JPH10263793A - Ａｌ基複合体の製造方法 - Google Patents
Ａｌ基複合体の製造方法Info
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- JPH10263793A JPH10263793A JP9085969A JP8596997A JPH10263793A JP H10263793 A JPH10263793 A JP H10263793A JP 9085969 A JP9085969 A JP 9085969A JP 8596997 A JP8596997 A JP 8596997A JP H10263793 A JPH10263793 A JP H10263793A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Coating With Molten Metal (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ａｌ基本体２と、それに鋳ぐるまれた鋳鉄材
３との接合強度の高いＡｌ基複合体１を得る。 【解決手段】 鋳鉄材３表面の酸化膜を除去すると共に
その表面を活性化する工程、鋳鉄材３表面に、厚さａが
０．８μｍ≦ａ≦５μｍの保護メッキ層を形成する工
程、鋳鉄材３を還元ガス雰囲気中で予熱すると共に保護
メッキ層表面の酸化物を還元する工程、鋳鉄材３をＡｌ
基溶湯中に浸漬することにより、保護メッキ層を拡散現
象により消失させて鋳鉄材３表面にＡｌ基メッキ層を形
成する工程、鋳鉄材３を不活性ガス雰囲気中にて急冷す
る工程および鋳鉄材３をＡｌ基本体２に鋳ぐるむ工程と
を用いる。
３との接合強度の高いＡｌ基複合体１を得る。 【解決手段】 鋳鉄材３表面の酸化膜を除去すると共に
その表面を活性化する工程、鋳鉄材３表面に、厚さａが
０．８μｍ≦ａ≦５μｍの保護メッキ層を形成する工
程、鋳鉄材３を還元ガス雰囲気中で予熱すると共に保護
メッキ層表面の酸化物を還元する工程、鋳鉄材３をＡｌ
基溶湯中に浸漬することにより、保護メッキ層を拡散現
象により消失させて鋳鉄材３表面にＡｌ基メッキ層を形
成する工程、鋳鉄材３を不活性ガス雰囲気中にて急冷す
る工程および鋳鉄材３をＡｌ基本体２に鋳ぐるむ工程と
を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はＡｌ基複合体、特
に、Ａｌ基本体と、そのＡｌ基本体に鋳ぐるまれた鋳鉄
材とよりなるＡｌ基複合体の製造方法に関する。
に、Ａｌ基本体と、そのＡｌ基本体に鋳ぐるまれた鋳鉄
材とよりなるＡｌ基複合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種のＡｌ基複合体としてはデ
ィーゼルエンジン用ピストンが知られている。このピス
トンは、Ａｌ合金よりなるピストン本体と、そのピスト
ン本体に鋳ぐるまれて第１圧力リング溝を形成する環状
ニレジスト鋳鉄材とより構成される。このようなピスト
ンの製造に当っては、ニレジスト鋳鉄材とピストン本体
との接合強度を高めるためニレジスト鋳鉄材の表面にＡ
ｌ基メッキ層が形成される。
ィーゼルエンジン用ピストンが知られている。このピス
トンは、Ａｌ合金よりなるピストン本体と、そのピスト
ン本体に鋳ぐるまれて第１圧力リング溝を形成する環状
ニレジスト鋳鉄材とより構成される。このようなピスト
ンの製造に当っては、ニレジスト鋳鉄材とピストン本体
との接合強度を高めるためニレジスト鋳鉄材の表面にＡ
ｌ基メッキ層が形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記Ａｌ基メッキ層は
溶融Ａｌ基メッキ処理により形成される。この溶融Ａｌ
基メッキ処理に先立って、ニレジスト鋳鉄材表面には酸
化膜除去、脱脂、酸洗等を含む前処理が施されて、その
表面の清浄化および活性化がなされる。しかしながら従
来は、前処理後において特別な表面保護対策が採られて
いないので、前処理後経時的に、また溶融Ａｌ基メッキ
処理に先立ってニレジスト鋳鉄材を予熱すると、ニレジ
スト鋳鉄材表面が再び酸化されてその活性状態が大いに
減退する。
溶融Ａｌ基メッキ処理により形成される。この溶融Ａｌ
基メッキ処理に先立って、ニレジスト鋳鉄材表面には酸
化膜除去、脱脂、酸洗等を含む前処理が施されて、その
表面の清浄化および活性化がなされる。しかしながら従
来は、前処理後において特別な表面保護対策が採られて
いないので、前処理後経時的に、また溶融Ａｌ基メッキ
処理に先立ってニレジスト鋳鉄材を予熱すると、ニレジ
スト鋳鉄材表面が再び酸化されてその活性状態が大いに
減退する。
【０００４】そのため、所定厚さのＡｌ基メッキ層を得
べく、溶融Ａｌ基メッキ処理においてニレジスト鋳鉄材
をＡｌ基溶湯中に比較的長く浸漬しておかなければなら
ず、その結果、次のような問題を惹起する。
べく、溶融Ａｌ基メッキ処理においてニレジスト鋳鉄材
をＡｌ基溶湯中に比較的長く浸漬しておかなければなら
ず、その結果、次のような問題を惹起する。
【０００５】即ち、浸漬時間が長くなって或時間を超え
ると、ニレジスト鋳鉄材の表面層がＡｌ基溶湯中に溶出
し、その溶出量は前記表面層厚さにして２０〜４０μｍ
に達する。この溶出により、前記表面層に存在していた
片状黒鉛がニレジスト鋳鉄材の新たな表面から突出し、
またその新たな表面上にはニレジスト鋳鉄材とＡｌ基溶
湯との間の化学反応で生じた金属間化合物層が形成され
