JPH0636983B2 - 部分的複合部材の製造方法 - Google Patents
部分的複合部材の製造方法Info
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- JPH0636983B2 JPH0636983B2 JP28828289A JP28828289A JPH0636983B2 JP H0636983 B2 JPH0636983 B2 JP H0636983B2 JP 28828289 A JP28828289 A JP 28828289A JP 28828289 A JP28828289 A JP 28828289A JP H0636983 B2 JPH0636983 B2 JP H0636983B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ａｌ合金の所定部位をＳｉＣウイスカーによ
り強化する部分的複合部材の製造方法に関する。
り強化する部分的複合部材の製造方法に関する。
内燃機関のピストン、ロッカーアーム、コンロッド等を
軽量のＡｌ合金で構成し、過酷な熱衝撃または摺動を受
ける部位を局部的にＳｉＣウイスカーで強化する手段と
して、ＳｉＣウイスカーのプリフォームを鋳型の所定箇
所にセットしてＡｌ合金の溶湯を加圧鋳造する方法が知
られている（例えば特開昭55-24763号公報、同55-24945
号公報）。ところが、ＳｉＣウイスカーのプリフォーム
は極めて脆弱な集合体であるため、加圧鋳造の段階で往
々にして変形、破壊等を招く欠点がある。このため、プ
リフォームの強化法に関する研究も盛んにおこなわれて
いるが十分に満足するものは得られていない。
軽量のＡｌ合金で構成し、過酷な熱衝撃または摺動を受
ける部位を局部的にＳｉＣウイスカーで強化する手段と
して、ＳｉＣウイスカーのプリフォームを鋳型の所定箇
所にセットしてＡｌ合金の溶湯を加圧鋳造する方法が知
られている（例えば特開昭55-24763号公報、同55-24945
号公報）。ところが、ＳｉＣウイスカーのプリフォーム
は極めて脆弱な集合体であるため、加圧鋳造の段階で往
々にして変形、破壊等を招く欠点がある。このため、プ
リフォームの強化法に関する研究も盛んにおこなわれて
いるが十分に満足するものは得られていない。
更に、ＳｉＣウイスカーの表層部には製造時の熱処理な
どの過程で若干のＯ２もしくはＳｉＯ２等が介在する
が、これら酸化性成分の存在はＳｉＣウイスカー中のＳ
ｉとマトリックスとなるＡｌ合金中に含有されるＭｇと
の選択的な反応を促進し、複合欠陥の原因となるＭｇ２
Ｓｉなどの偏析部分を析出する。この現象は、通常、マ
トリックスとしてＡＣ８Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ等の鋳
造用あるいは２６１８、２０２４、５０５２、６０６１
のような展伸材などＭｇを含むＡｌ合金類が多用されて
いる関係で重大な障害となる。
どの過程で若干のＯ２もしくはＳｉＯ２等が介在する
が、これら酸化性成分の存在はＳｉＣウイスカー中のＳ
ｉとマトリックスとなるＡｌ合金中に含有されるＭｇと
の選択的な反応を促進し、複合欠陥の原因となるＭｇ２
Ｓｉなどの偏析部分を析出する。この現象は、通常、マ
トリックスとしてＡＣ８Ａ、ＡＣ４Ｃ、ＡＣ４Ｄ等の鋳
造用あるいは２６１８、２０２４、５０５２、６０６１
のような展伸材などＭｇを含むＡｌ合金類が多用されて
いる関係で重大な障害となる。
上記の偏析防止に対しては、予め表層部に介在するＳｉ
Ｃ２成分を除去したＳｉＣウイスカープリフォームを用
いてＡｌ合金の溶湯を加圧鋳造する方法（特公昭62-404
09号公報）が有効な手段となるが、この方法による場合
にはプリフォーム自体の強化は図れない難点がある。
Ｃ２成分を除去したＳｉＣウイスカープリフォームを用
いてＡｌ合金の溶湯を加圧鋳造する方法（特公昭62-404
09号公報）が有効な手段となるが、この方法による場合
にはプリフォーム自体の強化は図れない難点がある。
また、予めＳｉＣウイスカーとＡｌ合金とによる所定形
状の予備複合体を形成しておき、これを鋳型の所定箇所
にセットしたのちＡｌ合金の溶湯で鋳包する部分的複合
方法も考えられる。しかしながら、この場合には予備複
合体を形成する過程あるいは鋳包時の予熱段階等で酸化
