JPS63312930A

JPS63312930A - 複合型軽合金部材

Info

Publication number: JPS63312930A
Application number: JP14877487A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Ushio; 牛尾　英明; Naoyoshi Hayashi; 林　直義
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1987-06-15
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1988-12-21

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】Ａ１発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は複合型軽合金部材、特に、高温強度を要求され
る部位を、強化材および該強化材に充填された軽合金マ
トリックスより構成したちの＼改良に関する。

（２）従来の技術従来、この種部材として、強化材に強化用繊維を用いた
ものが知られている（特開昭５９−２２４４０９号公報
参照）。

（３）発明が解決しようとする問題点しかしながら前記のように構成すると、高温下において
は軽合金マトリックスの強度が低下する傾向にあり、ま
た強化用繊維単独では強度が低いこともあって、軽合金
マトリックスと強化用繊維との複合部の耐久性が大幅に
損なわれるという問題がある。

本発明は前記問題を解決し得る前記軽合金部材を提供す
ることを目的とする。

Ｂ９発明の構成（１）問題点を解決するための手段本発明は、高温強度を要求される部位を、強化材および
該強化材に充填された軽合金マトリックスより構成した
複合型軽合金部材において、前記強化材を、高温に曝さ
れる側に配設された耐熱性連続気孔型多孔質体と、該多
孔質体の背面に積層された強化用短繊維よりなる繊維成
形体とより構成し、該繊維成形体の一部を前記多孔質体
の背面側に存する気孔に進入させたことを特徴とする。

（２）作　用前記のように構成すると、軽合金部材の高温強度を要求
される部位において、高温に曝されるのは耐熱性多孔質
体およびそれに充填された軽合金マトリックスよりなる
複合外層であり、その複合外層は高温強度を有するので
、前記部位の耐久性を向上させることができる。

そのと、強化用短繊維は軽合金マトリックスとの濡れ性
が良く、しかも繊維成形体の一部が多孔質体の背面側に
存する気孔に進入しているので、多孔質体に対して繊維
成形体と軽合金マトリックスとの良好な濡れ性に起因し
たアンカ効果が生じ、また多孔質体と繊維成形体との間
の熱膨張率の差を多孔質体の一部、その気孔に進入した
繊維成形体の一部および軽合金マトリックスよりなる複
合中間層により緩和し得るので、多孔質体の離脱といっ
た問題を生じることはない。

（３）実施例第１図は内燃機関Ｅを示し、その機関Ｅはシリンダブロ
ック１と、シリンダブロックｌに取付けられたシリンダ
ヘッド２と、シリンダブロンク１のシリンダボア３に摺
合されたピストン４とを備えている。

シリンダブロック１は軽合金を用いて鋳造されたもので
、そのシリンダボア３回りは、第２．第３図に示す円筒
状強化材５．と、それに充填された軽合金マトリックス
とからなる複合部６Ｉより構成される。

強化材５１は、高温に曝される内側に配設された円筒状
をなす耐熱性連続気孔型多孔質体７．と、その多孔質体
７１の背面、したがって外周面に積層された強化用短繊
維よりなる円筒状繊維成形体８１とより構成される。こ
の繊維成形体８１の一部、したがって内周部は多孔質体
７Ｉの外周部に存する気孔９に進入している。

強化材５Ｉが前記のように構成されているので、複合部
６１は、第４図に示すように、多孔質体７１およびそれ
に充填された軽合金マトリックスよりなる複合外層６ａ
と、多孔質体７Ｉならびにそれに充填された強化用短繊
維および軽合金マトリックスよりなる複合中間層６ｂと
、繊維成形体８１およびそれに充填された軽合金マトリ
ックスよりなる複合内層６Ｃとより構成される。６ｄは
軽合金マトリックスの単体層である。

前記のように構成すると、高温に曝されるのは複合外層
６ａであり、その複合外層６ａは高温強度を有するので
、高温下においてピストン４の摺動作用を受けるシリン
ダボア３内壁の耐久性を向上させることができる。

