JP3087913B2 - 粒子分散型複合材料とその製造方法 - Google Patents
粒子分散型複合材料とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＡｌ合金又はＭｇ合金を
マトリックスとして、セラミックス粒子を分散複合化し
てなる複合材料とその製造方法に関する。
マトリックスとして、セラミックス粒子を分散複合化し
てなる複合材料とその製造方法に関する。
【０００２】
【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。
知られている。
【０００３】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。
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。
【０００４】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、これに機械的攪拌
を与えて複合材料（ＭＭＣ）とするコンポキャスト法が
ある。
融、または部分溶融の溶湯に添加し、これに機械的攪拌
を与えて複合材料（ＭＭＣ）とするコンポキャスト法が
ある。
【０００５】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出し、または焼
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。
の粉末とを混合し、静水圧々縮や熱間押出し、または焼
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。
【０００６】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ＳｉＣ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。
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ＳｉＣ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。
【０００７】一方、自動車エンジン部品に用いられてい
るバルブリテーナーは鉄合金（ＪＩＳ Ｓ２０Ｃ、ＳＣ
ｒ４１５等）を用い、これに浸炭焼入後、焼戻し処理を
おこなっていた。
るバルブリテーナーは鉄合金（ＪＩＳ Ｓ２０Ｃ、ＳＣ
ｒ４１５等）を用い、これに浸炭焼入後、焼戻し処理を
おこなっていた。
【０００８】また、同様にロッカーアームは、鉄合金
（ＪＩＳ ＳＣｒ４１５）を用いたり、アルミ合金（Ａ
ＤＣ１２）を用いて、スリッパー部に超硬の焼結チップ
を鋳ぐるむなどの方法をとっていた。
（ＪＩＳ ＳＣｒ４１５）を用いたり、アルミ合金（Ａ
ＤＣ１２）を用いて、スリッパー部に超硬の焼結チップ
を鋳ぐるむなどの方法をとっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明では、Ａｌ合金
又はＭｇ合金をマトリックスとし、これに複合化のため
に添加したセラミックス粒子の一部が凝集して分散した
状態で存在する複合材料を対象とするものであり、前記
のようにプリフォームを用いる方法では、このような複
合材料は得られない。また、前記コンポキャスト法や、
粉末冶金法及びメカニカルアロイング法で製造する複合
材料は、従来から均一分散材料を対象としており、本発
明が対象とする凝集塊を含むものを積極的に製造した例
はない。さらに粉末冶金法やメカニカルアロイング法に
用いる合金粉末は高価であり、完成品を得るまでの工程
が多くかかるとともに、製品形状が単純なものに限られ
てしまうという問題点がある。
又はＭｇ合金をマトリックスとし、これに複合化のため
に添加したセラミックス粒子の一部が凝集して分散した
状態で存在する複合材料を対象とするものであり、前記
のようにプリフォームを用いる方法では、このような複
合材料は得られない。また、前記コンポキャスト法や、
粉末冶金法及びメカニカルアロイング法で製造する複合
材料は、従来から均一分散材料を対象としており、本発
明が対象とする凝集塊を含むものを積極的に製造した例
はない。さらに粉末冶金法やメカニカルアロイング法に
用いる合金粉末は高価であり、完成品を得るまでの工程
が多くかかるとともに、製品形状が単純なものに限られ
てしまうという問題点がある。
【００１０】また、バルブリテーナやロッカーアームな
どは鉄合金を用いているために重く、さらに焼結チップ
