JPH0533080A - 部分的複合部材の製造方法 - Google Patents
部分的複合部材の製造方法Info
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- JPH0533080A JPH0533080A JP21282691A JP21282691A JPH0533080A JP H0533080 A JPH0533080 A JP H0533080A JP 21282691 A JP21282691 A JP 21282691A JP 21282691 A JP21282691 A JP 21282691A JP H0533080 A JPH0533080 A JP H0533080A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 ＳｉＣウイスカーのような短繊維強化材をＡ
ｌ系マトリックス金属中に分散複合した複合母材にショ
ットピーニング処理を施して表面組織に歪みを付与した
のち、接合面を機械研磨処理して表面に付着する酸化成
分を除去する。ついで、処理後の複合母材を鋳型の所定
箇所にセットし、重力鋳造法によりＡｌ系金属の溶湯を
鋳包する。 【効果】 単純な重力鋳造法による鋳包手段で、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。
ｌ系マトリックス金属中に分散複合した複合母材にショ
ットピーニング処理を施して表面組織に歪みを付与した
のち、接合面を機械研磨処理して表面に付着する酸化成
分を除去する。ついで、処理後の複合母材を鋳型の所定
箇所にセットし、重力鋳造法によりＡｌ系金属の溶湯を
鋳包する。 【効果】 単純な重力鋳造法による鋳包手段で、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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ系金属部品の所定
部位を短繊維質の強化材で複合強化する部分的複合部材
の製造方法に関する。
部位を短繊維質の強化材で複合強化する部分的複合部材
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＳｉＣ、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 等のセ
ラミックス系物質で構成されるウイスカーおよび短繊維
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。
ラミックス系物質で構成されるウイスカーおよび短繊維
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ＦＲＭ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。
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】上記の点に関しては、予め短繊維強化材と
マトリックス金属とによる所定形状の複合母材を鍛造等
の手段によって形成しておき、これを鋳型の所定箇所に
セットしたのち鋳包金属の溶湯を注入する部分強化ＦＲ
Ｍ化法が有効な対応手段となる。しかしながら、この場
合に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
結果を招く。
マトリックス金属とによる所定形状の複合母材を鍛造等
の手段によって形成しておき、これを鋳型の所定箇所に
セットしたのち鋳包金属の溶湯を注入する部分強化ＦＲ
Ｍ化法が有効な対応手段となる。しかしながら、この場
合に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
結果を招く。
【０００５】これらの問題を解消する部分的強化複合手
段として、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貴金属系物質やＡｌ薄膜
を付着形成させ、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１−
293367号、同平２−114871号) 、複合母材の表面をプラ
ズマ処理して酸化膜を除去したのちＡｌ溶湯の鋳包によ
り部分複合強化する方法（特願平２−29899 号)、複合
母材の接合面を酸化成分が除去され且つ露出面が粗面化
する状態に機械研磨処理したのちＡｌ溶湯の鋳包により
部分複合強化するか、予め接合面にマトリックス金属単
独の薄層を形成した複合母材を鋳型内にセットしてＡｌ
系溶湯を鋳包する部分複合強化法（特願平２−211867
号) 等が本出願人により提案されている。
段として、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貴金属系物質やＡｌ薄膜
を付着形成させ、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１−
293367号、同平２−114871号) 、複合母材の表面をプラ
ズマ処理して酸化膜を除去したのちＡｌ溶湯の鋳包によ
り部分複合強化する方法（特願平２−29899 号)、複合
母材の接合面を酸化成分が除去され且つ露出面が粗面化
する状態に機械研磨処理したのちＡｌ溶湯の鋳包により
部分複合強化するか、予め接合面にマトリックス金属単
独の薄層を形成した複合母材を鋳型内にセットしてＡｌ
系溶湯を鋳包する部分複合強化法（特願平２−211867
号) 等が本出願人により提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これら先願技術のう
