JP2679160B2 - 金属基複合材料部材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、金属基複合材料部材の製造方法に係り、更
に詳細には所定の表面部のみが強化材にて複合強化され
た金属基複合材料部材の製造方法に係る。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題 セラミック繊維などを強化材とし、アルミニウム合金
などをマトリックス金属とする金属基複合材料の製造方
法の一つとして、鋳型内に強化材の成形体を配置し、該
鋳型内にマトリックス金属の溶湯を導入し、マトリック
ス金属の溶湯を鋳型内にて加圧しつつ凝固させる加圧鋳
造法が従来より知られている。この加圧鋳造法によれ
ば、大型の真空創成装置等を必要とする拡散接合法など
を場合に比してマトリックス金属と強化材との密着性に
優れた任意の形状の複合材料部材を低廉に製造すること
ができる。

かかる加圧鋳造法により特に表面部のみが強化材にて
複合強化された複合材料部材を製造するためには、複合
強化されるべき表面部の形状に対応する厚さの小さい所
定の形状の強化材成形体を形成し、鋳造中もその成形体
を鋳型内の所定の位置に保持しなければならない。

しかし厚さの小さい強化材成形体は脆弱であるため、
その取扱い時に損傷したり、鋳造時の溶湯の圧力等に起
因して変形したり割れたりし易く、更には鋳型内にて変
位し易く、従って所定の表面部のみが強化材にて適正に
複合強化された複合材料部材を従来の加圧鋳造法により
製造することは非常に困難である。またかかる問題を回
避すべく、複合強化されるべき表面部よりも遥かに厚さ
の大きい強化材成形体を用いて加圧鋳造を行うことが考
えられるが、その場合には表面部以外の強化されること
を要しない領域も強化材にて複合強化されてしまうた
め、複合材料部材を低廉に製造することが困難であるの
みならず、かかる表面部以外の領域に対し容易に且能率
よく加工を行うことが困難になる。

また本願出願人と同一の出願人の出願にかかる特開昭
59−23832号公報に記載されている如く、強化材と溶媒
との混合物を鋳型のモールドキャビティに着装し、混合
物を乾燥させ、モールドキャビティ内に金属溶湯を注湯
し、金属溶湯をモールドキャビティ内にて加圧しつつ凝
固させる複合材料部材の製造方法が既に知られており、
この方法によれば従来の一般的な加圧鋳造法に於ける上
述の如き種々の問題を解消し緩和することができる。

しかしこの方法に於ては、鋳型のモールドキャビティ
に強化材を均一に付着させることが困難であるので、部
材の表面部を強化材にて均一に複合強化することが困難
であり、またモールドキャビティに多量の強化材を付着
させることができないため、強化材にて複合強化される
範囲の大きさが比較的小さい範囲に制限されるという問
題がある。またこの方法に於ては、モールドキャビティ
に比較的多量の強化材を付着させるためには溶媒にバイ
ンダを添加せざるを得ず、そのため製造される部材の複
合材料の領域中にバインダが残存し易く、そのことを起
因して強度の低下などをきたし易く、またモールドキャ
ビティに強化材と溶媒との混合物を多量に着装しこれを
乾燥させる工程に面倒な手作業及び長時間を要し、従っ
て所定の表面部のみが強化材にて良好に複合強化された
複合材料部材を容易に且能率よく製造することが困難で
ある。

本発明は、従来の加圧鋳造法により表面部のみが強化
材にて複合強化された複合材料部材を製造する場合や上
述の先の提案にかかる複合材料部材の製造方法に於ける
上述の如き問題に鑑み、所定の表面部のみが強化材にて
良好に複合強化された複合材料部材を容易に且低廉に製
造することのできる方法を提供することを目的としてい
る。

課題を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、金属の微細片に
て所定形状の多孔質成形体を形成し、強化材が分散され
た分散流体に対し前記多孔質成形体を濾過要素として吸
引成形を行い前記多孔質成形体の所定の表面にこれと一
体的に強化材成形体を形成することにより前記多孔質成
形体及び前記強化材成形体よりなる複合成形体を形成
し、前記強化材成形体が鋳型の内面に当接すると共に前
記多孔質成形体により前記鋳型内の所定の位置に維持さ
れるよう前記複合成形体を前記鋳型内に配置し、前記鋳
型内にマトリックス金属の溶湯を導入し、前記複合成形
体に前記マトリックス金属の溶湯を浸透させ、前記多孔
質成形体を前記マトリックス金属の溶湯により溶融させ
ることを含む金属基複合材料部材の製造方法によって達
成される。

