JPH0873972A - Composite material excellent in strength, wear resistance, and thermal conductivity and its production - Google Patents

Composite material excellent in strength, wear resistance, and thermal conductivity and its production

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JPH0873972A
JPH0873972A JP20570694A JP20570694A JPH0873972A JP H0873972 A JPH0873972 A JP H0873972A JP 20570694 A JP20570694 A JP 20570694A JP 20570694 A JP20570694 A JP 20570694A JP H0873972 A JPH0873972 A JP H0873972A
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JP
Japan
Prior art keywords
aluminum alloy
weight
composite material
wear resistance
strength
Prior art date
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Application number
JP20570694A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshio Akimune
宗 淑 雄 秋
Katsuhiro Kishi
克 宏 岸
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0873972A publication Critical patent/JPH0873972A/en
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Abstract

PURPOSE: To produce a composite material excellent in strength, wear resistance, and thermal conductivity by incorporating specific amounts of silicon carbide into an aluminum alloy and specifying its thermal conductivity and coefficient of thermal expansion, respectively. CONSTITUTION: Silicon carbide is incorporated by 35-45wt.% into an aluminum alloy, and the aluminum-ceramics composite material in which thermal conductivity and thermal expansion coefficient are regulated to >=150W/(m.k) and 10×10<-6> / deg.C to 12×10<-6> / deg.C, respectively, is produced. At this time, an aluminum alloy for casting, containing 8-11wt.% Si and 4-8wt.% Mg as essential components and having the balance essentially Al, is used as the aluminum alloy, and the average grain size of the silicon carbide in the aluminum alloy is regulated to 12 to 18μm. By this method, the composite material, suitable for use as a material for engine parts, etc., and excellent in strength, wear resistance, and thermal consuctivity, can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、強度,耐摩耗性,熱伝
導性等に優れていることが要求されるエンジン部品など
の素材として好適に利用される強度,耐摩耗性,熱伝導
性に優れたアルミニウム・セラミックス系の複合材料お
よびその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to strength, wear resistance and heat conductivity suitable for use as a material for engine parts and the like, which are required to have excellent strength, wear resistance and heat conductivity. The present invention relates to an aluminum / ceramic composite material excellent in heat resistance and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、エンジンバルブの弁座となるバル
ブシートは、耐摩耗性に優れていることが要求されるた
め、下記に例示するごとき種々の対策が考えられてきて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a valve seat, which is a valve seat of an engine valve, is required to have excellent wear resistance, and therefore various countermeasures such as those shown below have been considered.

【0003】(1)バルブと接触するテーパー部をセラ
ミックス(窒化ケイ素,炭化ケイ素,サイアロンなど)
とすると共にテーパー部を形成するセラミックスリング
の外周側に金属リングを設けた構成としたもの(特開昭
62−191607号公報,特開昭62−107216
号公報,特開昭62−23512号公報)。
(1) Ceramics (silicon nitride, silicon carbide, sialon, etc.) are used for the tapered portion that contacts the valve.
And a structure in which a metal ring is provided on the outer peripheral side of the ceramic ring that forms the tapered portion (Japanese Patent Laid-Open No. 62-191607 and Japanese Patent Laid-Open No. 62-107216).
Japanese Patent Laid-Open No. 62-23512).

【0004】(2)バルブシートリングを用いず、バル
ブシート部をセラミックス繊維で強化すると共にセラミ
ックス繊維による繊維強化金属部分の表面を金属の被覆
層でコートしてバルブシート部の耐摩耗性を向上させる
構造としたもの(特開昭61−76742号公報,特開
昭61−76744号公報,特開昭61−87947号
公報,特開昭61−87948号公報)。
(2) Without using a valve seat ring, the valve seat portion is reinforced with ceramic fibers and the surface of the fiber reinforced metal portion with ceramic fibers is coated with a metal coating layer to improve the wear resistance of the valve seat portion. A structure having such a structure (JP-A-61-76742, JP-A-61-76744, JP-A-61-87947, JP-A-61-87948).

【0005】(3)硬質セラミックス粒子に無電解Ni
めっきを施した複合粒子を鉄系焼結材に分散させたバル
ブシートの構造としたもの(特開昭64−56850号
公報)。
(3) Electroless Ni on hard ceramic particles
A structure of a valve seat in which plated composite particles are dispersed in an iron-based sintered material (JP-A-64-56850).

【0006】(4)Fe基焼結合金の素地中に微細な酸
化アルミニウム硬質相を分散させたバルブシートの構造
としたもの(特開平4−128348号公報)。
(4) A structure of a valve seat in which fine aluminum oxide hard phases are dispersed in a base material of an Fe-based sintered alloy (Japanese Patent Laid-Open No. 4-128348).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来のバルブシートの構造では、シート部の耐摩耗性向
上に目的がおかれており、熱伝導性に劣るセラミックス
を用いているため断熱作用が大きくなってエンジン気筒
内の温度が上昇し、エンジン出力の低下が生じてしまう
等の問題点があったことから、このような問題点を解消
することが課題としてあった。
However, in these conventional valve seat structures, the purpose is to improve the wear resistance of the seat portion, and since ceramics having poor thermal conductivity is used, the heat insulating effect is large. Since there is a problem that the temperature inside the engine cylinder rises and the engine output decreases, there is a problem to solve such a problem.

