JPH11222638A - アルミ系金属基複合材料およびその製造方法 - Google Patents
アルミ系金属基複合材料およびその製造方法Info
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- JPH11222638A JPH11222638A JP2225498A JP2225498A JPH11222638A JP H11222638 A JPH11222638 A JP H11222638A JP 2225498 A JP2225498 A JP 2225498A JP 2225498 A JP2225498 A JP 2225498A JP H11222638 A JPH11222638 A JP H11222638A
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Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 亜共晶状態でも充分な数・大きさに、また均
一に初晶Siを晶出させて摺動特性を向上させたアルミ
系金属基複合材料およびその製造方法の提供。 【解決手段】 強化用のプリフォーム繊維体4は繊維表
面に窒化処理が施されたアルミナシリカ繊維であり、さ
らに金型1の中心円柱部2に接触した状態にセットさ
れ、溶融母材金属5が金型1に注入され、その後金型1
内部で摺動自在な形にあるプランジャ3により密封さ
れ、その密封状態を維持したまま外力により図中矢印の
方向に加圧されることで、該プリフォーム繊維体4中の
微細な空孔のすみずみにわたり溶融母材金属5の溶浸お
よび鋳造がなされる。これにより、母材金属の化学的強
度を維持したままプリフォーム中に初晶Siを多く、均
等に、充分な大きさで晶出することができ、耐磨耗性お
よび摺動特性の向上が図られる。
一に初晶Siを晶出させて摺動特性を向上させたアルミ
系金属基複合材料およびその製造方法の提供。 【解決手段】 強化用のプリフォーム繊維体4は繊維表
面に窒化処理が施されたアルミナシリカ繊維であり、さ
らに金型1の中心円柱部2に接触した状態にセットさ
れ、溶融母材金属5が金型1に注入され、その後金型1
内部で摺動自在な形にあるプランジャ3により密封さ
れ、その密封状態を維持したまま外力により図中矢印の
方向に加圧されることで、該プリフォーム繊維体4中の
微細な空孔のすみずみにわたり溶融母材金属5の溶浸お
よび鋳造がなされる。これにより、母材金属の化学的強
度を維持したままプリフォーム中に初晶Siを多く、均
等に、充分な大きさで晶出することができ、耐磨耗性お
よび摺動特性の向上が図られる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両のエンジンに
おけるシリンダライナ等に使用可能となる、高い耐磨耗
性および高い摺動性を有するアルミ系金属基複合材料お
よびその製造方法に関する。
おけるシリンダライナ等に使用可能となる、高い耐磨耗
性および高い摺動性を有するアルミ系金属基複合材料お
よびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、一般乗用車等の車両用エンジンの
部品において、使用する材質のアルミ合金化が進んでい
る。これは、従来の鋳鉄製のものと比較して、アルミ合
金製とすることにより飛躍的な軽量化が容易となり、ま
た高い熱伝導率による放熱作用を備えているという有用
性に着目してのことであり、また従来よりアルミ合金を
使用するに当たって問題となっていた製造コストについ
ても近年の製造技術の向上により大幅な抑制が可能とな
ったことで使用状況を助長するものとなっている。
部品において、使用する材質のアルミ合金化が進んでい
る。これは、従来の鋳鉄製のものと比較して、アルミ合
金製とすることにより飛躍的な軽量化が容易となり、ま
た高い熱伝導率による放熱作用を備えているという有用
性に着目してのことであり、また従来よりアルミ合金を
使用するに当たって問題となっていた製造コストについ
ても近年の製造技術の向上により大幅な抑制が可能とな
ったことで使用状況を助長するものとなっている。
【0003】そしてそのアルミ合金を材質としたエンジ
ン部品の顕著な例としてはピストンヘッドやピストンリ
ングといった高速で往復摺動する部品があり、部品質量
と比例する慣性力がその作動特性に重大な影響を与える
ため、早期からアルミ合金化による軽量化が実施されて
いた。
ン部品の顕著な例としてはピストンヘッドやピストンリ
ングといった高速で往復摺動する部品があり、部品質量
と比例する慣性力がその作動特性に重大な影響を与える
ため、早期からアルミ合金化による軽量化が実施されて
いた。
【0004】またピストンリングについては、特にシリ
ンダボア(シリンダライナ)に対しての摺動特性が重視
されるため、プリフォーム形成法により耐磨耗性および
摺動特性の向上が図られていた。プリフォーム形成法と
は、微細な金属繊維の集合体(プリフォーム)に母材金
属の溶湯を浸透させて加圧鋳造する(以下、複合化とい
う)ことにより強化複合金属を鋳造形成する方法であ