る。この金属間化合物層は、硬くて脆い上に、それを貫
通する片状黒鉛の混在により切欠き効果を受け、これに
起因してピストン本体とニレジスト鋳鉄材との接合強度
が低下する。
ると、ニレジスト鋳鉄材の表面層がＡｌ基溶湯中に溶出
し、その溶出量は前記表面層厚さにして２０〜４０μｍ
に達する。この溶出により、前記表面層に存在していた
片状黒鉛がニレジスト鋳鉄材の新たな表面から突出し、
またその新たな表面上にはニレジスト鋳鉄材とＡｌ基溶
湯との間の化学反応で生じた金属間化合物層が形成され
る。この金属間化合物層は、硬くて脆い上に、それを貫
通する片状黒鉛の混在により切欠き効果を受け、これに
起因してピストン本体とニレジスト鋳鉄材との接合強度
が低下する。
【０００６】また溶融Ａｌ基メッキ処理後において、ニ
レジスト鋳鉄材の冷却速度が遅い場合には、前記金属間
化合物層の成長およびＡｌ基メッキ層表面の酸化が進行
するため、これも前記接合強度を低下させる原因とな
る。
レジスト鋳鉄材の冷却速度が遅い場合には、前記金属間
化合物層の成長およびＡｌ基メッキ層表面の酸化が進行
するため、これも前記接合強度を低下させる原因とな
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、特定の手段を
採用することによって溶融Ａｌ基メッキ処理における鋳
鉄材の浸漬時間を大いに短縮し、また溶融Ａｌ基メッキ
処理後における鋳鉄材の冷却を速め、これによりＡｌ基
本体と鋳鉄材との接合強度の高いＡｌ基複合体を得るこ
とのできる前記製造方法を提供することを目的とする。
採用することによって溶融Ａｌ基メッキ処理における鋳
鉄材の浸漬時間を大いに短縮し、また溶融Ａｌ基メッキ
処理後における鋳鉄材の冷却を速め、これによりＡｌ基
本体と鋳鉄材との接合強度の高いＡｌ基複合体を得るこ
とのできる前記製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】前記目的を達成するため本発明によれば、
Ａｌ基本体と、そのＡｌ基本体に鋳ぐるまれた鋳鉄材と
よりなるＡｌ基複合体を製造するに当り、前記鋳鉄材表
面の酸化膜を除去すると共にその表面を活性化する第１
工程と、前記鋳鉄材表面に、厚さａが０．８μｍ≦ａ≦
５μｍの保護メッキ層を形成する第２工程と、前記鋳鉄
材を還元雰囲気中で予熱すると共に前記保護メッキ層表
面の酸化物を還元する第３工程と、前記鋳鉄材をＡｌ基
溶湯中に浸漬することにより、前記保護メッキ層を拡散
現象により消失させて前記鋳鉄材表面にＡｌ基メッキ層
を形成する第４工程と、前記鋳鉄材を不活性ガスおよび
還元ガスの一方の雰囲気中にて急冷する第５工程と、前
記鋳鉄材を前記Ａｌ基本体に鋳ぐるむ第６工程とを順次
行うＡｌ基複合体の製造方法が提供される。
Ａｌ基本体と、そのＡｌ基本体に鋳ぐるまれた鋳鉄材と
よりなるＡｌ基複合体を製造するに当り、前記鋳鉄材表
面の酸化膜を除去すると共にその表面を活性化する第１
工程と、前記鋳鉄材表面に、厚さａが０．８μｍ≦ａ≦
５μｍの保護メッキ層を形成する第２工程と、前記鋳鉄
材を還元雰囲気中で予熱すると共に前記保護メッキ層表
面の酸化物を還元する第３工程と、前記鋳鉄材をＡｌ基
溶湯中に浸漬することにより、前記保護メッキ層を拡散
現象により消失させて前記鋳鉄材表面にＡｌ基メッキ層
を形成する第４工程と、前記鋳鉄材を不活性ガスおよび
還元ガスの一方の雰囲気中にて急冷する第５工程と、前
記鋳鉄材を前記Ａｌ基本体に鋳ぐるむ第６工程とを順次
行うＡｌ基複合体の製造方法が提供される。
【０００９】前記方法において、第１工程で清浄化さ
れ、且つ活性化された鋳鉄材表面は、第２工程で形成さ
れた保護メッキ層により保護される。第４工程の溶融Ａ
ｌ基メッキ処理に先立って鋳鉄材を予熱するとき、その
予熱を還元雰囲気中で行うので保護メッキ層表面を活性
化することができる。
れ、且つ活性化された鋳鉄材表面は、第２工程で形成さ
れた保護メッキ層により保護される。第４工程の溶融Ａ
ｌ基メッキ処理に先立って鋳鉄材を予熱するとき、その
予熱を還元雰囲気中で行うので保護メッキ層表面を活性
化することができる。
【００１０】第４工程の溶融Ａｌ基メッキ処理におい
て、保護メッキ層表面が活性化されているので、その保
護メッキ層を構成している金属元素がＡｌ基溶湯中へ効
率良く拡散して保護メッキ層が消失する。これにより清
浄化され、且つ活性化された鋳鉄材表面が露出するの
で、その表面にＡｌ基メッキ層が形成される。これら一
連の現象は迅速に行われるので、鋳鉄材のＡｌ基溶湯中
への浸漬時間は大いに短縮される。例えば、浸漬時間ｃ
は１秒間≦ｃ≦１０秒間に設定される。
て、保護メッキ層表面が活性化されているので、その保
護メッキ層を構成している金属元素がＡｌ基溶湯中へ効
率良く拡散して保護メッキ層が消失する。これにより清
浄化され、且つ活性化された鋳鉄材表面が露出するの
で、その表面にＡｌ基メッキ層が形成される。これら一
連の現象は迅速に行われるので、鋳鉄材のＡｌ基溶湯中
への浸漬時間は大いに短縮される。例えば、浸漬時間ｃ
は１秒間≦ｃ≦１０秒間に設定される。
【００１１】第５工程において、不活性ガスまたは還元
ガス中にて急冷を行うと、鋳鉄材およびＡｌ基メッキ層
間に生成された金属間化合物層の成長およびＡｌ基メッ
キ層表面の酸化の進行を極力抑制することができる。
ガス中にて急冷を行うと、鋳鉄材およびＡｌ基メッキ層
間に生成された金属間化合物層の成長およびＡｌ基メッ
