JPH03189064A - 鉄―非鉄金属複合体およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鉄−非鉄金属複合体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

車輌の軽量化やエンジンの高出力ニーズにともない、鉄
にかわってアルミニウム合金が多用されてきた。しかし
、アルミ合金は軽いという長所があるものの、耐熱性や
耐摩耗性、剛性の不足という問題がある。これらの解決
手段としては、アルミニウム合金ピストンの耐摩耗性不
足の対策手段としてセラミックファイバー含浸アルミピ
ストン（特開昭５８−９３９４８号公報）や、ニッケル
多孔体（ただしウレタン多孔体に化学銅メツキをしたの
ち、ニッケルメッキを行ないそののちウレタン多孔体を
焼失化したもの）を使用した複合ピストン（特開昭５９
−２１２１５９号公報および特開昭６０−１１８３６７
号公報）、あるいはシリンダブロックのライナー（スチ
ール）代替として鋳鉄繊維とアルミニウムを、金属間化
合物を形成するよう製造したアルミブロック（特開明６
２−２８８８６０号公報）などが知られている。

しかしながら、これら従来技術には、たとえばピストン
の例に示す強化材は高コストであり、シリンダブロック
のライナー代替の例における金属間化合物生成は金属間
化合物が硬くてもろいという欠点があって加工上の問題
があるうえに、一定の薄膜の金属間化合物を形成させる
条件設定がむづかしいなどの問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らは以上のごとき従来技術の問題を解決すべく
鋭意研究を重ねた結果、耐熱性、耐摩耗性、剛性などの
物理的特性にすぐれ、かつ原料、製造コストの安い鉄−
融点が鉄より低い非鉄金属複合体とその製法を見出し、
本発明を完成するに至った。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、（１）鉄粉を低酸素または還元性雰囲気で焼
結してえられた多孔体の気孔に、融点が鉄より低い非鉄
金属を、前記多孔体と前記金属との境界に金属間化合物
が形成されないで充填されていることを特徴とする耐熱
、耐摩耗性の鉄−非鉄金属複合体、および鉄粉を低酸素
または還元性雰囲気で焼結してえられた多孔体の気孔に
、非鉄金属を、前記多孔体と前記非鉄金属との境界に金
属間化合物が形成されないように充填することを特徴と
する耐熱、耐摩耗性の鉄−非鉄金属複合体の製造方法に
関する。

［作用および実施例］ 本発明の複合体は機械工業、とくに自動車エンジンなど
の分野において耐熱・耐摩耗性にとみ、かつ経済的にす
ぐれたものである。

本発明の複合体は自然充填をした鉄粉を低酸素または還
元雰囲気中で焼結してえた鉄条孔体に、アルミニウムま
たは他の融点が鉄より低い非鉄金属またはその合金をダ
イキャストまたは溶湯鍛造法で含浸させ、あるいは先に
同複合体を形成し鋳込み、鉄と前記非鉄金属またはその
合金との界面で金属間化合物を生じないようにしたもの
である。

本発明において用いる鉄粉はたとえば純鉄粉、合金鉄粉
、複合鋼粉などで粒径約１〜１０００ｍ＋、その中でも
ｌＯ〜１５０屡のものが好ましい。その鉄成分は、純鉄
でもよく、またクロム、ニッケル、銅などの成分を混入
してもよい。焼結は、生成した多孔体の表面が酸化膜で
厚く覆われないように還元性の雰囲気、たとえば−酸化
炭素、水素、チッ素の混合ガス雰囲気あるいは酸素を５
体積％以下しか含まぬ前記気流中で行なうことが必要で
ある。還元性雰囲気でないばあいは焼結中に鉄粒子の表
面が酸化し、多孔状の焼結体かえられない。