る。
ンダボア(シリンダライナ)に対しての摺動特性が重視
されるため、プリフォーム形成法により耐磨耗性および
摺動特性の向上が図られていた。プリフォーム形成法と
は、微細な金属繊維の集合体(プリフォーム)に母材金
属の溶湯を浸透させて加圧鋳造する(以下、複合化とい
う)ことにより強化複合金属を鋳造形成する方法であ
る。
【0005】こうした状況で、ピストンヘッドおよびピ
ストンリングの他にもシリンダヘッドやクランクといっ
た部品が順次アルミ合金化により軽量化されている中、
シリンダブロック(シリンダライナ)のみは、その部品
自体の大きさ、機能および作動から、他部品より一層の
高温中における高い寸法安定性、耐磨耗性、強度および
剛性が要求されるためアルミ合金化が困難となってい
た。
ストンリングの他にもシリンダヘッドやクランクといっ
た部品が順次アルミ合金化により軽量化されている中、
シリンダブロック(シリンダライナ)のみは、その部品
自体の大きさ、機能および作動から、他部品より一層の
高温中における高い寸法安定性、耐磨耗性、強度および
剛性が要求されるためアルミ合金化が困難となってい
た。
【0006】しかし、他部品との熱膨張差の改善、およ
び軽量化を図ることを目的として、シリンダブロックを
通常のアルミ合金製とし、摺動特性上シリンダブロック
中においてピストンとの摺動部を構成しているシリンダ
ライナのみ前記プリフォーム形成法によって形成された
ものを使用したシリンダブロックや、全体を過共晶アル
ミシリコン合金製としたシリンダブロックが提案されて
いる。
び軽量化を図ることを目的として、シリンダブロックを
通常のアルミ合金製とし、摺動特性上シリンダブロック
中においてピストンとの摺動部を構成しているシリンダ
ライナのみ前記プリフォーム形成法によって形成された
ものを使用したシリンダブロックや、全体を過共晶アル
ミシリコン合金製としたシリンダブロックが提案されて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし単にプリフォー
ム形成されただけのアルミ母材金属基複合材料では、上
述したシリンダライナに要求される摺動性および性質が
得られないため、さらにセラミック粒子を分散させて強
化する方法が取られる。
ム形成されただけのアルミ母材金属基複合材料では、上
述したシリンダライナに要求される摺動性および性質が
得られないため、さらにセラミック粒子を分散させて強
化する方法が取られる。
【0008】これについては、例えば特開平9−140
50号公報では、セラミックス粒子分散型アルミナ繊維
強化複合材料製のシリンダライナおよびその製造方法と
して記載されている。該公報によると、軽金属マトリッ
クス中にセラミックス粒子(例として炭素、Si、Ti
等)とアルミナ繊維が分散した強化複合材料として形成
することにより、強度、剛性、寸法精度に優れ、また耐
磨耗性が高く、相手材(この場合ピストンリング等)に
対する攻撃性が少ない等、優れた性能を発揮するものと
記載されている。
50号公報では、セラミックス粒子分散型アルミナ繊維
強化複合材料製のシリンダライナおよびその製造方法と
して記載されている。該公報によると、軽金属マトリッ
クス中にセラミックス粒子(例として炭素、Si、Ti
等)とアルミナ繊維が分散した強化複合材料として形成
することにより、強度、剛性、寸法精度に優れ、また耐
磨耗性が高く、相手材(この場合ピストンリング等)に
対する攻撃性が少ない等、優れた性能を発揮するものと
記載されている。
【0009】しかし上記公報において、セラミック粒子
とアルミナを主成分とする繊維とを混合してシリンダラ
イナ用のプリフォームを成形する工程は、上記両成分を
混合、分散、ろ過、プレス、乾燥、焼結を行うだけであ
り、このような工程によって得た構成では、溶融母材金
属を該プリフォームに溶浸させる複合化過程においてプ
リフォーム中のセラミック粒子の分布に偏りが生じ、そ
の結果充分な補強効果を備えることが困難となるといっ
た問題があった。
とアルミナを主成分とする繊維とを混合してシリンダラ
イナ用のプリフォームを成形する工程は、上記両成分を
混合、分散、ろ過、プレス、乾燥、焼結を行うだけであ
り、このような工程によって得た構成では、溶融母材金
属を該プリフォームに溶浸させる複合化過程においてプ
リフォーム中のセラミック粒子の分布に偏りが生じ、そ
の結果充分な補強効果を備えることが困難となるといっ
た問題があった。
【0010】そこで、この問題を解決する方法の1つと
して、アルミ母材金属をAl−Si系合金とし、プリフ
ォームにその溶融母材金属を溶浸させる複合化過程で、
プリフォーム中に前記セラミック粒子としての初晶Si
を均一に晶出させるという方法がある。
して、アルミ母材金属をAl−Si系合金とし、プリフ
ォームにその溶融母材金属を溶浸させる複合化過程で、
プリフォーム中に前記セラミック粒子としての初晶Si
を均一に晶出させるという方法がある。
【0011】そしてこの方法において、母材金属である
Al−Si系金属は、含有するSi量が共晶Si量の1
1.2%より少ない亜共晶状態にある場合には初晶Si
