JPH03177532A

JPH03177532A - 軽量低熱膨張複合材

Info

Publication number: JPH03177532A
Application number: JP1314847A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Miura; 三浦　宏久; Masaoki Hashimoto; 橋本　正興; Mamoru Okamoto; 守岡本; Shoichi Tsuchiya; 詔一土屋; Wataru Yagi; 渉八木; Masami Ishii; 石井　正巳
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1989-12-04
Filing date: 1989-12-04
Publication date: 1991-08-01
Also published as: US5259435A

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】［産業上の利用分野］本発明は軽量低熱膨張複合材に関する。本発明の軽量低
熱膨張複合材は、自動車、航空機の部品材料等に利用す
ることができ、とくに自動車のスーパーチャージャー用
ポンプロータ等に利用して好適である。

［従来の技術］従来より、粒径範囲が３０〜６００μｍのシラスバルン
、およびアルミニウム、亜鉛、錫、又はこれらの金属を
主体とした合金よりなる均一分散混合系よりなる軽量低
熱膨張複合体が知られている（特公昭５１−１９４１１
号公報〉。

この軽量低熱膨張複合体は、一般に、鋳型内に適当な粒
径範囲のシラスバルンを密に充填してシラスバルン集合
体を形成後、鋳型内を減圧した状態でシラスバルン集合
体の間隙に金属溶湯を大気圧で圧入することにより製造
される。

［発明が解決しようとする課題］上記シラスバルンは火山灰から製造され、一般にいびつ
な形状のものが多く含まれる。この形状の不均一性のた
め、シラスバルンを鋳型内に密に均一に充填することが
困難である。このため、複合体におけるシラスバルンの
体積含有率を大きくすることには限界があり、シラスバ
ルンを使用した軽量低熱膨張複合体では、軽量化及び低
熱膨張化に限界がある。また、シラスバルンの充填作業
に手間取るという問題点もある。

ざらに、シラスバルンを使用した複合体の物性はシラス
バルンの粒径にも大きく影響される。すなわち、シラス
バルンの粒径が大きすぎると複合体の強度低下が著しい
。また、粒径の大きなシラスバルンは壁厚が不均一なも
のが多く応力集中により成形時に破壊されやすい。この
ため、軽合金に部分的な偏りができ、複合体の物性が不
均一となる。さらに、シラスバルンの粒径が小さすぎる
と金属溶湯の湯流れ性が低下して製造時間が長くなる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、実用
に供し得る強度範囲内で軽量化及び低熱膨張化を充分に
図れ、かつ製造時の作業性にも優れた軽量低熱膨張複合
体を提供することを解決すべき技術課題とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］本発明の軽量低熱膨張複合材は、粒径範囲が５０〜２０
０μｍ、球状化率９０％以上のガラスバルンおよび軽合
金よりなる均一分散混合系よりなる比重１．８以下で熱
膨張率が１６Ｘ１０−６／℃以下であることを特徴とす
る。

本発明の軽量低熱膨張複合材は、ガラスバルンを予め鋳
型内に充填してバルン集合体を形成し、このバルン集合
体の間隙に軽合金溶湯をプレス加圧法、コンプレッサー
加圧法、減圧法等により均一に浸透分散させた後、凝固
させることにより製造することができる。また、軽合金
相とガラスバルンを直接混合する溶湯混合法や粉末混合
法も適用することができる。

上記ガラスバルンは珪素鉱物より製造される微小ガラス
中空体である。このガラスバルンとしては、石炭灰とし
て知られるフライアッシュを精選した形状が真球に近い
ものを使用することが好ましい。