この多孔体の気孔率は約４５〜８１％（体積、以下同様
）が好ましく、その中でも約６５〜７５％がとくに好ま
しい。気孔率がこれ以上高いと充分な耐摩耗性などの特
性かえられず、また加圧下の溶湯鍛造では鉄条孔体が座
屈する。この範囲より低いと含浸化が困難となる。この
ものの嵩密度は好ましくは約１．５〜４．３　ｇ／ｃｊ
、とくに好ましくは約２．５〜３．０　ｇ／−である。

この範囲の多孔体をうるには、焼結に先立って前記各種
鉄粉を好ましくは自然充填で、必要に応じて加振器など
を用いて充填する。この際加圧充填をしないようとくに
留意することが必要である。

充填金属はアルミニウム、マグネシウムまたは亜鉛など
の鉄より低い融点の非鉄金属またはそれらの合金である
。本発明では鉄より低い融点をもつ非鉄金属とはそれら
の合金を含み、これらを総称して「非鉄金属」とよぶ。

マグネシウムは耐久性の観点から、鉄との局部電池形成
による腐蝕を防止するため水分などが存在する腐蝕促進
環境以外での使用が望ましい。

非鉄金属の充填は通常の方法によればよいが、鉄と非鉄
金属との境界面に鉄−非鉄金属化合物を実質的に生成さ
せないことが肝要である。そのためには非鉄金属の溶湯
を鉄条孔体に充填する際に、充填を可及的に短時間に行
ない空気中の酸素との接触時間をできるだけ短かくすれ
ばよく、そのようにすれば通常のダイキャストや溶湯鍛
造でも、金属間化合物の形成はみられない。また複雑な
形状部品の製造などのためゆつくりした充填が必要なば
あいには、減圧ないし真空下またはチッ素置換下で充填
を実施すればよい。この条件をはずすと鉄と金属の境界
層に金属間化合物の層ができるばあいがある。

このようにしてえられた複合体は従来の鉄アルミニウム
の境界層に金属間化合物を形成させたものにくらべ、切
削加工性にすぐれ、しかも金属間化合物の生成量の制御
という製造管理のわずられしさなしに容易に耐熱性や耐
摩耗性のすぐれた複合体かえられる点ですぐれており、
ピストン、シリンダブロックライナー　シリンダヘッド
、エンジンマウントなどにきわめて有用である。

以下実施例をあげて説明するが、本発明はこれだけに限
られるものではない。

実施例１ 粒径１０〜１５０ｍ＋（平均粒子径約７４虜）の鋳鉄粉
６０ｇを焼結用容器（容Ｑ２０　ｍｌ）に自然充填した
。このものをＲｘガス（−酸化炭素、チッ素および水素
の混合ガス）気流中１１５０℃に１時間加熱、焼結をし
た。生成した焼結体は嵩密度的３．０ｇ／ｃｊ、気孔率
約６２％の多孔体であった。

この焼結体を、あらかじめ１００〜４００℃程度に予備
加熱し鋳鉄用金型内にセットした。つぎにアルミニウム
合金〔組成：　ＪＩＳ　ＡＣ８Ａ（８１１１〜１３重量
％、Ｍｇ　Ｏ，７〜１．３重量％、Ｎ１０．８〜１．５
重量％を含むアルミニウム）〕の溶湯を加圧注入した。