を用いる場合は手間がかゝるという欠点があった。
どは鉄合金を用いているために重く、さらに焼結チップ
を用いる場合は手間がかゝるという欠点があった。
【００１１】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粒子分散型複合材料とそ
の製造方法を提供することを目的とする。
で、前記問題点を解消してなる粒子分散型複合材料とそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は、Ａｌ合金又はＭｇ合金に、セラミックス粒子が均一
に分散し、かつそのセラミックス粒子の径の５倍以上の
凝集塊が、そのセラミックス粒子の１０〜８０ｗｔ％の
割合で分散している粒子分散型複合材料とすることによ
り、さらに本発明はセラミックス粒子と、Ａｌ合金又は
Ｍｇ合金の所定量の溶湯とを金型に収容して、加圧した
あと、これを再溶解して前記セラミックス粒子の凝集塊
が適度に分散した状態となるまで攪拌を加える粒子分散
型複合材料の製造方法とすることにより、前記課題を解
消した。
は、Ａｌ合金又はＭｇ合金に、セラミックス粒子が均一
に分散し、かつそのセラミックス粒子の径の５倍以上の
凝集塊が、そのセラミックス粒子の１０〜８０ｗｔ％の
割合で分散している粒子分散型複合材料とすることによ
り、さらに本発明はセラミックス粒子と、Ａｌ合金又は
Ｍｇ合金の所定量の溶湯とを金型に収容して、加圧した
あと、これを再溶解して前記セラミックス粒子の凝集塊
が適度に分散した状態となるまで攪拌を加える粒子分散
型複合材料の製造方法とすることにより、前記課題を解
消した。
【００１３】以下、本発明について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。本発明において対象とするセラミッ
クスとしては、硬さや耐摩耗性を高めるため、たとえ
ば、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの
高硬度のセラミックスを用いる。
ら詳細に説明する。本発明において対象とするセラミッ
クスとしては、硬さや耐摩耗性を高めるため、たとえ
ば、ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 などの
高硬度のセラミックスを用いる。
【００１４】また、マトリックス合金としてはＡｌ合
金、Ｍｇ合金を用いる。
金、Ｍｇ合金を用いる。
【００１５】まず、図１に示すように金型１内の下パン
チ２上に高硬度の前記セラミックス粒子３を所定量収容
する。この場合、セラミックス粒子は、複合材料の強度
を確保するため、粒子径０．０１〜３０μｍの範囲のも
の、特に２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下のものを
用いる。また付着している水の除去や、後に加える合金
溶湯が浸入し易いように３００〜９００℃の温度に予熱
しておく。
チ２上に高硬度の前記セラミックス粒子３を所定量収容
する。この場合、セラミックス粒子は、複合材料の強度
を確保するため、粒子径０．０１〜３０μｍの範囲のも
の、特に２０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下のものを
用いる。また付着している水の除去や、後に加える合金
溶湯が浸入し易いように３００〜９００℃の温度に予熱
しておく。
【００１６】さらに金型１及び下パンチ２は、収容する
前記セラミックス粒子や溶湯が急冷されないように、予
め１００〜４００℃の温度に予熱しておく。
前記セラミックス粒子や溶湯が急冷されないように、予
め１００〜４００℃の温度に予熱しておく。
【００１７】次に、図２及び図３に示すように、６５０
〜８５０℃の温度で溶解した前記マトリックス合金の溶
湯４を金型１内に注湯したあと、上パンチ５によって上
方から１００〜１００００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力Ｐによ
って加圧する。この加圧によって溶湯４がセラミックス
粒子３の間隙に浸透し、一部が複合化した状態の複合材
料が得られる。
〜８５０℃の温度で溶解した前記マトリックス合金の溶
湯４を金型１内に注湯したあと、上パンチ５によって上
方から１００〜１００００ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力Ｐによ
って加圧する。この加圧によって溶湯４がセラミックス
粒子３の間隙に浸透し、一部が複合化した状態の複合材
料が得られる。
