JPH04160127A - 粒子分散複合材料からなる部品の製造方法 - Google Patents
粒子分散複合材料からなる部品の製造方法Info
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- JPH04160127A JPH04160127A JP28632190A JP28632190A JPH04160127A JP H04160127 A JPH04160127 A JP H04160127A JP 28632190 A JP28632190 A JP 28632190A JP 28632190 A JP28632190 A JP 28632190A JP H04160127 A JPH04160127 A JP H04160127A
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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】
ａ、 産業上の利用分野
本発明は＾！合金またはＭｇ合金をマトリックスとして
、高硬度のセラミックス粒子を均一に分散複合化した自
動車部品、特にエンジン用のバルブリテーナ−などの複
合材料からなる部品の製造方法に関する。
、高硬度のセラミックス粒子を均一に分散複合化した自
動車部品、特にエンジン用のバルブリテーナ−などの複
合材料からなる部品の製造方法に関する。
ｂ、 従来の技術
複合材料に関し、次のような従来技術が知られている。
たとえば、ＳｉＣやＣなどの繊維やウィスカーでプリフ
ォームを製作し、これを金型内にセットしたあと、Ａｌ
合金などの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させ
ることで複合材料（ＦＲＭ） とする方法である。
ォームを製作し、これを金型内にセットしたあと、Ａｌ
合金などの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させ
ることで複合材料（ＦＲＭ） とする方法である。
また、ＳｉＣやＣなどの粒子を、完全溶融、または部分
溶融の溶湯に添加し、これに機械的攪拌を与えて複合材
料（ＭＭＣ） とするコンポキャスト法がある。
溶融の溶湯に添加し、これに機械的攪拌を与えて複合材
料（ＭＭＣ） とするコンポキャスト法がある。
さらにＳｉＣやＣなどの粒子とＡＩ！合金等の粉末とを
混合し、静水圧圧縮や熱間押出し、または焼結等によっ
て複合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこな
われている。
混合し、静水圧圧縮や熱間押出し、または焼結等によっ
て複合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこな
われている。
また、５ｉＣ４’Ｃなどの粒子と＾１合金等の粉末を混
合し、これに熱間で機械的攪拌を与えて、合金粉末中に
ＳｉＣやＣなどの粒子を練り込み、粒子分散複合材料と
する方法（メカニカルアロイング法）がある。
合し、これに熱間で機械的攪拌を与えて、合金粉末中に
ＳｉＣやＣなどの粒子を練り込み、粒子分散複合材料と
する方法（メカニカルアロイング法）がある。
また、自動車部品であるエンジンのバルブリテーナ−は
、通常、鉄系材料、例えばＪＩＳ ５２０Ｃや、ＪＩＳ
５Ｃｒ４１５などを用い、調質や浸炭焼入・焼戻しな
どの熱処理を施している。
、通常、鉄系材料、例えばＪＩＳ ５２０Ｃや、ＪＩＳ
５Ｃｒ４１５などを用い、調質や浸炭焼入・焼戻しな
どの熱処理を施している。
其他ＡｌＭｇ合金を使用したダイキャスト法や溶湯鋳造
法によって各種部品を製造することが一般に行われてい
る。
法によって各種部品を製造することが一般に行われてい
る。
Ｃ１発明が解決しようとする課題
ＳｉＣやＣなどの繊維やウィスカーは高価であり、また
、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手間
がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。
、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手間
がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。
また、前記コンポキャスト法においては、溶湯に添加す
る粒子に濡れ性の良いものを用いても、むらな（均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合は２０−ｔ
％が上限であり、これ以上の添加は困難である。
る粒子に濡れ性の良いものを用いても、むらな（均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合は２０−ｔ
