JPS61221342A - 粒子分散アルミニウム系複合材の製造方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明はアルミニウム又はアルミニウム合金と、それよ
りも融点の高い粒体との複合材であるアルミニウム系複
合材の製造方法に係り、特に複合される粒体の種類（無
機質粒子や金属粒子）、形状、複合箇所等を複合材の使
用目的に応じて任意に選定してアルミニウム系複合材を
製造する方法に関する。

（従来の技術及び問題点） 従来、金属とセラミックスとの分散複合体や合成樹脂と
無機材料との分散複合体等が周知であるが、アルミニウ
ムとそれよりも融点の高い粒体との複合材である粒子分
散アルミニウム系複合体も既知であり、その製造方法と
しては、無機質粒子と金属粒子の均一な混合物を耐熱、
耐圧型内に充填し、これをアルミニウムの熔融温度以下
の温度に予熱した後、熔融したアルミニウムを同型内へ
注湯し、油圧プレスを利用して、充填した粒子混合物の
粒子間隙に圧入し、冷却・凝固している。

また、無機質粒子や金属粒子が部分的に分散した、すな
わち、第４図に示したような円柱体の表層部のみ粒体が
分散された複合体を製造するには、まず第３図に示すご
とき加圧型内にその中央に小径のアルミニウム円柱体を
立置してからそれと加圧型との間の空所に粒体を上方よ
り落下させて充填し、その後更に熔融金属を上方より型
内へ注湯して後プレスで加圧することによって製造する
ことができる。しかし、粒体を型内の空所に所望パター
ンに充填しそのま主の状態を維持しつつ、熔゛融金属を
注湯、圧入する作業は非常にむずかしく、なんとか粒体
を希望パターンで空所に充填してもその後わずかな振動
、衝撃を受けると、たちまち崩壊してしまってそのパタ
ーンをもつ複合体が得られな（なってしまう。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、即ち、アル
ミニウム又はアルミニウム合金と、それらよりも高融点
の粒体とからなる複合材を製造する方法においてアルミ
ニウム又はアルミニウム合金の粒体同士を〆少量の粘結
剤で点接触状で相互に接合されている連通多孔質の成形
体と、前記高融点の粒体同士又はこれに加えて混合され
たアルミニウム又はアルミニウム合金の粒体との粒体同
士が少量の粘着剤により点接触状態で相互に接合されて
いる連通多孔質成形体とを製造すベト複合材の形状、構
造に合わせて、加圧型内に組み合わせて配置し、該加圧
型及１該型内の前記成形体をアルミニウム又はアルミニ
ウム合金の熔融温度より若干低い温度に維持する一方、
熔融したアルミニウム又はアルミニウム合金を前記加圧
型内へ注湯して加圧し、該型内で前記成形体の粒子間隙
にアルミニウム又はアルミニウム合金を圧入して後、冷
却、凝固してから、脱型することを特徴とするアルミニ
ウム又はアルミニウム合金より高融点の粒体が部分的に
分散された粒子分散アルミニウム系複合材の製造方法、
を提供するものである。

（手段の詳細な説明） 以下に本発明の粒子分散されたアルミニウム系複合材の
製造方法について詳細に説明する。

アルミニウム　はアルミニウム入金 本発明の技術思想として、は使用目的に応じ、アルミニ
ウム、銅、鉛、亜鉛等を選択使用することができるので
あるが、本発明においては、熔融圧入操作の容易性、製
品の強度、機械加工の容易性等の点からみて、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金を選択した。具体的には、ア
ルミニウム金属単体、あるいはアルミニウムと珪素、マ
ンガン、マグネシウム、銅、亜鉛などとの合金、あるい
はこれらに鉄、ニッケル、チタン等の少量配合した合金
のごと軽アルミニウムを約８０重量％以上含有するアル
ミニウム合金が使用される。

１飢１１ 前記アルミニウム又はアルミニウム合金に複合される無
機質粒子及び又は金属粒子としては、前記アルミニウム
又はアルミニウム合金よりも高い融点を有していること
が重要である。そのような粒子としては、通常ピッチコ
ークス、石油コークス、木炭、黒鉛電極屑などの炭素粒
体、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸
化クロム、酸化ジルコニウムなどの金属酸化物、窒化珪
素、窒化アルミニウムなどの窒化物、炭化珪素、炭化は
う素などの炭化物、食塩、塩化カリウム、塩化バリウム
などの塩化物、石英がラス、結晶化ガラスなどのガラス
粒体、あるいは鉄、銅、ニッケル、チタン、コバルト、
クロム、マンガン、などの金属粒子などがある。これら
粒子の内、水溶性の塩化物の場合は複合化後にその塩化
物を水で溶出させることにより、多孔質・通気性の材料
が得られ、またガラス粒の場合には透光性を付与させる
ことができる。

