JPH10219370A - Ａｌ基複合部材の製造方法 - Google Patents
Ａｌ基複合部材の製造方法Info
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- JPH10219370A JPH10219370A JP9027632A JP2763297A JPH10219370A JP H10219370 A JPH10219370 A JP H10219370A JP 9027632 A JP9027632 A JP 9027632A JP 2763297 A JP2763297 A JP 2763297A JP H10219370 A JPH10219370 A JP H10219370A
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- fibers
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- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F3/00—Pistons
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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- F05C2201/021—Aluminium
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐凝着摩耗性と強度とを兼備した分散強化型
Ａｌ基複合材料から成る溝部を有する内燃機関ピストン
等のＡｌ基複合部材の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｔｉ繊維、Ｃ繊維およびＡｌ繊維を重量
比で４〜６：１：１〜１０となるように混合し、得られ
た繊維混合体をＡｌ基合金部材の溝内に配置し、該溝内
の繊維混合体に高密度エネルギービームを照射して１２
００℃以上に加熱することにより該溝内の該繊維混合体
全体と該Ａｌ基合金部材の該溝内壁表層部分のみとを溶
融させ、形成された溶融体内でのin-situ 反応によりＴ
ｉＣ粒子を主体とする強化粒子を生成させた後に冷却す
ることにより、Ａｌ基合金マトリクス中に該強化粒子が
分散し且つ該溝内壁と一体化した分散強化部を形成す
る。
Ａｌ基複合材料から成る溝部を有する内燃機関ピストン
等のＡｌ基複合部材の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｔｉ繊維、Ｃ繊維およびＡｌ繊維を重量
比で４〜６：１：１〜１０となるように混合し、得られ
た繊維混合体をＡｌ基合金部材の溝内に配置し、該溝内
の繊維混合体に高密度エネルギービームを照射して１２
００℃以上に加熱することにより該溝内の該繊維混合体
全体と該Ａｌ基合金部材の該溝内壁表層部分のみとを溶
融させ、形成された溶融体内でのin-situ 反応によりＴ
ｉＣ粒子を主体とする強化粒子を生成させた後に冷却す
ることにより、Ａｌ基合金マトリクス中に該強化粒子が
分散し且つ該溝内壁と一体化した分散強化部を形成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、粒子分散強化型Ａ
ｌ基複合材料で形成した溝部を有するＡｌ基複合部材の
製造方法に関する。
ｌ基複合材料で形成した溝部を有するＡｌ基複合部材の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ基複合材料は、繊維強化型あるいは
粒子分散強化型の金属基複合材料（ＭＭＣ）の代表的な
存在であり、軽量性と高強度および耐摩耗性とを兼備し
ているため、特に高荷重および摩耗環境下で高速往復運
動する部材用の材料として非常に有用であり、典型的に
は自動車エンジン等の内燃機関のピストン用材料として
開発が進められている。
粒子分散強化型の金属基複合材料（ＭＭＣ）の代表的な
存在であり、軽量性と高強度および耐摩耗性とを兼備し
ているため、特に高荷重および摩耗環境下で高速往復運
