JP3082152B2 - ピストン用素材とその製造方法 - Google Patents
ピストン用素材とその製造方法Info
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- C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
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- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軽量で低い熱膨張性と
優れた材質強度を兼備する内燃機関のピストン用素材と
その製造方法に関する。
優れた材質強度を兼備する内燃機関のピストン用素材と
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】比較的多量の珪素成分を含むＡｌ−Ｓｉ
系のアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ、Ａ４０３２
等）は軽量で低熱膨張率を有しているため、従来から内
燃機関のピストン用素材として多用されている。しか
し、近年、ピストン部材には低燃費化、高出力化、低騒
音化などを対象とした一層厳しい性能付与が要求されて
おり、これに伴って機関内の温度や回転数が高まること
からアルミニウム合金製のピストン素材では特性的に対
応が困難となっている。
系のアルミニウム合金（ＪＩＳ ＡＣ８Ａ、Ａ４０３２
等）は軽量で低熱膨張率を有しているため、従来から内
燃機関のピストン用素材として多用されている。しか
し、近年、ピストン部材には低燃費化、高出力化、低騒
音化などを対象とした一層厳しい性能付与が要求されて
おり、これに伴って機関内の温度や回転数が高まること
からアルミニウム合金製のピストン素材では特性的に対
応が困難となっている。
【０００３】黒鉛は、低密度で熱膨張率が小さく、潤滑
性があって高温下でも強度低下を生じないというピスト
ン用素材に好適な固有の特性を備えているが、材質強度
そのものは金属材料に比べて格段に低いという致命的な
欠点がある。このため、黒鉛単体としてピストン用素材
に適用された例はないが、その固有の特性を利用して金
属材料と複合化させることによりピストン性能の改善を
図る手段については多くの研究がなされている。
性があって高温下でも強度低下を生じないというピスト
ン用素材に好適な固有の特性を備えているが、材質強度
そのものは金属材料に比べて格段に低いという致命的な
欠点がある。このため、黒鉛単体としてピストン用素材
に適用された例はないが、その固有の特性を利用して金
属材料と複合化させることによりピストン性能の改善を
図る手段については多くの研究がなされている。
【０００４】金属材料をアルミニウム合金とした典型的
な複合系には、例えば特開平１−132736号公報に記載さ
れているようなアルミニウム合金粉末に黒鉛粉末を混合
して焼結する方法（粉末焼結法）または特開昭57−1245
64号公報に開示されているアルミニウム合金の溶湯に黒
鉛粉末を分散させて鋳造する方法（分散鋳造法）があ
る。ところが、これら方法は黒鉛粉末の添加によりアル
ミニウム合金のピストン素材に潤滑性を与えることを主
要な目的とするものであって、黒鉛の低熱膨張性や高温
強度に着目されたものではない。因みに、粉末焼結法に
おける黒鉛粉末添加量の限界は５重量％程度であり、ま
た分散鋳造法においても３０重量％以上の黒鉛粉末を分
散させることは操作の面から不可能であり、前記のよう
な黒鉛固有の低熱膨張性や高温強度性を発揮させるため
には量的に不足する。
な複合系には、例えば特開平１−132736号公報に記載さ
れているようなアルミニウム合金粉末に黒鉛粉末を混合
して焼結する方法（粉末焼結法）または特開昭57−1245
64号公報に開示されているアルミニウム合金の溶湯に黒
鉛粉末を分散させて鋳造する方法（分散鋳造法）があ
る。ところが、これら方法は黒鉛粉末の添加によりアル
ミニウム合金のピストン素材に潤滑性を与えることを主
要な目的とするものであって、黒鉛の低熱膨張性や高温
強度に着目されたものではない。因みに、粉末焼結法に
おける黒鉛粉末添加量の限界は５重量％程度であり、ま
た分散鋳造法においても３０重量％以上の黒鉛粉末を分
散させることは操作の面から不可能であり、前記のよう
な黒鉛固有の低熱膨張性や高温強度性を発揮させるため
には量的に不足する。
【０００５】これに対し、特開昭62−294751号公報には
ピストンの熱膨張・収縮による変形を抑え、かつ強度を
