JPH1150264A - 金属複合部材およびその製造方法 - Google Patents
金属複合部材およびその製造方法Info
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Abstract
高く複合し、且つ、充分な強度を有する複合部材を得る
こと。 【解決手段】 金属母材と、この母材と接合した金属粒
あるいは金属塊を数層以下に整列した空隙を有する表面
層からなり、且つ、この表面層の空隙内に金属材料を充
填したもので、この複合体における表面層の形成は、上
記金属粒あるいは線材その他の形状の金属塊とともに、
これらより融点の低い金属材料を介在させて、その一部
に液相が発生する温度以上に加熱して金属母材と接合す
ることによって得られる。
Description
受部材に適した金属材料と異種金属材料を機械的に接合
した金属複合部材とその製造方法に関する。
て、金属母材上に粉末状の結合用の金属材料を散布して
焼結する方法、帯状の母材に連続して結合用の金属材料
を鋳造する連帯鋳造法、回転する母材を含む容器中に金
属材料を鋳造する遠心鋳造法が知られている。
鋳造層および母材となる鋼等の厚さおよび面積に制限が
あり、寸法的な自由度に乏しく、厚物および大型品には
不適である。
性に優れた金属材料として錫または鉛合金であるホワイ
トメタル、錫等を含むアルミ合金、銅合金などを接合材
とし、運搬機械、産業機械などの摺動部材および軸受部
材としての複合材の製造に適用する場合には、接合材と
母材との接合界面における機械的強度が乏しいという問
題がある。
を高めるために、接合面に事前にメッキ等の予備処理を
施すことも考えられるが、これによっても充分な接合強
度は望めず、工程数の増加による製造コストの増大につ
ながるという問題がある。
とする課題は、潤滑性、耐焼付き性、さらには、耐腐食
性などの機能を向上させる金属材料をより多くの種類
で、且つ寸法制限の少ない適用が可能で、その上、充分
な接合強度を有する金属複合材を安価に得ることにあ
る。
は、鋼等の母材と、この母材と接合した金属粒あるいは
金属塊を数層以下に整列した空隙を有する表面層とから
なり、且つ、この表面層の空隙内に低融点金属材料を充
填したものである。
度をもつ寸法制限の少ない複合部材を安価に得ることが
できる。
材その他の形状の金属塊とともに、これらより低融点の
金属材料を介在させて、少なくとも、一部に液相が発生
する温度以上に加熱し、押圧材によって、金属粒あるい
は金属塊を押圧して数層以下に整列した空隙内に金属材
料を充填することによって得られる。
に示す。図1は本発明により板状の摺動部材又は軸受部
材を製造する場合の、粒状または塊状の材料の配置の一
例を示すもので、粒状または塊状の材料1としてのボー
ルが、鋼板等からなる母材4、母材4より低融点の銅板
3、整列のための金網2の全面に整列した状態を示す。
製造された、規則的な形状と大きさをもち、且つ、整列
した空隙を有する表面層が母材となる鋼等に接合された
複合体の断面拡大図の例を示す。図2の場合は、母材で
ある軟鋼板4a上の金網2にバレル玉1aが全面整列
し、銅ロウ3aによって一体化接合された複合板を示
す。また、図3の場合は、ステンレス製ボール1bがニ
ッケルろう3bによって一体化接合された複合板を示
す。
材を直径程度の長さに切断したカットワイヤー1cを使
用した場合であり、直径程度の長さに切断した円柱形状
となるが、切断長さが直径の3倍以上になると形成され
る空隙の形状および大きさが不均一となりやすいので、
線材の直径にほぼ等しい長さで切断して等軸形状とした
ほうが好適である。
テンレス鋼および合金鋼の組成をもつ、いわゆる鉄鋼材
料であれば良い。
粒度は32メッシュ以下がほとんどであるが、本発明に
おいて原料として用いる粒状または塊状の材料は粒度が
32メッシュ超過で、むしろ施工時の配置作業において
は大きい粒あるいは塊のほうが取扱が簡便である。
平滑な表面をもつ材料が好適であるが、製造履歴および
製造方法には制限がなく、粒度の小さい粉末を適当な方
法で固化成形して造粒した塊状の異形体でも、それ自身
が形状保持できる程度の構造強度をもっていれば使用可
能である。
面層」は粒状または塊状の材料を、隣同志で接触しない
間隔で単層あるいはせいぜい数層配置することで得られ
るが、単層とした方が、前記粒状または塊状の材料と母
材となる鋼等との界面で接合が行われて、規則的な形状
