JPS6111908B2 - - Google Patents
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- JPS6111908B2 JPS6111908B2 JP23323182A JP23323182A JPS6111908B2 JP S6111908 B2 JPS6111908 B2 JP S6111908B2 JP 23323182 A JP23323182 A JP 23323182A JP 23323182 A JP23323182 A JP 23323182A JP S6111908 B2 JPS6111908 B2 JP S6111908B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
- Chemically Coating (AREA)
Description
本発明はデイーゼルエンジンのピストンに用い
られるアルミニウム合金鋳物部材の耐熱性、断熱
性及び耐摩耗性等を改善し、エンジンの燃焼、熱
効率及び始動性を高めるため、ピストン頂部のア
ルミニウム合金部分とセラミツクス部材との結合
体及びその製法に関するものである。 一般にデイーゼルエンジンに現用されている燃
焼方式には、直接噴射式や予燃焼室式或はうず室
式等がある。そのうち直接噴射式は燃料消費率及
び熱負荷が少なく、耐久性がすぐれており、一般
に大、中型車用として採用されているが、最近に
なり小型車用としても試作研究が進められている
状態である。しかし、これらに使用されるピスト
ン用アルミニウム合金は頂面の熱負荷から温度の
上昇に伴ない、強度と硬度が急激に低下するた
め、高温度においては摩耗や亀裂が生じ易く、ま
た熱膨張による焼付きを起したり、リング部分の
摩耗によるガスシールができなくなり、出力低下
や始動不良が生ずる欠点があつた。 そのため、これらの対策が各方面で盛に行わ
れ、ピストン頂部への鋳鉄の嵌合やボルト締め、
さらにはセラミツクスやサーメツトの鋳造嵌合な
どが検討されている。しかし、これらの改善方法
はアルミニウム鋳造時の急速加熱による亀裂の発
生、エンジンの稼動、高温化による「ガタツキ」
（熱膨張差のため）から破損するなど信頼性の点
で未だ実用化されるに至つていない現状にある。 本発明は、このような問題点を解決するもの
で、耐熱性、断熱性、耐摩耗性のすぐれたセラミ
ツクスと熱膨張係数の差が比較的小さく、一方、
アルミニウム合金との親和性が大であり、また靭
性の大きな鉄又は鉄系合金をセラミツクス部材と
アルミニウム合金部材との中間層として介在せし
め、相互に接合することによりセラミツクス部材
を被着結合したアルミニウム合金鋳造体及びその
製法を提供しようとするものである。 次に、本発明の結合体及びその製法について説
明する。 図は本発明セラミツクス部材を被着結合したア
ルミニウム合金鋳造体の一実施例を示す断面図で
ある。 図に示すセラミツク部材１は熱膨張係数の比較
的大きく、若干吸水性を有するものを用い、好ま
しくは線膨張係数が８×10-6／℃（RT〜1000
℃）以上、見掛気孔率が10〜18％を有するもので
ある。この見掛気孔率を限定した理由は10％以下
では熱衝撃に弱く、また18％以上では機械的強度
が劣化するためである。このようなセラミツクス
の出発原材料はAl2O3，Cr2O3，Fe2O3，ZrO2，
TiO2，SiO2，MgAl2O4系、CaZrO3，MgZrO3及
びMgTiO3などの酸化物であり、その１種又は１
種以上、粒度44μ以下の微粉末を特公昭55−
14833号記載の方法を用い、酸化クロムによる結
合、硬化されたもの、又は上記酸化物の１種又は
１種以上を成分とし、気孔率15〜40％を有するセ
ラミツク仮焼体を前記特許と同様の方法を用いて
Cr2O3により結合強化されたもの、又は前記の酸
化物の１種又は１種以上からなる高温焼結体で見
掛気孔率10〜18％を有するセラミツク部材であ
る。 次に、前記セラミツク部材１と後記するアルミ
ニウム合金鋳物部材３との中間層とする金属部材
２には鉄又は鉄系合金を用いる。これら金属部材
２はニツケル又はクロムメツキ膜２ａを包含す
る。そして鉄系合金としては炭素鋼、ニツケル
鋼、ステンレス鋼等で、好ましくは熱膨張係数が
前記セラミツク部材１に比較的近い値を示す材