このときの注入圧力は約６００ｋｇ／ｃ−であった。冷
却後金型から取出して本発明の複合体をえた。

えられた鉄−アルミニウム複合体について、断面を電子
顕微鏡で観察すると共に鉄およびアルミニウムの濃度を
測定した。結果を第１〜４図に示す。

これらの写真撮影および濃度の測定は、Ｘ線マイクロア
ナライザー（ＥＰＭＡ）　（使用機器は■島津製作所製
ＥＰＭＡ−８７０５型）を用いて行なった。

第１図および第３図は前記鉄−アルミニウム合金複合体
の断面の電子顕微鏡写真であり、第１図は鉄濃度線の入
っているもの、第３図はアルミニウム濃度線の入ってい
るものである。第２図は第１図の説明図、第４図は第３
図の説明図である。第１〜４図において（田の部分は鉄
、山）の部分はアルミニウム合金である。第１．２図に
おいて（１）は図中の走査線（３）にしたがって測定し
た鉄濃度線を示す。第３．４図において、（２）は図中
の走査線（３）にしたがって測定したアルミニウム濃度
線を示す。なお第５図は従来例における鉄−アルミニウ
ム合金複合体の断面の電子顕微鏡写真であり、第６図は
その説明図である。第５．６図において（ａ）、山）、
（１）、（′２Ｊおよび（３）は前記と同じものを表わ
し、（Ｃ）は鉄−アルミニウム合金の境界に生じた金属
間化合物（鉄アルミニウム合金金属間化合物）を表わす
。第５．６図から明らかなように従来の鉄−アルミニウ
ム合金複合体のばあい、鉄の濃度線には金属間化合物に
相当する部分に明瞭なプラトーが認められる。またアル
ミニウムの濃度線には金属間化合物相当の部分に不明瞭
ながられずかのプラトーが認められる。一方策１〜４図
から明らかなように、本発明の鉄−アルミニウム複合体
のばあい、鉄の濃度線は、鉄−アルミニウム間でするど
い濃度変化を示しており、同様にアルミニウムの濃度線
もするどく変化していてプラトーは認められない。した
がって鉄−アルミニウム合金複合体には金属間化合物が
生じていないことが分る。

えられた複合体について摩耗量、耐熱性、剛性を測定し
た。各項目の測定法および評価法はつぎのとおりである
。

耐熱性・剛性：　ＪＩＳ　Ｚ２２０１の１４Ａ号金属材
料引張り試験片を用い金属材料引張り試験方法（ＪＩＳ
　ｚ２２４１）にもとづいて測定を行なった。

試験機には１ＯＴｏｎ万能試験機（ＲＥＨ−１０■島津
製作所製）を用いた。

耐摩耗性：ピン−ディスク式による摩擦、摩耗試験機（
ＴＲＩ−８１００Ｏ１高千穂精機■製）にて実施した。

この評価は試験ディスクを１２７゜ｒ、ｐ、ｍ、となる
ように回転駆動し、これにダクタイル鋳鉄にクロムメツ
キをしたビンを摩擦面圧２４０　ｋ　ｇ　／　ｃｄとな
るように押圧して、１００時間の摩擦時間に対する試験
ディスクの摩耗量を測定するものである。潤滑には８０
℃に加熱したエンジンオイルを用いた。

測定したデータを第１表および第７図に示す。

第７図は本発明の複合体、およびアルミニウム合金単独
の、温度と強度との関係を示すグラフである。第７図に
おいて縦軸は強度ｋｇ／ａ＋ｍ２を、横軸は試験温度（
’Ｃ）を表わす。

実施例２ 実施例１で用いたアルミニウム合金に代えて、純アルミ
ニウムを用いたほかは実施例１と同様にして鉄−純アル
ミニウム複合体をえた。

測定したデータを第１表および第７図に示す。

比較例１ 比較のために、アルミニウム合金（ＡＪＩＳ　ＡＣ８Ａ
）をそのまま単独で測定したデータも第１表および第７
図に示す。

第　　１ 表 第１表から本発明の複合体（実施例１〜２）はアルミニ
ウム単独のもの（比較例１）にくらべて、耐摩耗性、剛
性の点ですぐれていることが分る。また第７図は、本発
明の複合体（実施例１〜２）は、高温においてもアルミ
ニウム合金単独のもの（比較例１）より、高い強度をも
つことを示している。

