JPH08104930A - 耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法 - Google Patents
耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法Info
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- JPH08104930A JPH08104930A JP26454794A JP26454794A JPH08104930A JP H08104930 A JPH08104930 A JP H08104930A JP 26454794 A JP26454794 A JP 26454794A JP 26454794 A JP26454794 A JP 26454794A JP H08104930 A JPH08104930 A JP H08104930A
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- F02F3/00—Pistons
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2201/00—Metals
- F05C2201/02—Light metals
- F05C2201/021—Aluminium
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/083—Nitrides
- F05C2203/0847—Nitrides of titanium
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 使用環境が２５０℃以上に達する場合であっ
ても耐摩耗性が確保される、主として自動車エンジンピ
ストン用耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法を提供す
る事、およびＴｉ−Ａｌ金属間化合物を含む緻密な硬質
部を一定範囲の面積占有率で有し、高温耐摩耗性に優れ
た耐摩耗性軽合金部材とその製造法を提供する。 【構成】 ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ２Ｏ３短繊維に配合
してプリフォームとし、該プリフォームにＡｌ合金溶湯
を含浸させつつクイズキャストする。またプリフォーム
中のＡｌ２Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホイスカの体積率
が、夫々８〜１５％および５〜１２％である。
ても耐摩耗性が確保される、主として自動車エンジンピ
ストン用耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法を提供す
る事、およびＴｉ−Ａｌ金属間化合物を含む緻密な硬質
部を一定範囲の面積占有率で有し、高温耐摩耗性に優れ
た耐摩耗性軽合金部材とその製造法を提供する。 【構成】 ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ２Ｏ３短繊維に配合
してプリフォームとし、該プリフォームにＡｌ合金溶湯
を含浸させつつクイズキャストする。またプリフォーム
中のＡｌ２Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホイスカの体積率
が、夫々８〜１５％および５〜１２％である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性複合軽合金部材
に関し、より詳しくは内燃機関用ピストン等の部分強化
用素材として適した耐摩耗性複合軽合金部材に関する。
に関し、より詳しくは内燃機関用ピストン等の部分強化
用素材として適した耐摩耗性複合軽合金部材に関する。
【０００２】
【従来技術と課題】従来、内燃機関就中自動車用などの
高速ディーゼル機関や高出力ガソリン機関に用いられる
軽合金製ピストンでは、トップリング溝の摩耗が激しか
った。そのためトップリング溝に鋳鉄製耐摩環を鋳ぐる
んだり、Ａｌ２Ｏ３短繊維等を用いてトップリング溝を
部分強化したりする等の対策が講じられていた。
高速ディーゼル機関や高出力ガソリン機関に用いられる
軽合金製ピストンでは、トップリング溝の摩耗が激しか
った。そのためトップリング溝に鋳鉄製耐摩環を鋳ぐる
んだり、Ａｌ２Ｏ３短繊維等を用いてトップリング溝を
部分強化したりする等の対策が講じられていた。
【０００３】ところがピストンのトップリング溝壁面の
温度が２５０℃以上となる場合、従来のＡｌ２Ｏ３短繊
維補強型のピストンでは耐摩耗性が不足する場合があ
り、益々高性能化する内燃機関の主要部品として問題点
となっていた。そこでＡｌ２Ｏ３短繊維とＴｉ金属粉末
とを組み合わせてなるプリフォームにＡｌまたはＡｌ合
金溶湯を含浸させつつスクイズキャストする耐摩耗性複
合軽合金部材が考え出された（特開平１−２３２１２
５）。
温度が２５０℃以上となる場合、従来のＡｌ２Ｏ３短繊