動する部材用の材料として非常に有用であり、典型的に
は自動車エンジン等の内燃機関のピストン用材料として
開発が進められている。
【０００３】特に、ピストンのトップリング溝を設ける
耐摩環部は、トップリングにより繰り返し衝撃荷重と摺
動摩耗を受ける極めて過酷な条件下で使用され、ピスト
ンの部位の中でも最も高い耐久性を必要とする部位であ
る。内燃機関の性能を向上する上で、ピストンの耐久性
能は決定的な要因の一つであり、この観点からピストン
の耐摩環部をＡｌ基複合材料で形成する技術は極めて重
要である。
耐摩環部は、トップリングにより繰り返し衝撃荷重と摺
動摩耗を受ける極めて過酷な条件下で使用され、ピスト
ンの部位の中でも最も高い耐久性を必要とする部位であ
る。内燃機関の性能を向上する上で、ピストンの耐久性
能は決定的な要因の一つであり、この観点からピストン
の耐摩環部をＡｌ基複合材料で形成する技術は極めて重
要である。
【０００４】従来、このようなＡｌ基複合材料としては
種々の繊維や粒子を強化材としたものが用いられてお
り、特に自動車エンジンの高性能化に伴い、ピストン耐
摩環部の耐久性向上の要請に応えるべく、常に新材料の
開発が進められている。そのような新材料については、
例えば「鉄と鋼」第７５年（１９８９）第９号ｐ１７９
０〜１７９７には種々紹介されている。そのうちで、耐
摩環部をサフィル（英国ＩＣＩ社商品名：アルミナ・シ
リカ繊維混合体）とＮｉＡｌ3 金属間化合物粒子で強化
したピストンが一部実用化されている。
種々の繊維や粒子を強化材としたものが用いられてお
り、特に自動車エンジンの高性能化に伴い、ピストン耐
摩環部の耐久性向上の要請に応えるべく、常に新材料の
開発が進められている。そのような新材料については、
例えば「鉄と鋼」第７５年（１９８９）第９号ｐ１７９
０〜１７９７には種々紹介されている。そのうちで、耐
摩環部をサフィル（英国ＩＣＩ社商品名：アルミナ・シ
リカ繊維混合体）とＮｉＡｌ3 金属間化合物粒子で強化
したピストンが一部実用化されている。
【０００５】ただし、エンジンの高性能化に伴い特にピ
ストン耐摩環部の凝着摩耗が重要な問題となる。これに
対処するために、多数の微細なＴｉＣ粒子を均一に分散
させたＡｌ基複合材料で耐摩環部を形成することが試行
されている。これは、凝着摩耗はＡｌまたはＡｌ基合金
のマトリクス部分で発生するため、ＴｉＣ粒子の占める
箇所を増加させマトリクス部分を少なくすることで凝着
摩耗の発生を抑制しようとするものである。
ストン耐摩環部の凝着摩耗が重要な問題となる。これに
対処するために、多数の微細なＴｉＣ粒子を均一に分散
させたＡｌ基複合材料で耐摩環部を形成することが試行
されている。これは、凝着摩耗はＡｌまたはＡｌ基合金
のマトリクス部分で発生するため、ＴｉＣ粒子の占める
箇所を増加させマトリクス部分を少なくすることで凝着
摩耗の発生を抑制しようとするものである。
【０００６】ただし、凝着摩耗を効果的に抑制するため
にＴｉＣ粒子を余り増加させるとＡｌ基複合材料が脆化
し、耐摩環部の強度がむしろ低下してしまう。したがっ
て、脆化を防止しながら耐凝着摩耗性を高めるために
は、ＴｉＣ粒子の量を適正に制御する必要がある。しか
し従来は、Ａｌ溶湯中でＴｉＣ粒子をin-situ 生成させ
る際に、ＴｉＣ生成量を上記適正量に安定して制御する
ことが困難なため、耐凝着摩耗性と強度とを兼備した耐
摩環部を有するピストンを確実に製造することが困難で
あった。
にＴｉＣ粒子を余り増加させるとＡｌ基複合材料が脆化
し、耐摩環部の強度がむしろ低下してしまう。したがっ
て、脆化を防止しながら耐凝着摩耗性を高めるために
は、ＴｉＣ粒子の量を適正に制御する必要がある。しか
し従来は、Ａｌ溶湯中でＴｉＣ粒子をin-situ 生成させ
る際に、ＴｉＣ生成量を上記適正量に安定して制御する
ことが困難なため、耐凝着摩耗性と強度とを兼備した耐
摩環部を有するピストンを確実に製造することが困難で
あった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐凝着摩耗
性と強度とを兼備した分散強化型Ａｌ基複合材料から成
