JP4318796B2 - 複合部材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複合部材の製造方法、特に、部材本体と、その部材本体の鋳造過程で、それに接合された被鋳ぐるみ材とよりなる複合部材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばＡｌ合金製部材本体に鋳ぐるまれる炭素鋼製被鋳ぐるみ材の表面に、溶融メッキ処理によりＡｌ合金よりなる皮膜を形成し、その皮膜と部材本体とを接合することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来法によると、皮膜を形成するＡｌ合金組成の溶湯と被鋳ぐるみ材との反応により、それらの接合界面に脆い金属間化合物が生成され、それに起因して両者間の接合強度が低い、という問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、部材本体と被鋳ぐるみ材との接合強度を大いに向上させた前記複合部材を得ることができる前記製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば、軽合金製の部材本体と、その部材本体の鋳造過程で、それに接合されたＦｅ系合金製の被鋳ぐるみ材とよりなる複合部材の製造方法において、前記被鋳ぐるみ材の表面に、粒径ｄ１がｄ１≦１２０μｍの複数のＣｕ粒子と粒径ｄ２が１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍの複数のＮｉ粒子との集合体よりなる皮膜を形成する工程と、前記部材本体を鋳造すべく、前記皮膜の表面に軽合金組成の溶湯を供給して、高い拡散性を持つ前記Ｃｕ粒子の前記溶湯中への拡散により、前記皮膜内において前記Ｃｕ粒子と前記溶湯との置換を現出し、また低い拡散性を持つ前記Ｎｉ粒子と、前記被鋳ぐるみ材および前記溶湯との間に相互拡散を発生させる工程とを用いることを特徴とする複合部材の製造方法が提供される。
【０００６】
前記置換の現出により溶湯は、皮膜内に存する、複数のＣｕ粒子の消失による仮想空所、つまり複数のＮｉ粒子相互間に形成された三次元的に延びる複雑な仮想空所（アンカ）に入込んで凝固し、金属塊となる。またＮｉ粒子と、被鋳ぐるみ材および溶湯との間の相互拡散により、Ｎｉ粒子および被鋳ぐるみ材間ならびにＮｉ粒子および前記金属塊間が、空隙等の欠陥無しに十分に接合される。これにより、部材本体と被鋳ぐるみ材との接合強度を大いに向上させることが可能である。このように、拡散に基づいて接合強度の向上を図るものであるから、鋳造時の、溶湯に対する積極的な加圧は不要であり、したがって鋳造法としては重力金型鋳造法（ＧＤＣ）、砂型鋳造法、低圧金型鋳造法（ＬＰＤＣ）等が適用される。ただし、高圧鋳造法の適用も可能である。また皮膜からＣｕ粒子が溶湯に拡散することから部材本体の界面近傍におけるＣｕ成分の濃度が高まり、これにより部材本体および被鋳ぐるみ材間の熱膨脹差が緩和される。
【０００７】
本発明において、接合強度を高めるためには、被鋳ぐるみ材の表面に接合するＮｉ粒子の粒径ｄ２を１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍに設定されており、即ち、前記粒径ｄ２がｄ２＜１５μｍでは溶湯との反応によりＮｉ粒子が損耗してアンカ効果が減退し、一方、ｄ２＞１２０μｍでは皮膜７に、その形成過程で空隙、酸化膜の巻込み等の欠陥が生じ易くなる。また、Ｃｕ粒子５の粒径ｄ１の下限値に関しては、特に制限はないが、上限値は、前記同様の理由からｄ１＝１２０μｍに設定される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１において、複合部材１は軽合金製部材本体２と、その部材本体２の鋳造過程で、それに接合されたＦｅ系合金製被鋳ぐるみ材３とよりなる。部材本体２および被鋳ぐるみ材３間には特殊構造の接合領域４が存在し、この領域４は複合部材１の製造方法に起因して形成されたものである。
【０００９】
複合部材１の製造に当っては次のような方法が採用される。
【００１０】
〔Ｉ〕 図２に示すように、被鋳ぐるみ材３の表面に、部材本体２を鋳造する溶湯に対して拡散性を異にする少なくとも二種の金属粒子、即ち各複数のＣｕ粒子５及びＮｉ粒子６よりなる皮膜７を形成する。
【００１１】
