JPH0610078A - 耐スカッフィング性に優れた金属基複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属基複合材料の耐スカッフィング性を改善
する。 【構成】 アルミニウム合金の如きマトリックス金属２
４がアルミナ繊維の如き強化材１０により複合強化され
た金属基複合材料である。複合材料の少なくとも表面部
のマトリックス金属中に微細な中空粒子１２が分散され
ており、複合材料の表面に位置する中空粒子はその中空
孔２６が露呈した状態にあり、これにより中空孔は油溜
りとしての機能及び摩耗粉捕捉手段としての機能を果す
ようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属基複合材料に係
り、更に詳細には耐スカッフィング性に優れた金属基複
合材料に係る。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化金属基複合材料の一つとして、
例えば軽金属学会より１９９０年に出版された雑誌「軽
金属」（Ｖｏｌ．４０、Ｎｏ．１０）の第７８７頁乃至
第７９２頁に記載されている如く、マトリックス金属と
してのアルミニウム合金が硬度及び耐摩耗性に優れたア
ルミナ繊維及び自己潤滑性に優れた炭素繊維により複合
強化されたハイブリッド繊維強化金属基複合材料が従来
より知られている。

【０００３】かかる金属基複合材料によれば、炭素繊維
の自己潤滑性により潤滑作用が発揮されるので、マトリ
ックス金属がアルミナ繊維のみにて複合強化される場合
に比して、複合材料が摺動部材として使用される場合に
於ける耐焼付き性、特に無潤滑状態に於ける耐焼付き性
を向上させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし金属基複合材料
のスカッフィング（傷付き摩耗）は複合材料の摺動面に
於けるマトリックス金属の面積率によって支配され、複
合材料のスカッフィングを低減するためには強化材の体
積率を高くする必要があるが、炭素繊維はアルミニウム
合金の如きマトリックス金属との密着性が悪く、炭素繊
維の体積率を高くすると複合材料の耐摩耗性が却って悪
化する。従って上述の如き従来の金属基複合材料に於て
は、耐焼付き性を向上させることはできても耐スカッフ
ィング性を向上させることはできないという問題があ
る。

【０００５】本発明は、従来の金属基複合材料に於ては
耐スカッフィング性が不十分であることに鑑み、従来に
比して耐スカッフィング性に優れた金属基複合材料を提
供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、マトリックス金属が強化材により複合強化
された金属基複合材料にして、前記複合材料の少なくと
も表面部の前記マトリックス金属中に微細な中空粒子が
分散されており、前記複合材料の表面に位置する前記中
空粒子はその中空孔が露呈した状態にあることを特徴と
する金属基複合材料によって達成される。

【０００７】

【作用】上述の如き構成によれば、複合材料の少なくと
も表面部のマトリックス金属は強化材及び微細な中空粒
子により複合強化され、複合材料の表面に位置する中空
粒子はその中空孔が露呈した状態にあるので、複合材料
が摺動部材として使用される場合には複合材料の表面の
中空粒子の中空孔が油溜りとして機能し、中空孔に貯溜
された油が他の部材に対する複合材料の摺動面へ供給さ
れることにより、また摺動により生じた摩耗粉が中空孔
に捕捉され、摩耗粉による摩耗の進行が抑制されること
により、従来の複合材料の場合に比して耐スカッフィン
グ性が大幅に向上する。

【０００８】また油溜りはマトリックス金属自体により
形成されるのではなく、中空粒子により形成され中空粒
子の殻が堤の機能を果すので、摺動により中空孔がマト
リックス金属によって塞がれることがなく、またマトリ
ックス金属中に埋没していた中空粒子が摩耗の進行につ
れて複合材料の表面に現れ、その一部が摩損されること
によってその粒子の中空孔が複合材料の表面に露呈した
状態になるので、中空孔の油溜りとしての機能及び摩耗
粉捕捉手段としての機能は長期間に亘り良好に確保され
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段の補足説明】本発明の金属
基複合材料に於ける強化材は繊維及び粒子の何れであっ
てもよいが、強化材は繊維であることが好ましい。また
繊維は短繊維、即ちアルミナ−シリカ短繊維の如き不連
続繊維、所定の長さにチョッピングされたアルミナ長繊
維の如き連続繊維、炭化ケイ素ウイスカの如きウイスカ
であることが好ましいが、必要ならばアルミナ長繊維の
如き長繊維であってもよい。

