JPH01306559A - 窒化層を有する金属基複合材 - Google Patents
窒化層を有する金属基複合材Info
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- JPH01306559A JPH01306559A JP13620688A JP13620688A JPH01306559A JP H01306559 A JPH01306559 A JP H01306559A JP 13620688 A JP13620688 A JP 13620688A JP 13620688 A JP13620688 A JP 13620688A JP H01306559 A JPH01306559 A JP H01306559A
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Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
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。
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、Ａ４１又はＡＪ金合金のマトリックス材と、
ステンレス鋼、又はＡＪＪＪｉ合金等の金属、又は無機
質繊維、粒子、ウィスカー、炭化硅素（ＳｉＣ）、アル
ミナ（Ａｌ２Ｏ３）、又は酸化硅素等の強化材とからな
る金属基複合材料の表面に窒化層を有する金属基複合材
に関する。
ステンレス鋼、又はＡＪＪＪｉ合金等の金属、又は無機
質繊維、粒子、ウィスカー、炭化硅素（ＳｉＣ）、アル
ミナ（Ａｌ２Ｏ３）、又は酸化硅素等の強化材とからな
る金属基複合材料の表面に窒化層を有する金属基複合材
に関する。
従来、金属、又は無機質繊維、粒子、ウィスカーを強化
材とした金属基複合材料は知られている。
材とした金属基複合材料は知られている。
従来の金属基複合材料の実際的応用にこおいては、摺動
面に当該材料を用いる場合、軟かいマトリックス金属が
硬い強化材より早く摩耗し、強化材の露出が生じる。こ
のような状態が生じた場合、相手材の摩耗が急速に進行
し、あるいは強化材の脱落が生じ、脱落した強化材が研
摩材として働き５相手材の摩耗を急速に早める等、使用
に耐えられなくなる問題点がある。
面に当該材料を用いる場合、軟かいマトリックス金属が
硬い強化材より早く摩耗し、強化材の露出が生じる。こ
のような状態が生じた場合、相手材の摩耗が急速に進行
し、あるいは強化材の脱落が生じ、脱落した強化材が研
摩材として働き５相手材の摩耗を急速に早める等、使用
に耐えられなくなる問題点がある。
本発明は、従来の技術の有するこのような問題点ｌこ鑑
みてなされたもので、金属基複合材料にイオンを注入す
ることにより、該複合材料のマトリックス材の硬度、強
度を上げ、又マトリックス材の強度が上ることによって
、強化材の保持力が高められ、強化材の脱落が生じ難く
なり、更に強化材がイオン注入によりアモルファス化す
る物質であれば硬度が低下し靭性が向上し、為にマトリ
ックス材と強化材の硬度差が減少し、摺動部材として使
用した時のマトリックス材の選択摩耗が少なくなり、強
化材が脱落することによって生じる強化材の研摩作用が
抑制され、耐摩耗性が向上する窒化層を有する金属基複
合材を提供することを目的としている。
みてなされたもので、金属基複合材料にイオンを注入す
ることにより、該複合材料のマトリックス材の硬度、強
度を上げ、又マトリックス材の強度が上ることによって
、強化材の保持力が高められ、強化材の脱落が生じ難く
なり、更に強化材がイオン注入によりアモルファス化す
る物質であれば硬度が低下し靭性が向上し、為にマトリ
ックス材と強化材の硬度差が減少し、摺動部材として使
用した時のマトリックス材の選択摩耗が少なくなり、強
化材が脱落することによって生じる強化材の研摩作用が
抑制され、耐摩耗性が向上する窒化層を有する金属基複