は一般的には晶出が困難であり、したがって含有Si量
が前記共晶Si量の11.2%を越える過共晶状態にあ
ることがこの方法を用いる前提となっている。しかし、
過共晶合金と比較して格段に生産コストを押さえること
のできる亜共晶合金の使用を考慮し、亜共晶合金でも初
晶Siを晶出させる手段が要望されていた。
Al−Si系金属は、含有するSi量が共晶Si量の1
1.2%より少ない亜共晶状態にある場合には初晶Si
は一般的には晶出が困難であり、したがって含有Si量
が前記共晶Si量の11.2%を越える過共晶状態にあ
ることがこの方法を用いる前提となっている。しかし、
過共晶合金と比較して格段に生産コストを押さえること
のできる亜共晶合金の使用を考慮し、亜共晶合金でも初
晶Siを晶出させる手段が要望されていた。
【0012】またさらに、図3(a)に示すAl−Si
系過共晶アルミ合金(A390合金、プリフォーム繊維
なし)の顕微鏡金属組織写真にあるように、初晶Siは
母材から容易に脱落しやすくその部分が欠陥となり、ま
た脱落した硬質の初晶Siが相手材の磨耗を促進させて
しまうといった不具合があった。
系過共晶アルミ合金(A390合金、プリフォーム繊維
なし)の顕微鏡金属組織写真にあるように、初晶Siは
母材から容易に脱落しやすくその部分が欠陥となり、ま
た脱落した硬質の初晶Siが相手材の磨耗を促進させて
しまうといった不具合があった。
【0013】ここで詳細に説明すると、図3は、従来使
用されているAl−Si系過共晶アルミ合金(A390
合金)(図3(a))、およびAl−Si系の亜共晶合
金(ADC12合金)とAl2 O3 繊維の組み合わせ
(図3(b))の顕微鏡金属組織写真であり、灰色部分
が晶出した初晶Si、線状部分がアルミナ繊維、黒色部
分が初晶Siの脱落した部分となる。
用されているAl−Si系過共晶アルミ合金(A390
合金)(図3(a))、およびAl−Si系の亜共晶合
金(ADC12合金)とAl2 O3 繊維の組み合わせ
(図3(b))の顕微鏡金属組織写真であり、灰色部分
が晶出した初晶Si、線状部分がアルミナ繊維、黒色部
分が初晶Siの脱落した部分となる。
【0014】また一方、図3(b)に示すAl−Si系
合金(ADC12合金)と単なるアルミナ(Al
2 O3 )繊維を組み合わせた金属基複合材料の顕微鏡金
属組織写真にあるように、前述した灰色部分は明瞭に認
識できるほど表出しておらず一様に混在している状態に
あり、つまりプリフォームの材質が従来より使用してい
た単なるアルミナ(Al2 O3 )である場合には初晶S
iは晶出が困難であり、耐磨耗性および摺動特性に問題
があるものであった。
合金(ADC12合金)と単なるアルミナ(Al
2 O3 )繊維を組み合わせた金属基複合材料の顕微鏡金
属組織写真にあるように、前述した灰色部分は明瞭に認
識できるほど表出しておらず一様に混在している状態に
あり、つまりプリフォームの材質が従来より使用してい
た単なるアルミナ(Al2 O3 )である場合には初晶S
iは晶出が困難であり、耐磨耗性および摺動特性に問題
があるものであった。
【0015】そこで本発明は上記問題点に鑑みて、母材
金属をAl−Si系アルミ合金としてプリフォーム複合
化することにより、亜共晶・過共晶の状態に関係なく充
分な数・大きさに、また均一に初晶Siを晶出させるこ
とで摺動特性を向上させたアルミ系金属基複合材料およ
びその製造方法の提供を目的とする。
金属をAl−Si系アルミ合金としてプリフォーム複合
化することにより、亜共晶・過共晶の状態に関係なく充
分な数・大きさに、また均一に初晶Siを晶出させるこ
とで摺動特性を向上させたアルミ系金属基複合材料およ
びその製造方法の提供を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものであり、以下のように構成される。まず本発明
は、金属繊維体であるプリフォームに溶融した母材金属
を溶浸させることで複合化を行った金属基複合材料に適
用され、前記プリフォームを表面に窒化処理を施したア
ルミナシリカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維とし、前
記母材金属をAl−Si系合金とし、前記プリフォーム
中での複合化で晶出した初晶Siを含有するよう構成さ
れる。これにより母材金属中にセラミックス粒子として
の初晶Siと強化金属繊維であるプリフォーム繊維との
混合によるアルミ合金の摺動特性の向上が可能となる。
また、繊維が初晶Siの欠落を防止するため耐摩耗性も
良好となる。
するものであり、以下のように構成される。まず本発明
は、金属繊維体であるプリフォームに溶融した母材金属
を溶浸させることで複合化を行った金属基複合材料に適
用され、前記プリフォームを表面に窒化処理を施したア
ルミナシリカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維とし、前
記母材金属をAl−Si系合金とし、前記プリフォーム
中での複合化で晶出した初晶Siを含有するよう構成さ
れる。これにより母材金属中にセラミックス粒子として
の初晶Siと強化金属繊維であるプリフォーム繊維との
混合によるアルミ合金の摺動特性の向上が可能となる。
また、繊維が初晶Siの欠落を防止するため耐摩耗性も
良好となる。
【0017】また前記プリフォームの材質がアルミナシ
リカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維となるよう構成さ
れることにより母材金属のAl−Si系合金が比較的安
価に製造できる一方、通常は初晶Siが晶出困難とされ
ている亜共晶合金であっても初晶Siが充分な大きさで
晶出可能となる。これはアルミナシリカ系繊維は熱伝導
率が低いために該繊維体中における溶融母材金属の冷却
がゆっくりと行われることで、初めに析出した初晶Si
の核の成長が適度な大きさまで続けられることによるも
のである。また特にアルミナシリカ系プリフォームの繊
維表面に窒化処理を施してあることで、従来の複合化過
程における母材アルミ合金中の組成成分(Mg等)との
化学反応により発生していた強度低下(金属組織の不整
定)を防止できる。
リカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維となるよう構成さ
れることにより母材金属のAl−Si系合金が比較的安
価に製造できる一方、通常は初晶Siが晶出困難とされ
ている亜共晶合金であっても初晶Siが充分な大きさで
晶出可能となる。これはアルミナシリカ系繊維は熱伝導
率が低いために該繊維体中における溶融母材金属の冷却
がゆっくりと行われることで、初めに析出した初晶Si
の核の成長が適度な大きさまで続けられることによるも
のである。また特にアルミナシリカ系プリフォームの繊
維表面に窒化処理を施してあることで、従来の複合化過
程における母材アルミ合金中の組成成分(Mg等)との
化学反応により発生していた強度低下(金属組織の不整
定)を防止できる。
【0018】また前記初晶Siは大きさが20〜100
μmで、プリフォーム中での含有率が切断表面上での面
積比率で10〜40%となるよう晶出するのが適切であ
り、本発明はそのように構成される。
μmで、プリフォーム中での含有率が切断表面上での面
積比率で10〜40%となるよう晶出するのが適切であ
り、本発明はそのように構成される。
【0019】次に、プリフォームを鋳造金型面に接触さ
せた状態で、Al−Si系合金からなる母材金属合金を
高圧鋳造して複合化を行うことにより、本発明によるア
ルミ系金属基複合材料を製造する方法を特徴とする。
せた状態で、Al−Si系合金からなる母材金属合金を
高圧鋳造して複合化を行うことにより、本発明によるア
ルミ系金属基複合材料を製造する方法を特徴とする。
【0020】このようにプリフォームを溶融母材金属よ
り低温の金型に接触させることにより、前記亜共晶合金
であっても初晶Siをプリフォーム中において充分な数
で、また均一に晶出することが可能となる。これは上述
のようにプリフォームを鋳造金型面に接触させた状態で
複合化することで、放熱効果により凝固が早まることで
初晶Si析出の核となるものが合金だけの凝固のときよ
りも多く、しかもプリフォーム中において一様に晶出す
ることによるものである。
り低温の金型に接触させることにより、前記亜共晶合金
であっても初晶Siをプリフォーム中において充分な数
で、また均一に晶出することが可能となる。これは上述
のようにプリフォームを鋳造金型面に接触させた状態で
複合化することで、放熱効果により凝固が早まることで
初晶Si析出の核となるものが合金だけの凝固のときよ
りも多く、しかもプリフォーム中において一様に晶出す
ることによるものである。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態
例に基づく金属基複合材料の複合化工程を示す側断面図
である。この図において、まず最初に、製造目的とする
鋳物の形に合わせて形成された強化用のプリフォーム繊
維体4が金型1にセットされ、溶融母材金属5が該金型
1に注入され、その後金型1内部で摺動自在な形にある
プランジャ3により密封され、その密封状態を維持した
まま外力により図中矢印の方向に加圧されることで該プ
リフォーム繊維体4中の微細な空孔のすみずみにわたっ
て粘性の高い溶融母材金属5の溶浸がなされ、それによ
り鋳物の寸法精度や健全度の向上が達成される鋳造工程
となる。
を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施の形態
例に基づく金属基複合材料の複合化工程を示す側断面図
である。この図において、まず最初に、製造目的とする
鋳物の形に合わせて形成された強化用のプリフォーム繊
維体4が金型1にセットされ、溶融母材金属5が該金型
1に注入され、その後金型1内部で摺動自在な形にある
プランジャ3により密封され、その密封状態を維持した
まま外力により図中矢印の方向に加圧されることで該プ
リフォーム繊維体4中の微細な空孔のすみずみにわたっ
て粘性の高い溶融母材金属5の溶浸がなされ、それによ
り鋳物の寸法精度や健全度の向上が達成される鋳造工程
となる。
【0022】ここで以上の従来のプリフォーム複合化の
構成に加え、本発明の独自とする構成は、ここで使用さ
れるプリフォーム4が、この複合化の前に繊維表面に窒
化処理が施してあり、さらに該プリフォーム繊維体4が
金型1(図1においては詳しくは中心円柱部2)に接触
した状態にセットされる構成にある。
構成に加え、本発明の独自とする構成は、ここで使用さ
れるプリフォーム4が、この複合化の前に繊維表面に窒
化処理が施してあり、さらに該プリフォーム繊維体4が
金型1(図1においては詳しくは中心円柱部2)に接触
した状態にセットされる構成にある。
【0023】そして、本実施例で説明するアルミ合金金
属基複合材料の成形物(鋳物)は、具体的には車両エン
ジンにおけるシリンダ部品として使用するする円筒体で
あり、ピストン摺動面である円筒内側面の摺動特性を向
上させるために、図に示すように円筒形のプリフォーム
繊維体4を金型1の中心円柱部2に挿通させた状態で複
合化(溶融母材金属5の注入および加圧鋳造による溶浸
・形成)を行う。つまり、前述したようにプリフォーム
繊維体4が金型1に接触するようセットされた状態で複
合化することにより、形成されたシリンダ円筒体の内側
面上には該円筒形プリフォーム繊維体4の内側表面が露
出し、その結果、内側面露出部付近が機械的に補強さ
れ、耐磨耗性および摺動特性の向上が図られることにな
る。
属基複合材料の成形物(鋳物)は、具体的には車両エン
ジンにおけるシリンダ部品として使用するする円筒体で
あり、ピストン摺動面である円筒内側面の摺動特性を向
上させるために、図に示すように円筒形のプリフォーム
繊維体4を金型1の中心円柱部2に挿通させた状態で複
合化(溶融母材金属5の注入および加圧鋳造による溶浸
・形成)を行う。つまり、前述したようにプリフォーム
繊維体4が金型1に接触するようセットされた状態で複
合化することにより、形成されたシリンダ円筒体の内側
面上には該円筒形プリフォーム繊維体4の内側表面が露
出し、その結果、内側面露出部付近が機械的に補強さ
れ、耐磨耗性および摺動特性の向上が図られることにな
る。
【0024】また、さらに本発明の場合、溶融した母材
金属5よりも低温である金型1にプリフォーム繊維体4
を接触させた状態で複合化させることにより、プリフォ
ーム4中に溶浸した母材金属がプリフォーム4繊維の付
近で早く凝固が始まり、特にケイ素は過冷の傾向が強い
ため、その結果プリフォーム4中においての初晶Siの
核となるものがプリフォーム4外の母材金属中(マトリ
ックス中)においてよりも数多く晶出し始めることにな
る。
金属5よりも低温である金型1にプリフォーム繊維体4
を接触させた状態で複合化させることにより、プリフォ
ーム4中に溶浸した母材金属がプリフォーム4繊維の付
近で早く凝固が始まり、特にケイ素は過冷の傾向が強い
ため、その結果プリフォーム4中においての初晶Siの
核となるものがプリフォーム4外の母材金属中(マトリ
ックス中)においてよりも数多く晶出し始めることにな
る。
【0025】ここで図2は、本発明によるAl−Si系
金属基複合材料のマトリクス部分(図2(a))および
プリフォーム4部分(図2(b))の顕微鏡金属組織写
真である。この図2(a)、(b)において灰色部分が
晶出した初晶Si、線状部分がプリフォーム繊維体4と
なり、比較してわかるようにプリフォーム4中における
初晶Siの方がマトリクス中における初晶Siよりも多
く、大きく、また明瞭に晶出していることがわかる。つ
まり、プリフォーム4の複合部分中において、より多く
の初晶Siの確保が可能となる。
金属基複合材料のマトリクス部分(図2(a))および
プリフォーム4部分(図2(b))の顕微鏡金属組織写
真である。この図2(a)、(b)において灰色部分が
晶出した初晶Si、線状部分がプリフォーム繊維体4と
なり、比較してわかるようにプリフォーム4中における
初晶Siの方がマトリクス中における初晶Siよりも多
く、大きく、また明瞭に晶出していることがわかる。つ
まり、プリフォーム4の複合部分中において、より多く
の初晶Siの確保が可能となる。
【0026】そして本実施例に使用するプリフォーム繊
維体4は、アルミナシリカ(Al2O3 ・ SiO2 )系
繊維を成形固定化したものとなり、繊維中のアルミナと
シリカの組成比は具体的には約50%対約50%とな
る。また形成されたプリフォーム4全体の体積に対して
のアルミナシリカ繊維の実体積率は約10%程度になる
よう成形固定化される。ここで、実体積が10%より少
ない場合には希望する強化が図れず、逆に極端に高い場
合には溶融母材金属5が、密接になっている繊維間に十
分に溶浸することができないからである。
維体4は、アルミナシリカ(Al2O3 ・ SiO2 )系
繊維を成形固定化したものとなり、繊維中のアルミナと
シリカの組成比は具体的には約50%対約50%とな
る。また形成されたプリフォーム4全体の体積に対して
のアルミナシリカ繊維の実体積率は約10%程度になる
よう成形固定化される。ここで、実体積が10%より少
ない場合には希望する強化が図れず、逆に極端に高い場
合には溶融母材金属5が、密接になっている繊維間に十
分に溶浸することができないからである。
【0027】また本実施例に使用する母材アルミ金属は
