JP2002012925A - 金属多孔体プリフォーム及びその製造方法 - Google Patents

金属多孔体プリフォーム及びその製造方法

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JP2002012925A
JP2002012925A JP2000200474A JP2000200474A JP2002012925A JP 2002012925 A JP2002012925 A JP 2002012925A JP 2000200474 A JP2000200474 A JP 2000200474A JP 2000200474 A JP2000200474 A JP 2000200474A JP 2002012925 A JP2002012925 A JP 2002012925A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特に摩耗損傷の激しい部位に耐摩耗性の
優れた金属多孔体プリフォームを用いて寿命の長い製
品、例えばシリンダーブロックおよびその製造方法を提
供すること。 【解決手段】 金属多孔体1の一部領域に1枚以上の他
の金属多孔体板2を重ねた後、ロール加圧もしくは平板
加圧することにより全領域を同一の厚さにすることで体
積率もしくは材質の異なる2つ以上の領域を不連続に有
する金属多孔体板を形成し、その後曲げ加工により円筒
状の金属多孔体プリフォーム4を作製する。この金属多
孔体プリフォーム4を金型に設置し、アルミニウム合金
溶湯を注入することで鋳ぐるみ複合化して複合部材がで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、アルミニウム合
金との複合化により、そのアルミニウム合金材の耐摩耗
性、摺動特性を向上させる金属多孔体およびその製造方
法を提供しようとするものである。
【0002】
【従来の技術】最近厳しい環境問題に対応するために、
自動車からの排出物を低減することが重要課題になって
いるが、それを達成するにはエンジン、例えば自動車用
エンジンでは、軽量化のためにシリンダブロックをアル
ミニウム合金等の軽金属で製造することが多い。一方、
シリンダブロックの特定部位に要求される機能、例えば
シリンダボアの内面の耐摩耗性を十分に確保すること
が、軽金属製のシリンダブロックでは不可能な場合があ
る。このため、部品等に対して要求される品質はより厳
しくなっている。
【0003】アルミニウム合金製のシリンダーブロック
の場合、特にピストン上死点近傍のボア部の摩耗損傷が
激しいために、その部分に複合強化材として金属多孔体
を用いることが提案されている。
【0004】例えば、発泡構造を有する金属多孔体とア
ルミニウム合金を鋳造法により複合一体化した、耐摩耗
性に優れた部材及びその製造方法(特開昭61−104
147号)が知られている。
【0005】また、発泡樹脂に金属めっき層を形成した
後にこの発泡樹脂を焼失させて更に金属めっきをして形
成した発泡金属を成形後、アルミニウム合金と鋳造法に
より複合一体化するアルミニウム合金製部材の製造方法
(特開平11−277218号)およびアルミニウム製
シリンダーブロックのボア部の強化手段として母材とな
るアルミニウム合金より硬度の大きい金属の多孔体を複
合強化材として用いることにより、アルミニウム合金の
特徴である軽量、高熱伝導性等の特性を維持し、かつ、
ボア部の耐摩耗性を向上させること(特許第28267
51号)が知られている。
【0006】これ等の方法で更に製品の耐摩耗性を向上
させるために、(1)複合強化材における強化材である
金属多孔体の体積率を増加させる、(2)上記金属多孔
体(金属骨格)の硬度を上げる、等の対策がとられてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記対策に
は、次のような問題があった。 (1)金属多孔体の体積率を増加する場合、 a.製造された複合強化材の強度が大きくなるので加工
性(円筒状に加工する)が低下する。 b.高価格の金属の使用量が増加するために製造原価が
増す。 c.ダイキャスト等の鋳造法により鋳ぐるみ複合化する
際に、高速高圧の溶湯注入のためにプリフォームが変形
したり、溶湯が含浸しない部分が発生し、ボイド等の欠
陥部になる。
【0008】(2)金属骨格の硬度を大きくする。 a.相手材であるピストンリングやピストンへの攻撃性
が増し、シリンダーボア部は摩耗しないが相手材の摩耗
が大きくなってしまう。 b.硬度の大きい材料は一般に脆いので、円筒形に加工
するのが難しい。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
のこの発明の構成は、特許請求の範囲に記載されたとお
りである。それ等を具体的に説明すると、下記のとおり
である。
【0010】(1)特に摩耗損傷の激しい部位のみ金属
多孔体の体積率を上げ耐摩耗性を確保するが、その他の
部位は加工が容易で、かつアルミ溶湯の含浸性に最適な
体積率とする。そのための構成が、円筒形状であってそ