【００１８】次に、この材料を図４に示すように再び溶
解ルツボ８で加熱溶解し、これを攪拌棒９により回転数
５０〜５０００ｒｐｍで攪拌する。これで、加圧によっ
て一部複合化した部分を材料全体にわたって均一に分散
させる。なお、この攪拌時間はセラミックス粒径が１μ
ｍの場合、１０００ｒｐｍで５〜１２０分がよい。この
ようにして材料中にセラミックス粒子径の５倍以上であ
って８０００μｍ以下の大きさのセラミックス粒子の凝
集塊が粒子全体の１０〜８０ｗｔ％の割合で分散した状
態の複合材料を得る。こゝで、凝集塊の径をセラミック
ス粒子の５倍以上としたのは、５倍以上でないと耐摩耗
性が充分改善されないからである。また凝集塊の量がセ
ラミックス粒子全体の１０ｗｔ％未満では通常分散のも
のに比較して耐摩耗性が改善されず、また８０ｗｔ％を
越えると部材強度が小さくなりすぎるからである。
解ルツボ８で加熱溶解し、これを攪拌棒９により回転数
５０〜５０００ｒｐｍで攪拌する。これで、加圧によっ
て一部複合化した部分を材料全体にわたって均一に分散
させる。なお、この攪拌時間はセラミックス粒径が１μ
ｍの場合、１０００ｒｐｍで５〜１２０分がよい。この
ようにして材料中にセラミックス粒子径の５倍以上であ
って８０００μｍ以下の大きさのセラミックス粒子の凝
集塊が粒子全体の１０〜８０ｗｔ％の割合で分散した状
態の複合材料を得る。こゝで、凝集塊の径をセラミック
ス粒子の５倍以上としたのは、５倍以上でないと耐摩耗
性が充分改善されないからである。また凝集塊の量がセ
ラミックス粒子全体の１０ｗｔ％未満では通常分散のも
のに比較して耐摩耗性が改善されず、また８０ｗｔ％を
越えると部材強度が小さくなりすぎるからである。
【００１９】
【実施例】１） マトリックス合金にＡＳＴＭ Ａ３９
０を、セラミックス粒子に粒径１μｍの１５ｗｔ％のＳ
ｉＣをそれぞれ用いて、前記条件で一部複合化した材料
を得たあと、これを再溶解し、これを１０００ｒｐｍで
２０分間攪拌して得られた材料の金属組織を図５に示
す。図によれば濃い灰色の角の取れた未分離の凝集塊２
０（塊状ＳｉＣ粒子）が分散している状態が判る。
０を、セラミックス粒子に粒径１μｍの１５ｗｔ％のＳ
ｉＣをそれぞれ用いて、前記条件で一部複合化した材料
を得たあと、これを再溶解し、これを１０００ｒｐｍで
２０分間攪拌して得られた材料の金属組織を図５に示
す。図によれば濃い灰色の角の取れた未分離の凝集塊２
０（塊状ＳｉＣ粒子）が分散している状態が判る。
【００２０】なお、同様に処理した同じ材料について、
１８０分間攪拌した場合の金属組織を図６に示す。この
場合、大きな凝集塊が消失し、基地中（白地）に微細な
点状の多数のＳｉＣ粒子が均一に分散している。なお、
やゝ薄い灰色で小型の結晶２１は初晶Ｓｉ結晶である。
１８０分間攪拌した場合の金属組織を図６に示す。この
場合、大きな凝集塊が消失し、基地中（白地）に微細な
点状の多数のＳｉＣ粒子が均一に分散している。なお、
やゝ薄い灰色で小型の結晶２１は初晶Ｓｉ結晶である。
【００２１】２） セラミックス粒子にＡｌ2 Ｏ3 を用
い、マトリックス合金にＭｇ合金のＪＩＳ ＭＰ５を用
い、金形は３００℃、セラミックス粒子は８００℃にそ
れぞれ予熱しておき、これに７５０℃で溶解した前記Ｍ
ｇ合金の溶湯を注ぎ、図１〜図４に示す要領で、１００
０ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力Ｐで加圧した。これを再び加熱
溶解したあと、攪拌棒によって１０００ｒｐｍで２０分
間攪拌して凝集塊の分散する組織が得られた。
い、マトリックス合金にＭｇ合金のＪＩＳ ＭＰ５を用
い、金形は３００℃、セラミックス粒子は８００℃にそ
れぞれ予熱しておき、これに７５０℃で溶解した前記Ｍ
ｇ合金の溶湯を注ぎ、図１〜図４に示す要領で、１００
０ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力Ｐで加圧した。これを再び加熱
溶解したあと、攪拌棒によって１０００ｒｐｍで２０分
間攪拌して凝集塊の分散する組織が得られた。
【００２２】以上の方法で得られた材料、たとえばセラ
ミックス粒子にＳｉＣを、マトリックス合金にＪＩＳ
７０８９を用いて得られた本発明の組織をもつ複合材料
は、これを用いて４８０℃程度に加熱し、型鍛造によっ
てバルブリテーナー等を製作することができる。
ミックス粒子にＳｉＣを、マトリックス合金にＪＩＳ
７０８９を用いて得られた本発明の組織をもつ複合材料
は、これを用いて４８０℃程度に加熱し、型鍛造によっ
てバルブリテーナー等を製作することができる。
