JPS62139839A

JPS62139839A - 金属基複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPS62139839A
Application number: JP27854285A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tatematsu; 立松　義明
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1985-12-11
Publication date: 1987-06-23

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、補強繊維ゆ補強粒子で強化した金属基複合材
料の製造方法に罰する。

［従来の技術］従来より、特開昭５７−１１８８５４号公報にかかる金
属基複合材料の製造方法が提供されている。この製造方
法は、無礪″Ｍ繊維などの補強繊維とろうとで形成され
た混合体の外面に、コーティング処］！！およびサンデ
ィング処理を施して耐火物粒子結合層を被覆した後、該
耐火物粒子結合層を被覆した混合体を加熱することによ
り脱ろうしてシェル体を製造する第１工程と、溶融した
母材金属をシェル体の内部に充填してＩ＆固することに
より該補強繊維と該母材金属とを複合化する第２工程と
、からなる。

しかしながら、上記製造方法では、補強繊維や補強粒子
と溶融金属とのぬれ性が悪く、少合化が必ずしも充分で
はなく、含浸不良が生じやすかった。

また、従来よりＤＬＩ　　ｐｏｎｔ社の真空浸透法が提
供されている。この方法は、補強繊維を圧縮成形した補
強用成形体を、金型のキャビティ内にセットし、その状
態で該金型のキャビティ内を真空にすることにより溶融
金属をキャビティ内に充填し、これにより補強用成形体
と母材金属とを複合化する。

しかしながらこの方法では、金型をもちいるため、形状
の複雑な製品を成型する場合には型扱きが困難であり、
また母材金兄が高い融点の場合には、高い融点の金属と
金型のキャビティを形成する型面とが直に接触するため
、金型の型面が熱ｎするなどの支障があった。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、その
目的は、補強繊維や補強粒子と溶融金属とのぬれ性を改
善し母性金属の含浸不良を抑えつつ、複雑な形状の製品
を製造する場合や母材金属の融点が高い場合であっても
支障のない、金属基複合材料の製造方法を提供するにあ
る。

［問題点を解決するための手段］本発明にかかる製造方法は、補強粒子および補強５ａｌｌの少なくとも１！！で形成
された補強用成形体と、該補強用成形体の外面に被覆さ
れた耐火物粒子結合層と、からなるシェル体を製造する
第１工程と、溶融した母材金属を該シェル体の内部に充填して凝固す
ることにより該補強用成形体と該母材金属とを複合化す
る第２工程と、からなる製造方法において、該耐火物粒
子結合層は通気性をもち、第２工程は、一端が金病貯溜
炉に接続された注入管の他端を該シェル体の内部に連通
させるとともに該シェル体を容器の！！−Ｉｎ室内に収
納する収納工程と、該缶用室内を減圧し通気性をもつ、該耐火物粒子結合層
を介して該シェル体内を排気した状態で、該金属貯溜炉
内の溶融した該母材金属を該注入管から該シェル体の内
部に充填させる充填工程と、からなる。

以下詳しく説明する。

補強ａｍは、アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、ガ
ラス繊維、シリコンカーバイト繊維などの無機質ｍＭ、
タングステン繊維、ステンレス繊維などの金ｍＩＩ維、
カーボンｍＩＩ又は各種ウィスカなどをもちいることが
できる。補強粒子は、アルミナ粒子、アルミナ−シリカ
粒子、ガラス粒子、シリコンカーバイト粒子などの無機
質粒子、タングステン粒子、ステンレス粒子などの金属
粒子、カーボン粒子などをもちいることができる。補強
ｔａｇは短繊維が好ましく、その長さは１０μｍ〜１０
ｍｍが好ましい。補強粒子は、平均粒径が１μｍ〜１ｍ
ｍが好ましい。

通気性をもつ耐火物粒子結合層は砂粒の集合から形成で
きる。耐火物粒子結合層は、通気性を確保するため等の
理由で、平均径が、０．０１〜１ｍｍの通気孔をもつこ
とが好ましい。耐火物粒子結合層の肉厚は、該耐火物粒
子結合層の通気性や強度を考慮して設定するが、０．５
〜３ｍｍ程度が好ましい。

