JPS60208449A

JPS60208449A - 複合金属

Info

Publication number: JPS60208449A
Application number: JP6318984A
Authority: JP
Inventors: Harumichi Hino; 治道樋野; Katsuhiro Kishi; 岸　克宏
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-04-02
Filing date: 1984-04-02
Publication date: 1985-10-21
Also published as: JPS6237103B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、自動車用、宇宙航空機器、産業機械用等々
の構造部品として好適に使用される複合金属に関するも
のである。

（従来技術）従来の複合金属としては、例えば第１図ないし第３図に
示すようなものがある。第１図は一般に繊維強化金属と
呼ばれるものであって、金属基地１中に例えばセラミッ
クス質繊維２が複合されているものである（特開昭５８
−９３８３７号公報参照）。また、第２図は一般に粒子
分散金属と呼ばれるものであって１例えばＳＡＰのよう
に、金Ｍ　Ｊ、（地１としてのＡ９．中に、粒子３とし
てＡｌ２Ｏ２が分散しているものである。さらに、第３
図は前記材籾の組合わせとして、例えばセラミックス質
繊維２に付着した状態、あるいは前記繊維２の間隙に分
散した状態で、減摩物質（例えばＣ、Ｐｂ　、Ｚｎ等）
粒子４が金属基地１中に複合されているものである（特
開昭５８−９３８４３〜７号公報参照）。前記した各複
合金属のうち、第１図および第２図に示すものは、硬質
の繊維２または粒子３を複合させることによる耐斤耗性
の向上をねらったものであり、第３図に示すものは減摩
物質粒子４を複合化させることによって、摺動する相手
材の摩耗の低減をねらったものである。

しかしながら、このような従来の複合金属にあっては、
繊＋１２または粒子３，４が互いに接触している箇所は
あるもののこれらが結合せずに基地１中に分散した形態
となっていたため、例えば第４図に示すようなカム５と
カムフォロア６の如き厳しい摺動条件下では、長時間の
使用中に第５図に示すようにカム５の金属基地がしだい
に塑性変形し、金属ノ＾地に含まれる繊維や粒子をイナ
なって破壊し、この破壊片が研摩物質として作用して、
複合金属および相手材を玲耗させるという問題点があっ
た。

（発明の目的）この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、例えば厳しい摺動条件下で使用されたときで
も金属基地に塑性変形が生じるのを防止し、複合金属の
破壊を阻止すると共に、著しく慟れた一斤耗性を有し、
負荷の厳しい環境ドで長期にわたって使用することがＩ
Ｉ■能である複合金属素材を提供することを目的として
いる。

（発明の構成）この発明はよる複合金属は、セラミックスの繊維とセラ
ミックスの粒子とか互いに焼結して結合した骨格成形体
を金属基地中に複合化してなることを特徴としている。

この発明において使用されるセラミックス繊維およびセ
ラミックス粒子を構成するセラミックスとしては、Ｓｉ
Ｃ等の炭化物系、Ｓ　ｉ３　Ｎｐ等の窒化物系、Ａｌ２
Ｏ３やＺｒ０７等の酸化物系などのものがあり、適宜選
択して使用される。

また、金属基地を構成する金属としては、Ａｎ　、Ｚｎ
　、Ｍｇ　、Ｆｅ等々の単体あるいは合金などが使用さ
れる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第６図ないし第９図は、この発明の一実施例を示す図で
ある。

第６図において、１１は攪拌容器、１２は攪拌具、１３
は繊維と粒子の懸濁液である。また、１４はカムプロフ
ィルに合わせた形状の懸濁液容器であり、この容器１４
は、中心部分にコア１５を備えていると共に、底部分に
超過用フィルタ１６を備えている。さらに、１７は前記
容器１４のド部に設けた減圧箱であり、この減圧箱１７
は減圧孔１８を備えている。この場合、前記容器１４は
シール１９を介して前記減圧箱１７上に設置しである。