％が上限であり、これ以上の添加は困難である。
さらに粉末冶金に用いる合金粉末は製造が難しく、その
ため高価であり、また複合材料として完成するまでの工
程が多くかかるという欠点がある。
ため高価であり、また複合材料として完成するまでの工
程が多くかかるという欠点がある。
そして押出しの方法で製造するため、単純形状に限られ
てしまうという問題がある。
てしまうという問題がある。
また、メカニカルアロイング法に用いる合金粉末は、前
述のように高価であり、混合割合も５０ｗｔ％程度が限
度であり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末
冶金と同様な問題点がある。
述のように高価であり、混合割合も５０ｗｔ％程度が限
度であり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末
冶金と同様な問題点がある。
一方、前記のようなバルブリテーナ−に鉄系部品を用い
た場合、重くなり動弁系部品としては発生荷重（ｐ＝−
・ａ）が大きくなるため、機能的に不利となるという問
題がある。
た場合、重くなり動弁系部品としては発生荷重（ｐ＝−
・ａ）が大きくなるため、機能的に不利となるという問
題がある。
また、通常の＾１合金やＭｇ合金ではヤング率、硬さな
どの機械的性質が低く、特に動弁系部品にそのまま適用
することはできない。
どの機械的性質が低く、特に動弁系部品にそのまま適用
することはできない。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題
点を解消し、特にセラミックス粒子を分散複合化した部
品の製造方法を提供することを目的とする。
点を解消し、特にセラミックス粒子を分散複合化した部
品の製造方法を提供することを目的とする。
ｄ、 課題を解決するための手段
前記目的に添い、本発明は、部品の外形形状を内壁に形
成した金型を設け、この金型内にセラミックス粒子を収
容加圧して予成形体を形成したあと、そのまま、これに
＾ｌまたはＭｇのマトリックス合金の溶湯を注ぎ、直ち
に加圧して、予成形体内に溶湯を浸透させることによっ
て前記課題を解消した。
成した金型を設け、この金型内にセラミックス粒子を収
容加圧して予成形体を形成したあと、そのまま、これに
＾ｌまたはＭｇのマトリックス合金の溶湯を注ぎ、直ち
に加圧して、予成形体内に溶湯を浸透させることによっ
て前記課題を解消した。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は本発明において使用する金型を概念的に図示し
たもので、製造する部品、例えばバルブリテーナ−の外
形形状を、その内壁とした横金型ｌと、該横金型Ｍｇの
中央底部に嵌接した下パンチ２と、下バンチ２の上方に
あって横金型１に上方から嵌入する上パンチ３とから構
成されている。
たもので、製造する部品、例えばバルブリテーナ−の外
形形状を、その内壁とした横金型ｌと、該横金型Ｍｇの
中央底部に嵌接した下パンチ２と、下バンチ２の上方に
あって横金型１に上方から嵌入する上パンチ３とから構
成されている。
下パンチ２は製造するバルブリテーナ−の中央の貫通孔
を形成するため、バー部２ａを立設しである。
を形成するため、バー部２ａを立設しである。
使用する複合用の添加材料は、ＳｉＣ＋＾ｊ！□０．。
Ｓｉ嵩Ｎａ、ＴｉＣｔ ＷＣ＋ Ｚｒ０ｔ等の硬度の高
いセラミックス粒子を用いる。このセラミックスの粒子
径（平均粒子径）は０．０１〜３０μ腸の範囲のものを
用いる。
いセラミックス粒子を用いる。このセラミックスの粒子
径（平均粒子径）は０．０１〜３０μ腸の範囲のものを
用いる。
粒子径が０．０１μ−未満のものは製造が難しく高価で
あり、かつ均一な複合化が困難である。また、粒子径が
３０μｍを越えると、これを用いて製造した部品の強度
の改善が期待できない。
あり、かつ均一な複合化が困難である。また、粒子径が
３０μｍを越えると、これを用いて製造した部品の強度
の改善が期待できない。
マトリックス合金には、へＥ合金、 Ｍｇ合金のたとえ
ばＪＩＳニア０７５． ＭＰ ５などを用いる。
ばＪＩＳニア０７５． ＭＰ ５などを用いる。
まず、セラミックス粒子を、そこに含まれている水分を
除去するためと、後に添加する合金溶湯が浸入し易いよ
うにするため、３００〜９００℃の温度で予熱する。こ
の予熱温度が３００℃未満の場合であると接触した溶湯
がすぐ凝固してしまうため、セラミックス粒子内へ充分
浸透しない、また、９００℃を越えて予熱すると溶湯が
凝固するまでに時間がかかり、そのためセラミックス粒
子中の一部成分（たとえば遊離Ｃなど）と溶湯の＾！な
どが反応して化合物（たとえばＡ ｊ！ ｓｃａなと）
を作るため好ましくない。
除去するためと、後に添加する合金溶湯が浸入し易いよ
うにするため、３００〜９００℃の温度で予熱する。こ
の予熱温度が３００℃未満の場合であると接触した溶湯
がすぐ凝固してしまうため、セラミックス粒子内へ充分
