JPH04258360A - 金属基複合材料を含む鋳物の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋳物の製造方法に係り
、更に詳細には金属基複合材料を含む鋳物の製造方法に
係る。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人と同一の出願人の出願に係る
特願平１−２８２２５０号明細書に記載されている如く
、金属基複合材料の製造方法の一つとして、マトリック
ス金属の溶湯により加熱されると反応して成形体内部の
圧力を低減するＴｉの如き物質（以下圧力低減物質とい
う）を含む多孔質の強化材成形体を形成し、強化材をマ
トリックス金属の溶湯に接触させ、溶湯を実質的に加圧
することなく成形体中に浸透させる金属基複合材料の製
造方法が既に提案されている。

【０００３】この先の提案に係る方法によれば、成形体
がマトリックス金属の溶湯に接触せしめられ溶湯によっ
て加熱されると、圧力低減物質が反応（空気中の窒素及
び酸素を吸着）して成形体内の圧力を低減し、これによ
り成形体内外に差圧が創成されるので、マトリックス金
属の溶湯を加圧しなくても溶湯が成形体内に良好に浸透
し、これにより複合材料を能率よく製造することができ
る。またこの方法を利用すれば、金属基複合材料を含む
鋳物、即ち部分的にのみ強化材にて複合強化された金属
よりなる鋳物を能率よく製造することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしかかる方法によ
り複合材料を含む鋳物を製造する場合であって、成形体
が鋳型若しくは支持部材により支持された状態にて鋳型
内に配置され、鋳型内にマトリックス金属の溶湯が導入
される場合には、成形体の鋳型若しくは支持部材により
支持された部位又は成形体の溶湯と最後に接触する部位
のマトリックス金属中にポアが生じ易い。

【０００５】本願発明者は上述の如き鋳物の製造方法に
於ける上述の如き問題に鑑み、種々の実験的研究を行っ
てポアの発生原因を詳細に調査したところ、成形体が鋳
型や支持部材により支持される部分には成形体と鋳型等
との間に空間が形成され、また成形体の溶湯と最後に接
触する部位は大気に接しているので、成形体が溶湯によ
って加熱され圧力低減物質が反応して成形体内の圧力を
低減しようとしても、成形体と鋳型等との間の空間や大
気より成形体内へ空気が供給され、そのため成形体内部
の圧力が必ずしも十分に低減されず、その結果ポアが生
じることを見出した。また特に成形体の鋳型等と接触し
た部位に於ては成形体が鋳型等によって吸熱されること
に起因して成形体の温度が必ずしも十分に昇温せず、そ
のため圧力低減物質の反応が不十分になり易く、このこ
ともポア発生の要因となっていることを見出した。

【０００６】本発明は、本願発明者が行った実験的研究
の結果得られた知見に基き、マトリックス金属の溶湯を
実質的に加圧しなくてもマトリックス金属中にポアを有
しない良好な複合材料を含む鋳物を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。

【０００７】

【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、（１）マトリックス金属の溶湯により加熱
されると反応して成形体内部の圧力を低減する物質を含
む多孔質の強化材成形体を形成し、前記成形体を鋳型若
しくは支持部材により支持された状態にて鋳型内に配置
し、前記鋳型内にマトリックス金属の溶湯を導入し、前
記溶湯を実質的に加圧することなく前記成形体中に浸透
させる金属基複合材料を含む鋳物の製造方法にして、前
記成形体の前記鋳型若しくは前記支持部材により支持さ
れる部位の表面を前記マトリックス金属と実質的に同一
の組成又は類似の組成を有する金属箔にて覆うことを特
徴とする金属基複合材料を含む鋳物の製造方法、及び（
２）マトリックス金属の溶湯により加熱されると反応し
て成形体内部の圧力を低減する物質を含む多孔質の強化
材成形体を形成し、前記成形体を鋳型若しくは支持部材
により支持された状態にて鋳型内に配置し、前記鋳型内
にマトリックス金属の溶湯を導入し、前記溶湯を実質的
に加圧することなく前記成形体中に浸透させる金属基複
合材料を含む鋳物の製造方法にして、前記成形体の前記
溶湯に最後に接触する部位の表面を前記マトリックス金
属と実質的に同一の組成又は類似の組成を有する金属箔
にて覆うことを特徴とする金属基複合材料を含む鋳物の
製造方法によって達成される。