【００１０】また本発明の金属基複合材料に於ける中空
粒子を構成する材料はセラミックや金属の如き硬質の材
料であることが好ましいが、中空粒子自体が自己潤滑性
を発揮するよう、中空粒子は例えば中空の炭素粒子の如
く自己潤滑性に優れた材料にて形成されていてもよい。

【００１１】また中空粒子の形状、大きさ、体積率は複
合材料表面の中空粒子の中空孔が油溜り及び摩耗粉捕捉
手段として良好に機能し得る限り任意の形状や大きさ等
であってよいが、本願発明者が行った実験的研究の結果
によれば、中空粒子が実質的に球形である場合にはその
大きさは粒径１０〜３００μm 程度であることが好まし
く、中空粒子の中空孔の直径はそれぞれ４〜２００μm
程度であることが好ましく、中空粒子の体積率は２〜３
０％、特に５〜１５％程度であることが好ましい。

【００１２】

【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。実施例１ まず平均繊維径３μm 平均繊維長２mmのアルミナ短繊維
（ＩＣＩ社製「サフィール」）及び平均粒径４０μm の
中空アルミナ−シリカ粒子（日本フィライト株式会社
「フィライト」）をコロイダルシリカ水溶液中に投入し
て均一に撹拌し、その水溶液に対し吸引成形を行って成
形体を形成し、成形体を乾燥し焼成することにより、図
１に示されている如くアルミナ短繊維１０と中空アルミ
ナ−シリカ粒子１２とよりなりこれらの繊維及び粒子の
体積率がそれぞれ１０％、６％である３０×３０×３０
mmの寸法を有する強化材成形体１４を形成した。

【００１３】次いで強化材成形体を大気中にて４００℃
に予熱し、しかる後図２に示されている如く成形体を高
圧鋳造装置１６の鋳型１８内に配置し、鋳型内に８００
℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＤＣ１２）の溶湯
２０を注湯し、溶湯を鋳型１８に嵌合するプランジャ２
２によって９０ＭＰａの圧力にて加圧し、その加圧状態
を溶湯が完全に凝固するまで保持した。

【００１４】次いでかくして形成された鋳物に対し機械
加工を施して複合材料の部分を切出し、更にその複合材
料に対し研削等の機械加工を施すことにより１０×１５
×５mmの寸法を有しその一つの面（１５×５mm）を試験
面とするブロック試験片を形成した。

【００１５】また比較の目的でこの実施例に於て使用さ
れたアルミナ短繊維と同一の体積率１０％のアルミナ短
繊維及び体積率６％の炭素繊維（平均繊維長１mm、平均
繊維径８μm ）を強化材とする点を除き上述の実施例の
場合と同一の要領及び条件にて複合材料を製造し、その
複合材料よりブロック試験片を形成した。

【００１６】次いで図には示されていないが実施例及び
比較例のブロック試験片の試験面に潤滑油（キャッスル
モータオイル１０Ｗ−３０）を塗布した後その潤滑油を
布にて拭き取り、各ブロック試験片を順次ＬＦＷ摩耗試
験機にセットし、窒化処理された炭素鋼（ＳＡＥ規格Ａ
ＩＳＩ４２０、表面硬さＨｖ（１０kg）＝８００）製の
円筒試験片の外周面と接触させ、試験面へ潤滑油を供給
することなく荷重７０kg、回転数２００rpm の条件にて
円筒試験片を３０分間回転させる摩耗試験を行った。

【００１７】これらの摩耗試験の結果を図３に示す。図
３より、実施例のブロック試験片の最大摩耗深さは比較
例のブロック試験片の最大摩耗深さの約半分であり、実
施例の複合材料は比較例の複合材料に比して遥かに耐ス
カッフィング性に優れていることが解る。