る溝部を有する、内燃機関ピストンに代表されるＡｌ基
複合部材を安定して製造する方法を提供することを目的
とする。
性と強度とを兼備した分散強化型Ａｌ基複合材料から成
る溝部を有する、内燃機関ピストンに代表されるＡｌ基
複合部材を安定して製造する方法を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、本発明に
よれば、Ｔｉ繊維、Ｃ繊維およびＡｌ繊維を重量比で４
〜６：１：１〜１０となるように混合し、得られた繊維
混合体をＡｌ基合金部材の溝内に配置し、該溝内の繊維
混合体に高密度エネルギービームを照射して１２００℃
以上に加熱することにより該溝内の該繊維混合体全体と
該Ａｌ基合金部材の該溝内壁表層部分のみとを溶融さ
せ、形成された溶融体内でのin-situ 反応によりＴｉＣ
粒子を主体とする強化粒子を生成させた後に冷却するこ
とにより、Ａｌ基合金マトリクス中に該強化粒子が分散
し且つ該溝内壁と一体化した分散強化部を形成すること
を特徴とするＡｌ基複合部材の製造方法によって達成さ
れる。
よれば、Ｔｉ繊維、Ｃ繊維およびＡｌ繊維を重量比で４
〜６：１：１〜１０となるように混合し、得られた繊維
混合体をＡｌ基合金部材の溝内に配置し、該溝内の繊維
混合体に高密度エネルギービームを照射して１２００℃
以上に加熱することにより該溝内の該繊維混合体全体と
該Ａｌ基合金部材の該溝内壁表層部分のみとを溶融さ
せ、形成された溶融体内でのin-situ 反応によりＴｉＣ
粒子を主体とする強化粒子を生成させた後に冷却するこ
とにより、Ａｌ基合金マトリクス中に該強化粒子が分散
し且つ該溝内壁と一体化した分散強化部を形成すること
を特徴とするＡｌ基複合部材の製造方法によって達成さ
れる。
【０００９】本発明の方法は、溝部分のみに分散強化部
を形成し、この分散強化部を実質的に形成するＴｉ，
Ｃ，Ａｌの組成比を各繊維の重量比として容易に設定す
ることができるので、溶融体内でin-situ 生成するＴｉ
Ｃを主体とする強化粒子を必要な適正量に確実に制御で
きる。また耐摩環部の溝部分のみを分散強化し、その周
囲は靱延性の高いＡｌ基合金で保持されているため、従
来のように耐摩環部全体を分散強化した場合に比べて耐
摩環部全体としての靱延性は確保しつつ耐凝着摩耗性お
よび強度を特に必要とするトップリング溝のみを選択的
に強化できる。このように必要部位のみを分散強化する
ことはコスト的にも有利である。
を形成し、この分散強化部を実質的に形成するＴｉ，
Ｃ，Ａｌの組成比を各繊維の重量比として容易に設定す
ることができるので、溶融体内でin-situ 生成するＴｉ
Ｃを主体とする強化粒子を必要な適正量に確実に制御で
きる。また耐摩環部の溝部分のみを分散強化し、その周
囲は靱延性の高いＡｌ基合金で保持されているため、従
来のように耐摩環部全体を分散強化した場合に比べて耐
摩環部全体としての靱延性は確保しつつ耐凝着摩耗性お
よび強度を特に必要とするトップリング溝のみを選択的
に強化できる。このように必要部位のみを分散強化する
ことはコスト的にも有利である。
【００１０】Ｃ繊維に対するＴｉ繊維およびＡｌ繊維の
重量比を限定した理由は下記のとおりである。 Ｔｉ重量比〔Ｔｉ：Ｃ＝４〜６：１〕 ＴｉＣを生成させるには化学量論的にＣに対してＴｉ重
量比を４とする必要がある。これよりもＴｉが少ないと
遊離Ｃが残留してＡｌ基複合材料としての特性を劣化さ
せる。Ｔｉ重量比が４を超えると、Ｃは全量がＴｉＣを
形成し、余ったＴｉはＴｉＡｌ3 等の金属間化合物を形
成し耐凝着摩耗性および強度を更に向上させる。この金
属間化合物粒子の量がマトリクス中の体積率で５０ vol
％程度までであれば強化粒子として有用な作用が得られ
るが、余り多すぎるとＡｌ基複合材料が脆化し強度低下
の原因になる。そのため、Ｔｉ重量比の上限は６とす
る。
重量比を限定した理由は下記のとおりである。 Ｔｉ重量比〔Ｔｉ：Ｃ＝４〜６：１〕 ＴｉＣを生成させるには化学量論的にＣに対してＴｉ重
量比を４とする必要がある。これよりもＴｉが少ないと
遊離Ｃが残留してＡｌ基複合材料としての特性を劣化さ
せる。Ｔｉ重量比が４を超えると、Ｃは全量がＴｉＣを
