JPH0711491A - 粒子分散型複合材料 - Google Patents
粒子分散型複合材料Info
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- JPH0711491A JPH0711491A JP5154897A JP15489793A JPH0711491A JP H0711491 A JPH0711491 A JP H0711491A JP 5154897 A JP5154897 A JP 5154897A JP 15489793 A JP15489793 A JP 15489793A JP H0711491 A JPH0711491 A JP H0711491A
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- particles
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐摩耗性がよく、相手部材を摩耗させない粒
子分散型複合材料を提供する。 【構成】 本発明は鋳造用Ａｌ合金をマトリックスと
し、セラミックス粒子を分散してなる複合材料の表面
に、アルマイト皮膜を形成したことを特徴とする粒子分
散型複合材料である。
子分散型複合材料を提供する。 【構成】 本発明は鋳造用Ａｌ合金をマトリックスと
し、セラミックス粒子を分散してなる複合材料の表面
に、アルマイト皮膜を形成したことを特徴とする粒子分
散型複合材料である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属、特にＡｌ合金中
に、セラミックス粒子を分散複合化してなる複合材料に
関する。
に、セラミックス粒子を分散複合化してなる複合材料に
関する。
【０００２】
【従来の技術】金属材料中にセラミックス等の粒子を分
散した複合材料は、粒子分散型複合材料と呼ばれてい
る。粒子分散の複合材料とする目的は、分散する粒子の
粒径，形状，硬さ等により異なるが、通常はマトリック
ス金属の耐摩耗性や耐熱性を改善する場合が多い。時に
は分散させる粒子の径や量により、剛性や疲労限や引張
強さ等の性質を改善する場合もある。この粒子分散型複
合材料の製造方法に関し、次のような従来技術が知られ
ている。たとえば、ＳｉＣ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
複合材料とするコンポキャスト法がある。また、粉末冶
金法として、ＳｉＣなどの粒子と、Ａｌ合金等の粉末と
を混合し、静水圧圧縮や焼結，熱間押出し等の工程によ
り複合材料とする方法がある。さらにメカニカルアロイ
ング法としてＳｉＣなどの粒子と、Ａｌ合金等の粉末と
を混合し、これに冷間や熱間で機械的攪拌を与えて、合
金粉末中にＳｉＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材
料とする方法がある。この粉末冶金法やメカニカルアロ
イング法では、マトリックス金属として純Ａｌまたは展
伸用Ａｌ合金を用いる場合が多い。またこの方法は、合
金粉末を使用し、それが高価であるため完成品のコスト
が高いこと、完成品を得るまでの工程が多くかかるこ
と、素材製造の最終工程が押し出し加工であるため完成
品形状が単純なものに限られること等の欠点もある。一
方、マトリックス金属として鋳造用Ａｌ合金も用いられ
るが、これは粉末冶金法やメカニカルアロイング法にも
適用可能ではあるが、基本的に鋳造法の範疇に入るコン
ポキャスト法がよく適用されており、扱い易い。
散した複合材料は、粒子分散型複合材料と呼ばれてい
る。粒子分散の複合材料とする目的は、分散する粒子の
粒径，形状，硬さ等により異なるが、通常はマトリック
ス金属の耐摩耗性や耐熱性を改善する場合が多い。時に
は分散させる粒子の径や量により、剛性や疲労限や引張
強さ等の性質を改善する場合もある。この粒子分散型複
合材料の製造方法に関し、次のような従来技術が知られ
ている。たとえば、ＳｉＣ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
複合材料とするコンポキャスト法がある。また、粉末冶
金法として、ＳｉＣなどの粒子と、Ａｌ合金等の粉末と
を混合し、静水圧圧縮や焼結，熱間押出し等の工程によ
り複合材料とする方法がある。さらにメカニカルアロイ
ング法としてＳｉＣなどの粒子と、Ａｌ合金等の粉末と
を混合し、これに冷間や熱間で機械的攪拌を与えて、合
金粉末中にＳｉＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材
料とする方法がある。この粉末冶金法やメカニカルアロ