【０００８】

【作用】上述の（１）の方法によれば、成形体の鋳型若
しくは支持部材により支持される部位の表面がマトリッ
クス金属と同一の組成又は類似の組成を有する金属箔に
て覆われ、これによりその部位の表面を経て成形体の外
部より成形体内へ空気が流通することが低減若しくは排
除され、また上述の（２）の方法によれば、成形体の溶
湯と最後に接触する部位の表面がマトリックス金属と同
一の組成又は類似の組成を有する金属箔にて覆われ、こ
れによりその部位の表面を経て成形体に接する大気より
成形体内へ空気が流通することが低減若しくは排除され
る。

【０００９】従って成形体が鋳型若しくは支持部材によ
り支持された状態にて鋳型内に配置され、成形体と鋳型
等との間に空間が形成されても、成形体と鋳型等との間
の空間より成形体内へ空気が流通することが金属箔及び
これが溶融することによって形成される金属膜により効
果的に防止され、また成形体の溶湯に最後に接触する部
位に於ては成形体に接する大気より成形体内へ空気が流
通することが金属箔により効果的に防止されるので、成
形体が溶湯の熱によって加熱されることにより圧力低減
物質が反応すると成形体内の圧力が効果的に低減され、
これによりマトリックス金属の溶湯が成形体内へ良好に
浸透する。またかくしてマトリックス金属の溶湯が成形
体内へ良好に浸透すると、成形体の鋳型若しくは支持部
材により支持される部位や成形体の溶湯に最後に接触す
る部位も溶湯の熱によって良好に加熱され、これにより
マトリックス金属の溶湯は成形体のこれらの部位にも良
好に浸透し、ポアの発生が効果的に回避される。

【００１０】

【課題を解決するための手段の補足説明】尚本発明に於
てマトリックス金属の溶湯により加熱されると反応して
成形体内部の圧力を低減する圧力低減物質は上述の特願
平１−２８２２５０号明細書に記載されたＴｉ及びＡｌ
に限定されるものではなく、例えばＴｉ、Ｚｒ、Ｚｒ及
びＡｌの組合せ、Ｔｉ及びＺｒ及びＡｌの組合せ等であ
ってもよい。またこれらの物質の反応が良好に行われる
よう、例えばマトリックス金属がアルミニウム合金であ
る場合に於けるＮｉ、Ｃｕの如く、マトリックス金属又
は成形体中に混入されたＡｌ粉末やＡｌ合金粉末と反応
して発熱する物質が成形体に含まれていることが好まし
い。

【００１１】また本発明の方法に於ては、強化材成形体
は鋳型若しくは支持部材により支持される部位や成形体
の溶湯に最後に接触する部位以外の部分は多量のマトリ
ックス金属の溶湯に隣接し、従ってかかる部分が金属箔
にて覆われていてもその金属箔はマトリックス金属の溶
湯により高温に加熱され容易に溶融するので、強化材成
形体は鋳型若しくは支持部材により支持される部位や成
形体の溶湯に最後に接触する部位以外の部分に於ても金
属箔にて覆われてもよく、更にはその全体が金属箔にて
覆われてもよい。

【００１２】

【実施例】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。

【００１３】実施例１ 　　平均粒径３０μｍ　のＡｌ粉末（昭和電工株式会社
製、ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）と、平均粒径３μｍ　のＮｉ
粉末（ＩＮＣＯ社製タイプ２５５）と、平均粒径２０μ
ｍ　のＴｉ粉末（大阪チタニウム株式会社製）と、強化
材としての平均粒径５μｍ　のＳｉＣ粉末（昭和電工株
式会社製）とを１４：１：１：１の体積比にて秤量し混
合した。次いで得られた混合粉末を圧縮成形装置により
面圧４ｔｏｎ／ｃｍ２　の圧力にて圧縮成形することに
より、図１に示されている如く、Ａｌ粉末１０とＮｉ粉
末１２とＴｉ粉末１４とＳｉＣ粉末１６とよりなり、外
径９０ｍｍ、内径７５ｍｍ、高さ７ｍｍの寸法を有し、
Ａｌ粉末、Ｎｉ粉末、Ｔｉ粉末、ＳｉＣ粉末の体積率が
それぞれ７０％、５％、５％、５％であるリング状の多
孔質の強化材成形体１８を２０個形成した。

