JPH05131264A - アルミニウム部分複合部材の製造方法 - Google Patents

アルミニウム部分複合部材の製造方法

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JPH05131264A
JPH05131264A JP32107391A JP32107391A JPH05131264A JP H05131264 A JPH05131264 A JP H05131264A JP 32107391 A JP32107391 A JP 32107391A JP 32107391 A JP32107391 A JP 32107391A JP H05131264 A JPH05131264 A JP H05131264A
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JP
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composite base
film layer
composite
metal
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JP32107391A
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English (en)
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Minoru Fukazawa
稔 深沢
Hiroshi Okuda
宏 奥田
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 SiCウイスカーをAl合金のマトリックス
中に分散複合化した複合母材の表面にAl箔を圧着した
のち熱処理を施して厚さ5〜20μm のAl薄膜層を形成
する。このAl薄膜層を形成した複合母材を鋳型の所定
箇所にセットし、Al合金の溶湯を注入して加圧鋳造に
より鋳包する。 【効果】 操作性の良好な工程により常に接合面が強固
に結合した強靭かつ一体構造の部分的複合部材を得るこ
とができる。したがって、例えばピストンヘッドを局部
的に複合強化する目的に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Al系金属部品の所定
部位をSiCウイスカーにより複合強化するアルミニウ
ム部分複合部材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】SiCウイスカーは熱的、化学的に頗る
安定であるうえ、卓越した強度特性を備えているため、
金属材料とくにAl、Mgなど軽金属材料の複合強化材
として有用されている。
【0003】このうち部分強化MMCの例としては、内
燃機関のピストン、ロッカーアーム、コンロッド等を軽
量のAl合金で構成し、過酷な熱衝撃または摺動を受け
る部位のみを局部的にSiCウイスカーで強化する複合
系が知られており、その複合化手段としてSiCウイス
カーのプリフォームを鋳型の所定箇所にセットしてAl
合金の溶湯を加圧しながら鋳造する方法が開発されてい
る(例えば特開昭55−24763 号公報、同55−24945 号公
報) 。ところが、SiCウイスカーのプリフォームは極
めて脆弱な短繊維の集合体であるため、加圧鋳造の段階
で往々にして変形、破壊等の現象を招く欠点がある。こ
のような背景から、プリフォームを強化するための研究
も盛んにおこなわれているが、十分に満足するものは得
られていない。
【0004】このほかに、予め鍛造等の手段によりSi
CウイスカーとAl系マトリックス金属とによる所定形
状の複合母材を形成しておき、これを鋳型の所定箇所に
セットしたのちAl系金属の溶湯を注入鋳包して部分的
複合部材を得る方法がある。しかしながら、この方法に
おいては複合母材を形成する過程あるいは鋳包時の予熱
段階等で表面が酸化され、この酸化膜が鋳包金属の溶湯
との濡れ性を著しく阻害して界面の接合強度を減退させ
る問題点がある。
【0005】この問題を解消する部分的強化複合技術の
1つとして、SiCウイスカーとAl合金粉末により予
め形成した焼結複合母材の表面にAl薄膜を形成し、こ
れを鋳型の強化部分相当箇所にセットしたのちAl合金
の溶湯で鋳包する方法(特願平2−114871号) が本出願
人によって開発されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の先行技
術における複合母材のAl薄膜形成工程に改良を加え、
SiCウイスカーで局部強化された高性能のアルミニウ
ム部分複合部材を効率よく得るための工業的製造方法の
提供を目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明によるアルミニウム部分複合部材の製造方法
は、SiCウイスカーをAl系マトリックス金属中に分
散複合化した複合母材の表面にAl系金属箔を圧着した
のち熱処理を施して厚さ5〜20μm のAl系薄膜層を形