発明の作用及び効果 本発明の方法によれば、金属の微細片よりなる所定形
状の多孔質成形体が濾過要素として使用される吸引成形
が行われることにより、多孔質成形体の所定の表面にこ
れと一体的に強化材成形体が形成され、その複合成形体
中にマトリックス金属の成形体が浸透せしめられること
により複合化が行われ、多孔質成形体はマトリックス金
属の溶湯によって溶解されることにより消滅する。

従って多孔質成形体は吸引成形段階に於ては濾過要素
として作用するので、複合強化されるべき表面部の形状
に対応する所定形状の強化材成形体を容易に形成するこ
とができ、また多孔質成形体は強化材成形体が形成され
た後には強化材成形体を保持する担体として作用するの
で、強化材成形体が損傷したり変形したりすることを回
避することができ、また多孔質成形体は複合化の工程に
於いては強化材成形体をそれが鋳型の内面に当接した状
態にて所定の位置に維持するので、所定の表面部のみが
強化材にて複合強化された複合材料部材を容易に且低廉
に製造することができ、更に多孔質成形体はマトリック
ス金属の溶湯によって溶解されることにより消滅するの
で、所定の表面部以外の領域が金属の微細片にて複合強
化されることを回避し、これにより所定の表面部以外の
領域の加工性等が悪化することを防止することができ
る。

また本発明の方法に於ては、多孔質成形体を構成する
金属はマトリックス金属と同一若しくは実質的に同一の
組成の金属、又はこれと組成の点で異なる金属の何れで
あってもよい。前者の場合には、複合材料以外の領域の
金属組成が複合材料のマトリックス金属の組成と大きく
相違することを回避することができる。また上述の後者
の場合には、多孔質成形体を構成する金属の適宜に選定
することにより、複合化と同時に部材の構成金属の組成
をマトリックス金属の組成とは異なる組成に積極的に変
化させ、これにより耐熱性、熱伝導性の如き種々の特性
を変化させることができる。

尚本発明の方法に於ては、多孔質成形体は任意の要領
にて形成されてよく、例えば特開昭63−4032号公報に記
載された方法により形成されてよい。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例につい
て詳細に説明する。

実施例１ 平均粒径50μのアルミニウム合金（JIS規格A2024）粉
末を冷間圧縮成形することにより、第１図に示されてい
る如く、直径30mm、厚さ10mmの寸法を有し、アルミニウ
ム合金粉末10の体積率が50％である円板状の多孔質成形
体12を形成した。

次いで第２図に示されている如く、多孔質成形体12を
吸引成形装置14に装着し、アルミナ−シリカ短繊維16
（イソライト工業株式会社製「カオウール」）及び繊維
の重量に対し10wt％のコロイダルシリカが分散された分
散液18を用意し、該分散液に対し多孔質成形体12を濾過
要素として吸引成形を行い、これにより多孔質成形体12
の一方の円形の表面上にアルミナ−シリカ短繊維よりな
る強化材成形体20の一体的に形成した。この場合強化材
成形体の厚さは0.7mmであり、その繊維体積率は約10％
であった。

次いでかくして形成された多孔質成形体12とこれと一
体をすな強化材成形体20とよりなる複合成形体22を第３
図に示されている如く、高圧鋳造装置24の鋳型26のモー
ルドキャビティ28内に強化材成形体20がモールドキャビ
ティの壁面に当接し、強化材成形体が多孔質成形体によ
り所定の位置に維持されるよう配置した。

次いでモールドキャビティ内に750℃のアルミニウム
合金（JIS規格A2024）の溶湯30を注湯し、該溶湯をプラ
ンジャ32により約1000kg/cm²にて加圧し、その加圧状態
を溶湯が完全に凝固するまで保持した。溶湯が完全に凝
固した後、鋳型内の凝固体をノックアウトピン34により
取出し、該凝固体に対し機械加工を行うことにより、第
４図に示されている如く、一方の円形の表面部のみがア
ルミナ−シリカ短繊維にて複合強化されたアルミニウム
合金の複合材料36よりなる、他の領域がアルミニウム合
金のみよりなる円柱形の複合材料部材38を形成した。

