JPH01258862A - 粒子強化型金属基複合材の製造方法 - 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〕 この発明は、粒子強化型金属基複合材の製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

Ａｔ鵞０３粒子／　ｋｌ　、　Ｓ　ｉｃ粒子／Ａｔ等の
セラミックス粒子強化金属基複合材は、強度、耐摩耗特
性に優れ、歯車、ベーン材等の機械部品や摺動部品に好
適に使用される。

従来、この種の複合材製造には１）母材金属溶湯を撹拌
しつつ、強化粒子を添加・分散させる溶湯撹拌法や、１
１）予熱した金型内に予熱し九強化粒子を装入し、母材
溶湯を注入後、加圧含浸させる溶湯鍛造法、或いは１ｉ
Ｉ）強化粒子と母材金属粒子を混合後、焼結成いはホッ
トプレス等によシ成形する粉末法等が用いられてき九。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような複合材製造方法のうち溶湯撹拌法は、粒子を
溶湯中へ均一に分散させるために粒子と溶湯の濡れ性を
向上させる必要があυ、強化粒子表面に金属膜をメツキ
したり蒸着する等の強化粒子の表面処理が必要となる。

又、強化粒子の比重が母材金属の比重より小さい場合に
は、粒子が溶湯表頁に浮上し易く、撹拌してもなかなか
均一に分散しないという欠点を持つ。

他方、溶湯鍛造法によれば、粒子間隙中への母材溶湯の
含浸は比較的容易であるものの、粒子の間隙を調整する
ことが離しく、体積含有率Ｖｆ５０％以下の複合材を得
ることは困難である。

更に粉末法は均質で安定した複合材が得られるものの、
母材金属粉末が高価であるため、複合材コストを下げる
ことができない。

本発明は従来の複合材製造方法の上記のような問題に鑑
み創案されたもので、溶湯撹拌法で問題となっていた粒
子と金属溶湯が濡れ難いという欠点を克服し、効率の良
い複合材製造方法能にしようとするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

そのため本発明は溶湯撹拌法により粒子強化型金属基複
合材を製造するに当り、まず強化粒子を予熱し、これに
母材溶湯を加圧含浸して濡れを生じさせ、更に母材金属
を添加して前記強化粒子の体積含有率を調整した後、再
溶解して該強化粒子と母材成分溶湯との反応を促進し、
濡れ性を向上させると共に、撹拌により該強化粒子を母
材成分溶湯に均一に分散させて得られた複合材溶湯を鋳
造することを基本的特徴とするものである。

以上の構成を次の４つの工程に分け、第１図乃至第４図
に模式的に示された工程の一例に沿って、本発明法を更
に詳述する。

■強化粒子への母材溶湯加圧含浸工程 まず、所定重量に秤量され、所定温度に予熱された強化
粒子（１）は、第１図に示すように金型（２）内に充填
され、母材溶湯（３１１に加圧含浸せしめる。尚、図面
上、金型（２）の上からプランジャ（４）により加圧含
浸せしめる模式的なものを示したが、ダイキャスト機や
溶湯鍛造機等汎用されているものを用いて実施しても良
い。このようにして得られた複合体（５）は第２図に示
すように強化粒子が局在することで複合部（１ａ）が形
成された状態になる。

■再溶解工程 第２図に示した複合体（５）を必要に応じて１〜数本ル
ツボ（６）に挿入しくこの時、強化′　粒子の体積含有
率を調整するため母材金属（３ａ）　’に入れる）、第
３図に示すように加熱装ｆ！　（６ａ）により加熱溶解
せしめる。

■撹拌工程 溶解した複合材溶湯（５ａ）を撹拌する。その撹拌方法
としては、第４図に示すように、撹拌羽根（７）による
機械的な方法の他、電磁撹拌等、種々の方法が適用でき
るが、複合材溶湯（５ａ）を撹拌できるエネルギを与え
られるものであれば良い。

■鋳造工程 撹拌終了後、重力鋳造、ダイキャスト、精密鋳造等槽々
の鋳造法により複合材溶湯（５ａ）を最終製品形状に鋳
造する。

〔作　用〕

最初の加圧含浸工程によシ、強化粒子は母材溶湯によシ
鋳ぐるまれ、個々の粒子が充分に母材金属と濡れた状態
が得られる。次いで再溶解工８によシ強化粒子と母材溶
湯の間で適度な反応が生じ、濡れの程度が向上する。

この反応の程度は再溶解条件（温度、保持時間等）によ
り調整することが可能である。又この工程時に母材金属
を添加することにより強化粒子の体積含有率を調整する
ことができる。このようにして濡れ性が向上した強化粒
子は次の撹拌工程時に比較的容易に撹拌分数させること
ができ、均質な複合材溶湯が得られる。この複合材溶湯
を鋳造することにより強化粒子が均一に分散した金属基
複合材が得られ、かかる複合材は強化粒子と母材金ＩＡ
原子間の強い結合が達成されているので、強度特性や耐
摩耗性に優れた金属基複合材を得ることができる。