キ層表面の酸化の進行を極力抑制することができる。
【００１２】第６工程の鋳造においては、Ａｌ基本体と
鋳鉄材とが、薄い金属間化合物層および清浄な表面を持
つＡｌ基メッキ層を介して接合されるので、Ａｌ基本体
と鋳鉄材との接合強度が大いに高められる。
鋳鉄材とが、薄い金属間化合物層および清浄な表面を持
つＡｌ基メッキ層を介して接合されるので、Ａｌ基本体
と鋳鉄材との接合強度が大いに高められる。
【００１３】なお、保護メッキ層の厚さａがａ＜０．８
μｍでは、その保護メッキ層とＡｌ基溶湯との濡れ性が
悪く、一方、ａ＞５μｍでは鋳鉄材表面に保護メッキ層
が残留し、この残留保護メッキ層は金属間化合物層と同
様にＡｌ基本体と鋳鉄材との接合強度を低下させるので
好ましくなく、また経済的にも不利である。
μｍでは、その保護メッキ層とＡｌ基溶湯との濡れ性が
悪く、一方、ａ＞５μｍでは鋳鉄材表面に保護メッキ層
が残留し、この残留保護メッキ層は金属間化合物層と同
様にＡｌ基本体と鋳鉄材との接合強度を低下させるので
好ましくなく、また経済的にも不利である。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１，２において、Ａｌ基複合体
１は厚板状Ａｌ基本体２と、そのＡｌ基本体２に鋳ぐる
まれた薄板状鋳鉄材３とよりなり、その鋳鉄材３の一部
はＡｌ基本体２から突出している。
１は厚板状Ａｌ基本体２と、そのＡｌ基本体２に鋳ぐる
まれた薄板状鋳鉄材３とよりなり、その鋳鉄材３の一部
はＡｌ基本体２から突出している。
【００１５】このようなＡｌ基複合体１は次のような各
工程を経て製造される。
工程を経て製造される。
【００１６】＜第１工程＞ （ａ）酸化膜除去処理：鋳鉄材３表面に、ショットとし
て砥粒を用いたショットブラスト処理を施して、その表
面の酸化膜を除去し、また粗面化により表面積を拡大す
る。
て砥粒を用いたショットブラスト処理を施して、その表
面の酸化膜を除去し、また粗面化により表面積を拡大す
る。
【００１７】（ｂ）脱脂処理：鋳鉄材３を、アセトン等
の浸透性の良好な有機溶剤中に２〜４８時間浸漬し、こ
れにより黒鉛等に吸着されている油脂を完全に除去す
る。
の浸透性の良好な有機溶剤中に２〜４８時間浸漬し、こ
れにより黒鉛等に吸着されている油脂を完全に除去す
る。
【００１８】（ｃ）酸洗処理：鋳鉄材３を、２０％塩酸
に１〜３分間浸漬して、その表面を活性化する。鋳鉄材
３表面に塩化鉄等のスマットが付着しているときには、
鋳鉄材３を純水中に入れて超音波洗浄を行う。
に１〜３分間浸漬して、その表面を活性化する。鋳鉄材
３表面に塩化鉄等のスマットが付着しているときには、
鋳鉄材３を純水中に入れて超音波洗浄を行う。
【００１９】＜第２工程＞鋳鉄材３表面に、電気メッキ
処理、無電解メッキ処理または気相メッキ処理（真空蒸
着等）を施して、厚さａが０．８μｍ≦ａ≦５μｍの保
護メッキ層を形成する。この保護メッキ層は、Ｎｉ、Ｃ
ｕ若しくはＦｅといった金属単体、これら金属単体の二
以上を含む合金、または前記金属単体および前記合金の
一方と拡散促進元素であるＰ、Ｂ等とよりなる合金より
構成される。また保護メッキ層は、前記厚さ範囲内にお
いて、積層構造をなしていてもよい。これらの金属単体
および合金は、その酸化物が水素ガスにより還元される
ことから選択されたものである。これは次工程の還元ガ
スが水素ガスを含むからである。
処理、無電解メッキ処理または気相メッキ処理（真空蒸
着等）を施して、厚さａが０．８μｍ≦ａ≦５μｍの保
護メッキ層を形成する。この保護メッキ層は、Ｎｉ、Ｃ
ｕ若しくはＦｅといった金属単体、これら金属単体の二
以上を含む合金、または前記金属単体および前記合金の
一方と拡散促進元素であるＰ、Ｂ等とよりなる合金より
構成される。また保護メッキ層は、前記厚さ範囲内にお
いて、積層構造をなしていてもよい。これらの金属単体
および合金は、その酸化物が水素ガスにより還元される
ことから選択されたものである。これは次工程の還元ガ
スが水素ガスを含むからである。
【００２０】図３は、Ｎｉよりなる保護メッキ層、つま
りＮｉ保護メッキ層４の厚さａと、Ａｌ基溶湯５および
Ｎｉ保護メッキ層４間の接触角θとの関係を示す。これ
はメニスコグラフ法により求められたもので、Ａｌ基溶
湯５はＪＩＳ ＡＣ３Ａ相当のＡｌ合金よりなり、その
温度は６５０℃に設定され、また鋳鉄材の予熱温度も６
５０℃に設定された。図３より、Ｎｉ保護メッキ層４の
厚さａがａ＜０．８μｍでは接触角θが大きくなって、
そのＮｉ保護メッキ層４とＡｌ基溶湯５との濡れ性が悪
くなることが判る。これは、Ｃｕ、Ｆｅ等よりなる保護
メッキ層についても同様である。
りＮｉ保護メッキ層４の厚さａと、Ａｌ基溶湯５および
Ｎｉ保護メッキ層４間の接触角θとの関係を示す。これ
はメニスコグラフ法により求められたもので、Ａｌ基溶
湯５はＪＩＳ ＡＣ３Ａ相当のＡｌ合金よりなり、その
温度は６５０℃に設定され、また鋳鉄材の予熱温度も６
５０℃に設定された。図３より、Ｎｉ保護メッキ層４の
厚さａがａ＜０．８μｍでは接触角θが大きくなって、
そのＮｉ保護メッキ層４とＡｌ基溶湯５との濡れ性が悪
くなることが判る。これは、Ｃｕ、Ｆｅ等よりなる保護
メッキ層についても同様である。
【００２１】＜第３工程＞鋳鉄材３は、この第３工程か
ら第５工程を終了するまで、セラミックコートを施され
たバケット内に入れられた状態で処理される。
ら第５工程を終了するまで、セラミックコートを施され
たバケット内に入れられた状態で処理される。