他方、第７図において、２１はカムプロフィール形状の
ｌ：・間を有する外型、２２は真円形状の内４す、２３
は＋ｉｉ＋記外型２１と内型２２とによって形成された
空間内に嵌入しうる形状のパンチである。この場合、前
記内型２２はその底面に抽水孔２４を備えており、また
前記バンチ２３は、ストッパ川段付部２５を備えている
。さらにまた、第８図および第９図は、カムシャフト鋳
造金型を構成するド型２６および１．型２７のそれぞれ
・ｊ′雷を２１＜シている。

次に、１記した第６図ないし第９図に示す装置を使用し
てこの発明による複合金属を製造する手順について説明
する。

（実施例１）まず、繊維材ネ′ｌとしてアルミナ＠繊維（Ａ文２０３
：９６屯〜Ｙ％、ＳｔＯ＋＋４重酸％、繊維径：２〜３
ルｍ、繊維長＝２００〜４００　ｇｍ、密度：　３−５
　ｇ／Ｃｍ３）を準備し、粒子−材料としてアルミナ粒
子ＣＡｌ２Ｏ３：９９．９東＋ｉ％、粒子径＋０．０８
ｐｍ、密度：３　、９　ｇ／ｃ＋＋＋３）を準備した。

次に、製造しようとするカム形状の繊＆Ｉｔ−粒子成形
体の体積が９０１であり、これに対して繊維が２０体積
％、粒子が２０体体積となるようにするために、前記ア
ルミナ質繊維を６　、３ｇ　（９ｃｍｊＸ０　、２Ｘ３
．５ｇ／ｃ閲３）　、　ｎｉｉ記アルミナ粒子を７ｇ（
９ｃ＋５３Ｘ０．２Ｘ３．９ｇ／ｃｍ３）をル１量し、
第６図に示す懸濁液容器１１内の水５００ｃｃ中に、無
機バインダ（コロイグルシリ力）を繊維・粒子総重量に
対し２重量％（０，２ｇ）、有機バインダ（スターチ）
を前記総重量に対し１重量％（０，１ｇ）と共に攪拌具
１２により攪拌しつつ順次投入して、繊維と粒子の懸濁
液１３を作製した０次に、前記懸濁液１３を容器１４内
に移し、減圧孔１８に連結した図示しない真空ポンプに
て減圧箱１７内を０．ＩＴｏｒｒに減圧した。この間、
前記懸濁液１３中の水分は、濾過用フィルタ２４を通過
し、この濾過用フィルタ２４．１：には前記繊維と粒子
が前記バインダを伴なって堆積し、繊維・粒子予備成形
体３０が得られた。続いて、前記予備成形体３０を第７
図に示す外型２１と内型２２との間に配設したのち、パ
ンチ２３を降下させてストッパ用役付部２５か外型２１
のＬ端に当たるまで１）１ｊ記予備成形体３０を圧縮し
、前記予備成形体３０中に残留しでいた水分を排水孔２
４より排出し、カム形状をした繊維・粒子成形体３１を
得た。次いで、前記成形体３１を１１０℃×ｌＯ時間の
条件で乾燥したのち、ｌｏｏ’ｏ／１時間の割合で昇温
し、続いて１５００℃×１時間焼成したのち、炉冷して
前記繊維と粒子を焼結し、これによって繊維・粒子骨格
成形体３２を得た。

次に、得られた骨格成形体３２を第８図に示すようにカ
ムシャフトｌｊ造金型２６．２７内に配設したのち、当
該金型内２６．２７にＪＩＳ−ＡＣ４Ｂ合金溶湯５５を
注入し、Ｖ示しないプランジャにより７５０　ｋｇ／　
ｃ＋ｅ’の圧力で前記合金溶湯３５を加圧しつつ凝固さ
せてカムシャフトを得た。