形成し、余ったＴｉはＴｉＡｌ3 等の金属間化合物を形
成し耐凝着摩耗性および強度を更に向上させる。この金
属間化合物粒子の量がマトリクス中の体積率で５０ vol
％程度までであれば強化粒子として有用な作用が得られ
るが、余り多すぎるとＡｌ基複合材料が脆化し強度低下
の原因になる。そのため、Ｔｉ重量比の上限は６とす
る。
【００１１】Ａｌ重量比〔Ｃ：Ａｌ＝１：１〜１０〕 Ａｌが少ないとＴｉＣ粒子が粗大化し、Ａｌ基複合材料
を脆化させる。脆化を防止して耐凝着摩耗性と強度を両
立させるためには、ＴｉＣ粒子の粒径が数１０μｍオー
ダーを超えないようにする必要がある。そのために、Ａ
ｌ重量比は１以上とする必要がある。一方、Ａｌ重量比
が多すぎるとＴｉＣ粒子の生成量が少なくなり、耐凝着
摩耗性を向上させる効果が得られない。そのためＡｌ重
量比の上限は１０とする。このとき、ＴｉＣ粒子の生成
量はマトリクス中の体積率で約２０ vol％となり、耐凝
着摩耗性を向上させるにはこれ以上の量でＴｉＣ粒子が
存在する必要がある。
を脆化させる。脆化を防止して耐凝着摩耗性と強度を両
立させるためには、ＴｉＣ粒子の粒径が数１０μｍオー
ダーを超えないようにする必要がある。そのために、Ａ
ｌ重量比は１以上とする必要がある。一方、Ａｌ重量比
が多すぎるとＴｉＣ粒子の生成量が少なくなり、耐凝着
摩耗性を向上させる効果が得られない。そのためＡｌ重
量比の上限は１０とする。このとき、ＴｉＣ粒子の生成
量はマトリクス中の体積率で約２０ vol％となり、耐凝
着摩耗性を向上させるにはこれ以上の量でＴｉＣ粒子が
存在する必要がある。
【００１２】高密度エネルギービームの照射により形成
された溶融体中でＴｉＣ粒子が生成するためには、溶融
体の温度を１２００℃以上とする必要がある。加熱は、
Ａｌ基合金部材の溝内に配置された繊維混合体は全て溶
融するが、Ａｌ基合金部材は溝内壁表層部分のみ溶融す
るように行う。本発明の方法は、自動車エンジン等の内
燃機関のピストンに適用すると非常に有用であり、その
場合は上記の方法において、内燃機関のピストンを構成
するＡｌ基合金部材のトップリング溝形成予定位置に、
該トップリング溝よりも幅および深さの大きい仮溝を形
成し、該仮溝内に上記混合繊維を配置して上記加熱を行
うことにより該トップリングの耐摩環部として上記粒子
分散強化部を形成する。
された溶融体中でＴｉＣ粒子が生成するためには、溶融
体の温度を１２００℃以上とする必要がある。加熱は、
Ａｌ基合金部材の溝内に配置された繊維混合体は全て溶
融するが、Ａｌ基合金部材は溝内壁表層部分のみ溶融す
るように行う。本発明の方法は、自動車エンジン等の内
燃機関のピストンに適用すると非常に有用であり、その
場合は上記の方法において、内燃機関のピストンを構成
するＡｌ基合金部材のトップリング溝形成予定位置に、
該トップリング溝よりも幅および深さの大きい仮溝を形
成し、該仮溝内に上記混合繊維を配置して上記加熱を行
うことにより該トップリングの耐摩環部として上記粒子
分散強化部を形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の方法は、典型的には内燃
機関ピストンの耐摩環部に適用するが、適用対象はこれ
に限定する必要はなく、ピストンと同様に高温で相手材
から繰り返し衝撃荷重と摺動摩耗を受ける係合部を有す
るＡｌ基複合部材に適用すれば、同様の効果が得られ
る。
機関ピストンの耐摩環部に適用するが、適用対象はこれ
に限定する必要はなく、ピストンと同様に高温で相手材
から繰り返し衝撃荷重と摺動摩耗を受ける係合部を有す
るＡｌ基複合部材に適用すれば、同様の効果が得られ
る。
【００１４】本発明においては、Ｔｉ，Ｃ，Ａｌの繊維
を混合した繊維混合体の形でＡｌ基合金部材の溝部に配
置する。この繊維混合体は特にＡｌ繊維の塑性変形によ
り自由な形状に変形させることができ、変形後は特に保
持手段を必要とせずにその形状が維持できる。そのた
め、溝の平面形状および立体形状に応じて容易に溝内に
配置することができ、その後の高エネルギービーム照射
中に特に保持手段を必要とせずに配置されたままの状態