【００２２】鋳鉄材３を無酸化還元雰囲気炉内で予熱す
ると共に保護メッキ層表面の酸化物を還元する。還元ガ
スとしては、窒素ガスと水素ガスの混合ガスが用いら
れ、その体積比はＮ2 ：Ｈ2 ＝（２５〜５０）：（７５
〜５０）である。還元温度ｄは６５０℃≦ｄ≦８００
℃、還元のための保持時間ｅは１０秒間≦ｅ≦６００秒
間である。
ると共に保護メッキ層表面の酸化物を還元する。還元ガ
スとしては、窒素ガスと水素ガスの混合ガスが用いら
れ、その体積比はＮ2 ：Ｈ2 ＝（２５〜５０）：（７５
〜５０）である。還元温度ｄは６５０℃≦ｄ≦８００
℃、還元のための保持時間ｅは１０秒間≦ｅ≦６００秒
間である。
【００２３】＜第４工程＞還元雰囲気において、鋳鉄材
３の温度を、溶融Ａｌ基メッキ処理に用いられるＡｌ基
溶湯の温度ｆ、即ち６２０℃≦ｆ≦７２０℃に調節し
て、その鋳鉄材３をＡｌ基溶湯中に浸漬する。浸漬時間
ｃは、前記のように１秒間≦ｃ≦１０秒間である。これ
により保護メッキ層が拡散現象により消失して鋳鉄材３
表面にＡｌ基メッキ層が形成される。次いで鋳鉄材３、
したがってバケットをＡｌ基溶湯中より引上げて回転さ
せ、過剰のＡｌ基溶湯を飛散させてＡｌ基メッキ層の厚
さを調節する。この間にも、鋳鉄材３表面の金属間化合
物は成長し続けているので、前記厚さ調節は短時間、例
えば５秒間以内で行うのがよい。
３の温度を、溶融Ａｌ基メッキ処理に用いられるＡｌ基
溶湯の温度ｆ、即ち６２０℃≦ｆ≦７２０℃に調節し
て、その鋳鉄材３をＡｌ基溶湯中に浸漬する。浸漬時間
ｃは、前記のように１秒間≦ｃ≦１０秒間である。これ
により保護メッキ層が拡散現象により消失して鋳鉄材３
表面にＡｌ基メッキ層が形成される。次いで鋳鉄材３、
したがってバケットをＡｌ基溶湯中より引上げて回転さ
せ、過剰のＡｌ基溶湯を飛散させてＡｌ基メッキ層の厚
さを調節する。この間にも、鋳鉄材３表面の金属間化合
物は成長し続けているので、前記厚さ調節は短時間、例
えば５秒間以内で行うのがよい。
【００２４】この溶融Ａｌ基メッキ処理に用いられるＡ
ｌ基溶湯組成において、Ｓｉは必須化学成分であり、そ
の含有量は７重量％≦Ｓｉ≦１５重量％に設定される。
このようにＳｉ含有量を設定すると、金属間化合物層の
成長を抑制し、また溶湯の融点を下げることができる。
またＭｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ等の化学成分を適宜
添加して、酸化および金属間化合物層の成長をそれぞれ
抑制し、また特性改善、例えば靱性の向上等を行う。
ｌ基溶湯組成において、Ｓｉは必須化学成分であり、そ
の含有量は７重量％≦Ｓｉ≦１５重量％に設定される。
このようにＳｉ含有量を設定すると、金属間化合物層の
成長を抑制し、また溶湯の融点を下げることができる。
またＭｇ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｂｅ等の化学成分を適宜
添加して、酸化および金属間化合物層の成長をそれぞれ
抑制し、また特性改善、例えば靱性の向上等を行う。
【００２５】＜第５工程＞鋳鉄材３を、窒素ガス等の不
活性ガス雰囲気中にて急冷する。つまり、不活性ガスを
鋳鉄材３に噴射して鋳鉄材３の温度が、Ａｌ基溶湯中よ
り取出されたときの温度から３５０℃未満の温度まで降
下する間、鋳鉄材３の冷却速度ｂをｂ≧５℃／sec に設
定する。その後、鋳鉄材３をバケットより取出す。
活性ガス雰囲気中にて急冷する。つまり、不活性ガスを
鋳鉄材３に噴射して鋳鉄材３の温度が、Ａｌ基溶湯中よ
り取出されたときの温度から３５０℃未満の温度まで降
下する間、鋳鉄材３の冷却速度ｂをｂ≧５℃／sec に設
定する。その後、鋳鉄材３をバケットより取出す。
【００２６】金属間化合物層は、鋳鉄材３の温度が約５
００℃に保持されるとその成長が促進され、またＡｌ基
メッキ層の酸化は、鋳鉄材３の温度が約３５０℃に保持
されると、進行するが、このような不具合は前記急冷手
段を採用することによって回避される。前記不活性ガス
の代わりに、前記同様の還元ガスを用いてもよい。
００℃に保持されるとその成長が促進され、またＡｌ基
メッキ層の酸化は、鋳鉄材３の温度が約３５０℃に保持
されると、進行するが、このような不具合は前記急冷手
段を採用することによって回避される。前記不活性ガス
の代わりに、前記同様の還元ガスを用いてもよい。
【００２７】＜第６工程＞鋳鉄材３を誘導加熱等により
２００〜３５０℃に予熱し、これを金型に設置して鋳造
作業を行い、鋳鉄材３をＡｌ基本体２に鋳ぐるむ。鋳造
法としては各種の方法が適用可能であり、特に、鋳鉄材
３の金型への設置が容易であることから、Ａｌ合金を用
いた通常のダイカスト法の適用も可能である。
２００〜３５０℃に予熱し、これを金型に設置して鋳造
作業を行い、鋳鉄材３をＡｌ基本体２に鋳ぐるむ。鋳造
法としては各種の方法が適用可能であり、特に、鋳鉄材
３の金型への設置が容易であることから、Ａｌ合金を用
いた通常のダイカスト法の適用も可能である。
【００２８】以下、具体例について説明する。
【００２９】〔実施例〕 ＜第１工程＞幅５０mm、長さ８０mm、厚さ５mmのニレジ
スト鋳鉄材３に、酸化膜除去処理、アセトン中に２４時
間浸漬する脱脂処理、２０％塩酸に２分間浸漬する酸洗
処理を順次施した。
スト鋳鉄材３に、酸化膜除去処理、アセトン中に２４時
間浸漬する脱脂処理、２０％塩酸に２分間浸漬する酸洗
処理を順次施した。
【００３０】＜第２工程＞ニレジスト鋳鉄材３にＮｉ電