本発明にかかる第１工程は、補強粒子または補強繊維の
少なくとも１種とろうとが混合した混合体を形成する混
合工程と、該混合体の外面に耐火物粒子結合層を被覆す
る被覆工程と、該耐火物粒子結合層を被覆した該混合体
を加熱することにより脱ろうしてシェル体を製造する脱
ろう工程と、から行うことかできる。脱ろうされた部位
は、ろうが除去されるため中空部となる。

ここで、混合工程では、補強繊維や補強粒子を金型のキ
ャビティにセットした状態でインジェクションマシンに
よりろうをキャビティ内に注入することにより、混合体
を形成できる。又、混合工程では、所定の形状をしたろ
う製の模型に補強繊維や補強粒子を付着する等して固定
することにより混合体を形成できる。

被覆工程は、アルコール等の分散液に砂やバインダ等を
分散させたスラリーに混合体を浸漬するコーティング工
程と、コーティング工程を柊えた混合体に砂をふりかけ
るサンディング工程、とを繰返すことにより行いつる。

コーティング工程のスラリー中の砂は細かい方が好まし
い。その理由は耐火物粒子結合層の通気孔が大きくなり
金属溶湯が耐火物粒子結合層に侵入しやすくなるためで
ある。サンディング工程で用いる砂としては、けい砂、
アルミナ、ジルコンサンドなどをもらいることができ、
その粒径は通気性を確保づるため粗い方がよく、例えば
、３０〜５０メツシュ程度が好ましい。

脱ろう工程は、混合体を１００〜１５０℃に加熱するこ
とにより、ろうを液状とし、耐火物粒子結合層の孔から
ろうを排出し、以てシェル体を形成することにより、行
ないつる。脱ろう工程を終えたら、適宜、シェル体の乾
燥処理や焼成処理をおこなうとよい。なお、第１工程で
は、混合工程で用いるろうの代りに熱可塑性樹脂をもち
いてもよい。

又、第１工程は、補強繊維や補強粒子の少なくとも１種
を金型で圧縮成型して補強用成形体を形成する圧縮工程
と、該補強用成形体の外面に耐火物粒子結合層を被覆す
る工程と、で行うことができる。圧縮工程では、結合剤
をもちいて補強粒子や補強粒子を結合してもよい。結合
剤としては、コロイダルアルミナ、コロイダルシリカな
どをもちいることができる。

第２工程は、一端が金属貯溜炉に接続された注入管の他
端を該シェル体の内部に連通させるとともに該シェル体
を容器の密閉室内に収納する収納工程と、該密閉室内を
減圧し通気性をもつ耐火物粒子結合層を介してシェル体
内を排気した状態で、該金属貯溜炉内の溶融した該母材
金属を該注入管から該シェル体の内部に充填させる充填
工程と、からなる。

充填工程では、通気性をもつ耐火物粒子結合層からシェ
ル体内の空気、即ち補強用成形体内の空気が密ｍ室内に
排出されるため、母材金属と補強用成形体の補強ｌＩ雑
や補強粒子との接触は良好であり、よって両者のぬれ性
を改善しうる。

充填工程は、奇問室内を０．５気圧以下、とくには０．
３気圧以下にした状態で、通気性をもつ耐火物粒子結合
層を介して、溶融した母材金属を吸引することにより、
おこなうとよい。

シェル体内に充填する溶融した母材金属としては、アル
ミニウム、アルミニウム系合金、銅、銅系合金などをも
ちいることができる。

充填工程を終えたら、耐火物粒子結合層を除去するとよ
い。除去手段としては、金属粒子たるショットを投射す
る手段、コンベア等で振動を加える手段、ワイヤーブラ
シ等でこする手段等がある。

尚、製造された金属Ｍ複合材料の繊維含有率又は粒子含
有率は１〜３０％程度が好ましい。

［発明の効果］本発明にかかる製造方法によれば、補強用成形体内の空
気は、通気性をもつ耐火物粒子結合層から排出されるの
で、溶融した母材金属と補強用成形体の補強繊維や補強
粒子とのぬれ性を従来に比べて改善することができる。

従って母材金属の含浸不良を抑制できる。

又本発明にかかる製造方法によれば、溶融した母祠金、
属を耐火物粒子結合腟内に流入させるため、通常、金型
をもちいずともよく、従って形状の複雑な製品を’ＭＪ
　ｉｌする場合であっても支障がない。