〔II〕 図３に示すように、部材本体２を鋳造すべく、皮膜７の表面に溶湯８を供給して、高い拡散性を持つ各Ｃｕ粒子５の溶湯８中への拡散により、皮膜７内においてＣｕ粒子５と溶湯８との置換を現出し、また溶湯８の保有熱により低い拡散性を持つＮｉ粒子６と、被鋳ぐるみ材３および溶湯８との間に相互拡散を発生させる。
【００１２】
このような工程を経て、図１に示した複合部材１を得ることができる。
【００１３】
前記置換の現出により溶湯８は、皮膜７内に存する、複数のＣｕ粒子５の消失による仮想空所、つまり複数のＮｉ粒子６相互間に形成された三次元的に延びる複雑な仮想空所（アンカ）に入込んで凝固し、金属塊１０となる。またＮｉ粒子６と、被鋳ぐるみ材３および溶湯８との間の相互拡散により、Ｎｉ粒子６および被鋳ぐるみ材３間ならびにＮｉ粒子６および金属塊１０間が、空隙等の欠陥無しに十分に接合される。これにより部材本体２と被鋳ぐるみ材３との接合強度を大いに向上させることが可能である。また皮膜７からＣｕ粒子５が溶湯８に拡散することから部材本体２の界面近傍における第２金属成分の濃度が高まり、これにより部材本体２および被鋳ぐるみ材３間の熱膨脹差が緩和される。
【００１４】
部材本体２を構成する軽合金としては、Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｚｎ合金等が用いられる。Ａｌ合金には、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｓｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金等が該当する。
【００１５】
また被鋳ぐるみ材３を構成するＦｅ系合金には鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼等が該当する。
【００１６】
皮膜７の形成に当っては粉末式溶射法、例えば高速ガス炎溶射法（ＨＶＯＦ：High Velocity Oxygen Fuel)、焼結法等が適用される。
【００１７】
以下、具体例について説明する。
【００１８】
被鋳ぐるみ材３として炭素鋼（ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ）よりなる１１枚の板材を選定し、各被鋳ぐるみ材３に、Ｃｕ粉末（Ｃｕ粒子５の集合体）およびＮｉ粉末（Ｎｉ粒子６の集合体）を用い、高速ガス炎溶射法を適用して厚さ約５００μｍの皮膜７を形成した。その際、Ｃｕ粒子５としては粒径ｄ１がｄ１＝８０μｍのものが用いられ、一方、Ｎｉ粒子６としては粒径ｄ２が５μｍ≦ｄ２≦１６０μｍの範囲にあるものが用いられた。
【００１９】
各被鋳ぐるみ材３を金型内に設置し、７３０℃のＡｌ合金（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ相当）組成の溶湯８を用いて重力金型鋳造（ＧＤＣ）を行い、これにより複合部材１の例１〜１１を得た。
【００２０】
例１〜１１について次のような方法で接合強度を求めた。即ち、図４に示すようにテストピースＴｐにおける被鋳ぐるみ材３の両端を２つの支持台１１上に載せ、被鋳ぐるみ材３の中央に形成された孔１２に加圧部材１３を嵌めて部材本体２を加圧し、その部材本体２が被鋳ぐるみ材３から離脱したときの加圧力を求めた。
【００２１】
表１は、例１〜１１に関するＣｕ粒子５およびＮｉ粒子６の粒径ｄ１、ｄ２と接合強度を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
図５は、表１に基づいてＮｉ粒子の粒径ｄ２と接合強度との関係をグラフ化したものである。
【００２４】
表１、図５から明らかなように、接合強度を高めるためには、被鋳ぐるみ材３表面に接合するＮｉ粒子６の粒径ｄ２を１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍに設定するのが望ましい、と言える。前記粒径ｄ２がｄ２＜１５μｍでは溶湯８との反応によりＮｉ粒子６が損耗してアンカ効果が減退する。一方、ｄ２＞１２０μｍでは皮膜７に、その形成過程で空隙、酸化膜の巻込み等の欠陥が生じ易くなる。また、Ｃｕ粒子５の粒径ｄ１の下限値に関しては、特に制限はないが、上限値は前記同様の理由からｄ１＝１２０μｍに設定するのが良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のような手段を採用することによって、軽合金製の部材本体とＦｅ合金製被鋳ぐるみ材との接合強度を大いに向上させた複合部材を得ることが可能な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複合部材の要部断面図である。