ち、複合母材面に形成付着した酸化膜を除去した状態で
鋳包する方法を採る場合には、10kg/cm2を越える高圧を
加えながら鋳包する加圧鋳造法を適用しない限り正常な
部分的複合組織を得ることができない。したがって、マ
トリックス金属溶湯の重力のみで鋳包する単純な重力鋳
造法を適用することができなくなり、コスト高となる難
点がある。酸化膜除去後の複合母材面に予めＡｌ薄膜を
形成する工程を付加すれば、接合面の濡れ性が改善さ
れ、重力鋳造法によっても鋳包処理が可能となる。しか
し、Ａｌ薄膜の形成は工程的に煩雑となる関係で、工業
的な処理工程としては能率面に問題が残る。
ち、複合母材面に形成付着した酸化膜を除去した状態で
鋳包する方法を採る場合には、10kg/cm2を越える高圧を
加えながら鋳包する加圧鋳造法を適用しない限り正常な
部分的複合組織を得ることができない。したがって、マ
トリックス金属溶湯の重力のみで鋳包する単純な重力鋳
造法を適用することができなくなり、コスト高となる難
点がある。酸化膜除去後の複合母材面に予めＡｌ薄膜を
形成する工程を付加すれば、接合面の濡れ性が改善さ
れ、重力鋳造法によっても鋳包処理が可能となる。しか
し、Ａｌ薄膜の形成は工程的に煩雑となる関係で、工業
的な処理工程としては能率面に問題が残る。
【０００７】本発明者は、複合母材の冷間加工を施して
から表面酸化膜を除去すると、そのままの状態で重力鋳
造法によるマトリックス金属の鋳包が可能となることを
実証して本発明の開発に至ったものである。したがっ
て、本発明の目的は、複合母材に単純な表面処理工程を
施すことによって強靭かつ一体構造の部分的複合部材を
効率よく製造する方法を提供することにある。
から表面酸化膜を除去すると、そのままの状態で重力鋳
造法によるマトリックス金属の鋳包が可能となることを
実証して本発明の開発に至ったものである。したがっ
て、本発明の目的は、複合母材に単純な表面処理工程を
施すことによって強靭かつ一体構造の部分的複合部材を
効率よく製造する方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による部分的複合部材の製造方法は、短繊維
質強化材をＡｌ系マトリックス金属中に分散複合化した
複合母材に冷間加工を施して表面組織に歪みを付与した
のち、接合面を機械研磨処理して酸化成分を除去し、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。
めの本発明による部分的複合部材の製造方法は、短繊維
質強化材をＡｌ系マトリックス金属中に分散複合化した
複合母材に冷間加工を施して表面組織に歪みを付与した
のち、接合面を機械研磨処理して酸化成分を除去し、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。
【０００９】本発明に用いられる好適な短繊維質強化材
としては、例えばＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｋ
2 Ｏ・ｎＴｉＯ2 、ＴｉＢ2 などのセラミックス系ウイ
スカーまたはチョップド短繊維を挙げることができる
が、通常、ＦＲＭ用として用いられる短繊維物質の強化
材であれば特に制約なく使用することができる。また、
複合母材および鋳包材となるマトリックス金属には、Ａ
ｌあるいはＡｌ基合金のようなＡｌ系の軽金属が使用さ
れる。
としては、例えばＳｉ3 Ｎ4 、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｋ
2 Ｏ・ｎＴｉＯ2 、ＴｉＢ2 などのセラミックス系ウイ
スカーまたはチョップド短繊維を挙げることができる
が、通常、ＦＲＭ用として用いられる短繊維物質の強化
材であれば特に制約なく使用することができる。また、
複合母材および鋳包材となるマトリックス金属には、Ａ
ｌあるいはＡｌ基合金のようなＡｌ系の軽金属が使用さ
れる。
【００１０】本発明において強化部分を構成するための
複合母材は、予め形成された短繊維質強化材のプリフォ
ームを鋳型内にセットし、これに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）、または強化材と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。
複合母材は、予め形成された短繊維質強化材のプリフォ
ームを鋳型内にセットし、これに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）、または強化材と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。
【００１１】短繊維質強化材とマトリックス金属の混合
比率は、複合母材に占める短繊維強化材のＶｆが１〜50
％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１％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。
比率は、複合母材に占める短繊維強化材のＶｆが１〜50
％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１％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。
【００１２】作製された複合母材には、表面組織に歪み
を付与するための冷間加工が施される。冷間加工として
は、ショットピーニング、冷間鍛造等の手段を適用する
ことができるが、本発明の目的には表面層に残留圧縮応
力を付与すると同時に表面清浄化の作用があり、かつ接