改良するために、緻密質または多孔質黒鉛環状成形体を
アルミニウム合金製ピストンに鋳ぐるむことによって一
部を補強する複合系の内燃機関用ピストンが提案されて
おり、鋳ぐるみ手段として高圧鋳造法による含浸処理が
示されている。しかしながら、このピストンは特定箇所
に黒鉛環状体を部分的な補強材として介在させ、その周
囲はアルミニウム合金で鋳ぐるんだ構造を呈しているか
ら、材質の主体はあくまでもアルミニウム合金製であっ
て構成材料に占める黒鉛の量はピストン全体の低熱膨張
性や高温強度を改善するほどの比率ではない。
ピストンの熱膨張・収縮による変形を抑え、かつ強度を
改良するために、緻密質または多孔質黒鉛環状成形体を
アルミニウム合金製ピストンに鋳ぐるむことによって一
部を補強する複合系の内燃機関用ピストンが提案されて
おり、鋳ぐるみ手段として高圧鋳造法による含浸処理が
示されている。しかしながら、このピストンは特定箇所
に黒鉛環状体を部分的な補強材として介在させ、その周
囲はアルミニウム合金で鋳ぐるんだ構造を呈しているか
ら、材質の主体はあくまでもアルミニウム合金製であっ
て構成材料に占める黒鉛の量はピストン全体の低熱膨張
性や高温強度を改善するほどの比率ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術に
比べて複合系における黒鉛比率を高め、材質強度を損ね
ずに黒鉛固有の有効特性を最大限に発揮させるピストン
素材の材質条件について多角的な研究を重ねた結果、好
適な範囲の黒鉛とアルミニウム合金の複合系組成ならび
性状を解明して開発に至ったものである。
比べて複合系における黒鉛比率を高め、材質強度を損ね
ずに黒鉛固有の有効特性を最大限に発揮させるピストン
素材の材質条件について多角的な研究を重ねた結果、好
適な範囲の黒鉛とアルミニウム合金の複合系組成ならび
性状を解明して開発に至ったものである。
【０００７】すなわち、本発明の目的は、軽量で低い熱
膨張性と優れた材質強度特性を兼備する黒鉛−アルミニ
ウム合金複合系のピストン用素材およびその製造方法を
提供しようとするところにある。
膨張性と優れた材質強度特性を兼備する黒鉛−アルミニ
ウム合金複合系のピストン用素材およびその製造方法を
提供しようとするところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のピストン用素材は、等方性黒鉛材の気孔組
織内にアルミニウム合金が分散介在した複合系材質であ
って、該複合系材質中に占める黒鉛の体積比が６０〜９
５％の範囲にあり、かつ材質の気孔率が１０％以下の組
成性状を備えることを構成上の特徴とする。
めの本発明のピストン用素材は、等方性黒鉛材の気孔組
織内にアルミニウム合金が分散介在した複合系材質であ
って、該複合系材質中に占める黒鉛の体積比が６０〜９
５％の範囲にあり、かつ材質の気孔率が１０％以下の組
成性状を備えることを構成上の特徴とする。
【０００９】本発明のピストン素材を構成する等方性黒
鉛材とは、材料の全方向において機械的、熱的、電気的
などの特性が等方性を示す組織の黒鉛材料を意味し、通
常、熱膨張係数、固有抵抗、機械的強度等を測定した際
の最大値と最小値の比（異方比）が１．０〜１．１の範
囲にあるものを指す。一方、アルミニウム合金は、例え
ば銅、マグネシウム、マンガン、ニッケル、珪素、亜鉛
等の合金成分が少なくとも１種以上、０．２〜１３重量
％の範囲で含有されている組成のものが好適に複合され
る。これらの複合系材質は、等方性黒鉛材の気孔組織内
にアルミニウム合金が分散介在して緻密かつ安定に充填
された形態である必要があり、分散、接合あるいは鋳ぐ
るみ等によって黒鉛とアルミニウム合金を複合させた構
造では本発明の目的は達成されない。
鉛材とは、材料の全方向において機械的、熱的、電気的
などの特性が等方性を示す組織の黒鉛材料を意味し、通
常、熱膨張係数、固有抵抗、機械的強度等を測定した際
の最大値と最小値の比（異方比）が１．０〜１．１の範
囲にあるものを指す。一方、アルミニウム合金は、例え
ば銅、マグネシウム、マンガン、ニッケル、珪素、亜鉛
等の合金成分が少なくとも１種以上、０．２〜１３重量
％の範囲で含有されている組成のものが好適に複合され
る。これらの複合系材質は、等方性黒鉛材の気孔組織内
にアルミニウム合金が分散介在して緻密かつ安定に充填
された形態である必要があり、分散、接合あるいは鋳ぐ
るみ等によって黒鉛とアルミニウム合金を複合させた構
造では本発明の目的は達成されない。
【００１０】このような複合系材質の組成性状として、
その材質中に占める黒鉛の体積比が６０〜９５％の範
囲、アルミニウム合金の体積比が５〜４０％の範囲にあ