イング法では、マトリックス金属として純Ａｌまたは展
伸用Ａｌ合金を用いる場合が多い。またこの方法は、合
金粉末を使用し、それが高価であるため完成品のコスト
が高いこと、完成品を得るまでの工程が多くかかるこ
と、素材製造の最終工程が押し出し加工であるため完成
品形状が単純なものに限られること等の欠点もある。一
方、マトリックス金属として鋳造用Ａｌ合金も用いられ
るが、これは粉末冶金法やメカニカルアロイング法にも
適用可能ではあるが、基本的に鋳造法の範疇に入るコン
ポキャスト法がよく適用されており、扱い易い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】鋳造用Ａｌ合金をマト
リックスとした粒子分散型複合材料は、マトリックス合
金が展伸用Ａｌ合金に比べ耐摩耗性に優れているため、
複合材料とした場合も耐摩耗性に優れている。しかし、
添加した粒子の硬度が高い場合は、これと接触する相手
部材を摩耗させてしまうことがある。すなわち、図４
（ａ）に示すようにマトリックスとなる素地のＡｌ合金
１０にセラミックス粒子５と共晶Ｓｉ１３とが分散して
いる場合、Ａｌ合金１０の部分は軟かく、相手部材との
接触で摩耗され易い。しかしセラミックス粒子５は硬い
ので摩耗され難く、その結果、同図（ｂ）に示すように
セラミックス粒子５が表面から、より多く突出した状態
となる（摩耗部分を鎖線で示す）。そのため、突出した
セラミックス粒子５によって相手部材を摩耗させてしま
うことになる。
リックスとした粒子分散型複合材料は、マトリックス合
金が展伸用Ａｌ合金に比べ耐摩耗性に優れているため、
複合材料とした場合も耐摩耗性に優れている。しかし、
添加した粒子の硬度が高い場合は、これと接触する相手
部材を摩耗させてしまうことがある。すなわち、図４
（ａ）に示すようにマトリックスとなる素地のＡｌ合金
１０にセラミックス粒子５と共晶Ｓｉ１３とが分散して
いる場合、Ａｌ合金１０の部分は軟かく、相手部材との
接触で摩耗され易い。しかしセラミックス粒子５は硬い
ので摩耗され難く、その結果、同図（ｂ）に示すように
セラミックス粒子５が表面から、より多く突出した状態
となる（摩耗部分を鎖線で示す）。そのため、突出した
セラミックス粒子５によって相手部材を摩耗させてしま
うことになる。
【０００４】この対策として、複合材料表面に耐摩耗性
のあるアルマイト皮膜を形成することが考えられるが、
鋳造用Ａｌ合金はＳｉを含有するものが多く、アルマイ
ト処理をおこなうと、表面が灰色から灰黒色、さらに黒
色となり好まれない。また合金成分中にＳｉ含有率が４
％程度を越えると、共晶Ｓｉが表面に現われる率が増
え、アルマイト皮膜が形成できない部分が多くなるなど
の問題点がある。一方、鋳造用Ａｌ合金は通常Ｃｕ，Ｍ
ｇ，Ｚｎ，Ｆｅ等の元素の含有率が展伸用Ａｌ合金より
多く、アルマイト処理を行わなくても熱処理で硬度がえ
られるなどの理由で、鋳造用Ａｌ合金をマトリックスと
した粒子分散型複合材料にアルマイト処理を施した例は
ない。本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、前
記問題点を解消した粒子分散型複合材料を提供すること
を目的とする。
のあるアルマイト皮膜を形成することが考えられるが、
鋳造用Ａｌ合金はＳｉを含有するものが多く、アルマイ
ト処理をおこなうと、表面が灰色から灰黒色、さらに黒
色となり好まれない。また合金成分中にＳｉ含有率が４
％程度を越えると、共晶Ｓｉが表面に現われる率が増
え、アルマイト皮膜が形成できない部分が多くなるなど
の問題点がある。一方、鋳造用Ａｌ合金は通常Ｃｕ，Ｍ
ｇ，Ｚｎ，Ｆｅ等の元素の含有率が展伸用Ａｌ合金より
多く、アルマイト処理を行わなくても熱処理で硬度がえ
られるなどの理由で、鋳造用Ａｌ合金をマトリックスと
した粒子分散型複合材料にアルマイト処理を施した例は
ない。本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、前
記問題点を解消した粒子分散型複合材料を提供すること
を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、鋳造用Ａｌ合金をマトリックスとし、セラミックス
粒子を分散してなる複合材料の表面に、アルマイト皮膜
を形成した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。本発明によって耐摩耗性が良好とな
り、相手部材に対する攻撃性が減少した。
は、鋳造用Ａｌ合金をマトリックスとし、セラミックス
粒子を分散してなる複合材料の表面に、アルマイト皮膜
