JPH0483833A - 粒子分散型複合材料とその製造方法 - Google Patents
粒子分散型複合材料とその製造方法Info
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- JPH0483833A JPH0483833A JP20049890A JP20049890A JPH0483833A JP H0483833 A JPH0483833 A JP H0483833A JP 20049890 A JP20049890 A JP 20049890A JP 20049890 A JP20049890 A JP 20049890A JP H0483833 A JPH0483833 A JP H0483833A
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- Japan
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- composite
- ceramic particles
- molten metal
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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
本発明は複合化率が部分的に異なる粒子分散型複合材料
とその製造方法に関する。
とそ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、Ａ１
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、Ａ１
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、５ｉＣＪｐＣなどの粒子を、完全溶融または部分
溶融の溶湯に添加し、これに機械的撹拌を与えて複合材
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、これに機械的撹拌を与えて複合材
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、静水圧々縮や熱間押出し、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、静水圧々縮や熱間押出し、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、ＳｉＣやＣなどの粒子とＡｆ金合金の粉末を混合
し、これに熱間で機械的撹拌を与えて、合金粉末中にＳ
ｉＣやＣなどの粒子を練込み、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。
し、これに熱間で機械的撹拌を与えて、合金粉末中にＳ
ｉＣやＣなどの粒子を練込み、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。
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、むらなく均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合は２０ｗ
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、むらなく均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合は２０ｗ
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、複合化率の異なる複合材料の製造に関しては未だ
提案されたものがほとんどない。
提案されたものがほとんどない。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので前記問題点
を解消してなる複合化率の異なる粒子分散型複合材料と
、その製造方法を擾供することを目的とする。
を解消してなる複合化率の異なる粒子分散型複合材料と
、その製造方法を擾供することを目的とする。
ｄ、 ｉｌｌを解決するための手段
前記目的に添い、本発明は、ＡｌまたはＭｇ合金をマト
リックスとし、高率の複合化部分と、それより低率の複
合化部分と更に低率の複合化部分とを有する粒子分散型
複合材料とすることによって前記課題を解消した。
リックスとし、高率の複合化部分と、それより低率の複
合化部分と更に低率の複合化部分とを有する粒子分散型
複合材料とすることによって前記課題を解消した。
さらに本発明はセラミックス粒子の予成形体に対し、セ
ラミックス粒子を均一に分散してなるマトリックス合金
の溶湯を注湯して加圧し、複合化率の相違する部分を形
