JPH07258771A - 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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- JPH07258771A JPH07258771A JP7818694A JP7818694A JPH07258771A JP H07258771 A JPH07258771 A JP H07258771A JP 7818694 A JP7818694 A JP 7818694A JP 7818694 A JP7818694 A JP 7818694A JP H07258771 A JPH07258771 A JP H07258771A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接触する相手部材を摩耗させる性質（攻撃
性）の少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、これにセラミックス粒子を均一に分散した複合材料
において、前記セラミックス粒子に非尖状粒子を用いた
ことを特徴とする粒子分散型複合材料である。
性）の少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、これにセラミックス粒子を均一に分散した複合材料
において、前記セラミックス粒子に非尖状粒子を用いた
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Ａｌ合金中に、セラミッ
クス粒子を均一に分散複合化してなる複合材料に関す
る。
クス粒子を均一に分散複合化してなる複合材料に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】セラミックス等の粒子を分散した複合材
料に関し、次のような従来技術が知られている。セラミ
ックス等（例えばＳｉＣやＣ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
を加えて複合材料とするコンポキャスト法がある。また
セラミックス等の粒子をＡｌ合金等の粉末に混合し、等
方静水圧圧縮，焼結，熱間押出しなどの工程により複合
材料とする粉末冶金法がある。さらにセラミックス等の
粒子とＡｌ合金等の粉末とを混合し、これに冷間や熱間
で機械式撹拌を与え、合金粉末中にセラミックス等の粒
子を練込み、複合材料とするメカニカルアロイング法が
ある。金属材料中にセラミックス等の粒子を分散した複
合材料においては、分散させる粒子径は０．１〜５０μ
m 程度の場合が多い。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疲労限，引張強さ，ヤン
グ率，耐摩耗性，耐熱性等の改善である。一般的に分散
させる粒子径が１μm 未満の場合は、疲労限や引張強さ
やヤング率等の性質の改善を目的とし、粒子径が１μm
を越える場合は、ヤング率や耐摩耗性や耐熱性等の改善
を目的とするケースが多い。
料に関し、次のような従来技術が知られている。セラミ
ックス等（例えばＳｉＣやＣ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
を加えて複合材料とするコンポキャスト法がある。また
セラミックス等の粒子をＡｌ合金等の粉末に混合し、等
方静水圧圧縮，焼結，熱間押出しなどの工程により複合
材料とする粉末冶金法がある。さらにセラミックス等の
粒子とＡｌ合金等の粉末とを混合し、これに冷間や熱間
で機械式撹拌を与え、合金粉末中にセラミックス等の粒
子を練込み、複合材料とするメカニカルアロイング法が
ある。金属材料中にセラミックス等の粒子を分散した複
合材料においては、分散させる粒子径は０．１〜５０μ
m 程度の場合が多い。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疲労限，引張強さ，ヤン
グ率，耐摩耗性，耐熱性等の改善である。一般的に分散
させる粒子径が１μm 未満の場合は、疲労限や引張強さ
やヤング率等の性質の改善を目的とし、粒子径が１μm
を越える場合は、ヤング率や耐摩耗性や耐熱性等の改善
を目的とするケースが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記粉末冶金法や前記
メカニカルアロイング法は、純Ａｌまたは展伸用Ａｌ合
金を使用する場合が多く、この合金粉末は高価であるた
め、完成品のコストが高く、また、複合材料を得るまで
の工程が多くかかるという欠点がある。さらに素材製造
の最終工程が押出し加工となるため、完成品形状が単純
なものに限られてしまう。鋳造用Ａｌ合金においては、
合金成分中のＳｉ含有率を徐々に増加させて行くと、４
％程度を越えるあたりから共晶Ｓｉの晶出率が増え、１
２％を越えるあたりから共晶Ｓｉに加え初晶Ｓｉの粗大
晶が晶出し始め、これらが硬いためＡｌ合金全体として
の耐摩耗性を改善することができる。しかしセラミック
ス粒子は前述のＳｉ結晶より硬いため、それらを分散複
合した材料の方がさらに耐摩耗性が優れたものにでき
る。例えばＳｉ結晶の硬さがＨv ５００程度であるのに