ガラスバルンの粒径が５０Ａ１ｍより小さいと、軽合金
溶湯の湯流れ性が低下する。また、ガラスバルンの粒径
が２００μｍより大きいと、軽量低熱膨張複合材の強度
が低下する。また、ガラスバルンの粒径と殻厚との関係
を第１図に示すように、大きな粒径のガラスバルンはど
バルン殻厚が不均一となり部分的な肉厚差が大きくなる
。このため、バルン粒径が大きくなるほど成形時に破壊
されやすくなる。例えば、６０ｋＣＩ／ｃｍ２の射出圧
力をかける加圧含浸法により本発明の軽量低熱膨張複合
体を製造した時のバルン粒径とバルン破壊率との関係を
第２図に示すように、バルン粒径が２００μｍを越える
とバルン破壊率は約２５％よりも大きくなる。なお、こ
のバルン破壊率は、成形品である複合材の断面を顕微鏡
で拡大して観察し、それぞれの粒径範囲内にある破壊さ
れていないバルンおよび破壊されたバルンの数を数えて
求めたものである。顕微鏡による観察では、破壊されて
いないバルンは黒く丸く見え、破壊されたバルンは殻が
破れて中に軽合金が詰っているので他の軽合金部分と同
様白く見え、殻の部分だけが黒い円状の線として現れる
。

ガラスバルンの球状化率は、成形品である複合材の断面
を顕微鏡で拡大して観察し、第３図に示すように各ガラ
スバルンの最大径（１）と最小径（ｄ）を測定し、各（
ｄ／Ｎ）Ｘ１００の値より求めた平均値である。この球
状化率が９０％より小さいと、軽量低熱膨張複合体にお
けるガラスバルンの体積含有率が低下する。このため、
軽量低熱膨張複合体の比重および熱膨張率が明待するほ
ど低下しない。例えば、平均粒径が１００μｍのガラス
バルンとＡ３９０合金（Ｓｉ１６．４重量％、Ｃｕ５．
３９重量％、Ｍｇ０．５７重量％、Ｆｅｄ、２４重量％
、Ｚｎ０．０７重ｄ％、ＭｎＯ，０４重量％、Ｎ＋ｏ、
ｏ３重量％、残部１　）を使用し、６０ｋｇ／ｃｍ２の
射出圧力をかける加圧含浸法により本発明の軽量低熱膨
張複合体を製造した時のガラスバルンの球状化率とバル
ン体積含有率、軽量低熱膨張複合体の比重および熱膨張
率との関係を第４図に示すように、ガラスバルンの球状
化率が９０％以上であると、バルン体積含有率（Ｖｆ）
は約５０％以上となり、比重（ρ〉は約１．６５以下、
熱膨張率（α）は約１５．５ｘ１０−’／”Ｃ以下とな
る。また、平均粒径が２５μｍでいびつ形状を多く含む
従来のシラスバルンを使用して上記と同様に軽量低熱膨
張複合体を製造した場合、球状化率は７０〜７８％とな
り、軽量低熱膨張複合体の比重および熱膨張率は充分に
低下しない。

本発明の軽量低熱膨張複合体は、比重が１．７以下、熱
膨張率が１５．５Ｘ１０−６　／°Ｃであることがより
好ましい。

［作用］本発明の軽量低熱膨張複合体は、ガラスバルンの粒径範
囲が５０〜２００μｍ、球状化率が９０％以上である。

すなわち、本発明の軽量低熱膨張複合体は、ガラスバル
ンの粒径が小さすぎて金属溶湯の湯流れ性が低下したり
、粒径が大きすぎてバルンが湯流れ時に破壊されること
がない。また、真珠に近い形状のガラスバルンを使用す
るため、ガラスバルンの充填に手間取ることもなく作業
効率が向上するとともに、ガラスバルンの体積含有率が
向上している。このため、本発明の軽量低熱膨張複合体
は、比重および熱膨張率が充分に低下する。

［実施例］以下、実施例により具体的に説明する。

本実施例の軽量低熱膨張複合体は、第５図に模式的に示
す横型横開きのダイカストマシン用金型１を使用して加
圧含浸法により製造した。

この金型１は、５０Ｘ１５０Ｘ１８０の箱型形状のキャ
ビティ２．２を２ｇ有し、両側にニクロムヒータ３．３
を内蔵している。各キャビティ２．２の上部はバルン投
入口４．４とそれぞれ導通し、また各キャビティ２．２
の下部はゲート５とそれぞれ導通している。