合材を提供することを目的としている。
上記目的を達成する為に、本発明の窒化層を有する金属
基複合材は、金属、又は無機質債維、粒子、ウィスカー
等を強化材とした金属基材料にＮ、又はＣイオンを注入
することに上記金属基複合材料の表面に窒化層を形成し
たものである。
基複合材は、金属、又は無機質債維、粒子、ウィスカー
等を強化材とした金属基材料にＮ、又はＣイオンを注入
することに上記金属基複合材料の表面に窒化層を形成し
たものである。
本発明は、純Ａ／、又はＡＩ！合金等のマトリックス材
と、金属、又は無機質繊維、粒子、ウィスカー、炭化硅
素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａ１２ｏｓ ）又は酸化硅素
等を強化材として加工溶浸、ホントプレス、混合法等に
よって得られた金属基複合材料にＮ、又はＣイオンを、
イオン注入することによって、複合材料の表面に、強化
材より軟質なマトリックス材はＮ化物、Ｃ化物等の形成
により硬度、強度が向上し、マトリックス材による強化
材の保持力か増加する為、強化材の脱落か生じ難くなる
。更Ｃζ強化材として、イオン注入ｌこより容易ｌこア
モルファス化する材質のものを用いれば、強化材の硬度
が低下し、靭性が向上する。
と、金属、又は無機質繊維、粒子、ウィスカー、炭化硅
素（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａ１２ｏｓ ）又は酸化硅素
等を強化材として加工溶浸、ホントプレス、混合法等に
よって得られた金属基複合材料にＮ、又はＣイオンを、
イオン注入することによって、複合材料の表面に、強化
材より軟質なマトリックス材はＮ化物、Ｃ化物等の形成
により硬度、強度が向上し、マトリックス材による強化
材の保持力か増加する為、強化材の脱落か生じ難くなる
。更Ｃζ強化材として、イオン注入ｌこより容易ｌこア
モルファス化する材質のものを用いれば、強化材の硬度
が低下し、靭性が向上する。
従って、マトリックス材と強化材間の硬度差か減少し、
選択的摩耗が緩和されると共に、強化材脱落による研摩
作用が抑制され、耐摩耗性が向上する。
選択的摩耗が緩和されると共に、強化材脱落による研摩
作用が抑制され、耐摩耗性が向上する。
以下ｌこ、本発明の実施例について図面を参照して説明
する。
する。
強化材として、ｖｆ３０％ＳｉＣウィスカー成形体を使
用し、該成形体に、ＪＩＳＡＤＣＩＯ合金を加圧溶浸法
により溶浸させた複合材料を試料に用いた。
用し、該成形体に、ＪＩＳＡＤＣＩＯ合金を加圧溶浸法
により溶浸させた複合材料を試料に用いた。
即ち、第４図ｔこ示したように、スクイズキャスティン
グマシンの可動型３と固定型４との間に形成されるキャ
ビティ５ζこＳＩＣウィスカーの体積含有量が加％のＳ
ｉＣウィスカー成形体６を内装し、マトリックス材とな
るＪＩＳｉ■ＣＩＯ合金７を射出スリーブ８内に注入し
、表−Ｉの鋳造条件下で射出ピストン９Ｉこより鋳造し
た。
グマシンの可動型３と固定型４との間に形成されるキャ
ビティ５ζこＳＩＣウィスカーの体積含有量が加％のＳ
ｉＣウィスカー成形体６を内装し、マトリックス材とな
るＪＩＳｉ■ＣＩＯ合金７を射出スリーブ８内に注入し
、表−Ｉの鋳造条件下で射出ピストン９Ｉこより鋳造し
た。
表−１鋳造条件
溶湯温度 ８００〜８２０℃ＳｉＣウィスカ
ー成形体予熱温度 ６００〜７００℃注湯温度
１４００＃・ｆ／ｃ−ａｌ金型温度
２００〜３００℃こ〜て、上記ＳＩＣウィス
カー成形体６としては、市販品である東海カーボン社製
ＳｉＣウィスカープリフォームを使用した。
ー成形体予熱温度 ６００〜７００℃注湯温度
１４００＃・ｆ／ｃ−ａｌ金型温度
２００〜３００℃こ〜て、上記ＳＩＣウィス
カー成形体６としては、市販品である東海カーボン社製
ＳｉＣウィスカープリフォームを使用した。
上述の如くして鋳造した試料は、ＳｉＣウィスカー成形
体６を、Ｊ Ｉ ５Ａｆ）ＣＩＯ会金で取り囲んだ断面