合面部分のみを処理することができるショットピーニン
グ処理が好適に用いられる。
を付与するための冷間加工が施される。冷間加工として
は、ショットピーニング、冷間鍛造等の手段を適用する
ことができるが、本発明の目的には表面層に残留圧縮応
力を付与すると同時に表面清浄化の作用があり、かつ接
合面部分のみを処理することができるショットピーニン
グ処理が好適に用いられる。
【００１３】冷間加工を施した複合母材は、鋳包前に接
合面を機械研磨処理して表面に付着する酸化成分を除去
する。機械研磨処理の方法としては、ショットブラス
ト、バレル研磨、ヤスリ研磨、ワイヤーブラシ研磨など
適宜な手段を適用することができる。しかし、最も実用
的な研磨手段は、カーボランダム、鋼、砂などをショッ
ト粒として用いるショットブラスト法である。
合面を機械研磨処理して表面に付着する酸化成分を除去
する。機械研磨処理の方法としては、ショットブラス
ト、バレル研磨、ヤスリ研磨、ワイヤーブラシ研磨など
適宜な手段を適用することができる。しかし、最も実用
的な研磨手段は、カーボランダム、鋼、砂などをショッ
ト粒として用いるショットブラスト法である。
【００１４】機械研磨処理は、複合母材の接合面に生成
付着している酸化物が除去し、かつ露出面が適度に粗面
化する状態となるまでおこなうことが望ましい。
付着している酸化物が除去し、かつ露出面が適度に粗面
化する状態となるまでおこなうことが望ましい。
【００１５】この状態の複合母材は表面が二次的に酸化
され易いため、適宜な有機溶剤で脱脂したのち、鋳包工
程までの間、有機溶剤中に浸漬しておくか真空パックし
たうえで保管しておくことが好ましい。
され易いため、適宜な有機溶剤で脱脂したのち、鋳包工
程までの間、有機溶剤中に浸漬しておくか真空パックし
たうえで保管しておくことが好ましい。
【００１６】上記２段階の表面処理を施した複合母材
は、ついで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により鋳包する。鋳
包処理は、複合母材を予熱せず、また重力鋳造法によっ
ても接合面が強固に結合した正常な一体組織を得ること
ができる。
は、ついで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により鋳包する。鋳
包処理は、複合母材を予熱せず、また重力鋳造法によっ
ても接合面が強固に結合した正常な一体組織を得ること
ができる。
【００１７】上記の工程によって、特定した箇所に短繊
維強化材の強化部位を備える目的のＡｌ系マトリックス
による部分的複合部材が製造される。
維強化材の強化部位を備える目的のＡｌ系マトリックス
による部分的複合部材が製造される。
【００１８】
【作用】本発明のプロセスにおいて、複合母材は第１の
表面処理となる冷間加工により表面層に残留応力が生
じ、歪エネルギーとして組織内部に残留する。該歪エネ
ルギーは、鋳包時、マトリックス金属の溶湯と接触した
際に接合面を溶解するためのエネルギーとして機能し、
この作用で金属溶湯との相互溶着が進行して良好な接合
状態を形成する。
表面処理となる冷間加工により表面層に残留応力が生
じ、歪エネルギーとして組織内部に残留する。該歪エネ
ルギーは、鋳包時、マトリックス金属の溶湯と接触した
際に接合面を溶解するためのエネルギーとして機能し、
この作用で金属溶湯との相互溶着が進行して良好な接合
状態を形成する。
【００１９】引続きおこなわれる第２の表面処理となる
複合母材接合面の機械研磨処理は、表面に介在する酸化
成分を除去して鋳包するマトリックス金属溶湯との濡れ
性を向上させ、界面の接合強度を増大するために有効に
機能する。
複合母材接合面の機械研磨処理は、表面に介在する酸化
成分を除去して鋳包するマトリックス金属溶湯との濡れ
性を向上させ、界面の接合強度を増大するために有効に
機能する。
【００２０】上記の作用が相俟って、単純な重力鋳造法
によっても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。
によっても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。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【００２２】実施例１ 平均直径 0.5μm 、平均長さ20μm のＳｉＣウイスカー
を均一拡散させた分散水を加圧濾過してプリフォームに
成形した。該プリフォームを予熱された鋳型内にセット
して加圧鋳造装置に移し、720 ℃に加熱されたアルミニ
ウム合金(AC8A)の溶湯を注入しプランジャーにより1000
kg/cm2の圧力下で加圧鋳造して、ＳｉＣウイスカーのＶ
ｆ18％、直径78mm、厚さ10mmの円盤状複合母材を作製し
た。
を均一拡散させた分散水を加圧濾過してプリフォームに
成形した。該プリフォームを予熱された鋳型内にセット
して加圧鋳造装置に移し、720 ℃に加熱されたアルミニ
ウム合金(AC8A)の溶湯を注入しプランジャーにより1000
kg/cm2の圧力下で加圧鋳造して、ＳｉＣウイスカーのＶ
ｆ18％、直径78mm、厚さ10mmの円盤状複合母材を作製し
た。
【００２３】このようにして作製した複合母材を中心部
から切断して半月状とし、切断面に0.8mm 粒の鋼球を15
分間噴射してショットピーニング処理を施し、引続き粒
度32メッシュのカーボランダム粉を用いて30秒間ショッ
トブラスト処理を施して表面に付着する酸化成分を除去
した。
から切断して半月状とし、切断面に0.8mm 粒の鋼球を15
分間噴射してショットピーニング処理を施し、引続き粒
度32メッシュのカーボランダム粉を用いて30秒間ショッ