【００１４】次いで図２に示されている如く、上述の如
く形成された成形体のうちの１０個の成形体を厚さ２０
μｍ　のＡｌ箔２０にて巻付けた。この場合図３に示さ
れている如く、Ａｌ箔はその合せ目２２が成形体１８の
下面の下方に位置するよう巻付けられた。

【００１５】次いで図には示されていないがＡｌ箔が巻
付けられた成形体１８及びＡｌ箔が巻付けられていない
成形体を大気中にて約１００℃に約３０分間予熱し、し
かる後図４に示されている如く、これらの成形体を順次
ピストン鋳造用の鋳型２４内の所定の位置にその肩部２
６に載置された状態にて配置し、鋳型内に湯道２４ａを
経て８００℃のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ
）の溶湯２８を注湯し、溶湯を放置して加圧することな
く凝固させた。尚図４に於て、符号２４ｂは中子を示し
ている。

【００１６】次いでかくして得られたピストン粗材を鋳
型より取出し、成形体１８が肩部２６により支持された
部分の断面を調査した。その結果Ａｌ箔が巻付けられて
いない成形体を使用して形成された１０個のピストン粗
材のうちの３個の粗材に於ては肩部２６に最も近接する
部分に若干のポアが生じていることが認められたのに対
し、Ａｌ箔が巻付けられた成形体を使用して形成された
１０個全てのピストン粗材に於てはＳｉＣ粉末の間にア
ルミニウム合金が良好に浸透しており、ポアの如き含浸
不良は全く生じていないことが認められた。

【００１７】また図５に示されている如く、合せ目２２
が成形体１８の半径方向内側の内周面の内側に位置する
ようＡｌ箔２０が巻付けられた点を除き上述の場合と同
一の要領及び条件にてピストン粗材を１０個形成したと
ころ、それらの何れに於てもＳｉＣ粉末の間にアルミニ
ウム合金が良好に浸透しており、ポアの如き含浸不良は
全く生じていないことが確認された。

【００１８】実施例２ 　　平均粒径４０μｍ　のＡｌ粉末（昭和電工株式会社
製、ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ）と、平均粒径５μｍ　のＮｉ
粉末（ＩＮＣＯ社製タイプ１２３）と、平均粒径１５μ
ｍ　のＴｉ粉末（大阪チタニウム株式会社製）と、強化
材としての平均粒径１０μｍ　のＳｉＣ粉末（昭和電工
株式会社製）とを混合し、その混合粉末を圧縮成形装置
により面圧４ｔｏｎ／ｃｍ２　の圧力にて圧縮成形する
ことにより、体積率６５％のＡｌ粉末と体積率７％のＮ
ｉ粉末と体積率７％のＴｉ粉末と体積率３％のＳｉＣ粉
末とよりなり、外径９０ｍｍ、内径７５ｍｍ、高さ７ｍ
ｍの寸法を有するリング状の多孔質の強化材成形体を２
００個形成した。

【００１９】次いで上述の如く形成された成形体のうち
の２０個ずつの成形体を厚さ１０〜１００μｍ　（１０
μｍ　ごと）のＡｌ箔にて図３に示されている如く巻付
けた。

【００２０】次いで各成形体が約１２０℃に約３０分間
予熱され、マトリックス金属の溶湯として７８０℃の純
Ａｌ（純度９９．９％）の溶湯が使用された点を除き上
述の実施例１の場合と同一の要領及び条件にてピストン
粗材を２００個形成し、各粗材について実施例１の場合
と同一の要領にてポアが生じているか否かを調査し、Ａ
ｌ箔の厚さごとに粗材の不良率（粗材の総数２０に対す
るポアが生じた粗材の数の百分率）を求めた。その結果
を図６に示す。

