JPH03268855A - 金属基複合材料部材の製造方法 - 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］ 本発明は、金属基複合材料部材に係り、更に詳細には金
属基複合材料部材の製造方法に係る。

［従来の技術］ 筒状の強化材成形体の内周面に抜き勾配を設けずに、長
手方向に実質的に一定の断面形状を有する中空孔を有し
該中空孔の周囲の部分が強化材にて筒状に複合強化され
た金属基複合材料部材を製造する方法として、例えば特
開昭６２−２６５４５３号公報に記載されている如く、
■外周面に離型用コーティング層を有する金属製補強筒
の外側に筒状の強化材成形体を嵌合させ、補強筒を鋳型
の中子に嵌合させて加圧鋳造を行い、鋳造後に鋳物より
補強筒を引抜く方法や、例えば特開昭６２−１８７５６
２号公報に記載されている如く、■切削性の良好な金属
よりなる補強筒の外側に筒状の強化材成形体を嵌合させ
、補強筒を鋳型の中子に嵌合させて加圧鋳造を行い、鋳
造後に補強筒を切削によって除去する方法や、例えば特
開昭６２−２８２７４８号公報に記載されている如く、
■筒状の強化材成形体に分割中子を嵌合させて鋳造を行
い、鋳造後に鋳物より中子を分割して除去する方法等が
既に知られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の■及び■の方法に於ては、先ず筒状の強化材成形
体に補強筒を嵌合させ、しかる後補強筒を鋳型の中子に
嵌合させるという二段階の工程が必要であり、そのため
複合材料部材の製造を能率よく行うことが困難であり、
またこれらの方法に於ては補強筒が必須であり、作業の
能率化を図るためには補強筒及びこれに嵌合する中子に
抜き勾配を設けなければならず、そのため製造コストが
高くなり易く、特に上述の■の方法に於ては鋳造後に補
強筒を切削によって除去する必要があるため、複合材料
部材を低廉に製造することができない。

また上述の■の方法に於ては、分割中子を非常に精密に
形成しなければならないため、複合材料部材の製造コス
トが高くなり易く、また中子の耐久性が悪化するという
問題がある。

本発明は、内周面にテーパを有しない筒状の強化材成形
体を用いて一定断面の中空孔の周囲の部分が強化材にて
筒状に複合強化された金属基複合材料部材を製造する従
来の方法に於ける上述の如き問題に鑑み、所望の金属基
複合材料部材を能率よく且低廉に製造することのできる
方法を提供することを目的としている。

１課題を解決するための手段］ 上述の如き目的は、本発明によれば、筒状の強化材成形
体の実質的にテーパを有しない内周面に実質的に厚さ０
．４〜３１にて離型用固体潤滑材を塗布し、前記強化材
成形体に中子を嵌合させ、前記強化材成形体中にマトリ
ックス金属の溶湯を浸透させ、形成された筒状の複合材
料部より前記中子を引抜く金属基複合材料部材の製造方
法によって達成される。

［発明の作用］ 本発明によれば、筒状の強化材成形体の実質的にテーパ
を有しない内周面に実質的に厚さ０．４〜３１１Ｉにて
離型用固体潤滑材が塗布され、強化材成形体に中子が嵌
合されて鋳造が行われ、鋳造後に筒状の複合材料部より
中子が引抜かれる。強化材成形体の内周面に所定の厚さ
にて塗布された離型用固体潤滑材は、鋳造段階に於ては
、成形体の内周面と中子の表面との間にマトリックス金
属の溶湯が浸透しこれらを互いに密着させることを阻止
し、鋳造後には潤滑材として作用することにより形成さ
れた複合材料部より中子を引抜くことを容易にする。

従って本発明の方法によれば、高価な補強筒や分割中子
は不要であり、これらが使用される従来の方法の場合に
比して低廉に且能率よく所望の金属基複合材料を製造す
ることが可能になる。

尚本発明の方法に於て離型用固体潤滑材の塗布厚さが０
．４〜３−膳に設定されるのは、塗布厚さが０．４■未
満の場合には鋳造後に複合材料部より中子を良好に引抜
くことができず、逆に離型用固体潤滑材の塗布厚さが３
ｍｓを越えると離型用固体潤滑材の強度が低いことから
鋳造段階に於けるマトリックス金属の溶湯の圧力によっ
て離型用固体潤滑材の層が破壊されたり変形したりし、
そのため却って中子を良好に引抜くことができなくなり
、また強化材成形体の変形が生じ晶くなるからである。