の材料ごとに体積率が異なる2つ以上の領域を不連続に
有している金属多孔体プリフォームである。
【0011】(2)上記摩耗損傷の激しい部位であるピ
ストン上死点部の耐摩耗性を確保するために必要な体積
率最適値を特定する。その構成が前記(1)の金属多孔
体において体積率が12%〜40%の高体積率領域とそ
れよりも低い低体積率領域を不連続に有していることを
特徴とする金属多孔体プリフォーム。
【0012】(3)特に摩耗損傷の激しい部位のみ耐摩
耗性に優れた金属多孔体材質とし、その他の部位は加工
が容易で、かつアルミ溶湯の含浸性に最適な材質とす
る。そうすることによって、円筒形状であって材質が異
なる2つ以上の領域を不連続に有している金属多孔体プ
リフォームができる。
【0013】(4)強化材である金属多孔体の材質がF
e合金の場合に優れた耐摩耗性を示す。それを利用した
構成が、前記(3)の金属多孔体において1つの領域が
CrとNiもしくはそのいずれかを含むFe合金からな
ることを特徴とする金属多孔体プリフォームである。
【0014】(5)アルミ溶湯の含浸性を良好なものと
するために必要な仕様として、金属多孔体プリフォーム
の平均孔径が0.3mm以上2.0mm以下であること
が適当である。
【0015】(6)耐摩耗性と相手材攻撃性のバランス
を取るために必要な仕様として、金属多孔体プリフォー
ムを構成する金属は120以上300以下のビッカース
硬度を有することが適当である。
【0016】(7)上記金属多孔体プリフォームの製造
方法としては、板状金属多孔体の一部領域に1枚以上の
他の金属多孔体を重ねた後、ロール加圧もしくは平板加
圧することにより全領域を同一の厚みにすることで体積
率もしくは材質の異なる2つ以上の領域を不連続に有す
る金属多孔体板を形成し、その後曲げ加工により円筒状
の金属多孔体プリフォームを作製する。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明を
具体的に説明すると、図1はこの発明の金属多孔体の基
本的な構造を示す斜視図である。この多孔体は領域1を
形成する多孔金属板状体の一部に領域2を有する金属多
孔体3である。
【0018】図2は図1の金属多孔体3を領域1が一重
の内壁を形成するように円筒状に巻いてシリンダーブロ
ックの円筒状部材4としたものである。
【0019】図2の円筒部材4について更に説明する
と、特に耐摩耗性が要求される部位(領域2)を高体積
率としたり、耐摩耗性に優れた材質とすることにより、
シリンダーブロックのボア強化として先行技術の課題を
解決する。
【0020】すなわち、摩耗損傷の激しい部位のみ耐摩
耗性の優れた材料とし、その他の部位は加工性が良い、
アルミニウム溶湯の含浸性がよい、低コストである等を
優先した材料とする。
【0021】より好ましい態様として、摩耗損傷の激し
い部位の金属多孔体の体積率を12%〜25%とするこ
とで実用に耐えうる耐摩耗性を確保する。または、摩耗
損傷の激しい部位の金属多孔体をCrとNiもしくはそ
のいずれかを含むFe合金とすることで実用に耐えうる
耐摩耗性を確保する。
【0022】さらに、金属多孔体の平均孔径を0.3m
m以上2.0mm以下とすることが好ましい。0.3m
m未満では鋳造時のアルミニウム溶湯の含浸性が悪くな
りボイド等の欠陥が発生し、2.0mmを超える孔径で
は金属骨格間の距離が離れすぎるため十分な耐摩耗性が
得られない。
【0023】また、金属多孔体を構成する金属は、ビッ
カース硬度で120以上300以下であることが好まし
い。120よりも小さいとアルミニウム合金母材と大差
ない硬度となるため耐摩耗性の向上が小さく、300を
超える高硬度になると相手材への攻撃性が増すため好ま
しくない。
【0024】製造方法としては、先ず板状金属多孔体の
一部領域に1枚以上の他の金属多孔体板を重ねた後、ロ
ール加圧もしくは平板加圧することにより全領域を同一
の厚みにすることで体積率もしくは材質の異なる2つ以
上の領域を不連続に有する金属多孔体板を形成し(例え
ば図1)、その後曲げ加工により図2に示すような円筒
状の金属多孔体プリフォームを作製する。その後この金
属多孔体プリフォームを金型に設置し、アルミニウム合
金溶湯を注入することで鋳ぐるみ複合化することで複合
部材を形成する。
【0025】鋳造方法としては、ダイキャスト、溶湯鋳
造、低圧鋳造などが適用できる。特に量産性に優れたダ
イキャスト法においてもこの発明の金属多孔体プリフォ
ームは変形や破損が無く歩留良く良好な複合材が形成で
きる。
【0026】
【実施例】実施例1 発泡ウレタン樹脂の表面をカーボン塗布による導電化処
理を施した後、電気メッキによりNi皮膜を形成し焙焼
還元することによりNi金属多孔体を得た後、クロマイ
ズ処理により表1に示す各種金属多孔体を作製した。
【0027】
【表1】
【0028】表1の金属多孔体について表2に示す組み
合わせで一部領域を複数枚重ねた後、ロール加圧により
全領域が厚さ2mmとなるように成形し、さらに巻き加
工により図1に示す円筒形状の金属多孔体プリフォーム
を成形した。
【0029】
【表2】
【0030】ここで、サンプルBについては金属多孔体