ること、および材質の気孔率が１０％以下であること、
が本発明の重要な要件となる。黒鉛の体積比が６０％を
下廻ると密度および熱膨張率が効果的に低下しないう
え、高温強度を向上させることができなくなり、９５％
を越えるとアルミニウム合金による複合機能が発揮され
ず、ピストン用素材として十分な材質強度を得ることが
できなくなる。また、等方性黒鉛材の気孔組織に対する
アルミニウム合金の分散介在が不十分で材質の気孔率が
１０％を越えるようになると、材質強度が不足するよう
になる。好ましい材質気孔率は０％であるが、１０％ま
では許容できる。
その材質中に占める黒鉛の体積比が６０〜９５％の範
囲、アルミニウム合金の体積比が５〜４０％の範囲にあ
ること、および材質の気孔率が１０％以下であること、
が本発明の重要な要件となる。黒鉛の体積比が６０％を
下廻ると密度および熱膨張率が効果的に低下しないう
え、高温強度を向上させることができなくなり、９５％
を越えるとアルミニウム合金による複合機能が発揮され
ず、ピストン用素材として十分な材質強度を得ることが
できなくなる。また、等方性黒鉛材の気孔組織に対する
アルミニウム合金の分散介在が不十分で材質の気孔率が
１０％を越えるようになると、材質強度が不足するよう
になる。好ましい材質気孔率は０％であるが、１０％ま
では許容できる。
【００１１】上記の組成性状を備えるピストン用素材
は、気孔率５〜４０％の等方性黒鉛材に、アルミニウム
合金の溶湯を１００kg/cm2以上の圧力下で加圧含浸する
方法で製造することができる。
は、気孔率５〜４０％の等方性黒鉛材に、アルミニウム
合金の溶湯を１００kg/cm2以上の圧力下で加圧含浸する
方法で製造することができる。
【００１２】基材として気孔率５〜４０％の等方性黒鉛
材を使用する理由は、この範囲の気孔率が最終的に得ら
れる複合系材料の嵩密度、熱膨張係数および高温強度を
ピストン用素材として好適な水準に保持するための必須
の要件となるからである。すなわち、基材気孔率が５％
未満であると気孔組織内部へのアルミニウム合金の含浸
が円滑に進行しなくなって材質強度が減退し、他方、４
０％を越えるとアルミニウム合金の含浸率が高くなり過
ぎて嵩密度、熱膨張率が上昇し、同時に高温強度が低下
する結果を招く。
材を使用する理由は、この範囲の気孔率が最終的に得ら
れる複合系材料の嵩密度、熱膨張係数および高温強度を
ピストン用素材として好適な水準に保持するための必須
の要件となるからである。すなわち、基材気孔率が５％
未満であると気孔組織内部へのアルミニウム合金の含浸
が円滑に進行しなくなって材質強度が減退し、他方、４
０％を越えるとアルミニウム合金の含浸率が高くなり過
ぎて嵩密度、熱膨張率が上昇し、同時に高温強度が低下
する結果を招く。
【００１３】かかる気孔率５〜４０％を有する等方性黒
鉛材は、微粉状のコークス粉とタールピッチの混練物を
微粉砕した二次粒子をラバープレスにより所定形状に成
形したのち焼成炭化および黒鉛化処理する方法におい
て、二次粒子の粒度調整、成形条件、黒鉛化の条件など
を制御することによって製造することができる。
鉛材は、微粉状のコークス粉とタールピッチの混練物を
微粉砕した二次粒子をラバープレスにより所定形状に成
形したのち焼成炭化および黒鉛化処理する方法におい
て、二次粒子の粒度調整、成形条件、黒鉛化の条件など
を制御することによって製造することができる。
【００１４】加圧含浸処理は、基材となる等方性黒鉛材
を６５０〜９００℃に保持されたアルミニウム溶湯中に
浸漬し、ガス加圧もしくは溶湯鍛造手段を用いて加圧状
態を付与する工程でおこなわれる。この際、等方性黒鉛
材は予め目的とするピストンに沿った形状に加工し、浸
漬前に真空中または不活性ガス雰囲気中でアルミニウム
合金溶湯と同温度に予熱しておくことが好ましい。含浸
時の圧力は１００kg/cm2以上に設定する必要があり、こ
れを下廻る加圧では円滑に含浸を進行させることができ
なくなる。
を６５０〜９００℃に保持されたアルミニウム溶湯中に
浸漬し、ガス加圧もしくは溶湯鍛造手段を用いて加圧状
態を付与する工程でおこなわれる。この際、等方性黒鉛
材は予め目的とするピストンに沿った形状に加工し、浸
漬前に真空中または不活性ガス雰囲気中でアルミニウム
合金溶湯と同温度に予熱しておくことが好ましい。含浸
時の圧力は１００kg/cm2以上に設定する必要があり、こ
れを下廻る加圧では円滑に含浸を進行させることができ
なくなる。
【００１５】含浸処理後の等方性黒鉛材はアルミニウム
溶湯から引上げて冷却し、必要に応じて表面に付着した
不要のアルミニウム合金を切削加工してピストン用素材
