JPH0428471A - ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 - Google Patents
ベーンポンプのベーン材料とその製造方法Info
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
- F01C21/08—Rotary pistons
- F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (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】
ａ、 産業上の利用分野
本発明はベーンポンプ等のベーン材料に用いるセラミッ
クスの粒子分散複合材料（ＭＭＣ）とその製造方法に関
する。
クスの粒子分散複合材料（ＭＭＣ）とその製造方法に関
する。
ｂ、 従来の技術
複合材料に関し、次のような従来技術が知られている。
たとえば、ＳｉＣやＣなどの繊維やウィスカーでプリフ
ォームを製作し、これを金型内にセットしたあと、Ａｌ
合金などの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させ
ることで複合材料（ＦＲＭ） とする方法である。
ォームを製作し、これを金型内にセットしたあと、Ａｌ
合金などの溶湯を注いで、プリフォームに加圧含浸させ
ることで複合材料（ＦＲＭ） とする方法である。
また、ＳｉＣやＣなどの粒子を、完全溶融または部分溶
融の溶湯に添加し、機械的攪拌を与えて複合材料（ＭＭ
Ｃ）とするコンポキャスト法がある。この方法で製造し
た複合材料の組織の顕微鏡写真を第５図に示す。
融の溶湯に添加し、機械的攪拌を与えて複合材料（ＭＭ
Ｃ）とするコンポキャスト法がある。この方法で製造し
た複合材料の組織の顕微鏡写真を第５図に示す。
さらにＳｉＣやＣなどの粒子とＡ２合金等の粉末とを混
合し、静水圧々縮や熱間押し出し、また焼結等によって
複合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこなわ
れている。
合し、静水圧々縮や熱間押し出し、また焼結等によって
複合材料を製造する方法（粉末冶金法）が広くおこなわ
れている。
また、ＳｉＣやＣなどの粒子とＡｌ合金等の粉末を混合
し、これに熱間で機械的攪拌を与えて、合金粉末中にＳ
ｉＣやＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材料とする
方法（メカニカルアロイング法）がある。
し、これに熱間で機械的攪拌を与えて、合金粉末中にＳ
ｉＣやＣなどの粒子を練込み、粒子分散複合材料とする
方法（メカニカルアロイング法）がある。
Ｃ６発明が解決しようとするＲ題
ＳｉＣやＣなどの繊維やウィスカーは高価であり、また
、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手間
がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。
、これらを用いておこなうプリフォームの製作には手間
がかかり、製品コストが高くなるという欠点がある。
また、前記コンポキャスト法においては溶湯に添加する
ｔ’Ｍ ？−に濡れ性の良いものを用いても、むらなく
均一に分散さセるためには、溶湯に対する添加割合は２
０ｗｔ％が上限であり、これ以上の添加は困難である。
ｔ’Ｍ ？−に濡れ性の良いものを用いても、むらなく
均一に分散さセるためには、溶湯に対する添加割合は２
０ｗｔ％が上限であり、これ以上の添加は困難である。
第５図はＳｉＣが１５ｗｔ％の場合の金属組織であるが
、黒いＳｉＣ粒子の分散状態が必ずしも均一とは言えな
い。
、黒いＳｉＣ粒子の分散状態が必ずしも均一とは言えな
い。
さらに粉末冶金に用いる合金粉末は製造が難しく、その
ため高価であり、また複合材料として完成するまでの工
程が多くかかるという欠点がある。
ため高価であり、また複合材料として完成するまでの工