【0008】[0008]

【発明の目的】本発明は、このような従来の課題にかん
がみてなされたものであって、セラミックスと金属との
複合化により、例えばエンジンバルブシートやエンジン
シリンダライナー等において必要としている耐摩耗性と
強度を合わせ持ち、かつまた熱伝導性に優れた材料を提
供することによって、前述した従来の問題を生じるのを
防止してエンジン等の性能を向上させることが可能であ
る強度,耐摩耗性,熱伝導性に優れた複合材料を提供す
ることを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and by combining ceramics and metal, the wear resistance required for engine valve seats, engine cylinder liners, etc. By providing a material that has both strength and strength and also has excellent thermal conductivity, it is possible to prevent the above-mentioned conventional problems from occurring and improve the performance of engines, etc. Strength and wear resistance The purpose is to provide a composite material with excellent thermal conductivity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係わる強度,耐
摩耗性,熱伝導性に優れた複合材料は、請求項1に記載
しているように、アルミニウム合金中に、35重量%以
上45重量%以下の炭化ケイ素を含有し、熱伝導率が1
50W/(m・K)以上、熱膨張率が10×10−6
℃以上12×10−6/℃以下である構成としたことを
特徴としている。
The composite material excellent in strength, wear resistance and heat conductivity according to the present invention is, as described in claim 1, 35% by weight or more and 45% by weight or more in an aluminum alloy. Containing less than or equal to wt% silicon carbide, thermal conductivity is 1
50 W / (m · K) or more, thermal expansion coefficient of 10 × 10 −6 /
It is characterized in that it has a configuration of not less than 12 ° C. and not more than 12 × 10 −6 / ° C.

【0010】そして、本発明に係わる強度,耐摩耗性,
熱伝導性に優れた複合材料の実施態様においては、請求
項2に記載しているように、アルミニウム合金中に含有
する炭化ケイ素の粒子径が平均で12μm以上18μm
以下であるものとすることが可能であり、請求項3に記
載しているように、アルミニウム合金は鋳造用アルミニ
ウム合金とすることが可能であり、請求項4に記載して
いるように、アルミニウム合金は、Si:8〜11重量
%、Mg:4〜8重量%を基本成分として(その他例え
ばCu:5.0重量%以下、Ni:2.3重量%以下な
ど)含有し、残部が実質的にAlからなる鋳造用アルミ
ニウム合金とすることが可能であり、請求項5に記載し
ているように、エンジンバルブシートの素材として使用
することが可能であり、請求項6に記載しているよう
に、エンジンシリンダライナーの素材として使用するこ
とが可能である。
The strength, wear resistance, and
In an embodiment of the composite material having excellent thermal conductivity, the particle size of silicon carbide contained in the aluminum alloy is 12 μm or more and 18 μm on average as described in claim 2.
The aluminum alloy may be a casting aluminum alloy, as described in claim 3, and the aluminum alloy may be aluminum as described in claim 4. The alloy contains Si: 8 to 11% by weight and Mg: 4 to 8% by weight as a basic component (others such as Cu: 5.0% by weight or less, Ni: 2.3% by weight or less), and the balance substantially. It is possible to use an aluminum alloy for casting that consists essentially of Al, and as described in claim 5, it can be used as a material for an engine valve seat, and is described in claim 6. As such, it can be used as a material for engine cylinder liners.

【0011】また、本発明に係わる強度,耐摩耗性,熱
伝導性に優れた複合材料の製造方法は、請求項7に記載
しているように、55重量%以上65重量%以下のアル
ミニウム合金溶湯と35重量%以上45重量%以下の炭
化ケイ素粉末とを混合したのち鋳造成形する構成とした
ことを特徴としている。
The method for producing a composite material excellent in strength, wear resistance and thermal conductivity according to the present invention is, as described in claim 7, an aluminum alloy containing 55% by weight or more and 65% by weight or less. It is characterized in that the molten metal and 35% by weight or more and 45% by weight or less of silicon carbide powder are mixed and then cast and molded.

【0012】本発明に係わる強度,耐摩耗性,熱伝導性
に優れた複合材料およびその製造方法は、上記した構成
を有するものであり、アルミニウム合金としては、JI
SH 5302に制定されたダイカスト用アルミニウム
合金(ADC 1,ADC3,ADC 5,ADC
6,ADC 10,ADC 10Z,ADC 12,A
DC 12Z,ADC 14等)が使用され、また、請
求項3に記載のように、JIS H 5202に制定さ
れた鋳造用アルミニウム合金(AC 1A,1B,AC
2A,2B,AC 3A,AC 4A,4B,4C,
4CH,4D,AC 5A,AC 7A,7B,AC
8A,8B,8C,AC 9A,9B等)が使用され
る。
The composite material excellent in strength, wear resistance, and thermal conductivity and the method for producing the same according to the present invention have the above-mentioned constitution. As an aluminum alloy, JI
Aluminum alloys for die casting established in SH 5302 (ADC 1, ADC 3, ADC 5, ADC
6, ADC 10, ADC 10Z, ADC 12, A
DC 12Z, ADC 14 etc. are used, and as described in claim 3, aluminum alloys for casting (AC 1A, 1B, AC established in JIS H 5202).
2A, 2B, AC 3A, AC 4A, 4B, 4C,
4CH, 4D, AC 5A, AC 7A, 7B, AC
8A, 8B, 8C, AC 9A, 9B, etc.) are used.