その上強化用短繊維は軽合金マトリックスとの濡れ性が
良く、しかも繊維成形体８．の一部が多孔質体７．の外
周部に存する気孔９に進入しているので、多孔質体７．
に対して繊維成形体８１と軽合金マトリックスとの良好
な濡れ性に起因したアンカ効果が生じ、また多孔質体７
．と繊維成形体８１との間の熱膨張率の差を、複合中間
Ｍ６ｂにより緩和し得るので、多孔質体７．の離脱とい
った問題を生じることはない。

シリンダヘッド２は軽合金を用いて鋳造されたもので、
その吸、排気バルブ１０＋、ｌｏｇに対応するバルブシ
ート１１＋、ｌ１ｇは第５図に示す環状強化材５．と、
それに充填された軽合金マトリックスとからなる複合部
６ｔより構成される。

強化材５□は、高温に曝される内側に配設された環状を
なす耐熱性連続気孔型多孔質体７ｔと、その多孔質体７
８の外周面に積層された強化用短繊維よりなる環状繊維
成形体８．とより構成される。

したがって複合部６ｔは、前記シリンダブロック１の複
合部６．と同様に複合外層と、複合中間層と、複合内層
とより構成され、前記複合部６１と同様の効果を有する
。特に、高温下において吸、排気バルブ１０＋、１０ｇ
の衝撃作用を受けるバルブシート１１１．ｌ１ｇの吸、
排気パルプ当接部１１ａの耐久性を向上させることがで
きる。

前記軽合金としては、アルミニウム合金、マグネシウム
合金等が用いられる。

多孔質体Ｉ１．１ｔは金属焼結体またはセラミック焼結
体であり、その圧縮強さくｐｇ％）は１　ｋｇＺＣ−以
上であることが望ましい、金属焼結体の原料粉としては
Ｆｅ、Ｃｕ％Ｎｉの単体および合金から選択される少な
くとも一種が該当する０例えば、Ｆｅ系合金としては、
Ｃｕ−Ｃ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金（ＳＡＥ８６材に相当）、
耐摩耗性の良好な粒子分散型のＣｒ−Ｃｏ−Ｗ−Ｆｅ系
合金を挙げることができる。またセラミック焼結体の原
料粉としてはＳ　ｉ　Ｃ，Ｓ　ｉｓ　Ｎ４　、Ａｆ！ｔ
　ＯｓおよびＡｊ！、０３−３　ｉＯ，から選択される
少なくとも一種が該当する。

セラミック焼結体の作製に当っては、その原料粉に低融
点のガラス質粉末を混入しておき、仮焼結後ガラス質粉
末を酸により溶出して連続気孔を形成し、その後焼結処
理を行なうといった手法が用いられる。

強化用短繊維としては、アルミナ系繊維、炭素繊維、ア
ルミナ−シリカ繊維、ウィスカを含む炭化ケイ素繊維、
窒化ケイ素繊維等を細断したセラミック短繊維およびス
テンレス繊維等を細断した金属短繊維から選択される少
なくとも一種が該当する。

強化材５１．５ｇの製造は以下の手法により行われる。

先ず、強化用短繊維およびバインダを分散させた成形材
料の溶液を調製する。

溶液に多孔質体７．，７．を、その両端面を密封して浸
漬する。

多孔質体７１．７□内に吸引作用を施して強化用短繊維
等を多孔質体７１．７□の外周面に吸引して付着させ、
繊維成形体８．．８□を成形する。

この成形工程で、強化用短繊維が多孔質体７．。

７□の気孔に進入する。

繊維成形体８７，８□を圧縮してその繊維体積率を決定
する。

繊維成形体８１．８！等を乾燥した後、それに焼成処理
を施す。

前記繊維成形体り、８ｇの繊維体積率は、多孔質体７１
，７ｇに対する強化用短繊維と軽合金マトリックスとの
濡れ性に起因したアンカ効果を考慮した場合、３〜３０
％が適当である。