程が多くかかるという欠点がある。
そして押出しの方法で製造するため単純形状に限られて
しまうという問題がある。
しまうという問題がある。
また、メカニカルアロイング法に用いる合金粉末は前述
のように高価であり、７混合割合も５０ｗｔ％程度が限
度であり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末
冶金と同様な問題点がある。
のように高価であり、７混合割合も５０ｗｔ％程度が限
度であり、製品製造には押出し工程が必要で、前記粉末
冶金と同様な問題点がある。
一方、従来の−・−ンボンブにおいては、ローターに嵌
設されて滑動するベーンに鋳鉄材料（Ｆｅ１２゜Ｆｅ１
２など）を使用しているため、このベーンとともに回転
する＾１合金製のローターとの間で、熱伝導率が異なり
、したがって放熱上好ましくなく、使用条件が過酷にな
るほどマツチングが悪くなるという問題点があった。ま
た、従来のＪＩＳ ＡＣ８ＡやＪＩＳ ＡＣ９Ａなどの
ＡＡ金合金は摩耗してしまい、鋳鉄材料との代替はでき
なかった。
設されて滑動するベーンに鋳鉄材料（Ｆｅ１２゜Ｆｅ１
２など）を使用しているため、このベーンとともに回転
する＾１合金製のローターとの間で、熱伝導率が異なり
、したがって放熱上好ましくなく、使用条件が過酷にな
るほどマツチングが悪くなるという問題点があった。ま
た、従来のＪＩＳ ＡＣ８ＡやＪＩＳ ＡＣ９Ａなどの
ＡＡ金合金は摩耗してしまい、鋳鉄材料との代替はでき
なかった。
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記問題点
を解消してなるベーンポンプのベーンに適した粒子分散
複合材料とその製造方法を提供することを目的とする。
を解消してなるベーンポンプのベーンに適した粒子分散
複合材料とその製造方法を提供することを目的とする。
ｄ、 課題を解決するための手段
前記目的に添い、本発明は、ＡＮ合金またはＭｇ合金中
ｔこ粒子径０．０１〜３０ｐνのセラミックス粒子力３
０〜９０ｗ ｔ％の複合化率で分散されているベーンポ
ンプのベーン材料とすることによって前記課題を解消し
た。
ｔこ粒子径０．０１〜３０ｐνのセラミックス粒子力３
０〜９０ｗ ｔ％の複合化率で分散されているベーンポ
ンプのベーン材料とすることによって前記課題を解消し
た。
さらにまた、粒子径０．旧〜３０μ皺のセラミック粒子
を加熱して乾燥予熱拶、型内でｏ、ｌ〜Ｉ００ｋｇｆ／
ｉの圧力で成形して予成形体を得たあと、この予成形体
に対し、セラミックス粒子が３０〜・９０ｗｔ％の複合
化率となるようにＡＡ金合金たはＭｇ合金の溶湯を注い
で１００１００−ｌ００００／ｄの圧力で加圧鋳造し、
この鋳造物の複合部のみを採取してベーンポンプのベー
ン材料とすることによって、前記課題を解消した。
を加熱して乾燥予熱拶、型内でｏ、ｌ〜Ｉ００ｋｇｆ／
ｉの圧力で成形して予成形体を得たあと、この予成形体
に対し、セラミックス粒子が３０〜・９０ｗｔ％の複合
化率となるようにＡＡ金合金たはＭｇ合金の溶湯を注い
で１００１００−ｌ００００／ｄの圧力で加圧鋳造し、
この鋳造物の複合部のみを採取してベーンポンプのベー
ン材料とすることによって、前記課題を解消した。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
本発明においては複合用の添加材としてＳｉＣ，Ｃ。
Ａ Ｉ！ ｚＯｓ、 ５ｒｓＮａ、丁＋Ｃ＋ ｈｃ、
Ｚｒｏｖ等のセラミックス粒子であって、粒子径がｏ、
ｏｉ〜３０ ｐ ｍの範囲のものを用いる。この範囲外
のものでは好ましい改善かえられない。特Ｇこ３ｏｌＩ
−を超えると強度が改善されず、また０、０１未満のセ
ラミック粒子は製造がむづかしく、高価になる。
Ｚｒｏｖ等のセラミックス粒子であって、粒子径がｏ、
ｏｉ〜３０ ｐ ｍの範囲のものを用いる。この範囲外
のものでは好ましい改善かえられない。特Ｇこ３ｏｌＩ
−を超えると強度が改善されず、また０、０１未満のセ
ラミック粒子は製造がむづかしく、高価になる。
まず最初に、水分の除去と、添加する溶湯の含浸（後述
）を良好にするため、このセラミックス粒子たとえばＳ
ｉＣを、３００°Ｃ〜１０００°Ｃの温度範囲、たとえ
ば８００″Ｃで加熱する。ＡＡ金合金溶湯は７５０°Ｃ
前後であり、したがってＡｌ１．とＳｉＣ中の遊離Ｃと
の反応があまりなく、かつ凝固が速かにゆくように上限
は１０００”Ｃがよく、また溶湯が凝固せずにＳｉＣの
底部まで浸入できるように下限は３００”Ｃ以上が好ま
しい。
）を良好にするため、このセラミックス粒子たとえばＳ
ｉＣを、３００°Ｃ〜１０００°Ｃの温度範囲、たとえ
ば８００″Ｃで加熱する。ＡＡ金合金溶湯は７５０°Ｃ
前後であり、したがってＡｌ１．とＳｉＣ中の遊離Ｃと
の反応があまりなく、かつ凝固が速かにゆくように上限
は１０００”Ｃがよく、また溶湯が凝固せずにＳｉＣの
底部まで浸入できるように下限は３００”Ｃ以上が好ま
しい。
次に、第１図（ａ）に示すように、前記セラミックス粒
子１を、約３００℃に加熱しである金型２に収容する。
子１を、約３００℃に加熱しである金型２に収容する。
これを０．１〜ｔｏｏ ｋｇｆ／ｃｉｉの圧力で、上ハ
ンチ３と下バンチ４との間で加圧し、第１図（１））に
示すようにセラミックス粒子の予成形体１ａを得る。
ンチ３と下バンチ４との間で加圧し、第１図（１））に
示すようにセラミックス粒子の予成形体１ａを得る。
ここで前記加圧力（第１段の加圧力Ｐ＋とする）が０．
１ｋｇｆ／ｃｆ未満の場合は、予成形体としての固体の
維持が充分ではなく、また、１００ｋｇｆ／ｃｄを越え
て加圧すると後工程での溶湯の浸透が悪くなる。
１ｋｇｆ／ｃｆ未満の場合は、予成形体としての固体の
維持が充分ではなく、また、１００ｋｇｆ／ｃｄを越え
て加圧すると後工程での溶湯の浸透が悪くなる。
次に第１図（ｃ） （ｄ）に示すように別途溶解したＡ
ｌ合金あるいはＭｇ合金の溶湯、たとえばＪＩＳ ＡＣ
８Ａ＾１合金を７５０℃で加熱溶解した溶湯５を、この
金型２内の予成形体ｌａ上に注湯し、速かに再びパンチ
３によって１００〜１００１００Ｏ０／ｃｊの圧力（第
２段の加圧力Ｐｔとする）で溶湯５の上から加圧する。
ｌ合金あるいはＭｇ合金の溶湯、たとえばＪＩＳ ＡＣ
８Ａ＾１合金を７５０℃で加熱溶解した溶湯５を、この
金型２内の予成形体ｌａ上に注湯し、速かに再びパンチ
３によって１００〜１００１００Ｏ０／ｃｊの圧力（第
２段の加圧力Ｐｔとする）で溶湯５の上から加圧する。
これによって溶湯５が予成形体１ａの隙間に充分に浸透
する。
する。
なお、第２段の前記加圧力Ｐ８が１００ｋｇｆ／ｄ未満
では予成形体ｌａ内に溶湯が充分に浸透せず、また１０
０００ ｋｇｆ／ｃｊを越えると、金型の隙間から溶湯
が抜けたり、金型が破損する。
では予成形体ｌａ内に溶湯が充分に浸透せず、また１０
０００ ｋｇｆ／ｃｊを越えると、金型の隙間から溶湯
が抜けたり、金型が破損する。
ここで前記第１段の加圧力Ｐ１は第２段の加圧力Ｐ２と
はＰ、≦Ｐ、の関係にあってもよい。
はＰ、≦Ｐ、の関係にあってもよい。
以上の処理によって第２図（ａ）に示すような材料ｌＯ
が得られる。この材料１０はセラミックス粒子にＡＩ１
合金がマトリックスとなっている下半部のｌ’ｌＰＩｃ
（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）１
０ａと、浸透せずに上部に残ったＡｌ合金１０ｂのみか
らなる上半部とからなっている。
が得られる。この材料１０はセラミックス粒子にＡＩ１
合金がマトリックスとなっている下半部のｌ’ｌＰＩｃ
（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）１
０ａと、浸透せずに上部に残ったＡｌ合金１０ｂのみか
らなる上半部とからなっている。
よって下半部のＭＭＣｌｏａの部分を削り取って、第２
図［有］）のように平板状のＭＭＣ２０として、これを
ベーン材料として用いればよい。
図［有］）のように平板状のＭＭＣ２０として、これを
ベーン材料として用いればよい。
なお、セラミック粒子の複合化率が３０％未満の場合は