前記本発明に使用される無機質粒子及び又は金属粒子の
形状は任意であり、粒径は約１μ〜５ｍｍ虫でのものを
複合させることが可能である。５０μ〜５＋＋ｖ＋程度
までの場合は前記粒子間隙に圧入する熔融金属の押圧力
は一般に５００　Ｋｇｆ／ａＩ１１”以下で製造可能で
あるが、粒径が約５０μ以下の場合には５００　Ｋ　ｇ
ｆ／　ａｍ”以上で加圧することが必要となる。一般に
加圧力を増すほど巣やピンホールの発生を防止でき、複
合状態が極めて良好な複合体が得られる。

゛　　　成形　　　　成メ　の　゛ 前記無機質粒子又は金属粒子は加圧型内に装着する前に
複合材の使用目的に応じて、予め複合させるべき粒子の
種類や粒径を選び、それら粒子を製品複合材のどの部分
にどのように分散させるか予め複合構造を決定しておき
、素材の一部分に部分的に分散させる部分分散、素材に
層状に分散させる層状分散などを行えるよう加圧型内の
任意の箇所に任意の状態で任意の分散割合に部分複合や
層状複合させるべく、予めそのような形状に前記粒子な
粘結剤を用いて、あるいは該粒子を一部焼結させる等し
て、連通ずる多孔を有する成形体を形成しておく。成形
体の成形時に使用される粘結剤としては熱分解性の良い
周知のセラミックス成形用有機粘結剤が使用でき、これ
らの中でもフラン樹脂糸粘結剤は好ましいものの一つで
ある。該粘結剤の使用量は粒体を点接触状態で接合する
程度の少量が良く、通常前記粒子に対して１．０〜２．
０重量％であり、粒子成形体が加圧型内で壊れない程度
の少量で良い、粘結剤は予熱の段階で大部分が蒸発して
消失してしまうが一部炭化物になって残存する。しかし
、粒子を複合させるためにはほとんど影響のない程度の
残存量であり、個々の粒子同士の結合も無く分散状態の
極めて良好な複合体が得られる。

前記少量の粘結剤と無機質粒子及び又は金属粒子とを混
合し、予備成形型に入れ、所定の形状に成形した後、型
より取り出す。

取り出された成形体は切断、切削等により各種形状体と
したり、複数個組み合わせたりして、加圧型内の適宜箇
所に設置する。

このようにして得られた粒子成形体にアルミニウム又は
アルミニウム合金を複合するのであるが、理解を深める
ためにその例を以下図面に基づき説明する。

第１図は無機質粒子及び又は金属粒子を用いて成形され
た異種の円筒状及び円柱状の多孔質成形体１，２の斜視
図であり、第２図は第１図の１及び２の成形体を組み合
わせたものの斜視図、第３図は第２図の組み合わせた成
形体を加圧型内に配設装着して複合体を製造する加圧装
置の縦断面図であり、第４図は製造された複合体の縦断
面状態を示す。

まず、第１図のごとく、複合させる部分についてはアル
ミニウム又はアルミニウム合金の粒子とそれぞれの複合
させる粒子とで、複合させる位置、分散形態、分散割合
等に応じて配合を調整し、有機粘結剤を混入して粒子成
形体１をｇ１造する。また、複合させない部分について
は、アルミニウム又はアルミニウム合金の粒子だけによ
る粒子成形体２を製造する。

次いで、第２図の通り粒子成形体１及び２を組み合わせ
る。

１Ｊ」Ｌ 第３図の通り金型３を架台４に固定させ、金型３の内面
には、黒鉛、窒化はう素などの離型剤を塗布する６架台
４には粘結剤分解ガス及び空気を排出するための〃ス抜
き孔５が設けられており、その上部には前記成形体の粒
子が加圧力に上りγス抜き孔５から落下しないよう金網
６を置く。この金型３の内側底部に第３図のごとく組み
合わされた粒子成形体を載置し、この型を無機質粒子及
び、又は金属粒子の熔融温度以下の温度でかつアルミニ
ウム系金属の凝固温度より若干低い温度を維持できるよ
う加熱する。次いでその上部より熔融したアルミニウム
系金属７を注湯し、熔融状態を維持しながら油圧プレス
のシリング−８により前記粒子間隙に熔融したアルミニ
ウム系金！７を４００　Ｋ　Ｆ１ｆ／　ｃｎ＋２程度の
圧力で圧入する。これにより粒子間隙の空気は粒子層中
の有機粘結剤が燃焼してできた気体が連通多孔等を通じ
て、金網６及びガス抜き孔５を通過して外部へ排出され
る一方、粒子間隙には熔融状態のアルミニウム系金属７
が充填される。