を形成した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。本発明によって耐摩耗性が良好とな
り、相手部材に対する攻撃性が減少した。
【０００６】
〔実施例１〕本発明では、マトリックスとして鋳造用Ａ
ｌ合金を用いる。即ちこのＡｌ合金はＳｉ：２．０〜１
４．０ｍａｓｓ％，Ｃｕ：１．０〜５．０ｍａｓｓ％，
Ｍｇ：５．０ｍａｓｓ％以下を含み、Ｆｅ，Ｚｎ，Ｎｉ
の合計が７．０ｍａｓｓ％以下である鋳造用Ａｌ合金を
用いる。Ｓｉを前記範囲としたのは耐摩耗性の向上やＭ
ｇとともに強度をあげ、また巣の発生を抑えるようにし
たもので、２．０％未満ではその効果がなく、１４．０
％を超えると初晶Ｓｉが多くなり好ましくない。またＣ
ｕはＡｌとともに強度をあげるためのもので、１．０％
未満では、その効果がなく、５．０％を超えると粗大な
Ａｌ2 Ｃｕが析出し脆くなる。さらにＭｇは５．０％を
超えると粗大なＭｇ2 Ｓｉを析出し脆くなる。同様にＦ
ｅ，Ｚｎ，Ｎｉの合計が７．０％を超えると脆くなり好
ましくない。なお、用いられる鋳造用Ａｌ合金として、
ＪＩＳ Ｈ５２０２ アルミニウム合金鋳物があるが、
このうちＪＩＳ ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４Ｄ，ＡＣ８Ａ，ＡＣ
８Ｂなどが好ましい。セラミックス粒子としては、たと
えばＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3 などが
あり、要求される性質，機能などに応じて最も好ましい
ものを用いる。またセラミックス粒子の粒径，添加量も
同様に複合材料として要求される仕様に応じて適宜決定
して採用する。図２はコンポキャスト法による製造要領
を示す。まずヒーター１で加熱されるルツボ２内に前記
鋳造用Ａｌ合金を収容し、所定時間加熱して溶解する。
そして得られた溶湯３のなかに所定仕様の前記セラミッ
クス粒子５を添加装置４より所定量添加し、攪拌棒６に
より回転攪拌を加え、溶湯３中にセラミックス粒子５を
均一に分散させる。そして、この溶湯を所定の鋳型に鋳
込めばよい。次に、上記により得られた部材に慣用され
ているアルマイト処理（陽極酸化法）により、表面にア
ルマイト皮膜（陽極酸化皮膜）を形成すればよい。
ｌ合金を用いる。即ちこのＡｌ合金はＳｉ：２．０〜１
４．０ｍａｓｓ％，Ｃｕ：１．０〜５．０ｍａｓｓ％，
Ｍｇ：５．０ｍａｓｓ％以下を含み、Ｆｅ，Ｚｎ，Ｎｉ
の合計が７．０ｍａｓｓ％以下である鋳造用Ａｌ合金を
用いる。Ｓｉを前記範囲としたのは耐摩耗性の向上やＭ
ｇとともに強度をあげ、また巣の発生を抑えるようにし
たもので、２．０％未満ではその効果がなく、１４．０
％を超えると初晶Ｓｉが多くなり好ましくない。またＣ
ｕはＡｌとともに強度をあげるためのもので、１．０％
未満では、その効果がなく、５．０％を超えると粗大な
Ａｌ2 Ｃｕが析出し脆くなる。さらにＭｇは５．０％を
超えると粗大なＭｇ2 Ｓｉを析出し脆くなる。同様にＦ
ｅ，Ｚｎ，Ｎｉの合計が７．０％を超えると脆くなり好
ましくない。なお、用いられる鋳造用Ａｌ合金として、
ＪＩＳ Ｈ５２０２ アルミニウム合金鋳物があるが、
このうちＪＩＳ ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４Ｄ，ＡＣ８Ａ，ＡＣ
８Ｂなどが好ましい。セラミックス粒子としては、たと
えばＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，Ａｌ2Ｏ3 などが
あり、要求される性質，機能などに応じて最も好ましい
ものを用いる。またセラミックス粒子の粒径，添加量も
同様に複合材料として要求される仕様に応じて適宜決定
して採用する。図２はコンポキャスト法による製造要領
を示す。まずヒーター１で加熱されるルツボ２内に前記
鋳造用Ａｌ合金を収容し、所定時間加熱して溶解する。
そして得られた溶湯３のなかに所定仕様の前記セラミッ
クス粒子５を添加装置４より所定量添加し、攪拌棒６に
より回転攪拌を加え、溶湯３中にセラミックス粒子５を
均一に分散させる。そして、この溶湯を所定の鋳型に鋳
込めばよい。次に、上記により得られた部材に慣用され
ているアルマイト処理（陽極酸化法）により、表面にア
ルマイト皮膜（陽極酸化皮膜）を形成すればよい。
【０００７】図１は前記処理によって得られた複合材料
の断面を示す。アルマイト皮膜１５は、図１（ａ）に示
すようにセラミックス粒子５と共晶Ｓｉ１３とが分散し
ているＡｌ合金１０の表面を被覆している。このように
処理した複合材料は、アルマイト処理によって皮膜のな
い同じ仕様のものに比較して、相手部材との接触でも摩
耗が少ない。またセラミックス粒子５はアルマイト皮膜