特に中空孔及び中子の断面形状が円形である場合には、
離型用固体潤滑材の塗布厚さは中子の直径の０．５％以
上であることが好ましい。

また本発明の方法に於て使用される離型用固体潤滑材は
従来より鋳造に使用されている任意の離型用固体潤滑材
であってよいが、特に黒鉛粉末、炭素粉末、窒化ホウ素
粉末の如き固体潤滑材の粉末や、セリサイト、セビオラ
イト、パイロフィライトの如き層状鉱物の粉末であるこ
とが好ましく、これらが強化材成形体の内周面に塗布さ
れる場合には、水性分散媒体又は樹脂系の分散媒体中に
これらの粉末が分散されたスラリーやペーストとして塗
布されてよい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例１ 平均繊維径３μｍ１平均繊維長１關のアルミナ−シリカ
繊維（イソライト工業株式会社製Ｕカオウール」）を無
機質バインダ（日産化学株式会社製「フロイダルシリ力
」）が添加された水溶液中に投入して該水溶液を撹拌混
合し、得られた分散液に対し吸引成形を行い、更に成形
体を乾燥させた後機械加工を行うことにより、第１図に
示されている如く、外径８３ｍｍ、内径７６ｍ１ｍ１高
さ１２０龍の寸法を存し、体積率１０％のアルミナ−シ
リカ繊維１０よりなる円筒状の繊維形成体１２を形成し
た。次いで離型用固体油滑材としての黒鉛粉末が水に分
散されたペーストを用意し、該ペーストを繊維成形体１
０の内周面に塗布して乾燥させることにより、繊維成形
体の内周面に厚さ約０゜６■にて黒鉛粉末１４を付着さ
せた。

次いで繊維成形体を約２００℃に３０分間予熱した後、
第２図に示されている如く繊維成形体１２をシリンダブ
ロック製造用のダイカスト鋳造装置１６の実質的にテー
パを有しないシリンダボア入子１８に嵌合させて型締め
を行い、鋳型内に７５０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ
規格ＡＤＣＩ２）の溶湯２０を射出し、溶湯を約７６０
ｋｇ／ｃｄの圧力にて加圧することにより繊維成形体の
個々の繊維の間に浸透させた。溶湯が完全に凝固し室温
にまで冷却した後、得られたシリンダブロック粗材のシ
リンダボアより入子を引抜き、型開きして鋳造装置より
シリンダブロック粗材を取出した。

かくして、第３図に縦断面図として示されている如く、
実質的にテーパを有しないシリンダボア２２を有し、ボ
アの周囲の部分がアルミナ−シリカ繊維にて複合強化さ
れたアルミニウム合金の筒状の複合材料２４よりなるシ
リンダブロック粗材２６を容易に製造することができた
。

実施例２ 平均繊維径０．５μ回、平均繊維長１．５０μｌの炭化
ケイ素ウィスカ（東海カーボン株式会社製「トーカマッ
クス」）を無機質バインダ（日産化学株式会社製「コロ
イダルシリカ」）が添加された水溶液中に投入して該水
溶液を撹拌混合し、得られた分散液に対し吸引成形を行
い、更に成形体を乾燥させた後機械加工を行うことによ
り、第４図に示されている如く、外径３２ｍｍ、内径２
２ｍｍ、高さ１５ｓｎの寸法を有し体積率１５％の炭化
ケイ素ウィスカ２８よりなる円筒状の繊維成形体３゜を
２個形成した。次いで離型用固体潤滑材としての窒化ホ
ウ素がアクリル樹脂に分散されたペーストを用意し、該
ペーストを繊維成形体３ｏの内周面に塗布して乾燥させ
ることにより、繊維成形体の内周面に厚さ０．２ｍｍに
て窒化ホウ素粉末３２を付着させた。

次いで繊維成形体を約６００℃に１時間加熱して樹脂成
分を除去した後、第５図に示されている如く繊維成形体
３０をピストン製造用の鋳造装置３４の実質的にテーパ
を有しないピストンピン入子３６に嵌合させて型締を行
い、鋳型内に７３０℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格
ＡＣ８Ａ）の溶湯３８を注湯シ、溶湯を約１２００　ｋ
ｇ／　ａｇ２ノ圧力にて加圧することにより繊維成形体
の個々の繊維の間に浸透させた。溶湯が完全に凝固し室
温にまで冷却した後、得られたピストン粗材のピストン
ピンボスより入子を引抜き、型開きして鋳造装置よりピ
ストン粗材を取出した。

この場合ピストンピンボスより入子を容易に引抜くこと
ができ、入子が引抜かれた後のピストンピンボスには実
質的にテーパが存在せず、ボス部は体積率１５％の炭化
ケイ素ウィスカにて良好に複合強化されていることが認
められた。

実施例３ 平均繊維径０．５μ履、平均繊維長１５０μ■のチタン
酸カリウムウィスカ（大塚化学株式会社製「ティスモ」
）を無機質バインダ（日産化学株式会社製「コロイダル
シリカ」）が添加された水溶液中に投入して該水溶液を
撹拌混合し、得られた分散液に対し吸引成形を行い、更
に成形体を乾燥させた後機械加工を行うことにより、体
積率２０％のチタン酸カリウムウィスカよりなり、外径
６０ｍｍ、内径４２ｇ＋ｔｓ、高さ２７ｔｘｔｔｒの寸
法を有する大端部用の繊維成形体と、外径３７＋ａｇ＋
、内径１８■■、高さ２７ｇ＋ｍの寸法を有する小端部
用の繊維成形体とを形成した。次いで離型用固体潤滑材
としてのセリサイトが水に分散されたペーストを用意し
、該ペーストを二つの繊維成形体の内周面に塗布して乾
燥させることにより、各繊維成形体の内周面に厚さ０．
４ｔａｍにてセリサイトを付着させた。

次いで二つの繊維成形体を約３５０’Ｃに３０分間予熱
した後、各成形体をコネクティングロッド製造用の鋳造
装置の実質的にテーパを有しない大端孔入子及び小端孔
入子に嵌合させて型締を行い、鋳型内に７４０℃のアル
ミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯を注湯し、
溶湯を約１１００ｋｇ／♂の圧力にて加圧することによ
り繊維成形体の個々の繊維の間に浸透させた。溶湯が完
全に凝固し室温にまで冷却した後、得られたコネクティ
ングロッド粗材の大端孔及び小端孔よりそれぞれ対応す
る入子を引抜き、型開きして鋳造装置よりコネクティン
グロッド粗材を取出した。

この場合大端孔及び小端孔より入子を容易に引抜くこと
ができ、入子が引抜かれた後の大端孔及び小端孔には実
質的にテーパが存在せず、大端孔及び小端孔の周囲の部
分は体積：＄２０％のチタン酸カリウムウィスカにて良
好に複合強化されていることが認められた。

実施例４ 黒鉛粉末の付着厚さが０．　１ｍｍ、　０．　３ｍｍ、
０゜４１麿、０．６＋＋ｍ、１．０ｍｍ、２．０１１％
　３．０ｍ１３．５＋ｕ＋、４．０Ｈに設定された点を
除き、上述の実施例１の場合と同一の要領及び条件にて
シリンダブロック粗材を製造した。その結果を下記の表
１に示す。

表　　　　１ 塗布厚さ　　　　　　　結　果 ０．１１　　　中子の引抜き困難 ０．３■漠　　　中子が焼付き損傷 ０．４ｍｍ　　　　問題なし ０．６ｍｇ＋　　　　問題なし １．０■　　　問題なし ２．０ｍ−問題なし ３、Ｏｓｖ　　　　問題なし ３．５ｓｖ　　　　繊維成形体が内側に変形４．０■麿
　　　繊維成形体が破損 この表１より、離型用固体潤滑材としての黒鉛粉末の塗
布厚さは０．４〜３ＩＩであることが好ましいことが解
る。尚離型用固体潤滑材として黒鉛粉末の代りに窒化ホ
ウ素粉末、セリサイト等が使用された場合にも表１に示
された結果と同様の結果が得られた。

また中子の直径を種々の値に変化させて同様に鋳造試験
を行ったところ、離型用固体潤滑材の塗布厚さは中子の
直径の０．５％以上であることが好ましいことが認めら
れた。

以上に於ては本発明を幾つかの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

［発明の効果］ 以上の説明より明らかである如く、強化材成形体の内周
面に所定の厚さにて塗布されたＭ型用固体潤滑材は、鋳
造段階に於ては、成形体の内周面と中子の表面との間に
マトリックス金属の溶湯が浸透しこれらを互いに密着さ
せることを阻止し、鋳造後には潤滑材として作用するこ
とにより形成された複合材料部より中子を引抜くことを
容易にする。

従って本発明の方法によれば、高価な補強筒や分割中子
は不要であり、これらが使用される従来の方法の場合に
比して低置に且能率よく所望の金属基複合材料を製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内周面に黒鉛粉末が塗布された繊維成形体を示
す斜視図、第２図は第１図に示された繊維成形体を用い
て行われる鋳造工程を示す断面図、第３図は第２図に示
された鋳造工程により製造されたシリンダブロック粗材
を示す縦断面図、第４図は内周面に窒化ホウ素粉末が塗
布された繊維成形体を示す斜視図、第５図は第４図に示
された繊維成形体を用いて行われるピストンの鋳造工程
を示す断面図である。 １０・・・アルミナ−シリカ繊維、１２・・・繊維成形
体、１４・・・黒鉛粉末、１６・・・ダイカスト鋳造装
置。 １８・・・入子、２０・・・アルミニウム合金の溶湯、
２２・・・シリンダボア、２４・・・複合材料、２６・
・・シリンダブロック粗材、２８・・・炭化ケイ素ウィ
スカ。 ３０・・・繊維成形体、３２・・・窒化ホウ素粉末、３
４・・・鋳造装置、３６・・・入子、３８・・・アルミ
ニウム合金の溶湯 第 １ 図 第 図 ２６・・・ンリンタ７０ツク刊、冴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 筒状の強化材成形体の実質的にテーパを有しない内周面
   に実質的に厚さ０．４〜３ｍｍにて離型用固体潤滑材を
   塗布し、前記強化材成形体に中子を嵌合させ、前記強化
   材成形体中にマトリックス金属の溶湯を浸透させ、形成
   された筒状の複合材料部より前記中子を引抜く金属基複
   合材料部材の製造方法。