対し、ＳｉＣはＨv ２５００〜３０００，Ｓｉ3 Ｎ4 は
Ｈv １７００〜２７００程度である。ところが、添加し
たセラミックス粒子は硬く耐摩耗性は改善できるが、そ
の硬さのため形状が尖状である場合、接触する相手部材
を摩耗させてしまうことがある。粒子分散型複合材料の
相手部材を摩耗させるメカニズムを、図７に示す。マト
リックスのＡｌ合金部１０は軟らかく、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１１は硬い
ので摩耗され難く、その結果セラミックス粒子１１は図
７（ａ）から同図（ｂ）のように、Ａｌ合金部１０の摩
耗により、相対的に外へ出た形となる。一部が外に出た
セラミックス粒子１１で特に形状が尖状であると、接触
する相手部材を摩耗させてしまうことになる。なお、１
２はＳｉ結晶であり、ｈはＡｌ合金部１０の摩耗量を示
す。図４はＡＣ８Ａ Ａｌ合金に、平均粒子径が５μm
の尖状ＳｉＣ粒子を分散した複合材料の２００倍に拡大
した金属組織を示す。Ａｌ合金マトリックスの白い地
に、灰色の粒状の共晶Ｓｉ結晶が分散し、この間に黒い
尖状のＳｉ粒子が分散している様子が判る。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
た非尖状粒子を分散してなる複合材料を提供することを
目的とする。
メカニカルアロイング法は、純Ａｌまたは展伸用Ａｌ合
金を使用する場合が多く、この合金粉末は高価であるた
め、完成品のコストが高く、また、複合材料を得るまで
の工程が多くかかるという欠点がある。さらに素材製造
の最終工程が押出し加工となるため、完成品形状が単純
なものに限られてしまう。鋳造用Ａｌ合金においては、
合金成分中のＳｉ含有率を徐々に増加させて行くと、４
％程度を越えるあたりから共晶Ｓｉの晶出率が増え、１
２％を越えるあたりから共晶Ｓｉに加え初晶Ｓｉの粗大
晶が晶出し始め、これらが硬いためＡｌ合金全体として
の耐摩耗性を改善することができる。しかしセラミック
ス粒子は前述のＳｉ結晶より硬いため、それらを分散複
合した材料の方がさらに耐摩耗性が優れたものにでき
る。例えばＳｉ結晶の硬さがＨv ５００程度であるのに
対し、ＳｉＣはＨv ２５００〜３０００，Ｓｉ3 Ｎ4 は
Ｈv １７００〜２７００程度である。ところが、添加し
たセラミックス粒子は硬く耐摩耗性は改善できるが、そ
の硬さのため形状が尖状である場合、接触する相手部材
を摩耗させてしまうことがある。粒子分散型複合材料の
相手部材を摩耗させるメカニズムを、図７に示す。マト
リックスのＡｌ合金部１０は軟らかく、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１１は硬い
ので摩耗され難く、その結果セラミックス粒子１１は図
７（ａ）から同図（ｂ）のように、Ａｌ合金部１０の摩
耗により、相対的に外へ出た形となる。一部が外に出た
セラミックス粒子１１で特に形状が尖状であると、接触
する相手部材を摩耗させてしまうことになる。なお、１
２はＳｉ結晶であり、ｈはＡｌ合金部１０の摩耗量を示
す。図４はＡＣ８Ａ Ａｌ合金に、平均粒子径が５μm
の尖状ＳｉＣ粒子を分散した複合材料の２００倍に拡大
した金属組織を示す。Ａｌ合金マトリックスの白い地
に、灰色の粒状の共晶Ｓｉ結晶が分散し、この間に黒い
尖状のＳｉ粒子が分散している様子が判る。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
た非尖状粒子を分散してなる複合材料を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は請求項１に記載の鋳造用Ａｌ合金をマトリックスと
し、これにセラミックス粒子を均一に分散した複合材料
において、前記セラミックス粒子に非尖状粒子を用いた
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。本発明によれば、摩耗について接触する相手部
材への攻撃性が低く抑えられる。
は請求項１に記載の鋳造用Ａｌ合金をマトリックスと
し、これにセラミックス粒子を均一に分散した複合材料
において、前記セラミックス粒子に非尖状粒子を用いた
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。本発明によれば、摩耗について接触する相手部
材への攻撃性が低く抑えられる。
【０００５】粒子分散型複合材料の製造について、鋳造
用Ａｌ合金を使用する場合には、基本的に鋳造法の範疇
に入るコンポキャスト法が適している。すなわち、この
方法は鋳造法で複合材料が製造できるので低コストであ
るとともに、重力または加圧を利用し、複雑形状部品や
大型部品を製造することができる。本発明では、この方
法を適用するものであり、図２にその要領を示す。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、撹拌棒６により回転撹拌
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。
用Ａｌ合金を使用する場合には、基本的に鋳造法の範疇
に入るコンポキャスト法が適している。すなわち、この
方法は鋳造法で複合材料が製造できるので低コストであ