この製造過程において、上記した条件で製作した骨格成
形体３２と、比較のために、前記実施例と同様の方法で
作成した繊維・粒子成形体３１を従来の焼成温度（８０
０°Ｃ〜１２００℃）として１２００°ｅｘｔ時間焼成
して製作した骨格成形体（３２）とについてそれぞれの
組織を走査電子顕微鏡により観察したところ、従来の骨
格成形体（３２）は粒子が繊維表面に伺着あるいは繊維
間隙に分散しているだけで、無機バインダによる結合し
かないのに対して、この発明の実施例により製作した骨
格成形体３２は、粒子が繊維表面あるいは繊維間隙で焼
結しており、この粒子が繊維と＃！！維の接触部におい
て強固な架橋を形成し、全体として繊維と粒子の骨格構
造が形成されていることが確認された。また、８８９図
は前記各骨格成形体の圧縮荷重を調べた結果を示す図で
あって、この第９図からも明らかなように、本発明品は
従来品よりも高い圧縮強度を有している。また、前述し
た工程により製造されたカムシャフトの断面を観察した
ところ、カムシャフトのカム部に前記骨格成形体３２が
完全に鋳包まれており、鋳包み境界部分に′Ｍ＃したと
ころなどは全くみられなかった。

第１０図は本発明により得られたカムシャフトのカム部
のミクロ組織を示し、第１１図は従来のカムシャフトの
カム部のミクロ組織を示すものであって、ｔＩＳＩＯ図
に示す本発明品では繊維と粒子が緻密な骨格構造を成し
、その間隙にアルミニウム合金が十分に浸透しているの
に対して、第１１図に示す従来品では繊維に粒子が４１
着しあるいはＭ［間隙に粒子がばらばらに分散した形態
であって、好ましくないことが認められた。

次に、本発明の効果を評価すべく、前記カムシャフトを
４気仙ガソリンエンジンに組み込み、モータリングによ
り耐久試験を行なった。このときの耐久試験条件は、動
弁系摩耗が最も生じ易いアイドリング同転（６５０ｒ、
１９ｍ、）において２００時間とし、オイル温匪は５０
℃にコントロールした。１１平価については、前記骨格
成形体３２中の繊維と粒子の体積率（Ｖｆ）を変化させ
ることによって行ったが、その製造に関しては前記実施
例と同様である。そして、評価に際しては、ロッカーア
ームチンブ摩耗減量、カム最大摩耗深さ、かえり高さを
測定し、現行チル＃４鉄製カムと比較した。なお、ロッ
カーアームチップ劇は、現行の鉄焼結材（三菱金属（株
）製画品名ＭＸ３００）とした。評価に供したチル鋳鉄
とロッカーアームチップ材の成分を以下にボす。

また、ｍ１２図に示すように、ロンカーアームチップ３
６とカム３７との位置関係において、最大摩耗深さＤお
よびかえり高さＨを測定した。

ｍ１３図に示すように、口・ンカーアームチップ彦耗量
（第１３図（ａ）参照）、カム最大摩耗深さく第１３図
（ｂ）参照）およびカムかえり高さく第１３図（ｃ）参
照）とも、本発明品（実施例１）は従来品（実施例１）
よりもすぐれており、重りが大である現行のチル鋳鉄と
回等以」―の良好なる結果が得られたことが明らかであ
る。

（実施例２）次に他の実施例を示すが、この実施例では窒化珪素（Ｓ
ｉ３Ｎａ）の繊維と粒子を用いた。

これらのうち、繊維としては、窒化珪素ｍ維（Ｓｉ３Ｎ
４　：９９．９重量％、繊維径０．０２用ｍ、ｍＭｉ２
０ｐｍ、ＧＴＥシル八ニへ製）を用い、粒子としては、
窒化珪素粒子（粒径０．２ｐｍ）８８重議％、焼結助材
としてＹ２Ｏ３（０、２ｐｍ）　８ｉ１Ｃｂｊ−％とＡ
Ｊ１２０３　（０，３ｇｍ）４ｆｆｌｆｉ）％との混合
粉末を用いた。

そこで、」二記した繊維と粒子を用い、前記実施例と同
様の方法で繊維・粒子成形体３１を作製し、焼成により
＃！ｌｉ維・粒子骨格成形体３２とした。このときの焼
成条件は、ｌ　Ｏ４Ｔｏｒｒの真空中で２００℃／時間
で昇温→１０００℃でＮ２ガスで置換し、更に昇温→１
７００″ＯＸ２時間で焼成後炉冷、である、一方、比較
のために、前記繊維・粒子成形体３１に対し、ｌ　Ｏ−
３Ｔｏｒｒの真空中で２００℃／時間で昇温→１０００
℃でＮ２ガスに置換し、更に昇温→１２００°ＣＸ１時
間で焼成後炉冷、の条件で焼成を行った。続いて、前記
本発明および比較のｆｌ・格成形体を前記実施例と同様
の方法でカム部に複合し、その後前記実施例と同様にし
てロッカーアームチップ摩耗量、カム最大摩耗深さ、カ
ムかえり高さを評価した。その結果を同じく第１３図に
合わせて記す。