成することによって前記課題を解消した。
ラミックス粒子を均一に分散してなるマトリックス合金
の溶湯を注湯して加圧し、複合化率の相違する部分を形
成することによって前記課題を解消した。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明す
る。
る。
本発明においては複合用の添加材料として、セラミック
ス粒子を用いる。セラミック粒子としては、たとえばＳ
ｉＣ，Ａ ｌ ｔｏｙ、 ５ｊＪａ＋ ＴｉＣ，ＷＣ＋
Ｚｒ０ｚ、 ＢＮ、 Ｃまたはこれらの混合粒子を用
いる。
ス粒子を用いる。セラミック粒子としては、たとえばＳ
ｉＣ，Ａ ｌ ｔｏｙ、 ５ｊＪａ＋ ＴｉＣ，ＷＣ＋
Ｚｒ０ｚ、 ＢＮ、 Ｃまたはこれらの混合粒子を用
いる。
このセラミックスの粒子径（平均粒子径）は０．０１〜
３０μ−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３０ｔＩＩｌを越える
と製造する複合材料の強度の改善が期待できない。
３０μ−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３０ｔＩＩｌを越える
と製造する複合材料の強度の改善が期待できない。
マトリックス合金としては、八２またはＭ、の合金を用
いる。たとえば、ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ，ＪＩＳ ＭＣ７な
どである。
いる。たとえば、ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ，ＪＩＳ ＭＣ７な
どである。
まず、セラミックス粒子（たとえばＳｉＣ９９ｗｔ％＋
ＢＮ１ｗｔ％を用いる。これは高硬度のＳｉＣと潤滑性
を備えたＢＮとによって耐摩耗性の優れた複合材料とな
る）を、水分の除去と、後に添加する合金溶湯が浸入し
易いように、３００〜９００℃の温度で予熱する。この
予熱温度が３００°Ｃ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間へ十分
浸透しない、また、９００℃を越えて予熱すると、接触
した溶湯が凝固するまでに時間がかかり、一部成分と反
応して化合物などをつくるため好ましくない。
ＢＮ１ｗｔ％を用いる。これは高硬度のＳｉＣと潤滑性
を備えたＢＮとによって耐摩耗性の優れた複合材料とな
る）を、水分の除去と、後に添加する合金溶湯が浸入し
易いように、３００〜９００℃の温度で予熱する。この
予熱温度が３００°Ｃ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間へ十分
浸透しない、また、９００℃を越えて予熱すると、接触
した溶湯が凝固するまでに時間がかかり、一部成分と反
応して化合物などをつくるため好ましくない。
次に、第１図（ａ）に示すように温度１００〜４００°
Ｃに加熱しである金型２内に、セラミックス粒子１を収
容したあと、同図（ｂ）に示すように上パンチ３と下バ
ンチ５とを用いて、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Ｐ、が１ｋｇｆ／ｃｊ未溝の場合は予
成形体に強度かえられず、後の工程で変形したり、壊れ
たりするおそれがある。一方、圧力Ｐがｌｏｏ００ｋｇ
ｆ／ｃｄ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。
Ｃに加熱しである金型２内に、セラミックス粒子１を収
容したあと、同図（ｂ）に示すように上パンチ３と下バ
ンチ５とを用いて、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Ｐ、が１ｋｇｆ／ｃｊ未溝の場合は予
成形体に強度かえられず、後の工程で変形したり、壊れ
たりするおそれがある。一方、圧力Ｐがｌｏｏ００ｋｇ
ｆ／ｃｄ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。
一方、別途にマトリックスとする合金を用意する。この
マトリックス合金はＡ！金合金たはｑｇ合金であって、
セラミックス粒子を均一に分散してなる複合材料を用い
る。
マトリックス合金はＡ！金合金たはｑｇ合金であって、
セラミックス粒子を均一に分散してなる複合材料を用い
る。
用いるへ２合金としては、たとえばＪＩＳ ＡＣ８Ａが
あり、Ｍｇ合金としては、たとえばＪＩＳ ？ＩＣ８が
ある。
あり、Ｍｇ合金としては、たとえばＪＩＳ ？ＩＣ８が
ある。
また複合材料に分散しているセラミックス粒子としでは
、前記成形体を成形したものと同一素材、たとえばＳｉ
Ｃ９９ｗｔ％＋ＢＮ １ ｗｔ％の粒子、または其他の
、たとえばＳｉＣ，Ａ ｌ ２０３． ｓｉ３＋１４．
ＴｉＣ，ＷＣ。
、前記成形体を成形したものと同一素材、たとえばＳｉ
