JPH0632868B2 - アルミニウム複合材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアルミニウム部材（アルミニウム単体から成る
部材あるいはアルミニウム合金から成る部材）と鋳鉄部
材とを接合して成るアルミニウム複合材の製造方法に関
する。

（従来技術） アルミニウム部材と鋳鉄部材とを接合して成るアルミニ
ウム複合材は種々の分野で利用されている。

例えば、ロータリピストンエンジンのロータにおいて
も、アルミニウム合金製のロータ本体（上記アルミニウ
ム部材に対応する）に対して、該ロータ本体のアペック
スシール溝が位置する部分に該アペックスシール溝を有
する鋳鉄製のシール溝部材（上記鋳鉄部材に対応する）
を接合してロータを形成し、ロータの軽量化とアペック
スシール溝の耐摩耗性確保の双方を図ろうとするものが
存在する。

しかしながら、この様なアルミニウム複合材において
は、一般的にアルミニウム部材と鋳鉄部材との接合強度
が充分でなく、特に前述の如きロータの場合は、ロータ
回転中両部材の接合面に、機械的応力が繰り返し作用す
ると共に高温雰囲気中で作動せしめられるため両部材の
熱膨張率の違いによる熱的応力が作用するので、長時間
運転によって両部材が接合面において剥離する等の恐れ
がある。

従って上記アルミニウム複合材を製造する場合は、アル
ミニウム部材と鋳鉄部材との接合強度を充分に確保する
必要があり、そのための１つの方法として鋳鉄部材の接
合表面にアルミニウム層（アルミニウム単体から成る層
あるいはアルミニウム合金層）を被着させ、該アルミニ
ウム層を介してアルミニウム部材を接合する方法が考え
られる。

かかる方法を実施するためには、上記の如く鋳鉄部材の
接合表面にアルミニウム層を被着する必要があるが、そ
のための１つの方法として、特公昭35-6613号公報に記
載されているように、鋳鉄の表面を塩酸で酸洗し、次い
で水洗した後乾燥し、その後アルミニウム浴浸漬するこ
とによって上記鋳鉄表面上にアルミニウム層を被着する
方法が知られている。

この方法によれば、鋳鉄表面部にアルミニウムが拡散
し、従って鋳鉄表面上に被着された上記アルミニウム層
は該アルミニウム拡散層を介して鋳鉄と強固に接合され
るという利点を有する。

しかしながら、この方法では上記鋳鉄表面部へのアルミ
ニウムの拡散が充分でなく、従って上記アルミニウム層
と鋳鉄との接合強度が今一つ不充分であり、その結果こ
のアルミニウム層上に上記アルミニウム部材を接合して
も結局鋳鉄とアルミニウム部材との充分な接合強度を、
例えば上記ロータの場合の要求を満足する程度の接合強
度を得ることが困難である。

なお、上記従来方法においてアルミニウム浴浸漬を行な
う前に塩酸による酸洗を行なうのは、鋳鉄の表面には通
常鋳鉄自身が含有する黒鉛が露出しており、もし黒鉛が
露出した状態のままでアルミニウムを被着するとその黒
鉛露出部分だけアルミニウム拡散が行なわれず、アルミ
ニウムの不完全被着の原因となるので、予め塩酸によっ
てこの表面露出黒鉛を溶出させて除去するためである。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記事情に鑑み、アルミニウム部材と
鋳鉄部材とを接合して成るアルミニウム複合材の製造方
法であって、両部材をより強固に接合することができる
製造方法を提供することにある。

（発明の構成） 本発明に係るアルミニウム複合材の製造方法は、上記目
的を達成するため、鋳鉄部材の接合表面を塩酸溶液で脱
黒鉛処理し、該処理後、黒鉛が溶出した接合表面の空孔
部に上記塩酸溶液を所定量残存させ、この塩酸溶液が空
孔部に残存している状態で上記接合表面にアルミニウム
を被着させて該接合表面上にアルミニウム層を被着形成
すると共に該接合表面下の表層部にアルミニウムを拡散
させて該表層部をアルミニウム拡散層にせしめ、上記ア
ルミニウム層上にアルミニウム部材を接合することを特
徴とする。

即ち、本発明に係る方法は、鋳鉄部材の接合表面を塩酸
で酸洗して黒鉛を溶出させる脱黒鉛処理を施した後、該
接合表面上の塩酸を水洗等で完全に洗い流すことなく、
該接合表面における黒鉛溶出後の空孔部に毛細管現象で
入り込んでいる塩酸溶液を意識的に所定量残存せしめ、
この残存塩酸溶液、詳しくはこの溶液中の塩素によって
その後に行なうアルミニウム被着の際のアルミニウムの
鋳鉄部材接合表面表層部への拡散を促進せしめるように
することを特徴とする。

なお、上記におけるアルミニウム部材およびアルミニウ
ム被着におけるアルミニウムは、アルミニウム単体であ
っても良いしアルミニウム合金であっても良い。

（発明の効果） 本発明に係るアルミニウム複合材の製造方法は、上記の
如く、鋳鉄部材の接合表面を塩酸溶液で脱黒鉛処理した
後該接合表面にアルミニウム被着を行なって該表面上に
アルミニウム層を、該表面下の表層部にはアルミニウム
拡散層を形成し、このアルミニウム拡散層によって上記
接合表面上に形成されるアルミニウム層を鋳鉄部材に強
固に接合するにあたり、上記脱黒鉛処理後該処理に使用
した塩酸溶液を完全に洗い流すことなく黒鉛溶出空孔部
に侵入した分については所定量残存せしめ、この残存塩
酸溶液が換言すれば該残存塩酸溶液中の塩素が黒鉛溶出
空孔部に存在している状態でアルミニウム被着を行なう
ので、鋳鉄部材接合表面表層部へのアルミニウムの拡散
が上記残存塩素によって促進せしめられ、従って鋳鉄部
材接合表面の表層部には充分にアルミニウムが拡散した
アルミニウム拡散層が形成され、その結果このアルミニ
ウム拡散層を介して鋳鉄部材と上記アルミニウム層とが
強固に接合され、この様に鋳鉄部材に強固に接合された
アルミニウム層上にアルミニウム部材を接合するので、
最終的にアルミニウム部材と鋳鉄部材が極めて強固に接
合されたアルミニウム複合材を得ることができる。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細
に説明する。

以下に説明する実施例は、Ａ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系ア
ルミニウム合金から成るアルミニウム部材とニレジスト
鋳鉄（Ｄ２）から成る鋳鉄部材とを接合して成るアルミ
ニウム複合材の製造方法である。

まず、所定形状に形成されたニレジスト鋳鉄から成る鋳
鉄部材を用意し、該鋳鉄部材の接合表面（アルミニウム
部材との接合表面）に塩酸溶液による脱黒鉛処理を施し
た後、該接合表面にアルミニウムを被着させる。

鋳鉄部材は黒鉛を含有しており、従って該部材の接合表
面には黒鉛が露出している部分が存在し、前述の如くこ
の露出黒鉛はアルミニウムを被着する際の不完全被着の
原因となるので、塩酸溶液、例えば５〜40％の塩酸水溶
液により上記接合表面を速やかに酸洗いし、該酸洗いに
よって露出黒鉛を溶出させて除去するものである。

なお、この脱黒鉛処理の際、鋳鉄部材接合面の黒鉛以外
の部分もある程度除去され、従って接合表面が浄化され
る。

本実施例においては、前処理としてまず20％オルトケイ
酸ソーダによるアルカリ脱脂を行ない、次に５〜10分間
水洗を行ない、その後25％塩酸水溶液中に接合表面を浸
漬し、超音波をかけて速やかに該表面を酸洗いすことに
よって脱黒鉛処理を行なう。なお、超音波をかけるのは
脱黒鉛を促進させるためである。

第１図は上記脱黒鉛処理前の鋳鉄部材の断面図であり、
第１図（ａ）は球状黒鉛の場合を、第１図（ｂ）は片状
黒鉛の場合を示す。図示の如く、鋳鉄部材10の接合表面
12には黒鉛14が露出している。

第２図は脱黒鉛処理後の鋳鉄部材の断面図であり、図中
の２点鎖線16は脱黒鉛処理前の接合表面の位置を示す。
図示の如く、脱黒鉛処理によって鋳鉄部材10の表面部は
ある程度除去されて浄化された新しい接合表面12が形成
され、かつこの接合表面12上に露出する黒鉛14は溶出せ
しめられ、該表面12への黒鉛の露出は防止されている。

上記脱黒鉛処理終了後、接合表面12における黒鉛が溶出
した空孔部18中に侵入している塩酸溶液を所定量残存さ
せ、その塩酸溶液残存状態で上記接合表面12にアルミニ
ウム被着を行なう。

上記の如き酸洗いによる脱黒鉛処理が終った状態におい
ては、接合表面における黒鉛溶出空孔部18中に、特に第
２図に示す如く残留黒鉛の周りの狭い空隙中に塩酸溶液
が毛細管現象により侵入しているので、この空孔部18中
の塩酸溶液を全部洗い流すことなく一部を残存せしめ、
アルミニウム被着の際に有効に利用しようとするもので
ある。

本実施例では、上記脱黒鉛処理後、上記空孔部18内の塩
酸溶液を所定量残存せしめるため、１〜５分の短時間水
洗を行ない、その後200℃〜500℃で接合表面を乾燥させ
た後、700〜800℃に保持されたアルミニウム合金（Ａ
−Ｓｉ合金）の溶湯中に接合表面を数秒〜数分間浸漬す
ることによってアルミニウム被着を行なう。

乾燥温度は、水分蒸発を迅速に行なわしめる意味から高
い程良く、400〜500℃が最も良い。この高温乾燥により
鋳鉄部材の接合表面には薄い黄褐色又は茶褐色の酸化皮
膜（ＦｅＯ又はＦｅ_２Ｏ_３）が発生するので、この酸化
皮膜の発生をまって直ちに上記アルミニウム合金溶湯中
への浸漬を行なう。浸漬時間は製造しようとするアルミ
ニウム複合材の大きさ等により適宜に決定すれば良い。

上記の如く塩酸溶液を黒鉛溶出空孔部18に残存させた状
態でアルミニウム被着を行なうと、接合表面12上にアル
ミニウム層が形成されると共に接合表面12下の表層部に
はアルミニウムが拡散して該部にアルミニウム拡散層
（ＦｅＡ，ＮｉＡの合金層）が形成され、しかも、
アルミニウム被着の際該アルミニウムの一部が上記黒鉛
溶出空孔部18に残存している塩酸溶液（塩素）と反応し
て拡散しやすいＡＣ_３又はＡ_２Ｃ_３になるの
で、上記アルミニウムの拡散は促進され、アルミニウム
が充分に拡散したアルミニウム拡散層が得られ、その結
果上記アルミニウム層はこのアルミニウム拡散層を介し
て鋳鉄部材10に極めて強固に接合されることとなる。

なお、上記の如く、高温乾燥により鋳鉄部材の接合表面
には酸化皮膜が形成されているが、この酸化皮膜は上記
アルミニウム合金溶湯中に接合表面を浸漬したときに高
温におけるアルミニウムの還元作用（アルミニウム合金
溶湯は約700℃以上の高温である）によって還元される
ので、該酸化皮膜によるアルミニウム拡散阻害の恐れは
ない。

第３図はアルミニウム被着を行なった場合の鋳鉄部材の
断面図であり、図中20がアルミニウム拡散層、22がアル
ミニウム層である。

上記の如く鋳鉄部材の接合表面にアルミニウムを被着さ
せてアルミニウム層を形成した後、該アルミニウム層に
アルミニウム部材を接合する。この接合は双方とも同質
金属であるので、融着等により極めて強固に行なわれ
る。

本実施例では、Ａ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系のアルミニウ
ム合金から成るアルミニウム部材を上記アルミニウム層
に鋳ぐるむことによって接合する。

第４図は上記の如くして鋳鉄部材とアルミニウム部材と
を接合して成るアルミニウム複合材の断面概念図であ
り、図示の如く、鋳鉄部材10とアルミニウム部材24と
は、鋳鉄部材の接合表面下の表層部に形成されたアルミ
ニウム拡散層20と、該層20上に接合されたアルミニウム
層22とを介して強固に接合されている。

以上説明した様に、本発明に係る方法は、アルミニウム
部材と鋳鉄部材とを接合してアルミニウム複合材を製造
するに当り、まず鋳鉄部材の接合表面に脱黒鉛処理を施
した後アルミニウム被着を行なうのでアルミニウムの不
完全被着の恐れを防止でき、また該アルミニウム被着の
際脱黒鉛処理に使用した塩酸溶液を黒鉛溶出空孔部に所
定量残存せしめた状態で行なうので、該塩酸溶液中の塩
素がアルミニウムと反応して該アルミニウムの鋳鉄への
拡散が促進され、その結果アルミニウムが充分に拡散し
たアルミニウム拡散層を介して鋳鉄部接合表面上にアル
ミニウム層が極めて強固に接合され、さらにこのアルミ
ニウム層に同質金属であるアルミニウム部材を接合する
ので、結局鋳鉄部材とアルミニウム部材とは極めて強固
に接合される。

なお、本発明に係る方法は、その要旨を越えない範囲に
おいて種々の変更態様を取り得、上記した実施例に限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）はそれぞれ脱黒鉛処理前の鋳鉄部
材の断面図、 第２図（ａ），（ｂ）はそれぞれ脱黒鉛処理後の鋳鉄部
材の断面図、 第３図（ａ），（ｂ）はそれぞれアルミニウム被着後の
鋳鉄部材の断面図、 第４図はアルミニウム複合材の断面図である。 10……鋳鉄部材、12……接合表面 14……黒鉛、18……黒鉛溶出空孔部 20……アルミニウム拡散層 22……アルミニウム層、24……アルミニウム部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳鉄部材とアルミニウム部材とを接合して
   成るアルミニウム複合材の製造方法であって、 上記鋳鉄部材の接合表面に塩酸溶液で黒鉛を溶出させる
   脱黒鉛処理を施し、 この脱黒鉛処理後、黒鉛の溶出によって形成された上記
   鋳鉄部材の接合表面空孔部に上記塩酸溶液を所定量残存
   せしめ、 この残存塩酸溶液が上記接合表面空孔部に存在している
   状態で上記鋳鉄部材の接合表面にアルミニウムを被着さ
   せて該接合表面上にアルミニウム層を形成すると共に該
   接合表面下の表層部をアルミニウムが拡散したアルミニ
   ウム拡散層とし、 このアルミニウム層上に上記アルミニウム部材を接合し
   て成ることを特徴とするアルミニウム複合材の製造方
   法。