ｗＩＪ１３図に示すように、ロッカーアームチップ玲耗
１（第１３図（ａ）参照）、カム最大摩耗深さく第１３
図（ｂ）参照）およびカムかえり高さく第１３図（ｃ）
参Ｉ４＠）とも、本発明品（実施例２）は従来品（実施
例２）よりもすぐれており、重量が大である現行のチル
鋳鉄と同等以上の良好なる結果が得られたことが明らか
である。

したがって、上記各実施例からも明らかなように、この
発明による複合金属を例えば内燃機関用カムシャフトの
カムまたはロッカーアームチップ等の動弁系部品に適用
した場合に、現行品（チル鋳鉄）と回等以」二の１ＩＩ
ＩＪ摩耗性を有し、さらには現行の東ｊｉｔ２．５に、
に対して１．１〜１．５ｋｇ（シャフト部はＡＣ４Ｂア
ルミニウム合金製）と大１１】な軽量化か成され、動力
性能の著しい向」二ならびに低ｊｌ！音化の実現に′Ｒ
献するという非常にすぐれた利点が得られる。さらにま
た、この発明による複合金属は軸受部等の他の摺動部分
にも使用ｔＪｆ能であり、繊維１粒子としては他のセラ
ミックス（例えばＳｉＣやＺｒＯ２等）も使用すること
ができる。

（発明の効果）以」二説明してきたように、この発明による複合金属は
、セラミックスの繊維とセラミックスの粒子とが力、い
に焼結して結合した一Ｆｌ・格成形体を金属基地中に複
合化したものであるから、厳しい使用条件ド、たとえば
厳しい摺動条件下でも前記骨格か血圧を受けもつため、
金属基地に塑性変形が生ずるのを有効に阻止することが
ｔｊｆ能であり、複合金属の破壊を防市すると共に、著
しく優れた耐摩耗性を発揮し、条件の厳しい使用状況の
もとで長期の使用に耐えることができるという著大なる
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、８８２図および第３図は従来の複合金属を示す
模式的説明図、第４図（ａ）　（ｂ）は複合金属を過酷
な使用環境下で使用する例を示す説明図、第５図は過酷
な使用環境下で生じる塑性変形を伴なった摩耗のようす
を示す説明図、第６図（ａ）（ｂ）は繊維φ粒子予備成
形体を製作する装置の各々縦断面説明図および平面説明
図、第７図（ａ）（ｂ）は繊維・粒子成形体を製作する
装置の各々縦断面説明図および底面説明図、第８図は繊
維・粒子骨格成形体を合金溶湯で鋳ぐるむカムシャフト
鋳造型のカム軸方向縦断面説明図、第９図は圧縮荷重試
験結果を示すグラフ、第１０図および第１１図は各々本
発明品および従来品のカムシャフトのカム部の金属組織
Ｓ微鏡写真（４００倍）、第１２図はカム最大摩耗深さ
およびカムかえり高さの測定要領を示す説明図、第１３
図（ａ）（ｂ）（ｅ）は従来品および本発明品について
各々ロッカーアームチンプ蹟耗減植。カム最大席耗深さ、カムかえり品さを調へた結果を示す
グラフである。１・・・金属基地２・・・セラミックス繊維３．４・・・セラミックス粒子３２・・・繊維・粒子骨格成形体特許出願人　日産自動車株式会社代理人弁理士　小　１１！　・　間第１図第２図第３図第４図＋ａ＋　ｔｂ）第５図第６図（８） ― （ｂ）６第９図ｆ仇（ｍｍ）　− 第１０ｍ第１１図（Ｘ　４００）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックスの繊維とセラミックスの粒子とかｌ
Ｌいに焼結して結合した骨格成形体を金属基地中に複合
化したことを特徴とする複合金属。