成し、ついで該複合母材を鋳型の所定箇所にセットして
Al系金属の溶湯で鋳包することを構成上の特徴とす
る。
【0008】本発明の強化材となるSiCウイスカーに
は、直径 0.1〜5μm 、長さ10〜100 μm のアスペクト
性状を有する炭化珪素の針状単結晶が用いられる。ま
た、複合母材および鋳包材を構成するマトリックス金属
には、AlあるいはAl基合金のようなAl系の軽金属
が使用される。
【0009】本発明において強化部分を構成するための
複合母材は、SiCウイスカーをAl系マトリックス金
属中に分散複合化した材料である。該複合母材は、予め
形成されたSiCウイスカーのプリフォームを鋳型内に
セットし、これにAl系マトリックス金属の溶湯を高圧
含浸させて加圧下に凝固させる加圧鋳造法(溶湯鍛造
法)、またはSiCウイスカーとAl系マトリックス金
属粉末とを湿式混合し、この混合物を真空もしくは不活
性雰囲気中でホットプレス、HIP等を用いて焼結する
粉末冶金法等によって複合化した素材を、所定形状に沿
うように切削および/または塑性加工などを施して作製
される。
【0010】SiCウイスカーとAl系マトリックス金
属の混合比率は、複合母材に占めるSiCウイスカーの
Vfが10〜50%範囲の所望値になるように設定すること
が好ましい。強化材のVfが10%未満であると複合効果
が不十分となり、50%を越えると良好組織の複合母材が
得られなくなるうえ、コスト高になる。
【0011】ついで、複合母材面の汚れや酸化膜をブラ
ッシング、化学エッチング等の手段で除去したのち、そ
の表面にAl系薄膜層を形成する。このAl系薄膜層の
形成は、複合母材の表面にAl系金属箔を圧着したのち
熱処理を施すプロセスでおこなわれる。Al系金属箔と
してはAl含有率99%を越える純Al材により構成され
たものを用いることが好ましく、圧着手段には例えば熱
圧プレス、熱間圧延のような処理が適用される。圧着時
の温度は、 400℃以下に設定することが好ましい。圧着
処理後に施される熱処理は、圧着したAl箔と複合母材
とを相互拡散させて強固な結合界面を形成するためにな
される工程で、処理の温度は上限が大気中では400 ℃、
不活性ガスまたは真空中では複合母材の溶体化温度にな
る範囲内で設定することが望ましい。
【0012】形成するAl系薄膜層は最終的に5〜20μ
m の範囲になるように調整される。厚さが5μm 未満で
はAl箔の製造が困難となり、また20μm を越えると後
工程の鋳包段階で複合母材の表面にAl層が残存し、鋳
包するAl系金属との接合強度を減退させる原因とな
る。
【0013】Al系薄膜層を形成した複合母材は、鋳型
の強化部位に相当する所定箇所にセットしてAl系マト
リックス金属の溶湯を加圧鋳造法によって鋳包する。こ
の際の条件としては、複合母材をその固相線より−20〜
−100℃の温度に予熱し、Alマトリックス金属の溶湯
温度をその液相温度より50℃以上高くなるように制御す
ることが好適である。複合母材の予熱温度が固相線−20
℃を上廻ると材料変形を生じ、これが固相線−100 ℃未
満であったりマトリックス溶湯温度が液相温度+50℃を
下廻ると溶湯冷却が急速に進行して接合不良が発生す
る。また鋳造時の圧力は、10〜3000kg/cm2の範囲に設定
することが望ましい。この理由は、10kg/cm2未満の加圧
力では複合母材とマトリックス金属の界面接合力が不十
分となり、3000kg/cm2を越えると材料変形を起こすから
である。
【0014】上記の工程によって、特定した箇所にSi
Cウイスカー強化部位を備える一体良性状のアルミニウ
ム部分複合部材が効率よく製造される。
【0015】
【作用】本発明の製造工程によれば、Al系薄膜層がA
l系金属箔の圧着と熱処理により形成されるから、例え
ばイオンプレーティング、真空蒸着などの被覆手段に比
べて操作が簡単になり、界面の結合も確実なものにな
る。このAl系薄膜層は、溶湯鋳包までの段階で複合母
材面が酸化される現象を防止するためのバリヤー層とな
り、同時に鋳包金属との界面濡れ性を改善する媒介層と
して機能する。鋳包時には、Al系薄膜層の大部分がマ
トリックス溶湯中に分散し、合金元素の拡散によりマト
リックスと同質の成分に転化する。
【0016】上記の機構を介して所定部位に複合強化組
織を有し、かつ複合母材とマトリックス単味部分の界面
が強固に接合した一体構造の部分的複合部材を効率よく
製造することが可能となる。
【0017】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0018】実施例1 平均直径 0.5μm 、平均長さ20μm のSiCウイスカー
〔東海カーボン(株)製、“トーカウイスカーTWS-100
”〕と粒度 325メッシュ以下のAl合金(AC8A)
粉末をエタノール中で撹拌混合し、濾過、乾燥してSi
Cウイスカーの体積含有率(Vf)が20%の均質混合粉を得
た。この混合粉をホットプレスにより温度520 ℃、圧力
1500kg/cm2の条件で処理して直径80mm、長さ80mmの円柱