以上のごとく本発明によってえられた鉄−アルミニウム
合金複合体はすぐれた耐熱、耐摩耗、剛性をもっている
ことがわかる。

［発明の効果］ 以上述べたごとく、本発明の方法によってえられた鉄な
らびに融点が鉄より低い非鉄金属またはその合金とから
なる複合体は耐熱、耐摩耗性剛性に加え耐蝕、耐クリー
プ、耐疲労性などの特性にすぐれ製造コストも低く、自
動車産業をはじめ各分野において広く利用できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の鉄−アルミニウム合金複合体の断面の
電子顕微鏡写真と走査線に沿って測定した鉄の濃度線で
ある。第２図は第１図の説明図である。第３図は本発明
の鉄−アルミニウム合金複合体の断面の電子顕微鏡写真
と走査線に沿って測定したアルミニウムの濃度線である
。 第４図は第３図の説明図である。第５図は従来例におけ
る鉄−アルミニウム合金複合体の断面の電子顕微鏡写真
と走査線に沿って測定した鉄およびアルミニウムの濃度
線である。第６図は第５図の説明図である。第７図は鉄
−アルミニウム合金複合体（実施例１）、鉄−純アルミ
ニウム複合体（実施例２）、アルミニウム合金（比較例
１）の各温度における強度の変化を示すグラフである。 （図面の主要符号） （１）：鉄濃度線 （２）ニアルミニウム濃度線 （３）：走査線 （■；鉄 山）ニアルミニウム合金 （Ｃ）：鉄−アルミニウム合金金属間化合物第 １ 図 １０μｍ 第 図 ｏｐｍ 才２図 ａ鉄 第４図 図 ５μｍ ２７図 ・；実施例１ ０：実施例２ ×：比較例１ 試験温度 （°Ｃ） オ６圏 ：鉄−アルミニウム合金金属間化合物 手続補正書 （方式） ％式％ ２発明の名称 鉄−非鉄金属複合体およびその製造方法３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　大阪府池田市ダイハツ町１番１号名　称　　
（２９６）ダイハツ工業株式会社代表者　大須賀　二部 ４代理人〒５４０ 住　所　　大阪市中央区谷町２丁目２番２２号５補正命
令の日付 平成２年３月２７日 （発送日） 手続補正書 （自発） 平成２年４月１９日 ６補正の対象 ｆｌ）明細書の「図面の簡単な説明」の欄７補正の内容 ＋１１明細書１３頁８〜９行の「断面の・・・濃度線で
ある。」を「断面における金属組織の電子顕微鏡写真で
ある。」と補正する。 （２）同１３頁１１〜１２行の「断面の・・・濃度線で
ある。」を［断面における金属組織の電子顕微鏡写真で
ある。」と補正する。 （３）同１３頁１４〜１６行の「断面の・・・濃度線で
ある。」を「断面における金属組織の電子顕微鏡写真で
ある。」と補正する。 ２発明の名称 鉄−非鉄金属複合体およびその製造方法３補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　大阪府池田市ダイハツ町１番１号名　称　　
（２９６）ダイハツ工業株式会社代表者　大須賀　二部 ４代理人〒５４０ 住　所　　大阪市中央区谷町２丁目２番２２号以上 ５補正の対象 ｔｌｌ明細書の「発明の詳細な説明」の欄６補正の内容 （１）明細書８頁１９行および９頁９行においてそれぞ
れ「断面の」とあるのをいずれも「断面における金属組
織の」と補正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鉄粉を低酸素または還元性雰囲気で焼結してえられ
   た多孔体の気孔に、融点が鉄より低い非鉄金属が充填さ
   れ、前記多孔体と前記非鉄金属との境界に金属間化合物
   が形成されないことを特徴とする耐熱、耐摩耗性の鉄−
   非鉄金属複合体。 ２　鉄粉を低酸素または還元性雰囲気で焼結してえられ
   た多孔体の気孔に、融点が鉄より低い非鉄金属を、前記
   多孔体と前記非鉄金属との境界に金属間化合物が形成さ
   れないように充填することを特徴とする耐熱、耐摩耗性
   の鉄−非鉄金属複合体の製造方法。