JPS62286660A

JPS62286660A - 耐摩耗性複合部材及びその製造法

Info

Publication number: JPS62286660A
Application number: JP61128862A
Authority: JP
Inventors: Takao Tanaka; 田中　隆男; Keiichiro Noguchi; 野口　啓一郎; Shigenori Morimoto; 森本　茂典; Kazuyuki Yoshimoto; 吉本　和幸
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1987-12-12
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPH0696187B2

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】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は、エンジンのシリンダブロックのような耐摩耗
性が特に要求される部材の製造に用いるのに好適な複合
オ料に関するものである。更に詳しくは、鋳鉄粉末から
なる圧粉成形体にアルミニウム系合金を加圧含浸するこ
とにより１尋られる複合部材に関するものである。

（従来の技術）従来、例えば、車両用エンジンのシリンダブロックをア
ルミニウム合金で製造する場合には、ダイカストあるい
は砂型Ｈ＆によって行われていた。しかし、一般に使用
されるアルミニウム合金、例えばＪＩＳ　ＡＯＣＩＯな
どを用いた場合には、耐摩耗性が乏しく、そのために摺
動状態で使用されるシリンダ一部分には、鋳鉄製のシリ
ンダライナーを挿入していた。このようにライナーを取
りつけることは、エンジンの重量の増加や製造価格の上
昇を招くだけてブヱく、このライナ一部分の熱伝導率の
低さエンジンブロック本体との間の熱膨張率の違いが原
因となって、不具合を生ずるおそれがある。

そこで、本件出願人によって先に、鋳鉄繊維によってア
ルミニウム合金を強化することにより、強度および耐摩
耗性を向上させることが提案されている。特願昭６０−
８２０９　号公報には、かかる複合部材およびその製造
方法が開示されている。この公報に開示の複合部材は、
自己潤滑性を有する黒鉛を分散含有する鋳鉄繊維かろｌ
よる成形体をアル１ミ二ウム合金で鋳ぐるみ、鋳鉄繊維
の成形体とアルミニウム合金との境界にアルミニウムと
鉄成分との金属間化合物を形成したものである。この複
合部材では、硬度の高いＦｅ−Ａｌ　金属間化合物及び
自己潤滑性を有する黒鉛が存在するので、耐摩、耗性及
び耐ヘタリ性が高く、従って、かかる複合部材を用いて
シリンダライナーを製造すれば、鋳鉄製のライナーを用
いた場合に生ずる不具合が解消される。また、その他の
高温高圧摺動状態で使用される部分に用いるのにも好適
である。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、上記の複合部材では、切削における仕上
げ加工性に劣り、鋳鉄繊維の製造コストも比較的高く、
また鋳鉄！！維の成形体に対して単にアルミニウム合金
の溶湯を充填するだけでは金属間化合物を形成しにくい
。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、仕上
げ加工性に優れ、かつ金属間化合物を生成し易く、しか
も特に耐摩耗性に浸れ、コストの安価な複合部材の製造
法およびそれによって製造された複合部材を提供するこ
とを目的とする。

（問題点を解決するための手段）上記の目的を達成するために、本発明においては、自己
潤滑性を有する黒鉛を含有する鋳鉄粉末からなる圧粉成
形体を用いてアルミニウム系金属を強化すれば、仕上げ
加工性が良く、廉価でしかも簡単な工程で硬度の高い金
属間化合物を形成出来ることに着目して、次のようにし
て複合部材を構成している。

すなわち、本発明の複合部材は、気孔にアルミニウム系
金属が充填されて鋳ぐるまれた鋳鉄粉末かるｔよる圧粉
成形体と、この圧粉成形体に分散含有されている黒鉛と
、前記圧粉成形体とアルミニウム系金属との境界に形成
されたアルミニウムと前記圧粉成形体の鉄成分との金属
間化合物層とから構成されていることを特徴としている
。

また、本発明におけるかかる複合部オの製造ｒ去は、気
孔率が２０乃至８０％であって、黒鉛が分散含有された
鋳鉄粉末からなる圧粉成形体を、成形型内に保持し、次
に、この成形型内に、５　ｋｇ／　ｃｆｆｌに）、上の
圧力の下で、アルミニウム系金、真の溶湯を注入して前
記圧粉成形体の気孔内に前記溶湯を充填することにより
、前記アルミニウム系金属と圧粉成形体との境界に、ア
ルミニウミと前記圧粉成形体の鉄成分との金属間化合物
層を形成する工程からなっている。

ここで、上記の製造法において、圧粉成形体の気孔率を
２０乃至８０％に定めたのは、２０％よりも低い気孔率
ではアルミニウム系金属の溶湯の充填が困難になり、８
０％よりも高い気孔率では圧粉成形体を所定の形状に保
持しておくことが困難になると共に金属間化合物の分散
量も少なくなるからである。

また、アルミニウム系金属の溶湯の充填時の圧力を５　
ｋｇ／　ｃｒ１以上としたのは、これ以下の圧力では溶
湯を圧粉成形体の気孔内に充分に充填することが困難と
なるからである。

更に、形成されたＦｅ−Ａｌ　の金属間化合物は、耐摩
耗性は優れているが、それ自体は硬く脆い層である。従
って、この厚さが３０μ以上になると、著しく切削性が
低下し、複合部材の脆化およびその膨張量の増大を招い
てしまう。そこで、この層厚は、３０μ以下にすること
が好ましく、特に、２０μ以下にすると特に好適である
。この層厚の制御は、次のようにして行うことができる
。すなわち、金属間化物は、拡散のルールに従って成長
するので、その層厚はアルミニウム系金属の溶湯と圧粉
成形体の粒子との接触時間の関数として表すことができ
る。そして、一般的には、それらの接触時間を２分以下
にすることにより層厚を２０μ以下に調整することがで
きる。

更にまた、アルミニウム合金の溶湯を注入するのに先立
って、鋳鉄粉末の成形体に窒化処理を施すと、複合部材
の耐摩耗性を更に向上させることができるので、好適で
ある。

（発明の効果）このように、本発明の複合部材においては、自己潤滑性
の黒鉛を含有する鋳鉄粉末からなる圧し）成形体を利用
し、この鋳鉄粉末とアルミニウム系金属との境界に、硬
度の高いＦｅ−Ａｌ　　の金属間化合物を形成したので
、この化合物と黒鉛の存在によって耐摩耗性および耐ヘ
タリ性が向上する。

また、かかる複合部材の製造法においては、鋳鉄繊維な
どと比べて表面積の大きい鋳鉄粉末からなる圧粉成形体
を用いているので、その成形体とアルミニウム系金属の
溶湯との間の接触面積が大きく、従って、溶湯を成形体
内に充填するのみで金属間化合物を生成し易いという効
果がある。さらに、鋳鉄粉末は鋳鉄繊維に比べて製造コ
ストが安く、また鋳鉄繊維に比べて微粒子の鋳鉄粉末粒
子が均一に分散しているため、複合部材の仕上げ加工性
に優れているという効果を有する。

（実施例）以下に、図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第１図乃至笑６図は、本発明の詳細な説明するものであ
り、図に示すように、ヂーゼルエンジン用のンリンダー
ブロックのライナーに本発明を適用したものである。す
なわち、第６図において、１はシリンダブロックであり
、その内周壁面１ａには、本発明による複合部材からな
るシリンダライナー３が嵌めこまれている。

次に、第３図および第４図を参照して、このシリンダラ
イナー３の製造法を説明する。まず、第１表に示す組成
の鋳鉄部材の切削工程で発生する鋳鉄切粉を振動ミルな
どの粉砕機で粉砕し、４０乃至１００メツシユの鋳鉄粉
末を形成した。次に、この粉末に所定の量、例えば、１
．５　％以上の黒鉛を分散含有させた後に、型具に詰め
て、窒素雰囲気中で１１４０℃に加熱して焼結させた。

このようにして、第３図に示すような一端に外方に延び
るフランジ３ａを有する円筒形の焼結体３′を形成した
。ここに、本例では、焼結体の気孔率が６０％となるよ
うにした。

第１表　（重量％）次いで、この鋳鉄粉末の焼結体を、６００℃の温度で３
分間加熱した後、第４図に示すような焼結体に成人可能
な中子５ａを有する金型５に装着し、その注入口５ｂか
ら、アルミニウム合金の溶湯を３００ｋｇ／　ｃｍの圧
力で注入して、鋳鉄粉末の焼結体の気孔をアルミニウム
合金で充分に充填した。このようにして、加圧鋳造によ
りンリンダブロックの素材を形成した。この後、この素
材に必要な切削加工を施して、第６図に示すような複合
部材のライナー３を有するアルミニウム合金製のシリン
ダブロックを製造した。

第１図および第２図は、形成されたシリンダライナー３
における金属組成を示す図およびその類１敢鏡写真を示
す図である。図において、１１は鋳鉄粉末粒子であり、
１２はその間に分散含有された黒鉛である。また、１３
は鋳鉄粉末の間に充填された母材としてのアルミニウム
合金（ＪＩＳ　ＡＣ８Ａ）であり、１４は、これら鋳鉄
粉末とアルミニウム合金と境界に形成された鉄成分とア
ルミニウム合金との金属間化合物である。

第５図は上述のように製造したシリンダライナー３の耐
摩耗性を評価した結果を示すグラフである。この評価は
、ピン−ディスク方式による摩耗試験を採用した。この
試験は、鋳鉄製ディスクをその周速が０．５ｍ／ｓとな
るように回転駆動し、これに、試験片であるビンを荷重
３００ｇでもって押圧して、摩擦距離（ｋｍ）に対する
試験片の摩耗量（Ｃｍ３）測定するものである。

図において、線Δは本実施例による複合部材の摩耗量を
示し、線Ｂ、Ｃ，およびＤは、それぞれ鋳鉄、アルシル
合金、およびアルミニウム合金（ＡＤＣ１２＞　　の摩
耗量を示す。また、線Ｅは、上述の本実施例の製造法に
おいてアルミニウム合金の溶湯を含浸する前に、焼結体
を５６０℃で２時間ガス軟窒化処理する工程をさらに加
えた場合の結果を示している。

この図から明らかなように、本例の複合部材の摩耗量（
線Ａ）は、鋳鉄のそれとほぼ同程度であり、また、アル
シル合金およびアルミニウム合金のそれよりの遥かに少
なく、本例の複合部材の耐摩耗性が優れていることが読
み取れる。また、曲線Ｅから分かるように、窒化処理を
施した場合には、さらに耐摩耗性が向上することが分か
る。

なお、上述の実施例では、アルミニウム合金の溶湯を３
００ｋｇの圧力で注入しているが、鋳鉄粉末の成形体を
予熱するとともに、成形体を保持した成形型を溶湯の中
に浸漬する方法であれば、圧力を５ｋｇ／ｃ／以上とす
ることにより、溶湯の注入を好適に行うことができる。

また、上述の実施例ては、鋳鉄粉末の成形体を成形型内
に保持する前に予熱してアルミニウム合金の溶湯を３０
０ｋｇ／　ｃ　ｍ’　の圧力で注入するようにしている
が、成形体の予熱なしにアルミニウム合金の溶湯を所定
の圧力で注入し、その後、金属間化合物の生成量を増す
ために、４５０ないし５５０℃の温度で１ないし１０時
間加熱する熱処理を施すようにしてもよい。」［ζ、上
述の製造法においては、鋳鉄粉末の成形体を焼結して、
焼結体を形成してこれに溶湯の注入を行うようにしてい
る。これは、鋳鉄粉末成形体の形状保持を容易にするた
めに行ったものであり、この形状保持が容易な場合には
焼結を行う必要はない。更に　、上述の実施例では、片
状黒鉛鋳鉄の鋳鉄粉末を用いたが、これに考えて、１．
５％以上の黒鉛を含有する球状黒鉛鋳鉄の粉末等を用い
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本０発明の一実施例にがかる複合部材の金属組
織を示す図、第２図は第１図の金属組織を示す図面に代
わる顕微鏡写真、第３図は本発明の一実施例にかかる複
合部材を製造するために用いる鋳鉄粉末の焼結体の例を
示す斜視図、第４図は同じくその複合部材の製造に用い
る金型の例を示す断面図、第５図は耐摩耗性を評価する
ための摩擦距離と摩耗量との関係を示す特性図、第６図
は本発明による複合部材によりそのライナーが形成され
ているシリンダブロックの一例を示す断面図である。１ニジリンダブロツク３ニジリンダライナー１１；鋳鉄粉末粒子　　１３：黒鉛１３；アルミニウム合金ｌ　５　：　Ｆｅ−ＡＬの金属間化合物層第２図（ｘ　４００）第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）気孔にアルミニウム系金属が充填されて鋳ぐるま
れた鋳鉄粉末からなる圧粉成形体と、この圧粉成形体に
分散含有されている黒鉛と、前記圧粉成形体とアルミニ
ウム系金属との境界に形成されたアルミニウミと前記圧
粉成形体の鉄成分との金属間化合物層とから構成されて
いることを特徴とする耐摩耗性に優れた複合部材。
（２）特許請求の範囲第１項に記載の複合材料において
、前記金属間化合物層の厚さが３０μ以下であることを
特徴とする複合部材。
（３）気孔率が２０乃至８０％であって、黒鉛が分散含
有された鋳鉄粉末からなる圧粉成形体を、成形型内に保
持し、次に、この成形型内に、５ｋｇ／ｃｍ＾２以上の
圧力の下で、アルミニウム系金属の溶湯を注入して前記
圧粉成形体の気孔内に前記溶湯を充填することにより、
前記アルミニウム系金属と圧粉成形体との境界に、アル
ミニウミと前記圧粉成形体の鉄成分との金属間化合物層
を形成することからなる耐摩耗性に優れた複合部材の製
造法。