Ｃ９９ｗｔ％＋ＢＮ １ ｗｔ％の粒子、または其他の
、たとえばＳｉＣ，Ａ ｌ ２０３． ｓｉ３＋１４．
ＴｉＣ，ＷＣ。
ＺｒＯ□、 ＢＮ、 Ｃ１あるいは、これらの混合粒
子を用いる。また、これらセラミックスの粒子径も前記
成形体に用いたものとほぼ同じ範囲のものを用いる。
子を用いる。また、これらセラミックスの粒子径も前記
成形体に用いたものとほぼ同じ範囲のものを用いる。
このようなセラミックス粒子を均等に分散してなる複合
材料６を、６５０〜８５０°Ｃの温度で加熱溶解し、こ
の溶湯６を第１図（Ｃ）に示すように前記成形体４の上
部に給湯する。
材料６を、６５０〜８５０°Ｃの温度で加熱溶解し、こ
の溶湯６を第１図（Ｃ）に示すように前記成形体４の上
部に給湯する。
なお、この溶解温度は、凝固が早すぎたり、高温となり
すぎガス等の吸入がないように適度の温度範囲とする。
すぎガス等の吸入がないように適度の温度範囲とする。
たとえば前記材料の場合では６５０゜未満では凝固が早
すぎ、８５０°Ｃを越えると１１．、 Ｎ。
すぎ、８５０°Ｃを越えると１１．、 Ｎ。
などのガスの吸入が多くなり好ましくない。
次に、同図（ｄ）に示すように上バンチ７によって１０
０〜１００１００Ｏ０／ ｃ４の圧力Ｐ２で加圧し、溶
湯６を予成形体４に浸透させる。この場合、圧力Ｐ２が
１００ｋｇｆ ／ ｃｉ未溝の場合では溶湯の予成形体
内への浸透が充分ではなく 、１００１００Ｏ０／Ｃ４
を越える加圧は実質的に必要がない。
０〜１００１００Ｏ０／ ｃ４の圧力Ｐ２で加圧し、溶
湯６を予成形体４に浸透させる。この場合、圧力Ｐ２が
１００ｋｇｆ ／ ｃｉ未溝の場合では溶湯の予成形体
内への浸透が充分ではなく 、１００１００Ｏ０／Ｃ４
を越える加圧は実質的に必要がない。
前記加圧によって、セラミックス粒子を含む溶湯は成形
体４内に浸透し、得られた複合材料はＡ。
体４内に浸透し、得られた複合材料はＡ。
Ｂ、Ｃの各部でそれぞれ異なった複合化率のものかえら
れる。すなわち、Ａ部はセラミックス粒子を含む溶湯６
の組成のものがそのままに、０部は最も複合化率が高い
ものが（５０〜９０−ｔ％）、Ｂ部はマトリックス合金
がＣ部内へ移動して結果的にセラミックス粒子が多くな
った部分で、０部に次いで複合化率が高くなる（１０〜
７０−ｔ％）。すなわち複合化率は常にＣ＞Ｂ＞Ａとな
った粒子分散型複合材料かえられる。
れる。すなわち、Ａ部はセラミックス粒子を含む溶湯６
の組成のものがそのままに、０部は最も複合化率が高い
ものが（５０〜９０−ｔ％）、Ｂ部はマトリックス合金
がＣ部内へ移動して結果的にセラミックス粒子が多くな
った部分で、０部に次いで複合化率が高くなる（１０〜
７０−ｔ％）。すなわち複合化率は常にＣ＞Ｂ＞Ａとな
った粒子分散型複合材料かえられる。
第２図は４サイクルエンジン用バルブリフターに適用し
た例を示し、ＳｉＣ９９ｗｔ％＋ＢＮ ｌ ｗｔ％から
なるセラミックス粒子１０１を８００°Ｃに予熱し、こ
れを第２図（ａ） （ｂ）に示すように３００℃に加熱
した金型１０２内へ投入して上パンチ１０３ と下パン
チ１０５との間で、圧力ＰＩを１００１００Ｏ／ｃｊと
して加圧して成形体１０４を成形する。
た例を示し、ＳｉＣ９９ｗｔ％＋ＢＮ ｌ ｗｔ％から
なるセラミックス粒子１０１を８００°Ｃに予熱し、こ
れを第２図（ａ） （ｂ）に示すように３００℃に加熱
した金型１０２内へ投入して上パンチ１０３ と下パン
チ１０５との間で、圧力ＰＩを１００１００Ｏ／ｃｊと
して加圧して成形体１０４を成形する。
次にＪＩＳ ＡＣ４Ｃをマトリックス合金とし、ＳｉＣ
９９ｗｔ％＋ＢＮ ｌ ｗｔ％を分散してなる複合材料
を用い、これを７５０°Ｃに加熱溶解してなる溶湯１０
６を、同図（Ｃ）に示すように金型１０２内の成形体１
０４上に給湯し、上パンチ１０７によって同図（ロ）に
示すように１０００ ｋｇ ｆ ／ ｃ４の圧力Ｐ２で
加圧した。
９９ｗｔ％＋ＢＮ ｌ ｗｔ％を分散してなる複合材料
を用い、これを７５０°Ｃに加熱溶解してなる溶湯１０
６を、同図（Ｃ）に示すように金型１０２内の成形体１
０４上に給湯し、上パンチ１０７によって同図（ロ）に
示すように１０００ ｋｇ ｆ ／ ｃ４の圧力Ｐ２で
加圧した。
冷却後、脱型して得られた製品は頂部のカム摺動部に当
る０部は耐摩耗性と潤滑性に最も優れた性質を備え、側
面のＢ部はこれに次ぎ、Ａ部は通常の粒子分散型の複合
材料のもつ性質のものが得られた。
る０部は耐摩耗性と潤滑性に最も優れた性質を備え、側
面のＢ部はこれに次ぎ、Ａ部は通常の粒子分散型の複合
材料のもつ性質のものが得られた。
第３図は本発明に係る複合材料の金属組織を示す写真で
、平均粒子径１μ讃のＳｉＣ粒子を、Ｐ、圧力１００１
００Ｏ／ｃｄで加圧成形した予成形体に、八Ｃ４Ｃに平
均粒子径１３μ−のＳｉＣ粒子を１０−ｔ％複合してな