次いで複合材料部材38を切断してその断面を観察した
ところ、複合材料36以外の領域には実質的にアルミナ−
シリカ短繊維は存在せず、複合材料36に於けるアルミナ
−シリカ短繊維とアルミニウム合金との密着も良好であ
ることが認められた。また元の多孔質成形体はマトリッ
クス金属としてのアルミニウム合金の溶湯によって溶解
されることにより完全に消滅していることが確認され
た。

また複合材料部材38より複合材料36の部分を試験面と
する摩擦摩耗試験用のブロック試験片を切出し、該ブロ
ック試験片を相手部材である球状黒鉛鋳鉄（JIS規格FCD
60）の円筒試験片の外周面と接触させ、それらの試験片
の接触部に常温の潤滑油（キャッスルモータオイル5W−
30）を供給しつつ、接触面圧20kg/mm²、滑り速度0.3m/s
にて円筒試験片を１時間回転させる摩耗試験を行った。
また比較の目的で、試験片全体がこの実施例に於て使用
されたアルミナ−シリカ短繊維と同一のアルミナ−シリ
カ短繊維にて複合強化されたブロック試験片を従来のプ
リフォームを使用する高圧鋳造法及び機械加工により形
成し、そのブロック試験片についても同一の条件にて摩
耗試験を行った。

その結果この実施例のブロック試験片の摩耗痕深さは
12μであり、比較例のブロック試験片の摩耗痕深さは13
μであり、従ってこの実施例に於て製造された複合材料
部材の表面部の耐摩耗性は従来の方法により製造された
複合材料部材と同等の耐摩耗性を有することが認められ
た。

実施例２ 平均繊維径30μ、平均繊維長1mmのNi繊維を冷間圧縮
成形することにより、繊維の体積率が15％であり実施例
１の多孔質成形体と同一の寸法を有する多孔質成形体を
形成した。

次いでこの多孔質成形体を用いて実施例１の場合と同
様の要領にて、多孔質成形体の一方の円形の表面にアル
ミナ短繊維（ICI社「サフィール」）よりなる強化材成
形体を一体に形成した。尚強化材成形体の厚さは0.4mm
であり、アルミナ短繊維の体積率は約２％であった。

次いで実施例１の場合と同様高圧鋳造装置の鋳型内に
この実施例に於て形成された複合成形体と同一の複合成
形体を強化材成形体の部分にて鋳型の内壁面に当接する
ように配置し、該鋳型内に730℃アルミニウム合金（JIS
規格AC8A）の溶湯を注湯し、実施例１の場合と同様の高
圧鋳造により複合材料部材を形成した、その結果この複
合材料部材もアルミナ短繊維にて複合強化されたアルミ
ニウム合金の複合材料よりなる表面部と実質的にアルミ
ニウム合金のみよりなる部分とよりなっており、該アル
ミニウム合金の部分にはアルミナ短繊維は実質的に存在
せず、また該アルミニウム合金の部分のNi含有量は元の
Ni含有量よりも高い血であることが認められた。

尚何れの複合材料部材に於ても、個々のアルミナ短繊
維の間にアルミニウム合金が良好に充填されており、ま
たそれらの間の密着性も良好であることが認められた。

以上に於ては本発明を二つの実施例について詳細に説
明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明による金属基複合材料部材の
製造方法の一連の工程を示す工程図である。 10……アルミニウム合金粉末,12……多孔質成形体,14…
…吸引成形装置,16……アルミナ−シリカ短繊維,18……
分散液,20……強化材成形体,22……複合成形体,24……
高圧鋳造装置,26……鋳造,28……モールドキャビティ,3
0……アルミニウム合金の溶湯,32……プランジャ,34…
…ノックアウトピン,36……複合材料,38……複合材料部
材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属の微細片にて所定形状の多孔質成形体
   を形成し、強化材が分散された分散流体に対し前記多孔
   質成形体を濾過要素として吸引成形を行い前記多孔質成
   形体の所定の表面にこれと一体的に強化材成形体を形成
   することにより前記多孔質成形体及び前記強化材成形体
   よりなる複合成形体を形成し、前記強化材成形体が鋳型
   の内面に当接すると共に前記多孔質成形体により前記鋳
   型内の所定の位置に維持されるように前記複合成形体を
   前記鋳型内に配置し、前記鋳型内にマトリックス金属の
   溶湯を導入し、前記複合成形体に前記マトリックス金属
   の溶湯を浸透させ、前記多孔質成形体を前記マトリック
   ス金属の溶湯により溶融させることを含む金属複合材料
   部材の製造方法。