るとともに、重力または加圧を利用し、複雑形状部品や
大型部品を製造することができる。本発明では、この方
法を適用するものであり、図２にその要領を示す。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、撹拌棒６により回転撹拌
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。
【０００６】マトリックス用Ａｌ合金としては鋳造用Ａ
ｌ合金、たとえばＪＩＳ ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４Ｄ，ＡＣ８
Ａ等を用いる。添加する強化用粒子としては、たとえば
ＳｉＯ2 ，ＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 などの酸化物，炭化物，
窒化物等のセラミックスを用いることができる。これら
素材によって自身の耐摩耗性を改善しながら、接触する
相手部材を摩耗させ難く、攻撃性の少ない複合材料とす
るため、分散複合する前記粒子形状を、球状あるいは表
面に尖状部分のない、すなわち非尖状の形態からなる粒
子を用いる。
ｌ合金、たとえばＪＩＳ ＡＣ４Ｃ，ＡＣ４Ｄ，ＡＣ８
Ａ等を用いる。添加する強化用粒子としては、たとえば
ＳｉＯ2 ，ＳｉＣ，Ｓｉ3 Ｎ4 などの酸化物，炭化物，
窒化物等のセラミックスを用いることができる。これら
素材によって自身の耐摩耗性を改善しながら、接触する
相手部材を摩耗させ難く、攻撃性の少ない複合材料とす
るため、分散複合する前記粒子形状を、球状あるいは表
面に尖状部分のない、すなわち非尖状の形態からなる粒
子を用いる。
【０００７】
【外１】
【０００８】本発明に係る複合材料を用いることによ
り、図１（ａ）の状態のものが、マトリックスのＡｌ合
金の摩耗後において図１（ｂ）のようになるが、外に露
出した粒子２１の部分が丸味を帯びているため、相手部
材に対し攻撃性が少なく、相手部材を摩耗させることが
少ない。なお、複合材料自身の耐摩耗性は、尖状粒子か
非尖状粒子に拘らずいずれの場合も、ほぼ同程度であ
る。図３にＡＣ８Ａ Ａｌ合金に平均粒子径が１０μm
の非尖状粒子の粒状ＳｉＣ粒子を分散した複合材料の２
００倍に拡大した金属組織を示す。尖った部分のない黒
い粒状のＳｉＣ粒子が分散している。
り、図１（ａ）の状態のものが、マトリックスのＡｌ合
金の摩耗後において図１（ｂ）のようになるが、外に露
出した粒子２１の部分が丸味を帯びているため、相手部
材に対し攻撃性が少なく、相手部材を摩耗させることが
少ない。なお、複合材料自身の耐摩耗性は、尖状粒子か
非尖状粒子に拘らずいずれの場合も、ほぼ同程度であ
る。図３にＡＣ８Ａ Ａｌ合金に平均粒子径が１０μm
の非尖状粒子の粒状ＳｉＣ粒子を分散した複合材料の２
００倍に拡大した金属組織を示す。尖った部分のない黒
い粒状のＳｉＣ粒子が分散している。
【０００９】
1) ＪＩＳ ＡＣ８Ａ合金に、５μm の粒状ＳｉＣ粒
子を５ｍａｓｓ％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。このバルブリテーナについて、実機状
態で動作試験を行った。その結果、尖状ＳｉＣ粒子分散
バルブリテーナに比べ、接触部品であるコッタおよびス
プリングの摩耗量は少なかった。ここでコッタはＪＩＳ
ＳＷＲＨ材で硬さは約Ｈｖ４００、スプリングはＪＩ
Ｓ ＳＷＯＣＶ材で硬さは約Ｈｖ４５０である。 2) ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ合金に、５μm の粒状ＳｉＣ粒
子を１０ｍａｓｓ％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。このブレーキディスクについて、
摩耗試験を行った。その結果、尖状ＳｉＣ粒子分散ブレ
ーキディスクに比べ、それと接触するブレーキパッドの
摩耗量は少なかった。ここでブレーキパッドは例えば、
摩擦摩耗調整材としてゴム，ＭｏＳ2 ，Ｃ，ＢａＳ
Ｏ4 ，ＣａＣＯ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，繊維材として黄銅繊
維，ガラス繊維，アラミド繊維，結合材としてフェノー
ル樹脂，エポキシ樹脂等で構成されている。
子を５ｍａｓｓ％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。このバルブリテーナについて、実機状
態で動作試験を行った。その結果、尖状ＳｉＣ粒子分散
バルブリテーナに比べ、接触部品であるコッタおよびス
プリングの摩耗量は少なかった。ここでコッタはＪＩＳ
ＳＷＲＨ材で硬さは約Ｈｖ４００、スプリングはＪＩ
Ｓ ＳＷＯＣＶ材で硬さは約Ｈｖ４５０である。 2) ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ合金に、５μm の粒状ＳｉＣ粒
子を１０ｍａｓｓ％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。このブレーキディスクについて、
摩耗試験を行った。その結果、尖状ＳｉＣ粒子分散ブレ
ーキディスクに比べ、それと接触するブレーキパッドの
摩耗量は少なかった。ここでブレーキパッドは例えば、
摩擦摩耗調整材としてゴム，ＭｏＳ2 ，Ｃ，ＢａＳ
Ｏ4 ，ＣａＣＯ3 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，繊維材として黄銅繊
維，ガラス繊維，アラミド繊維，結合材としてフェノー
ル樹脂，エポキシ樹脂等で構成されている。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば粒子分散型Ａｌ合金にお
いて、その耐熱性，耐摩耗性，ヤング率，疲労限，引張
強さ等が改善できるとともに、接触する相手部材への攻
撃性を低く抑えることができる。また本発明は鋳造法に
よるので、複雑形状部分や大型部品に適用できる。
いて、その耐熱性，耐摩耗性，ヤング率，疲労限，引張
強さ等が改善できるとともに、接触する相手部材への攻
撃性を低く抑えることができる。また本発明は鋳造法に
よるので、複雑形状部分や大型部品に適用できる。
【図１】本発明に係る複合材料の摩耗状態を説明する図
で、同図（ａ）は摩耗前、同図（ｂ）は摩耗後の状態を
示す。
で、同図（ａ）は摩耗前、同図（ｂ）は摩耗後の状態を
示す。
【図２】本発明に用いる複合材料の製造要領を説明する
図である。
図である。
【図３】本発明に係る複合材料の金属組織で、図面に代
る写真である。
る写真である。
【図４】従来例の複合材料の金属組織で図面に代る写真
である。
である。
【図５】本発明におけるセラミックス粒子の形状の一例
を説明する図で、同図（ａ）はその全体を、同図（ｂ）
は先端の角部分を拡大した説明図である。
を説明する図で、同図（ａ）はその全体を、同図（ｂ）
は先端の角部分を拡大した説明図である。
【図６】従来例におけるセラミックス粒子の形状を説明
する図で、図５にそれぞれ対応する説明図である。
する図で、図５にそれぞれ対応する説明図である。
【図７】図１に対応する従来例の説明図である。
【符号の説明】 ２ ルツボ ３ 溶湯 ５ セラミックス粒子 ６ 撹拌棒 １０ Ａｌ合金部 １１ 尖状粒子 ２１ 非尖状粒子
Claims (3)
- 【請求項１】 鋳造用Ａｌ合金をマトリックスとし、こ
れにセラミックス粒子を均一に分散した複合材料におい
て、前記セラミックス粒子に非尖状粒子を用いたことを
特徴とする粒子分散型複合材料。 - 【請求項２】 前記非尖状粒子は、その表面に機械的な
破砕によって形成された尖った角部分のない、粒子であ
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】 前記非尖状粒子は、その断面において、
その尖状部分で形成される角が９０°以上であって、そ
の先端が円弧で形成され、その円弧の半径が、粒子半径
の 1／20より大であることを特徴とする請求項１又は請
求項２に記載の粒子分散型複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7818694A JPH07258771A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 粒子分散型複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7818694A JPH07258771A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 粒子分散型複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07258771A true JPH07258771A (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=13654954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7818694A Pending JPH07258771A (ja) | 1994-03-24 | 1994-03-24 | 粒子分散型複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07258771A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7600438B2 (en) * | 2004-09-30 | 2009-10-13 | Roche Molecular Systems, Inc. | Device and method for the adjustment of a temperature of a liquid |
-
1994
- 1994-03-24 JP JP7818694A patent/JPH07258771A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7600438B2 (en) * | 2004-09-30 | 2009-10-13 | Roche Molecular Systems, Inc. | Device and method for the adjustment of a temperature of a liquid |
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