トブラスト処理を施して表面に付着する酸化成分を除去
した。
【００２４】Ａｌ薄膜を形成した各複合母材を直径90mm
の金型（上部500℃、下部 300℃)に半月状にセットし、
700 ℃の温度に保持されたマトリックスのＡｌ合金(AC8
A)溶湯を金型に注入し、そのまま凝固させて重力鋳造法
によって鋳包した。得られた部分的複合部材は、複合母
材の切断面を介して半月状のマトリックス材が接合した
形態を有するものであった。
の金型（上部500℃、下部 300℃)に半月状にセットし、
700 ℃の温度に保持されたマトリックスのＡｌ合金(AC8
A)溶湯を金型に注入し、そのまま凝固させて重力鋳造法
によって鋳包した。得られた部分的複合部材は、複合母
材の切断面を介して半月状のマトリックス材が接合した
形態を有するものであった。
【００２５】この部分的複合部材について、接合面に対
し直角方向に試片を切り出し、曲げ強さを測定したとこ
ろ、31.0 kgf/mm2で破断したが破断位置はマトリックス
金属の部位であり、接合界面は強固に結合していること
が確認された。
し直角方向に試片を切り出し、曲げ強さを測定したとこ
ろ、31.0 kgf/mm2で破断したが破断位置はマトリックス
金属の部位であり、接合界面は強固に結合していること
が確認された。
【００２６】実施例２ マトリックス金属の溶湯温度を770 ℃にしたほかは、全
て実施例１と同一の条件で部分的複合部材を作製した。
得られた部分的複合部材につき、実施例１と同様にして
曲げ強さを測定したところ、29.5 kgf/mm2で破断したが
破断位置はマトリックス金属の部位であり、接合界面は
強固に結合していることが認められた。
て実施例１と同一の条件で部分的複合部材を作製した。
得られた部分的複合部材につき、実施例１と同様にして
曲げ強さを測定したところ、29.5 kgf/mm2で破断したが
破断位置はマトリックス金属の部位であり、接合界面は
強固に結合していることが認められた。
【００２７】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に従えば２段階の
工程を介して複合母材の接合面を処理することにより、
単純な重力鋳造法を適用した鋳包手段で常にマトリック
ス材との間に強固な界面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
一体構造の部分的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短繊維質強化材で複合強化する目的
に極めて有用である。
工程を介して複合母材の接合面を処理することにより、
単純な重力鋳造法を適用した鋳包手段で常にマトリック
ス材との間に強固な界面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
一体構造の部分的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短繊維質強化材で複合強化する目的
に極めて有用である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 短繊維質強化材をＡｌ系マトリックス金
属中に分散複合化した複合母材に冷間加工を施して表面
組織に歪みを付与したのち、接合面を機械研磨処理して
酸化成分を除去し、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
する部分的複合部材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21282691A JPH0533080A (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 部分的複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21282691A JPH0533080A (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 部分的複合部材の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0533080A true JPH0533080A (ja) | 1993-02-09 |
Family
ID=16629003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21282691A Pending JPH0533080A (ja) | 1991-07-29 | 1991-07-29 | 部分的複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0533080A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107013359A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-04 | 湘潭大学 | 一种带有复合织构化掺杂涂层的活塞及制备方法 |
-
1991
- 1991-07-29 JP JP21282691A patent/JPH0533080A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107013359A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-04 | 湘潭大学 | 一种带有复合织构化掺杂涂层的活塞及制备方法 |
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