JPH0517806A

JPH0517806A - 複合部材とその製造方法

Info

Publication number: JPH0517806A
Application number: JP30398491A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ishizuka; 哲石塚; Shinji Yamamoto; 真二山本; Nobuhiro Fujita; 伸弘藤田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、金属，金属間化合物，樹
脂，木材などの表面の特定部にセラミックス等の粒子を
侵入させた複合化層を有する部材と、その製造方法を提
供する。【構成】本発明は金属，金属間化合物，樹脂，木材な
どの特定の表面だけにセラミックス粒子３を侵入させた
複合化層を有する複合部材であり、さらに本発明は金
属，金属間化合物，樹脂，木材のいずれかの材料からな
る部材の特定部以外の表面に被覆膜を施しておき、所定
量のセラミックス粒子３内に、前記部材を埋込み、これ
をセラミックス粒子３の外側から加圧して、部材の特定
部表面のみにセラミックス粒子３を侵入させ、そこにセ
ラミックス粒子３との複合化層を形成する複合部材の製
造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属，金属間化合物，樹
脂，木材のいずれかの材料をマトリックスとして、セラ
ミックス等の粒子を特定表面に複合化してなる複合部材
とその製造方法に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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、これに機械的撹拌
を与えて複合材料（ＭＭＣ）とするコンポキャスト法が
ある。

【０００５】さらにＳｉＣやＣなどの粒子とＡｌ合金等
の粉末とを混合し、静水圧々縮や熱間押出し、または焼
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。

【０００６】また、ＳｉＣやＣなどの粒子とＡｌ合金等
の粉末を混合し、これに冷間や熱間で機械的撹拌を与え
て、合金粉末中にＳｉＣ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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、金属，金
属間化合物，樹脂，木材のいずれかの材料又は部品の外
表面の特定部にセラミックス等の粒子を侵入させてなる
複合化層を設けた部材を対象とするもので、前記コンポ
キャスト法や、粉末冶金法及びメカニカルアロイング法
で製造する複合材料は、従来から材料全体に粒子等が均
一に分散している状態の材料を対象としており、本発明
が対象とする部分複合化した材料を製造した例はない。
さらに粉末冶金法やメカニカルアロイング法に用いる合
金粉末は高価であり、完成品を得るまでの工程が多くか
かるとともに、製品形状が単純なものに限られてしまう
という問題点がある。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、前記問題点を解消するとともに、表層部の特定の部
分だけを複合化した複合部材と、その製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は金属，金属間化合物，樹脂，木材のいずれかの材料の
特定の表面だけにセラミックス粒子を侵入させた複合化
層を有する複合部材とすることにより、さらに本発明は
金属，金属間化合物，樹脂，木材のいずれかの材料から
なる部材の特定部以外の表面に被覆膜を施しておき、所
定温度にした加圧型内に収容した所定量のセラミックス
粒子内に、前記部材を埋込み、これをセラミックス粒子
の外側から加圧して、又はセラミックス粒子中に特定部
以外の表面に被覆膜を施した金属，金属間化合物，樹
脂，木材のいずれかの部材を埋込み、これを更にカプセ
ル内に密閉し、それの外側から加圧して部材の特定部表
面のみにセラミックス粒子を侵入させ、そこにセラミッ
クス粒子との複合化層を形成することにより、前記課題
を解消した。

【００１０】以下、本発明について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。本発明において対象とするセラミッ
クスとしては、たとえばＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃などのセラミックス粒子を用いる。

【００１１】また、マトリックスは金属，金属間化合
物，樹脂，木材のいずれかの材料を用いる。なお金属と
してはＡｌ合金，Ｍｇ合金及び其他慣用の金属や合金
を、金属間化合物としてはＡｌ₃Ｔｉなどを、樹脂材料
としては通常の部材に採用されている一般の樹脂類を、
木材としては、たとえば檜材などを用いる。

【００１２】まず、前記マトリックス製の部品、たとえ
ば金属部品について、複合化層を設ける特定部以外の表
面について被覆膜、たとえばクロムメッキを所定厚さに
施す。これには部品の特定部について慣用されているマ
スキングを施したあと、この部品をメッキ液中に浸漬し
てメッキ処理をすればよい。