１５より更に硬く、摩耗が少ないため、図１（ｂ）の状
態から図１（ｃ）に示す状態となり、表面に露出してい
るセラミックス粒子の量Ｓは、アルマイト皮膜を形成し
ていない従来の図４（ｂ）の場合より少ない。そのため
複合材料自身の耐摩耗性が改善されると同時に、相手部
材を摩耗させる程度も少なくなる。図３はＡＣ８Ａ Ａ
ｌ合金に、５μm のＳｉＣ粒子を分散複合した材料であ
って、Ｔ６処理を施したものについての摩耗試験結果を
示す。ＳｉＣ粒子添加量が０〜１０％程度までは、アル
マイト処理を施すことにより、複合材料自身の耐摩性が
改善されている。添加量が１０％を超え、１５％となる
と殆ど差が僅かとなる。また、図示は省略したが、アル
マイト処理材とすることによって相手部材への攻撃性も
減少している。
の断面を示す。アルマイト皮膜１５は、図１（ａ）に示
すようにセラミックス粒子５と共晶Ｓｉ１３とが分散し
ているＡｌ合金１０の表面を被覆している。このように
処理した複合材料は、アルマイト処理によって皮膜のな
い同じ仕様のものに比較して、相手部材との接触でも摩
耗が少ない。またセラミックス粒子５はアルマイト皮膜
１５より更に硬く、摩耗が少ないため、図１（ｂ）の状
態から図１（ｃ）に示す状態となり、表面に露出してい
るセラミックス粒子の量Ｓは、アルマイト皮膜を形成し
ていない従来の図４（ｂ）の場合より少ない。そのため
複合材料自身の耐摩耗性が改善されると同時に、相手部
材を摩耗させる程度も少なくなる。図３はＡＣ８Ａ Ａ
ｌ合金に、５μm のＳｉＣ粒子を分散複合した材料であ
って、Ｔ６処理を施したものについての摩耗試験結果を
示す。ＳｉＣ粒子添加量が０〜１０％程度までは、アル
マイト処理を施すことにより、複合材料自身の耐摩性が
改善されている。添加量が１０％を超え、１５％となる
と殆ど差が僅かとなる。また、図示は省略したが、アル
マイト処理材とすることによって相手部材への攻撃性も
減少している。
【０００８】具体例１ ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、５μm のＳｉＣ粒子を５ｍａ
ｓｓ％分散した、粒子分散複合材料をコンポキャスト法
により製造し、それを素材としてバルブリテーナを製作
した。表面にはアルマイト処理を施した。このバルブリ
テーナについて、アルマイト処理を施していないものと
同一の実機状態で、動作試験を行った。その結果アルマ
イト処理実施品の方が自身の摩耗量が少なく、接触部品
であるコッタピンの摩耗量も少なかった。 具体例２ ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、５μm のＳｉＣ粒子を１０ｍ
ａｓｓ％分散した、粒子分散複合材料をコンポキャスト
法により製造し、それを素材としてブレーキディスクを
製作した。表面にはアルマイト処理を施した。このブレ
ーキディスクについて、アルマイト処理を施していない
ものと同一条件で摩耗試験を行った。その結果アルマイ
ト処理実施品の方が、摩耗量は少なかった。
ｓｓ％分散した、粒子分散複合材料をコンポキャスト法
により製造し、それを素材としてバルブリテーナを製作
した。表面にはアルマイト処理を施した。このバルブリ
テーナについて、アルマイト処理を施していないものと
同一の実機状態で、動作試験を行った。その結果アルマ
イト処理実施品の方が自身の摩耗量が少なく、接触部品
であるコッタピンの摩耗量も少なかった。 具体例２ ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、５μm のＳｉＣ粒子を１０ｍ
ａｓｓ％分散した、粒子分散複合材料をコンポキャスト
法により製造し、それを素材としてブレーキディスクを
製作した。表面にはアルマイト処理を施した。このブレ
ーキディスクについて、アルマイト処理を施していない
ものと同一条件で摩耗試験を行った。その結果アルマイ
ト処理実施品の方が、摩耗量は少なかった。
【発明の効果】本発明に係る粒子分散型複合材料によれ
ば、耐摩耗性を改善するとともに、これに接触する相手
部材を摩耗させる攻撃性を減少させることができた。
ば、耐摩耗性を改善するとともに、これに接触する相手
部材を摩耗させる攻撃性を減少させることができた。
【図１】本発明に係る材料の摩耗状態を説明する図で、
同図（ａ）はその断面説明図、同図（ｂ）はその一部を
拡大して示す説明図、同図（ｃ）は摩耗した状態の説明
図である。
同図（ａ）はその断面説明図、同図（ｂ）はその一部を
拡大して示す説明図、同図（ｃ）は摩耗した状態の説明
図である。
【図２】本発明における材料の製造要領の説明図であ
る。
る。
【図３】本発明に係る材料と従来の材料との摩耗状態を
