JPS62278239A - 複合材料の製造方法 - 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 本発明は耐摩耗性の優れた金属複合材料の製造方法に関
する。より詳細には本発明は、エンジンのピストン、ン
リンダライナ、軸受部及び摺動部材等の部品に好適に使
用できる、耐焼付性及び耐摩耗性に１娶れた金属複合材
料の経済的な製造方法に関する。

従来の技術 鋼部品の一部分または表面の耐摩耗性の向上には、高周
波加熱を利用して部品の一部分のみを急加熱、急冷却し
て部分焼入れする方法や、浸炭焼入法等によって表面硬
化させる方法が一般に採用されている。しかしながら、
これらの高周波焼入法や浸炭焼入法は複雑且つ高価な方
法であり、さらに焼入後の切削加工や研摩加工が困難で
ある。

このような問題を解決し、特にディーゼルエンジンのピ
ストン等の部品用として好適に利用できる、高温硬度、
耐摩耗性の優れた金属複合材料の製造方法が特開昭５９
−２１２１５９号公報に開示されている。この方法では
、高圧凝固鋳造法を用いて金属多孔体にアルミニウム合
金を鋳込んだ後、得られたアルミニウム合金鋳物素材を
４５０〜５００℃で１〜１０時間保持して、金属多孔体
とアルミニウム合金との境界に高硬度の金属間化合物を
形成して耐摩耗性を付与している。

発明の解決しようとする問題点 しかしながら特開昭５９−２１２５９号に記載の方法で
採用される高圧凝固鋳造法、いわゆる溶湯鋳造法は装置
が複雑で高価な特殊な鋳造法である。

一方、特開昭５９−２３１２１５９号公報の第２８４頁
の左上欄に記載の如く、より広汎に用いられている重力
鋳造法やダイカスト法を上記の従来方法に用いることが
できない。すなわち、重力鋳造法では金属多孔体の気孔
内にアルミニウム合金を含浸させることが極めて困難で
ある。また、ダイカスト法ではアルミニウム合金の溶湯
と金属多孔体の気孔との密着性および充填性は充分に１
昇られるが、エアーの巻込みが避けられず、鋳ぐるみ後
の加熱処理時にエアーが膨張してブリスター等の欠陥と
なる。

従って、本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決
することにあり、より詳細には耐摩耗性の優れた金属複
合材料を製造する経済的且つ簡易な方法を提供すること
にある。

さらに本発明の目的は、ダイカスト法等のより簡易な鋳
造法によって実施することのできる、耐摩耗性の優れた
金属複合材料の製造方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記の従来技術の問題を解決し、耐摩耗性に優れた高品
質の金属複合材料を安価且つ容易に製造する方法を提供
するため、本発明者は種々の実験、検討を行い、その結
果、クロム酸化物がＨ，２０００と硬度が高く、これを
分散した状態で含有する複合材料を想到したものである
。

本発明に従うと、平均孔径が０，０５〜４　ｍｍのクロ
ム含有合金の多孔体を、酸化雰囲気中で６００℃以上の
温度に保持して、該多孔体の骨格表面を均一にクロム系
酸化物とし、次いで該多孔体の気孔内に溶融金属を含浸
せしめることを特徴とする複合材料の製造方法が提供さ
れる。すなわち、本発明の方法においては、クロム含有
合金の多孔体、好ましくは骨格が三次元網目伏となって
いる金属多孔体く以下、これを発泡金属という）を６０
０℃以上に加熱して、多孔体の骨格表面をクロム系酸化
物にした後、該多孔体を別種の溶融金属で鋳ぐるむこと
を特徴とする。

従って、高硬度のクロム系酸化物が地金中に象眼模様の
ように点在している状態の複合材料が得られ、そのま−
で優れた耐摩耗性を発揮すると同時に、鋳込み後の熱処
理を必要としない。このため、高圧凝固鋳造法を採用せ
ずとも、経済的に有利な方法であるダイカスト法で鋳込
みを行うことができる。