【００１３】次に、図１に示すように０〜１２００℃の
温度にした加圧型１内の下パンチ２上に、前記セラミッ
クス粒子３を所定量収容する。この場合、セラミックス
粒子３も、後の加圧工程での前記部品表面への侵入を容
易にするため、予め０〜１２００℃の温度にしておく。
またセラミックス粒子は粒子径０．０１〜１００μｍの
ものを用いて複合材としての強度を確保する。

【００１４】次に、図２に示すように、加圧型１内のセ
ラミックス粒子３内に、前記部品４を所定の温度にして
埋込む。なお、この部品４は非メッキの特定部のみを予
熱するようにしてもよい。またセラミックス粒子中に前
記部品４を埋込んでおいて、両者を同時に加熱する。な
お、この部品４のメッキ層は必要があれば切削や酸によ
って適宜除去してもよい。

【００１５】次に、図３に示すように部品４を埋込んだ
金型１内のセラミックス粒子３の上方から、上パンチ５
により、１０〜１０，０００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力Ｐを
加え、部品４の表面にセラミックス粒子３を侵入させ
る。この場合、メッキが施されている非特定部について
は、メッキ層の介在によってセラミックス粒子３の侵入
が阻止され、特定部のみの表面に複合化層が形成され
る。なお、この処理は金型内のセラミックス粒子の量を
加減することによって前記部品の複数処理が可能であ
る。

【００１６】この処理は、部品の酸化を防止するため、
真空または不活性ガスの雰囲気でおこなってもよい。

【００１７】次に、他の方法として、まず、後に加圧を
受けるカプセル中にセラミックス粒子を充填し、次いで
複合化層を設ける特定部以外の表面にメッキ等の被覆膜
を施した前記部品をその内に埋込む。カプセルは内部を
減圧し、密封する。その後、このカプセルごと所定の温
度（０〜１２００℃）として、１０〜１０，０００ｋｇ
ｆ／ｃｍ²の静水圧（ＣＩＰやＨＩＰ）をカプセルの外
側から与えて部品表面に複合化層を形成する。以上の方
法はロッカーアーム、スプロケットギア、バルブリフタ
ー、ベーン等々、各種の部材について適用することがで
きる。

【００１８】

【実施例】

１）図４に示すようなＪＩＳＭＰ５製のロッカーア
ームについて、中央の貫通孔周辺及び端面の各特定部１
０，１１を残して、全表面について厚さ１ｍｍのクロム
メッキを施した。次に３００℃の温度に予熱した前記金
型１内に粒径１μｍのＳｉＣ粒子を所定量収容し、この
なかに約４００℃に予熱した前記ロッカーアームを埋込
んだ。次に前記上パンチ５によって１０００ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の圧力Ｐによって、この上方から加圧した。その結
果、ロッカーアームの前記特定部１０及び１１のみにＳ
ｉＣ粒子が侵入し、その部分に複合化層が形成された。

【００１９】２）図５に示すようなＪＩＳＡＣ８Ａ
製のスプロケットギヤについて、歯先部分と貫通孔との
各特定部１２，１３を除く他の全表面について厚さ１．
５ｍｍのニッケルメッキを施した。次に３００℃の温度
に予熱した前記金型１内に、約６００℃に加熱した粒径
５μｍのＡｌ₂Ｏ₃粒子を収容し、このなかに約４００
℃の温度に予熱した前記スプロケットギヤを埋込んだ。
次に、上パンチ５によって１０００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧
力Ｐによって、この上方から加圧した。その結果、スプ
ロケットギヤの歯先部分と中央の貫通孔周辺の各特定部
１２，１３のみに、Ａｌ₂Ｏ₃粒子が侵入し、これらの
部分に複合化層が形成された。

【００２０】３）図６に示すように、粒径１μｍのＳ
ｉＣ粒子２１中に、ＪＩＳ７４７５Ａｌ合金製ベーン
２２を埋込んだ。このベーン２２は下半部２２ａにＣｒ
メッキが施してある。そしてこれらを更にＪＩＳＳＰ
ＣＣ軟鋼製円筒２３内に封入し、１０^-3Ｔｏｒｒ．程度
に減圧後、密封する。この後、４５０℃に全体を加熱
し、１０００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で全体に３０分間、
静水圧（ＨＩＰ処理）を与えた。

【００２１】４）Ａｌ₃Ｔｉ金属間化合物を素材とし
て、熱間焼結法により板状の製品を製造した。この製品
は下半部にＺｎメッキが施してある。これをＪＩＳＳ
ＰＣＣ軟鋼製円筒中の１μｍのＡｌ₂Ｏ₃粒子中に埋没
させ、円筒は１０^-3Ｔｏｒｒ．程度に減圧後、密封す
る。この後ＨＩＰ装置により全体を約１２００℃に加熱
しつつ、約１０００ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で全体に約６
０分間静水圧を与えた。その結果非メッキ部のみＡｌ₂
Ｏ₃粒子が侵入した。

【００２２】５）ＪＩＳＡ１０５０製円筒内に平均
粒子径１μｍのＳｉＣ粒子を収容し、その粒子中にＰＰ
（ポリプロピレン）樹脂部材で、下半部にシリコンゴム
系接着剤を塗布してマスキング効果を持たせたものを埋
没させて、円筒内部を１０^-3Ｔｏｒｒ．程度に減圧後溶
接密閉した。その後ＣＩＰ装置により、全体を常温で約
１０００ｋｇｆ／ｃｍ²の静水圧を約６０分間加えた。
このことにより、接着剤の非塗布部のみＳｉＣ粒子が侵
入した。

【００２３】６）ＪＩＳＡ１０５０製円筒内に平均
粒子径１０μｍのＳｉＣ粒子を収容し、その粒子中に檜
部材で、下半部に塩化ビニール系接着剤を塗布してマス
キング効果を持たせたものを埋没させて、円筒内部を１
０^-3Ｔｏｒｒ．程度に減圧後溶接密閉した。その後ＣＩ
Ｐ装置により、全体を常温で約１０００ｋｇｆ／ｃｍ²
の静水圧を約６０分間加えた。このことにより、接着剤
の非塗布部のみＳｉＣ粒子が侵入した。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、金属，金属間化合物，
樹脂，木材などの部材の特定の表面にセラミックス粒子
との複合化層を形成してあるので複合化した部分におい
ては、マトリックス材料そのものよりも硬度、耐摩耗
性、耐熱性、引張強度、疲労強度、ヤング率等が優れた
ものがえられる。また方法自体も簡単であり、表面だけ
を部分的に複合化するのでセラミックス粒子の使用量も
少なくてすみ、したがって比較的にコストがかからない
処理方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る方法の実施要領の説明図である。

【図２】図１に続く工程の説明図である。

【図３】更に図２に続く工程の説明図である。

【図４】本発明に係る方法を適用するロッカーアームの
説明図である。

【図５】同じく本発明に係る方法を適用するスプロケッ
トギヤの説明図である。

【図６】本発明に係る他の方法についての実施要領の説
明図である。

【符号の説明】

１加圧型２下パンチ３セラミックス粒子４部品５上パンチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属，金属間化合物，樹脂，木材のいず
れかの材料の特定の表面だけにセラミックス粒子を侵入
させた複合化層を有する複合部材。
【請求項２】金属，金属間化合物，樹脂，木材のいず
れかの材料からなる部材の特定部以外の表面に被覆膜を
施しておき、所定温度にした加圧型内に収容した所定量
のセラミックス粒子内に、前記部材を埋込み、これをセ
ラミックス粒子の外側から加圧して、部材の特定部表面
のみにセラミックス粒子を侵入させ、そこにセラミック
ス粒子との複合化層を形成することを特徴とする複合部
材の製造方法。
【請求項３】セラミックス粒子中に、特定部以外の表
面に被覆膜を施した金属，金属間化合物，樹脂，木材の
いずれかの材料からなる部材を埋込み、更にこれらをカ
プセル内に密封して、全体を所定温にしつつ静水圧を加
えて、部材の特定部表面のみに複合化層を形成すること
を特徴とする複合部材の製造方法。