構造を有するので、これを所望位置で縦、横に切断し、
複合材試料を得た。
体６を、Ｊ Ｉ ５Ａｆ）ＣＩＯ会金で取り囲んだ断面
構造を有するので、これを所望位置で縦、横に切断し、
複合材試料を得た。
上記複合材試料表面は、≠１０００のエメリー紙研磨し
、凹凸のない新しい面を出した上で、トリクレン超音波
洗浄し第１図）こ示す試料ｌとした。
、凹凸のない新しい面を出した上で、トリクレン超音波
洗浄し第１図）こ示す試料ｌとした。
イオン注入処理は、上記試料１を減圧室内に入れて行な
うもので、該試料１の表面に９ＱＫｅＶの注入エネルギ
ーてＮイオン〔Ｎ２＋（６０％）＋Ｎ”（４０％）のイ
オン組成〕を注入した。注入量は、２ ｘｌＯ＋７Ｎ”
１ｏｎｓ／〜と７ ｘ１０１７ Ｎ” １ｏｎｓ ／
ａＡを選ンタ。
うもので、該試料１の表面に９ＱＫｅＶの注入エネルギ
ーてＮイオン〔Ｎ２＋（６０％）＋Ｎ”（４０％）のイ
オン組成〕を注入した。注入量は、２ ｘｌＯ＋７Ｎ”
１ｏｎｓ／〜と７ ｘ１０１７ Ｎ” １ｏｎｓ ／
ａＡを選ンタ。
次に摩耗試験は往復摩耗試験機を用い、大気中無潤滑の
状態で行なった。
状態で行なった。
即ち、第１図に示したようにイオン注入された複合材試
料ｌを設置し、ビン２は、先端が５φの半球に加工され
た５ＬＩＳ３０４俸材とし、該ビン２ζこ荷重Ｗをかけ
、０．１ｌ−ｌｚの周期、５Ｂｍストロークで複合材試
料ｌを図示の矢印方向へ往復運動させて摩耗試験を行な
った。
料ｌを設置し、ビン２は、先端が５φの半球に加工され
た５ＬＩＳ３０４俸材とし、該ビン２ζこ荷重Ｗをかけ
、０．１ｌ−ｌｚの周期、５Ｂｍストロークで複合材試
料ｌを図示の矢印方向へ往復運動させて摩耗試験を行な
った。
この時の摩耗の評価は、表面を光学顕微鏡観察ｌこよる
摩耗痕幅２ａと、表面粗さ計による摩耗痕幅２ａと摩耗
深さｄの２項について行なった。
摩耗痕幅２ａと、表面粗さ計による摩耗痕幅２ａと摩耗
深さｄの２項について行なった。
尚、摩擦試験中は荷重・摩擦力をストレインゲージでモ
ニターし、摩耗量評価の補助データとした。
ニターし、摩耗量評価の補助データとした。
結果、考察
摩擦係数
摩擦係数μは摩耗痕幅の半幅ａと、ビンＩの半径Ｒの比
ａ／Ｉｔが０．１より充分小さかったことから凝着モデ
ルによって計算した。
ａ／Ｉｔが０．１より充分小さかったことから凝着モデ
ルによって計算した。
つまり荷重をＷ、摩擦力をＦとすると摩擦係数μは
μ＝ Ｆ’／ｗ となる。
摩耗量は便宜上、摩耗痕の半幅ａと摩耗痕深さｄから単
位長さ当りの任意量として、これらの積ａｄで評価した
。
位長さ当りの任意量として、これらの積ａｄで評価した
。
この、＠果は実際に注入効果が認められた荷重３６ｇと
・ｔｓ ｇｉこ分けた。
・ｔｓ ｇｉこ分けた。
第２図が示したように、荷重Ｗが３６！！と４８Ｉの摩
擦試験では注入量依存性が認められ、それは軽荷重であ
るほど明確であった。
擦試験では注入量依存性が認められ、それは軽荷重であ
るほど明確であった。
荷重〜Ｖ ＝３６ ｇｉｃオイｒハフＸｌ０１７Ｎ”ｉ
ＣＨ’＋Ｓ／ｄ注入試料は表面粗さ計、光学顕微鏡観察
ても摩耗痕が検出されず摩耗量ば“０２てあった。
ＣＨ’＋Ｓ／ｄ注入試料は表面粗さ計、光学顕微鏡観察
ても摩耗痕が検出されず摩耗量ば“０２てあった。
更に光学顕微鏡観察では相手材であるピン２の栄耗粉が
摺動部に付着し、改質表面がピン２よりも硬（なってい
ることを示す。
摺動部に付着し、改質表面がピン２よりも硬（なってい
ることを示す。
この他の全ての摩擦条件では摩耗が観察され、摩耗痕深
さは改質層厚（〜Ｄ １０００ Ａ ） Ｈこ比べ、数
倍から１０数倍に達していた。
さは改質層厚（〜Ｄ １０００ Ａ ） Ｈこ比べ、数
倍から１０数倍に達していた。
又、この摩耗深さは摩耗痕幅から計算される５１径のビ
ン船こより摩耗痕深さに比べて深く、高注入量であるほ
ど、又軽荷重であるほどその差は大きい。７ ｘ ＩＱ
１７Ｎ”１ｏｎｓ／ｉ 、 Ｗ ＝ ４８ ｊｉでは計
算値の５・６倍に達した。このような摩耗の進行は摩耗
粉による研磨効果が加わることで起ると考えられる。
ン船こより摩耗痕深さに比べて深く、高注入量であるほ
ど、又軽荷重であるほどその差は大きい。７ ｘ ＩＱ
１７Ｎ”１ｏｎｓ／ｉ 、 Ｗ ＝ ４８ ｊｉでは計
算値の５・６倍に達した。このような摩耗の進行は摩耗
粉による研磨効果が加わることで起ると考えられる。
特に０本実験の場合のように表層物質が心材より硬い化
合物ＡｌＮζこ改質される場合は、破壊されたＡｌＮ粉
による軟らかい母材の研磨が摩耗痕に沿って起り易（、
従ってそれは深くなると考えられる。
合物ＡｌＮζこ改質される場合は、破壊されたＡｌＮ粉
による軟らかい母材の研磨が摩耗痕に沿って起り易（、
従ってそれは深くなると考えられる。
但し、高注入量、軽荷重では摩耗痕幅が狭（なることと
、深さが深くなることでは、幅の変化に寄与の方が大き
く、従って摩耗量ａｄは減少し、第２図のような注入効
果として現われる。
、深さが深くなることでは、幅の変化に寄与の方が大き
く、従って摩耗量ａｄは減少し、第２図のような注入効
果として現われる。
ともあれ、工学的観点に立って軽荷重におけるイオン注
入による摩耗特性の改質は大きな効果が期待できる。
入による摩耗特性の改質は大きな効果が期待できる。
以上説明したように本発明ζこおける窒化層を有する金
属基複合材は、金属、又は無５機質繊維、粒子、ウィス
カー等を強化材とした金属基複合材料の表面ＩこＮイオ
ン等を注入することにより、該複合材料中のＡ４合金等
のマトリックス材の表面シこ窒化層等が形成される為、
マ） ＩＪツクス材の表面の硬度、強度が増加し、一方
、強化材の表面は、Ｎイオン等が注入されることでアモ
ルファス化される為、本来硬度が高く、靭性の低い強化
材の硬度が低下し、靭性は向上するので、マトリックス
材と強化材の硬度差が減少し、摺動部材として使用した
時、マトリックス材の選択摩耗が小さ（なり強化材が脱
落し難くなるので、該強化材が脱落して相手部材を摩耗
させるといった従来技術の問題点を解消できる効果があ
る。
属基複合材は、金属、又は無５機質繊維、粒子、ウィス
カー等を強化材とした金属基複合材料の表面ＩこＮイオ
ン等を注入することにより、該複合材料中のＡ４合金等
のマトリックス材の表面シこ窒化層等が形成される為、
マ） ＩＪツクス材の表面の硬度、強度が増加し、一方
、強化材の表面は、Ｎイオン等が注入されることでアモ
ルファス化される為、本来硬度が高く、靭性の低い強化
材の硬度が低下し、靭性は向上するので、マトリックス
材と強化材の硬度差が減少し、摺動部材として使用した
時、マトリックス材の選択摩耗が小さ（なり強化材が脱
落し難くなるので、該強化材が脱落して相手部材を摩耗
させるといった従来技術の問題点を解消できる効果があ
る。
第１図は本発明に係わる窒化層を有する金属基複合材に
おける試料の摩耗評価に用いた往復摩耗試験機の略示正
面図、第２図は同試料の摩耗試験における摩耗量とイオ
ン注入量の関係を示すグラフ、第３図は同試料の光学顕
微鏡写真、第・１図は金属基複合材料の一製造例を示す
加圧溶浸／ｉ：ｆこ用し）られる金型の縦断正面図であ
る。 第 １１Ａ １：複合材試料 第２図 つ ＮイオンＪ入童 （、、＃ｄ／諒凭２）づ 〉 手続補正占（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第１３６２０６号 ２、発明の名称 窒化層を有する金属単複合材 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 広島県府中市目崎町７６２番地名 称 （、
６９４）リョービ株式会社取締役社長 浦 上 浩 ４、補正命令の日付 昭和６３年８月３日 （発送臼：昭和６３年８月３０日） ５、補正の対象 （１）明細出生「図面の簡単な説明」の欄６、補正の内
容 別紙のとおり 補正の内容 （１）明細出生「図面の簡単な説明」の欄を以下のとお
り補正する。 １）第９頁第１８行に「第３図は同試料の光学顕微鏡写
真」とあるのを［第３図はＶｆ３０％ＳｉＣウィスカー
成形体にＡ１合金（ＪＩＳ ＡＤＣＩＯ合金）を加圧溶
浸法により溶浸させた複合材料の金属組織を示す写真］
と補正する。
おける試料の摩耗評価に用いた往復摩耗試験機の略示正
面図、第２図は同試料の摩耗試験における摩耗量とイオ
ン注入量の関係を示すグラフ、第３図は同試料の光学顕
微鏡写真、第・１図は金属基複合材料の一製造例を示す
加圧溶浸／ｉ：ｆこ用し）られる金型の縦断正面図であ
る。 第 １１Ａ １：複合材試料 第２図 つ ＮイオンＪ入童 （、、＃ｄ／諒凭２）づ 〉 手続補正占（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第１３６２０６号 ２、発明の名称 窒化層を有する金属単複合材 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 広島県府中市目崎町７６２番地名 称 （、
６９４）リョービ株式会社取締役社長 浦 上 浩 ４、補正命令の日付 昭和６３年８月３日 （発送臼：昭和６３年８月３０日） ５、補正の対象 （１）明細出生「図面の簡単な説明」の欄６、補正の内
容 別紙のとおり 補正の内容 （１）明細出生「図面の簡単な説明」の欄を以下のとお
り補正する。 １）第９頁第１８行に「第３図は同試料の光学顕微鏡写
真」とあるのを［第３図はＶｆ３０％ＳｉＣウィスカー
成形体にＡ１合金（ＪＩＳ ＡＤＣＩＯ合金）を加圧溶
浸法により溶浸させた複合材料の金属組織を示す写真］
と補正する。
Claims (1)
- 金属又は無機質繊維、粒子、ウィスカー等を強化材と
した金属基複合材料に、Ｎ又はＣイオンを注入すること
により上記金属基複合材料の表面に窒化層を形成したこ
とを特徴とする窒化層を有する金属基複合材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13620688A JPH01306559A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 窒化層を有する金属基複合材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13620688A JPH01306559A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 窒化層を有する金属基複合材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01306559A true JPH01306559A (ja) | 1989-12-11 |
Family
ID=15169802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13620688A Pending JPH01306559A (ja) | 1988-06-01 | 1988-06-01 | 窒化層を有する金属基複合材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01306559A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0557378A (ja) * | 1991-02-12 | 1993-03-09 | Hughes Aircraft Co | 金属加工のための改良された型工具 |
-
1988
- 1988-06-01 JP JP13620688A patent/JPH01306559A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0557378A (ja) * | 1991-02-12 | 1993-03-09 | Hughes Aircraft Co | 金属加工のための改良された型工具 |
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