浸透しない、また、９００℃を越えて予熱すると溶湯が
凝固するまでに時間がかかり、そのためセラミックス粒
子中の一部成分（たとえば遊離Ｃなど）と溶湯の＾！な
どが反応して化合物（たとえばＡ ｊ！ ｓｃａなと）
を作るため好ましくない。
まず、前記横金型１及び下バンチ２は、収容するセラミ
ックス粒子が急冷されないように予め加熱しておく、即
ち第１図（萄に示すように温度１００〜４００℃に加熱
した横金型１内に、セラミックス粒子１０を収容したあ
と、これを同図（ｂ）に示すように上バンチ３と下バン
チ２とによって１〜１００１００Ｏ０／Ｃ４の圧力Ｐ、
で加圧し、セラミックス粒子の予成形体４を形成する。
ックス粒子が急冷されないように予め加熱しておく、即
ち第１図（萄に示すように温度１００〜４００℃に加熱
した横金型１内に、セラミックス粒子１０を収容したあ
と、これを同図（ｂ）に示すように上バンチ３と下バン
チ２とによって１〜１００１００Ｏ０／Ｃ４の圧力Ｐ、
で加圧し、セラミックス粒子の予成形体４を形成する。
ここで圧力Ｐ１が１ ｋｇｆ／ｃｊ未満の場合は予成形
体に強度かえられず、後の工程で変形したり、壊れたり
する。また、圧力Ｐ、が１００００ ｋｇｆ／ｃ＋４を
越えると、粒子密度が高くなりすぎたり、後の工程で添
加する溶湯が浸透しにくくなり、また金型自体の強度上
の問題も発生する。
体に強度かえられず、後の工程で変形したり、壊れたり
する。また、圧力Ｐ、が１００００ ｋｇｆ／ｃ＋４を
越えると、粒子密度が高くなりすぎたり、後の工程で添
加する溶湯が浸透しにくくなり、また金型自体の強度上
の問題も発生する。
次に、＾１合金またはｈ合金を６６０〜８５０ ”Ｃに
加熱して溶融した溶湯６を、同図（Ｃ）に示すように横
金型１内の前記予成形体４の上部に給湯する。
加熱して溶融した溶湯６を、同図（Ｃ）に示すように横
金型１内の前記予成形体４の上部に給湯する。
次に、同図（切に示すようにその上部がら上パンチ３に
よって１００〜１００１００Ｏ０／ｄの圧力Ｐｔテ加圧
する。ここで圧力Ｐ、が１００ｋｇｆ／ｃｊ未満の場合
は、セラミックス粒子の間への溶湯の浸透は充分ではな
く、また１００１００Ｏ０／ｄを越えると金型の強度に
問題を生ずる。
よって１００〜１００１００Ｏ０／ｄの圧力Ｐｔテ加圧
する。ここで圧力Ｐ、が１００ｋｇｆ／ｃｊ未満の場合
は、セラミックス粒子の間への溶湯の浸透は充分ではな
く、また１００１００Ｏ０／ｄを越えると金型の強度に
問題を生ずる。
このようにして製造されたバルブリテーナ−は、予成形
体４を形成したセラミックス粒子の層の間隙にマトリッ
クス合金の溶湯６が浸透して、そこで粒子分散複合部８
が形成され、上部には削り代となる複合化されていない
マトリックス合金のみからなる構成のバルブリテーナ−
が得られる。
体４を形成したセラミックス粒子の層の間隙にマトリッ
クス合金の溶湯６が浸透して、そこで粒子分散複合部８
が形成され、上部には削り代となる複合化されていない
マトリックス合金のみからなる構成のバルブリテーナ−
が得られる。
このバルブリテーナ−は、その複合部８の上部にマトリ
ックス合金のみからなる部分を切削除去し、貫通孔を仕
上加工することによって第２図に示すようなバルブリテ
ーナ−が完成する。
ックス合金のみからなる部分を切削除去し、貫通孔を仕
上加工することによって第２図に示すようなバルブリテ
ーナ−が完成する。
なお、前記削り代となるマトリックス合金の部分は、パ
ンチ３によって加圧した際に、下パンチ２のバー部２ａ
の先端付近となるように調整し、切削加工を容易するこ
とが好ましい。
ンチ３によって加圧した際に、下パンチ２のバー部２ａ
の先端付近となるように調整し、切削加工を容易するこ
とが好ましい。
このようにして得られたバルブリテーナ−の複合部分は
、セラミックス粒子が５０〜９０ｗｔ％の高密度で複合
している。
、セラミックス粒子が５０〜９０ｗｔ％の高密度で複合
している。
次に、いくつかの具体例について述べる。
具体例１
まず、セラミックス粒子として粒径１μ■のＳｉＣを用
い、これを予めｓｏｏ ’ｃに予熱する０次に３００″
Ｃに加熱した前記下パンチ２と横金型１にこれを収容し
たあと、５００ｋｇｆ／ｄのＰ、圧力で加圧して予成形
体を得た。
い、これを予めｓｏｏ ’ｃに予熱する０次に３００″
Ｃに加熱した前記下パンチ２と横金型１にこれを収容し
たあと、５００ｋｇｆ／ｄのＰ、圧力で加圧して予成形
体を得た。
次に、マトリックス合金として＾！合金のＪＩＳ６０６
１を用い、これを７５０ ”Ｃに加熱溶融して横金型１
内の前記予成形体の上方に注ぎ、次に１００１００Ｏ／
ｄの圧力Ｐｔによって上方から加圧した。脱型後、仕上
加工を施して第２図に示すようなバルブリテーナ−を得
た。
１を用い、これを７５０ ”Ｃに加熱溶融して横金型１
内の前記予成形体の上方に注ぎ、次に１００１００Ｏ／
ｄの圧力Ｐｔによって上方から加圧した。脱型後、仕上
加工を施して第２図に示すようなバルブリテーナ−を得
