JPH0711045B2 - ＳｉＣ分散鋳造複合材料の製造法 - Google Patents
ＳｉＣ分散鋳造複合材料の製造法Info
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- JPH0711045B2 JPH0711045B2 JP63096331A JP9633188A JPH0711045B2 JP H0711045 B2 JPH0711045 B2 JP H0711045B2 JP 63096331 A JP63096331 A JP 63096331A JP 9633188 A JP9633188 A JP 9633188A JP H0711045 B2 JPH0711045 B2 JP H0711045B2
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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SiC分散鋳造複合材料の製造法に関する。
（従来技術） 金属材料は素材として広く用いられているが、用途によ
ってはその金属材料が本来もっている性質だけでは充分
でなく、強度、耐摩耗性、加工性、寸法精度がさらに要
求れることがある。そのため従来より金属材料のすぐれ
た物性は残しながらその足りない物性を補うために金属
基材に他の金属粒子やセラミック粒子などを分散させて
複合材料として用いることが知られている。
ってはその金属材料が本来もっている性質だけでは充分
でなく、強度、耐摩耗性、加工性、寸法精度がさらに要
求れることがある。そのため従来より金属材料のすぐれ
た物性は残しながらその足りない物性を補うために金属
基材に他の金属粒子やセラミック粒子などを分散させて
複合材料として用いることが知られている。
この種の金属基複合材料を製造する方法として、従来、
メカニカルアロイング法、プリフォーム材に溶湯を圧入
する高圧凝固法、噴射分散法などが知られているが、メ
カニカルアロイング法はコストが高くつく上、製品の大
きさにも制限があるため用途に限定されてしまう。ま
た、高圧凝固法によるプリフォーム材の成形は製品コス
トが高くつくのみならず寸法精度にも問題があり、兵器
や航空機の分野を除くとその実用化が遅れている。
メカニカルアロイング法、プリフォーム材に溶湯を圧入
する高圧凝固法、噴射分散法などが知られているが、メ
カニカルアロイング法はコストが高くつく上、製品の大
きさにも制限があるため用途に限定されてしまう。ま
た、高圧凝固法によるプリフォーム材の成形は製品コス
トが高くつくのみならず寸法精度にも問題があり、兵器
や航空機の分野を除くとその実用化が遅れている。
これらの方法に比べて噴射分散法は最も安価に複合材料
を製造できる可能性をもっており、本発明の対象である
SiC分散鋳造複合材料の製造にも用いられている。
を製造できる可能性をもっており、本発明の対象である
SiC分散鋳造複合材料の製造にも用いられている。
金属基複合材料を製造する場合、上記のいずれの方法に
おいても金属基の溶湯へ粒子を添加する際溶湯と粒子の
濡れ性の問題があり、濡れ易い条件を作り出すことはな
かなか困難である。そこで従来この濡れ性を改善する方
法として、添加するセラミック粒子に予め金属元素をメ
ッキしたり、溶湯に界面活性元素を添加し更に、真空中
又は大気中で溶湯にセラミック粒子を添加して長時間攪
拌する方法などが提案されているが、前者の手法はコス
ト上問題があり、後者の手法は溶湯と粒子との反応が問
題となり、本発明の対象であるSiC分散鋳造複合材料の
ような安価な複合材料には不向きである。
おいても金属基の溶湯へ粒子を添加する際溶湯と粒子の
濡れ性の問題があり、濡れ易い条件を作り出すことはな
かなか困難である。そこで従来この濡れ性を改善する方
法として、添加するセラミック粒子に予め金属元素をメ
ッキしたり、溶湯に界面活性元素を添加し更に、真空中
又は大気中で溶湯にセラミック粒子を添加して長時間攪
拌する方法などが提案されているが、前者の手法はコス
ト上問題があり、後者の手法は溶湯と粒子との反応が問
題となり、本発明の対象であるSiC分散鋳造複合材料の
ような安価な複合材料には不向きである。