と大きさの空隙をもつ表面層を形成できることから、ホ
ワイトメタル等の金属材料を空隙に圧入充填するのに都
合がよい。
の表面に不規則的に配置するより整列させて配置するほ
うが施工後に形成される空隙の形状および大きさが均一
となり、施工前において形成される空隙の形状および大
きさを制御することが可能となる。
および大きさが乱雑になり、さらに空隙の分布および表
面層の厚さも不均一となるため、摺動部材および軸受部
材としての充分な機能を付与することができない。
となる鋼等の表面に整列させて配置するため、例えば図
1に示す例においては金網2を用いて配列を行うことが
できる。金網は等間隔および一定形状の目開きをもった
網であれば良く、その製造方法には制限がない。
る鉄を含有する合金、例えば炭素鋼、ステンレス鋼およ
び合金鋼等の組成をもつ材料が入手しやすい。整列配置
のために用いた金網は施工後も表面層内に残留し、金網
自体も表面層内に空隙を形成し、ホワイトメタル等の金
属材料を表面層に固着する機能をもつ。また、金網の材
質を母材となる鋼等より融点の低い材料、例えば銅また
は銅合金とすることにより施工後においても金網を残留
させることなく、施工前および施工中において整列配置
させるだけではなく、母材となる鋼等とのろう付けによ
る接合を行う場合に、銅製の金網にろう材としての機能
をもたせることも可能である。
に用いる金網等の整列材を、処理後残留させないように
する手段としては、この融点の低い金網を用いる以外に
も、図1に示す母材4または重し5として、図5、図6
および図7に示す断面形状に母材となる鋼等を加工した
ものを使用することも可能である。
三角溝32、または図7に示す丸溝33の断面形状に母
材となる鋼等を加工すれば、これに沿って粒状または塊
状の材料を配置することで、該粒状または塊状の材料の
規則的に整列した状態を得ることは容易であるから、異
種材料からなる整列材を用いた場合に比べて、施工後に
おいても前記異種材料が残留することはない。
に、前記粒状あるいは塊状の材料の整列のための、上記
断面形状を有する溝を加工する場合、該溝に沿って前記
粒状あるいは塊状の材料を配置した上で、固定して上下
を逆転すれば良い。重し5に整列のための断面形状の溝
加工を行えば、重し5は整列のために繰返して用いるこ
とが可能なため、製造コストの低減につながる。
表面に適当な穴形状および寸法をもったエキスパンドメ
タルを配置し、その穴に粒状または塊状の材料を配置す
る方法であれば、重しへの断面形状加工が不要となり、
繰返し利用も可能であるためより経済的である。
る粒状または塊状の材料の形状に対応してより密着する
形状を選択すれば良く、施工前においてできるだけ密着
させることにより施工作業が簡便となり、接合強度を高
くすることができる。
状または塊状の材料を一体化接合するために、鋼等の母
材及び粒状または塊状の材料の間に両者より融点が低い
金属材料を介在させて、その一部に液相が発生する温度
以上に加熱することにより、液相となった前記金属材料
は溶解流動して、前記鋼等の母材及び粒状または塊状の
材料を冶金的に接合する。
う付けもその範躊にあるが、本発明のおける接合方法は
ろう付けによる方法よりも広い意昧をもつ。つまり通常
のろう付けでは本来接合のため介在する金属材料は施工
中においては液相のみとなる温度に加熱するのに対し、
本発明においてはその一部に液相が発生する温度以上に
加熱するため広い温度域での施工が可能となる。
通常のろう付け炉が適用でき、図1に示す銅板3の他
に、通常のろう材として用いられている銀ろう、リン銅
ろう、黄銅ろう及びニッケルろう等の材質に対しても前
記通常のろう付け炉が適用できる。
鋼等と粒状または塊状の材料1の間に、これらより融点
の低い金属材料を介在させて、その一部に液相が発生す
る温度以上に加熱することにより溶解流動させ母材4と
粒状または塊状の材料1を冶金的に接合させるため、前
記金属材料の材質としては、母材4となる鋼等と粒状ま
たは塊状の材料1の簡隙において均一に広がり、濡れる
性質があれば良く、市販のろう材でなくても上記で挙げ
た銅製金網でも充分にその特性を有する。
在させる前記金属材料は形状および寸法が自由に選択で
きるもの、例えば、図1に示すような板および箔状の銅
であれば入手が容易で、製造コストに占める原料費の割
合を低くすることができる。線材の銅であれば、適当な
長さに切断し、必要な位置で液相となり、かつ、広がっ
たときに接合するのに充分な量となるように配置すれば
良い。
に、接合のために介在させる金属材料を被覆しておけ
ば、母材となる鋼等と粒状または塊状の材料の接触位置
で前記金属材料が液相状態で流動することにより、接合
に必要な量を補足して供給することが可能である。
の材料の表面への被覆方法は、めっき、バレルコーティ
ングおよび溶射等の通常用いられる被覆方法でよく、粒
状または塊状の材料の形状、寸法および材質により適当
な方法を選択すれば良い。
は、接合のために介在させる金属材料が液相となって流
失するのを防止するための堰となる薄板を、該薄板の上
辺が粒状または塊状の材料の上端からわずかに出る程度
に母材の側面に溶接で取付けるか、あるいは、母材の接
合面に、接合のために介在させる金属材料、金網及び粒
状または塊状の材料が配置できる面積を有し、かつ、粒
状または塊状の材料の上端がわずかに出る程度の深さを
もった空間を堀込んで加工しても良い。
れるようなホワイトメタル等の金属材料を多量に複合す
るための整列した空隙をもつ表面層が母材となる鋼等と
充分な強度をもって接合された複合材では、空隙が表面
層に占める割合は30体積%以上であり、空隙の開口部
は内部より小さいため圧入充填されたホワイトメタル等
の金属材料が抜けにくい構造となっている。図8は、ホ
ワイトメタル等の充填金属6を表面層に含まれる空隙中
に圧入充填した摺動部材または軸受部材に適した機能を
もつ複合部材の断面拡大図の一例を示す。
複合する充填金属材料は、一体複合化のために圧入充填
されるため、空隙への充填度を大きくして接合強度を大
きくするためにも、変形抵抗が小さい方が望ましいが、
必要に応じて圧入充填時に加熱すれば良く、変形流動し
やすい変形抵抗になるように適宜な温度で加熱して圧入
充填される。
置は、従来から用いられている加工機械を用いれば良
く、例えばプレス、鍛造機、圧延機等が挙げられ、製品
の形状と寸法により適した加工装置を使用すれば良い。
られる電気炉が有用であり、特に加熱時に特殊な雰囲気
調整は必要としない。つまり、加熱時に酸化皮膜を形成
したとしても、圧入充填時に大きく変形流動する充填金
属材料表面の酸化皮膜は完全に破壊され、空隙内の金属
粒または金属塊や母材金属表面とほとんど金属接触する
ため、接合界面は充分な接合強度をもつことになり、空
隙内に充填された充填金属材料の体積は酸化皮膜の体積
よりはるかに大きいため、前記充填金属材料の機械的接
合強度の劣化も少ない。
えた母材と複合する充填金属材料は、その製造法および
加工履歴に特に制限はなく、粉末焼結材でも鋳造材で
も、勿論加工材でも良く、少なくとも圧入充填時に破壊
することなく変形流動するような金属材料であれば良
く、圧入充填時に加熱を適宜行うことにより適用できる
金属材料はかなり増える。
てろう付けにより施工を行い、角板状のろう付け複合材
を製造した具体例について説明する。
mmの面積をもった軟鋼(材質:SS400)板4aを
母材とし、該軟鋼板4aの、ろう付けによる接合を行う
接合面上に、ろう材となる厚さ0.1mmで290mm
×290mmの面積をもった銅板3を配置し、その上に
バレル玉1aを整列させるためのステンレス製金網2
(目開き:3mm、線径:0.65mm)を置き、3×
3の網目1つにつき直径3.2mmの鉄製のバレル玉1
aを1個ずつ配置した。そして、銅板3、金網2および
バレル玉1aを軟鋼板4aに密着および固定するために
重し5をバレル玉1a上に接触させて配置した。
ティングにより厚さ20μmの銅層がバレル玉全面に被
覆したものを用いた。
するため、軟鋼板4aの上記接合面に上記の銅板3、金
網2およびバレル玉1aが配置できる面積およびバレル
玉1aの上面がわずかに飛び出す程度の深さをもった平
底の空間を堀込んだ。
度を約10-4torrとした真空雰囲気中でろう材とな
る銅の融点直下1000℃で90分保持した上で、最終
的に1135℃で20分保持した後に冷却した。100
0℃保持後および1135℃保持後に段階的に窒素ガス
で雰囲気置換を行い、ガス加圧しながら冷却させた。冷
却後、炉より取り出したろう付け複合体は図2に示すよ
うに、施工前における銅板3が溶けて形成された銅ろう
3aにより軟鋼板4a、金網2およびバレル玉1aが全
面整列して一体化接合されていた。
銅ろう3aにより軟鋼板4a、金網2およびバレル玉1
aが健全に一体化接合されていることが確認された。
に、バレル玉1aの形成する空隙にホワイトメタルWJ