【図２】 皮膜を有する被鋳ぐるみ材の要部断面図である。
【図３】 鋳造中の説明図である。
【図４】 接合強度の測定方法説明図である。
【図５】 Ｎｉ粒子の粒径ｄ２と接合強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 複合部材
２ 部材本体
３ 被鋳ぐるみ材
５ Ｃｕ粒子
６ Ｎｉ粒子
７ 皮膜
８ 溶湯
【発明の属する技術分野】
本発明は複合部材の製造方法、特に、部材本体と、その部材本体の鋳造過程で、それに接合された被鋳ぐるみ材とよりなる複合部材を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばＡｌ合金製部材本体に鋳ぐるまれる炭素鋼製被鋳ぐるみ材の表面に、溶融メッキ処理によりＡｌ合金よりなる皮膜を形成し、その皮膜と部材本体とを接合することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来法によると、皮膜を形成するＡｌ合金組成の溶湯と被鋳ぐるみ材との反応により、それらの接合界面に脆い金属間化合物が生成され、それに起因して両者間の接合強度が低い、という問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、部材本体と被鋳ぐるみ材との接合強度を大いに向上させた前記複合部材を得ることができる前記製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば、軽合金製の部材本体と、その部材本体の鋳造過程で、それに接合されたＦｅ系合金製の被鋳ぐるみ材とよりなる複合部材の製造方法において、前記被鋳ぐるみ材の表面に、粒径ｄ１がｄ１≦１２０μｍの複数のＣｕ粒子と粒径ｄ２が１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍの複数のＮｉ粒子との集合体よりなる皮膜を形成する工程と、前記部材本体を鋳造すべく、前記皮膜の表面に軽合金組成の溶湯を供給して、高い拡散性を持つ前記Ｃｕ粒子の前記溶湯中への拡散により、前記皮膜内において前記Ｃｕ粒子と前記溶湯との置換を現出し、また低い拡散性を持つ前記Ｎｉ粒子と、前記被鋳ぐるみ材および前記溶湯との間に相互拡散を発生させる工程とを用いることを特徴とする複合部材の製造方法が提供される。
【０００６】
前記置換の現出により溶湯は、皮膜内に存する、複数のＣｕ粒子の消失による仮想空所、つまり複数のＮｉ粒子相互間に形成された三次元的に延びる複雑な仮想空所（アンカ）に入込んで凝固し、金属塊となる。またＮｉ粒子と、被鋳ぐるみ材および溶湯との間の相互拡散により、Ｎｉ粒子および被鋳ぐるみ材間ならびにＮｉ粒子および前記金属塊間が、空隙等の欠陥無しに十分に接合される。これにより、部材本体と被鋳ぐるみ材との接合強度を大いに向上させることが可能である。このように、拡散に基づいて接合強度の向上を図るものであるから、鋳造時の、溶湯に対する積極的な加圧は不要であり、したがって鋳造法としては重力金型鋳造法（ＧＤＣ）、砂型鋳造法、低圧金型鋳造法（ＬＰＤＣ）等が適用される。ただし、高圧鋳造法の適用も可能である。また皮膜からＣｕ粒子が溶湯に拡散することから部材本体の界面近傍におけるＣｕ成分の濃度が高まり、これにより部材本体および被鋳ぐるみ材間の熱膨脹差が緩和される。
【０００７】
本発明において、接合強度を高めるためには、被鋳ぐるみ材の表面に接合するＮｉ粒子の粒径ｄ２を１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍに設定されており、即ち、前記粒径ｄ２がｄ２＜１５μｍでは溶湯との反応によりＮｉ粒子が損耗してアンカ効果が減退し、一方、ｄ２＞１２０μｍでは皮膜７に、その形成過程で空隙、酸化膜の巻込み等の欠陥が生じ易くなる。また、Ｃｕ粒子５の粒径ｄ１の下限値に関しては、特に制限はないが、上限値は、前記同様の理由からｄ１＝１２０μｍに設定される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１において、複合部材１は軽合金製部材本体２と、その部材本体２の鋳造過程で、それに接合されたＦｅ系合金製被鋳ぐるみ材３とよりなる。部材本体２および被鋳ぐるみ材３間には特殊構造の接合領域４が存在し、この領域４は複合部材１の製造方法に起因して形成されたものである。