多孔質体７．，７□の気孔率は１０〜９０％に設定され
る。この場合、気孔率が１０％を下回ると、多孔質体Ｉ
Ｉ、１ｔの壁部（ストラット）と前記繊維体積率の強化
用短繊維とが占める体積パーセントが高くなり、複合中
間層６ｂにおいて軽合金マトリックスの充填不良を生じ
る。一方、気孔率が９０％を上回ると多孔質体？＋、７
ｇの強度が低下する。

多孔質体７１，７ｇにおける気孔９の平均直径は０．５
〜５００μｍに設定される。この場合、平均直径が０．
５μｍを下回ると、軽合金マトリックスの充填を十分に
行なうことができず、一方、５００μｍを上回ると、気
孔９に充填された軽合金マトリックスの、高温下におけ
る変形に起因して多孔質体７１．７２が破壊されやすく
なる。

第６図は多孔質体の気孔率と軽合金マトリックスの充填
率との関係を示す。

この場合、多孔質体としては、５ｔｉＮｎよりなるセラ
ミック粉末から得られたセラミック焼結体が用いられ、
その気孔の平均直径は１５μｍである。また繊維成形体
としては、平均直径３μｍ。

平均長さ１００μｍの、アルミナ短繊維よりなる、繊維
体積率３０％のものが用いられる。さらに軽合金マトリ
ックスとしては、ＪＩＳ　　ＡＣ２Ｂで規定されるアル
ミニウム合金が用いられる。

鋳造作業は、多孔質体および繊維成形体よりなる強化材
を４００°Ｃに予熱した後、その強化材を金型に設定し
、金型にアルミニウム合金の溶湯を注入してそれに３０
０ｋｇ／ｅｔａの圧力を付与することによって行われる
。

第６図から明らか゛なように多孔質体の気孔率が１０％
以上であれば、その多孔質体に軽合金マトリックスを略
完全に充填することができる。たりし、気孔率が９０％
を上回ると、前記のようにその強度が低下するので好ま
しくない。

第７図は多孔質体における気孔の平均直径と軽合金マト
リックスの充填率との関係を示す。多孔質体、繊維成形
体および軽合金マトリックスの材質等は前記と同じであ
る。たりし、多孔質体の気７孔率は５０％に設定される
。

第７図において、線ａは強化材の予熱温度を７００℃、
鋳造時の圧力を４５０ｋｇ／Ｃ１ｇに設定した場合に、
また線すは強化材の予熱温度を４００°Ｃ１鋳造時の圧
力を３００　ｋｇ／ｄに設定した場合にそれぞれ該当す
る。

第７図から明らかなように、予熱温度および鋳造時の圧
力を高く設定した線ａの場合には気孔の平均直径０．５
μｍ以上において、また予熱温度および鋳造時の圧力を
低く設定した線すの場合には気孔の平均直径５μｍ以上
において、各多孔質体に軽合金マトリックスを略完全に
充填することができる。

下表は、複合外層６ａ、複合中間層６ｂ、複合内層６ｃ
および軽合金マトリックスの単体層６ｄの強度を示す。

多孔質体としては、Ｃｕ−Ｃ−Ｍｏ−Ｆｅよりなる鉄系
合金粉末から得られた鉄系焼結体が用いられる。繊維成
形体および軽合金マトリックスの材質等は前記と同じで
ある。たりし、多孔質体の気孔率は２４％、気孔の平均
直径は１５μｍ、強化材の予熱温度は７００°Ｃ１鋳造
時の圧力は４５０　ｋｇ　／　ｃｄである。

前記表から明らかように多孔質体と軽合金マトリックス
よりなる複合外層６ａは低温域および高温域において優
れた強度を有するものである。

なお、前記多孔質体を、その高温に曝される側の気孔率
を残部よりも低くすることも可能である。

Ｃ０発明の効果本発明によれば、軽合金部材の高温に曝される部位を、
耐熱性多孔質体およびそれに充填された軽合金マトリッ
クスよりなる複合外層に構成するので、前記部位の耐久
性を向上させることができる。

そのと、多孔質体に対する繊維成形体と軽合金マトリッ
クスとの良好な濡れ性に起因したアンカ効果を得、また
多孔質体の一部、その気孔に進入した繊維成形体の一部
および軽合金マトリックスよりなる複合中間層による多
孔質体と繊維成形体との間の熱膨張率の差の緩和作用を
得て、多孔質体の離脱といった問題を確実に回避するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の縦断正面図、第２図はシリンダブロ
ック用強化材の斜視図、第３図は第２図■−ｍ線拡大断
面図、第４図は第１図■矢示部の拡大図、第５図はシリ
ンダヘッド用強化材の斜視図、第６図は多孔質体の気孔
率と軽合金マトリックスの充填率との関係を示すグラフ
、第７図は多孔質体における気孔の平均直径と軽合金マ
トリックスの充填率との関係を示すグラフである。５、．５！・・・強化材、７＋、７ｇ・・・多孔質体、
８１．８ｔ・・・繊維成形体、９・・・気孔時　許　出
　願　人　　本田技研工業株式会社代理人　　　弁理士
　　落　　合　　　　　健第１　図第２図第５図　　　　　　　　第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高温強度を要求される部位を、強化材および該強
化材に充填された軽合金マトリックスより構成した複合
型軽合金部材において、前記強化材を、高温に曝される
側に配設された耐熱性連続気孔型多孔質体と、該多孔質
体の背面に積層された強化用短繊維よりなる繊維成形体
とより構成し、該繊維成形体の一部を前記多孔質体の背
面側に存する気孔に進入させたことを特徴とする複合型
軽合金部材。
（２）前記多孔質体の気孔率は１０〜９０％であり、ま
た前記気孔の平均直径は０．５〜５００μｍである、特
許請求の範囲第（１）項記載の複合型軽合金部材。
（３）前記多孔質体は金属焼結体である、特許請求の範
囲第（１）または第（２）項記載の複合型軽合金部材。
（４）前記金属焼結体の原料粉は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉの
単体および合金から選択される少なくとも一種である、
特許請求の範囲第（３）項記載の複合型軽合金部材。
（５）前記多孔質体はセラミック焼結体である、特許請
求の範囲第（１）または第（２）項記載の複合型軽合金
部材。
（６）前記セラミック焼結体の原料粉は、ＳｉＣ、Ｓｉ
＿３Ｎ＿４、Ａｌ＿２Ｏ＿３およびＡｌ＿２Ｏ＿３−Ｓ
ｉＯ＿２から選択される少なくとも一種である、特許請
求の範囲第（５）項記載の複合型軽合金部材。
（７）前記繊維成形体の繊維体積率は３〜３０％である
、特許請求の範囲第（１）、第（２）、第（３）、第（
４）、第（５）または第（６）項記載の複合型軽合金部
材。
（８）前記強化用短繊維はセラミック短繊維および金属
短繊維から選択される少なくとも一種である、特許請求
の範囲第（１）、第（２）、第（３）、第（４）、第（
５）、第（６）または第（７）項記載の複合型軽合金部
材。
（９）前記軽合金部材は、高温強度を要求される部位を
、バルブシートとした内燃機関用シリンダヘッドである
、特許請求の範囲第（１）、第（２）、第（３）、第（
４）、第（５）、第（６）、第（７）または第（８）項
記載の複合型軽合金部材。
（１０）前記軽合金部材は、高温強度を要求される部位
を、シリンダボア回りとした内燃機関用シリンダブロッ
クである、特許請求の範囲第（１）、第（２）、第（３
）、第（４）、第（５）、第（６）、第（７）または第
（８）項記載の複合型軽合金部材。