を得る。
溶湯から引上げて冷却し、必要に応じて表面に付着した
不要のアルミニウム合金を切削加工してピストン用素材
を得る。
【００１６】
【作用】本発明のピストン用素材は、等方性黒鉛材の気
孔組織内にアルミニウム合金が分散介在した複合系材質
であって、該複合系材質中に占める黒鉛の体積比が６０
〜９５％の範囲にあり、かつ材質の気孔率が１０％以下
の組成性状を備える。したがって、構成主体は骨格基材
となる等方性黒鉛材であり、その気孔組織内部にアルミ
ニウム合金が５〜４０％の体積比になるように緻密で安
定的に均質充填された複合構造を呈している。この複合
系において、骨格形成されている等方性黒鉛材は６０〜
９５％の体積比範囲で材質固有の低密度、低熱膨張性お
よび高温強度特性を十分に発揮し、気孔組織内に分散介
在したアルミニウム合金は等方性黒鉛材料を補強して材
質強度を高水準に引き上げるために機能する。これらの
性能付与機能が相乗的に作用して、ピストン用素材に要
求される軽量で低い熱膨張性と優れた材質強度を兼備
し、強固で良摺動性の性能がバランスよく付与される。
孔組織内にアルミニウム合金が分散介在した複合系材質
であって、該複合系材質中に占める黒鉛の体積比が６０
〜９５％の範囲にあり、かつ材質の気孔率が１０％以下
の組成性状を備える。したがって、構成主体は骨格基材
となる等方性黒鉛材であり、その気孔組織内部にアルミ
ニウム合金が５〜４０％の体積比になるように緻密で安
定的に均質充填された複合構造を呈している。この複合
系において、骨格形成されている等方性黒鉛材は６０〜
９５％の体積比範囲で材質固有の低密度、低熱膨張性お
よび高温強度特性を十分に発揮し、気孔組織内に分散介
在したアルミニウム合金は等方性黒鉛材料を補強して材
質強度を高水準に引き上げるために機能する。これらの
性能付与機能が相乗的に作用して、ピストン用素材に要
求される軽量で低い熱膨張性と優れた材質強度を兼備
し、強固で良摺動性の性能がバランスよく付与される。
【００１７】また、本発明の製造方法に従えば、気孔率
５〜４０％の等方性黒鉛材にアルミニウム合金の溶湯を
加圧含浸するという比較的簡単なプロセスにより、上記
した高性能の複合組織を備えるピストン用素材を工業的
に効率よく生産することが可能となる。
５〜４０％の等方性黒鉛材にアルミニウム合金の溶湯を
加圧含浸するという比較的簡単なプロセスにより、上記
した高性能の複合組織を備えるピストン用素材を工業的
に効率よく生産することが可能となる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。
明する。
【００１９】実施例１、比較例１〜２ 嵩密度１．８５g/cc、気孔率１８．１％の等方性黒鉛材
〔東海カーボン（株）製、Ｇ３４７〕を直径８０mm、長
さ１００mmの円柱状に加工して基材とした。この基材を
真空中で７００℃に予熱し、同様に密閉系内で真空加熱
して７００℃の温度に保持されたアルミニウム合金（Ａ
Ｃ８Ａ）の溶湯中に浸漬した。ついで系内にアルゴンガ
スを導入し、雰囲気圧力を１１０kg/cm2に上昇して加圧
含浸処理をおこなった。含浸後の基材を溶湯から引上
げ、冷却して複合材を得た。この複合材に占める黒鉛の
体積比は、８１．９％であった。
〔東海カーボン（株）製、Ｇ３４７〕を直径８０mm、長
さ１００mmの円柱状に加工して基材とした。この基材を
真空中で７００℃に予熱し、同様に密閉系内で真空加熱
して７００℃の温度に保持されたアルミニウム合金（Ａ
Ｃ８Ａ）の溶湯中に浸漬した。ついで系内にアルゴンガ
スを導入し、雰囲気圧力を１１０kg/cm2に上昇して加圧
含浸処理をおこなった。含浸後の基材を溶湯から引上
げ、冷却して複合材を得た。この複合材に占める黒鉛の
体積比は、８１．９％であった。
【００２０】得られた複合材の断面組織を調査したとこ
ろ、気孔組織の内部までアルミニウム合金が均質に充填
されていることが確認された。この材料の長さ方向およ
び径方向から直径１０mm、長さ６０mmの試片（５個）を
切り出し、アルキメデス法で嵩密度および気孔率を、Ｓ
ｉＯ2 との比較法で熱膨張係数（５０〜３００℃）をそ
れぞれ測定した。また、スパン５０mm、試験速度０．５
mm/minの３点曲げ法により常温および高温（３５０℃
時）の曲げ強度を測定した。それらの結果を、表１に示
した。なお、比較のために、基材に用いた等方性黒鉛材
（比較例１）およびアルミニウム合金材（比較例２）の
特性についても表１に併載した。
ろ、気孔組織の内部までアルミニウム合金が均質に充填
されていることが確認された。この材料の長さ方向およ
び径方向から直径１０mm、長さ６０mmの試片（５個）を