【０００９】
複合部材１の製造に当っては次のような方法が採用される。
【００１０】
〔Ｉ〕 図２に示すように、被鋳ぐるみ材３の表面に、部材本体２を鋳造する溶湯に対して拡散性を異にする少なくとも二種の金属粒子、即ち各複数のＣｕ粒子５及びＮｉ粒子６よりなる皮膜７を形成する。
【００１１】
〔II〕 図３に示すように、部材本体２を鋳造すべく、皮膜７の表面に溶湯８を供給して、高い拡散性を持つ各Ｃｕ粒子５の溶湯８中への拡散により、皮膜７内においてＣｕ粒子５と溶湯８との置換を現出し、また溶湯８の保有熱により低い拡散性を持つＮｉ粒子６と、被鋳ぐるみ材３および溶湯８との間に相互拡散を発生させる。
【００１２】
このような工程を経て、図１に示した複合部材１を得ることができる。
【００１３】
前記置換の現出により溶湯８は、皮膜７内に存する、複数のＣｕ粒子５の消失による仮想空所、つまり複数のＮｉ粒子６相互間に形成された三次元的に延びる複雑な仮想空所（アンカ）に入込んで凝固し、金属塊１０となる。またＮｉ粒子６と、被鋳ぐるみ材３および溶湯８との間の相互拡散により、Ｎｉ粒子６および被鋳ぐるみ材３間ならびにＮｉ粒子６および金属塊１０間が、空隙等の欠陥無しに十分に接合される。これにより部材本体２と被鋳ぐるみ材３との接合強度を大いに向上させることが可能である。また皮膜７からＣｕ粒子５が溶湯８に拡散することから部材本体２の界面近傍における第２金属成分の濃度が高まり、これにより部材本体２および被鋳ぐるみ材３間の熱膨脹差が緩和される。
【００１４】
部材本体２を構成する軽合金としては、Ａｌ合金、Ｍｇ合金、Ｚｎ合金等が用いられる。Ａｌ合金には、Ａｌ−Ｚｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｓｎ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金、Ａｌ−Ｃｕ系合金等が該当する。
【００１５】
また被鋳ぐるみ材３を構成するＦｅ系合金には鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼等が該当する。
【００１６】
皮膜７の形成に当っては粉末式溶射法、例えば高速ガス炎溶射法（ＨＶＯＦ：High Velocity Oxygen Fuel)、焼結法等が適用される。
【００１７】
以下、具体例について説明する。
【００１８】
被鋳ぐるみ材３として炭素鋼（ＪＩＳ Ｓ４５Ｃ）よりなる１１枚の板材を選定し、各被鋳ぐるみ材３に、Ｃｕ粉末（Ｃｕ粒子５の集合体）およびＮｉ粉末（Ｎｉ粒子６の集合体）を用い、高速ガス炎溶射法を適用して厚さ約５００μｍの皮膜７を形成した。その際、Ｃｕ粒子５としては粒径ｄ１がｄ１＝８０μｍのものが用いられ、一方、Ｎｉ粒子６としては粒径ｄ２が５μｍ≦ｄ２≦１６０μｍの範囲にあるものが用いられた。
【００１９】
各被鋳ぐるみ材３を金型内に設置し、７３０℃のＡｌ合金（ＪＩＳＡＣ４ＣＨ相当）組成の溶湯８を用いて重力金型鋳造（ＧＤＣ）を行い、これにより複合部材１の例１〜１１を得た。
【００２０】
例１〜１１について次のような方法で接合強度を求めた。即ち、図４に示すようにテストピースＴｐにおける被鋳ぐるみ材３の両端を２つの支持台１１上に載せ、被鋳ぐるみ材３の中央に形成された孔１２に加圧部材１３を嵌めて部材本体２を加圧し、その部材本体２が被鋳ぐるみ材３から離脱したときの加圧力を求めた。
【００２１】
表１は、例１〜１１に関するＣｕ粒子５およびＮｉ粒子６の粒径ｄ１、ｄ２と接合強度を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
図５は、表１に基づいてＮｉ粒子の粒径ｄ２と接合強度との関係をグラフ化したものである。
【００２４】