【0013】そして、用途が請求項5に記載のようにエ
ンジンバルブシートや請求項6に記載のようにエンジン
シリンダライナーである場合には、請求項4に記載のよ
うに、Si:8〜11重量%、Mg:4〜8重量%を基
本成分として含有し、残部が実質的にAlからなる鋳造
用アルミニウム合金を使用することが望ましい。
When the application is an engine valve seat as described in claim 5 or an engine cylinder liner as described in claim 6, Si: 8 to 11 as described in claim 4. It is desirable to use an aluminum alloy for casting which contains wt% and Mg: 4 to 8 wt% as basic components and the balance substantially consists of Al.

【0014】この場合、Si含有量が8重量%未満であ
ると炭化ケイ素粒子の表面の濡れ性が低下して炭化ケイ
素粒子の周囲に空気層が残留した構造となる傾向とな
り、11重量%を超えると合金冷却時にSi元素が析出
して硬さが増大し、バルブやピストンリングの損傷をも
たらす傾向となるので、エンジンバルブシートやエンジ
ンシリンダライナーの素材として使用する場合のアルミ
ニウム合金中のSi含有量は8〜11重量%の範囲とす
ることが望ましい。
In this case, if the Si content is less than 8% by weight, the wettability of the surface of the silicon carbide particles is lowered and the structure tends to have an air layer remaining around the silicon carbide particles. If it exceeds the limit, Si element will precipitate during cooling of the alloy and the hardness will increase, tending to cause damage to valves and piston rings, so Si content in aluminum alloy when used as a material for engine valve seats and engine cylinder liners The amount is preferably in the range of 8 to 11% by weight.

【0015】また、Mg含有量が4重量%未満であると
炭化ケイ素粒子成形体の微細ポアに合金が浸透できず凝
集体の周囲に微細ポア(空孔)が残留した構造となる傾
向となり、8重量%を超えると合金冷却時に金属間化合
物が析出して脆くなる傾向となるので、エンジンバルブ
シートやエンジンシリンダライナーの素材として使用す
る場合のアルミニウム合金中のMg含有量は4〜8重量
%の範囲とすることが望ましい。
If the Mg content is less than 4% by weight, the alloy cannot penetrate into the fine pores of the silicon carbide particle compact and the structure tends to have fine pores (pores) remaining around the agglomerates. If it exceeds 8% by weight, intermetallic compounds tend to be precipitated and become brittle when the alloy is cooled, so the Mg content in the aluminum alloy when used as a material for engine valve seats and engine cylinder liners is 4-8% by weight. It is desirable to set the range to.

【0016】このようなアルミニウム合金中に含有され
る炭化ケイ素(SiC)の含有量は、35重量%以上4
5重量%以下であるが、この場合、炭化ケイ素含有量が
35重量%よりも少ないと、相対的にアルミニウム合金
の割合が増大することから、複合材料の強度および靭性
が向上すると共に熱伝導率は大きくなるものの、熱膨張
係数が大きくなり、また、硬さが低下して耐摩耗性が劣
化することとなるので好ましくなく、炭化ケイ素量が4
5重量%よりも多いと、相対的にアルミニウム合金の割
合が減少することから、複合材料の硬さが大きくなって
耐摩耗性は向上するものの、強度および靭性が低下する
と共に熱伝導率も低くなり、熱膨張係数も小さくなるの
で好ましくない。
The content of silicon carbide (SiC) contained in such an aluminum alloy is 35% by weight or more and 4
5% by weight or less. In this case, when the silicon carbide content is less than 35% by weight, the ratio of the aluminum alloy relatively increases, so that the strength and toughness of the composite material are improved and the thermal conductivity is increased. Is large, but the thermal expansion coefficient is large, and the hardness is lowered, so that the wear resistance is deteriorated.
When it is more than 5% by weight, the proportion of aluminum alloy decreases relatively, so that the hardness of the composite material increases and the wear resistance improves, but the strength and toughness decrease and the thermal conductivity also decreases. And the coefficient of thermal expansion becomes small, which is not preferable.

【0017】そして、アルミニウム合金中の炭化ケイ素
含有量を35重量%以上45重量%以下とすることによ
って、熱膨張係数を10×10−6/℃以上12×10
−6/℃以下にできると共に、熱伝導率を150W/
(m・K)以上とすることができ、また、強度も高いも
のとすることが可能である。
By setting the silicon carbide content in the aluminum alloy to 35% by weight or more and 45% by weight or less, the coefficient of thermal expansion is 10 × 10 −6 / ° C. or more and 12 × 10.
-6 / ° C or less and thermal conductivity of 150W /
(M · K) or more, and the strength can be high.

【0018】図1はエンジンのシリダンヘッド部分を示
す断面説明図であり、図2はシリンダヘッド部分に設け
られるバルブシートの断面説明図であって、エンジンの
シリンダヘッド1はアルミニウム合金よりなるものであ
って、その内部に冷却水通路2を形成していると共にシ
リンダ上部空間3を形成しており、バルブ座部にはバル
ブシート4が設けてあり、バルブ5のバルブフェース部
分が当接するようになっている。また、バルブ5はバル
ブガイド6に案内された状態で往復移動し、シリンダ上
部空間3とポート7とが開閉するものとなっている。
FIG. 1 is a sectional view showing a silidan head portion of an engine, and FIG. 2 is a sectional view showing a valve seat provided in the cylinder head portion. The cylinder head 1 of the engine is made of an aluminum alloy. A cooling water passage 2 and a cylinder upper space 3 are formed therein, a valve seat 4 is provided in the valve seat portion, and a valve face portion of the valve 5 is brought into contact therewith. ing. Further, the valve 5 reciprocates while being guided by the valve guide 6, and the cylinder upper space 3 and the port 7 are opened and closed.

【0019】そして、本発明に係わる複合材料で形成し
たバルブシート4は、図2に示すように、アルミニウム
合金4a中に炭化ケイ素4bが粒子状に分散したものと
してリング形状に形成されたものとなっている。
As shown in FIG. 2, the valve seat 4 made of the composite material according to the present invention has a ring shape formed by dispersing silicon carbide 4b in the form of particles in the aluminum alloy 4a. Has become.

【0020】本発明に係わる複合材料は、上記したよう
に、アルミニウム合金(例えば、Al−Si−Mg合
金)中に、炭化ケイ素セラミックス(例えば、1000
番粉末)35重量%以上45重量%以下を含有したもの
であるが、このような複合材料の製造工程としては、例
えば、炭化ケイ素粉末を上記アルミニウム合金成分の粉
末や塊材に混合して溶融することで得ることができる。
この場合、例えば、好ましい溶融含浸温度は670℃か
ら750℃までの範囲であり、通常のアルミニウム合金
の溶解方法と同じであるものとすることができる。
As described above, the composite material according to the present invention contains the silicon carbide ceramics (eg, 1000) in the aluminum alloy (eg, Al--Si--Mg alloy).
No. powder) containing 35% by weight or more and 45% by weight or less. As a manufacturing process of such a composite material, for example, silicon carbide powder is mixed with the powder of aluminum alloy component or agglomerate and melted. Can be obtained by doing.
In this case, for example, the preferable melt impregnation temperature is in the range of 670 ° C. to 750 ° C., which can be the same as the usual melting method for aluminum alloys.

【0021】そして、バルブシートに形成するに際して
は、バルブシート形状に対応する鋳造空間およびこれに
連続する湯口を有する鉄製もしくは鋳物砂製の鋳型に湯
口より炭化ケイ素粒子を含むアルミニウム合金を注いで
鋳造する。その後、この複合材料よりなるリング状バル
ブシートをエンジンヘッドの鋳造工程でバルブシートに
相当する位置に固定してエンジン用シリンダヘッドを鋳
造で製造する。
When forming a valve seat, an aluminum alloy containing silicon carbide particles is poured from the gate into a casting mold made of iron or foundry sand having a casting space corresponding to the valve seat shape and a gate continuous with the casting space. To do. Then, the ring-shaped valve seat made of this composite material is fixed at a position corresponding to the valve seat in the engine head casting process to manufacture the engine cylinder head by casting.

【0022】[0022]

【発明の作用】本発明による炭化ケイ素−アルミニウム
合金複合材料では、請求項1に記載したように、アルミ
ニウム合金中に、35重量%以上45重量%以下の炭化
ケイ素を含有したものであり、アルミニウム合金相が連
続体を構成しているため、熱特性としては熱伝導率が1
50W/(m・K)以上と基材(例えば、AC 2A)
の特性値にかなり近く、かつまた、熱膨張率も10×1
−6/℃以上12×10−6/℃以下であってアルミ
ニウム合金の13.5×10−6/℃に近い値である。
According to the silicon carbide-aluminum alloy composite material of the present invention, as described in claim 1, the aluminum alloy contains 35% by weight or more and 45% by weight or less of silicon carbide. Since the alloy phase constitutes a continuous body, the thermal conductivity is 1
50 W / (m · K) or more and base material (for example, AC 2A)
Is very close to the characteristic value of, and the coefficient of thermal expansion is also 10 × 1.
0 -6 / ° C. or higher 12 × 10 -6 / ℃ less a by a value close to 13.5 × 10 -6 / ℃ of aluminum alloy.

【0023】そのため、熱膨張差でシリンダヘッドのア
ルミニウム合金相との剥離が起きがたくなると共に、熱
伝導率が150W/(m・K)以上であるので、シリン
ダヘッド内部の熱を冷却水側に逃がすことが可能とな
る。
Therefore, the thermal expansion difference makes it difficult for the cylinder head to separate from the aluminum alloy phase, and since the thermal conductivity is 150 W / (m · K) or more, the heat inside the cylinder head is transferred to the cooling water side. It is possible to escape to.

【0024】本発明に係わる複合材料をバルブシートに
適用した場合に、従来はシリンダヘッドとバルブシート
との間での機械的な結合が必要であるため、外周部に金
属リングを設けたり、外周部に凹凸加工を施したりして
いたが、本発明の複合材料を用いればこのような構造な
いしは加工が不要となる。
When the composite material according to the present invention is applied to a valve seat, it is conventionally necessary to mechanically connect the cylinder head and the valve seat, so that a metal ring is provided on the outer peripheral portion or the outer peripheral portion is provided. Although the parts were unevenly processed, such a structure or processing is unnecessary by using the composite material of the present invention.

【0025】また、請求項2に記載のように、炭化ケイ
素の粒子径が平均で12μm以上18μm以下であるも
のとすることによって、アルミニウム合金中の炭化ケイ
素セラミックスは緻密ではないが、荷重を受け持つた
め、アルミニウム−セラミックス複合材料としては最高
レベルの450〜500MPaの強度を持つものとな
る。また、残留金属が破壊時のクラック進展を防止する
ため、破壊靭性値も11〜13MPa√mと高い値を示
すものとなる。
Further, as described in claim 2, the average particle size of silicon carbide is 12 μm or more and 18 μm or less, so that the silicon carbide ceramics in the aluminum alloy are not dense but bear load. Therefore, the aluminum-ceramics composite material has the highest level of strength of 450 to 500 MPa. Further, since the residual metal prevents the crack development at the time of fracture, the fracture toughness value also shows a high value of 11 to 13 MPa√m.

【0026】本発明に係わる複合材料をエンジンバルブ
シートに適用した場合において、機械的な特性のみなら
ずエンジンのシリンダヘッドとして用いるのに必要なバ
ルブとの摩耗特性については、バルブの打撃による摩耗
テストにより摩耗量測定を行った結果、極めて良好であ
ることがわかった。この摩耗試験では、バルブはステラ
イト(STL)#32を用いて行った。試験条件は、バ
ーナーで加熱して、バルブシート温度で150℃、バル
ブ温度で550℃、に設定し、耐久条件はカムの回転数
2000rpm、5時間の試験であり、バルブへの凝着
量とバルブシートの摩耗量を測定する試験である。
When the composite material according to the present invention is applied to an engine valve seat, not only the mechanical characteristics but also the wear characteristics with a valve necessary for use as a cylinder head of an engine are evaluated by a wear test by the impact of the valve. As a result of measuring the amount of wear, it was found to be extremely good. In this abrasion test, the valve was Stellite (STL) # 32. The test conditions were heating with a burner, the valve seat temperature was 150 ° C, and the valve temperature was 550 ° C. The durability condition was a cam rotation speed of 2000 rpm for 5 hours. This is a test for measuring the amount of wear of the valve seat.

【0027】耐摩耗性が良好なものとなっている理由
は、表面がセラミックスだけでなくアルミニウム合金で
あるため、表面の摩擦係数が著しく低下することによる
ものであり、硬さ(ビッカース)が通常のセラミックス
よりも数GPa低いためである。この理由としては、炭
化ケイ素が粒子状態であるため動き易いこと、および残
留アルミニウムが変形し易いことが挙げられる。
The reason why the wear resistance is good is that the surface is made of aluminum alloy as well as ceramics, so that the coefficient of friction of the surface is remarkably lowered, and the hardness (Vickers) is usually This is because it is several GPa lower than the ceramics. The reason for this is that the silicon carbide is in a particulate state and thus it is easy to move, and the residual aluminum is easily deformed.

【0028】[0028]

【実施例】実施例1,2,比較例1,2 金属溶解用坩堝に、それぞれ表1の成分欄に対応するよ
うに50重量%,45重量%,35重量%,30重量%
の炭化ケイ素粉末(平均粒径が15μmのもの)と、下
記のアルミニウム合金50重量%,55重量%,65重
量%,70重量%を秤量し、加熱溶解後に十分に攪拌
し、鋳物砂により作製した鋳型に鋳造してバルブシート
素材を製造した後バルブシート形状に仕上げ加工した。
ここで用いたアルミニウム合金は、JIS−AC8A材
料(Cu:0.8〜1.3重量%、Si:11〜13重
量%、Mg:0.7〜1.3重量%、Ni:0.8〜
1.5重量%、残部AlおよびZn,Fe,Mn,Cr
等の不純物)に5重量%のマグネシウムを700℃で溶
解して製造した合金(アルミニウム合金中のSi含有量
を10重量%、Mg含有量を4.5重量%、残部をアル
ミニウムおよび微量成分ならびに不純物としたアルミニ
ウム合金)である。このときの試験片形状は、表1に示
すそれぞれの試験方法による指定形状とし、複合材料の
熱伝導率,熱膨張係数,曲げ強度,破壊靭性値,硬さ
(ビッカース)を測定した。これらの結果を同じく表1
に示す。
EXAMPLES Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2, 50% by weight, 45% by weight, 35% by weight and 30% by weight corresponding to the component column of Table 1 were added to crucibles for melting metal.
Silicon carbide powder (having an average particle diameter of 15 μm) and the following aluminum alloys of 50% by weight, 55% by weight, 65% by weight and 70% by weight are weighed, heated and melted, and sufficiently stirred, and then produced by casting sand The valve seat material was manufactured by casting in the above mold and then finished into a valve seat shape.
The aluminum alloy used here is a JIS-AC8A material (Cu: 0.8 to 1.3% by weight, Si: 11 to 13% by weight, Mg: 0.7 to 1.3% by weight, Ni: 0.8). ~
1.5% by weight, balance Al and Zn, Fe, Mn, Cr
Alloy produced by dissolving 5% by weight of magnesium at 700 ° C. (Si content in aluminum alloy is 10% by weight, Mg content is 4.5% by weight, the balance is aluminum and trace components, and Aluminum alloy as impurities). The shape of the test piece at this time was a specified shape according to each test method shown in Table 1, and the thermal conductivity, thermal expansion coefficient, bending strength, fracture toughness value, and hardness (Vickers) of the composite material were measured. These results are also shown in Table 1.
Shown in

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】次に、表1に示した4種の複合材料をバル
ブシートとして利用した場合の単体評価試験(バルブシ
ート試験)機による耐久試験を行った。この結果を表2
に示す。この場合、バルブシートは、上記複合材料から
内径30mm,外径37mm,厚み14mmのバルブシ
ート形状に加工し、シートの摩耗量とバルブへの付着量
を評価した。また、バルブシート試験機は、エンジンの
バルブとバルブシートとの間での叩き状態を模擬試験す
る装置であり、バルブ温度をバーナーで760℃に加熱
し、シート温度を300℃に保持し、回転数2000回
転相当のたたきを与えて耐久試験(5時間)を行った。
このとき、バルブシート材料はステライト(STL)#
32を用いた。
Next, a durability test was carried out by a unit evaluation test (valve seat test) machine when the four types of composite materials shown in Table 1 were used as valve seats. The results are shown in Table 2.
Shown in In this case, the valve seat was processed from the above composite material into a valve seat shape having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 37 mm, and a thickness of 14 mm, and the seat wear amount and the valve attachment amount were evaluated. The valve seat tester is a device that simulates the hitting state between the engine valve and the valve seat, and heats the valve temperature to 760 ° C with a burner, keeps the seat temperature at 300 ° C, and rotates it. A durability test (5 hours) was carried out by giving a knocking equivalent to several 2000 revolutions.
At this time, the valve seat material is Stellite (STL) #
32 was used.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】表2に示した結果より明らかなように、ア
ルミニウム合金の割合が増大するにしたがってバルブシ
ートの損耗量が増加し、かつまたバルブへの付着量も増
加していた。そして表2の参考欄に示す銅合金バルブシ
ート材の基準値と比べて本発明のアルミニウム・炭化ケ
イ素複合材料では、アルミニウム合金が55重量%以上
65重量%以下のとき、すなわち、炭化ケイ素が35重
量%以上45重量%以下のときに、この基準値を満た
し、バルブへの付着量を少なくしそしてまたバルブシー
トの摩耗量を少なくすると共にシリンダヘッド周囲の冷
却水温度を下げることが可能であった。
As is clear from the results shown in Table 2, the amount of wear of the valve seat increased and the amount of adhesion to the valve also increased as the proportion of aluminum alloy increased. And in the aluminum-silicon carbide composite material of the present invention, compared with the reference value of the copper alloy valve seat material shown in the reference column of Table 2, when the aluminum alloy is 55% by weight or more and 65% by weight or less, that is, silicon carbide is 35% by weight. When the content is not less than 45% by weight, it is possible to satisfy this standard value, reduce the amount of adhesion to the valve, reduce the amount of wear of the valve seat, and lower the temperature of the cooling water around the cylinder head. It was

【0033】実施例1,3,4,比較例3〜5 実施例1で用いた45重量%炭化ケイ素−55重量%ア
ルミニウム合金複合材料において、炭化ケイ素原料粉末
の粒度を変更した場合の複合材料の耐久評価試験を前記
と同様にして実施したところ、表3に示す結果であっ
た。この場合、表3に示すように、炭化ケイ素は平均粒
子径で10μmから35μmまでとなる粉末を用いた。
また、各粒度のばらつきはそれぞれ平均径の上下20%
の広がりを持っているものである。
Examples 1, 3, 4 and Comparative Examples 3 to 5 In the 45 wt% silicon carbide-55 wt% aluminum alloy composite material used in Example 1, the composite material when the particle size of the silicon carbide raw material powder was changed When the durability evaluation test of No. 2 was conducted in the same manner as described above, the results shown in Table 3 were obtained. In this case, as shown in Table 3, silicon carbide used was a powder having an average particle diameter of 10 μm to 35 μm.
Also, the variation of each particle size is 20% above and below the average diameter.
It is something that has a spread of.

【0034】[0034]

【表3】 [Table 3]

【0035】表3に示した結果より明らかなように、炭
化ケイ素粒子径が増大するにしたがってバルブシートの
損耗量が増えることがわかり、また、炭化ケイ素の粒子
径が小さくなるとバルブへの付着量が増加してバルブの
摺動特性が低下することがわかり、粒子径の大きさに制
限が認められ、炭化ケイ素粒子径は平均で12μm以上
18μm以下とするのが望ましいことが認められた。
As is clear from the results shown in Table 3, the amount of wear of the valve seat increases as the particle size of silicon carbide increases, and when the particle size of silicon carbide decreases, the amount adhered to the valve increases. It was found that the sliding property of the valve was deteriorated due to the increase of the particle size, and that the particle size was limited, and that it was desirable that the average particle size of silicon carbide be 12 μm or more and 18 μm or less.

【0036】このような実施結果より明らかなように、
本発明による複合材料は、焼結によるセラミックスを用
いるのではなく、炭化ケイ素−アルミニウム合金からな
るセラミックス−金属複合材料とすることにより、摩耗
損を著しく少なくし、例えば、エンジンの製造(シリン
ダヘッドへのバルブシートの圧入や鋳包みによる製造)
に十分耐え得る強度と靭性をもつバルブシート一体型の
シリンダヘッドを創り出すことができ、また、シリンダ
ライナーに適用した場合に熱によるピストンリングの焼
き付きを防止することが可能であるなどの優れた利点が
もたらされる。
As is clear from the results of such implementation,
The composite material according to the present invention uses a ceramic-metal composite material made of a silicon carbide-aluminum alloy, rather than a ceramic material obtained by sintering, to significantly reduce wear loss. (Manufacturing by press-fitting the valve seat and casting encapsulation)
It is possible to create a valve head integrated cylinder head that has sufficient strength and toughness to withstand, and when applied to a cylinder liner, it is possible to prevent the seizure of the piston ring due to heat. Is brought about.

【0037】そして、本発明による複合材料を用いたシ
リンダライナーでは、耐摩耗性ばかりでなく、相手材を
損傷させない等のメリットがあり、エンジンのシリンダ
ライナーだけでなく他の油圧シリンダ等にも十分応用の
できるものである。さらに、比重は約2.85g/cm
であり、鋳鉄(7.8g/cm)製のライナーと比
較して格段の軽量化が実現されるものである。
The cylinder liner using the composite material according to the present invention has not only wear resistance but also the advantage of not damaging the mating material and the like, which is sufficient not only for the cylinder liner of the engine but also for other hydraulic cylinders and the like. It can be applied. Furthermore, the specific gravity is about 2.85 g / cm.
3, which is significantly lighter than that of a liner made of cast iron (7.8 g / cm 3 ).

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明に係わる複合材料は、請求項1に
記載しているように、アルミニウム合金中に、35重量
%以上45重量%以下の炭化ケイ素を含有し、熱伝導率
が150W/(m・K)以上、熱膨張率が10×10
−6/℃以上12×10−6/℃以下である構成とした
から、強度,耐摩耗性,熱伝導性に優れたものであり、
例えば、エンジンのバルブシートやシリンダライナー等
において必要としている強度と耐摩耗性を合わせ持ち、
かつまた熱伝導性にも優れたものであって、複合材料を
使用した部品自体の耐摩耗性が良好であるだけでなく相
手材の摩耗量も少なくする相手材攻撃性の小さい軽量な
材料であるという著しく優れた効果がもたらされる。
As described in claim 1, the composite material according to the present invention contains 35% by weight or more and 45% by weight or less of silicon carbide in an aluminum alloy and has a thermal conductivity of 150 W / (M · K) or more, coefficient of thermal expansion 10 × 10
Since it is configured to be not less than −6 / ° C. and not more than 12 × 10 −6 / ° C., it has excellent strength, wear resistance, and thermal conductivity.
For example, it has the strength and wear resistance required for engine valve seats, cylinder liners, etc.,
In addition, it is also a material that is excellent in thermal conductivity, not only has good wear resistance of the part itself that uses the composite material, but also reduces the amount of wear of the mating material. There is a remarkably excellent effect.

【0039】そして、本発明に係わる強度,耐摩耗性,
熱伝導性に優れた複合材料の実施態様においては、請求
項2に記載しているように、アルミニウム合金中に含有
する炭化ケイ素の粒子径が平均で12μm以上18μm
以下であるものとすることによって、自己の耐摩耗性を
より一層良好なものにできると共に相手材に対する損耗
を小さいものにできるという効果がもたらされ、請求項
3に記載しているように、アルミニウム合金は鋳造用ア
ルミニウム合金とすることによって製造性が良好なもの
にでき、とくに請求項4に記載しているように、アルミ
ニウム合金は、Si:8〜11重量%、Mg:4〜8重
量%を基本成分として含有し、残部が実質的にAlから
なる鋳造用アルミニウム合金とするによって鋳造性が良
好であると共に強度および耐摩耗性が良好であり、相手
材に対する攻撃性も小さなものにすることが可能であ
り、請求項5に記載しているように、エンジンバルブシ
ートの素材として使用することによって耐久性の優れた
熱伝導性のよいバルブシートを提供することが可能であ
り、請求項6に記載しているように、エンジンシリンダ
ライナーの素材として使用することによって耐久性の優
れた熱伝導性のよいシリンダライナーを提供することが
可能であるという著しく優れた効果がもたらされる。
The strength, wear resistance, and
In an embodiment of the composite material having excellent thermal conductivity, the particle size of silicon carbide contained in the aluminum alloy is 12 μm or more and 18 μm on average as described in claim 2.
The following effects bring about an effect that the wear resistance of the self can be further improved and the wear to the mating material can be made small, and as described in claim 3, The manufacturability of the aluminum alloy can be improved by making it an aluminum alloy for casting. Particularly, as described in claim 4, the aluminum alloy contains Si: 8 to 11% by weight and Mg: 4 to 8% by weight. % As a basic component, and the balance is made of an aluminum alloy for casting which substantially consists of Al, which has good castability, good strength and wear resistance, and low aggression against the mating material. As described in claim 5, when used as a material for an engine valve seat, a ball having excellent heat conductivity and excellent durability can be obtained. It is possible to provide a seat, and as described in claim 6, it is possible to provide a cylinder liner having excellent durability and excellent heat conductivity by using it as a material of an engine cylinder liner. There is a remarkably excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】エンジンのシリンダヘッド部分を示す断面説明
図である。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a cylinder head portion of an engine.

【図2】エンジンのシリンダヘッド部分に設けられるバ
ルブシートの断面説明図である。
FIG. 2 is a cross-sectional explanatory view of a valve seat provided in a cylinder head portion of an engine.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

4 バルブシート(複合材料) 4a アルミニウム合金 4b 炭化ケイ素 4 Valve seat (composite material) 4a Aluminum alloy 4b Silicon carbide

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アルミニウム合金中に、35重量%以上
45重量%以下の炭化ケイ素を含有し、熱伝導率が15
0W/(m・K)以上、熱膨張率が10×10−6/℃
以上12×10−6/℃以下であることを特徴とする強
度,耐摩耗性,熱伝導性に優れた複合材料。
1. An aluminum alloy containing 35% by weight or more and 45% by weight or less of silicon carbide and having a thermal conductivity of 15%.
0 W / (m · K) or more, thermal expansion coefficient of 10 × 10 −6 / ° C.
A composite material excellent in strength, wear resistance, and thermal conductivity, which is not less than 12 × 10 −6 / ° C.
【請求項2】 アルミニウム合金中に含有する炭化ケイ
素の粒子径が平均で12μm以上18μm以下である請
求項1に記載の強度,耐摩耗性,熱伝導性に優れた複合
材料。
2. The composite material excellent in strength, wear resistance and thermal conductivity according to claim 1, wherein the silicon carbide contained in the aluminum alloy has an average particle size of 12 μm or more and 18 μm or less.
【請求項3】 アルミニウム合金は鋳造用アルミニウム
合金である請求項1または2に記載の強度,耐摩耗性,
熱伝導性に優れた複合材料。
3. The strength, wear resistance, and wear resistance according to claim 1, wherein the aluminum alloy is a casting aluminum alloy.
Composite material with excellent thermal conductivity.
【請求項4】 アルミニウム合金は、Si:8〜11重
量%、Mg:4〜8重量%を基本成分として含有し、残
部が実質的にAlからなる鋳造用アルミニウム合金であ
る請求項3に記載の強度,耐摩耗性,熱伝導性に優れた
複合材料。
4. The casting aluminum alloy according to claim 3, wherein the aluminum alloy contains Si: 8 to 11% by weight and Mg: 4 to 8% by weight as a basic component, and the balance substantially consists of Al. A composite material with excellent strength, wear resistance, and thermal conductivity.
【請求項5】 エンジンバルブシートの素材である請求
項1ないし4のいずれかに記載の強度,耐摩耗性,熱伝
導性に優れた複合材料。
5. The composite material excellent in strength, wear resistance and thermal conductivity according to claim 1, which is a material for an engine valve seat.
【請求項6】 エンジンシリンダライナーの素材である
請求項1ないし4のいずれかに記載の強度,耐摩耗性,
熱伝導性に優れた複合材料。
6. The strength and wear resistance according to claim 1, which is a material for an engine cylinder liner.
Composite material with excellent thermal conductivity.
【請求項7】 55重量%以上65重量%以下のアルミ
ニウム合金溶湯と35重量%以上45重量%以下の炭化
ケイ素粉末とを混合したのち鋳造成形することを特徴と
する強度,耐摩耗性,熱伝導性に優れた複合材料の製造
方法。
7. Strength, wear resistance and heat, characterized by mixing 55% by weight or more and 65% by weight or less of an aluminum alloy melt and 35% by weight or more and 45% by weight or less of silicon carbide powder and then casting. A method for manufacturing a composite material having excellent conductivity.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002339027A (en) * 2001-05-18 2002-11-27 Honda Motor Co Ltd Member using aluminum alloy composite material and its producing method
JP2009507220A (en) * 2005-09-05 2009-02-19 スカニア シーブイ アクチボラグ(パブル) Method of processing cast iron components based on hardness estimation by magnetic Barkhausen noise
CN104313385A (en) * 2014-11-21 2015-01-28 哈尔滨工业大学 Ultrahigh heat-conduction diamond/aluminum composite material and preparation method of ultrahigh heat-conduction diamond/aluminum composite material
CN105734334A (en) * 2016-04-15 2016-07-06 周凡 Preparation method for aluminum matrix composite material

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002339027A (en) * 2001-05-18 2002-11-27 Honda Motor Co Ltd Member using aluminum alloy composite material and its producing method
JP4550314B2 (en) * 2001-05-18 2010-09-22 本田技研工業株式会社 Member using aluminum-based composite material and method for manufacturing the same
JP2009507220A (en) * 2005-09-05 2009-02-19 スカニア シーブイ アクチボラグ(パブル) Method of processing cast iron components based on hardness estimation by magnetic Barkhausen noise
CN104313385A (en) * 2014-11-21 2015-01-28 哈尔滨工业大学 Ultrahigh heat-conduction diamond/aluminum composite material and preparation method of ultrahigh heat-conduction diamond/aluminum composite material
CN105734334A (en) * 2016-04-15 2016-07-06 周凡 Preparation method for aluminum matrix composite material

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