JPH03107403A - 局部強化金属製品の製造方法 - 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、その一部を複合材等で強化した金属製品の製
造方法に関する。

［従来の技術］ 近来、アルミ合金製シリンダヘッド等の金属製品におい
ては、その一部を強化させた構成が望まれている。

例えば第７図に示すような内燃機関のシリンダヘッド１
においては、吸気ポート２と排気ポート３との間の弁間
部４、及びこれらポート２．３と噴射ノズル孔５との間
６は、他の部分よりも肉厚が薄くなっている（図中、斜
線部ＩＩにて示す）。

このため、エンジンの高出力化に伴い、温度上昇による
熱負荷と同時に、機械的負荷増大によりキレツが発生す
ることとなっていた。

またピストンにおいても、燃焼室の負荷が大きいために
、その周縁部にキレツが発生する。

このため、このような強化が必要な部分を、セラミック
繊維或いは粒子（Ｓ　ｉ　Ｃ，Ｓ　ｉ　ｓ　Ｎ＜　。

Ａ、Ｉｌ　、　Ｏ，、チタン酸カリ）等によって複合化
することで、局部的に静的圧縮・引張強度及び熱衝撃強
度を高めるようにしていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記構成を実現させる製造方法に課題が
残されていた。

即ち、ピストン等をアルミ鋳造するに際しては、通常の
重力鋳造法と異なる溶湯鍛造法を採用せねばならず、そ
のための金型が必要になって製造費の増大等をまねくと
共に、特にシリンダヘッドのような複雑中子使用形状の
場合は、５００〜１０００ｋｉ　／　ｃｄの圧力での複
合化成形が極めて困難であるという問題があった。

また一方、別体にて成形した複合材を、レーザ等で本体
に溶着させる技術（［複合金属製品の製造方法およびピ
ストン」、特開昭６０−２０３３８４号公報）も提案さ
れている。ただしこの提案にあっては、複合材中の成分
濃度を変えることができす、例えば複合材周部のアルミ
（マトリックス）成分を増やして、溶着性を上げるなど
の方策を採用することは出、来ない。

そこで本発明は、上記事情に鑑み、溶湯鍛造法によらず
に金属製品の局部複合化・強化を行い、しかもその複合
材の成分濃度を変えることの出来る製造方法を提供すべ
く創案されたものである。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、金属
製品本体の強化が必要な箇所を窪ませて凹部とし、他方
、異種粒子同士を衝突させて複合粒子を製造し、この複
合粒子を焼結させて複合成型体とし、この成型体を凹部
に装入した後、溶接エネルギによって金属製品本体に溶
着させるものである。

この方法によって、局部強化が実現されると共に、必要
に応じて複合成型体の成分濃度を変えることができる。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を、添付図面に従って説明する。

第１図乃至第４図は、本発明に係わる局部強化金属製品
の製造方法の一実施例を示したものであり、製造される
金属製品たるシリンダヘッドの構成のうち、従来と同様
のものは同一符号を付し、その説明を省略する。

この製造方法を実施するに際して、先ず第１図に示した
ように、強化か必要な箇所Ｊ−■を窪まぜてシリンダヘ
ッド本体１１をアルミ鋳造することで、凹部１２を成形
する。この鋳造は、通常の重力金型鋳造によって行う。

本実施例にあっては、この凹部１２は、平面視上略Ｔ字
状に、またその底部が上面開口側より若干狭められて形
成される。

他方で、異種粒子同士を衝突させることで、複合粒子１
３を製造する６ 即ち、いわゆるメカニカルアロイング（ｍ械的合金化）
により、アルミ粒子とセラミック粒子とを機械的衝撃力
で衝突させ、表面の酸化被膜を除去すると同時に活性面
を作り、次に衝突したとき、大きい粒子に小さい粒子を
付着させる。

これで第２図に示したように、複合粒子１３は、大きな
粒子１４の周囲を小さな粒子１５が囲繞する形になる０
本実施例にあっては、大きな粒子１４にアルミ粒子が、
小さな粒子１５にセラミック粒子（Ｚ　ｒ’ｉ　０ｓ　
）がそれぞれ相当するように製造している。なおこの粒
子１４．１５の径ａ。

ｂは、ａ≧１０ｂとすることで、任意の形に製造できる
ものである。

次にこの複合粒子１３を焼結させることで、第３図及び
第４図に示したような複合成型＃１６を成形する。この
複合成型体１６は、シリンダヘッド本体１１の凹部１２
に嵌合されるような略同寸法で製造される。

そして本実施例にあっては、アルミ粒子が凹部１２内壁
に当接する側に多くなるように分布させる。即ち複合成
型体１６の下部及び側部に、アルミ成分の多い（リッチ
）層１７を形成する。

次にこの複合成型体１６を、シリンダヘッド１１の凹部
１２に装入し、高密度エネルギであるＴＩＧ溶接によっ
てこれを再溶融し、溶着させる。

このように、アルミ粒子及びセラミック粒子による複合
粒子１３を焼結して複合成型体１６とし、これをシリン
ダヘッド本体１１の凹部１２に溶着させるようにしなの
で、複雑中子を使用するため実施困難であった溶湯鍛造
法ではなく、通常の鋳造によってシリンダヘッド本体１
１を成形でき、高密度エネルギを利用して容易に局部複
合化−強化が実現できる。そして溶湯鍛造用の金型を必
要としないことから、設（ｉｉｉｉ費、製造費の削減に
貢献できる。

またメカニカルアロイングによって複合粒子１３を製造
するようにしたので、セラミック成分なと添加する成分
濃度を、複合成型体１６の位置に応じて自由に変えるこ
とができる。このことは、本実施例にて示したように、
母材（アルミ製のシリンダヘッド本体１１）に対する溶
解・容着が容易にできると共に、溶着面の安定・強化に
寄与するものである。

さらに第５図に示すように、複合粒子１３の焼結成形後
に、硅砂などのフラックス２１を適宜含有させて複合成
型体２２を成形することで、アセチレンガスによるカス
溶接法によって簡単に溶着させることも可能になる。

なお、本実施例で示したアルミリッチ層１７を形成する
方法は種々考えられ、第２図で示したような複合粒子１
３の他に、アルミ粒子の径ａがより大きな複合粒子、或
いはアルミ単独の粒子を別に用意しておき、これを該当
位置に焼結させるようにすればよい。

或いは第６図に示すように、セラミック粒子を大きな粒
子３１に、アルミ粒子を小さな粒子３２に形成した複合
粒子３３を製造し、この複合粒子３３　Ｉｉｉ独で焼結
成形することで、自ずとアルミリッチ層１７がその複合
成型体の周縁部に生ずるようにしてもよい。

さらに、セラミック粒子としては、Ｚｒ２０ｓの他、Ａ
ｊ　２０３　、Ｓｉｉ　Ｎａ等のセラミックスを用いて
もよい。まな高密度エネルキ源としては、ＴＩＧ溶接の
他−、プラズマ、電子ビーム、レーザビーム等で再溶融
させるようにしても構わない。

まな本発明は、本実施ＥＡＩで示したシリンダヘッドに
限るものではなく、ビスｌ〜ン等の、シリンダヘッドと
同様な事情を有する金属製品に広く適用されるものであ
る。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれは、次のような優れた効果を
発揮する。

金属製品本体を窪ませて凹部とし、他方、異種粒子同士
を衝突させて複合粒子を製造し焼結させて複合成型体と
し、この成型体を凹部に装入して溶接エネルギによって
金属製品本体に溶着させるようにしたので、溶湯鍛造法
によらずに所望の局部複合化・強化か容易に達成される
と共に、複合成型体内の成分濃度を必要に応じて変える
ことかでき、溶着性の向上等を図ることがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる局部強化金属製品の製造方法の
一実施例を示したシリンダヘッド本体の斜視図、第２図
は同じく複合粒子を示した断面図、第３図は同じく複合
成型体を示した斜視図、第４図は第３図中のＩＶ　−Ｉ
Ｖ線矢視断面図、第５図は第４図の他の実施例を示した
断面図、第６図は第２図の他の実施例を示した断面図、
第７図は従来技術の課題を説明するだめのシリンダヘッ
ドの正面図である。 図中、１１は金属製品本体なるシリンダヘッド本体、１
２は凹部、１３は複合粒子、１６は複合成型体である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、金属製品本体の強化が必要な箇所を窪ませて凹部と
   し、他方、異種粒子同士を衝突させて複合粒子を製造し
   、この複合粒子を焼結させて複合成型体とし、この成型
   体を上記凹部に装入した後、溶接エネルギによって上記
   金属製品本体に溶着させることを特徴とする局部強化金
   属製品の製造方法。