JP2001335900A - Fiber reinforced aluminum alloy material - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化されたア
ルミニウム合金材料に関し、特に、摺動部に好適に用い
られ、耐摩耗性に優れ、相手攻撃性の低い繊維強化アル
ミニウム合金材料に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fiber reinforced aluminum alloy material, and more particularly to a fiber reinforced aluminum alloy material which is suitably used for a sliding portion, has excellent wear resistance, and has low aggressiveness to a partner.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、自動車、産業機器等種々の分野で
は軽量化が図られ、それらを構成する部品に、それまで
用いられてきた鉄鋼材料に代え、アルミニウム合金が使
用されるに至っている。特に、乗用車等の車両用エンジ
ンにおいては、部品のアルミニウム合金化が進行してい
る。この理由は、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。2. Description of the Related Art In recent years, weight reduction has been attempted in various fields such as automobiles and industrial equipment, and aluminum alloys have been used for parts constituting them instead of steel materials used so far. In particular, in a vehicle engine such as a passenger car, parts are being alloyed with aluminum. The reason for this is that, compared to conventional cast iron products, the use of aluminum alloy makes it possible to dramatically reduce the weight, and focuses on the usefulness of having a heat radiation effect due to high thermal conductivity. In addition, the manufacturing cost, which has been a problem in using aluminum alloys in the past, has been greatly reduced due to the recent improvement in manufacturing technology, which has encouraged the use situation. .
【０００３】このように、車両用エンジン部品のアルミ
ニウム合金化が進むなかで、例えばシリンダブロックの
ような摺動特性を要求される部品についてはアルミニウ
ム合金化が遅れていた。この理由は、アルミニウム合金
の耐摩耗性の低さに起因するものであり、例えばシリン
ダボア部においてはピストンリングが高温下にて摺動す
ることから特に苛酷な条件に耐え得る必要があり、通常
のアルミニウム合金ではその要求を満足できなかった。As described above, with the progress of aluminum alloying of vehicle engine parts, aluminum alloying of components requiring sliding characteristics, such as cylinder blocks, has been delayed. The reason for this is that the wear resistance of the aluminum alloy is low.For example, in the cylinder bore, the piston ring slides at a high temperature, so it is necessary to withstand particularly severe conditions. Aluminum alloys could not meet the requirements.
【０００４】アルミニウム合金の耐摩耗性を向上させる
手段として、例えば、特公平３−７１９３９号公報に示
すように、アルミナ繊維と炭素繊維とを強化繊維として
母材中に分散させて複合材料とする技術が存在する。こ
の技術は、アルミナ繊維のもつ高い耐摩耗性と炭素繊維
のもつ自己潤滑能とにより、シリンダボア等の摺動部に
要求される耐摩耗性および相手材であるピストンリング
を摩耗させないといった低い相手攻撃性の両者を満足さ
せることを目的とするものである。As means for improving the wear resistance of an aluminum alloy, for example, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-71939, alumina fibers and carbon fibers are dispersed as reinforcing fibers in a base material to form a composite material. Technology exists. This technology uses the high abrasion resistance of alumina fiber and the self-lubricating ability of carbon fiber to achieve low abrasion resistance required for sliding parts such as cylinder bores and low opponent attack such as not abrading the piston ring that is the mating material. The purpose is to satisfy both sexes.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところが、アルミナ繊
維は、特に特公平３−７１９３９号公報に示すようなα
化させたアルミナ繊維はその硬度が高く、炭素繊維の存
在下においても相手材を傷付けるといった問題は避けら
れないものとなっている。さらにアルミナ繊維は高価で
あり、アルミナ繊維を複合化させたアルミニウム合金材
料は高価なものにならざるを得ない。However, alumina fibers, in particular, have an α fiber as disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-71939.
The converted alumina fiber has a high hardness, and the problem of damaging the mating material even in the presence of carbon fiber is inevitable. Further, alumina fibers are expensive, and an aluminum alloy material in which alumina fibers are compounded has to be expensive.
【０００６】本発明者は、繊維強化アルミニウム合金材
料、特に強化繊維に関する度重なる実験の結果、強化繊
維の種類を適正化することにより摺動部材としての良好
な特性を有する複合材料を得ることができるとの知見を
得た。本発明は、その知見に基づき、上記現状の繊維強
化アルミニウム合金材料の抱える上記問題を解決すべく
なされたものであり、安価であって、耐摩耗性に優れ、
かつ相手攻撃性を低く抑えることができる繊維強化アル
ミニウム合金材料を提供することを課題としている。The inventor of the present invention has repeatedly conducted experiments on fiber reinforced aluminum alloy materials, particularly on reinforced fibers, and as a result, it has been found that a composite material having good properties as a sliding member can be obtained by optimizing the type of reinforced fibers. I got the knowledge that I can do it. The present invention has been made to solve the above problems of the current fiber-reinforced aluminum alloy material based on the findings, is inexpensive, has excellent wear resistance,
Another object of the present invention is to provide a fiber-reinforced aluminum alloy material capable of suppressing the opponent's aggressiveness.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化アルミ
ニウム合金材料は、体積率で１０〜１８％となる窒化ア
ルミナ・シリカ繊維と、体積率で５〜１５％となる炭素
繊維とを、母材となるアルミニウム合金中に分散させて
なることを特徴とする。つまり、本発明の繊維強化アル
ミニウム合金材料では、アルミナ・シリカ繊維と炭素繊
維とを強化繊維として用いるものである。The fiber-reinforced aluminum alloy material according to the present invention comprises a base material comprising alumina nitride / silica fibers having a volume ratio of 10 to 18% and carbon fibers having a volume ratio of 5 to 15%. It is characterized by being dispersed in an aluminum alloy as a material. That is, in the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention, alumina-silica fiber and carbon fiber are used as the reinforcing fiber.