る溶湯を注いで加圧したものを示す、同図（ａ）はＡ、
Ｂ、Ｃの各部を含む全体の金属組織を、同図（ｂ）はＡ
部を拡大したものを、同図（Ｃ）はＢ部と０部及びその
境界部分を拡大したものを、同図（ロ）は０部を拡大し
たものを夫々示す。これら写真から各部の複合状態が明
瞭に判る。
、平均粒子径１μ讃のＳｉＣ粒子を、Ｐ、圧力１００１
００Ｏ／ｃｄで加圧成形した予成形体に、八Ｃ４Ｃに平
均粒子径１３μ−のＳｉＣ粒子を１０−ｔ％複合してな
る溶湯を注いで加圧したものを示す、同図（ａ）はＡ、
Ｂ、Ｃの各部を含む全体の金属組織を、同図（ｂ）はＡ
部を拡大したものを、同図（Ｃ）はＢ部と０部及びその
境界部分を拡大したものを、同図（ロ）は０部を拡大し
たものを夫々示す。これら写真から各部の複合状態が明
瞭に判る。
ｅ、 発明の効果
以上のように本発明によれば、セラミックス粒子の複合
化率が同−材料内で異なっている粒子分散型複合材料が
比較的簡単な鋳造方法を用いて製造でき、また任意形状
の材料や製品かえられる。
化率が同−材料内で異なっている粒子分散型複合材料が
比較的簡単な鋳造方法を用いて製造でき、また任意形状
の材料や製品かえられる。
そして全体的に硬さ、耐熱性、耐摩耗性、剛性、疲労強
度に優れ、部分的に、かつ段階的にこれら性質のより優
れた部分を有する複合化率の高い複合材料かえられる。
度に優れ、部分的に、かつ段階的にこれら性質のより優
れた部分を有する複合化率の高い複合材料かえられる。
第１図（ａ）５らＪ、 （Ｃ）、 （ｄ）は本発明に係
る粒子分散型複合材料の製造要領を説明する図、第２図
は同じく他の実施例に係る製造要領を説明する図、第３
図（ａ） 、 （ｂ） 、 （Ｃ） 、■は本発明に係
る複合材料の金属組織の写真で、同図（ａ）は全体を示
し、同図（ｂ）はＡ部を、同図（Ｃ）はＢ部と０部を、
同図（ｄ）は０部を夫々拡大したものを示す。 １．１０１ ・・・セラミックス粒子、２．１０２・・
・金型、 ４．１０４・・・予成形体、６．１０６
・・・溶湯。 第：３ （ａ） ×５ （Ｃ） （ｂ） （ｄ） Ｘ ４ＬＪ（Ｊ
る粒子分散型複合材料の製造要領を説明する図、第２図
は同じく他の実施例に係る製造要領を説明する図、第３
図（ａ） 、 （ｂ） 、 （Ｃ） 、■は本発明に係
る複合材料の金属組織の写真で、同図（ａ）は全体を示
し、同図（ｂ）はＡ部を、同図（Ｃ）はＢ部と０部を、
同図（ｄ）は０部を夫々拡大したものを示す。 １．１０１ ・・・セラミックス粒子、２．１０２・・
・金型、 ４．１０４・・・予成形体、６．１０６
・・・溶湯。 第：３ （ａ） ×５ （Ｃ） （ｂ） （ｄ） Ｘ ４ＬＪ（Ｊ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）ＡｌまたはＭｇ合金をマトリックスとし、高率の複
合化部分と、それより低率の複合化部分と、更に低率の
複合化部分とを有する粒子分散型複合材料。 ２）セラミックス粒子の予成形体に対し、セラミックス
粒子を均一に分散してなるマトリックス合金の溶湯を注
湯して加圧し、複合化率の相違する部分を形成すること
を特徴とする粒子分散型複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20049890A JPH0483833A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 粒子分散型複合材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20049890A JPH0483833A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 粒子分散型複合材料とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0483833A true JPH0483833A (ja) | 1992-03-17 |
Family
ID=16425323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20049890A Pending JPH0483833A (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 粒子分散型複合材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0483833A (ja) |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP20049890A patent/JPH0483833A/ja active Pending
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