状の焼結体を作成し、さらに焼結体を400 ℃の温度でダ
イスから押出加工して幅20mm、厚さ10mm、長さ1800mmの
複合母材を成形した。
【0019】複合母材を200mm の長さに切断し、その上
下面をブラッシングしたのち厚さ0.01mmの純Al箔で挟
んだ状態でローラーにより熱間圧延(温度400 ℃) し
た。引き続き、アルゴンガス中で480 ℃の温度に1時間
保持して熱処理を施した。このようにして形成されたA
l薄膜層の厚さは約9μm で、複合母材面に強固に結合
していることが認められた。
【0020】Al薄膜層を形成した複合母材をアルゴン
中で500 ℃に予熱して幅30mm、長さ250mm の角型モール
ドの中央部にセットし、700 ℃の温度に保持されたマト
リックスAl合金(AC8A)の溶湯を注入しプランジ
ャーにより100 kg/cm2の圧力を適用しながら加圧鋳造し
た。得られた材料は幅30mm、厚さ20mm、長さ250mm の中
心部分の位置にSiCウイスカーが介在する部分複合構
造を呈するものであった。
【0021】このアルミニウム部分複合部材のT6 処理
後における引張り強さは42kg/mm2、耐力(0.2%)は38kg/m
m2であった。この特性はマトリックスAl合金(AC8
A)のみによる加圧鋳造材の引張り強さ35kg/mm2、耐力
(0.2%)32kg/mm2に比べ大幅な改善効果を示すものであっ
た。
【0022】実施例2 実施例1と同一の条件で直径80mm、厚さ20mmの円盤状焼
結体からなる複合母材を作成し、その一端面を清浄処理
したのち厚さの異なる純Al箔を被せて温度300 ℃、圧
力100kg/cm2 の条件で熱圧プレスして圧着させた。つい
で、アルゴンガス中で480 ℃の温度に1時間保持して熱
処理をおこなった。
【0023】上記の各複合母材をAl薄膜層を上面にし
て直径80mmのモールドにセットし、700 ℃のマトリック
スAl合金(AC8A)溶湯を注入して50kg/cm2の圧力
下に加圧鋳造した。得られた部分複合材は、中心部で複
合母材とマトリックスAl合金が接合した構造のもので
あった。これら材料の接合強度を調査するため、接合面
と垂直方向に長さ40mmの丸棒試験片を切り出し、T6
理後の引張り強さを測定した。その結果をAl薄膜層の
厚さと引張り強さとの関係グラフとして図1に示した。
図1からAl薄膜層の厚さが5〜20μm の範囲では良好
な引張り強さを示すが、20μm を越える厚さになると急
激に低下する。また、引張り強さ測定時の破断箇所はA
l薄膜層厚さが5〜20μm ではマトリックス金属部分で
あるのに対し、Al薄膜層厚さが20μm を越える場合に
は接合部で破断しており、この結果からもAl薄膜層の
厚さは5〜20μm の範囲において強固な接合界面が得ら
れることが判明する。
【0024】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば複合母材
面にAl系金属箔を圧着し熱処理を施す良操作性の工程
を適用することにより、常にマトリックス材との間に強
固な接合を形成することが可能となる。したがって、比
較的簡易な製造工程により強靭かつ一体構造のアルミニ
ウム部分複合部材を得ることができるから、例えばピス
トンヘッドのような過酷な熱衝撃、摩擦等を受ける部位
を局部的に複合強化する目的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2によるAl薄膜層の厚さと引張り強さ
との関係グラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 SiCウイスカーをAl系マトリックス
    金属中に分散複合化した複合母材の表面にAl系金属箔
    を圧着したのち熱処理を施して厚さ5〜20μm のAl系
    薄膜層を形成し、ついで該複合母材を鋳型の所定箇所に
    セットしてAl系金属の溶湯で鋳包することを特徴とす
    るアルミニウム部分複合部材の製造方法。
JP32107391A 1991-11-08 1991-11-08 アルミニウム部分複合部材の製造方法 Pending JPH05131264A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008080385A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Nippon Piston Ring Co Ltd 鋳包み用鋳鉄部材並びにその鋳包み用鋳鉄部材の製造方法及びその鋳包み用鋳鉄部材製品

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008080385A (ja) * 2006-09-28 2008-04-10 Nippon Piston Ring Co Ltd 鋳包み用鋳鉄部材並びにその鋳包み用鋳鉄部材の製造方法及びその鋳包み用鋳鉄部材製品

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