気メッキ処理を施して厚さａ＝１．５μｍのＮｉ保護メ
ッキ層を形成した。
気メッキ処理を施して厚さａ＝１．５μｍのＮｉ保護メ
ッキ層を形成した。
【００３１】＜第３工程＞ニレジスト鋳鉄材３をバケッ
ト内に入れて無酸化還元雰囲気炉内に設置し、そのニレ
ジスト鋳鉄材３を、加熱速度ｇ＝５℃／sec にて約１３
５秒間で７００℃まで予熱した。そして、還元温度ｄ＝
７００℃、保持時間ｅ＝１０秒間にてＮｉ保護メッキ層
表面の酸化物を還元した。還元ガスとしては、体積比
で、Ｎ2 ：Ｈ2 ＝５０：５０の混合ガスを用いた。
ト内に入れて無酸化還元雰囲気炉内に設置し、そのニレ
ジスト鋳鉄材３を、加熱速度ｇ＝５℃／sec にて約１３
５秒間で７００℃まで予熱した。そして、還元温度ｄ＝
７００℃、保持時間ｅ＝１０秒間にてＮｉ保護メッキ層
表面の酸化物を還元した。還元ガスとしては、体積比
で、Ｎ2 ：Ｈ2 ＝５０：５０の混合ガスを用いた。
【００３２】＜第４工程＞第３工程で用いられた還元ガ
スと同様の還元ガスを用いた還元雰囲気において、ニレ
ジスト鋳鉄材３の温度を、冷却速度ｈ＝５℃／sec にて
約１０秒間で約６５０℃まで降下させた。
スと同様の還元ガスを用いた還元雰囲気において、ニレ
ジスト鋳鉄材３の温度を、冷却速度ｈ＝５℃／sec にて
約１０秒間で約６５０℃まで降下させた。
【００３３】次いで、ニレジスト鋳鉄材３を同温度、つ
まり６５０℃に保持されたＡｌ合金溶湯中に浸漬し、ニ
レジスト鋳鉄材３に溶融Ａｌ合金メッキ処理を施して、
その表面にＡｌ合金メッキ層を形成した。このＡｌ合金
はＳｉを１２重量％含有するＪＩＳ ＡＣ３Ａ相当のＡ
ｌ合金であり、また浸漬時間ｃはｃ＝２秒間に設定され
た。
まり６５０℃に保持されたＡｌ合金溶湯中に浸漬し、ニ
レジスト鋳鉄材３に溶融Ａｌ合金メッキ処理を施して、
その表面にＡｌ合金メッキ層を形成した。このＡｌ合金
はＳｉを１２重量％含有するＪＩＳ ＡＣ３Ａ相当のＡ
ｌ合金であり、また浸漬時間ｃはｃ＝２秒間に設定され
た。
【００３４】その後、バケットをＡｌ合金溶湯中より引
上げ、約３００rpm で２秒間回転させて過剰のＡｌ合金
溶湯を飛散させた。
上げ、約３００rpm で２秒間回転させて過剰のＡｌ合金
溶湯を飛散させた。
【００３５】＜第５工程＞ニレジスト鋳鉄材３に窒素ガ
スを噴射して、冷却速度ｂ＝２０℃／sec にて、１５秒
間で３５０℃まで冷却し、次いでニレジスト鋳鉄材３を
バケットより取出した。
スを噴射して、冷却速度ｂ＝２０℃／sec にて、１５秒
間で３５０℃まで冷却し、次いでニレジスト鋳鉄材３を
バケットより取出した。
【００３６】＜第６工程＞ニレジスト鋳鉄材３を誘導加
熱により２５０℃に予熱し、次いでそのニレジスト鋳鉄
材３を金型に設置し、その後Ａｌ合金溶湯を用いて重力
鋳造を行い、Ａｌ基本体２にニレジスト鋳鉄材３を鋳ぐ
るんで、図１，２に示したＡｌ基複合体１の例１を得
た。この鋳造用Ａｌ合金としては、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ相
当のＡｌ合金を用いた。
熱により２５０℃に予熱し、次いでそのニレジスト鋳鉄
材３を金型に設置し、その後Ａｌ合金溶湯を用いて重力
鋳造を行い、Ａｌ基本体２にニレジスト鋳鉄材３を鋳ぐ
るんで、図１，２に示したＡｌ基複合体１の例１を得
た。この鋳造用Ａｌ合金としては、ＪＩＳ ＡＣ８Ａ相
当のＡｌ合金を用いた。
【００３７】第４工程における浸漬時間ｃおよび／また
は第５工程における冷却速度ｂを変えたということ以外
は前記と同様の作業を繰返して複数のＡｌ基複合体１を
製造した。
は第５工程における冷却速度ｂを変えたということ以外
は前記と同様の作業を繰返して複数のＡｌ基複合体１を
製造した。
【００３８】また従来例として、前記第１工程を行い、
次いで大気下にて、前記同様のＡｌ合金溶湯を用いた溶
融Ａｌ合金メッキ処理を行い、その後前記第５，第６工
程を行って複数のＡｌ基複合体を製造した。
次いで大気下にて、前記同様のＡｌ合金溶湯を用いた溶
融Ａｌ合金メッキ処理を行い、その後前記第５，第６工
程を行って複数のＡｌ基複合体を製造した。
【００３９】次に、各Ａｌ基複合体について、ニレジス
ト鋳鉄材３およびＡｌ基本体２間に存する金属間化合物
層の厚さｋならびに両者２，３間の接合強度ｍを測定し
た。
ト鋳鉄材３およびＡｌ基本体２間に存する金属間化合物
層の厚さｋならびに両者２，３間の接合強度ｍを測定し
た。
【００４０】接合強度ｍの測定に当っては、図４に示す
ように、先ず、中央部分に貫通孔６を有するニレジスト
鋳鉄材部７と、その貫通孔６の一方の開口を覆うように
ニレジスト鋳鉄材部７に接合されているＡｌ基本体部８
とよりなる試験片９を作製する。次いで、Ａｌ基本体部
８を下側に位置させると共に支持ブロック１０の上向き
に開口する孔部１１内に入れて、ニレジスト鋳鉄材部７
の周辺部分を支持ブロック１０の環状上端面１２上に載
せる。その後、ニレジスト鋳鉄材部７の貫通孔６にピン
１３を入れ、そのピン１３を介してＡｌ基本体部８に荷
重を付与し、Ａｌ基本体部８がニレジスト鋳鉄材部７か
ら分断したときの荷重を求め、これを接合強度ｍとし
た。
ように、先ず、中央部分に貫通孔６を有するニレジスト
鋳鉄材部７と、その貫通孔６の一方の開口を覆うように
ニレジスト鋳鉄材部７に接合されているＡｌ基本体部８
とよりなる試験片９を作製する。次いで、Ａｌ基本体部
８を下側に位置させると共に支持ブロック１０の上向き