切り出し、アルキメデス法で嵩密度および気孔率を、Ｓ
ｉＯ2 との比較法で熱膨張係数（５０〜３００℃）をそ
れぞれ測定した。また、スパン５０mm、試験速度０．５
mm/minの３点曲げ法により常温および高温（３５０℃
時）の曲げ強度を測定した。それらの結果を、表１に示
した。なお、比較のために、基材に用いた等方性黒鉛材
（比較例１）およびアルミニウム合金材（比較例２）の
特性についても表１に併載した。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１の結果から、実施例による複合系材質
はＡｌ合金材に比べて相対的に嵩密度ならびに熱膨張係
数が低く、黒鉛基材、Ａｌ合金に比べ常温および高温曲
げ強度が大幅に向上したバランスのよい特性を示してお
り、ピストン用素材に要求される性能要件を満たしてい
る。
はＡｌ合金材に比べて相対的に嵩密度ならびに熱膨張係
数が低く、黒鉛基材、Ａｌ合金に比べ常温および高温曲
げ強度が大幅に向上したバランスのよい特性を示してお
り、ピストン用素材に要求される性能要件を満たしてい
る。
【００２３】実施例２〜６、比較例３〜５ 嵩密度、気孔率などが異なる等方性黒鉛材を基材とし、
実施例１と同様のアルミニウム合金溶湯による含浸処理
を圧力条件を変えて実施して、材質に占める黒鉛体積比
および気孔率が相違する複合系のピストン用素材を製造
した。得られた各複合素材につき実施例１と同様にして
各種特性を測定し、結果を黒鉛体積比および材質気孔率
と対比させて表２に示した。
実施例１と同様のアルミニウム合金溶湯による含浸処理
を圧力条件を変えて実施して、材質に占める黒鉛体積比
および気孔率が相違する複合系のピストン用素材を製造
した。得られた各複合素材につき実施例１と同様にして
各種特性を測定し、結果を黒鉛体積比および材質気孔率
と対比させて表２に示した。
【００２４】
【表２】
【００２５】表２から、本発明の組成性状を満たす実施
例２〜５では軽量で低い熱膨張係数と優れた常温および
高温曲げ強度を兼備する複合特性を示したが、本発明の
限定要件を外れる比較例３〜５ではいずれかの複合特性
にピストン用素材として不適合の減退結果が認められ
た。
例２〜５では軽量で低い熱膨張係数と優れた常温および
高温曲げ強度を兼備する複合特性を示したが、本発明の
限定要件を外れる比較例３〜５ではいずれかの複合特性
にピストン用素材として不適合の減退結果が認められ
た。
【００２６】実施例６〜９、比較例６〜10 基材気孔率の異なる等方性黒鉛材（直径８０mm、長さ１
００mm）をアルゴンガス雰囲気中で６５０℃の温度に予
熱して金型にセットし、直ちに８００℃のアルミニウム
合金（ＡＣ８Ａ）を注入して基材を浸漬した。ついで、
金型パンチに５００kg/cm2の圧力を付与しながら２分間
保持し、冷却した。得られた複合材の表面に付着した余
分のアルミニウム合金を切削除去したのち、実施例１と
同様にして各種特性を測定した。その結果をグラフとし
て図１および図２に示した。図１は基材気孔率と複合材
熱膨張係数との関係図であり、図２は基材気孔率と複合
材の高温曲げ強度ならびに嵩密度との関係図である。
００mm）をアルゴンガス雰囲気中で６５０℃の温度に予
熱して金型にセットし、直ちに８００℃のアルミニウム
合金（ＡＣ８Ａ）を注入して基材を浸漬した。ついで、
金型パンチに５００kg/cm2の圧力を付与しながら２分間
保持し、冷却した。得られた複合材の表面に付着した余
分のアルミニウム合金を切削除去したのち、実施例１と
同様にして各種特性を測定した。その結果をグラフとし
て図１および図２に示した。図１は基材気孔率と複合材
熱膨張係数との関係図であり、図２は基材気孔率と複合
材の高温曲げ強度ならびに嵩密度との関係図である。
【００２７】図１からは、用いた基材の気孔率が５〜４
０％の範囲では複合材特性として低位で一定の熱膨張係
数が得られるが、基材気孔率が４０％を越えると熱膨張
係数が急激に上昇する傾向が認められる。また、図２の
グラフは複合材の高温曲げ強度が基材気孔率５〜４０％
の範囲で増大しており、嵩密度は基材気孔率が高くなる
に従って上昇するが基材気孔率が５〜４０％の領域では
許容しえる軽量範囲にあることが判明した。
０％の範囲では複合材特性として低位で一定の熱膨張係
数が得られるが、基材気孔率が４０％を越えると熱膨張
係数が急激に上昇する傾向が認められる。また、図２の
グラフは複合材の高温曲げ強度が基材気孔率５〜４０％
の範囲で増大しており、嵩密度は基材気孔率が高くなる
に従って上昇するが基材気孔率が５〜４０％の領域では
許容しえる軽量範囲にあることが判明した。