【００２１】図６より、Ａｌ箔の厚さは１０〜８０μｍ
　、特に１０〜６０μｍ　であることが好ましいことが
解る。

【００２２】尚上述の実施例１及び２に於て、Ａｌ箔が
図７に示されている如く成形体の下面の中央部を覆わな
いよう成形体に巻付けられた場合及びＡｌ箔の代りにア
ルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ１Ａ）の箔が使用され
た場合にも、それぞれ実施例１及び２の結果と同様の結
果が得られた。

【００２３】実施例３ 　　平均粒径４０μｍ　のＡｌ粉末（昭和電工株式会社
製、ＪＩＳ規格ＡＣ７Ａ）と、平均粒径１　　５μｍ　
のＣｕ粉末（高純度化学研究所製）と、平均粒径２０μ
ｍ　のＴｉ粉末（大阪チタニウム株式会社製）と、強化
材としての平均粒径１０μｍ　のＳｉＣ粉末（昭和電工
株式会社製）とを１４：１：１：１の体積比にて混合し
、その混合粉末を圧縮成形装置により面圧４ｔｏｎ／ｃ
ｍ２　の圧力にて圧縮成形することにより、図８に示さ
れている如く、Ａｌ粉末３０とＣｕ粉末３２とＴｉ粉末
３４とＳｉＣ粉末３６とよりなり、４５×２５×１６ｍ
ｍの寸法を有し、Ａｌ粉末、Ｃｕ粉末、Ｔｉ粉末、Ｓｉ
Ｃ粉末の体積率がそれぞれ７０％、５％、５％、５％で
ある直方体状の多孔質の強化材成形体３８を２０個形成
した。

【００２４】次いで図９に示されている如く、上述の如
く形成された成形体のうちの１０個の成形体の実質的に
半分の部分を厚さ２０μｍ　のＡｌ箔４０にて巻付けた
。

【００２５】次いで図には示されていないがＡｌ箔が巻
付けられた成形体３８及びＡｌ箔が巻付けられていない
成形体を大気中にて約１００℃に約３０分間予熱し、し
かる後図１０及び図１１に示されている如く、これらの
成形体を順次鋳型４２内にその実質的に円錐形の突起４
４により実質的に点接触にて支持された状態にて配置し
、鋳型内に湯道４２ａを経て８００℃のアルミニウム合
金（ＪＩＳ規格ＡＣ８Ａ）の溶湯４６を注湯し、溶湯を
放置して加圧することなく凝固させた。尚図示の如く、
Ａｌ箔が巻付けられた成形体はＡｌ箔が巻付けられた部
分が上側になるよう鋳型内に配置された。

【００２６】次いでかくして得られた鋳物を鋳型より取
出し、各鋳物の元の成形体の上端部に対応する部分の断
面を調査した。その結果Ａｌ箔が巻付けられていない成
形体を使用して形成された１０個のピストン粗材のうち
の２個の粗材に於て元の成形体の上端部に対応する部分
に若干のポアが生じていることが認められたのに対し、
Ａｌ箔が巻付けられた成形体を使用して形成された１０
個全てのピストン粗材に於てはＳｉＣ粉末の間にアルミ
ニウム合金が良好に浸透しており、ポアの如き含浸不良
は全く生じていないことが認められた。

【００２７】尚上述の各実施例に於てもＡｌ箔が巻付け
られていない成形体が使用される場合にもポアが生じる
場合と生じない場合とがあるのは、注湯時に於けるマト
リックス金属の溶湯の湯流れ状態が微妙に相違すること
によるものと推測される。

【００２８】また上述の実施例１乃至３に於て、強化材
としてアルミナーシリカ短繊維（イソライト工業株式会
社製、平均繊維径３、平均繊維長１．５ｍｍ）が使用さ
れた場合、Ｎｉ粉末の代りにＣｕ短繊維（東京製綱株式
会社製、平均繊維径３μｍ　、平均繊維長１ｍｍ）が使
用された場合、マトリックス金属の溶湯として７３０℃
のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格ＡＣ１Ａ）の溶湯が使
用された場合にも、それぞれ対応する実施例の結果と同
様の結果が得られた。