に開口する孔部１１内に入れて、ニレジスト鋳鉄材部７
の周辺部分を支持ブロック１０の環状上端面１２上に載
せる。その後、ニレジスト鋳鉄材部７の貫通孔６にピン
１３を入れ、そのピン１３を介してＡｌ基本体部８に荷
重を付与し、Ａｌ基本体部８がニレジスト鋳鉄材部７か
ら分断したときの荷重を求め、これを接合強度ｍとし
た。
【００４１】表１〜４に、実施例により製造されたＡｌ
基複合体１の例Ａ1 〜Ａ9 および従来例により製造され
たＡｌ基複合体の例Ｂ1 〜Ｂ15に関する前記浸漬時間
ｃ、冷却速度ｂ、金属間化合物層の厚さｋおよび接合強
度ｍを示す。
基複合体１の例Ａ1 〜Ａ9 および従来例により製造され
たＡｌ基複合体の例Ｂ1 〜Ｂ15に関する前記浸漬時間
ｃ、冷却速度ｂ、金属間化合物層の厚さｋおよび接合強
度ｍを示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【００４６】図５は、例Ａ5 の、第４工程を経た中間体
におけるＡｌ合金メッキ層部分の金属組織を示す顕微鏡
写真であり、図６は例Ｂ8 に関する同様の顕微鏡写真で
ある。図５に示した例Ａ5 の中間体に関しては、金属間
化合物層の厚さｋが薄く、またその層を片状黒鉛が貫通
していないが、図６に示した例Ｂ8 の中間体に関して
は、金属間化合物層の厚さｋが、例Ａ5 の中間体のそれ
の約３．３倍であり、その上、片状黒鉛が金属間化合物
層を貫通している。この貫通状態は、溶融Ａｌ合金メッ
キ処理における浸漬時間ｃでｃ≧１５秒間になると現出
し易い。
におけるＡｌ合金メッキ層部分の金属組織を示す顕微鏡
写真であり、図６は例Ｂ8 に関する同様の顕微鏡写真で
ある。図５に示した例Ａ5 の中間体に関しては、金属間
化合物層の厚さｋが薄く、またその層を片状黒鉛が貫通
していないが、図６に示した例Ｂ8 の中間体に関して
は、金属間化合物層の厚さｋが、例Ａ5 の中間体のそれ
の約３．３倍であり、その上、片状黒鉛が金属間化合物
層を貫通している。この貫通状態は、溶融Ａｌ合金メッ
キ処理における浸漬時間ｃでｃ≧１５秒間になると現出
し易い。
【００４７】図７は、例Ａ1 における接合部分の金属組
織を示す顕微鏡写真であり、図８は、例Ｂ6 における同
様の顕微鏡写真である。例Ａ1 においては、片状黒鉛が
金属間化合物層を貫通していないが、例Ｂ6 においては
片状黒鉛が金属間化合物層を貫通している。
織を示す顕微鏡写真であり、図８は、例Ｂ6 における同
様の顕微鏡写真である。例Ａ1 においては、片状黒鉛が
金属間化合物層を貫通していないが、例Ｂ6 においては
片状黒鉛が金属間化合物層を貫通している。
【００４８】図９は、表１〜４に基づいて、浸漬時間ｃ
と接合強度ｍとの関係を、冷却速度ｂ別にグラフ化した
ものである。図９から明らかなように、例Ａ1 〜Ａ9 の
ごとく浸漬時間ｃをｃ≦１０秒間に設定すると共に冷却
速度ｂをｂ≧５℃／sec に設定すれば接合強度ｍを高め
ることができる。冷却速度ｂは、好ましくはｂ≧１２℃
／sec である。
と接合強度ｍとの関係を、冷却速度ｂ別にグラフ化した
ものである。図９から明らかなように、例Ａ1 〜Ａ9 の
ごとく浸漬時間ｃをｃ≦１０秒間に設定すると共に冷却
速度ｂをｂ≧５℃／sec に設定すれば接合強度ｍを高め
ることができる。冷却速度ｂは、好ましくはｂ≧１２℃
／sec である。
【００４９】図１０は、表１〜４に基づいて、金属間化
合物層の厚さｋと接合強度ｍとの関係をグラフ化したも
のである。図１０から、明らかなように、例Ａ1 〜Ａ9
のごとく金属間化合物層の厚さｋをｋ≦１０μｍに設定
することによって接合強度ｍをｍ≧１６ＭＰａ以上に向
上させることができる。前記厚さｋは、好ましくはｋ≦
６μｍである。
合物層の厚さｋと接合強度ｍとの関係をグラフ化したも
のである。図１０から、明らかなように、例Ａ1 〜Ａ9
のごとく金属間化合物層の厚さｋをｋ≦１０μｍに設定
することによって接合強度ｍをｍ≧１６ＭＰａ以上に向
上させることができる。前記厚さｋは、好ましくはｋ≦
６μｍである。
【００５０】例Ｂ1 〜Ｂ9 ，Ｂ13〜Ｂ15においては、片
状黒鉛が金属間化合物層を貫通していることから、例Ａ
1 〜Ａ9 に比べて接合強度ｍが低い。また例Ｂ10〜Ｂ12
の場合は浸漬時間ｃが短いので前記のような片状黒鉛の
貫通状態は現出しないが、冷却速度ｂが遅いことから金
属間化合物層が成長し、これに起因して接合強度が低下
している。
状黒鉛が金属間化合物層を貫通していることから、例Ａ
1 〜Ａ9 に比べて接合強度ｍが低い。また例Ｂ10〜Ｂ12
の場合は浸漬時間ｃが短いので前記のような片状黒鉛の
貫通状態は現出しないが、冷却速度ｂが遅いことから金
属間化合物層が成長し、これに起因して接合強度が低下
している。
【００５１】図１１は、本発明により製造されたＡｌ基
複合体としてのディーゼルエンジン用ピストン１を示
す。このピストン１は、Ａｌ合金、例えばＪＩＳ ＡＣ
８Ａよりなるピストン本体２と、そのピストン本体２に
鋳ぐるまれて第１圧力リング溝１４を形成する環状ニレ
ジスト鋳鉄材３とより構成される。この場合、ピストン
本体２とニレジスト鋳鉄材３との接合強度が高いので、
このピストン１は、その高強度化を狙ったＴ６，Ｔ７処
理等の熱衝撃の高い熱処理に十分に耐えることができ
る。これにより、薄肉軽量で、且つ高強度であって、デ
ィーゼルエンジンの高出力化を可能にするピストンを得
ることができる。
複合体としてのディーゼルエンジン用ピストン１を示