【００２８】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば等方性黒
鉛材を骨格基材とし、これに特定の体積比と気孔率を満
たすようにアルミニウム合金を含浸して分散複合系の組
織を形成することにより、軽量で低い熱膨張性と優れた
材質強度を兼備するピストン用素材を提供することが可
能となる。したがって、低燃費、高出力、低騒音等の性
能が求められる高負荷用の内燃機関ピストンを対象とし
た素材として極めて有用である。
鉛材を骨格基材とし、これに特定の体積比と気孔率を満
たすようにアルミニウム合金を含浸して分散複合系の組
織を形成することにより、軽量で低い熱膨張性と優れた
材質強度を兼備するピストン用素材を提供することが可
能となる。したがって、低燃費、高出力、低騒音等の性
能が求められる高負荷用の内燃機関ピストンを対象とし
た素材として極めて有用である。
【図１】実施例と比較例による基材気孔率と複合材熱膨
張係数の関係を示したグラフである。
張係数の関係を示したグラフである。
【図２】実施例と比較例による基材気孔率と複合材の高
温曲げ強度ならびに嵩密度との関係を示したグラフであ
る。
温曲げ強度ならびに嵩密度との関係を示したグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ｚ Ｆ１６Ｊ 1/01 Ｆ１６Ｊ 1/01 (56)参考文献 特開 昭51−37004（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−108446（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−202766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−182340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−212159（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−108157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−124564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−24949（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B22D 19/08 B22D 17/00 B22D 18/02 B22D 19/00 C22C 1/10 F02F 3/00 302 F16J 1/01
Claims (2)
- 【請求項１】 等方性黒鉛材の気孔組織内にアルミニウ
ム合金が分散介在した複合系材質であって、該複合系材
質中に占める黒鉛の体積比が６０〜９５％の範囲にあ
り、かつ材質の気孔率が１０％以下の組成性状を備える
ことを特徴とするピストン用素材。 - 【請求項２】 気孔率５〜４０％の等方性黒鉛材に、ア
ルミニウム合金の溶湯を１００kg/cm2以上の圧力下で加
圧含浸することを特徴とするピストン用素材の製造方
法。
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|---|---|---|---|
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| DE19934318193 DE4318193A1 (de) | 1992-06-05 | 1993-06-01 | Verbundmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04172076A JP3082152B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | ピストン用素材とその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05337630A JPH05337630A (ja) | 1993-12-21 |
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Family
ID=15935097
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP04172076A Expired - Fee Related JP3082152B2 (ja) | 1992-06-05 | 1992-06-05 | ピストン用素材とその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3082152B2 (ja) |
| DE (1) | DE4318193A1 (ja) |
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| KR100460585B1 (ko) | 1999-12-24 | 2004-12-09 | 니뽄 가이시 가부시키가이샤 | 히트 싱크재 및 그 제조 방법 |
| KR20010064630A (ko) * | 1999-12-29 | 2001-07-09 | 이계안 | 자동차 엔진의 피스톤 제조방법 |
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| DE102007051570A1 (de) * | 2007-10-29 | 2009-04-30 | Austrian Research Centers Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs sowie Verbundwerkstoff, Verbundwerkstoffkörper und Anschlussvorrichtung |
| DE102008017756A1 (de) * | 2008-04-07 | 2009-10-15 | Carmag Gmbh | Carbonkörper imprägniert mit einer Leichtmetall-Legierung |
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| CN102317236B (zh) | 2009-02-12 | 2014-04-09 | 电气化学工业株式会社 | 由铝-石墨复合体形成的基板、使用了该基板的散热部件及led发光构件 |
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| DE102009048006B3 (de) * | 2009-10-02 | 2011-03-17 | Sgl Carbon Se | Graphitkörper imprägniert mit einer Leichtmetall-Legierung, Verfahren zu dessen Herstellung und seine Verwendung |
| DE102010002708B4 (de) | 2010-03-09 | 2016-09-22 | Sgl Carbon Se | Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoffkolben und Kohlenstoffkolben |
| JP6966728B1 (ja) * | 2020-10-01 | 2021-11-17 | アドバンスコンポジット株式会社 | 炭素基金属複合材およびその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE580106C (de) * | 1932-12-15 | 1933-07-06 | Ernst Mahle Dipl Ing | Leichtmetallkolben fuer Brennkraftmaschinen |
| NL142657B (nl) * | 1968-12-13 | 1974-07-15 | Euratom | Werkwijze voor het impregneren van een voorwerp uit grafiet met metaal en met deze werkwijze verkregen voorwerp. |
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1992
- 1992-06-05 JP JP04172076A patent/JP3082152B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-01 DE DE19934318193 patent/DE4318193A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4318193A1 (de) | 1993-12-09 |
| JPH05337630A (ja) | 1993-12-21 |
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