JPH01205040A - 繊維強化金属の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミナ系短繊維等の無機質短繊維を強化繊維
とし固体潤滑剤粉末を同時複合した繊維強化金属の製造
方法に関するものである。

〔従来の技術］ 無機質繊維を強化材とし°ζ金属特にアルミニウム合金
に複合した材料は繊維強化金属（ＦＲＭ）として知られ
ている。特に短繊維もしくはウィスカーを強化材とする
短繊維型ＦＲＭは複合方法が比較的に容易であると共に
成形された複合材料は塑性加工性を有し種々の部品形状
に加工が可能であるなど工業的に優位な特性を有してい
るため多くの期待を集めている材料である。

アルミナ系短繊維を強化材とした複合材料は上記の如き
短繊維型ＦＲＭの一つであるが、これは低熱膨張性と耐
摩耗性に優れ摺動材料として好適である。しかしながら
この材料は良好な耐摩耗性と共に過大な相手攻撃性を示
す場合があり、この相手攻撃性の低減が重要な技術課題
とされている。

相手攻撃性の低減には黒鉛粉、二硫化モリブデン、窒化
ホウ素などの固体潤滑粉末を複合材料中に同時複合、均
一分散させて摺動過程における摩耗低減を図ることが行
なわれている。

この固体潤滑粉末を複合材に複合した繊維強化金属の製
造方法としては先に本発明者等が開発し、特願昭６２−
２０７８２８号（昭和６２年８月２１日）とじて出願し
た方法がある。

この方法は予め強化繊維と固体潤滑剤粉末とを適当な分
散溶媒と共に混合、混練した混合液とし、これを真空源
化し得られた湿潤な成形体を乾燥させて所定形状の繊維
質多孔体（プリフォーム）とし、これを予熱して金型内
に配置し母材金属のアルミ合金溶湯を注湯し、加圧下で
プリフォームに含浸凝固させて繊維強化金属を製造する
ものである。

しかしこの方法にはプリフォームの製造において下記の
ような不具合があることが判った。すなわち固体潤滑剤
を含む混合液の濾過過程において固体潤滑剤粉末は濾過
された繊維集積体に均一に付着せず、濾過方向に濃度差
が生し濾過後の繊維集積体の真空吸引側に固体潤滑粉末
が濃化する傾向がある。また混合液中の固体潤滑剤粉末
の全量が繊維表面に付着されるものではなく、若干は濾
過液に含まれた状態で分離されるためプリフォーム中に
残存する固体潤滑剤粉末の量にバラツキが生じることが
あり、またその量を任意に特定することが難しいことが
あった。このプリフォームを使用して成形した複合材料
は分散含有する固体潤滑剤の量が不安定となるおそれが
あり、安定した摺動特性が得られない難点があった。ま
たプリフォームを予熱する際、固体潤滑剤によっては予
熱過程で分解消失のおそれがあり残存粉末量が少ない場
合は複合後の摺動特性に影響を及ぼす問題があることが
判った。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記の問題について検討の結果なされたもので
固体潤滑剤粉末が均一に分散し、かつその複合量を特定
できるプリフォーム成形法と該プリフォームと金属溶湯
との好適な複合方法を開発したものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は無機
質短繊維と固体潤滑剤粉末と無機バインダー液を混合、
混練し粘性状とした後圧縮成形を行ない湿潤成形体とし
、該湿潤成形体を乾燥して所定形状の繊維多孔質体とし
、該繊維多孔質体を予熱した後母材金属溶湯を加圧下で
含浸凝固させることを特徴とする繊維強化金属の製造方
法である。そしてまた本発明は繊維質多孔質体の予熱温
度を３００°Ｃ以上で該繊維質多孔質体に内在する固体
潤滑剤の分解温度以下することを特徴とするものである
。