す。このピストン１は、Ａｌ合金、例えばＪＩＳ ＡＣ
８Ａよりなるピストン本体２と、そのピストン本体２に
鋳ぐるまれて第１圧力リング溝１４を形成する環状ニレ
ジスト鋳鉄材３とより構成される。この場合、ピストン
本体２とニレジスト鋳鉄材３との接合強度が高いので、
このピストン１は、その高強度化を狙ったＴ６，Ｔ７処
理等の熱衝撃の高い熱処理に十分に耐えることができ
る。これにより、薄肉軽量で、且つ高強度であって、デ
ィーゼルエンジンの高出力化を可能にするピストンを得
ることができる。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、前記のような手段を採
用することによって、Ａｌ基本体と鋳鉄材との接合強度
の高いＡｌ基複合体を得ることができる。
用することによって、Ａｌ基本体と鋳鉄材との接合強度
の高いＡｌ基複合体を得ることができる。
【図１】Ａｌ基複合体の正面図である。
【図２】図１の２−２矢視図である。
【図３】Ｎｉ保護メッキ層の厚さａと接触角θとの関係
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図４】接合強度試験法の説明図である。
【図５】例Ａ5 の中間体におけるＡｌ合金メッキ層部分
の金属組織を示す顕微鏡写真である。
の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図６】例Ｂ8 の中間体におけるＡｌ合金メッキ層部分
の金属組織を示す顕微鏡写真である。
の金属組織を示す顕微鏡写真である。
【図７】例Ａ1 における接合部分の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図８】例Ｂ6 における接合部分の金属組織を示す顕微
鏡写真である。
鏡写真である。
【図９】浸漬時間ｃと接合強度ｍとの関係を示すグラフ
である。
である。
【図１０】金属間化合物層の厚さｋと接合強度ｍとの関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１１】ディーゼルエンジン用ピストンの縦断正面図
である。
である。
１ Ａｌ基複合体 ２ Ａｌ基本体 ３ 鋳鉄材 ４ Ｎｉ保護メッキ層 ５ Ａｌ基溶湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 武雄 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 鈴木 紀人 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 長瀬 捷弥 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ａｌ基本体（２）と、そのＡｌ基本体
（２）に鋳ぐるまれた鋳鉄材（３）とよりなるＡｌ基複
合体（１）を製造するに当り、前記鋳鉄材（３）表面の
酸化膜を除去すると共にその表面を活性化する第１工程
と、前記鋳鉄材（３）表面に、厚さａが０．８μｍ≦ａ
≦５μｍの保護メッキ層（４）を形成する第２工程と、
前記鋳鉄材（３）を還元雰囲気中で予熱すると共に前記
保護メッキ層（４）表面の酸化物を還元する第３工程
と、前記鋳鉄材（３）をＡｌ基溶湯（５）中に浸漬する
ことにより、前記保護メッキ層（４）を拡散現象により
消失させて前記鋳鉄材（３）表面にＡｌ基メッキ層を形
成する第４工程と、前記鋳鉄材（３）を不活性ガスおよ
び還元ガスの一方の雰囲気中にて急冷する第５工程と、
前記鋳鉄材（３）を前記Ａｌ基本体（２）に鋳ぐるむ第
６工程とを順次行うことを特徴とするＡｌ基複合体の製
造方法。 - 【請求項２】 前記第５工程において、前記鋳鉄材
（３）の温度が、前記Ａｌ基溶湯（５）中より取出され
たときの温度から３５０℃未満の温度まで降下する間、
前記鋳鉄材（３）の冷却速度ｂをｂ≧５℃／sec に設定
する、請求項１記載のＡｌ基複合体の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08596997A JP3685901B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Ａｌ基複合体の製造方法 |
| US09/044,517 US6006819A (en) | 1997-03-19 | 1998-03-19 | Process for producing aluminum-based composite member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08596997A JP3685901B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Ａｌ基複合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10263793A true JPH10263793A (ja) | 1998-10-06 |
| JP3685901B2 JP3685901B2 (ja) | 2005-08-24 |
Family
ID=13873567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08596997A Expired - Fee Related JP3685901B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | Ａｌ基複合体の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6006819A (ja) |