維補強型のピストンでは耐摩耗性が不足する場合があ
り、益々高性能化する内燃機関の主要部品として問題点
となっていた。そこでＡｌ２Ｏ３短繊維とＴｉ金属粉末
とを組み合わせてなるプリフォームにＡｌまたはＡｌ合
金溶湯を含浸させつつスクイズキャストする耐摩耗性複
合軽合金部材が考え出された（特開平１−２３２１２
５）。
【０００４】しかし、従来技術ではＴｉが金属粉末であ
ってＡｌ２Ｏ３短繊維との結合にバラツキが生じるた
め、硬質部の硬度が不均一となり要求にあわなかった。
ってＡｌ２Ｏ３短繊維との結合にバラツキが生じるた
め、硬質部の硬度が不均一となり要求にあわなかった。
【０００５】そこで本発明者等は鋭意研究の結果、Ｔｉ
金属粉末の代わりにＴｉＯ２ホイスカを用いる事により
この問題点を解決し得る事を知り、本発明に到達した。
金属粉末の代わりにＴｉＯ２ホイスカを用いる事により
この問題点を解決し得る事を知り、本発明に到達した。
【０００６】
【発明の目的】本発明の目的は使用環境が２５０℃以上
に達する場合であっても耐摩耗性が確保される耐摩耗性
複合軽合金部材とその製造法を提供するにある。
に達する場合であっても耐摩耗性が確保される耐摩耗性
複合軽合金部材とその製造法を提供するにある。
【０００７】本発明の他の目的はＴｉ−Ａｌ金属間化合
物を含む緻密な硬質部を一定範囲の面積占有率で有し、
高温耐摩耗性に優れた耐摩耗性軽合金部材とその製造法
を提供するにある。
物を含む緻密な硬質部を一定範囲の面積占有率で有し、
高温耐摩耗性に優れた耐摩耗性軽合金部材とその製造法
を提供するにある。
【０００８】
【発明の構成】本発明により、ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ
２Ｏ３短繊維に配合したプリフォームにＡｌ合金溶湯を
含浸させつつスクイズキャストした耐摩耗性複合軽合金
部材であって、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物を含む緻密な
硬質部の光学顕微鏡組織（倍率×１００）に占める面積
占有率が３０〜８０％である事を特徴とする耐摩耗性複
合軽合金部材（請求項１）、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物
がＴｉ３Ａｌ，ＴｉＡｌ，ＴｉＡｌ３の内いずれか１種
以上である請求項１に記載の耐摩耗性複合軽合金部材
（請求項２）、硬質部のマイクロヴィッカース硬度Ｈｖ
が１４０〜２５０である請求項１乃至請求項２の内いず
れか１項に記載の耐摩耗性複合軽合金部材（請求項
３）、ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ２Ｏ３短繊維に配合して
プリフォームとし、該プリフォームにＡｌ合金溶湯を含
浸させつつスクイズキャストする耐摩耗性複合軽合金部
材の製造法（請求項４）およびプリフォーム中のＡｌ２
Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホイスカの体積率が、夫々８
〜１５％および５〜１２％である請求項４に記載の耐摩
耗性複合軽合金部材の製造法（請求項５）が提供され
る。
２Ｏ３短繊維に配合したプリフォームにＡｌ合金溶湯を
含浸させつつスクイズキャストした耐摩耗性複合軽合金
部材であって、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物を含む緻密な
硬質部の光学顕微鏡組織（倍率×１００）に占める面積
占有率が３０〜８０％である事を特徴とする耐摩耗性複
合軽合金部材（請求項１）、Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物
がＴｉ３Ａｌ，ＴｉＡｌ，ＴｉＡｌ３の内いずれか１種
以上である請求項１に記載の耐摩耗性複合軽合金部材
（請求項２）、硬質部のマイクロヴィッカース硬度Ｈｖ
が１４０〜２５０である請求項１乃至請求項２の内いず
れか１項に記載の耐摩耗性複合軽合金部材（請求項
３）、ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ２Ｏ３短繊維に配合して
プリフォームとし、該プリフォームにＡｌ合金溶湯を含
浸させつつスクイズキャストする耐摩耗性複合軽合金部
材の製造法（請求項４）およびプリフォーム中のＡｌ２
Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホイスカの体積率が、夫々８
〜１５％および５〜１２％である請求項４に記載の耐摩
耗性複合軽合金部材の製造法（請求項５）が提供され
る。
【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。 （ＴｉＯ２ホイスカ）ＴｉＯ２ホイスカは平均長さ約５
〜３０μｍ、平均外径が約０．２〜０．６μｍ程度のも
のを使用する。また本発明ではＴｉＯ２はアナターゼ型
結晶のものを用いる事が重要である。これはアナターゼ
型結晶の方が他のルチル型結晶等のものに比して水の濾