により表面にＡｌ２Ｏ３が生成し、この酸化膜がマトリ
ックスＡｌ合金との濡れ性を著しく阻害して界面の接合
強度を減退させる結果を招来する。
状の予備複合体を形成しておき、これを鋳型の所定箇所
にセットしたのちＡｌ合金の溶湯で鋳包する部分的複合
方法も考えられる。しかしながら、この場合には予備複
合体を形成する過程あるいは鋳包時の予熱段階等で酸化
により表面にＡｌ２Ｏ３が生成し、この酸化膜がマトリ
ックスＡｌ合金との濡れ性を著しく阻害して界面の接合
強度を減退させる結果を招来する。
本発明者らは、Ａｌ合金の所定部位をＳｉＣウイスカー
により部分的に複合強化する際に障害となる上記の問題
点を解消する目的で鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＣウイ
スカーとＡｌ合金粉末により予め形成した焼結複合体の
表面に貴金属系の金属薄膜を被着し、これを強化部分に
セットしてＡｌ溶湯を鋳包するプロセスをとることが効
果的であることを確認して本発明の開発に至った。
により部分的に複合強化する際に障害となる上記の問題
点を解消する目的で鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＣウイ
スカーとＡｌ合金粉末により予め形成した焼結複合体の
表面に貴金属系の金属薄膜を被着し、これを強化部分に
セットしてＡｌ溶湯を鋳包するプロセスをとることが効
果的であることを確認して本発明の開発に至った。
繊維強化複合材料を形成する場合、強化繊維の表面に金
属物質を蒸着した繊維成形体を用いて加圧鋳造すること
により複合体の耐摩耗性と自己潤滑性を改善する方法
（特開昭58-93843号公報）は知られているが、ＳｉＣウ
イスカーのような微小短繊維に均質薄膜の金属被覆を形
成することは容易ではなく、また被覆する金属は減摩性
を有するＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕ等であるから、本発明
とは趣旨を異にするものである。
属物質を蒸着した繊維成形体を用いて加圧鋳造すること
により複合体の耐摩耗性と自己潤滑性を改善する方法
（特開昭58-93843号公報）は知られているが、ＳｉＣウ
イスカーのような微小短繊維に均質薄膜の金属被覆を形
成することは容易ではなく、また被覆する金属は減摩性
を有するＰｂ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕ等であるから、本発明
とは趣旨を異にするものである。
すなわち、本発明による部分的複合部材の製造方法は、
ＳｉＣウイスカーとＡｌ合金粉末の混合物を所定の形状
に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に貴金
属系物質の薄膜を形成して鋳型の所定箇所にセットした
のちＡｌ合金の溶湯で鋳包することを構成上の特徴とす
る。
ＳｉＣウイスカーとＡｌ合金粉末の混合物を所定の形状
に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に貴金
属系物質の薄膜を形成して鋳型の所定箇所にセットした
のちＡｌ合金の溶湯で鋳包することを構成上の特徴とす
る。
強化材となるＳｉＣウイスカーには、直径０．１〜５μ
ｍ、長さ３０〜１００μｍのアスペクト性状を有する針
状単結晶が用いられる。
ｍ、長さ３０〜１００μｍのアスペクト性状を有する針
状単結晶が用いられる。
本発明において強化部分を構成するための複合母材は、
ＳｉＣウイスカーとＡｌ合金粉末とを湿式混合し、この
混合物を真空もしくは不活性雰囲気中でホットプレス、
ＨＩＰ等を用いて所定の形状に焼結することにより作製
される。用いるＡｌ合金粉末は後工程で鋳包するマトリ
ックスＡｌ合金と同一のものとし、またＳｉＣウイスカ
ーとＡｌ合金粉末の混合比率は、複合母材に占めるＳｉ
ＣウイスカーのＶｆが１０〜５０％範囲の所望値になる
ように設定する。
ＳｉＣウイスカーとＡｌ合金粉末とを湿式混合し、この
混合物を真空もしくは不活性雰囲気中でホットプレス、
ＨＩＰ等を用いて所定の形状に焼結することにより作製
される。用いるＡｌ合金粉末は後工程で鋳包するマトリ
ックスＡｌ合金と同一のものとし、またＳｉＣウイスカ
ーとＡｌ合金粉末の混合比率は、複合母材に占めるＳｉ