| JP (1) | JP3685901B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7258209B2 (en) | 2000-05-29 | 2007-08-21 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Brake drum and method for producing the same |
| KR101432019B1 (ko) * | 2012-12-20 | 2014-08-22 | 한국생산기술연구원 | Ａｌ-Ｆｅ 이종금속의 제조방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6484790B1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-11-26 | Cummins Inc. | Metallurgical bonding of coated inserts within metal castings |
| US6443211B1 (en) * | 1999-08-31 | 2002-09-03 | Cummins Inc. | Mettallurgical bonding of inserts having multi-layered coatings within metal castings |
| DE10147205C1 (de) * | 2001-09-25 | 2003-05-08 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus temperaturbeständigen Stählen |
| CN101076446A (zh) | 2003-08-06 | 2007-11-21 | 密执安州立大学 | 复合金属基体铸件和焊料组合物与方法 |
| EP2816593B1 (en) * | 2012-02-14 | 2020-01-15 | Mitsubishi Materials Corporation | Solder joint structure, power module, heat-sink-attached substrate for power module, method for producing said substrate, and paste for forming solder underlayer |
| CN102921923A (zh) * | 2012-10-25 | 2013-02-13 | 江苏大学 | 制备TiC+Al2O3颗粒增强钢基表面复合挖掘机铲齿的方法 |
| CN111014622B (zh) * | 2019-12-25 | 2021-12-31 | 广西大学 | 一种低熔点金属和异种高熔点金属扩散偶的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1197411A (en) * | 1968-01-09 | 1970-07-01 | Mondial Piston Galli Ercole C | Light Alloy Pistons with Inserts of a Different Metal |
| JPS5428225A (en) * | 1977-08-05 | 1979-03-02 | Nippon Musical Instruments Mfg | Method of casting composite materials |
| RU2006342C1 (ru) * | 1992-09-07 | 1994-01-30 | Борис Павлович Платонов | Способ изготовления биметаллических ребристых цилиндров |
-
1997
- 1997-03-19 JP JP08596997A patent/JP3685901B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-03-19 US US09/044,517 patent/US6006819A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7258209B2 (en) | 2000-05-29 | 2007-08-21 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Brake drum and method for producing the same |
| KR101432019B1 (ko) * | 2012-12-20 | 2014-08-22 | 한국생산기술연구원 | Ａｌ-Ｆｅ 이종금속의 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6006819A (en) | 1999-12-28 |
| JP3685901B2 (ja) | 2005-08-24 |
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