熱衝撃、摩擦等を受け
る部位に局部的なＳｉＣウィスカー強化組織を形成する
ケースに極めて有用である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ＳｉＣウィスカーとＡｌ合金粉末の混合物を所定の
形状に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に
貴金属系物質および／または炭化物系セラミックス物質
の分散スラリーを塗布、乾燥して鋳型の所定箇所にセッ
トしたのちＡｌ合金の溶湯で鋳包することを特徴とする
部分的複合部材の製造方法。 ２、貴金属系物質がＡｕ、Ａｇ、ＰｔまたはＰｔ−Ｐｄ
であり、炭化物系セラミックス物質がＳｉＣ、ＴｉＣま
たはＢ＿４Ｃである請求項１記載の部分的複合部材の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29336789A JPH03155449A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 部分的複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29336789A JPH03155449A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 部分的複合部材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155449A true JPH03155449A (ja) | 1991-07-03 |
Family
ID=17793867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29336789A Pending JPH03155449A (ja) | 1989-11-09 | 1989-11-09 | 部分的複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03155449A (ja) |
-
1989
- 1989-11-09 JP JP29336789A patent/JPH03155449A/ja active Pending
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