あるいは、金型をもちいたとしても、金型は耐火物粒子
結合層を保持するだけで足り、従って溶融した母材金属
と金型のキャビティを形成する型面とが直に接触せず、
よって母材金属が高融点をもつ場合であっても、金型が
熱損するおそれを著しく低減させうる。よって、コバル
ト基耐熱合金やニッケル基耐熱合金で金属基複合材料を
製造する場合に適する。

（実施例１（第１実施例）この実施例は抵抗溶接用電極チップの製造方法であり、
第１図〜第６図に示す。

（第１工程）まず直径Ｑ、３ｍｍ長さ５ｍｍのタングステン４１Ｉｌ
ｌを多数束ねて、第２図に示すように、直径６ｍｍ長さ
５ｍｍの第１円柱体１を形成する。また平均直（Ｗ　３
μｍ１平均長さ２ｍｍのアルミナ＃Ｊ＆１（ｒ（１社製
、ザフィール）の成形体として、中空部２ａをもつ第２
円柱体２を形成覆る。そして第２円柱体２の中空部２ａ
に第１円柱体１を圧入し、これにより補強用成形体３を
形成ｊる。

つぎに、補強用成形体３をろう模型用の金型４のキャピ
テイ４ａにセットした後、インジェクションマシンにて
ろうを２０気圧で注入し、ろうの凝固＋１離型し、これ
により補強用成形体３とろう部３０とからなる混合体と
してのろう模型５を形成した。そして第４図に示すよう
に、多数のろう模型５を柱状のろう柱部５０にツリー状
に組付け、ろう柱１ｆｆＳ５０およびろう模型５からな
るツリーを、容器６０内のスラリー６に浸漬しこれによ
りコーティング処理を行った。スラリーは、分散液とし
てのアルコールに３２５メツシユのアルミナとコロイダ
ルシリカとを含む。

つぎにろう模型５に付着したスラリーが乾燥しないうち
に、第５図に示すように、ろう模型５．ｆｌよびろう柱
部５０からなるツリー全体に、ふるい部材７０から、４
０メツシユのアルミナ７をふりかけ、これによりサンデ
ィング処理を行う。上記のコーティング処理とサンディ
ング処理とを６回繰返し、以て３ｍｍ程度の肉厚の耐火
物粒子結合層９を、ろう模型５および柱状のろう柱部５
０かうなるツリーの外面全体に被覆した。この耐火物粒
子結合層９はポーラスであり通気性をもつ。

つぎに耐火物粒子結合層９を被覆したろう模型５とろう
柱部５０とからなるツリーを、炉内に装入して加熱し、
１５０℃でろうを耐火物粒子結合層９から脱ろうし、こ
れによりツリー状のシェル体１０を形成した。なお、第
１図に示すように、シェル体１０において、鋭ろうされ
た部位は中空部Ｓとなる。

（第２工程）上記のように第１工程を終えてシェル体１０を形成した
ら次の収納工程および充１眞工程を行なう。

即ち、収納工程では、第１図にしめすように、一端１１
ｂが金属貯溜炉１２に接続された注入管１１の他端１１
ａを該シェル体１０の孔１０ａの内部に連通させるとと
もに、該シェル体１０を容器１３の密閉室１４内に収納
する。

つぎに充填工程では、該密閉室１４の空気を排気孔１３
ａを介して真空ポンプにて吸引し密閉室１４内を０．５
気圧程度に減圧する。すると、シェル体１０内の空気は
、通気性をもつポーラスな耐火物粒子結合層９を介して
密閉室１４内に排出され、更に密閉室１４から排気孔１
３ａを介して外方に排出される。よってシェル体１０内
は書間ｖ１４の内圧とほぼ等しくなる。

このようにすれば、該金属貯溜炉１２内に貯溜された溶
融した調合［１５（１２００℃）は、シェル体１０の内
圧と大気圧との差により、と１゛入管１１内を上昇し、
注入管１１を介して該シェル体１０の中空部Ｓ内に吸引
され、これにより吸引。