で維持されるので、作業性が非常に高い。また、溝内へ
の配置量により強化部の体積を容易に制御できる。
を混合した繊維混合体の形でＡｌ基合金部材の溝部に配
置する。この繊維混合体は特にＡｌ繊維の塑性変形によ
り自由な形状に変形させることができ、変形後は特に保
持手段を必要とせずにその形状が維持できる。そのた
め、溝の平面形状および立体形状に応じて容易に溝内に
配置することができ、その後の高エネルギービーム照射
中に特に保持手段を必要とせずに配置されたままの状態
で維持されるので、作業性が非常に高い。また、溝内へ
の配置量により強化部の体積を容易に制御できる。
【００１５】ここで繊維とは、いわゆる短繊維および長
繊維のいずれでもよく、必要な繊維混合体を形成するの
に適した形態を選択することができる。繊維混合体は、
上記３種類の繊維が平面的あるいは立体的に入り組んだ
混合体とすることが望ましい。典型的には、３種類の繊
維を編み込んだ形態とすると、取扱いが容易であり、特
に溝内への配置作業が容易になる。ただし、繊維混合体
の形態はこれに限定する必要はなく、種々の形態が可能
である。例えば３種類の繊維を単に束ねてＡｌ箔等を巻
き付けた形態でもよい。特にピストンのトップリング溝
のように円周状の溝に適用する場合には、先ず３種類の
繊維を圧着してリング状の成形体とし、これを複数の円
弧部分に切断分割した後、各円弧部分を円周状の溝内に
順次配置してリング状にすることもできる。
繊維のいずれでもよく、必要な繊維混合体を形成するの
に適した形態を選択することができる。繊維混合体は、
上記３種類の繊維が平面的あるいは立体的に入り組んだ
混合体とすることが望ましい。典型的には、３種類の繊
維を編み込んだ形態とすると、取扱いが容易であり、特
に溝内への配置作業が容易になる。ただし、繊維混合体
の形態はこれに限定する必要はなく、種々の形態が可能
である。例えば３種類の繊維を単に束ねてＡｌ箔等を巻
き付けた形態でもよい。特にピストンのトップリング溝
のように円周状の溝に適用する場合には、先ず３種類の
繊維を圧着してリング状の成形体とし、これを複数の円
弧部分に切断分割した後、各円弧部分を円周状の溝内に
順次配置してリング状にすることもできる。
【００１６】Ａｌ基合金部材とは、純ＡｌまたはＡｌ基
合金から成る部材を意味する。溝内に配置した繊維混合
体に照射する高エネルギービームとしては、必要な溶融
体を形成するのに十分なエネルギーを有し且つ溝内にの
み選択的に照射できるようにビーム径を絞れるものを用
いる。勿論、ビームから溶融部に不必要な物質が混入し
ないものを用いる。一般的には、電子ビーム、レーザー
ビーム等を用いるのが適当であるが、特にこれらに限定
する必要はない。例えば、ＴＩＧ等の電気アークを用い
ることもできよう。照射も、溶融部の組成に実質的な影
響を及ぼさないように雰囲気等を適当に選択して行う。
合金から成る部材を意味する。溝内に配置した繊維混合
体に照射する高エネルギービームとしては、必要な溶融
体を形成するのに十分なエネルギーを有し且つ溝内にの
み選択的に照射できるようにビーム径を絞れるものを用
いる。勿論、ビームから溶融部に不必要な物質が混入し
ないものを用いる。一般的には、電子ビーム、レーザー
ビーム等を用いるのが適当であるが、特にこれらに限定
する必要はない。例えば、ＴＩＧ等の電気アークを用い
ることもできよう。照射も、溶融部の組成に実質的な影
響を及ぼさないように雰囲気等を適当に選択して行う。
【００１７】以下に、添付図面を参照して、実施例によ
り本発明を更に詳細に説明する。
り本発明を更に詳細に説明する。
【００１８】
〔実施例１〕純Ｔｉ繊維（平均径：１０μｍ）、Ｃ繊維
（東レ製Ｔ３００、平均径：７μｍ）、純Ａｌ繊維（平
均径：２２μｍ）を３軸クロスに編み込み繊維混合体を
形成した。重量比はＴｉ繊維：Ｃ繊維：Ａｌ繊維＝４：
１：５とした。この繊維混合体を丸めてφ１０mmの円筒
状に成形した。その際、円筒の体積中に占める全繊維の
体積率が８０％になるように成形した。
（東レ製Ｔ３００、平均径：７μｍ）、純Ａｌ繊維（平
均径：２２μｍ）を３軸クロスに編み込み繊維混合体を