【０００８】アルミナ・シリカ繊維は、アルミニウム合
金材料にアルミナ繊維と同等の耐摩耗性を保持させるこ
とができ、また、アルミナ繊維に比べ安価であるという
利点を有する。そしてまた、アルミナ・シリカ繊維は、
アルミナ繊維よりも相手攻撃性が低いという利点をも有
する。ただし、アルミナ・シリカ繊維は、アルミニウム
合金溶湯に分散させて複合化する際に、その合金成分元
素、特にＭｇと容易に反応し、繊維表面にＭｇ−Ｓｉ系
の反応物が生成して、その複合化した材料を劣化させる
という欠点をもつ。本発明の繊維強化アルミニウム合金
材料では、強化繊維であるアルミナ・シリカ繊維を窒化
処理することで、アルミニウム合金の合金成分との反応
を抑制し、繊維強化アルミニウム合金材料の劣化を防ぐ
ものとなっている。このアルミナ・シリカ繊維に窒化処
理が施してあることは、本発明の繊維強化アルミニウム
合金材料における一つの技術的特徴を成している。Alumina-silica fibers have the advantage that the aluminum alloy material can maintain the same abrasion resistance as alumina fibers, and that they are less expensive than alumina fibers. And again, alumina-silica fiber is
It also has the advantage of lower aggressiveness than alumina fibers. However, when the alumina-silica fiber is dispersed in the molten aluminum alloy to form a composite, the aluminum-silica fiber easily reacts with its alloying element, particularly Mg, to generate a Mg-Si-based reactant on the fiber surface. It has the disadvantage of deteriorating the composite material. In the fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention, the nitriding treatment of the alumina / silica fiber as the reinforcing fiber suppresses the reaction with the alloy component of the aluminum alloy, thereby preventing the fiber reinforced aluminum alloy material from deteriorating. I have. The fact that the alumina / silica fiber is subjected to the nitriding treatment is one technical feature of the fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention.
【０００９】また、もう一つの強化繊維である炭素繊維
は、潤滑能力を有するという利点を有する。摺動部に用
いられた場合、相手材との間の潤滑剤として機能するこ
とで、本発明の繊維強化アルミニウム合金材料の耐摩耗
性を良好に保ち、また、相手材を摩耗させないといった
相手攻撃性を効果的に抑制している。Further, carbon fiber, which is another reinforcing fiber, has an advantage of having a lubricating ability. When used in a sliding portion, it functions as a lubricant between the mating member and the mating member to maintain good wear resistance of the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention and prevent the mating member from being worn. The effect is effectively suppressed.
【００１０】窒化処理したアルミナ・シリカ繊維と炭素
繊維との２つの強化繊維の上記作用が奏合される結果、
それら２つの強化繊維をアルミニウム合金母材に分散し
て複合化させた本発明の繊維強化アルミニウム合金材料
は、安価であって、耐摩耗性に優れ、かつ相手攻撃性を
低く抑えることができる繊維強化アルミニウム合金材料
となる。As a result of the above effects of the two reinforcing fibers of the alumina-silica fiber and the carbon fiber subjected to the nitriding treatment,
The fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention, in which the two reinforcing fibers are dispersed in an aluminum alloy base material to form a composite, is a fiber which is inexpensive, has excellent wear resistance, and can suppress the aggressiveness of the partner. It becomes a reinforced aluminum alloy material.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下に本発明の繊維強化アルミニ
ウム合金材料の実施形態について、それぞれの構成要
素、製造方法等、エンジンシリンダボアへの適用形態の
項目に分けそれぞれ説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a fiber-reinforced aluminum alloy material according to the present invention will be described below with respect to respective components, manufacturing methods, and the like, which are applied to an engine cylinder bore.
【００１２】〈繊維強化アルミニウム合金材料の構成要
素〉本発明の繊維強化アルミニウム合金材料は、母材と
なるアルミニウム合金に強化繊維を分散させたものであ
る。その母材、いわゆるマトリクスとなるアルミニウム
合金は、その組成を特に限定するものではなく、Ａｌな
らびにＡｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｍ
ｇ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｚｎ２元系等を基本とし、それ
らを組み合わせた３元系、４元系等、さらには、少量の
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ等を目的に応じて添加した合金
系のものを使用できる。なお、純アルミニウムも採用し
得るため、本明細書において「アルミニウム合金」と
は、純アルミニウムを含むことを意味する。<Components of Fiber Reinforced Aluminum Alloy Material> The fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention is obtained by dispersing reinforcing fibers in an aluminum alloy serving as a base material. The base material, that is, the aluminum alloy serving as a matrix is not particularly limited in its composition, and Al and Al-Cu, Al-Si, Al-Mn, and Al-M
g, Al-Mg, Al-Zn binary system, etc., and a ternary system, quaternary system, etc. combining them, and further, a small amount of Ni, Cr, Zr, Ti, etc. added according to the purpose. Can be used. In addition, since pure aluminum can also be used, in this specification, "aluminum alloy" means containing pure aluminum.
【００１３】これらのアルミニウム合金の中でも、後に
説明するように鋳造法によって複合化することが望まし
いため、その場合には、ＪＩＳに規定するＡＣ１〜ＡＣ
９の鋳造用アルミニウム合金、ＡＤＣ１〜ＡＤＣ１４の
ダイカスト鋳造用アルミニウム合金等を用いることが望
ましい。また、上述したように、窒化処理したアルミナ
・シリカ繊維がアルミニウム合金溶湯のＭｇとの反応を
特に抑制するという効果を充分に発揮できることから、
本発明の繊維強化アルミニウム合金材料は、Ｍｇを含ん
だ鋳造用合金、例えば、ＡＣ４Ａ、ＡＣ４Ｄ、ＡＤＣ
３、ＡＤＣ１２等を母材とする繊維強化アルミニウム合
金材料として実施するのが好適である。[0013] Among these aluminum alloys, it is desirable to form a composite by a casting method as described later. In such a case, AC1 to AC1 specified in JIS are required.
It is preferable to use a casting aluminum alloy of No. 9 and an aluminum alloy for die casting of ADC1 to ADC14. Further, as described above, since the nitridized alumina-silica fiber can sufficiently exhibit the effect of particularly suppressing the reaction of the molten aluminum alloy with Mg,
The fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention is a casting alloy containing Mg, for example, AC4A, AC4D, ADC
3. It is preferable that the present invention is implemented as a fiber reinforced aluminum alloy material whose base material is ADC12 or the like.
【００１４】強化繊維の一つは、窒化処理したアルミナ
・シリカ繊維である。繊維中のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）と
シリカ（ＳｉＯ2）との組成比は、Ａｌ2Ｏ3：ＳｉＯ2＝
３５：６５〜６５：３５とすることが望ましい。One of the reinforcing fibers is a nitrided alumina-silica fiber. The composition ratio of alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ) in the fiber is Al 2 O 3 : SiO 2 =
35: 65-65: 35 is desirable.
【００１５】アルミナ・シリカ繊維の窒化処理は、上述
したように、繊維表面においてアルミニウム合金中の合
金成分との化学反応により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ことを効果的に防止するた
めの処理である。この窒化処理は、アルミナ・シリカ繊
維を炭酸ガスとアンモニアガスとの混合ガス中またはア
ンモニアガス中において、１２００〜１６００℃に加熱
を行う等によって容易に行うことができる。このような
処理により、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。As described above, the nitriding treatment of the alumina / silica fiber is effective in reducing the metal structure on the fiber surface due to the chemical reaction with the alloy component in the aluminum alloy, thereby reducing the mechanical strength. This is a process for preventing the above. This nitriding treatment can be easily performed by heating the alumina / silica fiber to 1200 to 1600 ° C. in a mixed gas of carbon dioxide gas and ammonia gas or in ammonia gas. By such treatment, the surface of the alumina-silica fiber is nitrided by the action of active nitrogen penetrating from the outside and converted into nitride or oxynitride, and the surface is modified.
【００１６】また、アルミナ・シリカ繊維の窒化率は、
例えば、前記ＡＤＣ１２合金等の強化剤として用いる場
合には、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等の合金成分との反
応防止効果が充分に得られない。一方、窒化率が１０％
を越えると、上記好適範囲のものと比べ、繊維が脆化し
て折れやすくなるからである。The nitriding rate of the alumina-silica fiber is as follows:
For example, when it is used as a strengthening agent for the ADC12 alloy or the like, the content is preferably in the range of 1 to 10%. If the nitriding ratio is less than 1%, the effect of preventing the reaction between the alumina / silica fiber and the alloy component such as Mg in the base metal cannot be sufficiently obtained because the nitride layer is too thin. On the other hand, nitriding rate is 10%
If the ratio exceeds the above range, the fibers become brittle and easily broken as compared with those in the above preferred range.
【００１７】窒化アルミナ・シリカ繊維の繊維強化アル
ミニウム合金材料中の存在割合は、繊維強化アルミニウ
ム合金材料の体積を１００％とした場合、体積率で１０
〜１８％とする。１０％未満では、充分な強化能が得ら
れず耐摩耗性に劣ることになり、逆に、１８％を超える
場合は、母材となるアルミニウム合金の割合が小さく材
料そのものの強度が低下しすぎ、また、相手材の攻撃性
が高くなる。The proportion of the alumina nitride / silica fiber in the fiber reinforced aluminum alloy material is 10% by volume when the volume of the fiber reinforced aluminum alloy material is 100%.
To 18%. If it is less than 10%, sufficient strengthening ability cannot be obtained, resulting in inferior wear resistance. Conversely, if it exceeds 18%, the ratio of the base aluminum alloy is small and the strength of the material itself is too low. Also, the aggressiveness of the opponent material increases.
【００１８】もう一つの強化繊維である炭素繊維は、そ
の種類を特に限定するものでなく、熱分解気相成長炭素
繊維、メソフェーズピッチ系炭素繊維等種々のものを用
いることができる。The type of carbon fiber as another reinforcing fiber is not particularly limited, and various types such as pyrolytic vapor growth carbon fiber and mesophase pitch type carbon fiber can be used.
【００１９】炭素繊維の繊維強化アルミニウム合金材料
中の存在割合は、繊維強化アルミニウム合金材料の体積
を１００％とした場合、体積率で５〜１５％とする。５
％未満では、充分な潤滑効果が得られず耐摩耗性に劣
り、相手攻撃性が高くなる。逆に、１５％を超える場合
は、母材となるアルミニウム合金の割合が小さくなりす
ぎ材料そのものの強度が低下することになる。The proportion of carbon fibers in the fiber reinforced aluminum alloy material is 5 to 15% by volume, assuming that the volume of the fiber reinforced aluminum alloy material is 100%. 5
%, A sufficient lubricating effect cannot be obtained, the wear resistance is poor, and the opponent aggressiveness is high. Conversely, if it exceeds 15%, the proportion of the aluminum alloy as the base material becomes too small, and the strength of the material itself is reduced.
【００２０】〈繊維強化アルミニウム合金材料の製造方
法等〉上記本発明の繊維強化アルミニウム合金材料は、
その製造方法を特に限定するものではないが、以下に示
す態様の製造方法によって簡便に製造することができ
る。<Method for producing fiber-reinforced aluminum alloy material, etc.>
Although the production method is not particularly limited, it can be easily produced by the following production method.
【００２１】その製造方法は、上記窒化アルミナ・シリ
カ繊維と上記炭素繊維とを所望の割合に混合して繊維成
形体を作製する繊維成形体作製工程と、その繊維成形体
を鋳型内に存置しその鋳型内に上記アルミニウム合金溶
湯を注入して加圧鋳造を行う鋳造工程とを含んでなる製
造方法である。この製造方法によれば、窒化アルミナ・
シリカ繊維および炭素繊維が均一に分散された繊維強化
アルミニウム合金材料を簡便かつ迅速に製造することが
できる。つまり、効率のよい強化繊維とアルミニウム合
金との複合化方法となる。The manufacturing method includes a fiber molded body manufacturing step of mixing the alumina nitride / silica fiber and the carbon fiber in a desired ratio to form a fiber molded body, and placing the fiber molded body in a mold. A casting step of injecting the molten aluminum alloy into the mold and performing pressure casting. According to this manufacturing method, alumina nitride
A fiber-reinforced aluminum alloy material in which silica fibers and carbon fibers are uniformly dispersed can be easily and quickly manufactured. That is, an efficient method of compounding the reinforcing fiber and the aluminum alloy is obtained.
【００２２】繊維成形体作製工程において作製する「繊
維成形体」とは、いわゆるプリフォームで、上記強化繊
維が集成し、その中に無数の微細な空隙（空孔）を有す
る。この繊維成形体は、始めに、窒化アルミナ・シリカ
繊維と炭素繊維とを水中で分散させた後、吸引成形また
はろ過して作製することができる。繊維成形体は、製造
するアルミニウム鋳物の形状、その鋳物の摺動特性を改
善させる部分の形状等に応じ任意のものとすることがで
きる。The "fibrous molded article" produced in the fiber molded article producing step is a so-called preform, in which the above-mentioned reinforcing fibers are aggregated and have countless fine voids (voids) therein. This fiber molded body can be produced by first dispersing alumina nitride / silica fiber and carbon fiber in water, and then performing suction molding or filtration. The fiber molded body can be of any shape depending on the shape of the aluminum casting to be manufactured, the shape of the part for improving the sliding characteristics of the casting, and the like.
【００２３】なお、この繊維成形体を構成する窒化アル
ミナ・シリカ繊維と炭素繊維との配合割合および繊維成
形体の空隙率は、アルミニウム合金溶湯が溶浸した結果
において窒化アルミナ・シリカ繊維が体積率で１０〜１
８％および炭素繊維が体積率で５〜１５％となるよう
に、適切な範囲のものとすればよい。The mixing ratio of the alumina-silica fiber and the carbon fiber constituting the fiber molded body and the porosity of the fiber molded body are determined by the volume fraction of the alumina nitride-silica fiber as a result of the infiltration of the molten aluminum alloy. At 10-1
An appropriate range may be set so that 8% and the carbon fiber volume ratio is 5 to 15%.
【００２４】鋳造工程は、上記繊維成形体、詳しくは繊
維成形体の有する上記空隙にアルミニウム合金溶湯を溶
浸させこれを凝固させる工程である。繊維成形体にアル
ミニウム合金溶湯を溶浸させるためには、その溶湯に圧
力をかける必要があり、その圧力は、繊維成形体の密度
によっても異なるが、５０〜１５０ＭＰａ程度とするの
が望ましい。このようにアルミニウム合金溶湯を加圧で
きる鋳造方法としては特に限定するものではないが、い
わゆる溶湯鍛造、ダイカスト鋳造等の金型鋳造等を用い
ることができる。ちなみに、ＡＤＣ１２を溶湯としたダ
イカストマシンによる鋳造工程においては、溶湯温度を
６５０〜７５０℃とするのが望ましく、金型の予熱温度
は１００〜１５０℃となるように行うことが望ましい。The casting step is a step of infiltrating and solidifying the molten aluminum alloy into the above-mentioned fiber molded body, more specifically, the above-mentioned voids of the fiber molded body. In order to infiltrate the molten aluminum alloy into the fiber molded body, it is necessary to apply pressure to the molten metal. The pressure varies depending on the density of the fiber molded body, but is preferably about 50 to 150 MPa. As described above, the casting method capable of pressurizing the molten aluminum alloy is not particularly limited, and a so-called molten forging, die casting such as die casting, or the like can be used. Incidentally, in the casting process using a die casting machine using the ADC 12 as a molten metal, it is desirable that the temperature of the molten metal be 650 to 750 ° C., and that the preheating temperature of the mold be 100 to 150 ° C.
【００２５】繊維成形体中にアルミニウム合金溶湯が溶
浸して製造された本発明の繊維強化アルミニウム合金材
料は、母材中の強化繊維が均一に分散し、良好な摺動特
性を有するものとなる。また、この方法を用いれば、ア
ルミニウム合金鋳物の摺動特性を必要とする部分のみ繊
維強化することが簡便に行うことができ、実用的な製造
方法となる。The fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention produced by infiltrating a molten aluminum alloy into a fiber molded product has a uniform dispersion of the reinforcing fibers in the base material and has good sliding properties. . In addition, if this method is used, it is possible to easily carry out fiber reinforcement only for a portion of the aluminum alloy casting where the sliding properties are required, and it becomes a practical manufacturing method.
【００２６】上記工程を経て製造された本発明の繊維強
化アルミニウム合金材料は、所定の機械加工等を施して
製品として完成される。なお、部分的に繊維を分散させ
て強化したものでなく、略全体を強化したいわゆるイン
ゴットのような鋳物を製造し、この鋳物を機械加工等に
より所定の形状に成形するといった製造方法をも採用で
きる。The fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention produced through the above steps is subjected to predetermined machining and the like to be completed as a product. In addition, a manufacturing method is also used in which a casting such as a so-called ingot, which is not entirely reinforced by partially dispersing fibers but is substantially reinforced, is formed into a predetermined shape by machining or the like. it can.
【００２７】〈エンジンシリンダボアへの適用形態〉本
発明の繊維強化アルミニウム合金材料は、その用途を特
に限定するものではなく、摺動特性を要求される、つま
り耐摩耗性の良好さ、相手攻撃性の低さ等を要求される
部位に使用される種々のアルミニウム合金製部材または
部品として実施することができる。以下に、具体的な実
施形態として、エンジンのシリンダボア部への適用形態
を説明する。<Application to Engine Cylinder Bore> The fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention is not particularly limited in its use, and is required to have sliding characteristics, that is, good abrasion resistance and aggressiveness to a partner. It can be implemented as various aluminum alloy members or parts used for parts requiring low height or the like. Hereinafter, as a specific embodiment, an application form to a cylinder bore portion of an engine will be described.
【００２８】その一つの形態として、ボアのピストン摺
動面が上記本発明の繊維強化アルミニウム合金材料から
なるシリンダブロックという構成の実施態様とすること
ができ、また、もう一つの形態として、シリンダブロッ
クと別体となり例えば円筒形状をしたシリンダライナを
シリンダブロックに挿設してシリンダボア部を形成する
場合、そのシリンダライナを少なくともピストン摺動面
が上記本発明の繊維強化アルミニウム合金材料となるよ
うに構成する実施態様とすることができる。このよう
に、本発明の繊維強化アルミニウム合金材料でボアのピ
ストン摺動面を形成することにより、摺動特性がよくか
つ軽量なシリンダブロックが実現できる。In one embodiment, the piston sliding surface of the bore may be a cylinder block made of the above fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention. In another embodiment, the cylinder block may be a cylinder block. When a cylinder bore is formed by inserting a cylinder liner having a cylindrical shape into a cylinder block, for example, the cylinder liner is configured such that at least the piston sliding surface is made of the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention. It can be an embodiment. Thus, by forming the piston sliding surface of the bore with the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention, a cylinder block having good sliding characteristics and light weight can be realized.
【００２９】上記シリンダライナの製造について図を用
いて説明する。図１は鋳造によって強化繊維とアルミニ
ウム合金とを複合化する工程を示す側断面図である。こ
の図において、まず最初に、製造しようとする鋳物の形
に合わせて形成された強化用の繊維成形体４が金型１に
セットされ、アルミニウム合金溶湯５がその金型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、その繊維
成形体４中の微細な空隙のすみずみにわたって粘性の高
いアルミニウム合金溶湯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。The manufacture of the cylinder liner will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing a process of compounding a reinforcing fiber and an aluminum alloy by casting. In this figure, first, a reinforcing fiber molded body 4 formed according to the shape of a casting to be manufactured is set in a mold 1, and an aluminum alloy melt 5 is injected into the mold 1, and thereafter, The inside of the mold 1 is sealed by a plunger 3 which is slidable, and is pressurized by an external force in a direction of an arrow in the figure while maintaining the sealed state, thereby forming a minute gap in the fiber molded body 4. The viscous aluminum alloy melt 5 is infiltrated throughout the entire length of the casting, thereby providing a casting process in which the dimensional accuracy and soundness of the casting are improved.
【００３０】ここで、シリンダライナは円筒体の形状を
しており、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繊維成形
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
を行う。つまり、前述したように繊維成形体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ライナの内側表面のピストン摺
動部にはその円筒形の繊維成形体４の内側面が表出し、
その結果、その部分が機械的に補強され、耐磨耗性の向
上および相手材となるピストンへの攻撃性が緩和される
ことになる。Here, the cylinder liner is in the shape of a cylinder, and in order to improve the sliding characteristics of the inner surface of the cylinder, which is the piston sliding surface, a cylindrical fiber molded body 4 is formed as shown in the figure. Compounding is performed with the mold 1 being inserted through the central column 2. That is, as described above, the fiber molded body 4 is
The inner surface of the cylindrical fiber molded body 4 is exposed at the piston sliding portion on the inner surface of the formed cylinder liner by compounding in a state where it is set to contact with
As a result, the portion is mechanically reinforced, and the abrasion resistance is improved and the aggressiveness to the piston as the mating material is reduced.
【００３１】上記シリンダライナを製造するのに代え
て、シリンダブロックを例えばダイカスト鋳造等により
製造する際、その金型内のシリンダボア部となる部分に
繊維成形体を存置させ、金型内にアルミニウム合金溶湯
を注入し加圧して鋳造することにより、直接、ボアのピ
ストン摺動部が本発明の繊維強化アルミニウム合金材料
からなるシリンダブロックを製造することもできる。ま
た、そのシリンダブロックの製造において、繊維成形体
を存置させる代わりに、あらかじめ形成した本発明の繊
維強化アルミニウム合金材料の円筒体を金型内に存置さ
せ、その円筒体とともに鋳込むことで、ボアのピストン
摺動部が本発明の繊維強化アルミニウム合金材料からな
るシリンダブロックを製造することもできる。When a cylinder block is manufactured by die casting, for example, instead of manufacturing the cylinder liner, a fiber molded body is placed in a portion to be a cylinder bore portion in the mold, and an aluminum alloy is placed in the mold. The cylinder block in which the piston sliding portion of the bore is made of the fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention can be directly manufactured by injecting the molten metal and casting by pressing. In the production of the cylinder block, instead of leaving the fiber molded body, a preformed cylinder of the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention is placed in a mold and cast together with the cylinder to form a bore. It is also possible to manufacture a cylinder block in which the piston sliding portion is made of the fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention.
【００３２】以上本発明の繊維強化アルミニウム合金材
料の実施形態について説明したが、上記実施形態は一例
であり、本発明の繊維強化アルミニウム合金材料は、上
記実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々
の変更、改良を施した種々の形態で実施することができ
る。The embodiment of the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example, and the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention should be understood by those skilled in the art. The present invention can be implemented in various forms in which various modifications and improvements are made based on the above.
【００３３】[0033]
【実施例】上記実施形態に基づき、強化繊維の種類、強
化繊維の配合割合の異なる種々の繊維強化アルミニウム
合金材料でピストン摺動面を形成したシリンダライナを
作製し、それらに耐摩耗試験を行って摺動特性について
調査し、本発明の繊維強化アルミニウム合金材料の優秀
性を確認した。以下これらを、実施例として、説明す
る。EXAMPLES Based on the above embodiment, cylinder liners having piston sliding surfaces formed of various fiber-reinforced aluminum alloy materials having different types of reinforcing fibers and different blending ratios of the reinforcing fibers were produced, and subjected to a wear resistance test. By examining the sliding characteristics, the superiority of the fiber reinforced aluminum alloy material of the present invention was confirmed. Hereinafter, these will be described as examples.
【００３４】〈作製したシリンダライナ〉シリンダライ
ナは、母材をＡＤＣ１２とするもので、その形状はボア
径（内径）がφ９６ｍｍ、長さ１８２ｍｍの円筒形状の
ものとした。強化繊維をアルミナ繊維および炭素繊維と
し、アルミナ繊維が体積率で１２％、炭素繊維が体積率
で９％の割合で母材中に分散している従来からの繊維強
化アルミニウム合金材料を用いたシリンダライナを比較
例１とした。同様に、窒化アルミナ・シリカ繊維のみを
体積率で１８％の割合で分散させた材料を用いたものを
比較例２と、窒化アルミナ・シリカ繊維を体積率で１２
％および炭素繊維を５％の割合で分散させた材料を用い
たものを実施例１と、窒化アルミナ・シリカ繊維を体積
率で１２％および炭素繊維を１０％の割合で分散させた
材料を用いたものを実施例２と、窒化アルミナ・シリカ
繊維を体積率で１２％および炭素繊維を１５％の割合で
分散させた材料を用いたものを実施例３とした。<Manufactured Cylinder Liner> The cylinder liner had a base material of ADC12 and had a cylindrical shape with a bore diameter (inner diameter) of 96 mm and a length of 182 mm. A cylinder using a conventional fiber-reinforced aluminum alloy material in which the reinforcing fibers are alumina fibers and carbon fibers, and alumina fibers are dispersed in the base material at a volume ratio of 12% and carbon fibers at a volume ratio of 9%. The liner was Comparative Example 1. Similarly, Comparative Example 2 using a material in which only the alumina nitride / silica fiber was dispersed at a ratio of 18% by volume ratio was compared with Comparative Example 2 using a material in which the alumina nitride / silica fiber was 12% by volume ratio.
% And carbon fiber in a ratio of 5% were used in Example 1, and a material in which alumina nitride / silica fiber was dispersed in a volume ratio of 12% and carbon fiber in a ratio of 10% was used. Example 2 and Example 3 using a material in which alumina nitride / silica fibers were dispersed at a volume ratio of 12% and carbon fibers at a ratio of 15%.
【００３５】なお、実施例３の繊維強化アルミニウム合
金材料の組織写真を図２に、実施例１の繊維強化アルミ
ニウム合金材料の組織写真を図３に示す。両方の写真と
も、窒化アルミナ・シリカ繊維および炭素繊維が母材で
あるアルミニウム合金中に均一に分散している様子が観
察できる。ちなみに、実施例において用いた窒化アルミ
ナ・シリカ繊維は、平均繊維径３μｍ、平均繊維長１０
０μｍのものであり、炭素繊維（カーボン繊維）は、平
均繊維径７μｍ、平均繊維長３０μｍであった。A photograph of the structure of the fiber-reinforced aluminum alloy material of Example 3 is shown in FIG. 2, and a photograph of the structure of the fiber-reinforced aluminum alloy material of Example 1 is shown in FIG. In both photographs, it can be observed that the alumina-silica fiber and the carbon fiber are uniformly dispersed in the aluminum alloy as the base material. Incidentally, the alumina nitride / silica fibers used in the examples had an average fiber diameter of 3 μm and an average fiber length of 10 μm.
The carbon fiber (carbon fiber) had an average fiber diameter of 7 μm and an average fiber length of 30 μm.
【００３６】〈耐摩耗試験〉上記実施例および比較例の
シリンダライナを縦割りにしてそれぞれテストピースを
作製し、そのテストピースに実機に使用されるピストン
リング材（材質：窒化ステンレス）を摺動させて、テス
トピースおよびピストンリング材の摩耗量を測定する耐
摩耗試験をおこなった。<Abrasion Test> A test piece was prepared by vertically dividing the cylinder liners of the above embodiment and the comparative example, and a piston ring material (material: stainless steel nitride) used in an actual machine was slid on the test piece. Then, an abrasion resistance test for measuring the amount of wear of the test piece and the piston ring material was performed.
【００３７】試験条件は、ピストンリング材に１０ｋｇ
の荷重をかけてテストピースに押さえつけたまま、その
ピストンリングを４０ｍｍのストロークで往復させるも
ので、摺動速度は毎分往復４００回、試験時間は４時間
とした。潤滑油にはエンジン用ベースオイル（商品名ス
タノール４３Ｎ：エッソ石油製）を用い、毎分０．２ｃ
ｃの量を摺動面に滴下するものとした。なお、試験中、
テストピースの温度は１２０℃で一定となるよう加熱す
るものとした。The test conditions were 10 kg for the piston ring material.
The piston ring is reciprocated with a stroke of 40 mm while being pressed against the test piece with a load of, and the sliding speed is 400 reciprocations per minute and the test time is 4 hours. Lubricating oil is engine base oil (trade name: Stanol 43N: manufactured by Esso Petroleum), 0.2 c / min
The amount of c was dropped on the sliding surface. During the test,
The test piece was heated to a constant temperature of 120 ° C.
【００３８】〈試験結果と評価〉上記耐摩耗試験の結果
として、テストピースである繊維強化アルミニウム合金
材料の摩耗量およびピストンリング材の摩耗量を、比較
例１におけるそれぞれの摩耗量を１とした場合の値で、
下記表１および図４に示す。なお、表１には、それぞれ
の繊維強化アルミニウム合金材料を構成する強化繊維の
種類およびその母材中の体積率も合わせて示す。<Test Results and Evaluation> As a result of the abrasion resistance test, the wear amount of the fiber reinforced aluminum alloy material and the wear amount of the piston ring material, which are the test pieces, was set to 1 in Comparative Example 1. In case value,
It is shown in Table 1 below and FIG. Table 1 also shows the types of reinforcing fibers constituting each fiber-reinforced aluminum alloy material and the volume ratio in the base material.
【００３９】[0039]
【表１】 [Table 1]
【００４０】上記表１から判るように、アルミナ繊維を
用いた比較例１の繊維強化アルミニウム合金材料に比
べ、アルミナ繊維を用いていない比較例２および実施例
１〜実施例３のものは、ピストンリング材の摩耗量が少
なく、相手攻撃性が良好である。ただし比較例２のもの
は、炭素繊維を分散させていないことから、実施例１〜
実施例３のものに比べ相手攻撃性が高いことが確認でき
る。これに対して、窒化アルミナ・シリカ繊維を体積率
１２％の割合で分散させかつ炭素繊維を分散させた実施
例１〜実施例３のものは、極めて低い相手攻撃性を有す
ることが確認できる。したがって、本発明の繊維強化ア
ルミニウム合金材料は、相手攻撃性の低い、摺動特性の
優れた材料であることが確認できる。As can be seen from Table 1 above, in comparison with the fiber reinforced aluminum alloy material of Comparative Example 1 using alumina fibers, those of Comparative Example 2 and Examples 1 to 3 using no alumina fiber were the same as those of the first embodiment. The wear amount of the ring material is small, and the opponent aggressiveness is good. However, in the case of Comparative Example 2, since no carbon fibers were dispersed, Examples 1 to
It can be confirmed that the opponent aggressiveness is higher than that of the third embodiment. On the other hand, it can be confirmed that those of Examples 1 to 3 in which the alumina nitride / silica fibers are dispersed at a volume ratio of 12% and the carbon fibers are dispersed have an extremely low partner attack. Therefore, it can be confirmed that the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention is a material having low opponent aggressiveness and excellent sliding characteristics.
【００４１】実施例１〜実施例３のものの中でも、炭素
繊維の体積率が１０％以上となる実施例２および実施例
３のものは、自身の耐摩耗性についても極めて高い値を
示すことが判る。この結果から、炭素繊維を体積率で１
０％以上の割合で分散させた繊維強化アルミニウム合金
材料は、より優れた摺動特性を有する材料であることが
確認できる。Among Examples 1 to 3, those of Examples 2 and 3 in which the volume fraction of carbon fiber is 10% or more show extremely high values of their own abrasion resistance. I understand. From these results, it was found that the carbon fiber was 1% by volume.
It can be confirmed that the fiber reinforced aluminum alloy material dispersed at a ratio of 0% or more is a material having more excellent sliding characteristics.
【００４２】[0042]
【発明の効果】本発明は、繊維強化アルミニウム合金材
料を、窒化処理を施したアルミナ・シリカ繊維と炭素繊
維とを所定の体積割合で母材であるアルミニウム合金中
に分散させて複合化するという構成をとっている。この
ような構成から、２つの強化繊維の作用が奏合される結
果、本発明の繊維強化アルミニウム合金材料は、安価で
あって、耐摩耗性に優れ、かつ相手攻撃性を低く抑える
ことができる。つまり摺動特性に優れた繊維強化アルミ
ニウム合金材料となる。According to the present invention, a fiber-reinforced aluminum alloy material is compounded by dispersing a nitrided alumina / silica fiber and a carbon fiber in a predetermined volume ratio in an aluminum alloy as a base material. It has a configuration. As a result of such a configuration, the action of the two reinforcing fibers is achieved. As a result, the fiber-reinforced aluminum alloy material of the present invention is inexpensive, has excellent wear resistance, and can suppress the aggressiveness of the partner. . That is, a fiber-reinforced aluminum alloy material having excellent sliding characteristics is obtained.
【図１】 シリンダライナの製造において、鋳造によっ
て強化繊維とアルミニウム合金とを複合化する工程の側
断面図を示す。FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a step of compounding a reinforcing fiber and an aluminum alloy by casting in the production of a cylinder liner.
【図２】 窒化アルミナ・シリカ繊維を体積率で１２％
および炭素繊維を１５％の割合で分散させた繊維強化ア
ルミニウム合金材料の組織写真を示す。Fig. 2 Alumina nitride / silica fiber is 12% by volume
3 shows a structure photograph of a fiber-reinforced aluminum alloy material in which carbon fibers are dispersed at a ratio of 15%.
【図３】 窒化アルミナ・シリカ繊維を体積率で１２％
および炭素繊維を５％の割合で分散させた繊維強化アル
ミニウム合金材料の組織写真を示す。Fig. 3 Alumina nitride / silica fiber is 12% by volume
3 shows a structure photograph of a fiber-reinforced aluminum alloy material in which carbon fibers are dispersed at a ratio of 5%.
【図４】 実施例および比較例の繊維強化アルミニウム
合金材料に対する耐摩耗試験の結果として、テストピー
スである繊維強化アルミニウム合金材料の摩耗量および
ピストンリング材の摩耗量を示す。FIG. 4 shows a wear amount of a fiber reinforced aluminum alloy material and a wear amount of a piston ring material, which are test pieces, as a result of a wear resistance test performed on the fiber reinforced aluminum alloy materials of Examples and Comparative Examples.
１：金型 ２：中心円柱部 ３：プランジャ ４：繊維成形体 ５：アルミニウム合金溶湯 1: Mold 2: Central column 3: Plunger 4: Fiber molding 5: Molten aluminum alloy
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成１２年５月２４日（２０００．５．２
４）[Submission date] May 24, 2000 (2005.2.
4)
【手続補正１】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図２[Correction target item name] Figure 2
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図２】 FIG. 2
【手続補正２】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing
【補正対象項目名】図３[Correction target item name] Figure 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【図３】 FIG. 3
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 101:06） Ｃ２２Ｃ 101:06） (Ｃ２２Ｃ 47/06 (Ｃ２２Ｃ 47/06 101:10） 101:10） (Ｃ２２Ｃ 47/06 (Ｃ２２Ｃ 47/06 101:16） 101:16） (72)発明者 岸 英治 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (72)発明者 馬場 敬明 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 4K020 AA04 AA07 AA11 AC01 AC09 BA03 BB05 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) C22C 101: 06) C22C 101: 06) (C22C 47/06 (C22C 47/06 101: 10) 101: 10) (C22C 47/06 (C22C 47/06 101: 16) 101: 16) (72) Inventor Eiji Kishi 2-1-1 Toyotamachi, Kariya, Aichi Prefecture Inside Toyota Industries Corporation (72) Inventor Takaaki Baba Aichi 2-1-1, Toyotamachi, Kariya F-term in Toyota Industries Corporation (reference) 4K020 AA04 AA07 AA11 AC01 AC09 BA03 BB05
Claims (3)
ナ・シリカ繊維と、体積率で５〜１５％となる炭素繊維
とを、母材となるアルミニウム合金中に分散させてなる
繊維強化アルミニウム合金材料。1. A fiber reinforced aluminum obtained by dispersing alumina nitride / silica fibers having a volume ratio of 10 to 18% and carbon fibers having a volume ratio of 5 to 15% in an aluminum alloy as a base material. Alloy material.
ある請求項１に記載の繊維強化アルミニウム合金。2. The fiber reinforced aluminum alloy according to claim 1, wherein the volume ratio of the carbon fiber is 10 to 15%.
成分としてＭｇを含む請求項１または請求項２に記載の
繊維強化アルミニウム合金。3. The fiber reinforced aluminum alloy according to claim 1, wherein the aluminum alloy serving as the base material contains Mg as an alloy component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000150059A JP2001335900A (en) | 2000-05-22 | 2000-05-22 | Fiber reinforced aluminum alloy material |
Applications Claiming Priority (1)
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009120961A (en) * | 2003-07-23 | 2009-06-04 | Nissin Kogyo Co Ltd | Formed product of carbon fiber-metal composite |
| US8377547B2 (en) | 2004-07-16 | 2013-02-19 | Nissin Kogyo Co., Ltd. | Carbon fiber-metal composite material and method of producing the same |
-
2000
- 2000-05-22 JP JP2000150059A patent/JP2001335900A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009120961A (en) * | 2003-07-23 | 2009-06-04 | Nissin Kogyo Co Ltd | Formed product of carbon fiber-metal composite |
| US8377547B2 (en) | 2004-07-16 | 2013-02-19 | Nissin Kogyo Co., Ltd. | Carbon fiber-metal composite material and method of producing the same |
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