JP2864390B2 - 金属基複合材料のプリフォーム製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明は溶湯鍛造法によって金属基複合材料を製造す
る場合に用いるプリフォームの製造方法に関する。

b.従来の技術 金属部品の全体を複合材によって一様に強化する場合
には、金属溶湯中に、たとえばセラミックス等を添加し
て均一に混合したあと、鍛造する方法が知られている。

また金属部品を部分的に強化する場合には、たとえば
セラミックス・ウイスカーまたは短繊維によって予めプ
リフォームを形成し、このプリフォームを金型内の必要
部分に設置して、これに金属溶湯を注いで溶湯鍛造をお
こなっている。

さらに、前記プリフォームとマトリックス金属との濡
れ性を改善するために、ウイスカーと金属粉末とを混合
したものを用いてプリフォームを成形する技術が開示さ
れている（特開昭59−31837）。

c.発明が解決しようとする課題 前記方法において、プリフォームを形成する場合は、
材料となるセラミックス・ウイスカーや短繊維の絡み合
いによって、プリフォームの形状が保持されている。

複合材をそれ程必要としない場合、たとえば耐摩耗性
だけが求められている場合などはセラミックス・ウイス
カーや短繊維の量の少ない、即ち低い体積率（vf:プリ
フォームの体積に対するウイスカー等の体積の占める割
合をいう。）のプリフォームが必要となるが、このよう
なプリフォームは複合材の量が少量となるため一定の形
を維持するのが困難であるという問題点がある。

また仮りに成形できたとしても、溶湯鍛造の際に加え
られる圧力のためプリフォームが容易に変形してしまい
という問題点がある。

一方、プリフォームを強化するためには、体積率を高
くすればよいが高体積率のプリフォームは、プリフォー
ム内部への溶湯の浸透をはかるため、溶湯鍛造時に高圧
力が必要となる。

さらに粒子状を呈するセラミックスを用いてプリフォ
ームに成形することは困難である。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題
点を解消し、体積率が比較的低く、また、その体積率が
容易に調節でき、しかも、粒子状のセラミックス類も用
いることができるようにしたプリフォームの製造方法を
提供することを目的とする。

d.課題を解決するための手段 前記目的に添い、本発明は所定形状の多孔質体を作
り、この多孔質体をセラミックスを含むスラリー中に浸
漬し、この多孔質体内部にセラミックスを浸透させるこ
とを特徴とする金属基複合材料のプリフォーム製造方法
によって前記課題を解消した。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
詳細に説明する。

本発明におけるプリフォーム構造体は、Al合金，ステ
ンレス鋼等の金属細線をプレス成形したもの、また、Fe
合金,Cu合金等からなる金属粒子の焼結体，あるいはNi
合金,Cr合金等の合金からなる三次元網目状構造の金属
成形品であり、これらは、いずれも連続する多数の空
隙，空間，連続する多数の気泡から構成される多孔質体
であって、気孔率５〜95％からなるものである。なお前
記焼結体によるものは比較的形状維持が容易である。

以上のような多孔質体を所定形状に成形したあと、こ
の多孔質体をセラミックス粒子またはウイスカー、短繊
維等を均一に分散させたスラリーのなかに浸漬し、多孔
質体内部の空隙，空間に、スラリー成分を取り込むため
に真空吸引する。あるいはスラリーに背圧を与えて多孔
質体内にスラリーを浸透させる。

次にこのように処理した多孔質体を乾燥させて目的と
するプリフォームを得ればよい。

以後はこのように処理したプリフォームを金型内にセ
ットし、金属溶湯を注入して溶湯鍛造によって目的とす
る複合材料を製造すればよい。

次に具体例について説明する。第３図に示すようにピ
ストン１の頂部周辺のランド及びリング溝部２に複合構
造によって耐摩耗性を与えたピストンを本発明の方法を
用いて製造する場合について説明する。

まず、第４図（ａ），（ｂ）に示すような、ピストン
頂部の強化部の大きさに対応する環状の多孔質体５を、
AC8A（JIS）相当の材質からなる径100μｍの細線を用
い、気孔率80％となるようにプレス形成する。

一方、第１図に示すように粒子径10〜30μｍのSiCを
水に添加し、濃度10wt％としたスラリー10を容器12内に
別途用意する。

このスラリー10内に前記多孔質体５を浸漬するに先立
って、同図に示すように多孔質体５の側壁を解放すると
ともに、その上下をプレート15,16で挟んで閉鎖し、か
つ上方のプレート15のほぼ中央に吸引パイプ17を備えた
治具18によって多孔質体５を保持したあと、スラリー10
内に浸漬する。そして減圧装置（真空ポンプなど）に接
続した前記吸引パイプ17によって吸引し、多孔質体５の
側壁表面より内部へ矢印で示すようにスラリーを浸漬さ
せる。

このように処理した多孔質体５には、SiC粒子が1.2g
含まれ、全体の体積率は2.4％のものがえられた。また
その断面状態は第２図に示すように、絡み合ったアルミ
細線20の空間にSiC粒子21が、適度に分散した状態とな
っている。なお、スラリー濃度、吸引時間を適宜調整す
ることによってSiC粒子21の分散状態を調整することが
できる。

このようにして形成したプリフォームを金型内にセッ
トし、AC8A材の溶湯を注いで溶湯鍛造をおこない、ピス
トン頂部周辺に複合材料によって耐摩耗性を与えた第３
図に示すようなピストンを製造した。

このピストンを完成品に仕上げたあと、実際のエンジ
ンに組込んで試験を実施したところ、本発明のような処
理を施さない多のピストンに比較して、プリフォームを
設けた部分の焼付き、摩耗がかなり減少することが確認
された。

e.発明の効果 本発明の方法によれば、低体積率のプリフォームに、
スラミックスなどの粉末を用いることが可能となり、し
たがってこれを複合材料の製品に適用することができ
る。すなわち、粒子形状のセラミックスを用いてプリフ
ォームの成形ができる。

また、必要に応じてセラミックスの使用料が調節で
き、したがって、条件に応じて適切、合理的な使用がで
き、高価なセラミックス原料の使用量が節約できる。ま
た、これに付随して複合化部の切削性の調節も可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプリフォームの製造方法の実施要
領を説明する図、第２図は形成したプリフォームの断面
の拡大説明図、第３図は本発明の方法によって製造した
プリフォームを用いたピストンの説明図、第４図
（ａ），（ｂ）は本発明の実施例に用いる多孔質体の平
面図と側面図である。 １……ピストン、５……多孔質体、 10……スラリー、18……治具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 1/09 - 1/10 B22D 19/14

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定形状の多孔質体を作り、この多孔質体
   をセラミックスを含むスラリー中に浸漬し、この多孔質
   体内部全体にセラミックスを浸透させることを特徴とす
   る金属基複合材料のプリフォーム製造方法。
2. 【請求項２】前記多孔質体は、各種金属合金の細線であ
   って空隙、空間を有するプレス成形体または三次元網目
   状の成形体、または各種合金粒子からなる連続気泡を有
   する焼結体であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の金属基複合材料のプリフォーム製造方法。
3. 【請求項３】前記スラリー中のセラミックスが、粒子状
   のセラミックス、ウイスカー、短繊維のいずれか一つ、
   あるいは複数のものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の金属基複合材料のプリフォーム製造
   方法。
4. 【請求項４】前記スラリー中に浸漬した多孔質体の内部
   に、吸引あるいは加圧することによってセラミックスを
   浸透させることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の金属基複合材料のプリフォーム製造方法。