金属多孔体の気孔に含浸する金属は、クロム系酸化物で
覆われた多孔体の骨格を強固に保持し、さらに次工程で
の切削加工や研摩加工が容易な金属を用いるが、鋳鉄或
いはアルミニウム合金を用いるのが好ましい。

さらに、クロム含有合金の多孔体は発泡金属であること
が好ましく、気孔を鋳鉄で埋める場合は、発泡金属の骨
格の厚さが５０μｍ以上であることが好ましい。

作用 上述の如（本発明は、予めクロム含有合金の多孔体を酸
化雰囲気中で６００℃以上１２００℃以下の範囲で１〜
２０時間加熱保持して、多孔体の骨格表面を均一にクロ
ム系酸化物とし、次いて気孔内にダイカスト法等で溶融
金属を含浸せしめることを特徴とする。

使用するクロム含有合金は１０重量％〜５０重量％のＣ
ｒを含有し、ニッケル基合金であることが好ましい。Ｃ
ｒ含有量が１０重量％未満ではクロム酸化物の形成が困
難であり、所望の耐摩耗性を達成しがたいからである。

一方、５０重量％を越えるＣｒを含有すると、金属多孔
体の骨格の強度、靭性が低下することとなるので好まし
くない。

さらに、金属多孔体の平均粒径は０．０５〜４　ｍｍの
範囲にある。平均孔径が０．０５ｍｍ未満であると、ク
ロム酸化物の厚みが小さく、また、気孔の溶融金属によ
る含浸が極めて困難となる。一方、平均孔径が４化を越
えると、地金中にクロム酸化物が微細に分散した成品か
えられず、品質が低下することとなる。

クロム系酸化物の形成のための加熱保持を行う酸化雪囲
気とは空気または酸素富化空気でよい。

加熱保持温度が６００℃未満の場合は、必要な厚さのク
ロム系酸化物の形成に時間がかかりすぎ、能率が低下す
る。一方、１２００℃をこえる温度では、多孔体が過度
の酸化をうけ、骨格構造が脆弱となる。

第１図は本発明の方法により製造した複合材料の顕微鏡
組織の模式図である。

図示の如く、本発明により製造された複合材料は、クロ
ム含有金の骨格構造Ａと、骨格構造Ａの表面に形成され
たクロム系酸化物Ｂと、骨格構造Ａを充填する母材金属
Ｃとから構成される。上述の如く、クロム系酸化物Ｂが
硬度Ｈｖ　２０００程度であり、母材Ｃ中に分散した構
造となっている。

従って、本発明により製造された複合材料は、高硬度の
クロム系酸化物が分散しているので耐摩耗性に優れ、ま
た、クロム系酸化物がクロム含有合金の骨格構造及び母
材とに強固に保持されているので、強固な複合構造とな
っている。

以下、本発明を実施例により説明するが、これらの実施
例は本発明の単なる例示であり、本発明の範囲を何等制
限するものではないことは勿論である。

実施例１ １０重量％のＣｒを含有するニッケルクロム合金の発泡
体を９００℃で２時間加熱して、クロム酸化物を発泡体
の骨格表面に形成した。次いで、下記の化学成分を有す
る溶融鋳鉄を１３００℃で、上記発泡体に重力鋳造法に
より充填した。

（重量％） 得られた複合材料の顕微鏡写真（５０倍）を第２図（ａ
）に示す。第２図（ａ）に示す如＜、得られた複合体は
、クロム酸化物を骨格表面に形成した発泡金属が鋳鉄に
より充填されている。

種々の金属発泡体を用いて実験した結果、溶融鋳鉄を用
いる場合、発泡体の骨格の厚さは５０μｍ以上が好まし
く、１０μｍ未満の厚さであると、溶融銑鉄で充填時に
、骨格部分が溶は落ちることが解った。

実施例２ ガソリンエンジンのシリンダライナに用いるため、アル
ミニウム合金を用いて本発明の複合材料を製造した。す
なわち、１０重量％のＣｒを含有するニッケルクロム合
金の発泡体を９００℃で２時間保持してクロム酸化物を
骨格表面に形成した。次いで下記の化学成分のアルミニ
ウム合金を用いて、ダイカスト法により充填した。

（重量％） 得られた複合材料を切削、研摩してその表面の顕微鏡写
真（５０倍）を第２図（ｂ）に示す。第２図（ｂ）に示
すように、得られた複合材料はニッケルクロム合金の骨
格表面がクロム酸化物で形成され、これらがアルミニウ
ム合金からなる母材中に分散している。このクロム酸化
物はＨｖ２０００の高硬度をなすので極めて優れた耐摩
耗性を発揮する。

本発明の方法により得られた複合部材製のシリンダライ
ナと鋳鉄製のシリンダライナとを比較したところ、ピス
トンとの焼付性および耐消耗性は同程度であり、さらに
鋳鉄製のシリンダライナと比較すると軽量化、製造コス
トの大巾低減が達成されている。

発明の詳細 な説明したように、本発明の方法はダイカスト法等の通
常広く採用されている経済的な鋳造法で実施でき、優れ
た耐摩耗性を有する複合材料を経済的且つ大量生産で得
ることができる。

本発明の方法により鋳鉄を地金とする複合材料を製造す
ると、従来の高周波焼入法や浸炭焼入法と比較して著し
く安価に耐摩耗性の複合部材、例えば、シリンダライナ
や各種軸受部材及び工作機械のベッド表面等に利用する
ことができる。

また、アルミニウム合金を地金とする複合材料とする方
法も、他の従来技術のアルミニウム合金の複合材料の製
造方法と比較すると、安価であり、且つ・大量生産に適
した方法である。また、このアルミニウム合金の複合材
料もシリンダライナや各種軸受部材及び耐摩耗性を必要
とする各種部材に有効に利用することができる。

第３図（ａ）はシリンダライナに本発明の複合材料を用
いた例の断面図である。参照番号１は鋳鉄またはアルミ
ニウム合金のシリンダであり、このシリンダ１の内面に
本発明の複合材料製のライナ２が設けられている。この
ように構成されたシリンダライナは耐摩耗性もよく、さ
らにピストンとの耐焼付性も優れている。

第３図（ｂ）は表面の一部に本発明の複合材料を用いた
例の断面図である。ベースとなる部材３の表面、特に他
の部材が摺動する表面部分に本発明の複合材料２を用い
ることができる。

以上に説明の如く、本発明の方法により製造される複合
材料は耐摩耗性の要求されるシリンダライナ、軸受部材
の表面等に好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法によって製造された複合材料の顕
微鏡組織の模式図であり、 第２図（ａ）は鋳鉄を地金とする本発明の複合材料の顕
微鏡写真であり、第２図（ｂ）はアルミニウム合金を地
金とする本発明の複合材料の顕微鏡組織の写真でありり
、 第３図（ａ）、（ｂ）は本発明の複合材料の適用例をそ
れぞれ示す。 （参照番号） Ａ：多孔体の骨格構造 Ｂニクロム系酸化物 Ｃ：母材 １．３：鋳鉄またはアルミニウム合金のベース部材 ２．４：本発明の複合材料 特許出願人　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）平均孔径が０．０５〜４ｍｍで、Ｃｒを１０〜５
   ０重量％含む合金の多孔体を、酸化雰囲気中で６００℃
   以上の温度に保持して、該多孔体の骨格表面を均一にク
   ロム系酸化物とし、次いで該多孔体の気孔内に溶融金属
   を含浸せしめることを特徴とする複合材料の製造方法。 （２）ダイカスト法によって、該多孔体の気孔内に溶融
   金属を含浸せしめることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の複合材料の製造方法。 （３）上記溶融金属が鋳鉄であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項に記載の複合材料の製造
   方法。 （５）上記多孔体が、発泡金属であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載
   の複合材料の製造方法。