鋳造が行なわれ、シェル体１０の内部は銅金属１５で充
填され、以て補強用成形体３と銅金属１５とは複合化さ
れる。

そしてシェル体１０中の銅金属が完全に凝固した後、密
閉室１４からシェル体１０を取出し、耐大物粒子結合層
９を除去し、補強用成形体３と銅金属１５とが複合した
チップ粗形体を形成した。

そして、チップ粗形体を切断した後、仕上げ加工を行う
。このようにして、雪掻チップを製造した。

この電極チップは、従来の銅製の電極チップに比べて約
２倍の寿命があった。

ところで、上記したような吸引鋳造で複合材料を製造づ
る場合減圧と同時に溶融した銅金属１５をシェル体１０
内に導入すると、シェル体１０の内部の空気が充分後け
る前に、溶融した銅金属１５がシェル体１０内に侵入し
てしまい、故に、汰けなかった空気が内部に取り残され
、そのため溶融した銅金属１５が十分に充填されず、含
浸不良となってしまうおそれがある。

そこで、本発明者は、容器内１３の密閉室１４の真空度
と、複合材料の品質（溶湯の含浸状態）との関係につい
て、実験を行なった。その結果、容器１３の密閉室１４
内の圧力が０．５気圧以上の場合は、溶融した銅金属１
５の含浸が十分でなかったが、０．５気圧以下まで、減
圧して、繊維間の空気を十分除去してから、銅金属１５
を含浸させると、含浸不良のない良質の金属基複合材料
が得られることがわかった。

本実施例にかかる製造方法によれば、シェル体１０内の
空気は通気性をもつポーラスな耐火物粒子結合層９から
排出されるので、溶融した銅金属１５と補強用成形体３
のアルミナ繊組やタングステン繊維とのぬれ性を改善す
ることができる。

又本実施例にかかる製造方法によれば、溶融した銅金属
１５を、耐火物粒子結合層って形成したシェル体１０内
に流入させるため、第２工程では金型をもちいずともよ
く、従って形状の複雑な製品を製造する場合であっても
支障がない。

（第２実施例）この実施例は車両用コンロッドの製造方法であり、第７
図〜第１１図に示す。

（第１工程）まず平均直径３μｍ１平均長さ３ｍｍのアルミナ知謀１
ｆｉｉＣｒ社製、サフイールＲＦ）を、コロイダルシリ
カとともに、第８図に示すコンロッド用金型２０のキャ
ビティ２Ｏａ内に収納した状態で該金型２０をかたじめ
して圧縮成形し、これによりコンロッドに近似した形状
をもつ補強用成形体２１を形成した。

この補強用成形体２１を８０℃にて乾燥した。

この補強用成形体２１のかさ密度は０．５０／Ｃｍ３で
あった。

つぎに第９図に示すように補強用成形体２１を容器２２
内のスラリー２３に浸責し、これによりコーティング処
理を行った。スラリー２３は、分散液としてのアルコー
ルに３２５メツシユのジルコニアとコロイダルシリカと
を含む。

つぎに補強用成形体２１に付着したスラリー２３が乾燥
しないうちに、第１０図に示すようにふるい部材２４か
ら、５０メツシユのジルコニア２５をふりかけ、これに
よりサンディング処理を行う。上記のコーティング処理
とサンディング処理とを８回繰返し、以て耐火物粒子結
合層２５を補強用成形体２１の外面にｍｉしたコンロッ
ド用のシェル体２６を形成した。

（第２工程）上記のようにシェル体２６を形成したら、次に収納工程
を行なう。収納工程では、第７図にしめすように、一端
２７ｂが金属貯溜炉２８に接続された注入管２７の他端
２７ａを該シェル体２６の孔２６ａに連通きせるととも
に、該シェル体２６を容器２９の密閉室３０内に収納す
る。

つぎに充填工程では、該密１１室３０の空気を排気孔３
０ａを介して真空ポンプにて吸引し、密閉室３ｏ内を０
．４気圧程度に減圧する。すると、シェル体２６内の空
気は、通気性をもちポーラスな耐火物粒子結合層２５を
介して密Ｉｙ］′９３０内に排出され、更に密閉室３０
から排気孔３０ａを介して外方に排出される。よってシ
ェル体２６の内圧は密閉室３０の内圧とほぼ等しくなる
。

このようにすれば、該金属貯溜炉内２８に貯溜された溶
融したアルミニウム系合金の金属３１（Ｊ１８−Ａ０４
Ｃ１７３０℃）は、注入管２７内を上昇し、注入管２７
を介して該シェル体２６の内部に吸引され、これにより
吸引／鋳造が行なわれ、シェル体２６の内部はアルミニ
ウム系合金の金属３１で充填され１、以て補強用成形体
２１とアルミニウム系合金の金属３１とは複合化され、
コンロッド粗形体が製造される。

そして、シェル体２６中のアルミニウム系合金３１が凝
固した後、コンロッド粗形体を密閉室３０からとりだし
、コンロッド粗形体から耐火物粒子結合層２５を除去し
、該コンロッド相形体をＴ６熱処理した襖、所定の形状
に切断し、これによりフンロッドを製造した。

この第２実施例においても、第１実施例と同様の効果が
得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の第１実施例を示し、第１図は
充填工程を示す要部の縦段側面図であり、第２図は補強
用成形体の分解斜視図、第３図は混合体としてのろう模
型を形成する工程を示す［ｉ断側面図、第４図は耐火物
粒子結合層を形成するためのディッピング処理を示す側
面図、第５図は耐火物粒子結合層を形成するためのサン
ディング処理を示す側面図、第６図は脱ろうする工程を
示す側面図である。第７図〜第１１図は本発明の第２実施例を示し、第７図
は充填工程を示す要部の縦断側面図、第８図は補強繊維
を圧縮して補張用成形体を形成づる工程を示す縦断側面
図、第９図は耐火物粒子結合層を形成するためにディッ
ピング処理を示す側面図、第１０図は耐火物粒子結合層
を形成するためにサンディング処理をしめず説明図、第
１１図は耐火物粒子結合層を被覆した混合体を示す縦断
側面図である。３．２１・・・補強用成形体５・・・ろう模型（混合体）９．２５・・・耐火物粒子結合層１０．２６・・・シェル体１１．２７・・・注入管１２．２８・・・金属貯溜炉１４．３０・・・密閉室１５・・・銅金属（母材金属）３１・・・アルミニウム系合金の金属（母材金属）１’
）第２図　　　　　　　′＄３図第４図第８図　　　　　＄９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）補強粒子および補強繊維の少なくとも１種で形成
された補強用成形体と、該補強用成形体の外面に被覆さ
れた耐火物粒子結合層と、からなるシェル体を製造する
第１工程と、溶融した母材金属を該シェル体の内部に充填して凝固す
ることにより該補強用成形体と該母材金属とを複合化す
る第２工程と、からなる製造方法において、該耐火物粒
子結合層は通気性をもち、第２工程は、一端が金属貯溜
炉に接続された注入管の他端を該シェル体の内部に連通
させるとともに該シェル体を容器の密閉室内に収納する
収納工程と、該密閉室内を減圧し通気性をもつ該耐火物粒子結合層を
介して該シェル体内を排気した状態で、該金属貯溜炉内
の溶融した該母材金属を該注入管から該シェル体の内部
に充填させる充填工程と、からなる金属基複合材料の製
造方法。
（２）第２工程の充填工程は、密閉室内を０．５気圧以
下にした状態で、溶融したアルミニウム、アルミニウム
系合金、銅、銅系合金の１種を通気性をもつ耐火物粒子
結合層を介してシェル体の内部に吸引することにより行
なう特許請求の範囲第１項記載の製造方法。
（３）第１工程は、補強粒子および補強繊維の少なくと
も１種とろうとが混合した混合体を形成する工程と、該
混合体の外面に耐火物粒子結合層を被覆する工程と、該
耐火物粒子結合層を被覆した該混合体を加熱して脱ろう
してシェル体を製造する工程と、からなる特許請求の範
囲第１項記載の製造方法。
（４）補強繊維は短繊維である特許請求の範囲第１項記
載の製造方法。
（５）第１工程は、補強繊維および補強粒子の少なくと
も１種を所定の形状に圧縮成型して補強用成形体を形成
する工程と、該補強用成形体の外面に耐火物粒子結合層
を被覆する工程と、からなる特許請求の範囲第１項記載
の製造方法。
（６）耐火物粒子結合層は、平均径が０．０１〜１ｍｍ
の通気孔をもつ特許請求の範囲第１項記載の製造方法。