ＣウイスカーのＶｆが１０〜５０％範囲の所望値になる
ように設定する。
ついで、複合母材の表面に貴金属系物質の薄膜を形成す
る。貴金属系物質は、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔもしくはＰｔ−
Ｐｄから選択することが好適で、例えばイオンプレーテ
ィング、真空蒸着、溶射などの被覆手段により好ましく
は６μｍ以下の厚さになるように被膜形成する。被膜の
厚さが６μｍを越えると、後工程の鋳包の過程で複合母
材の表面に貴金属成分が残存し、鋳包するＡｌ合金との
接合を減退させる原因となる。
る。貴金属系物質は、Ａｕ、Ａｇ、ＰｔもしくはＰｔ−
Ｐｄから選択することが好適で、例えばイオンプレーテ
ィング、真空蒸着、溶射などの被覆手段により好ましく
は６μｍ以下の厚さになるように被膜形成する。被膜の
厚さが６μｍを越えると、後工程の鋳包の過程で複合母
材の表面に貴金属成分が残存し、鋳包するＡｌ合金との
接合を減退させる原因となる。
貴金属系物質の表面薄膜を形成した複合母材は鋳型の強
化部位に相当する所定箇所にセットし、Ａｌ合金の溶湯
を加圧鋳造法によって鋳込む。この際、複合母材をその
固相線より−２０〜−１００℃の範囲に予熱し、Ａｌ合
金の溶湯温度をその液相温度より５０℃以上高い条件に
することが好ましい。複合母材の予熱温度が固相線−２
０℃を上廻ると材料変形が生じ、またこれが固相線−１
００℃未満もしくはＡｌ溶湯温度が液相温度＋５０℃を
下廻る場合には溶湯冷却は急速に進行して接合不良を起
こす現象が発生する。鋳造時の圧力は２５０〜３０００
kg/cm2の範囲に設定することが望ましい。この理由は、
２５０kg/cm2未満の加圧力では複合母材とマトリックス
Ａｌ合金の界面接合力が不十分となり、３０００kg/cm2
を越えると材料変形を起こすからである。
化部位に相当する所定箇所にセットし、Ａｌ合金の溶湯
を加圧鋳造法によって鋳込む。この際、複合母材をその
固相線より−２０〜−１００℃の範囲に予熱し、Ａｌ合
金の溶湯温度をその液相温度より５０℃以上高い条件に
することが好ましい。複合母材の予熱温度が固相線−２
０℃を上廻ると材料変形が生じ、またこれが固相線−１
００℃未満もしくはＡｌ溶湯温度が液相温度＋５０℃を
下廻る場合には溶湯冷却は急速に進行して接合不良を起
こす現象が発生する。鋳造時の圧力は２５０〜３０００
kg/cm2の範囲に設定することが望ましい。この理由は、
２５０kg/cm2未満の加圧力では複合母材とマトリックス
Ａｌ合金の界面接合力が不十分となり、３０００kg/cm2
を越えると材料変形を起こすからである。
このようにして、特定された箇所にＳｉＣウイスカー強
化部位を備えるＡｌ合金系の部分的複合部材が製造され
る。
化部位を備えるＡｌ合金系の部分的複合部材が製造され
る。
本発明によれば、予めＳｉＣウイスカーとＡｌ合金物末
とを焼結した複合母材の表面に貴金属系物質の薄膜を被
覆して強化部分を形成するから、溶湯鋳包の段階で強化
部部分が変形したり破壊されることはなく、また表面に
Ａｌ２Ｏ３等の酸化層が生成することもない。したがっ
た、マトリックスＡｌ合金の溶湯は常に濡れ性の良好な
貴金属薄膜を介して接触するとともに、この貴金属成分
は鋳包時に付与する加圧力により最終的にマトリックス
Ａｌ合金の組織内に分散するため接合界面には残留しな
い。
とを焼結した複合母材の表面に貴金属系物質の薄膜を被
覆して強化部分を形成するから、溶湯鋳包の段階で強化
部部分が変形したり破壊されることはなく、また表面に
Ａｌ２Ｏ３等の酸化層が生成することもない。したがっ
た、マトリックスＡｌ合金の溶湯は常に濡れ性の良好な
貴金属薄膜を介して接触するとともに、この貴金属成分
は鋳包時に付与する加圧力により最終的にマトリックス
Ａｌ合金の組織内に分散するため接合界面には残留しな
い。
上記の作用によって、複合母材とマトリックスＡｌ合金
との界面が強固に接合した一体構造の部分的複合形態が
発現する。
との界面が強固に接合した一体構造の部分的複合形態が
発現する。
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例１ 平均直径０．５μｍ、平均長さ２０μｍＳｉＣウイスカ
ーとＡｌ合金粉末(AC8A)とを水に攪拌分散し、濾過、乾
燥してＳｉＣウイスカーのＶｆが１０％の均一混合物を
得た。この混合物２８０ｇをホットプレスにより温度６
００℃、真空度５×１０-5Torr、圧力１０００kg/cm2、
加圧時間２０分の条件で焼結して厚さ２０mm、直径８０
mmの円盤状の複合母材を作製した。
ーとＡｌ合金粉末(AC8A)とを水に攪拌分散し、濾過、乾
燥してＳｉＣウイスカーのＶｆが１０％の均一混合物を
得た。この混合物２８０ｇをホットプレスにより温度６
００℃、真空度５×１０-5Torr、圧力１０００kg/cm2、
加圧時間２０分の条件で焼結して厚さ２０mm、直径８０
mmの円盤状の複合母材を作製した。
上記の複合母材を中心部から切断して半月形状とし、そ
の切断面にＡｕを０．２３μｍの薄膜状態に真空蒸着し
た（真空度７×１０-5Torr）。
の切断面にＡｕを０．２３μｍの薄膜状態に真空蒸着し
た（真空度７×１０-5Torr）。
Ａｕ薄膜を形成した複合母材を直径80.0mmの鋳型に半月
状にセットし、Ａｒ中で５００℃に予熱して加圧鋳造機
に設置した。ついで、７００℃の温度に保持されたマト
リックスＡｌ合金(AC8A)の溶湯を鋳型に注湯し、５００
kg/cm2の圧力を付与しながら加圧鋳造した。
状にセットし、Ａｒ中で５００℃に予熱して加圧鋳造機
に設置した。ついで、７００℃の温度に保持されたマト
リックスＡｌ合金(AC8A)の溶湯を鋳型に注湯し、５００
kg/cm2の圧力を付与しながら加圧鋳造した。
得られた部分的複合材は、複合母材の切断面を介して半
月状のマトリックスＡｌ合金が接合した形態を有するも
のであったが、ＳＥＭ観察及びＥＰＭＡによる線分析を
した結果により観察した結果、接合面にＡｕの残留は全
く認められなかった。
月状のマトリックスＡｌ合金が接合した形態を有するも
のであったが、ＳＥＭ観察及びＥＰＭＡによる線分析を
した結果により観察した結果、接合面にＡｕの残留は全
く認められなかった。
この部分的複合材について接合面に直角方向の引張り強
さを測定したところ３２kgf/mm2であった。
さを測定したところ３２kgf/mm2であった。
実施例２ 実施例１においてＡｕの代わりにＰｔを用いて同様に切
断面被覆を行い、そのほかは実施例１と同一条件によっ
て部分的複合材を製造した。
断面被覆を行い、そのほかは実施例１と同一条件によっ
て部分的複合材を製造した。
このものにつき実施例１に準じて引張り強さを測定した
ところ、３０kgf/mm2であった。
ところ、３０kgf/mm2であった。
比較例１ 実施例１と同一の複合母材を用い、切断面になんの被覆
も施さずに実施例１と同一条件でマトリックスＡｌ合金
を加圧鋳造した。
も施さずに実施例１と同一条件でマトリックスＡｌ合金
を加圧鋳造した。
このものにつき実施例１に準じて引張り強さを測定した
ところ４kgf/mm2と、実施例１および２に比べて著しく
低い値であった。
ところ４kgf/mm2と、実施例１および２に比べて著しく
低い値であった。
比較例２ 実施例１と同一のＳｉＣウイスカーを用いて直径８０m
m、高さ３０mm、Ｖｆ１０％のプリフォームを作製し、
これを中心部から２分割に切断した。
m、高さ３０mm、Ｖｆ１０％のプリフォームを作製し、
これを中心部から２分割に切断した。
上記の半月状プリフォームにより実施例１と同一条件で
部分的複合材を製造した。
部分的複合材を製造した。
このものにつき実施例１に準じて引張り強さを測定した
ところ１６kgf/mm2であり、実施例１および２よりも極
めて劣るものであった。
ところ１６kgf/mm2であり、実施例１および２よりも極
めて劣るものであった。
以上のとおり、本発明に従えば強化部分が強固な焼結体
からなる複合母材によって構成されるから、プリフォー
ム成形体のようにプロセスの段階で外力を受けて変形、
破壊を生じることは全くない。このため、肉厚が薄く複
雑形状の強化部分でも容易に成形することが可能とな
る。また、複合母材の表面を貴金属系物質によって被覆
しているためＡｌ２Ｏ３などの酸化物介在に伴うトラブ
ルは有効に解消され、常にマトリックスＡｌ合金との間
に良好な界面接合が得られる。
からなる複合母材によって構成されるから、プリフォー
ム成形体のようにプロセスの段階で外力を受けて変形、
破壊を生じることは全くない。このため、肉厚が薄く複
雑形状の強化部分でも容易に成形することが可能とな