金型１を約４００　’Ｃに加熱後、各キャビティ２．２
内に鉄製中子６．６をセットし、また各キャビティ２．
２とゲート５との境にバルン固定用のステンレス金網よ
りなる止め金具７．７をセットした。型締め後、バルン
予熱炉８で約４００′Ｃに予熱した粒径範囲が５０〜２
００μｍ、殻厚４〜６μｍのフライアッシュ（商標ショ
ーバルン）をバルン投入口４．４から各キャビティ２．
２内に流し込み充分に充填した後、各バルン投入口４．
４をスライドピン９．９で塞いだ。この状態で、沼気炉
１０で溶融しである８００℃のＡ３９０　（３１６，４
重量％、Ｃｕ５．３９重量％、Ｍ　ｇｏ　。

５７重量％、Ｆｅｄ、２４重量％、Ｚｎ０．０７重量％
、Ｍｎ０．０４重量％、Ｎｉ０．０３３重丸、残部１　
）をゲート５に注湯し、プランジャ１２によりゲート部
流速０．１０ｍ／秒、射出圧力６０ｋｇ／ｃｍ２で各キ
ャビティ２．２内に流し込んで加圧成形した。

上記のように製造された本実施例の軽量低熱膨張複合体
の断面を拡大して観察したところ、ガラスバルンの球状
化率の平均は９３％だった。また比重は約１．６２、熱
膨張率は約１５Ｘ１０−６／℃であり、比重および熱膨
張率が充分に低下していた。また、引張り強度も約６．
３ｋｇ／ｍｍ２あり、強度的にも満足できるものだった
。

なお、上記実施例において、射出圧力とゲート部流速の
関係から、複合体成形可能な条件範囲を第６図に示す。

また、ゲート部流速が０．１２ｍ／秒の時の射出圧力と
バルン破壊率との関係を第７図に示す。これにより、加
圧含浸法でバルン破壊率を小さくするためには、射出圧
力を４０〜８０ｋＣ１／Ｃｍ２とすることが望ましく、
５０〜６０ｋｑ／ｃｍ２とすることがとくに望ましい。

また、ケート部流速は０．２０〜０．０８ｍ／秒の範囲
が望ましい。

［発明の効果］以上詳述したように本発明の軽量低熱膨張複合体は、特
定の範囲内の粒径をもち、かつ形状が真珠に近いガラス
バルンを使用している。

このため、本発明の軽量低熱膨張複合体は、ガラスバル
ンの充填のしやすさおよび金属溶湯の湯流れ性が向上し
、製造時の作業効率が向上する。

また、成形時のガラスバルンの破壊が起こりにくく、か
つガラスバルンの体積含有率が向上するので、比重およ
び熱膨張率の低下を充分に図ることができる。

また、ガラスバルン形状の均一性が向上するとともに、
ガラスバルンの破壊による軽合金の偏りが防止でき、物
性の均一性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はガラスバルン粒径とガラスバルン殻厚との関係
を示すグラフ、第２図はガラスバルン粒径とガラスバル
ン破壊率との関係を示すグラフ、第３図はガラスバルン
の球状化率を測定する説明図、第４図は球状化率とカラ
スバルン体積含有率、比重、および熱膨張率との関係を
示すグラフ、第５図は本実施例の軽量低熱膨張複合体を
製造する金型を模式的に示す説明図、第６図は射出圧力
とゲート部流速の関係から本実施例の軽量低熱膨張複合
体の成形可能範囲を示す説明図、第７図は射出圧力とガ
ラスバルン破壊率との関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒径範囲が５０〜２００μｍ、球状化率９０％以
上のガラスバルンおよび軽合金よりなる均一分散混合系
よりなる比重１．８以下で熱膨張率が１６×１０＾−＾
６／℃以下の軽量低熱膨張複合材。