、本発明の方法によらずとも実施可能であるとともに、
狙っているベーン材料としての品質が充分えられない、
また９０％を越えると均一な組織かえられなかったり、
マトリックス合金の量が足りなくて靭性が劣ったりして
、かえって一部の品質が劣化する。
、本発明の方法によらずとも実施可能であるとともに、
狙っているベーン材料としての品質が充分えられない、
また９０％を越えると均一な組織かえられなかったり、
マトリックス合金の量が足りなくて靭性が劣ったりして
、かえって一部の品質が劣化する。
第３図は本発明の前記方法で製造したＭＭＣ部分の４０
０倍に拡大した顕微鏡写真、第４図は同材料を更に１０
００倍に拡大した顕微鏡写真で８０ｗｔ％ＳｉＣのもの
を示す０図中において白地のＡｌ合金に黒いＳｉＣ粒子
群が均一に分散していることが判る。
０倍に拡大した顕微鏡写真、第４図は同材料を更に１０
００倍に拡大した顕微鏡写真で８０ｗｔ％ＳｉＣのもの
を示す０図中において白地のＡｌ合金に黒いＳｉＣ粒子
群が均一に分散していることが判る。
以上の方法によって、ＳｉＣ粒子を３０〜９０−１％の
高率でマトリックス合金中に複合化できる。そして硬度
、耐耗性、耐熱性、ヤング率、引張り強度、疲労強度等
に優れ、伸びや熱膨張率の小さいベーン用に適したＳｉ
Ｃ粒子分散のＡｊ！合金の複合材料が得られた。
高率でマトリックス合金中に複合化できる。そして硬度
、耐耗性、耐熱性、ヤング率、引張り強度、疲労強度等
に優れ、伸びや熱膨張率の小さいベーン用に適したＳｉ
Ｃ粒子分散のＡｊ！合金の複合材料が得られた。
次に他の実施例について述べる。まず、粒子径０、Ｏ１
〜３０μ―の範囲のＡ １． ｇｏｓ粒子を用い、これ
を８００℃で加熱して、それに含まれている水分除去と
後工程のための予熱をおこなう。
〜３０μ―の範囲のＡ １． ｇｏｓ粒子を用い、これ
を８００℃で加熱して、それに含まれている水分除去と
後工程のための予熱をおこなう。
次に、これを第１図に示したような金型に収容して１０
０ｋｇｆ／ｃｊの圧力を加えて予成形体を得た。
０ｋｇｆ／ｃｊの圧力を加えて予成形体を得た。
別途にＪＩＳ’ ＡＣ４Ｃ合金を溶解し、この溶湯をこ
のＡ ｊ！ 、０．の予成形体上に注ぎ、パンチによっ
て１００１００Ｏ／ｄの圧力によって加圧した。
のＡ ｊ！ 、０．の予成形体上に注ぎ、パンチによっ
て１００１００Ｏ／ｄの圧力によって加圧した。
この結果、八１８０８の複合率が８０％のベーン材料が
得られた。
得られた。
ｅ、 発明の効果
本発明の方法によれば、従来の方法に比較してより単純
な工程で、かつ鋳造法によって製造するため製品コスト
を従来の方法に比較して非常に低くすることができる。
な工程で、かつ鋳造法によって製造するため製品コスト
を従来の方法に比較して非常に低くすることができる。
また、複合材料としてはセラミックス粒子の複合化率が
３０〜９０ｗｔ％と非常に高いものかえられる。
３０〜９０ｗｔ％と非常に高いものかえられる。
したがって硬度、耐摩耗性、耐熱性の優れたものかえら
れ、また伸びが小さく、ヤング率や引張り強度、疲労強
度の改善されたものが製造できる。
れ、また伸びが小さく、ヤング率や引張り強度、疲労強
度の改善されたものが製造できる。
特にベーンポンプのローターと同材質のベーンが提供で
き、したがって熱伝導率がほぼ同じことから前記性質に
加え、放熱性の良好なベーンポンプの提供が可能となっ
た。
き、したがって熱伝導率がほぼ同じことから前記性質に
加え、放熱性の良好なベーンポンプの提供が可能となっ
た。
第１図（ａ）〜（ロ）は本発明に係る材料の製造要領の
説明図、第２図（ａ）は製造直後の材料の斜視図、同図
（ロ）は複合部分のみを切り取って平板状としベーン用
とした材料の斜視図、第３図及び第４図は同材料の金属
組織を示す顕微鏡写真で、第３図は４００倍に、第４図
は１０００倍にそれぞれ拡大したもの、第５図は従来の
材料を４００倍に拡大した金属組織の顕微鏡写真を示す
。 １・・・セラミックス粒子、２・・・金型、５・・・溶
湯、 １０・・・製造された材料。 第１ 第２ 図 図 （ｂ）