形成した。重量比はＴｉ繊維：Ｃ繊維：Ａｌ繊維＝４：
１：５とした。この繊維混合体を丸めてφ１０mmの円筒
状に成形した。その際、円筒の体積中に占める全繊維の
体積率が８０％になるように成形した。
【００１９】これとは別に、ＪＩＳ ＡＣ８Ａアルミニ
ウム合金にてピストンを鋳造し、そのトップリング部の
全周に図１に示した断面形状の仮溝を形成した。このピ
ストンの仮溝に沿って上記の円筒状繊維混合体を巻き付
けた。次に、不活性雰囲気中（１０-4Torrの減圧下）
で、上記巻き付けた繊維混合体に送り速度１mm／秒で１
周だけ電子ビームを照射し、照射面の温度が約１５００
℃になるように加熱した後、電子ビーム照射を停止して
放冷した。これにより、溝内には溝と一体化した凝固部
（分散強化部）がトップリング部全周を取り巻いて円周
状に形成された。
ウム合金にてピストンを鋳造し、そのトップリング部の
全周に図１に示した断面形状の仮溝を形成した。このピ
ストンの仮溝に沿って上記の円筒状繊維混合体を巻き付
けた。次に、不活性雰囲気中（１０-4Torrの減圧下）
で、上記巻き付けた繊維混合体に送り速度１mm／秒で１
周だけ電子ビームを照射し、照射面の温度が約１５００
℃になるように加熱した後、電子ビーム照射を停止して
放冷した。これにより、溝内には溝と一体化した凝固部
（分散強化部）がトップリング部全周を取り巻いて円周
状に形成された。
【００２０】ピストンを電子線照射装置から取り出した
後、上記凝固部を所定のトップリング溝断面形状に機械
加工で仕上げた。加工後の溝の上下面を電子顕微鏡で観
察したところ、Ａｌマトリクス中に平均径０．５μｍの
ＴｉＣ粒子が分散した組織のＡｌ基複合材料が形成され
ていることが分かった。このＡｌ基複合材料中のＴｉＣ
粒子の体積率は約２５ vol％であった。
後、上記凝固部を所定のトップリング溝断面形状に機械
加工で仕上げた。加工後の溝の上下面を電子顕微鏡で観
察したところ、Ａｌマトリクス中に平均径０．５μｍの
ＴｉＣ粒子が分散した組織のＡｌ基複合材料が形成され
ていることが分かった。このＡｌ基複合材料中のＴｉＣ
粒子の体積率は約２５ vol％であった。
【００２１】別に、上記と同じ組織を有するＡｌ基複合
材料をin-situ 製造し、これから採取した試験片につい
て図２に示す方法により凝着摩耗試験を行った。試験
は、相手材として１７Ｃｒステンレス鋼製窒化リングを
用い、このリングを２８０℃にて面圧０．１ＭＰａで１
０分間試験片に叩き付ける方法により行った。その結
果、凝着は全く発生せず、良好な耐凝着摩耗性を有する
ことが分かった。
材料をin-situ 製造し、これから採取した試験片につい
て図２に示す方法により凝着摩耗試験を行った。試験
は、相手材として１７Ｃｒステンレス鋼製窒化リングを
用い、このリングを２８０℃にて面圧０．１ＭＰａで１
０分間試験片に叩き付ける方法により行った。その結
果、凝着は全く発生せず、良好な耐凝着摩耗性を有する
ことが分かった。
【００２２】また、上記ピストンにＴ７処理を施した
後、セカンドランド部の強度（ランド基部の剪断強度）
を測定した。その結果、従来の加圧鋳造法により製造し
た同仕様のピストン（ＡＣ８Ａマトリクスをサフィール
＋ＮｉＡｌ3 で強化）に比べて、本発明により製造した
上記のピストンは約５０％の強度向上が認められた。 〔実施例２〕実施例１と同様にして本発明によるピスト
ンを製造した。ただし、電子線照射時に加熱温度を１０
００〜２０００℃の範囲で種々に変えた。
後、セカンドランド部の強度（ランド基部の剪断強度）
を測定した。その結果、従来の加圧鋳造法により製造し
た同仕様のピストン（ＡＣ８Ａマトリクスをサフィール
＋ＮｉＡｌ3 で強化）に比べて、本発明により製造した
上記のピストンは約５０％の強度向上が認められた。 〔実施例２〕実施例１と同様にして本発明によるピスト
ンを製造した。ただし、電子線照射時に加熱温度を１０
００〜２０００℃の範囲で種々に変えた。
【００２３】加工後の溝の上下面を電子顕微鏡で観察し
たところ、加熱温度が１２００℃以上の場合には溶融・
凝固部の断面内部までＴｉＣ粒子が生成した健全な組織
が認められた。ただし、加熱温度によりＴｉＣ粒子の粒