具体的にはADC12合金となり、Si成分の組成比が
およそ9.6〜12.0%であり、一般的に亜共晶合金
となる。この合金は使用済みアルミ合金の再生品から製
造可能であり、よって製造コストが他の鋳造アルミニウ
ム合金の製造と比較して格段に安価となる。
具体的にはADC12合金となり、Si成分の組成比が
およそ9.6〜12.0%であり、一般的に亜共晶合金
となる。この合金は使用済みアルミ合金の再生品から製
造可能であり、よって製造コストが他の鋳造アルミニウ
ム合金の製造と比較して格段に安価となる。
【0028】また従来使用されていた単なるアルミナ
(Al2 O3 ) 製のプリフォーム4繊維体を使用した場
合には何ら問題のないところ、本発明によるアルミナシ
リカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維体を強化用プリフ
ォーム繊維体4として使用した場合、繊維表面において
前記ADC12中に混入されている組成成分(Mg等)
との化学反応により鋳造後の金属組織が不安定となり、
その結果機械的強度が低下するという不具合が生じる場
合もありうる。
(Al2 O3 ) 製のプリフォーム4繊維体を使用した場
合には何ら問題のないところ、本発明によるアルミナシ
リカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維体を強化用プリフ
ォーム繊維体4として使用した場合、繊維表面において
前記ADC12中に混入されている組成成分(Mg等)
との化学反応により鋳造後の金属組織が不安定となり、
その結果機械的強度が低下するという不具合が生じる場
合もありうる。
【0029】このため本実施例で使用するアルミナシリ
カ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維の表面には該化学反
応を押さえるために窒化処理を行う必要がある。そこ
で、本発明で実施されるプリフォーム繊維体4の表面に
施す窒化処理とは、前記固定形成されたプリフォーム繊
維体4を炭酸ガスとアンモニアガスとの混合ガス中又は
アンモニアガス中において、1200〜1600℃に加
熱を行う処理となる。このような条件で反応を行うと、
アルミナシリカ系繊維の表面は外部から浸透する活性窒
素の作用により窒化されて窒化物または酸窒化物に変換
され、表面改質がなされる。
カ(Al2 O3 ・ SiO2 )系繊維の表面には該化学反
応を押さえるために窒化処理を行う必要がある。そこ
で、本発明で実施されるプリフォーム繊維体4の表面に
施す窒化処理とは、前記固定形成されたプリフォーム繊
維体4を炭酸ガスとアンモニアガスとの混合ガス中又は
アンモニアガス中において、1200〜1600℃に加
熱を行う処理となる。このような条件で反応を行うと、
アルミナシリカ系繊維の表面は外部から浸透する活性窒
素の作用により窒化されて窒化物または酸窒化物に変換
され、表面改質がなされる。
【0030】また繊維表面に施す窒化処理の窒化率は、
特に前記ADC12合金の強化剤として用いる場合に
は、およそ1〜10%の範囲であることが好ましい。窒
化率が1%未満では、窒化物の層が薄すぎるためアルミ
ナシリカ系繊維と母材金属中のMg成分との反応を防止
できなくなる。一方、窒化率が10%を越えると、繊維
が脆化して折れやすくなる。
特に前記ADC12合金の強化剤として用いる場合に
は、およそ1〜10%の範囲であることが好ましい。窒
化率が1%未満では、窒化物の層が薄すぎるためアルミ
ナシリカ系繊維と母材金属中のMg成分との反応を防止
できなくなる。一方、窒化率が10%を越えると、繊維
が脆化して折れやすくなる。
【0031】以上のアルミナシリカ繊維の窒化処理につ
いては、例えば特開平6−330412号公報にも記載
がある。前記公開公報の記載によると、アルミナシリカ
系繊維は金属基複合材料の強化繊維として有用性がある
一方、鋳造時において母材金属中の組成成分(Mg等)
と化学反応を起こして強度低下を招くため、その防止策
としての表面窒化処理となっている。
いては、例えば特開平6−330412号公報にも記載
がある。前記公開公報の記載によると、アルミナシリカ
系繊維は金属基複合材料の強化繊維として有用性がある
一方、鋳造時において母材金属中の組成成分(Mg等)
と化学反応を起こして強度低下を招くため、その防止策
としての表面窒化処理となっている。
【0032】しかし、本発明においてはさらにアルミナ
シリカ(Al2 O3 ・ SiO2 )繊維をプリフォーム4
繊維に使用することで、従来使用していた単なるアルミ
ナ(Al2 O3 )繊維よりも熱伝導率が低いことによ
り、プリフォーム4繊維付近の母材金属が凝固を始めた
後でゆっくりと冷却が行われるため、初晶Siの成長が
促進されて充分な大きさへの最適化を図ることが可能と
なるといった有用性がある(図2(b)参照)。これに
より、初晶Siが充分に大きくまたプリフォーム4の空
孔中に晶出されるため、母材金属に対しての定着・固定
が大きく、実使用時における高熱中でのピストンの摺動
に対しても前記初晶Siの脱落を防止できる構成とな
る。