質、例えば鉄・ニツケル合金においてFe64％、
Ni36％組成合金は線膨張係数９×10-6／℃（RT
〜500℃）、Fe50％、Ni29％、Co17％組成のコバ
ールは9.3×10-6／℃（30〜700℃）、シルバニア
No.４合金は9.6〜10.2×10-6（25〜400℃）の値を
示し、安定化ZrO2，Al2O3＋Cr2O3＋SiO2の複合
金組成、ジルコネート及びチタネート質セラミツ
クスの膨張係数とほぼ同じ程度であり、この両部
材１，２はクロム酸濃水溶液を主とするスラリー
塗布層４を熱処理によりCr2O3に変換する反応に
より極めて良好な結合体が得られる。 また、アルミニウム合金部材３は融点570℃以
上を有するAl−Si−Cu（−Ni，−Mg）系合金
で、好ましくは熱膨張係数の比較的小さいアルミ
ニウム合金鋳物、例えばJISAC−4C，AC8A〜Ｃ
（線膨張係数α＝20〜25×10-6／℃）、シルミン系
合金等であり、市販のハイパーシルミン（Si18
％、Cu2％、Mg1％、Cr0.5％、残Al）はα≒17
×10-6／℃の値を示し、好適な材質である。 次に、このアルミニウム合金鋳物部材３とセラ
ミツクス部材１との接合における製造工程を述べ
る。 先ず、第１工程としてセラミツクス部材１と鉄
合金部材２とを接合する。即ち、所望の形状寸法
に加工された両部材１，２の接合すべき面の少な
くとも、いずれか片方の面、好ましくは両部材の
接合面に可溶性クロム化合物の濃水溶液、例えば
ZnCrO4，CaCrO4，MgCrO4，Cr2O3などを
H2CrO4の比重1.6以上の水溶液に溶解して調整さ
れた比重1.65の溶液、又はAl2O3，Cr2O3，
SiO2，ZrO2，TiO2の44μ以下、好ましくは20μ
以下の微粉末の１種又は１種以上をH2CrO4、比
重1.7の濃水溶液に重量で５〜25％含有させ、ボ
ールミルを用いて24hrよく粉砕、混合してスラリ
ーとし、このスラリーを塗布した塗布層４を介し
て10〜15分後に両部材１，２を嵌合し、接着す
る。 そして、この接着体を固定した状態において電
気炉を用い、3.5℃／minの速度で温度を上昇
し、好ましくは460〜660℃において熱処理を行
う。その最高温度における加熱保持時間はこれら
部材の大きさにより一定しないが、通常30minで
満足される接合体が得られる。 次に、第２工程としては、第１工程において接
合されたセラミツクス部材１と鉄合金接合体の鉄
系合金部材２の露出接合面に市販の清浄用フラツ
クス、例えばFL−３を塗布コートしておき、こ
の接合体をアルミニウム合金鋳型内にセツトし、
約250〜300℃に保持した状態においてアルミニウ
ム合金融液を注入し、鋳造する。この場合、セラ
ミツクス部材１は鋳造温度においてはアルミニウ
ム合金と互に濡れ合わない。従つて鉄又は鉄合金
部材２とのみの接合が行なわれ、アルミニウム合
金鋳造体３とセラミツクス部材１との接合品が製
造される。 このようにして製造されたアルミニウム合金鋳
物・セラミツクス接合体について、接合面に対し
垂直に２×２cm2の面積をもつた試片を切り出し、
セラミツク面とアルミニウム合金面とに２本の金
属棒をそれぞれエポキシ系接着剤を用いて接着
し、引張り試験を行つた。 その結果、各部材の組合せの選択により、かな
りの差異があつたが、良好な系の組合せにおいて
は接合強度は450Kg／cm2以上の値を示した。ま
た、セラミツク部材の熱伝導率は、前記酸化物の
組合せの種数や気孔率に関連した異つた値を示す
が、見掛気孔率10〜15％に調製されたセラミツク
スにおいては0.002〜0.008cal／cm・sec・Ｃの範
囲であつた。さらに、染色含浸液による亀裂検査
においてはアルム合金の鋳込時の亀裂発生は認め
られなかつた。 以上説明したように、本発明によればデイーゼ
ルエンジン用アルミニウム合金製ピストン頂部に
セラミツクスを強固に接合することができ、ピス
トンの耐熱性、断熱性及び耐摩耗性等が著しく改
善できることが明らかとなり、従来法の欠点とさ
れる亀裂の発生、運転中の「ガタツキ」などによ
る破損が解消され、デイーゼルエンジンの熱負荷
対策としてアルミニウム合金鋳物とセラミツクス
の接合品はデイーゼルエンジン用ピストンの工業
的製造方法として好適である。 次に、実施例により本発明をさらに詳述する。 実施例 １ 1.1 セラミツクス部材の調整