過性すなわち脱水性に優れているので、プリォームの製
作性が良いからである。 （Ａｌ２Ｏ３短繊維）Ａｌ２Ｏ３短繊維は平均長さ約３
０〜３００μｍ、平均外径が約２〜１０μｍ程度のもの
を使用する。実際にはニチアス（社）製ルビール（商
標）ＰＸ−１（９５％Ａｌ２Ｏ３，５％ＳｉＯ２）等を
用いる。 （プリフォーム）プリフォームとは、Ａｌ２Ｏ３短繊維
とＴｉＯ２ホイスカを水中で混ぜ合わせてスラリとした
後、型に入れて真空吸引脱水し、型抜きした後、焼成し
た多孔質成形体である。成形体サイズは外径６０〜１２
０mm、高さ１０〜３０mm程度である。 （Ａｌ合金溶湯）本発明におけるＡｌ合金は例えばＪＩ
Ｓ−ＡＣ８Ａ，ＡＣ８Ｂ，ＡＣ９Ｂ等のＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系のＡｌ合金であって、これらはピスト
ン等に要求される耐熱膨張性、高温耐力等の特性を満た
すために採用される。
〜３０μｍ、平均外径が約０．２〜０．６μｍ程度のも
のを使用する。また本発明ではＴｉＯ２はアナターゼ型
結晶のものを用いる事が重要である。これはアナターゼ
型結晶の方が他のルチル型結晶等のものに比して水の濾
過性すなわち脱水性に優れているので、プリォームの製
作性が良いからである。 （Ａｌ２Ｏ３短繊維）Ａｌ２Ｏ３短繊維は平均長さ約３
０〜３００μｍ、平均外径が約２〜１０μｍ程度のもの
を使用する。実際にはニチアス（社）製ルビール（商
標）ＰＸ−１（９５％Ａｌ２Ｏ３，５％ＳｉＯ２）等を
用いる。 （プリフォーム）プリフォームとは、Ａｌ２Ｏ３短繊維
とＴｉＯ２ホイスカを水中で混ぜ合わせてスラリとした
後、型に入れて真空吸引脱水し、型抜きした後、焼成し
た多孔質成形体である。成形体サイズは外径６０〜１２
０mm、高さ１０〜３０mm程度である。 （Ａｌ合金溶湯）本発明におけるＡｌ合金は例えばＪＩ
Ｓ−ＡＣ８Ａ，ＡＣ８Ｂ，ＡＣ９Ｂ等のＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系のＡｌ合金であって、これらはピスト
ン等に要求される耐熱膨張性、高温耐力等の特性を満た
すために採用される。
【００１０】通常これらのＡｌ合金材料はインゴットの
状態で供給され、電気炉で溶解される。鋳造時の溶湯温
度は７００〜８００℃である。 （スクイズキャスト）先ず前記７００〜８００℃の溶湯
を金型に注湯し、油圧式の加圧プランジャによって３０
０〜１２００kgｆ／cm２の圧力で加圧し、溶湯が完全に
凝固する迄加圧を続ける。
状態で供給され、電気炉で溶解される。鋳造時の溶湯温
度は７００〜８００℃である。 （スクイズキャスト）先ず前記７００〜８００℃の溶湯
を金型に注湯し、油圧式の加圧プランジャによって３０
０〜１２００kgｆ／cm２の圧力で加圧し、溶湯が完全に
凝固する迄加圧を続ける。
【００１１】後工程で熱処理が可能で、より緻密な組織
の製品を作るために、ガスの巻き込みやブリスタの生じ
易いダイキャスト法よりもこのようなスクイズキャスト
法の方が適している。 （Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物）前記スクイズキャスト中に
Ａｌ合金溶湯がプリフォームに滲透し、プリフォーム中
のＴｉＯ２ホイスカの表面において次の反応によってＡ
ｌ−Ｔｉ金属間化合物が生成される。
の製品を作るために、ガスの巻き込みやブリスタの生じ
易いダイキャスト法よりもこのようなスクイズキャスト
法の方が適している。 （Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物）前記スクイズキャスト中に
Ａｌ合金溶湯がプリフォームに滲透し、プリフォーム中
のＴｉＯ２ホイスカの表面において次の反応によってＡ
ｌ−Ｔｉ金属間化合物が生成される。
【００１２】 ７Ａｌ＋３ＴｉＯ２→２Ａｌ２Ｏ３＋３ＴｉＡｌ…（１） １３Ａｌ＋３ＴｉＯ２→２Ａｌ２Ｏ３＋３ＴｉＡｌ３…（２） ５Ａｌ＋３ＴｉＯ２→２Ａｌ２Ｏ３＋Ｔｉ３Ａｌ…（３） これらのＴｉＡｌ，ＴｉＡｌ３，Ｔｉ３Ａｌの金属間化
合物はＸ線回折法によって同定された。 （硬質部）硬質部は、前記Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物を含
む、ＴｉＯ２ホイスカとＡｌ２Ｏ３短繊維のプリフォー
ムへＡｌ合金が浸透した組織であって、マトリックスで
あるＡｌ合金組織に比して、マイクロビッカース硬度Ｈ
ｖが２０〜１３０程度高い点で特徴的である。従って硬
質部のＨｖは１４０〜２５０となる。
合物はＸ線回折法によって同定された。 （硬質部）硬質部は、前記Ａｌ−Ｔｉ金属間化合物を含
む、ＴｉＯ２ホイスカとＡｌ２Ｏ３短繊維のプリフォー
ムへＡｌ合金が浸透した組織であって、マトリックスで
あるＡｌ合金組織に比して、マイクロビッカース硬度Ｈ
ｖが２０〜１３０程度高い点で特徴的である。従って硬
質部のＨｖは１４０〜２５０となる。
【００１３】硬質部の光学顕微鏡組織（倍率×１００）
は、先ずマトリックスが白っぽく見えるのに対して灰色
であり、硬度その他の物性がマトリックスと異なる（図
１参照）。
は、先ずマトリックスが白っぽく見えるのに対して灰色
であり、硬度その他の物性がマトリックスと異なる（図
１参照）。
【００１４】この硬質部を構成するプリフォームを電子
顕微鏡写真（倍率×１，０００）で詳細に観察すると図
２のようである。ここに図１はスクイズキャストした上
で熱処理溶体化処理後時効処理後の本発明実施例の光学
顕微鏡写真（倍率×１００）である。また図２は本発明
実施例のプリフォーム自体（Ａｌ合金浸透前）の電子顕
微鏡写真（倍率×１，０００）である。図２において、
幹状のＡｌ２Ｏ３短繊維に針状のＴｉＯ２ホイスカが絡
みついている状態が観察され、その部分にＡｌ合金溶浸
後Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物が生成されるものと思われ
る。この場合絡みついたＴｉＯ２は緻密な網状を呈する
ので単位重量当たりの表面積が極めて大きくなり、金属
間化合物生成反応を促進する。その結果、硬度がマトリ
ックスより高い硬質部が組織の顕微鏡視野に現われ、こ
れが従来のＴｉＯ２粉末を用いたＦＲＭに比して、耐摩
耗性で約５０％程度の著しい向上をもたらす。
顕微鏡写真（倍率×１，０００）で詳細に観察すると図
２のようである。ここに図１はスクイズキャストした上
で熱処理溶体化処理後時効処理後の本発明実施例の光学
顕微鏡写真（倍率×１００）である。また図２は本発明
実施例のプリフォーム自体（Ａｌ合金浸透前）の電子顕
微鏡写真（倍率×１，０００）である。図２において、
幹状のＡｌ２Ｏ３短繊維に針状のＴｉＯ２ホイスカが絡
みついている状態が観察され、その部分にＡｌ合金溶浸
後Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物が生成されるものと思われ
る。この場合絡みついたＴｉＯ２は緻密な網状を呈する
ので単位重量当たりの表面積が極めて大きくなり、金属
間化合物生成反応を促進する。その結果、硬度がマトリ
ックスより高い硬質部が組織の顕微鏡視野に現われ、こ
れが従来のＴｉＯ２粉末を用いたＦＲＭに比して、耐摩
耗性で約５０％程度の著しい向上をもたらす。
【００１５】比較例の電子顕微鏡写真（×１０００）で
ある図４ではＴｉＯ２ホイスカでなくＴｉＯ２粉末を用
いているのでこれが乾燥泥状になって幹状のＡｌ２Ｏ３
短繊維に付着している。従ってＡｌ合金溶浸後もミクロ
的な不連続部が残り、比較例の光学顕微鏡写真である図
３（倍率×１００）で見た場合、白いマトリックスの面
積占有率が大きく、本発明のような緻密な灰色の硬質部
が生じない。
ある図４ではＴｉＯ２ホイスカでなくＴｉＯ２粉末を用
いているのでこれが乾燥泥状になって幹状のＡｌ２Ｏ３
短繊維に付着している。従ってＡｌ合金溶浸後もミクロ
的な不連続部が残り、比較例の光学顕微鏡写真である図
３（倍率×１００）で見た場合、白いマトリックスの面
積占有率が大きく、本発明のような緻密な灰色の硬質部
が生じない。
【００１６】本発明ではこの硬質部の面積占有率が（倍
率×１００）の光学顕微鏡組織上３０〜８０％である事
が重要である。
率×１００）の光学顕微鏡組織上３０〜８０％である事
が重要である。
【００１７】この限定理由は次の通りである。
【００１８】先ず、硬質部面積占有率が３０％に達しな
いと本発明効果である耐摩耗性の向上が認められず、一
方８０％を越えるとプリフォームへのＡｌ合金の溶浸
抵抗が増大して浸透が困難となり、例えばピストン等の
場合製品補強部にラジアル方向の割れが生じたり、熱
膨張差によりＡｌ合金基材と複合部との境界面に周方向
の割れを生ずる他、全般に補強部が硬化して脆化する
傾向を生じ、切削加工が困難になる等の問題点を生じる
ので、本発明の硬質部面積占有率は３０〜８０％とし
た。
いと本発明効果である耐摩耗性の向上が認められず、一
方８０％を越えるとプリフォームへのＡｌ合金の溶浸
抵抗が増大して浸透が困難となり、例えばピストン等の
場合製品補強部にラジアル方向の割れが生じたり、熱
膨張差によりＡｌ合金基材と複合部との境界面に周方向
の割れを生ずる他、全般に補強部が硬化して脆化する
傾向を生じ、切削加工が困難になる等の問題点を生じる
ので、本発明の硬質部面積占有率は３０〜８０％とし
た。
【００１９】なお、本発明では硬質部のＨｖは１４０〜
２５０の範囲とした。その理由はＨｖが１４０に達しな
ければマトリックスの硬度と区別出来ないからであり、
また２５０を越えると硬くなり過ぎて脆化する傾向が生
じるからである。
２５０の範囲とした。その理由はＨｖが１４０に達しな
ければマトリックスの硬度と区別出来ないからであり、
また２５０を越えると硬くなり過ぎて脆化する傾向が生
じるからである。
【００２０】次に製造方法の発明（請求項４）について
詳述する。
詳述する。
【００２１】従来技術としては前述のとおりＴｉ金属粉
末とＡｌ２Ｏ３短繊維の組合せによるプリフォーム形成
とこれをスクイズキャスト法で以てＡｌ合金溶浸する耐
摩耗性複合軽合金部材の製造法は公知であるが、Ｔｉ金
属粉末に代えて本発明のようにＴｉＯ２ホイスカを用い
る製造法は未だ開示されていない。
末とＡｌ２Ｏ３短繊維の組合せによるプリフォーム形成
とこれをスクイズキャスト法で以てＡｌ合金溶浸する耐
摩耗性複合軽合金部材の製造法は公知であるが、Ｔｉ金
属粉末に代えて本発明のようにＴｉＯ２ホイスカを用い
る製造法は未だ開示されていない。
【００２２】そして本発明ではさらにプリフォーム中の
Ａｌ２Ｏ３短繊維とＴｉＯ２ホイスカの体積率を夫々限
定する事によって請求項１乃至請求項３に記載の耐摩耗
複合軽金属部材を歩留りよく容易に製造する事が出来る
ようになる。 （Ａｌ２Ｏ３短繊維体積率）ここにＡｌ２Ｏ３短繊維の
体積率を８〜１５％とする理由は、先ずこれが８％に達
しないとプリフォーム強度が不足してＡｌ合金溶浸時に
プリフォーム割れが生じ易いからであり、またこれが１
５％を超えると基材と複合部との熱膨張率の差が大きく
なって境界割れを生じる傾向があり、またこの傾向は溶
浸後熱処理すると更に顕著になるからである。 （ＴｉＯ２ホイスカの体積率）ＴｉＯ２ホイスカの体積
率は５〜１２％が望ましい。けだし、これが５％に達し
ないと前記硬質部の面積占有率を保証出来ず、１２％を
超えると硬質部の面積占有率が８０％を超えてしまい、
前述のとおり製品補強部に割れを生じたり、基材と複合
部との境界面に割れを生じる事があり、更に補強部が硬
化・脆化する等の問題点が現れ、本発明（請求項１〜
３）の耐摩耗性複合軽合金部材が得られないからであ
る。
Ａｌ２Ｏ３短繊維とＴｉＯ２ホイスカの体積率を夫々限
定する事によって請求項１乃至請求項３に記載の耐摩耗
複合軽金属部材を歩留りよく容易に製造する事が出来る
ようになる。 （Ａｌ２Ｏ３短繊維体積率）ここにＡｌ２Ｏ３短繊維の
体積率を８〜１５％とする理由は、先ずこれが８％に達
しないとプリフォーム強度が不足してＡｌ合金溶浸時に
プリフォーム割れが生じ易いからであり、またこれが１
５％を超えると基材と複合部との熱膨張率の差が大きく
なって境界割れを生じる傾向があり、またこの傾向は溶
浸後熱処理すると更に顕著になるからである。 （ＴｉＯ２ホイスカの体積率）ＴｉＯ２ホイスカの体積
率は５〜１２％が望ましい。けだし、これが５％に達し
ないと前記硬質部の面積占有率を保証出来ず、１２％を
超えると硬質部の面積占有率が８０％を超えてしまい、
前述のとおり製品補強部に割れを生じたり、基材と複合
部との境界面に割れを生じる事があり、更に補強部が硬
化・脆化する等の問題点が現れ、本発明（請求項１〜
３）の耐摩耗性複合軽合金部材が得られないからであ
る。
【００２３】
【発明の効果】本発明を実施する事により前記目的のす
べてが達成される。すなわち使用環境温度が２５０℃以
上となる場合でも耐摩耗性が確保される耐摩耗性軽合金
部材とその製造法が提供される。
べてが達成される。すなわち使用環境温度が２５０℃以
上となる場合でも耐摩耗性が確保される耐摩耗性軽合金
部材とその製造法が提供される。
【００２４】以下に実施例を用いて本発明を更に詳細に
説明する。
説明する。
【００２５】
【実施例１】平均繊維経３．０μｍ、繊維長３０〜３０
０μｍのＡｌ２Ｏ３短繊維（９５％Ａｌ２Ｏ３，５％Ｓ
ｉＯ２，ニチアス製「ルビールＰＸ−１」）と平均繊維
径０．３μｍ、繊維長５〜３０μｍのアナターゼ型Ｔｉ
Ｏ２ホイスカとを水中で均一に攪拌した後、吸引成形を
行い、大気中で焼成することにより、図５に示される如
く、外径１００ｍｍ、内径７０ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸
法を有する環状のプリフォームを４個形成した。
０μｍのＡｌ２Ｏ３短繊維（９５％Ａｌ２Ｏ３，５％Ｓ
ｉＯ２，ニチアス製「ルビールＰＸ−１」）と平均繊維
径０．３μｍ、繊維長５〜３０μｍのアナターゼ型Ｔｉ
Ｏ２ホイスカとを水中で均一に攪拌した後、吸引成形を
行い、大気中で焼成することにより、図５に示される如
く、外径１００ｍｍ、内径７０ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸
法を有する環状のプリフォームを４個形成した。
【００２６】この場合、各プリフォーム中のＡｌ２Ｏ３
短繊維およびＴｉＯ２ホイスカの体積率はそれぞれ１０
％であり、Ａｌ２Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホイスカ
は、図２に示すように、実質的に互に均一に混合された
状態にあり、特にＡｌ２Ｏ３短繊維は、プリフォームの
外周面にそって二次元ランダム配向されていた。
短繊維およびＴｉＯ２ホイスカの体積率はそれぞれ１０
％であり、Ａｌ２Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホイスカ
は、図２に示すように、実質的に互に均一に混合された
状態にあり、特にＡｌ２Ｏ３短繊維は、プリフォームの
外周面にそって二次元ランダム配向されていた。
【００２７】次いで各プリフォーム１を大気中に於て５
００℃に１時間予熱し、しかる後図６に示される如く、
プリフォームをピストン鋳造用のスクイズキャストマシ
ンの鋳型２に配置しキャビティ内に７８０℃のアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）の溶湯をプランジャー
チップ５により充填させ、５００Kgf ／cm２の圧力に加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持
し、これによりピストン素材３を４個形成した。次いで
各ピストン素材に対し、Ｔ６熱処理即ち５００℃に４時
間均熱した後、水冷を行い、しかる後１８０℃に６時間
均熱後放冷する熱処理を施した。ここに図６はスクイズ
キャストマシンの鋳型を示す断面図である。
００℃に１時間予熱し、しかる後図６に示される如く、
プリフォームをピストン鋳造用のスクイズキャストマシ
ンの鋳型２に配置しキャビティ内に７８０℃のアルミニ
ウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）の溶湯をプランジャー
チップ５により充填させ、５００Kgf ／cm２の圧力に加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持
し、これによりピストン素材３を４個形成した。次いで
各ピストン素材に対し、Ｔ６熱処理即ち５００℃に４時
間均熱した後、水冷を行い、しかる後１８０℃に６時間
均熱後放冷する熱処理を施した。ここに図６はスクイズ
キャストマシンの鋳型を示す断面図である。
【００２８】次いで、上述の如く形成されたピストン素
材の１つを切断し、Ａｌ２Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホ
イスカにて複合強化された部分をエメリーペーパーで＃
３２０，＃６００，＃１０００の順で研磨を行い、更に
アルミナ粒子（粒子径０．３μｍ，０．１μｍ）で研磨
して鏡面に仕上げ、エッチングを行わず、金属組織を光
学顕微鏡（×１００）で観察したところ母材であるアル
ミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）中にＡｌ２Ｏ３短
繊維およびＴｉＯ２ホイスカからの反応部が分散してお
り、分散されたＴｉＯ２ホイスカとアルミニウム合金中
のＡｌとが反応した灰色に見える部分（以下硬質部とも
云う）の面積占有率は約７６％であった（図１参照）。
材の１つを切断し、Ａｌ２Ｏ３短繊維およびＴｉＯ２ホ
イスカにて複合強化された部分をエメリーペーパーで＃
３２０，＃６００，＃１０００の順で研磨を行い、更に
アルミナ粒子（粒子径０．３μｍ，０．１μｍ）で研磨
して鏡面に仕上げ、エッチングを行わず、金属組織を光
学顕微鏡（×１００）で観察したところ母材であるアル
ミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）中にＡｌ２Ｏ３短
繊維およびＴｉＯ２ホイスカからの反応部が分散してお
り、分散されたＴｉＯ２ホイスカとアルミニウム合金中
のＡｌとが反応した灰色に見える部分（以下硬質部とも
云う）の面積占有率は約７６％であった（図１参照）。
【００２９】この灰色に見える部分をマイクロビッカー
ス硬度計（荷重５Kgf)により硬度測定したところＨｖ１
６０〜２５０を示し、母材よりＨｖ硬度で４０〜１３０
程度高い硬質部であることを確認した。また、この硬質
部のＸ線回析を行なった結果、Ｔｉ３Ａｌ，ＴｉＡｌ，
ＴｉＡｌ３が同定された。上述の如く、形成されたピス
トン素材３個を外径８０mm、高さ４５mmの寸法を有する
磨耗試験用ピストン形状に切削加工した後、２５０℃で
１００時間均熱した。次いで外径８０mm，内径７２mm，
厚さ１．５mmのピストンリング（材質ＪＩＳ規格ＳＵＳ
４４ＯＢ）をピストンの複合部分に接触させて、常温の
潤滑油（ＳＡＥ１０Ｗ−４０）を２．５〜５．０ml／Hr
供給させつつ接触面圧６０Kgf ／cm２を周波数２０Hzで
加え、滑り速度０．０８m ／sec で３時間の磨耗試験を
行った。この時のピストンの温度は２５０℃に保持し
た。
ス硬度計（荷重５Kgf)により硬度測定したところＨｖ１
６０〜２５０を示し、母材よりＨｖ硬度で４０〜１３０
程度高い硬質部であることを確認した。また、この硬質
部のＸ線回析を行なった結果、Ｔｉ３Ａｌ，ＴｉＡｌ，
ＴｉＡｌ３が同定された。上述の如く、形成されたピス
トン素材３個を外径８０mm、高さ４５mmの寸法を有する
磨耗試験用ピストン形状に切削加工した後、２５０℃で
１００時間均熱した。次いで外径８０mm，内径７２mm，
厚さ１．５mmのピストンリング（材質ＪＩＳ規格ＳＵＳ
４４ＯＢ）をピストンの複合部分に接触させて、常温の
潤滑油（ＳＡＥ１０Ｗ−４０）を２．５〜５．０ml／Hr
供給させつつ接触面圧６０Kgf ／cm２を周波数２０Hzで
加え、滑り速度０．０８m ／sec で３時間の磨耗試験を
行った。この時のピストンの温度は２５０℃に保持し
た。
【００３０】この磨耗試験の結果、ピストン磨耗量は
２．０μｍであり、ピストンリングの磨耗量は０μｍで
あった。このピストンの磨耗量は、ＴｉＯ２ホイスカに
代えてＴｉＯ２粉末（平均粒径０．３μｍ）を用いて、
この実施例１と同一の条件および要領にて製作・磨耗試
験を行ったものと比較すると５０％以上の向上がなされ
ている。
２．０μｍであり、ピストンリングの磨耗量は０μｍで
あった。このピストンの磨耗量は、ＴｉＯ２ホイスカに
代えてＴｉＯ２粉末（平均粒径０．３μｍ）を用いて、
この実施例１と同一の条件および要領にて製作・磨耗試
験を行ったものと比較すると５０％以上の向上がなされ
ている。
【００３１】従って上述のピストン素材の複合強化部に
形成された複合材料は２５０℃の高温下に於て優れた耐
磨耗性を有することが立証された。
形成された複合材料は２５０℃の高温下に於て優れた耐
磨耗性を有することが立証された。
【００３２】
【実施例２】プリフォーム中に混入される、実施例１で
使用したのと同一のアナターゼ型ＴｉＯ２ホイスカの体
積率を０％，３％，５％，７％，１０％，１２％，１５
％に設定し、Ａｌ２０３短繊維の体積率を１０％に設定
し、実施例１と同一の要領および条件で組織観察硬度測
定、および摩耗試験を行った。これらの試験結果を表１
に示す。表１よりＴｉＯ２ホイスカの体積率が３％以下
の場合要求される耐摩耗性を確保することができず、ま
た１５％以上の場合はアルミニウム合金部と複合強化部
の境界に剥離が生じ、製品として使用することができな
い。以上のことから良好な耐摩耗性および実用できる品
質を確保するためには、ＴｉＯ２ホイスカの体積率が５
〜１２％であり、硬質部の面積占有率が３０〜８０％で
あることが好ましいことが判る。
使用したのと同一のアナターゼ型ＴｉＯ２ホイスカの体
積率を０％，３％，５％，７％，１０％，１２％，１５
％に設定し、Ａｌ２０３短繊維の体積率を１０％に設定
し、実施例１と同一の要領および条件で組織観察硬度測
定、および摩耗試験を行った。これらの試験結果を表１
に示す。表１よりＴｉＯ２ホイスカの体積率が３％以下
の場合要求される耐摩耗性を確保することができず、ま
た１５％以上の場合はアルミニウム合金部と複合強化部
の境界に剥離が生じ、製品として使用することができな
い。以上のことから良好な耐摩耗性および実用できる品
質を確保するためには、ＴｉＯ２ホイスカの体積率が５
〜１２％であり、硬質部の面積占有率が３０〜８０％で
あることが好ましいことが判る。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【実施例３】プリフォーム中に混入されるＡｌ２Ｏ３短
繊維の体積率を５％，８％，１０％，１５％，１８％に
設定し、アナターゼ型ＴｉＯ２ホイスカの体積率を８％
に設定し、実施例１と同一の要領および条件で摩耗試験
を行った。これらの試験結果を表２に示す。表２より、
Ａｌ２Ｏ３短繊維の体積率が５％以下の場合アルミニウ
ム合金の溶浸中、プリフォームの強度不足から侵入抵抗
によりプリフォームの割れが生じ、製品として使用する
ことが出来ず、また１８％以上の場合に於てもアルミニ
ウム合金と複合強化部の境界に剥離が生じ製品として使
用することは出来ない。以上のことから良好な耐摩耗性
および実用できる品質を確保するためには、Ａｌ２Ｏ３
短繊維の体積率は８〜１５％が好ましいことが判る。
繊維の体積率を５％，８％，１０％，１５％，１８％に
設定し、アナターゼ型ＴｉＯ２ホイスカの体積率を８％
に設定し、実施例１と同一の要領および条件で摩耗試験
を行った。これらの試験結果を表２に示す。表２より、
Ａｌ２Ｏ３短繊維の体積率が５％以下の場合アルミニウ
ム合金の溶浸中、プリフォームの強度不足から侵入抵抗
によりプリフォームの割れが生じ、製品として使用する
ことが出来ず、また１８％以上の場合に於てもアルミニ
ウム合金と複合強化部の境界に剥離が生じ製品として使
用することは出来ない。以上のことから良好な耐摩耗性
および実用できる品質を確保するためには、Ａｌ２Ｏ３
短繊維の体積率は８〜１５％が好ましいことが判る。
【００３５】
【表２】
【００３６】
【表２】
【００３７】
【実施例４】プリフォーム中に混入されるＡｌ２Ｏ３短
繊維の体積率とアナターゼ型ＴｉＯ２ホイスカの体積率
を、表３に示すように変更して、実施例１と同一の要領
および条件で、プリフォームの製作性、複合強化部の外
観および耐摩耗性について評価した。これらの評価結果
を表３に示す。
繊維の体積率とアナターゼ型ＴｉＯ２ホイスカの体積率
を、表３に示すように変更して、実施例１と同一の要領
および条件で、プリフォームの製作性、複合強化部の外
観および耐摩耗性について評価した。これらの評価結果
を表３に示す。
【００３８】表３より、ＴｉＯ２ホイスカの体積率が１
５％以上の場合、ＴｉＯ２ホイスカの脱水性の悪さから
プリフォーム製作が困難であり、実験結果としては示し
てないが、ルチル型ＴｉＯ２ホイスカを使用した場合、
脱水性が更に悪く、体積率１０％以上のものでのプリォ
ームの製作は非常に困難であった。
５％以上の場合、ＴｉＯ２ホイスカの脱水性の悪さから
プリフォーム製作が困難であり、実験結果としては示し
てないが、ルチル型ＴｉＯ２ホイスカを使用した場合、
脱水性が更に悪く、体積率１０％以上のものでのプリォ
ームの製作は非常に困難であった。
【００３９】また、Ａｌ２Ｏ３短繊維の体積率が２０％
以上で、ＴｉＯ２ホイスカの体積率が本発明の範囲内で
ある場合、アルミニウム合金と複合強化部の境界で剥離
が生じる。
以上で、ＴｉＯ２ホイスカの体積率が本発明の範囲内で
ある場合、アルミニウム合金と複合強化部の境界で剥離
が生じる。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表３】以上、実施例１〜４までをまとめたものを表４
に示す。表４より、本発明の範囲外に於いては、要求さ
れる耐摩性および製品としての品質を確保出来ないこと
が判る。
に示す。表４より、本発明の範囲外に於いては、要求さ
れる耐摩性および製品としての品質を確保出来ないこと
が判る。
【００４２】
【表４】
【００４３】
【表４】
【図１】スクイズキャストした上で熱処理溶体化処理後
時効処理後の本発明実施例の光学顕微鏡写真（倍率×１
００）。
時効処理後の本発明実施例の光学顕微鏡写真（倍率×１
００）。
【図２】本発明実施例のプリフォーム自体（Ａｌ合金浸
透前）の電子顕微鏡写真（倍率×１，０００）。
透前）の電子顕微鏡写真（倍率×１，０００）。
【図３】比較例の光学顕微鏡写真。
【図４】比較例の電子顕微鏡写真（×１０００）。
【図５】環状プリフォームの斜視図。
【図６】スクイズキャストマシンの鋳型を示す断面図。
１ プリフォーム ２ 鋳型 ３ ピストン素材 ５ プランジャーチップ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｎ ３０２ Ｚ (72)発明者 有田 和司 広島県東広島市高屋町大字郷660番地１ マイクロテクノ株式会社内 (72)発明者 福永 秀春 広島県広島市南区向洋新町３丁目31−36
Claims (5)
- 【請求項１】ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ２Ｏ３短繊維に配
合したプリフォームにＡｌ合金溶湯を含浸させつつスク
イズキャストした耐摩耗性複合軽合金部材であって、Ｔ
ｉ−Ａｌの金属間化合物を含む緻密な硬質部の光学顕微
鏡組織（倍率×１００）に占める面積占有率が３０〜８
０％である事を特徴とする耐摩耗性複合軽合金部材。 - 【請求項２】Ｔｉ−Ａｌの金属間化合物がＴｉ３Ａｌ，
ＴｉＡｌ，ＴｉＡｌ３の内いずれか１種以上である請求
項１に記載の耐摩耗性複合軽合金部材。 - 【請求項３】硬質部のマイクロヴィッカース硬度Ｈｖが
１４０〜２５０である請求項１乃至請求項２の内いずれ
か１項に記載の耐摩耗性複合軽合金部材。 - 【請求項４】ＴｉＯ２ホイスカをＡｌ２Ｏ３短繊維に配
合してプリフォームとし、該プリフォームにＡｌ合金溶
湯を含浸させつつスクイズキャストする事を特徴とする
耐摩耗性複合軽合金部材の製造法。 - 【請求項５】プリフォーム中のＡｌ２Ｏ３短繊維および
ＴｉＯ２ホイスカの体積率が、夫々８〜１５％および５
〜１２％である請求項４に記載の耐摩耗性複合軽合金部
材の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26454794A JPH08104930A (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26454794A JPH08104930A (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08104930A true JPH08104930A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17404793
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26454794A Pending JPH08104930A (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 耐摩耗性複合軽合金部材とその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08104930A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104313373A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-28 | 北京科技大学 | 一种TiAl/TiO2纳米复合材料的制备方法 |
-
1994
- 1994-10-03 JP JP26454794A patent/JPH08104930A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104313373A (zh) * | 2014-10-13 | 2015-01-28 | 北京科技大学 | 一种TiAl/TiO2纳米复合材料的制备方法 |
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