〔実施例〕

本発明者等は、本発明法と従来法の比較試験を以下の要
領で行なった。

まずＳｔＣ粒子（商品名ダイヤシック屋久島電工■製、
粒径３２５メツシユ以下、比重３．２？／ｃｃ）を９６
ｇｒ（３０ｃｃ相当）秤量し、これを７００℃に予熱し
て金型内に装入した。更に、７００℃に加熱溶解したＪ
ＩＳＡＣ８Ａ溶湯を注入し、油圧式プランジャにて２０
０ＭＰａの圧力を加え、ＳｔＣ粒子内に含浸された後、
凝固完了まで圧力を保持し、複合体を得た。

次いで、この複合体をルツボ内で溶解し、適宜ＡＣ８Ａ
母材を追加することにより、体積含有率Ｖｆ１０チ、２
０チ、３０％の複合材溶湯とした。この複合材溶湯をＳ
ＯＯ℃に保持し、５ｔ３Ｎ、製の羽根で撹拌することＫ
より均質な複合材溶湯とした。撹拌終了後ただちにモー
ルド内に注入し、加圧凝固させることにより粒子強化Ａ
７基複合材を得、ＪＩＳ　Ｔ６溶体化時効熱処理後、引
張試験、摩耗試験に供した。

比較として従来の溶湯撹拌法による複合材をも試作し、
評価した。

第５図は上記引張試験における試験結果を示したもので
、Ｘ軸に強化粒子の体積含有率を、又ｙ軸に引張強度を
取ってグラフ化したものである。同図から明らかなよう
に、従来法では、粒子の偏在に起因して強度が低くバラ
ツキが大きくなる（％に体積含有率Ｖｆ３０チでは強度
の低下が認められる）のに対し、本発明法では高強度が
得られ、バラツキも小さくなることがわかる。

又第６図は鋳鉄を相手材とする摩耗試験を行なった際の
試験結果を示しており、母材の摩耗量ｔ−１とした場合
に本発明法及び従来法で得られた複合材の摩耗量が夫々
いくらになるかをグラフ化したものである。同図から明
らかなように、従来法では粒子の脱落により異常摩耗が
見られるのに対し、本発明法では定常摩耗を示し、摩耗
量も著しく小さく、耐摩耗性が向上している。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明に係る金属基複合材の製造
方法によれば、加圧含浸と再溶解を行なって強化粒子と
母材溶湯との濡れ性を向上させることができ、高価な金
属粉末を用いずに経済効率の良い溶湯撹拌法によって容
易に均質で高強度且つ耐摩耗性に優れた金属基複合材を
得ることができるという優れた効果を有している。又複
合材溶湯を鋳造するに際してダイキャストや精密鋳造等
の方法で最終製品形状に鋳造することにより切削加工量
が削減でき、低コストの複合材製品を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は強化粒子への母材溶湯加圧含浸工程を示す説明
図、第２図は母材溶湯の加圧含浸によって得られた複合
体を示す模式図、第３図は再溶解工程を示す説明図、第
４図は撹拌工程を示す説明図、第５図は引張試験の実施
結果を示すグラフ図、第６図は摩耗試験の実施結果を示
すグラフ図である。 図中（１）は強化粒子、（１ａ）は複合部、（２）は金
型、（３）は母材溶湯、（３ａ）は母材金属、（４）は
プランジャ、（５）は複合体、（５ａ）は複合材溶湯、
（６）はルツボ、（６ａ）は加熱装置、（力は撹拌羽根
を各示す。 特許出願人　　日本鋼管株式会社 発　明　　者　　　藤　　　１）　　米　　　車間　　
　　　　　　　福　　　本　　　　　　　紀同　　　　
　　　　　浜　　　野　　　秀　　　光代理人弁理士　
　　吉　　　原　　　省　　　玉量　同　　苫米地　正
　敏 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　４　　図 複合相摩耗：ｉｉ　／　／Ｓｌ祠摩耗（ｉ！引蛋強１哀
（Ｋｇ／　ｔｎｍ’）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 強化粒子を予熱し、母材溶湯を該強化粒子間隙に加圧含
   浸して両者間の濡れを生じさせ、更にこれに母材金属を
   添加して前記強化粒子の体積含有率を調整した後、再溶
   解して該強化粒子と母材成分溶湯との反応を促進し、両
   者間の濡れ性を向上させると共に、撹拌により該強化粒
   子を母材成分溶湯に均一に分散させてえられた複合材溶
   湯を鋳造することを特徴とする粒子強化型金属基複合材
   の製造方法。