2(代表組成:9重量%アンチモン、5重量%銅、残錫
および不可避不純物)を充填した。
網2およびバレル玉1aが全面整列して一体化接合され
た複合板(面積:60mm×60mm)のバレル玉1a
に接するように板厚10mmのWJ2の板(面積:50
mm×40mm)を上にして配置し、余分な酸化を防ぐ
ため、できるだけ露出がないように全体をアルミ箔で包
み、加熱のために大気雰囲気の電気炉へ装入した。
して、加熱終了後すばやく35ton油圧プレスの下金
敷上に移動させて、ホワイトメタル側に上金敷を手動で
接触させた上で、下金敷を油圧で上方に駆動させて、ホ
ワイトメタル板に圧下を加えた。複合板は変形せず、圧
下によりホワイトメタル板のみが変形されて、特にバレ
ル玉1aに接触したホワイトメタル板下側が大きく変形
流動して、バレル玉1aと軟鋼板4aで形成された空隙
内に充填されて、複合板とホワイトメタルが一体化した
複合材が得られた。
る複合体は、切断断面のマクロ観察からバレル玉1aお
よび軟鋼板4aで形成された空隙内はほとんど変形流動
したホワイトメタルで充填されているのが観察され、充
分な接合強度でホワイトメタルと軟鋼板4aが接合され
た、一体化複合体となっているのが確認された。
A1050(純度:99.5%以上)を用いて一体化接
合を行った。図2に示す軟鋼板4a、金網2およびバレ
ル玉1aが全面整列して一体化接合された複合板(面
積:60mm×60mm)のバレル玉1aに接するよう
に板厚10mmの純アルミ板(面積:50mm×50m
m)を上にして配置し、余分な酸化を防ぐため、できる
だけ露出がないように全体をアルミ箔で包み、加熱のた
めに大気雰囲気の電気炉へ装入した。
して、加熱終了後すばやく35ton油圧プレスの下金
敷上に移動させて、純アルミ側に上金敷を手動で接触さ
せた上で、下金敷を油圧で上方に駆動させて、純アルミ
板に圧下を加えた。複合板は変形せず、圧下により純ア
ルミ板のみが変形して、特にバレル玉1aに接触した純
アルミ板下側が大きく変形流動して、バレル玉1aと軟
鋼板4aで形成された空隙内に充填されて、複合板と純
アルミが一体化した複合材が得られた。
体は、切断断面のマクロ観察からバレル玉1aおよび軟
鋼板4aで形成された空隙内はほとんど変形流動した純
アルミで充填されているのが観察され、充分な接合強度
で純アルミと軟鋼板4aが接合された、一体化複合体と
なつているのが確認された。
C1020(純度:99.96%以上)を用いて一体化
接合を行った。図2に示す軟鋼板4a、金網2およびバ
レル玉1aが全面整列して一体化接合された複合板(面
積:60mm×60mm)のバレル玉1aに接するよう
に板厚10mmの無酸素銅板(面積:50mm×50m
m)を上にして配置し、余分な酸化を防ぐため、できる
だけ露出がないように全体を銅箔で包み、加熱のために
大気雰囲気の電気炉へ装入した。加熱温度は950℃、
保持時間は1時間として、加熱終了後すばやく35to
n油圧プレスの下金敷上に移動させて、無酸素銅板側に
上金敷を手動で接触させた上で、下金敷を油圧で上方に
駆動させて、無酸素銅板に圧下を加えた。複合板は変形
せず、圧下により無酸素銅板のみが変形して、特にバレ
ル玉1aに接触した無酸素銅板下側が大きく変形流動し
て、バレル玉1aと軟鋼板4aで形成された空隙内に充
填されて、複合板と無酸素銅が一体化した複合材が得ら
れた。
体は、切断断面のマクロ観察からバレル玉1aおよび軟
鋼板4aで形成された空隙内は変形流動した無酸素銅で
充填されているのが観察されたが、実施例1および実施
例2に示す、ホワイトメタルおよび純アルミと比べる
と、空隙の体積に対する無酸素銅の充填体積の割合は低
かった。しかし、無酸素銅はホワイトメタルおよび純ア
ルミと比べて単体としての強度はかなり高いため、一体
化された複合体としては充分な接合強度で無酸素銅と軟
鋼板4aは接合されていると判断された。
隙が表面層の30体積%以上を占めた表面層が母材とな
る鋼等と充分な強度で接合された複合部材を得ることが
できる。
層に含まれる空隙中に圧入充填するという、比較的簡単
な手段で、潤滑性、耐焼付き性および耐腐食性に優れた
摺動部材または軸受部材とすることができる。
部材を製造の過程として、粒状または塊状の材料の配置
の一例を示す断面配置図である。
きさをもち、且つ、整列した空隙を有する表面層が母材
となる鋼等に接合された複合体の断面拡大図である。
きさをもち、且つ、整列した空隙を有する表面層が母材