板の体積率が高いため、加工性が極めて悪く他のサンプ
ルに比べ加工時間に2倍以上を要した。
【0031】実施例2 実施例1で作製した円筒状の金属多孔体プリフォーム
(A〜H)を金型内にセットし、700℃に加熱したア
ルミニウム合金(ADC12)を鋳造圧力が78〜88
MPa、溶湯射出速度が1.5〜2.5m/sの条件で
複合化することでアルミニウム合金複合部材を作製し
た。複合材が規格値内に収まった歩留は、サンプルBで
92%、サンプルFで97%、その他は100%であっ
た。
【0032】次いで複合材の摩耗特性を、接触面圧30
MPa、潤滑油SAE10W30、摺動速度0.1m/
s、相手材SACM645(表面窒化処理有り)の条件
で評価した。領域1、2での複合材の摩耗量及び相手材
の摩耗量を表3に示す。
【0033】
【表3】
【0034】実施例3 平均粒径0.5μmのFe23粉末50重量部、平均粒
径5μmのFeCr(Cr63%)合金粉末14.5重
量部、平均粒径2.5μmのNi粉末4.5重量部、分
散剤1.5重量部及び水11重量部とフェノール樹脂1
2重量部の配合比率で混合し、スラリーを作成した。こ
のスラリーを発泡ウレタン樹脂に塗着乾燥後、非酸化性
雰囲気中で焼結することで、表4に示すFe−18Cr
−8Ni合金よりなる金属多孔体板を作製した。
【0035】
【表4】
【0036】表1及び表2の金属多孔体板を用いて表5
に示す組み合わせで一部領域を複数枚重ねた後、平板プ
レスにより全領域が厚さ2mmとなるように成形し、さ
らに巻き加工により図1に示す円筒形状の金属多孔体を
成形した。
【0037】
【表5】
【0038】実施例4 実施例3で作製した円筒形状の金属多孔体を実施例2と
同様の方法でアルミニウム合金と複合化し摩耗特性を評
価した結果を表6に示す。
【0039】
【表6】
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、特に摩耗損傷の激しい部位のみに耐摩耗性の優れた
金属多孔体を用いることができるので、その他の部位は
加工が容易で、かつ、アルミニウム溶湯の含浸に最適の
材料を用いることができる。したがって、製品の製造原
価を大きく増大させないで、製品全体としての寿命を延
長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の金属多孔体の基本的な構成を示す斜
視図。
【図2】図1に示した金属多孔体を巻いて円筒形に成形
して作製したシリンダーブロック用の円筒部材の斜視
図。
【符号の説明】
1 領域1 2 領域2 3 金属多孔体 4 円筒部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 敬三 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 西本 満夫 富山県新湊市奈呉之江10−2 富山住友電 工株式会社内 (72)発明者 白石 敬司 富山県新湊市奈呉之江10−2 富山住友電 工株式会社内 (72)発明者 小田 信行 広島県安芸郡府中町新地3−1 マツダ株 式会社内 (72)発明者 長谷川 泰明 広島県安芸郡府中町新地3−1 マツダ株 式会社内 Fターム(参考) 3G024 AA22 FA06 GA00 GA13 HA07 HA17 4E002 AD12

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒形状であってその材料ごとに体積率
    が異なる2つ以上の領域を不連続に有している金属多孔
    体プリフォーム。
  2. 【請求項2】 請求項1の金属多孔体において体積率が
    12%〜40%の高体積率領域とそれよりも低い低体積
    率領域を不連続に有していることを特徴とする金属多孔
    体プリフォーム。
  3. 【請求項3】 円筒形状であって材質が異なる2つ以上
    の領域を不連続に有している金属多孔体プリフォーム。
  4. 【請求項4】 請求項3の金属多孔体において1つの領
    域がCrとNiもしくはそのいずれかを含むFe合金か
    らなることを特徴とする金属多孔体プリフォーム。
  5. 【請求項5】 金属多孔体の平均孔径が0.3mm以上
    2.0mm以下であることを特徴とする金属多孔体プリ
    フォーム。
  6. 【請求項6】 金属多孔体を構成する金属は120以上
    300以下のビッカース硬度を有することを特徴とする
    金属多孔体プリフォーム。
  7. 【請求項7】 板状金属多孔体の一部領域に1枚以上の
    他の金属多孔体を重ねた後、ロール加圧もしくは平板加
    圧することにより全領域を同一の厚みにすることで体積
    率もしくは材質の異なる2つ以上の領域を不連続に有す
    る金属多孔体板を形成し、その後曲げ加工により円筒状
    の金属多孔体プリフォームを作製することを特徴とする
    金属多孔体プリフォームの製造方法。
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