【００１８】図４は上述の摩耗試験に供されたブロック
試験片の断面を示す模式図である。図４に於て、１０及
び１２はそれぞれ図１と同様アルミナ短繊維及び中空ア
ルミナ−シリカ粒子を示しており、２４はマトリックス
金属としてのアルミニウム合金の部分を示している。図
４より解る如く、本発明の複合材料に於ては、その表面
に位置する中空粒子１２の中空孔２６は複合材料の表面
に露呈しており、複合材料の表面に油溜りとして機能す
る微小な穴を郭定しており、従って複合材料の表面に潤
滑油が塗布されその潤滑油が布によって拭き取られた後
にも潤滑油が中空孔２６内に貯溜され、複合材料の摺動
時にその潤滑油が摺動面へ供給されることにより良好な
潤滑作用が確保されるものと考えられる。実施例２ 強化材としてアルミナ短繊維の代りに平均粒径１２μm
の炭化ケイ素粒子が使用され、その体積率が８％に設定
された点を除き上述の実施例１及び比較例と同一の要領
及び条件にて複合材料を製造し、各複合材料よりブロッ
ク試験片を形成して実施例１の場合と同一の条件にて摩
耗試験を行った。

【００１９】その結果この実施例の場合にもブロック試
験片の最大摩耗深さは比較例の最大摩耗深さよりも遥か
に小さく、この実施例の複合材料も比較例に比して遥か
に耐スカッフィング性に優れていることが認められた。

【００２０】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【００２１】例えば本発明の複合材料は硬質の強化材及
び中空粒子に加えて、炭素繊維や炭素粒子の如き自己潤
滑性を有する繊維や粒子を含んでいてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、複合材料の表面の中空粒子の中空孔は油溜
りとして機能し、中空孔に貯溜された油が複合材料の摺
動面へ供給されることにより良好な潤滑状態が維持さ
れ、また摺動により生じた摩耗粉が中空孔に捕捉され、
摩耗粉による摩耗の進行が抑制されるので、従来の複合
材料の場合に比して耐スカッフィング性を大幅に向上さ
せることができる。

【００２３】また油溜りはマトリックス金属自体により
形成されるのではなく、中空粒子により形成され中空粒
子の殻が堤の機能を果すので、摺動により中空孔がマト
リックス金属によって塞がれることがなく、またマトリ
ックス金属中に埋没していた中空粒子が摩耗の進行につ
れて複合材料の表面に現れ、その一部が摩損されること
により、その粒子の中空孔が複合材料の表面に露呈した
状態になるので、中空孔の油溜りとしての機能及び摩耗
粉捕捉手段としての機能は長期間に亘り良好に確保さ
れ、これにより良好な耐スカッフィング性を長期間に亘
り維持することができる。

【００２４】更にマトリックス金属中に埋没する中空粒
子は完全に中空状態を維持しているので、従来に比して
複合材料の比重を低減することができ、また中空粒子内
に於て振動波が干渉するので、中空粒子を含まない通常
の複合材料の場合に比して複合材料の振動減衰能を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アルミナ短繊維と微細な中空アルミナ−シリカ
粒子とよりなる強化材成形体を示す斜視図である。

【図２】図１に示された強化材成形体を用いて行われる
高圧鋳造工程を示す断面図である。

【図３】実施例及び比較例の摩耗試験の結果を示すグラ
フである。

【図４】本発明による金属基複合材料の断面を示す模式
図である。

【符号の説明】

１０…アルミナ短繊維 １２…中空アルミナ−シリカ粒子 １４…強化材成形体 １６…高圧鋳造装置 ２０…アルミニウム合金の溶湯 ２４…アルミニウム合金 ２６…中空孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリックス金属が強化材により複合強化
   された金属基複合材料にして、前記複合材料の少なくと
   も表面部の前記マトリックス金属中に微細な中空粒子が
   分散されており、前記複合材料の表面に位置する前記中
   空粒子はその中空孔が露呈した状態にあることを特徴と
   する金属基複合材料。