すなわち本発明は、アルミナ短繊維、アルミナ、シリカ
短繊維、炭化ケイ素ウィスカーなどの無機質短繊維と黒
鉛、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、鉛などの固体潤滑
粉末をコロイダルシリカの如き無機バインダー液と混練
し粘性状とした後片押し方式の金型などを用いて圧縮成
形を行ない湿潤成形体とし該湿潤成形体を乾燥して脱バ
インダーを行ない、所定形状のプリフォームとし、この
プリフォームを予熱し、別に予熱した高圧鋳造装置のプ
ランジャー型中に装入係止した後アルミまたはアルミニ
ウム合金溶湯を注湯し、プランジャーで加圧して含浸し
、その間に凝固させて固体潤滑剤を含有する繊維強化金
属を製造するものである。

しかして本発明において上記のバインダーとしては無機
質バインダーとしてコイロイダルシリカ、水ガラス、エ
チルシリケート、リン酸アルミニウム、アルミナゾルな
どが、また有機質バインダーとしてＰＶＡ（ポリビニル
アルコール）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＰＥ
Ｇ（ポリエチレングリコールＬ　ＰＥＯ（ポリエチレン
オキサイド）、ＭＣ（メチルセルロース）、ＣＭＣ（カ
ルボキシメチルセルロース）、ＨＰＭＣ（ヒドロキシプ
ロピル・メチルセルロース）、ＥＣ（エチルセルロース
）、ＥＨＥＣ（エチルヒドロキシエチルセルロース）、
ＲＰＣ（ヒドロキシプロピルセルロース）、ワックス、
アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂などが使用できる
。

また上記のプリフォームの予熱温度しては３００°Ｃ以
上で該繊維多孔質体に内在する固体潤滑剤例えば黒鉛、
二硫化モリブデン、窒化ホウ素、鉛などの分解温度以下
とするものである。

さらにアルミまたはアルミニウム合金溶湯の温度は７０
０〜８５０°Ｃが適当であり、加圧圧力は０．５〜２ｔ
ｏｎ／ｃ艷が適当である。

本発明はこのように予め強化繊維と固体潤滑剤粉末との
繊維多孔質体を形成しておき、これを溶湯鍛造法により
母材金属を含浸させる方法であるが、上記の繊維多孔質
体（プリフォーム）を作製する際に無機質短繊維と固体
潤滑剤粉末と無機バインダー液を混合、混練、粘性状と
し圧縮成形を行なうので、プリフォーム中に残存する固
体潤滑剤粉末の量を任意に特定することが可能となり得
られた繊維強化金属に含有する固体潤滑剤の量が一定し
、摺動特性の安定した製品が得られるものである。

〔実施例］ 以下に本発明の一実施例について説明する。

実施例１ 化学組成８５％ｌｅｏ、、１５％Ｓｉｎ、の結晶性アル
ミナ短繊維（α−アルミナ、ムライト、繊維径約３ハ）
を強化繊維とし、固体潤滑剤として平均１０−の鱗状黒
鉛粉末を含むＡｌ２−３ｉ系展伸合金（ＪＩＳ　４０３
２）のＦＲＭを作製した。この強化繊維と黒鉛によるプ
リフォーム（６０ｍｍφＸ７０ｍｍ）を第１表の配合比
で作製した。

第　　１　　表 上記の従来方法によるプリフォームの成形は強化繊維無
機バインダー液（コロイダルシリカ）に混合、撹拌分散
させた後、含繊維液を底部にフィルター層を配する内径
６０ＩＩＩＩＩφの成形型に流し込フィルター層を介し
て真空吸引脱液を行ない得られた湿潤な繊維成形体を乾
燥して作製した。黒鉛を含有する場合は、含繊維液にプ
リフォームの１０％体積分率に相当する量の黒鉛を混入
、分散させた後上記と同様にして作製した。また本発明
方法のプリフォームの成形は強化繊維に少量のコロイダ
ルシリカを添加し、混練すると共にプリフォーム体積の
３％の体積分率に相当する量の黒鉛を添加してさらに混
練を行なって粘性状にした後、この混練物を片押し方式
の金型を用いた圧縮成形し、これを乾燥して作製した。

上記の従来方法、本発明方法のプリフォームを用いて、
プリフォーム予熱温度を５５０°Ｃとし、注湯温度を７
５０°Ｃ，溶湯加圧力をｌ　ｔｏｎ　／　ｃｒｌとして
上記の４０３２合金を母材とした繊維強化金属を溶湯鍛
造法により作製した。得られた繊維強化金属の長手方向
上下各部からブロック状の摩耗試験片を採取し、母材金
属の最高強度を得る熱処理を施して摩耗試験に供した。