【００２３】また、本発明の方法で得られた材料、たと
えばセラミックス粒子に粒径５μｍのＳｉ3 Ｎ4 を、マ
トリックス合金にＪＩＳ ＡＣ８Ａを用いてなる本発明
の組織をもつ複合材料を、再溶解し、金型温度、溶湯温
度等を前記図１以降に示す条件と同一として溶湯鍛造に
よって、部材たとえばロッカーアームなどを製造するこ
とができる。これによって本発明の組織をもつ部材が製
造できる。
えばセラミックス粒子に粒径５μｍのＳｉ3 Ｎ4 を、マ
トリックス合金にＪＩＳ ＡＣ８Ａを用いてなる本発明
の組織をもつ複合材料を、再溶解し、金型温度、溶湯温
度等を前記図１以降に示す条件と同一として溶湯鍛造に
よって、部材たとえばロッカーアームなどを製造するこ
とができる。これによって本発明の組織をもつ部材が製
造できる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように、本発明の方法によれば得
られる複合材料内に複合化した粒子の一部は均一に分散
し、一部は凝集して分散した状態で得られる。その結
果、均一にセラミックス粒子を分散してなる複合材料よ
り、硬度、耐摩耗性において優れた材料が得られる。
られる複合材料内に複合化した粒子の一部は均一に分散
し、一部は凝集して分散した状態で得られる。その結
果、均一にセラミックス粒子を分散してなる複合材料よ
り、硬度、耐摩耗性において優れた材料が得られる。
【図１】本発明に係る方法の実施要領の説明図である。
【図２】図１に続く工程の説明図である。
【図３】図２に続く工程の説明図である。
【図４】さらに図３に続く工程の説明図である。
【図５】本発明に係る複合材料の金属組織を示す顕微鏡
写真である。
写真である。
【図６】本発明に対応する比較例の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
１ 金型 ２ 下パンチ ３ セラミックス粒子 ４ 溶湯 ５ 上パンチ ８ 溶解ルツボ ９ 攪拌棒 ２０ 凝集塊
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｌ合金又はＭｇ合金に、セラミックス
粒子が均一に分散し、かつそのセラミックス粒子の径の
５倍以上の凝集塊が、そのセラミックス粒子の１０〜８
０ｗｔ％の割合で分散していることを特徴とする粒子分
散型複合材料。 - 【請求項２】 セラミックス粒子と、Ａｌ合金又はＭｇ
合金の所定量の溶湯とを金型に収容して、加圧したあ
と、これを再溶解して前記セラミックス粒子の凝集塊が
適度に分散した状態となるまで攪拌を加えることを特徴
とする粒子分散型複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03075870A JP3087913B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 粒子分散型複合材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03075870A JP3087913B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 粒子分散型複合材料とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04289137A JPH04289137A (ja) | 1992-10-14 |
| JP3087913B2 true JP3087913B2 (ja) | 2000-09-18 |
Family
ID=13588734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03075870A Expired - Lifetime JP3087913B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 粒子分散型複合材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3087913B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP03075870A patent/JP3087913B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04289137A (ja) | 1992-10-14 |
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