JPS6281280A - 複合部材の製造方法 - Google Patents

複合部材の製造方法

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JPS6281280A
JPS6281280A JP22179385A JP22179385A JPS6281280A JP S6281280 A JPS6281280 A JP S6281280A JP 22179385 A JP22179385 A JP 22179385A JP 22179385 A JP22179385 A JP 22179385A JP S6281280 A JPS6281280 A JP S6281280A
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JP
Japan
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metal plate
metallic plate
base
cavity
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Application number
JP22179385A
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English (en)
Inventor
Koji Yanagii
浩治 楊井
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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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、金属製母体の凹凸状表面部に沿うようにして
、該母体とは異種の金属からなる金属板を該母体に対し
て一体化するようにしてなる複合部材の製造方法に関す
るものである。
(従来技術) 金属製母体の表面に対して、所望の目的機能を付与する
ため、この母体とは異種の金属からなる金属板を当該母
体の表面に対して一体化してなる複合部材が、種々の機
械用構造品として望まれる。
このため従来、特開昭50−70715号公報に示すよ
うに、直接噴射式ディーゼルエンジンのピストンにおい
て、母体を、軽量化のためアルミニュム合金等の軽合金
で構成する一方、キャビティが開口されたピストン頂面
のうち、当該キャビティの開口縁部分のみを、耐熱衝撃
性等を満足する金属板をロール成形することによって被
覆したものが提案されている。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、上記従来のように、母体の表面一部のみを金
属板で被覆したのでは、所望の目的機能を十分に得る上
で必らずしも満足のいくものとはならない場合が多い。
すなわち、上述した直接噴射式ディーゼルエンジンのピ
ストン頂面においては、目的機能として、耐熱性は勿論
のこと、耐熱衝駐性、#腐蝕性の観点からピストン頂面
の凹凸形状に沿うようにしてこのほぼ全周面をも上記目
的機能に対応した金属板で被覆することが望まれる。
しかしながら、前述したロール成形を利用した従来の方
法では、母体の複雑な凹凸状表面部全面をこの凹凸に沿
って金属板で被覆することが困難であり、この点におい
て何等かの対策が望まれることになる。
したがって1本発明の目的は、金属製母体の凹凸状表面
部を、この凹凸状表面部に完全に沿うようにして、当該
母体とは異種の金属からなる金属板により被覆し得ると
共に、この母体と金属板とを強固に−・体化し得るよう
にした複合部材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、作用)前述の目的を達
成するため、本発明にあっては、次のような構成としで
ある。すなわち、金属性母体の少なくとも凹部またほ凸
部の一方を有する凹凸状表面部に、該母体とは異種の金
属からなる所定形状とされた金属板を組付けて、非酸化
雰囲気で、前記金属板の外周縁部をその全周に渡って前
記母体に溶融接合する工程と、加熱雰囲気で、前記金属
板を前記母体の凹凸状表面部に沿うように流体圧によっ
て加圧変形させて、該金属板と母体とを拡散接合する工
程と、を備えた構成としである。
このような構成とすることにより、金属板は、流体圧を
利用した加圧成形によって、母体の凹凸状表面部に完全
に沿うようにされ、また溶融接合と拡散接合とが相まっ
て、この母体と金属板とが強固に一体化される。
特に、上記流体圧による金属板の加圧成形の際には加熱
されているので、その成形性が良好となり、また溶融接
合が非酸化雰囲気で行なわれるので、この溶融接合は勿
論のこと、この後の拡散接合も良好に行なえて、母体と
金属板とを強固に一体化することができる。