た。
具体例２
セラミックス粒子に＾ｉ ｔｏｓを、マトリックス合金
として１合金ＪＩＳＭＰ５をそれぞれ用い、前記具体例
１と同じ条件で処理し、Ａ ｊ！ ｇｏｓが均等に分散
した複合材料からなる部品を得た。
として１合金ＪＩＳＭＰ５をそれぞれ用い、前記具体例
１と同じ条件で処理し、Ａ ｊ！ ｇｏｓが均等に分散
した複合材料からなる部品を得た。
ｅ、 発明の効果
以上のように本発明の方法によって製造した部品は、予
め粒子を分散してなる複合材料を用いて成形した場合に
比較して非常に高密度（５０〜９０ｗｔ％）の粒子分散
複合材料によって形成されており、したがって硬度、耐
摩性、耐熱性１強度９疲労強度、ヤング率の優れたもの
が得られ、鉄系部品に代替することができる。また、こ
れをバルブリテーナ−に適用した場合には従来の鉄系の
バルブリテーナ−に代替することが可能となり、エンジ
ンの高回転化または低燃費化に寄与し、軽量化による効
果が得られる。
め粒子を分散してなる複合材料を用いて成形した場合に
比較して非常に高密度（５０〜９０ｗｔ％）の粒子分散
複合材料によって形成されており、したがって硬度、耐
摩性、耐熱性１強度９疲労強度、ヤング率の優れたもの
が得られ、鉄系部品に代替することができる。また、こ
れをバルブリテーナ−に適用した場合には従来の鉄系の
バルブリテーナ−に代替することが可能となり、エンジ
ンの高回転化または低燃費化に寄与し、軽量化による効
果が得られる。
さらに本発明の方法は鋳造方法によるため、製造コスト
が安く、工程数が少なくて済む。
が安く、工程数が少なくて済む。
第１図（ａ）、 （ｂ）、 （Ｃ）、 （ｄ）は、本発
明に係る方法を用いておこなうバルブリテーナ−の製造
要領を説明する図、第２図は完成したバルブリテーナ−
の斜視図である。 １・・・横金型、 ２・・・下パンチ、３・・
・上パンチ、 ４・・・予成形体、６・・・溶湯
、 ８・・・複合部。
明に係る方法を用いておこなうバルブリテーナ−の製造
要領を説明する図、第２図は完成したバルブリテーナ−
の斜視図である。 １・・・横金型、 ２・・・下パンチ、３・・
・上パンチ、 ４・・・予成形体、６・・・溶湯
、 ８・・・複合部。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）部品の外形形状を内壁に形成した金型を設け、この
金型内にセラミックス粒子を収容加圧して予成形体を形
成したあと、そのまま、これにＡｌまたはＭｇのマトリ
ックス合金の溶湯を注ぎ、直ちに加圧して、予成形体内
に溶湯を浸透させることを特徴とする粒子分散複合材料
からなる部品の製造方法。 ２）バルブリテーナーの外形形状を内壁に形成した横金
型と、この横金型内に同じくバルブリテーナーの中央貫
通孔を形成するバー部を立設した下パンチとを設け、こ
の横金型内に所定量のセラミックス粒子を収容後、加圧
してセラミックスの予成形体を形成し、次にこの予成形
体を、この横金型内に収容したまま、予成形体上部にＡ
ｌまたはＭｇのマトリックス合金の所定量の溶湯を注い
だあと、直ちに加圧して、この溶湯を予成形体内に浸透
させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
粒子分散複合材料からなる部品の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28632190A JPH04160127A (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 粒子分散複合材料からなる部品の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28632190A JPH04160127A (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 粒子分散複合材料からなる部品の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04160127A true JPH04160127A (ja) | 1992-06-03 |
Family
ID=17702874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28632190A Pending JPH04160127A (ja) | 1990-10-24 | 1990-10-24 | 粒子分散複合材料からなる部品の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04160127A (ja) |
-
1990
- 1990-10-24 JP JP28632190A patent/JPH04160127A/ja active Pending
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