摩耗試験は回転する鋳鉄リング（ＦＣ−２５相当）に上
記の複合材ブロック試験片を所定荷重下で接触、摺動さ
せる形式の摩耗試験結果により第２表に示す試験条件に
より試験した。この摩耗試験結果を第１図に示す。

第２表　　　摩耗試験条件 第１図から明らかなように黒鉛添加を行なった複合材は
リング側、ブロック側ともに良好な耐摩耗性を示すが従
来方法で成形したプリフォームを供した場合は複合材の
上下間の特性のバラツキが大きく不安定な特性であるの
に比べ、本発明方法によるプリフォームを供した場合は
複合材の上下間のバラツキが非常に小さく安定な特性を
示すことが判る。

実施例２ 実施例１と同様のアルミナ繊維を強化繊維とし、平均粒
径が１０−の鱗状黒鉛および二硫化モリブデンの粉末を
Ａｆｆｉ−３ｉ系鋳物合金（ＪＩＳ　ＡＣ８Ａ）　ニ複
合した材料を下記の要領で作製し、成形性と摩比特性を
調べた。プリフォームの成形は強化繊維に少量のコロイ
ダルシリカを添加し、混練し、強化繊維および黒鉛、二
硫化モリブデン粉末の体積分率を各々１５％になるよう
に調整し、この混練物を片押し方式の金型を用いて圧縮
成形後乾燥した。

次に上記のプリフォームを用いてプリフォームの予熱温
度を室温から７５０°Ｃにまで変化させて予熱し、注湯
温度を７５０°Ｃとして溶湯加圧力を１　ｔｏｎ／　ｃ
ｄとし上記の八Ｃ８Ａを母材とした複合材を溶湯鍛法に
より作製した。上記の製造過程においてプリフォームの
予熱温度が３００”Ｃより低い場合には複合材内部にポ
ロシティ等の欠陥が多く、またプリフォーム中に溶湯が
加圧浸透する過程で生じたと思われるプリフォームの加
圧方向へのつぶれ欠陥が発生し健全な複合材が得られな
かった。

上記の複合材のマクロ組織観察から好適な成形が行なわ
れたものについてブロック状試験片を採取し、母材金属
の最高強度を得る熱処理を施した後、第３表に示す試験
条件により摩耗試験を行なった。摩耗試験の結果を第２
図に示す。

第３表　　　摩耗試験条件 第２図から明らかなように固体潤滑剤として用いた黒鉛
粉および二硫化モリブデン粉は夫々約６００℃、４００
’Ｃで加熱分解するが、これらを添加した複合材の摩耗
特性はプリフォームの予熱温度を分解温度以下とすれば
摩耗特性が良好なことが判る。またプリフォーム予熱温
度が３００’Ｃより低い場合は成形が不能である。この
結果よりプリフォームの予熱温度は３００°Ｃ以上で固
体潤滑剤の加熱温度分解温度以下とすることにより良好
な摩耗特性が得られることが判る。

〔効果〕

以上に説明したよう本発明によればプリフォーム中の固
体潤滑剤粉末が均一で、かつその量が特定できるため、
これを用いて製造した繊維強化金属は安定した摩耗特性
が得られるもので工業上顕著な効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例に係る繊維強化
金属の摩耗特性を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機質短繊維と固体潤滑剤粉末と無機バインダー
   液を混合、混練し、粘性状とした後圧縮成形を行ない湿
   潤成形体とし、該湿潤成形体を乾燥して所定形状の繊維
   質多孔質体とし、該繊維多孔質体を予熱した後母材金属
   溶湯を加圧下で含浸凝固させることを特徴とする繊維強
   化金属の製造方法。
2. （２）繊維質多孔質体の予熱温度を３００℃以上で該繊
   維質多孔質体に内在する固体潤滑剤の分解温度以下とす
   ることを特徴とする請求項１記載の繊維強化金属の製造
   方法。