(実施例) 以下本発明を、直接噴射式ディーゼルエンジンのピスト
ンに対して適用した場合の実施例につき、添付した図面
に基いて説明する。
第1図〜第3図は本発明による主要工程における断面図
を示してあり、先ず、この第1図〜第3図について、第
4図の工程図(工程11〜20)と対比させつつ説明す
る。
第1図において、lは母体、2は金属板であり、母体1
は、アルミニウム合金を鋳造することにより、その頂面
1aに凹凸状部としてのトロイダル形のキャビティ3を
有するものとして構成され、母体lの鋳造後にこのキャ
ビティ3が機械加工によって仕上げられる。(工程11
.12)。
一方、金属板2は、母体lの頂面1aに対して要求され
る目的機能、すなわち実施例では耐熱性は勿論のこと、
耐熱衝撃性、対腐触性を満足させる金属からなり、実施
例では銅が用いられている。そして、この金属板2は、
例えば円形板条のものをプレス成形することにより、中
央部分に上記キャビティ3の深さよりも若干浅くかつそ
の間口径よりも小径の嵌合筒部2aを有する形状として
形成される(工程13.14)。
なお、実施例では、母体lの頂面1a外周縁部のみはそ
のまま露出したものとして構成されて、当該頂面1aに
はキャビティ3を取り巻く嵌合溝4が形成され、その深
さは金属板2の厚さと同一とされると共に、その径は金
属板2の外径と等しくされている。
前述のように形成された母体lと金属板2とは、アルカ
リ溶剤中に浸漬した状態で超音波が加えられることによ
りその表面が洗浄されて、酸化物、汚れが除去される(
工程15)。
この後、第2図に示すように、母体1の頂面1aに対し
て、金属板2が組付けられる。すなわち、金属板2の嵌
合筒部2aがキャビティ3内に嵌合されると共に、該嵌
合筒部2aの外周にあるフランジ部2bが嵌合溝4にぴ
ったりと嵌合、着座され、これにより金属板2の母体l
に対する位置決めがなされる。
上記のような嵌合関係とされた母体1と金属板2とは、
その合せ部のうち外部に露出する部分、すなわち金属板
2の外周縁部分に形成される母体1と金属板2との微小
間隙のうち、母体1の頂面la側に開口する部分全周囲
が、ビーム溶接により一体化(溶融接合)される(工程
17)。このビーム溶接は、非酸化雰囲気中、例えば真
空状態あるいは不活性ガス雰囲気下で、例えば電子ビー
ム溶接あるいはレーザビーム溶接などのビーム溶接器5
によって、ビーム状とされた高密度エネルギを溶接すべ
き箇所にのみ集中させることにより行われる。このよう
にビーム溶接された溶接部を第2図中符号6で示すが、
この溶接部6によって、母体lと金属板2との嵌合部位
間に形成される空間(微小隙間)が、外気に対して完全
に遮断(密封)された一種の封孔処理がなされることに
なる。
上記ビーム溶接後は、母体lと金属板2とを流体圧によ
る押圧力を加えつつ加熱することにより、第3図に示す
ように、金属板2が容易に変形して、キャビティ3の形
状に完全に沿うようにされ、これと同時に、金属板2と
母体1とが拡散接合される(工程18)。この拡散接合
部を第3中符号7で示してあり、このような加圧成形お
よび拡散接合は、例えばHIP処理により、すなわち、
密閉容器内に第3図に示すようにビーム溶接された母体
1と金属板2とを収納して、この密閉容器内に加圧ガス
を供給しつつ加熱することにより行われる。このように
、HIP処理を行えば、機械的外力により上記嵌合方向
への押圧力を加えられない場合にあっても適用でき、し
かも金属板2が全体的に均一な圧力で母体lに対して加
圧されるので、金属板2のキャビティ3に沿わせる変形
、および拡散接合を良好に行うことができる。
HIP処理条件としては、加熱温度450〜550’C
1加熱保持時間30分〜3時間および圧力200−15
00kgf/cm2の範囲が好ましい。加熱温度が45
0”C以下では拡散接合が不十分となり、一方550”
C以上ではアルミニウム合金母体が軟化変形する恐れが
ある。
また、加熱保持時間は30分以下では拡散接合が不十分
となり、一方3時間以上加熱することは不経済である。
さらに圧力は200kgf/cm2以下では加圧成形、
拡散接合が不十分となり、一方1500kgf/cm2
にすることは不経済である。 この後は、アルミラム合
金製の機械的構造品に対して一般に行われている硬化処
理、すなわちT6処理を行った後(工程19)、金属板
2が露出する側の母体lの頂面1a側を、所望の寸法に
機械仕上げ加工すれば(工程20)、最終製品が得られ
る。
以上説明した実施例では、母体1の頂面1aの外周縁部
はそのまま外部に露出するようにしたが、この部分も金
属板2で被覆するようにしてもよい。この場合、金属板
2の嵌合部2aの外径が、キャビティ3の開口縁内径に
きっちりとはまり込むような寸法としておくのが、母体
lに対する金属板2の位置決めを行う上で好ましいもの
となる。また、キャビティ3部分の断熱性向上のため、
キャビテイ3内周面対して、第1図一点鎖線で示すよう
に、キャビティ2の組付前にあらかじめセラミックを溶
射してセラミック層を形成しておくようにしてもよい。
この場合、金属板2ト母体゛lとの拡散接合は、キャビ
ティ3以外の部分で行われることになる。また、本発明
は、ピストンの頂面に限らず、母体の凹凸状表面部を所
望の目的機能のための金属板で被覆する適宜のものに同
様に適用し得る。
さて次に、本発明方法の具体例について、実際にエンジ
ンに組込んだ試験例と共に説明する。
(1)母体1 JIS  AC8A 直径  95mm (2)キャビティ3 形状    トロイダル形 開口径    35mm 中心部の深さ 23mm (3)金属板2 材質 JIS  CI100 厚さ  2mm フランジ部外径 60mm 嵌合部外径 34mm 嵌合部深さ 21mm (4)工程15(洗浄) 弱アルカリ洗浄液中で、超音波を加゛えながら10分洗
浄。
(5)工程17(ビーム溶接) 非酸化雰囲気: 真空状態(5X10−2Torr) ビーム溶接: 電子ビーム溶接で、加速電圧60kv。
ビーム電流16mA、溶接速度1.0 m7分 (6)工程18(加圧成形、拡散接合)HIP処理によ
り行う。
雰 囲 気  :Arガス 保温温度、時間=500°CX1時間 保持圧カニ 1000 kg f/cm2処理パターン
 :昇温先行型 (7)工程19(硬化処理) T6処理により行う。
溶体化 : 500’ CX3時間 (水焼入れ) 焼もどし:180°CX6時間 (空冷) (8)テスト用エンジンの仕様 気筒数 4気筒 ピストン重量 950g/1個 シリンダ径  100mm ストローク  110mm 燃料圧力   200kg/cm2 噴口径    0.3mm(4個〕 燃料     2号軽油 (9)本発明によるピストンを前記エンジンの1番と3
番気筒に組込み、またピストン頂面に金属板を有しない
従来のピストンを2番、4番気筒に組込んだ。
(lO)エンジン運転条件 全負荷3400rpmX2分−アイドリング1分のモー
ドを6000回繰返した。
上記(10)での運転後に、両ピストン同士を比較した
ところ、本発明品では、2つ共キャビティ3(3’)の
開口縁部や他の頂面部分にクラックが発生しなかったが
、従来品では2つ共この開口縁部分にクラックが発生し
た。また、ピストンの腐蝕度合を調べたところ、本発明
品ではピストン1個当りの重量減少が0.7gでしかな
いのに、従来品は1.8gもあった。さらに、本発明品
では、母体1と金属板2との剥離等接合強度上の問題は
何等生じなかった。
(発明の効果) 本発明は以上述べたことから明らかなように、母体の複
雑な凹凸状表面部全面に渡って完全に沿わせつつ、所望
の目的機能のためにこの母体とは異なる金属からなる金
属板を該母体に強固に一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の主要工程を示す断面図。 第4図は本発明方法の一実施例における工程性を示すブ
ロック図。 l:母体 la:頂面 2:金属板 2a:嵌合筒部 2b:フランジ部 3:キャビティ 6:溶接部(溶融接合) 7:拡散接合部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)金属性母体の少なくとも凹部またほ凸部の一方を
    有する凹凸状表面部に、該母体とは異種の金属からなる
    所定形状とされた金属板を組付けて、非酸化雰囲気で、
    前記金属板の外周縁部をその全周に渡って前記母体に溶
    融接合する工程と、加熱雰囲気で、前記金属板を前記母
    体の凹凸状表面部に沿うように流体圧によって加圧変形
    させて、該金属板と母体とを拡散接合する工程と、を備
    えていることを特徴とする複合部材の製造方法。
JP22179385A 1985-10-07 1985-10-07 複合部材の製造方法 Pending JPS6281280A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021202348A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Corning Incorporated Methods for metal flow reactor modules and modules produced

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021202348A1 (en) * 2020-03-31 2021-10-07 Corning Incorporated Methods for metal flow reactor modules and modules produced

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