られるアルミニウム合金鋳物部材の耐熱性、断熱
性及び耐摩耗性等を改善し、エンジンの燃焼、熱
効率及び始動性を高めるため、ピストン頂部のア
ルミニウム合金部分とセラミツクス部材との結合
体及びその製法に関するものである。 一般にデイーゼルエンジンに現用されている燃
焼方式には、直接噴射式や予燃焼室式或はうず室
式等がある。そのうち直接噴射式は燃料消費率及
び熱負荷が少なく、耐久性がすぐれており、一般
に大、中型車用として採用されているが、最近に
なり小型車用としても試作研究が進められている
状態である。しかし、これらに使用されるピスト
ン用アルミニウム合金は頂面の熱負荷から温度の
上昇に伴ない、強度と硬度が急激に低下するた
め、高温度においては摩耗や亀裂が生じ易く、ま
た熱膨張による焼付きを起したり、リング部分の
摩耗によるガスシールができなくなり、出力低下
や始動不良が生ずる欠点があつた。 そのため、これらの対策が各方面で盛に行わ
れ、ピストン頂部への鋳鉄の嵌合やボルト締め、
さらにはセラミツクスやサーメツトの鋳造嵌合な
どが検討されている。しかし、これらの改善方法
はアルミニウム鋳造時の急速加熱による亀裂の発
生、エンジンの稼動、高温化による「ガタツキ」
（熱膨張差のため）から破損するなど信頼性の点
で未だ実用化されるに至つていない現状にある。 本発明は、このような問題点を解決するもの
で、耐熱性、断熱性、耐摩耗性のすぐれたセラミ
ツクスと熱膨張係数の差が比較的小さく、一方、
アルミニウム合金との親和性が大であり、また靭
性の大きな鉄又は鉄系合金をセラミツクス部材と
アルミニウム合金部材との中間層として介在せし
め、相互に接合することによりセラミツクス部材
を被着結合したアルミニウム合金鋳造体及びその
製法を提供しようとするものである。 次に、本発明の結合体及びその製法について説
明する。 図は本発明セラミツクス部材を被着結合したア
ルミニウム合金鋳造体の一実施例を示す断面図で
ある。 図に示すセラミツク部材１は熱膨張係数の比較
的大きく、若干吸水性を有するものを用い、好ま
しくは線膨張係数が８×10-6／℃（RT〜1000
℃）以上、見掛気孔率が10〜18％を有するもので
ある。この見掛気孔率を限定した理由は10％以下
では熱衝撃に弱く、また18％以上では機械的強度
が劣化するためである。このようなセラミツクス
の出発原材料はAl2O3，Cr2O3，Fe2O3，ZrO2，
TiO2，SiO2，MgAl2O4系、CaZrO3，MgZrO3及
びMgTiO3などの酸化物であり、その１種又は１
種以上、粒度44μ以下の微粉末を特公昭55−
14833号記載の方法を用い、酸化クロムによる結
合、硬化されたもの、又は上記酸化物の１種又は
１種以上を成分とし、気孔率15〜40％を有するセ
ラミツク仮焼体を前記特許と同様の方法を用いて
Cr2O3により結合強化されたもの、又は前記の酸
化物の１種又は１種以上からなる高温焼結体で見
掛気孔率10〜18％を有するセラミツク部材であ
る。 次に、前記セラミツク部材１と後記するアルミ
ニウム合金鋳物部材３との中間層とする金属部材
２には鉄又は鉄系合金を用いる。これら金属部材
２はニツケル又はクロムメツキ膜２ａを包含す
る。そして鉄系合金としては炭素鋼、ニツケル
鋼、ステンレス鋼等で、好ましくは熱膨張係数が
前記セラミツク部材１に比較的近い値を示す材
質、例えば鉄・ニツケル合金においてFe64％、
Ni36％組成合金は線膨張係数９×10-6／℃（RT
〜500℃）、Fe50％、Ni29％、Co17％組成のコバ
ールは9.3×10-6／℃（30〜700℃）、シルバニア
No.４合金は9.6〜10.2×10-6（25〜400℃）の値を
示し、安定化ZrO2，Al2O3＋Cr2O3＋SiO2の複合
金組成、ジルコネート及びチタネート質セラミツ
クスの膨張係数とほぼ同じ程度であり、この両部
材１，２はクロム酸濃水溶液を主とするスラリー
塗布層４を熱処理によりCr2O3に変換する反応に
より極めて良好な結合体が得られる。 また、アルミニウム合金部材３は融点570℃以
上を有するAl−Si−Cu（−Ni，−Mg）系合金
で、好ましくは熱膨張係数の比較的小さいアルミ
ニウム合金鋳物、例えばJISAC−4C，AC8A〜Ｃ
（線膨張係数α＝20〜25×10-6／℃）、シルミン系
合金等であり、市販のハイパーシルミン（Si18
％、Cu2％、Mg1％、Cr0.5％、残Al）はα≒17
×10-6／℃の値を示し、好適な材質である。 次に、このアルミニウム合金鋳物部材３とセラ
ミツクス部材１との接合における製造工程を述べ
る。 先ず、第１工程としてセラミツクス部材１と鉄
合金部材２とを接合する。即ち、所望の形状寸法
に加工された両部材１，２の接合すべき面の少な
くとも、いずれか片方の面、好ましくは両部材の
接合面に可溶性クロム化合物の濃水溶液、例えば
ZnCrO4，CaCrO4，MgCrO4，Cr2O3などを
H2CrO4の比重1.6以上の水溶液に溶解して調整さ
れた比重1.65の溶液、又はAl2O3，Cr2O3，
SiO2，ZrO2，TiO2の44μ以下、好ましくは20μ
以下の微粉末の１種又は１種以上をH2CrO4、比
重1.7の濃水溶液に重量で５〜25％含有させ、ボ
ールミルを用いて24hrよく粉砕、混合してスラリ
ーとし、このスラリーを塗布した塗布層４を介し
て10〜15分後に両部材１，２を嵌合し、接着す
る。 そして、この接着体を固定した状態において電
気炉を用い、3.5℃／minの速度で温度を上昇
し、好ましくは460〜660℃において熱処理を行
う。その最高温度における加熱保持時間はこれら
部材の大きさにより一定しないが、通常30minで
満足される接合体が得られる。 次に、第２工程としては、第１工程において接
合されたセラミツクス部材１と鉄合金接合体の鉄
系合金部材２の露出接合面に市販の清浄用フラツ
クス、例えばFL−３を塗布コートしておき、こ
の接合体をアルミニウム合金鋳型内にセツトし、
約250〜300℃に保持した状態においてアルミニウ
ム合金融液を注入し、鋳造する。この場合、セラ
ミツクス部材１は鋳造温度においてはアルミニウ
ム合金と互に濡れ合わない。従つて鉄又は鉄合金
部材２とのみの接合が行なわれ、アルミニウム合
金鋳造体３とセラミツクス部材１との接合品が製
造される。 このようにして製造されたアルミニウム合金鋳
物・セラミツクス接合体について、接合面に対し
垂直に２×２cm2の面積をもつた試片を切り出し、
セラミツク面とアルミニウム合金面とに２本の金
属棒をそれぞれエポキシ系接着剤を用いて接着
し、引張り試験を行つた。 その結果、各部材の組合せの選択により、かな
りの差異があつたが、良好な系の組合せにおいて
は接合強度は450Kg／cm2以上の値を示した。ま
た、セラミツク部材の熱伝導率は、前記酸化物の
組合せの種数や気孔率に関連した異つた値を示す
が、見掛気孔率10〜15％に調製されたセラミツク
スにおいては0.002〜0.008cal／cm・sec・Ｃの範
囲であつた。さらに、染色含浸液による亀裂検査
においてはアルム合金の鋳込時の亀裂発生は認め
られなかつた。 以上説明したように、本発明によればデイーゼ
ルエンジン用アルミニウム合金製ピストン頂部に
セラミツクスを強固に接合することができ、ピス
トンの耐熱性、断熱性及び耐摩耗性等が著しく改
善できることが明らかとなり、従来法の欠点とさ
れる亀裂の発生、運転中の「ガタツキ」などによ
る破損が解消され、デイーゼルエンジンの熱負荷
対策としてアルミニウム合金鋳物とセラミツクス
の接合品はデイーゼルエンジン用ピストンの工業
的製造方法として好適である。 次に、実施例により本発明をさらに詳述する。 実施例 １ 1.1 セラミツクス部材の調整
【表】
をボールミルで48hr粉砕混合して鋳込用泥漿を
つくり、これを内径44mm、深さ2.2mmの平底カ
ツプ形のシヤモツト質の成形型に注入して厚さ
５mmの肉厚のカツプ形に固形鋳込みを行い、半
乾燥後、中型を抜き取り、これをCr2O3をクロ
ム酸の濃水溶液に溶解して得た比重1.65の
xCrO3−yCr2O3・zH2O組成よりなる溶液で十
分に湿潤した後、電気炉において成形型と共に
3.5℃／minの上昇速度で温度をあげ、最高660
℃、30min保持して加熱処理を行い、酸化物粒
子相互間をCr2O3により結合・硬化させ、冷却
した。 この熱処理によりセラミツク素体は取扱上、
十分の強度を有するので、離型し、この素体を
比重1.7のH2CrO4の濃水溶液に浸漬して液を含
浸させ、表面に付着した液を拭きとり、炉中
3.5℃／minの速度で温度を上昇し、最高温度
660℃において30min加熱保持した。さらに、