その結果、組み合わされた粒子成形体中のアルミニウム
系金属粒子２は熔融状態のアルミニウム系金属溶湯７と
一体化し、ｖ４４図に示されるような状態に、粒子が表
面に分散したアルミニウム系複合材９となる。この時、
組み合わされた粒子成形体１，２の予熱温度はアルミニ
ウム系金属粒子２の凝固温度より若干低く設定されてい
るため、加圧された熔融状態のアルミニウム系金属７は
凝固することなく粒子間隙に流入し、ガス抜さ孔５付近
に達して外気温により冷却され凝固する。したがって溶
湯が〃ス抜終孔５を通じて外へ流出し続けることは無い
。

また、溶湯の流れが停止された後も冷却するまで加圧保
持することにより、型内部では一部の残留液相がアルミ
ニウム系金属粒子２と一体化し、溶湯と分散粒子との接
着、凝固・収縮に極めて有効に作用する。

覧過」Ｌ灸上＝ このようにして製造された部分分散、あるいは層状分散
された複合材は、そのまま製品として、あるいは機械、
装置等の部材として使用することも、更に粒体分散部外
のアルミニウム又はアルミニウム合金素体部を切削、螺
刻するなど機械加工することも可能である。このように
して該複合材は耐摩耗、震動吸収、耐食、耐熱、部材等
として使用される。

（実施例） ＬＬＪＬ二り 粒径１〜２１のアルミニウム金属粒子にフラン樹脂系粘
結剤をアルミニウム金属粒子に対して１゜０〜２．０重
量％配合し、そして均一に混和した後、外径２０ｍｍφ
×高さ３０ｍｍの大静さの円柱状成形体に成形した。

また、平均粒径１ｍ＋＊の黒鉛電極屑にフラン樹脂系粘
結剤を黒鉛電極屑粒子に対し、’１．０〜２゜０重量％
配合し、そして均一に混和した後、内径２０ｍｍφ、外
径３０ｍｍφ、高さ３０＋ｕａの中空円筒状の成形体を
成形した。

次いでこの中空円筒状成形体の中空部分に前記円柱成形
体を挿入して２種類の粒子成形体を組み合わせ、１１０
℃で１時間乾燥させた。

一方、内径３０−ｓφ、外径４８−φ、高さ７５１の円
筒状の耐圧金型を製作し、この金型の底部の架台には直
径３ａｌＩＩｌφのガス抜孔４ケを設け、その上面には
３０ａＩ＋１１φのステンレス！ｌＩ金網を置き、金型
の内面には黒鉛離型剤を塗布した。

そして上記組み合わされた粒子成形体を金型上方より型
内に挿入し、この金型をアルミニウム金属粒子成形体の
溶解温度以下の６００℃の温度に予熱して型内の成形体
を同温度程度となして後、７８０℃の熔融アルミニウム
を金型上方より型内に注湯し、次いで金型上方より外径
′３０１φの油圧プレスシリング−にて４００　Ｋｇｆ
／ｃ輸２の圧力でアルミニウム金属の溶湯を加圧して成
形体粒子間隙及び成形体同士の接触間隙に圧入した。圧
入後冷却して複合体を取り出した。

得られたアルミニウム系複合材はアルミニウム金属の溶
湯が成形体粒子の粒子間隙に充分浸透しており、アルミ
ニウム金属粒子は熔融アルミニウム金属と一体化し、表
層部に黒鉛電極屑が分子ｌＬされてなるアルミニウム系
、複合体であった。この複合体は内部がアルミニウム金
属素体の物理、化学特性を有し、表層部が耐摩耗性、震
動吸収性などの特性を有する摺動材料、回転部分の軸受
は部材等として使用することができ、極めて有用な素材
である。

衷１目にじし 平均粒径０．１５１６ｍの黒鉛電極屑、平均粒径０゜４
１の黒鉛電極屑及び平均粒径１．Ｏｍｍの黒鉛電極屑の
３ｍ類の粒子を選び、それら３種のそれぞれの粒子にフ
ラン樹脂系粘結剤を前記粒子に対して１．０〜２．０重
量％配合し、それを混和した後、それぞれを３０ｍｍφ
×５ＩＩＩ６の大きさの円板状の成形体に成形して各々
１１０℃で１時間乾燥させた。