る。また、複合母材の表面を貴金属系物質によって被覆
しているためＡｌ２Ｏ３などの酸化物介在に伴うトラブ
ルは有効に解消され、常にマトリックスＡｌ合金との間
に良好な界面接合が得られる。
したがって、比較的簡単な製造工程により強靭な一体構
造の部分的複合部材を製造することができるから、例え
ばピストンベッドのような過酷な熱衝撃、摩擦等を受け
る部位に局部的なＳｉＣウイスカー強化組織を形成する
ケースに極めて有用である。
造の部分的複合部材を製造することができるから、例え
ばピストンベッドのような過酷な熱衝撃、摩擦等を受け
る部位に局部的なＳｉＣウイスカー強化組織を形成する
ケースに極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 1/09 Ａ
Claims (2)
- 【請求項１】ＳｉＣウイスカーとＡｌ合金粉末の混合物
を所定の形状に焼結して複合母材を作製し、該複合母材
の表面に貴金属系物質の薄膜を形成して鋳型の所定箇所
にセットしたのちＡｌ合金の溶湯で鋳包することを特徴
とする部分的複合部材の製造方法。 - 【請求項２】貴金属系物質が、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔもしく
はＰｔ−Ｐｄから選択され、薄膜を６μｍ以下の厚さに
形成する請求項１記載の部分的複合部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28828289A JPH0636983B2 (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 部分的複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28828289A JPH0636983B2 (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 部分的複合部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03151158A JPH03151158A (ja) | 1991-06-27 |
| JPH0636983B2 true JPH0636983B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=17728148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28828289A Expired - Lifetime JPH0636983B2 (ja) | 1989-11-06 | 1989-11-06 | 部分的複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636983B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960031023A (ko) * | 1995-02-22 | 1996-09-17 | 와다 요시히로 | 부분복합강화 경합금부품의 제조방법과 그에 사용되는 예비성형체 및 그 제조방법 |
| DE19712808B4 (de) * | 1996-03-26 | 2009-06-18 | Mazda Motor Corp. | Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Verbundwerkstoffkomponenten im Verbund mit Vorformling-Strukturen |
| JP3314141B2 (ja) * | 1996-03-26 | 2002-08-12 | マツダ株式会社 | 複合化用予備成形体並びにこれが複合化された複合アルミニウム系金属部品及びこれらの製造方法 |
-
1989
- 1989-11-06 JP JP28828289A patent/JPH0636983B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03151158A (ja) | 1991-06-27 |
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