【００２９】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
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。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、成形体が鋳型若しくは支持部材により支持
された状態にて鋳型内に配置され、成形体と鋳型等との
間に空間が形成されても、成形体と鋳型等との間の空間
より成形体内へ空気が流通することが金属箔及びこれが
溶融することによって形成される金属膜により効果的に
防止され、また成形体の溶湯に最後に接触する部位に於
ては成形体に接する大気より成形体内へ空気が流通する
ことが金属箔により効果的に防止されるので、成形体が
溶湯の熱によって加熱されることにより圧力低減物質が
反応すると成形体内の圧力が効果的に低減され、これに
よりマトリックス金属の溶湯が成形体内へ良好に浸透し
、またかくしてマトリックス金属の溶湯が成形体内へ良
好に浸透すると、成形体の鋳型若しくは支持部材により
支持される部位や成形体の溶湯に最後に接触する部位も
溶湯の熱によって良好に加熱され、これによりマトリッ
クス金属の溶湯は成形体のこれらの部位にも良好に浸透
し、ポアの発生が効果的に回避される。

【００３１】従って成形体が鋳型若しくは支持部材によ
り支持される部分や成形体の溶湯と最後に接触する部分
のマトリックス金属中にもポアを有しない良好な複合材
料を含む鋳物を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の一つの実施例に於ける多孔質の
強化材成形体を示す斜視図である。

【図２】Ａｌ箔にて覆われた後の強化材成形体を示す斜
視図である。

【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う拡大断面図であ
る。

【図４】図２及び図３に示された強化材成形体を用いて
鋳造が行われる状態を示す断面図である。

【図５】強化材成形体をＡｌ箔にて覆う他の一つの実施
例を示す図３と同様の拡大断面図である。

【図６】Ａｌ箔とピストン粗材の不良率との間の関係を
示すグラフである。

【図７】強化材成形体をＡｌ箔にて覆う更に他の一つの
実施例を示す図３と同様の拡大断面図である。

【図８】本発明の方法の他の一つの実施例に於ける多孔
質の強化材成形体を示す斜視図である。

【図９】上半分がＡｌ箔にて覆われた後の強化材成形体
を示す斜視図である。

【図１０】図８及び図９に示された強化材成形体を用い
て鋳造が行われる状態を示す断面図である。

【図１１】図１０の線ＸＩ−ＸＩに沿う断面図である。

【符号の説明】

１０…Ａｌ粉末 １２…Ｎｉ粉末 １４…Ｔｉ粉末 １６…ＳｉＣ粉末 １８…強化材成形体 ２０…Ａｌ箔 ２４…鋳型 ２６…肩部 ２８…アルミニウム合金の溶湯 ３０…Ａｌ粉末 ３２…Ｎｉ粉末 ３４…Ｔｉ粉末 ３６…ＳｉＣ粉末 ３８…強化材成形体 ４０…Ａｌ箔 ４４…鋳型 ４６…アルミニウム合金の溶湯

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリックス金属の溶湯により加熱される
   と反応して成形体内部の圧力を低減する物質を含む多孔
   質の強化材成形体を形成し、前記成形体を鋳型若しくは
   支持部材により支持された状態にて鋳型内に配置し、前
   記鋳型内にマトリックス金属の溶湯を導入し、前記溶湯
   を実質的に加圧することなく前記成形体中に浸透させる
   金属基複合材料を含む鋳物の製造方法にして、前記成形
   体の前記鋳型若しくは前記支持部材により支持される部
   位の表面を前記マトリックス金属と実質的に同一の組成
   又は類似の組成を有する金属箔にて覆うことを特徴とす
   る金属基複合材料を含む鋳物の製造方法。
2. 【請求項２】マトリックス金属の溶湯により加熱される
   と反応して成形体内部の圧力を低減する物質を含む多孔
   質の強化材成形体を形成し、前記成形体を鋳型若しくは
   支持部材により支持された状態にて鋳型内に配置し、前
   記鋳型内にマトリックス金属の溶湯を導入し、前記溶湯
   を実質的に加圧することなく前記成形体中に浸透させる
   金属基複合材料を含む鋳物の製造方法にして、前記成形
   体の前記溶湯に最後に接触する部位の表面を前記マトリ
   ックス金属と実質的に同一の組成又は類似の組成を有す
   る金属箔にて覆うことを特徴とする金属基複合材料を含
   む鋳物の製造方法。