表１、図５から明らかなように、接合強度を高めるためには、被鋳ぐるみ材３表面に接合するＮｉ粒子６の粒径ｄ２を１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍに設定するのが望ましい、と言える。前記粒径ｄ２がｄ２＜１５μｍでは溶湯８との反応によりＮｉ粒子６が損耗してアンカ効果が減退する。一方、ｄ２＞１２０μｍでは皮膜７に、その形成過程で空隙、酸化膜の巻込み等の欠陥が生じ易くなる。また、Ｃｕ粒子５の粒径ｄ１の下限値に関しては、特に制限はないが、上限値は前記同様の理由からｄ１＝１２０μｍに設定するのが良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のような手段を採用することによって、軽合金製の部材本体とＦｅ合金製被鋳ぐるみ材との接合強度を大いに向上させた複合部材を得ることが可能な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複合部材の要部断面図である。
【図２】 皮膜を有する被鋳ぐるみ材の要部断面図である。
【図３】 鋳造中の説明図である。
【図４】 接合強度の測定方法説明図である。
【図５】 Ｎｉ粒子の粒径ｄ２と接合強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 複合部材
２ 部材本体
３ 被鋳ぐるみ材
５ Ｃｕ粒子
６ Ｎｉ粒子
７ 皮膜
８ 溶湯
Claims (1)
- 軽合金製の部材本体（２）と、その部材本体（２）の鋳造過程で、それに接合されたＦｅ系合金製の被鋳ぐるみ材（３）とよりなる複合部材の製造方法において、
前記被鋳ぐるみ材（３）の表面に、粒径ｄ１がｄ１≦１２０μｍの複数のＣｕ粒子（５）と粒径ｄ２が１５μｍ≦ｄ２≦１２０μｍの複数のＮｉ粒子（６）との集合体よりなる皮膜（７）を形成する工程と、
前記部材本体（２）を鋳造すべく、前記皮膜（７）の表面に軽合金組成の溶湯（８）を供給して、高い拡散性を持つ前記Ｃｕ粒子（５）の前記溶湯（８）中への拡散により、前記皮膜（７）内において前記Ｃｕ粒子（５）と前記溶湯（８）との置換を現出し、また低い拡散性を持つ前記Ｎｉ粒子（６）と、前記被鋳ぐるみ材（３）および前記溶湯（８）との間に相互拡散を発生させる工程とを用いることを特徴とする、複合部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17873199A JP4318796B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17873199A JP4318796B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 複合部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001001128A JP2001001128A (ja) | 2001-01-09 |
| JP4318796B2 true JP4318796B2 (ja) | 2009-08-26 |
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ID=16053604
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17873199A Expired - Fee Related JP4318796B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4318796B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8340316B2 (en) | 2007-08-22 | 2012-12-25 | Panasonic Corporation | Directional microphone device |
-
1999
- 1999-06-24 JP JP17873199A patent/JP4318796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8340316B2 (en) | 2007-08-22 | 2012-12-25 | Panasonic Corporation | Directional microphone device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001001128A (ja) | 2001-01-09 |
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