JPH0533295B2

JPH0533295B2 -

Info

Publication number: JPH0533295B2
Application number: JP62031510A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ushio; Naoyoshi Hayashi; Kazuo Shibata
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1987-02-16
Publication date: 1993-05-19
Also published as: JPS63199837A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、繊維強化金属製部材に係り、特に少
なくともセラミツク繊維および自己潤滑性を有す
る繊維で複合強化された軽合金製部材に関するも
のである。

従来技術軽合金材を繊維で複合強化した繊維強化金属
は、軽量、高強度、良好な耐摩耗性、良好な耐熱
性等の優れた特性を備えている。例えば、内燃機
関のアルミニウム合金製ピストンをアルミナ繊維
で強化すれば、その摩耗減量は、繊維強化されな
いアルミニウム合金で形成したピストンの摩耗減
量の1/100程度にもなるという利点がある。

発明が解決しようとする問題点しかるに、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊
維等のセラミツク繊維のみで強化した軽合金製部
材は、無潤滑状態における摺動特性の向上を期待
できないという問題を有している。そこで、自己
潤滑性を有する二硫化モリブリデン、黒鉛等の粒
子をセラミツク繊維に併用することが考えられる
が、軽合金マトリツクスと粒子との界面接合強度
が小さく、複合材としての強度の低下を招き、ま
た摩耗過程で粒子が脱落して摩耗の促進が生ず
る。

この意味で、自己潤滑性を有する繊維（例、炭
素繊維）を併用するのは有効である。ところが、
アルミナ繊維と炭素繊維の如く強度および摺動特
性の異なる繊維を併用する場合には、これ等の繊
維をマトリツクス中に均一に分散させなければな
らず、さもなければ、複合材としての必要な強
度、摺動特性が得られない。

問題点を解決するための手段および作用本発明は、斯かる技術的背景の下で創案された
ものであり、その目的とする処は、摺動特性が良
好で、強度低下の生じ難い繊維強化された軽合金
製部材を提供する点にある。

この目的は、少なくともセラミツク繊維および
自己潤滑性を有する繊維で強化された軽合金製部
材において、セラミツク繊維の平均長さに対し
て、自己潤滑性を有する繊維の平均長さの比を
0.5〜1.5にするとともに、自己潤滑性を有する繊
維の平均アスペクト比（ｌ／ｄ：ただし、ｌ＝繊
維長、ｄ＝繊維径）を10〜100にすることによつ
て達成される。

セラミツク繊維に、少なくとも一種の自己潤滑
性繊維（例、炭素繊維）を併用して軽合金を強化
するのは、その摺動特性を向上させる上で有効で
ある。

その際、留意すべきは、異種繊維をマトリツク
ス中に均一に分散させることである。そのために
は、異種繊維間の長さの比を0.5〜1.5（好ましく
は１）にして、複合化鋳造の過程で用いられる繊
維予備成形体の成形を容易にする必要がある。

また、使用する繊維の径（太さ）をそろえるの
も、異種繊維が均一に混合された繊維予備成形体
を得るために有効であり、最大繊維径／最小繊維
径≦10の範囲が適当である。

さらに、自己潤滑性を有する繊維を併用した場
合の材料強度の低下を防ぐには、該繊維の平均ア
スペクト比を10〜100の範囲で選択するのが好ま
しい。平均アスペクト比を限定する理由は、平均
アスペクト比（ｌ／ｄ）＜10では、二硫化モリブ
リデン等の粒子を分散させる場合と同様に、マト
リツクスと繊維との界面接合強度が小さく、マト
リツクスからの繊維の脱落による摩耗の促進を惹
起するのみならず、複合材として要求される強度
が得られないからであり、平均アスペクト比
（ｌ／ｄ）＞100では、マトリツクス中に繊維が均
一に分散されず、耐焼付き性が劣るだけでなく、
繊維と直交する方向の応力が複合材に生じた時
に、繊維の存在が大きな切欠き効果となつて現
れ、強度の低下を招くからである。

また、自己潤滑性を有する繊維として炭素繊維
を用いた場合、その黒鉛化率を増大させるほど自
己潤滑性が向上するものの、複合化鋳造に際して
マトリツクスとの間の濡れ性が低下するだけでな
く、伸び率が低下し、複合化の過程で炭素繊維が
破断し易くなり、結果的に複合材の強度低下を招
く不具合がある。さらに、ピツチ系炭素繊維のう
ち、低強度品は界面強度が劣り、必要な複合材強
度が得られない。

自己潤滑性を有する繊維として炭素繊維を選択
する目安は、そのヤング率(E)であり、Ｅ＝20〜30
トン／mm²の炭素繊維の使用が望ましく、所望の複
合材強度を得ることができる。なお、自己潤滑性
を有する繊維とは、炭素繊維に限らない。炭素繊
維は強化用繊維としても使用されるが、セラミツ
ク繊維との比較において自己潤滑性を有すると見
做し得るものであり、他の繊維についても同様で
ある。

一方、セラミツク繊維としては、複合材の耐焼
付き性、耐摩耗性を向上させる意味で、Al₂O₃、
Al₂O₃−SiO₂等のアルミナ系繊維が推奨され、
Al₂O₃のα化率は、複合化過程における繊維破断
を避けるために、60％以下の範囲（好ましくは、
５〜45％）にするのが望ましい。また、使用する
セラミツク繊維の繊維径を均一化するのは、マト
リツクスとの複合化の過程で繊維の均一分散を計
る上で有効であるだけではなく、複合材の耐摩耗
性を向上させ、摺動接触する相手材の摩耗を少な
くするという効果が得られる。

そして、セラミツク繊維としてアルミナ系繊維
を用い、自己潤滑性を有する繊維として炭素繊維
を用いた場合の繊維体積率（Vf）は、下記の範
囲が望ましい（第１図参照。ただし、第１図は炭
素繊維の繊維体積率が、Al₂O₃繊維および炭素繊
維で強化したアルミニウム合金（JIS ADC12材）
の引張り強度に与える影響を示すグラフである）。

アルミナ系繊維：Vf＝８〜20％炭素繊維：Vf＝0.3〜15％ただし、アルミナ系繊維として一般的に使用さ
れるAl₂O₃−SiO₂繊維のSiO₂含有率は、25重量％
以下にするのが好ましく、２〜５重量％にするの
がさらに好ましい。

また、Al₂O₃−SiO₂繊維中に含まれる非繊維化
粒子（シヨツト）については、150μｍ以上の粒
子径のものを４重量％以下にすべきである。

なお、繊維強化された軽合金製部材の例として
は、内燃機関のアルミニウム合金製シリンダーブ
ロツク（シリンダー内壁部を複合強化したもの）、
ピストン、連接棒、ロツカアーム等を挙げること
ができる。

試験例 Al₂O₃繊維（α−Al₂O₃＝33％）、および平均
アスペクト比、ヤング率(E)の相違する複数種の
炭素繊維を用意した。

Al₂O₃繊維体積率（Vf）＝12％、炭素繊維の
繊維体積率（Vf）＝９％になる様に、前記異な
る炭素繊維毎に繊維予備成形体（プリフオー
ム）を成形した。

各繊維予備成形体を用い、加圧鋳造法により
アルミニウム合金（JIS ADC12材）を複合強
化して成る複数の複合材を作成した。鋳造条件
は下記の通りである。

繊維予備成形体の予熱温度＝200℃ 注湯圧力＝730℃ 注湯圧力＝200〜300Kg／cm² 得られた複合材から試験片を切り出し、引張
り試験を行なつて、炭素繊維の平均アスペクト
比、およびヤング率(E)が引張り強度に及ぼす影
響を調べた。その結果を、第２図、第３図にグ
ラフとして示す。

また、前項によつて得られた複合材から試
験片を切出し、回転板に対して試験片を押付け
るチツプオンデイスク式摩耗試験を行い、平均
アスペクト比が複合材の摩耗量に与える影響を
調べた。その結果を第４図に示す（ただし、炭
素繊維の平均径は7μｍであつた）。

試験条件は下記の通りである。

デイスク回転速度…2.5ｍ／秒試験片押圧力…20Kg／cm² 摺動距離…9000ｍ使用潤滑油量…２〜３ml／分＜試験結果の評価＞第２図から、炭素繊維の平均アスペクト比は、
小さ過ぎても、大き過ぎても複合材の引張り強度
が低下し、平均アスペクト比＝10〜100の範囲が
適当であることが判る。

第３図から、ヤング率(E)が大きい黒鉛化が進ん
だ炭素繊維を用いると、かえつて複合材の引張り
強度が低下し、ヤング率(E)＝20〜30トン／mm²の範
囲が適当であることが判る。

第４図から、炭素繊維の平均アスペクト比が増
大すると複合材の摩耗量が低下する傾向のあるこ
とが判る。

発明の効果以上の説明から明らかな様に、少なくとも、セ
ラミツク繊維および自己潤滑性を有する繊維で強
化された軽合金製部材であつて、セラミツク繊維
の平均長さに対して、自己潤滑性を有する繊維の
平均長さの比が0.5〜1.5であり、自己潤滑性を有
する繊維の平均アスペクト比が10〜100である軽
合金製部材が提案された。

この軽合金製部材は、自己潤滑性を有する繊維
で強化されているが故に無潤滑状態においても耐
焼付き性良好であり、しかも構造用部材としての
十分な強度を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は炭素繊維の繊維体積率が、Al₂O₃繊維
および炭素繊維で強化したアルミニウム合金
（JIS ADC12材）の引張り強度に与える影響を示
すグラフ、第２図は炭素繊維の平均アスペクト比
がAl₂O₃繊維および炭素繊維で強化されたアルミ
ニウム合金（JIS ADC12材）の引張り強度に与
える影響を示すグラフ、第３図は炭素繊維のヤン
グ率がAl₂O₃繊維および炭素繊維で強化されたア
ルミニウム合金（JIS ADC12材）の引張り強度
に与える影響を示すグラフ、第４図は炭素繊維の
平均アスペクト比がAl₂O₃繊維および炭素繊維で
強化されたアルミニウム合金（JIS ADC12材）
の摺動摩耗特性に与える影響を示すグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１セラミツク繊維と自己潤滑性を有する繊維と
の異種繊維とにより複合強化された軽合金製部材
において、前記セラミツク繊維の平均長さに対し
て、前記自己潤滑性を有する繊維の平均長さの比
が、0.5〜1.5であり、最大繊維径／最小繊維径を
10以下に設定したことを特徴とする繊維強化され
た軽合金製部材。２前記自己潤滑性を有する繊維が炭素繊維であ
り、そのヤング率が20〜30トン／mm²、平均アスペ
クト比が10〜100であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項に記載の繊維強化された軽合金製
部材。３前記セラミツク繊維がアルミナ系繊維であつ
て、その繊維体積率（Vt）が８〜20％であり、
かつ前記自己潤滑性を有する繊維が炭素繊維であ
つて、その繊維体積率（Vt）が0.3〜15％である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
繊維強化された軽合金製部材。