また、上記した従来の製造法のうちメカニカルアロイン
グ法以外は製品の寸法精度にも問題があり、最終加工に
多くの費用をかさむことも金属基複合材料の実用化を妨
げている原因の１つである。ことの金属基複合材料では
強度と耐摩耗性を重視するため加工性が著しく悪くな
り、寸法精度の向上が強く望まれている。そこで素材全
体を複合化するのでなく、複合化の必要な部分にのみ限
定して複合化を行えば、加工その他の問題も少なくてよ
いことになるのでその方法も考えられている。
グ法以外は製品の寸法精度にも問題があり、最終加工に
多くの費用をかさむことも金属基複合材料の実用化を妨
げている原因の１つである。ことの金属基複合材料では
強度と耐摩耗性を重視するため加工性が著しく悪くな
り、寸法精度の向上が強く望まれている。そこで素材全
体を複合化するのでなく、複合化の必要な部分にのみ限
定して複合化を行えば、加工その他の問題も少なくてよ
いことになるのでその方法も考えられている。
これらを総合すると、安価でかつ寸法精度に優れ、大き
なものにも適用できる金属基複合材料の製造法の開発が
望まれている。
なものにも適用できる金属基複合材料の製造法の開発が
望まれている。
さて、金属基複合材料の開発は鋳鉄の分野でも進められ
ており、鋳鉄の強度や耐摩耗性を高める分散粒子として
比較的安価で且つ硬度の大きいSiCが注目され、SiC粒子
を鋳鉄に分散させたSiC分散鋳造複合材料が素材として
開発されている。
ており、鋳鉄の強度や耐摩耗性を高める分散粒子として
比較的安価で且つ硬度の大きいSiCが注目され、SiC粒子
を鋳鉄に分散させたSiC分散鋳造複合材料が素材として
開発されている。
鋳鉄の組成は周知のように、Fe、Ｃ、Si、Ｓ、Ｐ、Mnで
あるが、SiC分散鋳造複合材料を製造しようとして鋳鉄
の溶湯にSiC粒子を分散するとその量が少ない場合は溶
解してしまい、多い場合は鋳鉄の材質が劣化してしま
い、所望量のSiC粒子を分散することは困難である。従
って必要とする望ましい強度や耐摩耗性を有する鋳造複
合材料がなかなか得られないという問題がある。
あるが、SiC分散鋳造複合材料を製造しようとして鋳鉄
の溶湯にSiC粒子を分散するとその量が少ない場合は溶
解してしまい、多い場合は鋳鉄の材質が劣化してしま
い、所望量のSiC粒子を分散することは困難である。従
って必要とする望ましい強度や耐摩耗性を有する鋳造複
合材料がなかなか得られないという問題がある。
（発明の目的および構成） 本発明は上記の点にかんがみてなされたもので、所望量
のSiC粒子を分散させた鋳造複合材料を安価で且つ容易
に製造することを目的とし、この目的を達成するため
に、SiC分散鋳造複合材料を製造するに際し、SiC粒子を
SiC粒子と安定に共存できる合金組成を有する合金溶湯
に混合し、このSiC粒子混合合金溶湯を溶湯状態のまま
または一旦固化して鋳造する合金溶湯に添加するように
したものである。
のSiC粒子を分散させた鋳造複合材料を安価で且つ容易
に製造することを目的とし、この目的を達成するため
に、SiC分散鋳造複合材料を製造するに際し、SiC粒子を
SiC粒子と安定に共存できる合金組成を有する合金溶湯
に混合し、このSiC粒子混合合金溶湯を溶湯状態のまま
または一旦固化して鋳造する合金溶湯に添加するように
したものである。
（実施例） 以下本発明を鋳鉄とアルミニウム合金の実施例について
説明するが、それに先立って本発明の基本的な考え方を
説明する。
説明するが、それに先立って本発明の基本的な考え方を
説明する。
本発明者らは、SiCの分散を鋳造する合金の溶湯に直接
添加するとSiC粒子が溶湯中で浮上分離するか溶解して
しまい添加が不可能であることを経験的に知っている。
そこでSiCが安定して存在し得る組成の合金溶湯を造
り、まずSiCをこの溶湯に添加することを考えた。この
合金溶湯としては、Fe-25％Si-0.2％Ｃ、Ni-25％Si-0.1
％Ｃ、Al-25％Siなどが考えられる。SiC粒子はFe系、Ni
系の合金溶湯には大気中で混合可能であるが、Al系では
10-4torr程度の真空かこれに相当する不活性ガス雰囲気
が必要であることが判明した。
添加するとSiC粒子が溶湯中で浮上分離するか溶解して
しまい添加が不可能であることを経験的に知っている。
そこでSiCが安定して存在し得る組成の合金溶湯を造
り、まずSiCをこの溶湯に添加することを考えた。この
合金溶湯としては、Fe-25％Si-0.2％Ｃ、Ni-25％Si-0.1
％Ｃ、Al-25％Siなどが考えられる。SiC粒子はFe系、Ni
系の合金溶湯には大気中で混合可能であるが、Al系では
10-4torr程度の真空かこれに相当する不活性ガス雰囲気
が必要であることが判明した。
こうして作ったSiC分散合金溶湯の溶湯のまままたは一
旦固化させた後微細化して鋳造合金の溶湯に添加すれば
所望組成のSiC分散鋳造複合材料が製造できる。
旦固化させた後微細化して鋳造合金の溶湯に添加すれば
所望組成のSiC分散鋳造複合材料が製造できる。
（１） 鋳鉄の実験例 黒鉛ルツボ中で1500℃に昇温したFe-25％Si合金溶湯中
にSiC粒子を体積率で40％添加し混合する。こうして作
ったSiC粒子とFe-Si合金との混合物を冷却し固化すると
第１図に写真で示すような混合体が得られる。
にSiC粒子を体積率で40％添加し混合する。こうして作
ったSiC粒子とFe-Si合金との混合物を冷却し固化すると
第１図に写真で示すような混合体が得られる。
一方、別に用意した黒鉛ルツボ中で1450℃に溶解した鋳
鉄溶湯に、上で作ったSiC分散合金溶湯と第１図に示し
た固体SiC混合体を体積率で５％を別々に添加し、所定
の鋳型に注湯した。その結果できた鋳鉄複合材料の上部
を切断してSiCの存在を調べたところ、次の表１のよう
な結果が得られた。
鉄溶湯に、上で作ったSiC分散合金溶湯と第１図に示し
た固体SiC混合体を体積率で５％を別々に添加し、所定
の鋳型に注湯した。その結果できた鋳鉄複合材料の上部
を切断してSiCの存在を調べたところ、次の表１のよう
な結果が得られた。
上の実験結果から、（Ｃ＋1/3Si）％が4/2％以下のＣお
よびSiではSiCが鋳鉄溶湯に極めて溶解しやすく、鋳鉄
鋳物中に安定して存在させることが困難である。また
（Ｃ＋1/3Si）％が4.8％を超えると得られる鋳鉄複合材
料の材質が劣化することが確認された。
よびSiではSiCが鋳鉄溶湯に極めて溶解しやすく、鋳鉄
鋳物中に安定して存在させることが困難である。また
（Ｃ＋1/3Si）％が4.8％を超えると得られる鋳鉄複合材
料の材質が劣化することが確認された。
同様の実験を0.05％,0.01％,0.15％.0.25％Ｓの鋳鉄溶
湯を用いて行った。溶湯中のＳは界面活性元素として知
られており、実験の結果、0.05％以上のＳが含まれると
SiCが鋳鉄溶湯へ溶解する速度を遅くする作用があり、
極めて有効であることが確認された。一方、Ｓが多すぎ
ると鋳鉄の材質劣化が著しくなり、0.2％が限界であ
る。
湯を用いて行った。溶湯中のＳは界面活性元素として知
られており、実験の結果、0.05％以上のＳが含まれると
SiCが鋳鉄溶湯へ溶解する速度を遅くする作用があり、
極めて有効であることが確認された。一方、Ｓが多すぎ
ると鋳鉄の材質劣化が著しくなり、0.2％が限界であ
る。
またSiCは溶湯で添加するより一旦固化させ粒子として
添加する方が熱衝撃により破壊されて溶湯に溶解しやす
くなるものと考えられる。
添加する方が熱衝撃により破壊されて溶湯に溶解しやす
くなるものと考えられる。
（２） アルミニウム合金の実験例 黒鉛ルツボ中でアルミニウム／ケイ素（Al-25％Si）合
金溶湯中に粒子径が0.5mmのSiC粒子を体積率で40％添加
し混合する。こうして作ったSiC粒子とAl-Si合金との混
合物を冷却し固化する。
金溶湯中に粒子径が0.5mmのSiC粒子を体積率で40％添加
し混合する。こうして作ったSiC粒子とAl-Si合金との混
合物を冷却し固化する。
別に用意した黒鉛ルツボ中で750℃に溶解したアルミニ
ウム溶湯に、上記固体SiC混合体を体積率で４％を添加
し、所定の鋳型に注湯し、直径10mm〜40mmの４種類のア
ルミ合金複合棒を製造した。その一部をとってSiCの存
在を調べたところ、次の表のような結果を得た。
ウム溶湯に、上記固体SiC混合体を体積率で４％を添加
し、所定の鋳型に注湯し、直径10mm〜40mmの４種類のア
ルミ合金複合棒を製造した。その一部をとってSiCの存
在を調べたところ、次の表のような結果を得た。
アルミニウム合金の場合には合金中のケイ素が鋳鉄の場
合のＣやSiと同様に作用し、上の実験結果からわかるよ
うに、Siが２％以下ではSiCのアルミニウム溶湯への溶
解が早く、表２には示してないが、20％以上ではアルミ
ニウム合金の性質が極めて劣化する。Siが２％以下でも
小さい複合材は製造できるが、使用時は複合材の凝固時
に生成したAl4C3が空気中の水分と反応し、複合材から
離脱することもある。
合のＣやSiと同様に作用し、上の実験結果からわかるよ
うに、Siが２％以下ではSiCのアルミニウム溶湯への溶
解が早く、表２には示してないが、20％以上ではアルミ
ニウム合金の性質が極めて劣化する。Siが２％以下でも
小さい複合材は製造できるが、使用時は複合材の凝固時
に生成したAl4C3が空気中の水分と反応し、複合材から
離脱することもある。
以上複合材料として鋳鉄とアルミニウム合金の２つにつ
いて例示したが、本発明の製造法はこれ意外の金属基複
合材料の製造にも同様に適用できることはもちろんであ
る。
いて例示したが、本発明の製造法はこれ意外の金属基複
合材料の製造にも同様に適用できることはもちろんであ
る。
（発明の効果） 以上説明したように、本発明においては、SiC粒子分散
鋳造複合材料を製造するに際し、SiC粒子をSiC粒子と安
定に共存できる合金組成を有する合金溶湯に混合し、こ
のSiC粒子混合合金溶湯を溶湯状態のまままたは一旦固
化して鋳造する合金溶湯に添加するようにしたので、金
属基と混合するSiCの量を正確に制御でき安価にSiC粒子
分散鋳造複合材料が製造できる。特に、本製造法を鋳鉄
の複合材料の製造に適用する場合は、鋳鉄の組成を4.2
％≦Ｃ％＋1/3Si％≦4.8％に選ぶことにより鋳鉄の性質
が劣化せず、しかもSiCにより強度および耐摩耗性が向
上した材料が得られ、シリコン含有アルミニウム合金の
複合材料の製造に適用する場合はSiの含有率を2.0％≦S
i％≦20％に選ぶことにより複合効果の大きい素材が得
られる。
鋳造複合材料を製造するに際し、SiC粒子をSiC粒子と安
定に共存できる合金組成を有する合金溶湯に混合し、こ
のSiC粒子混合合金溶湯を溶湯状態のまままたは一旦固
化して鋳造する合金溶湯に添加するようにしたので、金
属基と混合するSiCの量を正確に制御でき安価にSiC粒子
分散鋳造複合材料が製造できる。特に、本製造法を鋳鉄
の複合材料の製造に適用する場合は、鋳鉄の組成を4.2
％≦Ｃ％＋1/3Si％≦4.8％に選ぶことにより鋳鉄の性質
が劣化せず、しかもSiCにより強度および耐摩耗性が向
上した材料が得られ、シリコン含有アルミニウム合金の
複合材料の製造に適用する場合はSiの含有率を2.0％≦S
i％≦20％に選ぶことにより複合効果の大きい素材が得
られる。
第１図は本発明による製造法で用いるSiC粒子混合合金
の粒子構造を示す写真である。
の粒子構造を示す写真である。
Claims (7)
- 【請求項１】SiC粒子を、Fe-25％Si-0.2％Ｃの合金組成
を有する母合金溶湯に混合し、このSiC粒子混合合金を
溶湯のまま、または一旦固化させた後、鋳鉄に添加する
ことを特徴とするSiC分散鋳造複合材料の製造法。 - 【請求項２】前記母合金の合金組成が、Ni-25％Si-0.1
％Ｃである請求項１に記載のSiC分散鋳造複合材料の製
造法。 - 【請求項３】前記鋳鉄の組成が4.2％≦Ｃ％＋1/3Si％≦
4.8％である請求項１または２に記載のSiC分散鋳造複合
材料の製造法。 - 【請求項４】SiC粒子を、該SiC粒子と安定に共存できる
合金組成を有する母合金溶湯に混合し、このSiC粒子混
合合金を溶湯のまま、または一旦固化させた後、Ｓの含
有量が0.05％≦Ｓ≦0.2％である鋳鉄に添加することを
特徴とするSiC分散鋳造複合材料の製造法。 - 【請求項５】前記鋳鉄のＳの含有量が0.05％≦Ｓ≦0.2
％である請求項１または２に記載のSiC分散鋳造複合材
料の製造法。 - 【請求項６】SiC粒子を、Al-25％Siの合金組成を有する
母合金溶湯に混合し、このSiC粒子混合合金を溶湯のま
ま、または一旦固化させた後、鋳造すべきシリコン含有
アルミニウム合金に添加することを特徴とするSiC分散
鋳造複合材料の製造法。 - 【請求項７】前記シリコン含有アルミニウム合金のSiの
含有量が2.0％≦Si％≦20％である請求項６に記載のSiC
分散鋳造複合材料の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63096331A JPH0711045B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | ＳｉＣ分散鋳造複合材料の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63096331A JPH0711045B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | ＳｉＣ分散鋳造複合材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01268830A JPH01268830A (ja) | 1989-10-26 |
| JPH0711045B2 true JPH0711045B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=14162032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63096331A Expired - Fee Related JPH0711045B2 (ja) | 1988-04-19 | 1988-04-19 | ＳｉＣ分散鋳造複合材料の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711045B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008119733A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 複合材及びその製造方法 |
| JP2008119732A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 複合材の製造方法 |
| KR101412349B1 (ko) * | 2012-06-13 | 2014-06-26 | 현대제철 주식회사 | 탄성이 우수한 저비중 강재 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4711434B2 (ja) * | 2006-11-14 | 2011-06-29 | 本田技研工業株式会社 | セラミックス含有添加材及びその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6153420A (ja) * | 1984-08-23 | 1986-03-17 | Naoharu Yamada | 模型用多気筒４サイクル内燃エンジンにおける混合気圧送装置 |
-
1988
- 1988-04-19 JP JP63096331A patent/JPH0711045B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008119733A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 複合材及びその製造方法 |
| JP2008119732A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Honda Motor Co Ltd | 複合材の製造方法 |
| KR101412349B1 (ko) * | 2012-06-13 | 2014-06-26 | 현대제철 주식회사 | 탄성이 우수한 저비중 강재 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01268830A (ja) | 1989-10-26 |
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