説明図、第２図（ａ）は製造直後の材料の斜視図、同図
（ロ）は複合部分のみを切り取って平板状としベーン用
とした材料の斜視図、第３図及び第４図は同材料の金属
組織を示す顕微鏡写真で、第３図は４００倍に、第４図
は１０００倍にそれぞれ拡大したもの、第５図は従来の
材料を４００倍に拡大した金属組織の顕微鏡写真を示す
。 １・・・セラミックス粒子、２・・・金型、５・・・溶
湯、 １０・・・製造された材料。 第１ 第２ 図 図 （ｂ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）Ａｌ合金またはＭｇ合金中に、粒子径０．０１〜３
０μｍのセラミックス粒子が３０〜９０ｗｔ％の複合化
率で分散されていることを特徴とするベーンポンプのベ
ーン材料。 ２）粒子径０．０１〜３０μｍのセラミック粒子を加熱
して乾燥予熱後、型内で０．１〜１００ｋｇｆ／ｃｍ＾
２の圧力で成形して予成形体を得たあと、この予成形体
に対し、セラミックス粒子が３０〜９０ｗｔ％の複合化
率となるようにＡｌ合金またはＭｇ合金の溶湯を注いで
１００〜１００００ｋｇｆ／ｃｍ＾２の圧力で加圧鋳造
し、この鋳造物の複合部のみを採取してベーンポンプの
ベーン材料とすることを特徴とするベーン材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131925A JP2921030B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2131925A JP2921030B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0428471A true JPH0428471A (ja) | 1992-01-31 |
| JP2921030B2 JP2921030B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=15069411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2131925A Expired - Lifetime JP2921030B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | ベーンポンプのベーン材料とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2921030B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0588439A1 (en) * | 1992-09-17 | 1994-03-23 | Mifa Aluminium B.V. | A method of manufacturing objects based on aluminium |
| US6126711A (en) * | 1998-05-29 | 2000-10-03 | Toyo Aluminium Kabushiki Kaisha | Raw material for powder metallurgy and manufacturing method thereof |
| JP2006299304A (ja) * | 2005-04-15 | 2006-11-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム基複合材料 |
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- 1990-05-22 JP JP2131925A patent/JP2921030B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2921030B2 (ja) | 1999-07-19 |
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