この溶液による含浸・熱処理を８回反復して処
理を行ないセラミツクス部材を調整した。 この処理物は２回目の反復処理において、普
通の工作工具により容易に加工できるので、別
に加工された鉄合金部材の接合面と合致するよ
うにセラミツク素体に加工仕上を行い、３回目
以降の含浸・熱処理をしてセラミツクス部材を
調製した。 これと同条件で調製したテスト用セラミツク
試験片の物性は見掛気孔率12％、熱伝導率
0.003〜0.004cal／cm・sec・℃、線熱膨張係数
10.2×10-6／℃の値であつた。 1.2 中間層とする鉄系合金部材 この部材としてはステンレス鋼430｛線熱膨
張係数10.8×10-6／℃（20〜500℃）｝を使用
し、肉厚1.2mm、内径43.2mm、深さ21.6mmに加工
されたカツプの内外面を王水により表面を粗面
化した。 1.3 接合剤（溶液）の調製 結合剤としてはα−Al2O31重量部、ZrO21重
量部、TiO21重量部からなる何れも10μ以下の
混合微粉末をH2CrO4の濃水溶液にZnOを溶解
してなるZnCrO4＋H2CrO4の比重1.7の溶液を
重量比で20％加え、ボールミルを用いて48hr混
和し、スラリーを調製した。 1.4 セラミツクス部材と鉄合金部材の接合 1.3項のスラリーをセラミツクス部材及び鉄
合金部材の両接合面によく塗布し、10分後両部
材を嵌合し接着した。これを固定した状態で電
気炉に入れ、3.5℃／minの速度で温度をあ
げ、最高560℃に30min保持して熱処理を行
い、放冷してセラミツクスと鉄合金部材の接合
を完了した。 1.5 アルミニウム合金の鋳造によるセラミツク
ス部材との接合 鋳造用アルミニウム合金としてシルミン系合
金（Si16％、Cu2％、MgO1.3％、Al残）（α≒
18×10-6）を用いた。先ず、内径60mm、深さ70
mmの鋳造用金型内に1.4項記載の接合体のセラ
ミツクス部を上にして鋳物に埋込まれるように
型上部の中央部にセツトし、約300℃に加熱保
持し、これに約720℃のアルミニウム合金融液
を型内に注入し鋳造した。 このようにしてセラミツクス部材とアルミニウ
ム合金鋳物部材とが鉄合金の薄層を中間層として
介在せしめることにより、セラミツクスに対し可
成り大きな熱膨張を有し、しかも両者が濡れ合わ
ないアルミニウム合金材料を鋳造法により容易に
接合することができる。 この接合体のアルミニウム鋳物は直径60mm、長
さ70mmの円柱状であり、頂部にセラミツクカツプ
が埋込まれている。この円柱の外周を水冷パイプ
により冷却しながらセラミツク部にプロパンガス
バーナーを用いて燃焼火炎を吹きつけ、セラミツ
クカツプ内の表面温度を約500℃に保持し、10hr
の加熱試験を行つた。 その結果、セラミツク部に亀裂の発生は認めら
れなかつた。また試験片による接合強度は360
Kg／cm2以上（エポキシ系接着剤アームストロング
735接着面で剥離）であつた。 実施例 ２ 2.1 セラミツクス部材の調整
つくり、これを内径44mm、深さ2.2mmの平底カ
ツプ形のシヤモツト質の成形型に注入して厚さ
５mmの肉厚のカツプ形に固形鋳込みを行い、半
乾燥後、中型を抜き取り、これをCr2O3をクロ
ム酸の濃水溶液に溶解して得た比重1.65の
xCrO3−yCr2O3・zH2O組成よりなる溶液で十
分に湿潤した後、電気炉において成形型と共に
3.5℃／minの上昇速度で温度をあげ、最高660
℃、30min保持して加熱処理を行い、酸化物粒
子相互間をCr2O3により結合・硬化させ、冷却
した。 この熱処理によりセラミツク素体は取扱上、
十分の強度を有するので、離型し、この素体を
比重1.7のH2CrO4の濃水溶液に浸漬して液を含
浸させ、表面に付着した液を拭きとり、炉中
3.5℃／minの速度で温度を上昇し、最高温度
660℃において30min加熱保持した。さらに、
この溶液による含浸・熱処理を８回反復して処
理を行ないセラミツクス部材を調整した。 この処理物は２回目の反復処理において、普
通の工作工具により容易に加工できるので、別
に加工された鉄合金部材の接合面と合致するよ
うにセラミツク素体に加工仕上を行い、３回目
以降の含浸・熱処理をしてセラミツクス部材を
調製した。 これと同条件で調製したテスト用セラミツク
試験片の物性は見掛気孔率12％、熱伝導率
0.003〜0.004cal／cm・sec・℃、線熱膨張係数
10.2×10-6／℃の値であつた。 1.2 中間層とする鉄系合金部材 この部材としてはステンレス鋼430｛線熱膨
張係数10.8×10-6／℃（20〜500℃）｝を使用
し、肉厚1.2mm、内径43.2mm、深さ21.6mmに加工
されたカツプの内外面を王水により表面を粗面
化した。 1.3 接合剤（溶液）の調製 結合剤としてはα−Al2O31重量部、ZrO21重
量部、TiO21重量部からなる何れも10μ以下の
混合微粉末をH2CrO4の濃水溶液にZnOを溶解
してなるZnCrO4＋H2CrO4の比重1.7の溶液を
重量比で20％加え、ボールミルを用いて48hr混
和し、スラリーを調製した。 1.4 セラミツクス部材と鉄合金部材の接合 1.3項のスラリーをセラミツクス部材及び鉄
合金部材の両接合面によく塗布し、10分後両部
材を嵌合し接着した。これを固定した状態で電
気炉に入れ、3.5℃／minの速度で温度をあ
げ、最高560℃に30min保持して熱処理を行
い、放冷してセラミツクスと鉄合金部材の接合
を完了した。 1.5 アルミニウム合金の鋳造によるセラミツク
ス部材との接合 鋳造用アルミニウム合金としてシルミン系合
金（Si16％、Cu2％、MgO1.3％、Al残）（α≒
18×10-6）を用いた。先ず、内径60mm、深さ70
mmの鋳造用金型内に1.4項記載の接合体のセラ
ミツクス部を上にして鋳物に埋込まれるように
型上部の中央部にセツトし、約300℃に加熱保
持し、これに約720℃のアルミニウム合金融液
を型内に注入し鋳造した。 このようにしてセラミツクス部材とアルミニウ
ム合金鋳物部材とが鉄合金の薄層を中間層として
介在せしめることにより、セラミツクスに対し可
成り大きな熱膨張を有し、しかも両者が濡れ合わ
ないアルミニウム合金材料を鋳造法により容易に
接合することができる。 この接合体のアルミニウム鋳物は直径60mm、長
さ70mmの円柱状であり、頂部にセラミツクカツプ
が埋込まれている。この円柱の外周を水冷パイプ
により冷却しながらセラミツク部にプロパンガス
バーナーを用いて燃焼火炎を吹きつけ、セラミツ
クカツプ内の表面温度を約500℃に保持し、10hr
の加熱試験を行つた。 その結果、セラミツク部に亀裂の発生は認めら
れなかつた。また試験片による接合強度は360
Kg／cm2以上（エポキシ系接着剤アームストロング
735接着面で剥離）であつた。 実施例 ２ 2.1 セラミツクス部材の調整
【表】
の配合物をボールミルで48hr湿式混合した後、
脱水し、含水量を約20％程度にし、よく混練し
た。 これを内径45mm、深さ80mmの円筒形、強化石
膏型中に約100Kg／cm2の圧力で圧入し、半乾燥
後離型し、厚さ10mmの円筒に粗加工し、乾燥後
電気炉で約1050℃において仮焼した。次に、こ
の仮焼体を外径39.8mm、長さ60mm、肉厚６mmの
円筒セラミツクスに旋盤加工した。 これを比重1.65、H2CrO4の濃水溶液に浸漬
して、溶液をよく含浸し、表面に付着した液を
軽く拭きとり、3.5℃／minの速度で最高760℃
に加熱し、約30min保持し、熱処理した。この
H2CrO4溶液の含浸及び熱処理を反復して８回
操作してセラミツクス部材を強化し調整した。
これと同条件で調製した試験片の物性は見掛気
孔率12％、熱伝導率0.007Cal／cm・sec.℃、線
熱膨張係数8.5×10-6（RT〜1000℃）の値を示
した。 2.2 中間層とする鉄系合金部材 鉄系合金部材としてニツケル鋼（インバール
Ni36％、熱膨張係数９×10-6／℃（RT〜500
℃）、肉厚1.2mm、内径40mm、長さ60mmの円筒を
用い王水（HNO3容積１＋HCl容積2.5）液に浸
漬し、表面を粗面化した。 2.3 接合剤（溶液）の調製 実施例１の1.3項に同じ 2.4 セラミツクス部材と鉄系合金部材の接合 実施例１の1.4項記載に同じ 2.5 アルミニウム合金の鋳部によるセラミツク
ス部材との接合 アルミニウム合金としてはシルミン系合金、
市販のハイパーシルミン（Si18％、Cu1％、
Mg0.7％、Ni1.7％、残Al組成）、線熱膨張係数
17×10-6（RT〜100℃）を用い、2.4項記載の
接合体をアルミニウム合金用鋳型内に300℃に
加熱保持された状態において710℃のアルミニ
ウム合金融液を型に注入し、セラミツクス、鉄
合金の外周に肉厚10mmのアルミニウム合金の外
筒を形成させ、アルミニウム合金鋳物・セラミ
ツクスの接合体を製造した。 この製品を円筒の軸方向に切断し、内面のセラ
ミツク部の亀裂状態を調べ、またアルミ外面を冷
却しながらセラミツク面にプロパンガス燃焼火炎
を吹きつけて約450℃に加熱し、1hr保持後、1hr
強制空冷する試験を10回繰返した。その結果、接
合部及びセラミツク部に亀裂、剥離等の異状は認
められなかつた。また、この試料から角形に切り
出した試片について引張接合強度テストを実施例
１と同様に行ない、接着樹脂強度限界の350Kg／
cm2以上の接合強度であつた。
脱水し、含水量を約20％程度にし、よく混練し
た。 これを内径45mm、深さ80mmの円筒形、強化石
膏型中に約100Kg／cm2の圧力で圧入し、半乾燥
後離型し、厚さ10mmの円筒に粗加工し、乾燥後
電気炉で約1050℃において仮焼した。次に、こ
の仮焼体を外径39.8mm、長さ60mm、肉厚６mmの
円筒セラミツクスに旋盤加工した。 これを比重1.65、H2CrO4の濃水溶液に浸漬
して、溶液をよく含浸し、表面に付着した液を
軽く拭きとり、3.5℃／minの速度で最高760℃
に加熱し、約30min保持し、熱処理した。この
H2CrO4溶液の含浸及び熱処理を反復して８回
操作してセラミツクス部材を強化し調整した。
これと同条件で調製した試験片の物性は見掛気
孔率12％、熱伝導率0.007Cal／cm・sec.℃、線
熱膨張係数8.5×10-6（RT〜1000℃）の値を示
した。 2.2 中間層とする鉄系合金部材 鉄系合金部材としてニツケル鋼（インバール
Ni36％、熱膨張係数９×10-6／℃（RT〜500
℃）、肉厚1.2mm、内径40mm、長さ60mmの円筒を
用い王水（HNO3容積１＋HCl容積2.5）液に浸
漬し、表面を粗面化した。 2.3 接合剤（溶液）の調製 実施例１の1.3項に同じ 2.4 セラミツクス部材と鉄系合金部材の接合 実施例１の1.4項記載に同じ 2.5 アルミニウム合金の鋳部によるセラミツク
ス部材との接合 アルミニウム合金としてはシルミン系合金、
市販のハイパーシルミン（Si18％、Cu1％、
Mg0.7％、Ni1.7％、残Al組成）、線熱膨張係数
17×10-6（RT〜100℃）を用い、2.4項記載の
接合体をアルミニウム合金用鋳型内に300℃に
加熱保持された状態において710℃のアルミニ
ウム合金融液を型に注入し、セラミツクス、鉄
合金の外周に肉厚10mmのアルミニウム合金の外
筒を形成させ、アルミニウム合金鋳物・セラミ
ツクスの接合体を製造した。 この製品を円筒の軸方向に切断し、内面のセラ
ミツク部の亀裂状態を調べ、またアルミ外面を冷
却しながらセラミツク面にプロパンガス燃焼火炎
を吹きつけて約450℃に加熱し、1hr保持後、1hr
強制空冷する試験を10回繰返した。その結果、接
合部及びセラミツク部に亀裂、剥離等の異状は認
められなかつた。また、この試料から角形に切り
出した試片について引張接合強度テストを実施例
１と同様に行ない、接着樹脂強度限界の350Kg／
cm2以上の接合強度であつた。
図は本発明セラミツクス部材を被着結合したア
ルミニウム合金鋳造体の一実施例を示す断面図で
ある。 １……セラミツクス部材、２……鉄又は鉄系合
金部材、３……アルミニウム合金鋳物部材、４…
…スラリー塗布層、２ａ……ニツケル又はクロム
メツキ膜。
ルミニウム合金鋳造体の一実施例を示す断面図で
ある。 １……セラミツクス部材、２……鉄又は鉄系合
金部材、３……アルミニウム合金鋳物部材、４…
…スラリー塗布層、２ａ……ニツケル又はクロム
メツキ膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ni又はCrの鍍金膜を有するか、有しない鉄
又は鉄系合金部材の表面に、ZrO2，Al2O3，
Cr2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2，CaZrO3又は
MgAl2O4等の金属酸化物の１種又は之等１種以
上の粉末、或は之等酸化物からなる仮焼状態で、
酸化Crにより結合強化したセラミツクス部材、
若くは之等酸化物からなる高温焼結した見掛気孔
率10％乃至18％を有するセラミツクス部材を、相
互の接着面に熱処理によりCr2O3に変換する可溶
性Cr化合物の濃水溶液と少量のAl2O3，Cr2O3，
SiO2，ZrO2又はTiO2等の金属酸化物の１種又は
之等１種以上を含有するスラリーの塗布層を介し
て強固に結着せしめ、更に、この結着体を前記鉄
又は鉄系合金部材側が中間層として介在するよう
アルミニウム合金鋳造体表面に接着構成せしめた
ことを特徴とするセラミツクス部材を被着結合し
たアルミニウム合金鋳造体。 ２ Ni又はCrの鍍金膜を有するか、有しない鉄
又は鉄系合金部材の表面に、ZrO2，Al2O3，
Cr2O3，SiO2，Fe2O3，TiO2，CaZrO3、又は
MgAl2O4等の金属酸化物の１種又は之等１種以
上の粉末、或は之等酸化物からなる仮焼状態で、
酸化Crにより結合強化したセラミツクス部材、
若くは之等酸化物からなる高温焼結した見掛気孔
率10％乃至18％を有するセラミツクス部材を、相
互の接着面の少なくとも何れか一方に熱処理によ
りCr2O3に変換し得る可溶性Cr化合物の濃水溶液
の単味、又は少量のAl2O3，Cr2O3，SiO2，ZrO2
又はTiO2等の金属酸化物の１種又は之等１種以
上を含有する可溶性Cr化合物の濃水溶液を塗布
して両部材を重合し、しかる後、加熱処理を施す
ことによつて強固に結着せしめ、更にこの結着体
をアルミニウム合金鋳型内にセツトし、適温から
なる加熱状態下においてアルミニウム合金融液を
注入鋳造して前記鉄又は鉄系合金部材側を中間層
として介在するようアルミニウム合金鋳造体表面
に接着せしめるようにしたことを特徴とするセラ
ミツクス部材を被着結合したアルミニウム合金鋳
造体の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23323182A JPS59128274A (ja) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | セラミツクス部材を被着結合したアルミニウム合金鋳造体およびその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23323182A JPS59128274A (ja) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | セラミツクス部材を被着結合したアルミニウム合金鋳造体およびその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59128274A JPS59128274A (ja) | 1984-07-24 |
| JPS6111908B2 true JPS6111908B2 (ja) | 1986-04-05 |
Family
ID=16951804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23323182A Granted JPS59128274A (ja) | 1982-12-30 | 1982-12-30 | セラミツクス部材を被着結合したアルミニウム合金鋳造体およびその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59128274A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6135676U (ja) * | 1984-08-06 | 1986-03-05 | 臼井国際産業株式会社 | 鋏類の刃面構造 |
| US4764341A (en) * | 1987-04-27 | 1988-08-16 | International Business Machines Corporation | Bonding of pure metal films to ceramics |
-
1982
- 1982-12-30 JP JP23323182A patent/JPS59128274A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59128274A (ja) | 1984-07-24 |
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