比較して説明する図である。
比較して説明する図である。
【図４】従来の材料の摩耗状態を説明する図で、同図
（ａ）はその断面説明図、同図（ｂ）は摩耗した状態を
拡大して示す図である。
（ａ）はその断面説明図、同図（ｂ）は摩耗した状態を
拡大して示す図である。
２ ルツボ ３ 溶湯 ５ セラミックス粒子 １０ Ａｌ合金 １５ アルマイト皮膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１０月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (3)
- 【請求項１】 鋳造用Ａｌ合金をマトリックスとし、セ
ラミックス粒子を分散してなる複合材料の表面に、アル
マイト皮膜を形成したことを特徴とする粒子分散型複合
材料。 - 【請求項２】 マトリックスとなるＡｌ合金が、ｍａｓ
ｓ％で、Ｓｉ：２．０〜１４．０％，Ｃｕ：１．０〜
５．０％，Ｍｇ：５．０％以下、ＦｅとＺｎとＮｉの合
計が７．０％以下となる鋳造用Ａｌ合金であることを特
徴とする請求項１に記載の粒子分散型複合材料。 - 【請求項３】 分散するセラミックス粒子を１５ｍａｓ
ｓ％以下添加したことを特徴とする請求項１に記載の粒
子分散型複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5154897A JPH0711491A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 粒子分散型複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5154897A JPH0711491A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 粒子分散型複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0711491A true JPH0711491A (ja) | 1995-01-13 |
Family
ID=15594354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5154897A Pending JPH0711491A (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | 粒子分散型複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0711491A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003064428A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-05 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合部材 |
| JP2006037224A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-02-09 | Kurimoto Ltd | アルミニウム複合材の熱処理方法 |
| WO2020023153A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Aluminum-alloy composite suitable for anodization |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP5154897A patent/JPH0711491A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003064428A (ja) * | 2001-08-27 | 2003-03-05 | Taiheiyo Cement Corp | 金属−セラミックス複合部材 |
| JP2006037224A (ja) * | 2004-06-22 | 2006-02-09 | Kurimoto Ltd | アルミニウム複合材の熱処理方法 |
| WO2020023153A1 (en) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | Microsoft Technology Licensing, Llc | Aluminum-alloy composite suitable for anodization |
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