となる鋼等に接合された複合体の他の例を示す断面拡大
図である。
を用いて、多くの規則的な形状と大きさをもち、且つ、
整列した空隙を有する表面層が母材となる鋼と接合され
た複合体の断面拡大図である。
材または重しに加工する断面形状のうち、角溝を示す断
面図である。
材または重しに加工する断面形状のうち、三角溝を示す
断面図である。
材または重しに加工する断面形状のうち、丸溝を示す断
面図である。
材の断面拡大図である。
部材を製造の過程として、粒状または塊状の材料の配置
の実施例を示す断面配置図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 金属母材と、この母材と接合した金属粒
あるいは金属塊を整列した空隙を有する表面層とからな
り、且つ、この表面層の空隙内に金属材料を充填した金
属複合部材。 - 【請求項2】 空隙を有する表面層が、隣同志で接触し
ない間隔で単層に整列した金属粒あるいは金属塊からな
る請求項1に記載の金属複合部材。 - 【請求項3】 金属母材上に金属母材より低融点の金属
材料とともに規則的に金属粒あるいは金属塊を配置し、
この金属粒あるいは金属塊の上に押圧材を載置し、前記
低融点の金属材料を溶融しつつ、この押圧材を押圧する
金属複合部材の製造方法。 - 【請求項4】 金属粒あるいは金属塊を隣同志で接触し
ない間隔で単層に整列して配置する請求項3に記載の金
属複合部材の製造方法。 - 【請求項5】 金属母材上に金網を配置したのち、その
金網上に金属粒あるいは金属塊を配置する請求項3また
は請求項4に記載の複合部材の製造方法。 - 【請求項6】 金属粒あるいは金属塊の形状および大き
さに対応した配列用凹部を金属母材あるいは押圧材の何
れかに形成し、この配列用凹部に金属粒あるいは金属塊
を配置する請求項3または請求項4に記載の金属複合部
材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20697297A JP3898803B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 金属複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20697297A JP3898803B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 金属複合部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150264A true JPH1150264A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3898803B2 JP3898803B2 (ja) | 2007-03-28 |
Family
ID=16532060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20697297A Expired - Lifetime JP3898803B2 (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | 金属複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3898803B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105583227A (zh) * | 2016-01-07 | 2016-05-18 | 四川飞龙电子材料有限公司 | 一种铜钼铜复合材料的制造方法 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP20697297A patent/JP3898803B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105583227A (zh) * | 2016-01-07 | 2016-05-18 | 四川飞龙电子材料有限公司 | 一种铜钼铜复合材料的制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3898803B2 (ja) | 2007-03-28 |
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