これら３枚の円板状成形体を、上層に前記平均粒径０，
１５Ｉの黒鉛電極屑より成形した成形板を、中間層に平
均粒径０．４１ＩＩＩＩの黒鉛電極屑より成形した成形
板を、また、下層に平均粒径１．ＯＩの黒鉛電極屑より
成形した板形板を重ねて３層に組み合わせ、実施例−１
と同様の耐圧金型に装填した。これら成形体を６００℃
の温度に予熱する一方７８０℃の熔融アルミニウム合金
（ＪＩＳ−ＡＣ４Ａ：ＡＬ−８ｉ−Ｍｇ系アルミニウム
合金）の溶湯を該型内に注湯し、金型上方より外径３０
１−φの油圧プレスシリング−にて６００　Ｋｇｆ／ａ
ｍ２の圧力でアルミニウム合金の溶湯を加圧して成形体
粒子間隙に圧入した。圧入後冷却、脱型して複合体を得
た。

得られたアルミニウム系複合体はアルミニウム金属の溶
湯が成形体粒子の粒子間隙の全域に充分に浸透しており
、各々の粒子による３層に積層した複合材が得られた。

この複合材は実施例−１と同様に耐摩耗性、震動吸収性
などの機能を有し、素材の軽量化も図られており、実施
例−１と同様に摺動材料として使用可能、である。

（発明の効果） 本発明によれば、以上実施例等で詳述したごとく、予め
一定形状に成形した無機質粒子及び、又は金属粒子より
成る連通多孔質成形体を複数個組み合わせて加圧型内の
適宜位置に配設させることにより、所望の複合材の用途
等に応じ、粒体が複雑なパターンで分散した複合材を正
確かつ簡易に製造することができる。そうしたものは、
単純構造の複合材に比べてその利用分野の着しい拡大が
期待され、そうした新規な複合材の容易な製造法を提供
できる点で本発明は極めて有利なものである。

予め成形された一定形状のブロック状成形体を積み木細
工のように金型内へ配置するだけで良いので、従来広の
ごとく粒体な型内の特定箇所へ細心の注意を払って充填
するような場合に比べて作業、操作性に極めて優れ、製
造速度を大幅に早めることもできる。

このように本発明は、優れた作用効果を奏する複合材の
製造法であって斯界に貢献するところが非常に大きいも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例を説明するための素材、
装置等を表す図面であり、第１図は無機質粒子又は金属
粒子より円筒状及び円柱状に形成した成形体の斜視図、
第２図は第１図の１及び２の成形体を岨み合わせたもの
の斜視図、第３図はｖＳ２図の組み合わされて配置され
ている加圧型内に熔融アルミニウムを注湯し、それを圧
入しようとする加圧装置の縦断面図、第４図は取得され
た複合体の縦断面図を表す。 １．２：連通多孔質の成形体 ３：耐圧金型　　　　４：架台 ５：ガス抜き孔　　　６：金網 ７：熔融したアルミニウム ８：油圧プレスシリング− ９ニアルミニウム系複合材 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム又はアルミニウム合金と、それらよ
   りも高融点の粒体とからなる複合材を製造する方法にお
   いて、アルミニウム又はアルミニウム合金の粒体同士を
   少量の粘結剤で点接触状で相互に接合されている連通多
   孔質の成形体と、前記高融点の粒体同士又はこれに加え
   て混合されたアルミニウム又はアルミニウム合金の粒体
   との粒体同士が少量の粘着剤により点接触状態で相互に
   接合されている連通多孔質成形体とを、製造すべき複合
   材の形状、構造に合わせて、加圧型内に組み合わせで配
   置し、該加圧型及び該型内の前記成形体をアルミニウム
   又はアルミニウム合金の熔融温度より若干低い温度に維
   持する一方、熔融したアルミニウム又はアルミニウム合
   金を前記加圧型内へ注湯して加圧し、該型内で前記成形
   体の粒子間隙にアルミニウム又はアルミニウム合金を圧
   入して後、冷却、凝固してから、脱型することを特徴と
   するアルミニウム又はアルミニウム合金より高融点の粒
   体が部分的に分散された粒子分散アルミニウム系複合材
   の製造方法。
2. （２）粒体の粘結剤がフラン樹脂系粘着剤であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の粒子分散アルミ
   ニウム系複合材の製造方法。