シリカ(Al2 O3 ・ SiO2 )繊維をプリフォーム4
繊維に使用することで、従来使用していた単なるアルミ
ナ(Al2 O3 )繊維よりも熱伝導率が低いことによ
り、プリフォーム4繊維付近の母材金属が凝固を始めた
後でゆっくりと冷却が行われるため、初晶Siの成長が
促進されて充分な大きさへの最適化を図ることが可能と
なるといった有用性がある(図2(b)参照)。これに
より、初晶Siが充分に大きくまたプリフォーム4の空
孔中に晶出されるため、母材金属に対しての定着・固定
が大きく、実使用時における高熱中でのピストンの摺動
に対しても前記初晶Siの脱落を防止できる構成とな
る。
【0033】そして、初晶Siの晶出する大きさとして
は20〜100μmが適切であり、さらに好ましくは5
0μmが最適となる。また、プリフォーム中においての
初晶Siの含有率は切断表面上での面積比率で10〜4
0%が適切であり、さらに好ましくは20%が最適とな
る。
は20〜100μmが適切であり、さらに好ましくは5
0μmが最適となる。また、プリフォーム中においての
初晶Siの含有率は切断表面上での面積比率で10〜4
0%が適切であり、さらに好ましくは20%が最適とな
る。
【0034】また、本発明によるアルミ系金属基複合材
料の適用は、以上説明したシリンダライナーの実施形態
例に限定するものではなく、他にも例えばクランクシャ
フトおよびその軸受け部のそれぞれの摺接部にも適用可
能である。この場合、クランクシャフトの摺接部外径側
面上および軸受けの摺接部内径側面上にプリフォームが
接触する形態で複合化される。
料の適用は、以上説明したシリンダライナーの実施形態
例に限定するものではなく、他にも例えばクランクシャ
フトおよびその軸受け部のそれぞれの摺接部にも適用可
能である。この場合、クランクシャフトの摺接部外径側
面上および軸受けの摺接部内径側面上にプリフォームが
接触する形態で複合化される。
【0035】また上記クランクシャフトの摺接部のよう
に外径側面上にプリフォームが接触する形態で複合化す
る場合、図1に示す複合化の構成以外にも、金型1の内
周にプリフォーム4の外周が接触して複合化が行われる
構成も可能となる。
に外径側面上にプリフォームが接触する形態で複合化す
る場合、図1に示す複合化の構成以外にも、金型1の内
周にプリフォーム4の外周が接触して複合化が行われる
構成も可能となる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、A
l−Si系アルミ合金において、安価に製造可能であ
り、一般的に初晶Siを晶出しにくい亜共晶合金とされ
ているADC12合金を使用した場合でも、多数に、均
等に、充分な大きさで初晶Siの晶出が可能となり、そ
れにより初晶Siの脱落を防止して、耐磨耗性および摺
動特性の向上が図られ、ひいては金属基複合材料のVf
を下げることが可能となることにより製造コストの低減
が可能となる。
l−Si系アルミ合金において、安価に製造可能であ
り、一般的に初晶Siを晶出しにくい亜共晶合金とされ
ているADC12合金を使用した場合でも、多数に、均
等に、充分な大きさで初晶Siの晶出が可能となり、そ
れにより初晶Siの脱落を防止して、耐磨耗性および摺
動特性の向上が図られ、ひいては金属基複合材料のVf
を下げることが可能となることにより製造コストの低減
が可能となる。
【図1】本発明による金属基複合材料の複合化工程を示
す側断面図である。
す側断面図である。
【図2】本発明によるAl−Si系金属基複合材料のマ
トリクス部分(図2(a))、およびプリフォーム部分
(図2(b))の顕微鏡金属組織写真である。
トリクス部分(図2(a))、およびプリフォーム部分
(図2(b))の顕微鏡金属組織写真である。
【図3】従来使用されているAl−Si系過共晶アルミ
合金(A390合金)(図3(a))、およびAl−S
i系過共晶合金(ADC12合金)とAl2 O3 繊維の
組み合わせ(図3(b))の顕微鏡金属組織写真であ
る。
合金(A390合金)(図3(a))、およびAl−S
i系過共晶合金(ADC12合金)とAl2 O3 繊維の
組み合わせ(図3(b))の顕微鏡金属組織写真であ
る。
1 金型 2 中心円柱部 3 プランジャ 4 プリフォーム繊維体 5 溶融母材金属
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI F02F 1/08 F02F 1/08
Claims (3)
- 【請求項1】 プリフォーム母材金属を複合化した金属
基複合材料において、前記プリフォームを表面に窒化処
理を施したアルミナシリカ(Al2 O3 ・ SiO2 )系
繊維とし、 前記母材金属をAl−Si系合金とし、 前記プリフォーム中での複合化で晶出した初晶Siを含
有していることを特徴とするアルミ系金属基複合材料。 - 【請求項2】 前記初晶Siの晶出する大きさが20〜
100μmであり、プリフォーム中での含有率が切断表
面上での面積比率で10〜40%であることを特徴とす
る請求項1記載のアルミ系金属基複合材料。 - 【請求項3】 プリフォームを鋳造金型面に接触させた
状態で、Al−Si系合金からなる母材金属合金を高圧
鋳造して複合化を行うことにより、請求項1記載のアル
ミ系金属基複合材料を製造することを特徴とするアルミ
系金属基複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2225498A JPH11222638A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | アルミ系金属基複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2225498A JPH11222638A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | アルミ系金属基複合材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11222638A true JPH11222638A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12077652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2225498A Withdrawn JPH11222638A (ja) | 1998-02-03 | 1998-02-03 | アルミ系金属基複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11222638A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1500447A3 (en) * | 2003-07-23 | 2007-01-03 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Aluminium based composite material and process for manufacturing the same |
| WO2010113667A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Mmc cylinder liner and method for producing the same |
-
1998
- 1998-02-03 JP JP2225498A patent/JPH11222638A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1500447A3 (en) * | 2003-07-23 | 2007-01-03 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Aluminium based composite material and process for manufacturing the same |
| WO2010113667A1 (en) | 2009-03-31 | 2010-10-07 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Mmc cylinder liner and method for producing the same |
| JP2010236636A (ja) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Toyota Motor Corp | Mmcシリンダーライナー及びその製造方法 |
| CN102159347A (zh) * | 2009-03-31 | 2011-08-17 | 丰田自动车株式会社 | Mmc气缸套及用于生产该mmc气缸套的方法 |
| DE112010001446T5 (de) | 2009-03-31 | 2012-08-23 | Central Motor Wheel Co., Ltd. | Zylinderlaufbuchse aus Metallmatrix-Verbundwerkstoffund Verfahren zur Herstellung derselben |
| DE112010001446B4 (de) * | 2009-03-31 | 2014-02-27 | Central Motor Wheel Co., Ltd. | Verfahren zur Herstellung einer Zylinderlaufbuchse aus Metallmatrix-Verbundwerkstoffund Verfahren zur Herstellung derselben |
| US8966751B2 (en) | 2009-03-31 | 2015-03-03 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | MMC cylinder liner and method for producing the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |