JP2921030B2 - ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 - Google Patents
ベーンポンプのベーン材料とその製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 a.産業上の利用分野 本発明はベーンポンプ等のベーン材料に用いるセラミ
ックスの粒子分散複合材料（MMC）とそ製造方法に関す
る。
ックスの粒子分散複合材料（MMC）とそ製造方法に関す
る。
b.従来の技術 複合材料に関し、次のような従来技術が知られてい
る。
る。
たとえば、SiCやＣなどの繊維やウィスカーでプリフ
ォームを製作し、これを金型内にセットしたあと、Al合
金などの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させる
ことで複合材料（FRM）とする方法である。
ォームを製作し、これを金型内にセットしたあと、Al合
金などの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させる
ことで複合材料（FRM）とする方法である。
また、SiCやＣなどの粒子を、完全溶融または部分溶
融の溶湯に添加し、機械的攪拌を与えて複合材料（MM
C）とするコンポキャスト法がある。この方法で製造し
た複合材料の組織の顕微鏡写真を第５図に示す。
融の溶湯に添加し、機械的攪拌を与えて複合材料（MM
C）とするコンポキャスト法がある。この方法で製造し
た複合材料の組織の顕微鏡写真を第５図に示す。
さらにSiCやＣなどの粒子とAl合金等の粉末とを混合
し、静水圧々縮や熱間押し出し、また焼結等によって複
合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこなわれ
ている。
し、静水圧々縮や熱間押し出し、また焼結等によって複
合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこなわれ
ている。
また、SiCやＣなどの粒子とAl合金等の粉末を混合
し、これに熱間で機械的攪拌を与えて、合金粉末中にSi
CやＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材料とする方
法（メカニカルアロイング法）がある。
し、これに熱間で機械的攪拌を与えて、合金粉末中にSi
CやＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材料とする方
法（メカニカルアロイング法）がある。
c.発明が解決しようとする課題 SiCやＣなどの繊維やウイスカーは高価であり、ま
た、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手
間がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。
た、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手
間がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。
また、前記コンポキャスト法においては溶湯に添加す
る粒子に濡れ性の良いものを用いても、むらなく均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合は20wt％が
上限であり、これ以上の添加は困難である。第５図はSi
Cが15wt％の場合の金属組織であるが、黒いSiC粒子の分
散状態が必ずしも均一とは言えない。
る粒子に濡れ性の良いものを用いても、むらなく均一に
分散させるためには、溶湯に対する添加割合は20wt％が
上限であり、これ以上の添加は困難である。第５図はSi
Cが15wt％の場合の金属組織であるが、黒いSiC粒子の分
散状態が必ずしも均一とは言えない。
さらに粉末冶金に用いる合金粉末は製造が難しく、そ
のため高価であり、また複合材料として完成するまでの
工程が多くかかるという欠点がある。そして押出しの方
法で製造するため単純形状に限られてしまうという問題
がある。
のため高価であり、また複合材料として完成するまでの
工程が多くかかるという欠点がある。そして押出しの方
法で製造するため単純形状に限られてしまうという問題
がある。
また、メカニカルアロイング法に用いる合金粉末は前
述のように高価であり、混合割合も50wt％程度が限度で
あり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末冶金
と同様な問題点がある。
述のように高価であり、混合割合も50wt％程度が限度で
あり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末冶金
と同様な問題点がある。
一方、従来のベーンポンプにおいては、ローターに嵌
設されて滑動するベーンに鋳鉄材料（FC25,FC30など）
を使用しているため、このベーンとともに回転するAl合
金製のローターとの間で、熱伝導率が異なり、したがっ
て放熱上好ましくなく、使用条件が過酷になるほどマッ
チングが悪くなるという問題点があった。また、、従来
のJIS AC8AやJIS AC9AなどのAl合金では摩耗してしま
い、鋳鉄材料との代替はできなかった。
設されて滑動するベーンに鋳鉄材料（FC25,FC30など）
を使用しているため、このベーンとともに回転するAl合
金製のローターとの間で、熱伝導率が異なり、したがっ
て放熱上好ましくなく、使用条件が過酷になるほどマッ
チングが悪くなるという問題点があった。また、、従来
のJIS AC8AやJIS AC9AなどのAl合金では摩耗してしま
い、鋳鉄材料との代替はできなかった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題
点を解消してなるベーンポンプのベーンに適した粒子分
散複合材料とその製造方法を提供することを目的とす
る。
点を解消してなるベーンポンプのベーンに適した粒子分
散複合材料とそ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、Al合金またはMg合金中に
粒子径0.01〜30μｍのセラミックス粒子が30〜90wt％の
複合化率で分散されているベーンポンプのベーン材料と
することによって前記課題を解消した。
粒子径0.01〜30μｍのセラミックス粒子が30〜90wt％の
複合化率で分散されているベーンポンプのベーン材料と
することによって前記課題を解消した。
さらにまた、粒子径0.01〜30μｍのセラミックス粒子
を加熱して乾燥予熱後、型内で0.1〜100kgf/cm2の圧力
で成形して予成形体を得たあと、この予成形体に対し、
セラミックス粒子が30〜90wt％の複合化率となるよう
に、Al合金またはMg合金の溶湯を注いで100〜10000kgf/
cm2の圧力で加圧鋳造し、この鋳造物の複合部のみを採
取してベーンポンプのベーン材料とすることによって、
前記課題を解消した。
を加熱して乾燥予熱後、型内で0.1〜100kgf/cm2の圧力
で成形して予成形体を得たあと、この予成形体に対し、
セラミックス粒子が30〜90wt％の複合化率となるよう
に、Al合金またはMg合金の溶湯を注いで100〜10000kgf/
cm2の圧力で加圧鋳造し、この鋳造物の複合部のみを採
取してベーンポンプのベーン材料とすることによって、
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。
細に説明する。
本発明においては複合用の添加材としてSiC,C,Al
2O3，Si3N4,TiC,WC,ZrO2等のセラミックス粒子であっ
て、粒子径が0.01〜30μｍの範囲のものを用いる。この
範囲外のものでは好ましい改善がえられない。特に30μ
ｍを超えると強度が改善されず、また、0.01未満のセラ
ミックス粒子は製造がむづかしく、高価になる。
2O3，Si3N4,TiC,WC,ZrO2等のセラミックス粒子であっ
て、粒子径が0.01〜30μｍの範囲のものを用いる。この
範囲外のものでは好ましい改善がえられない。特に30μ
ｍを超えると強度が改善されず、また、0.01未満のセラ
ミックス粒子は製造がむづかしく、高価になる。
まず最初に、水分の除去と、添加する溶湯の含浸（後
述）を良好にするため、このセラミックス粒子たとえば
SiCを、300℃〜1000℃の温度範囲、たとえば800℃で加
熱する。Al合金の溶湯は750℃前後であり、したがってA
lとSiC中の遊離Ｃとの反応があまりなく、かつ凝固が速
かにゆくように上限は1000℃がよく、また溶湯が凝固せ
ずにSiCの底部まで浸入できるように下限は300℃以上が
好ましい。
述）を良好にするため、このセラミックス粒子たとえば
SiCを、300℃〜1000℃の温度範囲、たとえば800℃で加
熱する。Al合金の溶湯は750℃前後であり、したがってA
lとSiC中の遊離Ｃとの反応があまりなく、かつ凝固が速
かにゆくように上限は1000℃がよく、また溶湯が凝固せ
ずにSiCの底部まで浸入できるように下限は300℃以上が
好ましい。
次に、第１図（ａ）を示すように、前記セラミックス
粒子１を、約300℃に加熱してある金型２に収容する。
粒子１を、約300℃に加熱してある金型２に収容する。
これを0.1〜100kgf/cm2の圧力で、上パンチ３と下パ
ンチ４との間で加圧し、第１図（ｂ）に示すようにセラ
ミックス粒子の予成形体1aを得る。
ンチ４との間で加圧し、第１図（ｂ）に示すようにセラ
ミックス粒子の予成形体1aを得る。
ここで前記加圧力（第１段の加圧力P1とする）が0.1k
gf/cm2未満の場合は、予成形体としての固体の維持が充
分ではなく、また、100kgf/cm2を越えて加圧すると後工
程での溶湯の浸透が悪くなる。
gf/cm2未満の場合は、予成形体としての固体の維持が充
分ではなく、また、100kgf/cm2を越えて加圧すると後工
程での溶湯の浸透が悪くなる。
次に第１図（ｃ）（ｄ）に示すように別途溶解したAl
合金あるいはMg合金の溶湯、たとえばJIS AC8AAl合金を
750℃で加熱溶解した溶湯５を、この金型２内の予成形
体1a上に注湯し、速かに再びパンチ３によって100〜100
00kgf/cm2の圧力（第２段の加圧力P2とする）で溶湯５
の上から加圧する。これによって溶湯５が予成形体1aの
隙間に充分に浸透する。
合金あるいはMg合金の溶湯、たとえばJIS AC8AAl合金を
750℃で加熱溶解した溶湯５を、この金型２内の予成形
体1a上に注湯し、速かに再びパンチ３によって100〜100
00kgf/cm2の圧力（第２段の加圧力P2とする）で溶湯５
の上から加圧する。これによって溶湯５が予成形体1aの
隙間に充分に浸透する。
なお、第２段の前記加圧力P2が100kgf/cm2未満では予
成形体1a内に溶湯が充分に浸透せず、また10000kgf/cm2
を越えると、金型の隙間から溶湯が抜けたり、金型が破
損する。
成形体1a内に溶湯が充分に浸透せず、また10000kgf/cm2
を越えると、金型の隙間から溶湯が抜けたり、金型が破
損する。
ここで前記第１段の加圧力P1は第２段の加圧力P2とは
P1≦P2の関係にあってもよい。
P1≦P2の関係にあってもよい。
以上の処理によって第２図（ａ）に示すような材料10
が得られる。この材料10はセラミックス粒子にAl合金が
マトリックスとなっている下半部のMMC（Metal Matrix
composite）10aと、浸透せずに上部に残ったAl合金10b
のみからなる上半部とからなっている。
が得られる。この材料10はセラミックス粒子にAl合金が
マトリックスとなっている下半部のMMC（Metal Matrix
composite）10aと、浸透せずに上部に残ったAl合金10b
のみからなる上半部とからなっている。
よって下半部のMMC10aの部分を削り取って、第２図
（ｂ）のように平板状のMMC20として、これをベーン材
料として用いればよい。
（ｂ）のように平板状のMMC20として、これをベーン材
料として用いればよい。
なお、セラミック粒子の複合化率が30％未満の場合
は、本発明の方法によらずとも実施可能であるととも
に、狙っているベーン材料としての品質が充分えられな
い。また90％を越えると均一な組織がえられなかった
り、マトリックス合金の量が足りなくて靱性が劣ったり
して、かえって一部の品質が劣化する。
は、本発明の方法によらずとも実施可能であるととも
に、狙っているベーン材料としての品質が充分えられな
い。また90％を越えると均一な組織がえられなかった
り、マトリックス合金の量が足りなくて靱性が劣ったり
して、かえって一部の品質が劣化する。
第３図は本発明の前記方法で製造したMMC部分の400倍
に拡大した顕微鏡写真、第４図は同材料を更に1,000倍
に拡大した顕微鏡写真で80wt％SiCのものを示す。図中
において白地のAl合金に黒いSiC粒子群が均一に分散し
ていることが判る。
に拡大した顕微鏡写真、第４図は同材料を更に1,000倍
に拡大した顕微鏡写真で80wt％SiCのものを示す。図中
において白地のAl合金に黒いSiC粒子群が均一に分散し
ていることが判る。
以上の方法によって、SiC粒子を30〜90wt％の高率で
マトリックス合金中に複合化できる。そして硬度、耐耗
性、耐熱性、ヤング率、引張り強度、疲労強度等に優
れ、伸びや熱膨張率の小さいベーン用に適したSiC粒子
分散のAl合金の複合材料が得られた。
マトリックス合金中に複合化できる。そして硬度、耐耗
性、耐熱性、ヤング率、引張り強度、疲労強度等に優
れ、伸びや熱膨張率の小さいベーン用に適したSiC粒子
分散のAl合金の複合材料が得られた。
次に他の実施例について述べる。まず、粒子径0.01〜
30μｍの範囲のAl2O3粒子を用い、これを800℃で加熱し
て、それに含まれている水分除去と後工程のための予熱
をおこなう。
30μｍの範囲のAl2O3粒子を用い、これを800℃で加熱し
て、それに含まれている水分除去と後工程のための予熱
をおこなう。
次に、これを第１図に示したような金型に収容して10
0kgf/cm2の圧力を加えて予成形体を得た。別途にJIS AC
4C合金溶解し、この溶湯ををこのAl2O3の予成形体上に
注ぎ、パンチによって1000kgf/cm2の圧力によって加圧
した。
0kgf/cm2の圧力を加えて予成形体を得た。別途にJIS AC
4C合金溶解し、この溶湯ををこのAl2O3の予成形体上に
注ぎ、パンチによって1000kgf/cm2の圧力によって加圧
した。
この結果、Al2O3の複合率が80％のベーン材料が得ら
れた。
れた。
e.発明の効果 本発明の方法によれば、従来の方法に比較してより単
純な工程で、かつ鋳造法によって製造するため製品コス
トを従来の方法に比較して非常に低くすることができ
る。
純な工程で、かつ鋳造法によって製造するため製品コス
トを従来の方法に比較して非常に低くすることができ
る。
また、複合材料としてはセラミックス粒子の複合化率
が30〜90wt％と非常に高いものがえられる。したがって
硬度、耐摩耗性、耐熱性の優れたものがえられ、また伸
びが小さく、ヤング率や引張り強度、疲労強度の改善さ
れたものが製造できる。特にベーンポンプのローターと
同材質のベーンが提供でき、したがって熱伝導率がほぼ
同じことから前記性質に加え、放熱性の良好なベーンポ
ンプの提供が可能となった。
が30〜90wt％と非常に高いものがえられる。したがって
硬度、耐摩耗性、耐熱性の優れたものがえられ、また伸
びが小さく、ヤング率や引張り強度、疲労強度の改善さ
れたものが製造できる。特にベーンポンプのローターと
同材質のベーンが提供でき、したがって熱伝導率がほぼ
同じことから前記性質に加え、放熱性の良好なベーンポ
ンプの提供が可能となった。
第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る材料の製造要領の
説明図、第２図（ａ）は製造直後の材料の斜視図、同図
（ｂ）は複合部分のみを切り取って平板状としベーン用
とした材料の斜視図、第３図及び第４図は同材料の金属
組織を示す顕微鏡写真で、第３図は400倍に、第４図は
1,000倍にそれぞれ拡大したもの、第５図は従来の材料
を400倍に拡大した金属組織の顕微鏡写真を示す。 １……セラミックス粒子、２……金型、５……溶湯、10
……製造された材料。
説明図、第２図（ａ）は製造直後の材料の斜視図、同図
（ｂ）は複合部分のみを切り取って平板状としベーン用
とした材料の斜視図、第３図及び第４図は同材料の金属
組織を示す顕微鏡写真で、第３図は400倍に、第４図は
1,000倍にそれぞれ拡大したもの、第５図は従来の材料
を400倍に拡大した金属組織の顕微鏡写真を示す。 １……セラミックス粒子、２……金型、５……溶湯、10
……製造された材料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 32/00 Ｃ２２Ｃ 32/00 Ｖ Ｆ０４Ｃ 2/34 Ｆ０４Ｃ 2/34 Ｃ 18/344 ３５１ 18/344 ３５１Ｃ (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/00 C22C 1/10 C22C 29/00 C22C 32/00 C22C 23/00 F04C 2/34 F04C 18/344 351
Claims (2)
- 【請求項１】Al合金またはMg合金中に、粒子径0.01〜30
μｍのセラミックス粒子が30〜90wt％の複合化率で分散
されていることを特徴とするベーンポンプのベーン材
料。 - 【請求項２】粒子径0.01〜30μｍのセラミック粒子を加
熱して乾燥予熱後、型内で0.1〜100kgf/cm2の圧力で成
形して予成形体を得たあと、この予成形体に対し、セラ
ミックス粒子が30〜90wt％の複合化率となるようにAl合
金またはMg合金の溶湯を注いで100〜10000kgf/cm2の圧
力で加圧鋳造し、この鋳造物の複合部のみを採取してベ
ーンポンプのベーン材料とすることを特徴とするベーン
材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131925A JP2921030B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131925A JP2921030B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0428471A JPH0428471A (ja) | 1992-01-31 |
| JP2921030B2 true JP2921030B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=15069411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2131925A Expired - Lifetime JP2921030B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2921030B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9201606A (nl) * | 1992-09-17 | 1994-04-18 | Mifa Aluminium B V | Werkwijze voor het vervaardigen van aluminium bevattende voorwerpen. |
| JPH11343525A (ja) * | 1998-05-29 | 1999-12-14 | Toyo Alum Kk | 粉末冶金用原料およびその製造方法 |
| JP4720981B2 (ja) * | 2005-04-15 | 2011-07-13 | 住友電気工業株式会社 | マグネシウム基複合材料 |
| US9028959B2 (en) | 2008-10-03 | 2015-05-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Composite member |
| JP5152683B2 (ja) * | 2009-12-11 | 2013-02-27 | 住友電気工業株式会社 | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP5152682B2 (ja) * | 2009-12-11 | 2013-02-27 | 住友電気工業株式会社 | マグネシウム基複合材料の製造方法 |
| JP2014133692A (ja) * | 2012-12-14 | 2014-07-24 | Tosoh Corp | セラミックス／マグネシウム接合体及びその製造方法 |
| CN107812919A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-03-20 | 吉林大学 | 陶瓷球增强镁基复合材料的制备方法 |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP2131925A patent/JP2921030B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0428471A (ja) | 1992-01-31 |
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