径は若干異なっていた。加熱温度が１２００℃未満の場
合は溶融・凝固部の断面内部はＴｉＣ粒子の生成量が少
なく、in-situ 生成が不十分であった。
たところ、加熱温度が１２００℃以上の場合には溶融・
凝固部の断面内部までＴｉＣ粒子が生成した健全な組織
が認められた。ただし、加熱温度によりＴｉＣ粒子の粒
径は若干異なっていた。加熱温度が１２００℃未満の場
合は溶融・凝固部の断面内部はＴｉＣ粒子の生成量が少
なく、in-situ 生成が不十分であった。
【００２４】加熱温度１２００℃以上の場合について実
施例１と同様に凝着試験およびセカンドランド強度試験
を行った結果、どの加熱温度についても同等の良好な耐
凝着摩耗性と強度が得られた。また、純Ａｌ繊維の代わ
りにＡｌ−Ｃｕ繊維（平均径：２２μｍ）を用いた場合
についても、加熱温度１２００℃以上の場合に上記と同
様に良好な結果が得られた。
施例１と同様に凝着試験およびセカンドランド強度試験
を行った結果、どの加熱温度についても同等の良好な耐
凝着摩耗性と強度が得られた。また、純Ａｌ繊維の代わ
りにＡｌ−Ｃｕ繊維（平均径：２２μｍ）を用いた場合
についても、加熱温度１２００℃以上の場合に上記と同
様に良好な結果が得られた。
【００２５】更に、Ｃ繊維として東レＴ４００（平均
径：７μｍ）を用いた場合についても、加熱温度１２０
０℃以上の場合に上記と同様に良好な結果が得られた。 〔実施例３〕純Ａｌ繊維として平均径３０μｍのものを
用いた以外は実施例１と同様にして本発明によるピスト
ンを製造した。ＴｉＣ粒子の体積率は約１５ vol％であ
ったが、実施例１のピストンと同等の良好な耐凝着摩耗
性およびセカンドランド強度が得られた。
径：７μｍ）を用いた場合についても、加熱温度１２０
０℃以上の場合に上記と同様に良好な結果が得られた。 〔実施例３〕純Ａｌ繊維として平均径３０μｍのものを
用いた以外は実施例１と同様にして本発明によるピスト
ンを製造した。ＴｉＣ粒子の体積率は約１５ vol％であ
ったが、実施例１のピストンと同等の良好な耐凝着摩耗
性およびセカンドランド強度が得られた。
【００２６】また、純Ｔｉ繊維として平均径１５μｍの
ものを用いた以外は実施例１と同様にして本発明による
ピストンを製造した。重量比はＴｉ繊維：Ｃ繊維：Ａｌ
繊維＝５：１：５とした。実施例１と同様に組織を観察
したところ、ＴｉＣ粒子以外にＴｉＡｌ3 金属間化合物
が多量に生成していた。実施例１と同様に凝着試験およ
びセカンドランド強度試験を行ったところ、実施例１と
同様に良好な結果が得られた。
ものを用いた以外は実施例１と同様にして本発明による
ピストンを製造した。重量比はＴｉ繊維：Ｃ繊維：Ａｌ
繊維＝５：１：５とした。実施例１と同様に組織を観察
したところ、ＴｉＣ粒子以外にＴｉＡｌ3 金属間化合物
が多量に生成していた。実施例１と同様に凝着試験およ
びセカンドランド強度試験を行ったところ、実施例１と
同様に良好な結果が得られた。
【００２７】このように、繊維の重量比を変えること
で、ＴｉＣ量およびＴｉＡｌ3 量を適宜変えることがで
き、耐凝着摩耗性と強度を両立させる最適の組織を容易
に得ることができる。
で、ＴｉＣ量およびＴｉＡｌ3 量を適宜変えることがで
き、耐凝着摩耗性と強度を両立させる最適の組織を容易
に得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐凝着摩耗性と強度とを兼備した分散強化型Ａｌ基複合
材料から成る溝部を有する、内燃機関ピストンに代表さ
れるＡｌ基複合部材を安定して製造する方法が提供され
る。
耐凝着摩耗性と強度とを兼備した分散強化型Ａｌ基複合
材料から成る溝部を有する、内燃機関ピストンに代表さ
れるＡｌ基複合部材を安定して製造する方法が提供され
る。
【図１】図１は、ピストンのトップリング溝の断面形状
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】図２は、凝着試験装置を示す断面図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｆ０２Ｆ 3/00 Ｎ // Ｃ０４Ｂ 35/56 Ｃ０４Ｂ 35/56 Ｓ
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｔｉ繊維、Ｃ繊維およびＡｌ繊維を重量
比で４〜６：１：１〜１０となるように混合し、得られ
た繊維混合体をＡｌ基合金部材の溝内に配置し、該溝内
の繊維混合体に高密度エネルギービームを照射して１２
００℃以上に加熱することにより該溝内の該繊維混合体
全体と該Ａｌ基合金部材の該溝内壁表層部分のみとを溶
融させ、形成された溶融体内でのin-situ 反応によりＴ
ｉＣ粒子を主体とする強化粒子を生成させた後に冷却す
ることにより、Ａｌ基合金マトリクス中に該強化粒子が
分散し且つ該溝内壁と一体化した粒子分散強化部を形成
することを特徴とするＡｌ基複合部材の製造方法。 - 【請求項２】 内燃機関のピストンを構成するＡｌ基合
金部材のトップリング溝形成予定位置に、該トップリン
グ溝よりも幅および深さの大きい仮溝を形成し、該仮溝
内に上記混合繊維を配置して上記加熱を行うことにより
該トップリングの耐摩環部として上記粒子分散強化部を
形成することを特徴とする請求項１記載のＡｌ基複合部
材の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02763297A JP3409621B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | Ａｌ基複合部材の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02763297A JP3409621B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | Ａｌ基複合部材の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10219370A true JPH10219370A (ja) | 1998-08-18 |
| JP3409621B2 JP3409621B2 (ja) | 2003-05-26 |
Family
ID=12226337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02763297A Expired - Fee Related JP3409621B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | Ａｌ基複合部材の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3409621B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019122999A (ja) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | 複合体の成形方法 |
| CN114427046A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-03 | 中南大学 | 一种合金的短流程制备装置和制备方法 |
-
1997
- 1997-02-12 JP JP02763297A patent/JP3409621B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2019122999A (ja) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | 複合体の成形方法 |
| CN114427046A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-05-03 | 中南大学 | 一种合金的短流程制备装置和制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3409621B2 (ja) | 2003-05-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |