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JP3173665B2 - 複合部材とその製造方法 - Google Patents

複合部材とその製造方法

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JP3173665B2
JP3173665B2 JP30398391A JP30398391A JP3173665B2 JP 3173665 B2 JP3173665 B2 JP 3173665B2 JP 30398391 A JP30398391 A JP 30398391A JP 30398391 A JP30398391 A JP 30398391A JP 3173665 B2 JP3173665 B2 JP 3173665B2
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哲 石塚
真二 山本
伸弘 藤田
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Suzuki Motor Corp
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Suzuki Motor Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属,金属間化合物,
樹脂,木材のいずれかの材料をマトリックスとして、セ
ラミックス等の粒子を表面に複合化してなる複合部材と
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複合材料に関し、次のような従来技術が
知られている。
【0003】たとえば、SiCやCなどの繊維やウィス
カーでプリフォームを製作し、これを金型内にセットし
たあと、Al合金などの溶湯を注いで、プリフォームに
加圧含浸させることで複合材料(FRM)とする方法で
ある。
【0004】また、SiCやCなどの粒子を、完全溶
融、または部分溶融の溶湯に添加し、これに機械的撹拌
を与えて複合材料(MMC)とするコンポキャスト法が
ある。
【0005】さらに、SiCやCなどの粒子とAl合金
等の粉末とを混合し、静水圧々縮や熱間押出し、または
焼結等によって複合材料を製造する方法(粉末冶金法)
が広くおこなわれている。
【0006】また、SiCやCなどの粒子とAl合金等
の粉末を混合し、これに冷間や熱間で機械的撹拌を与え
て、合金粉末中にSiCやCなどの粒子を練込み、粒子
分散複合材料とする方法(メカニカルアロイング法)が
ある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前記コンポキャスト法
や、粉末冶金法及びメカニカルアロイング法で製造する
複合材料は、従来から材料全体に粒子等が均一に分散し
ている状態の材料を対象としているもので、部分的に複
合化した材料を製造することはできなかった。さらに、
粉末冶金法やメカニカルアロイング法に用いる合金粉末
は高価であり、完成品を得るまでの工程が多くかかると
ともに、製品形状が単純なものに限られてしまうという
問題点があった。
【0008】そこで、従来、表面を複合化する種々の複
合部材の製造方法が提案されている。例えば、超塑性材
よりなる平板状のワークの上面に微細な粒子を分散させ
た状態で、超塑性発現温度に加熱した上型によって該ワ
ークを上方から加圧し、これにより、上記粒子を該ワー
クの上面に埋め込む技術が提案されている(特開昭63
−128183号公報参照)。
【0009】また、他の例として、一次成形された超塑
性合金の表面にセラミック砕片を接着材を介して付着
させ、これを下型内で特定の温度に加熱しつつ上型によ
り加圧して、塑性流動により下型内面に圧接されたセラ
ミック砕片を上記合金の表面に食い込ませる技術が提
案されている(特開昭61−12880号公報参照)。
【0010】しかしながら、これらの技術では、型また
は超塑性合金を超塑性発現温度に加熱するようにし、粒
子をその一部を露呈させた状態でワークまたは超塑性合
金の表面に埋め込むようにしているので、多数の粒子
を、ワークの全表面に渡って、しかも、その内部にまで
埋め込むことはできず、例えば自動車部品等の立体的な
ワークであって、その表面が複雑な曲面形状をしている
ものについては、適用することができなかった。 しか
も、同技術では、とくに1μm以下の微粒子を使用する
場合、上型による上記粒子への加圧力のコントロールが
極めて難しいので、現実には実施不可能であった。
【0011】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、セラミック粒子を部材の全表面に渡ってその内部
にまで容易に埋め込むことができ、しかも、部材の1μ
m以下のセラミック微粒子を使用する場合でも、部材
を包囲するセラミック粒子への加圧力のコントロール
が容易であり、実施も容易な複合部材とその製造方法を
提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック
粒子を、金属、金属間化合物、樹脂及び木材のいずれか
の材料からなる部材の全表面に侵入させ、該部材の全表
面に渡って複合化層を形成した複合部材である。また、
本発明は、複合部材の製造に当り、セラミックス粒子の
所定量を加圧型内に収容し、金属、金属間化合物、樹脂
及び木材のいずれかの材料からなる部材を上記セラミッ
クス粒子層内に埋め込んだ後、上記セラミックス粒子層
をその外側から加圧して上記部材の全表面に上記セラミ
ックス粒子を侵入させ、該部材の全表面に渡って複合化
層を形成する方法である。さらに、本発明は、複合部材
の製造に当り、カプセル内にセラミックス粒子を充填
し、金属、金属間化合物、樹脂及び木材のいずれかの材
料からなる部材を上記セラミックス粒子層内に埋め込ん
だ後、上記カプセルを密封し、該カプセルごと所定温度
に加熱し、上記カプセルの外側から静水圧を加えて、上
記部材の全表面に上記セラミックス粒子を侵入させ、該
部材の全表面に渡って複合化層を形成する方法である。
【0013】以下、本発明について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。本発明において対象とするセラミッ
クスとしては、たとえばSiC、Si34、SiO2
Al23などのセラミックス粒子を用いる。
【0014】また、マトリックスは金属,金属間化合
物,樹脂,木材のいずれかの材料を用いる。なお金属と
してはAl合金,Mg合金及び其他慣用の金属や合金
を、金属間化合物としてはAl3Tiなどを、樹脂材料
としては通常の部材に採用されている一般の樹脂類を、
木材としては、たとえば檜材などを用いる。
【0015】まず、図1に示すように0〜1200℃の
温度にした加圧型1内の下パンチ2上に、前記セラミッ
クス粒子3を所定量収容する。この場合、セラミックス
粒子3も、予め0〜1200℃の温度にしておく。これ
は後の工程において部品表面へのセラミックス粒子の侵
入を容易にするための処置である。また、このセラミッ
クス粒子は複合部分の強度を確保するため、粒子径0.
01〜100μmの範囲のものを使用する。
【0016】次に、図2に示すように前記加圧型1内の
セラミックス粒子3内に所定の温度にした、たとえば金
属部品4を埋込む。また、セラミックス粒子3中に前記
部品4を埋込んでおいて、両者を同時に加熱する。
【0017】次に、図3に示すように部品4を埋込んだ
金型1内のセラミックス粒子3の上方から上パンチ5に
より、10〜10,000kgf/cm2の圧力Pを加
え、部品4の全表面にセラミックス粒子3を侵入させ
る。結果として、全表面に渡って複合化層を有する部品
が得られる。また、金型内のセラミックス粒子3の量を
加減することによって前記部品の複数処理が可能であ
る。
【0018】なお、前記処理は部品の酸化を防止するた
め、真空または不活性ガスの雰囲気でおこなってもよ
い。
【0019】次に、他の方法として、まず、後に加圧を
受けるカプセル中にセラミックス粒子を充填し、次い
で、たとえば金属部品をその内に埋込む。カプセルは内
部を減圧し、密封する。その後、このカプセルごと所定
の温度(0〜1200℃)として、10〜10,000
kgf/cm2の静水圧(CIPやHIP)をカプセル
の外側から与えて部品表面に複合化層を形成する。
【0020】〔実施例1〕 300℃に予熱した金型1内に、600℃に加熱した粒
径1μmのSiC粒子を収容し、このなかに550℃に
加熱したJIS ADC12からなるロッカーアーム
(図4参照)を埋込んだ。次に、上パンチ5によって1
000kgf/cm2の圧力Pによってこの上方から加
圧した。処理後のロッカーアームの断面を図5に示す。
ロッカーアームの全表面に渡って図示のような複合化層
9がえられた。それを拡大した金属組織を図7に示す。
【0021】〔実施例2〕 300℃に予熱した金型1内に、600℃に加熱した粒
径5μmのAl23粒子を収容し、このなかに400℃
に加熱したJIS MP5からなるバルブリテーナー
(図6参照)を埋込んだ。次に、上パンチ5によって1
000kgf/cm2の圧力Pによって、この上方から
加圧した。これによって、Al23粒子は、このバルブ
リテーナーの表面に侵入し、該バルブリテーナーの全表
面に渡って複合化層がえられた。これにより、表面部分
は、硬度、耐摩耗性、耐熱性、引張強度、疲労強度、ヤ
ング率に優れ、内部は靭性が確保されたバルブリテーナ
ーが得られた。
【0022】〔実施例3〕 図8に示すように粒径1μmのSiC粒子11中に、J
IS 7475Al合金製ロッド12を埋込み、これら
を更にJIS SPCC軟鋼製円筒13内に封入し、
0.1Pa程度に減圧後、密封する。この後、450℃
に全体を加熱し、1000kgf/cm2の圧力で円筒
全体に30分間、静水圧(HIP処理)を与えた。その
結果、図9に示すようにロッド12の全表面に渡って
合化層15が得られた。
【0023】〔実施例4〕 Al3Ti金属間化合物を素材として、熱間焼結法によ
りバルブリテーナーを製造した。JIS SPCC軟鋼
製円筒内に、平均粒子径1μmのAl23粒子を収容
し、その粒子中にこの部品を埋没させて、円筒内部を
0.1Pa程度に減圧後溶接密閉した。更にその後、H
IP装置により全体を約1200℃に加熱しつつ、約1
00MPaの静水圧を約60分間加えた。このことによ
り、全表面に渡って複合層を有する複合部材が製造でき
た。
【0024】〔実施例5〕 JIS A1050製円筒内に平均粒子径1μmのSi
C粒子を収容し、その粒子中にPP(ポリプロピレン)
樹脂部材を埋没させて、円筒内部を0.1Pa程度に減
圧後溶接密閉した。更にその後CIP装置により、全体
を常温で約100MPaの静水圧を約60分間加えた。
このことにより、全表面に渡って複合層を有する複合
が製造できた。
【0025】〔実施例6〕 JIS A1050製円筒内に、平均粒子径10μmの
SiC粒子を収容し、その粒子中に檜板部材を埋没させ
て、円筒内部を0.1Pa程度に減圧後溶接密閉した。
更にその後CIP装置により、全体を常温で約100M
Paの静水圧を約60分間加えた。このことにより、
表面に渡って複合層を有する複合部材が製造できた。
【0026】以上の実施例において、ロッカーアーム
従来、JIS SCr415、バルブリテーナーは従
来、JIS S20C、ベーンは従来、JIS FC25
0のように鉄系材料が用いられていたが、以上の実施例
からも判るようにAl合金、Mg合金のような軽い材料
によってこれら各部材に代替することが可能となった。
【0027】
【発明の効果】本発明に係る複合部材とその製造方法に
よれば、鉄系材料をはじめ、Al合金、Mg合金などの
軽質材料からなる部材の全表面にセラミック粒子を侵
入させるようにしているので、該部材の全表面に渡っ
て、耐剥離性の優れた複合化層を容易に形成することが
できる。さらに、加圧型内に収容したセラミック粒子
層内またはカプセル内に充填したセラミックス粒子層内
に部材を埋め込んだ後、該セラミックス粒子層をその外
側から全方向方式に(静水圧的に)加圧するようにして
いる。これにより、上記部材の全表面に上記セラミック
ス粒子が侵入するので、上記部材の全表面に渡って複合
化層を容易に形成することができる。このようにして複
合化層が形成された部材は、その全表面においては、硬
度、耐磨耗性、耐熱性、引張強度、疲労強度、ヤング率
が優れたものになり、その内面では、その材料特有の物
性がそのまま維持できるものとなる。また、その処理方
法もセラミックス粒子層内に埋込んで周囲から加圧する
だけであり、製造方法が極めて簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る方法の実施要領の説明図である。
【図2】図1に続く工程の説明図である。
【図3】更に図2に続く工程の説明図である。
【図4】本発明に係る方法を適用するロッカーアームの
説明図である。
【図5】図4のX−X部分の断面説明図である。
【図6】本発明にかかる方法を適用するバルブリテーナ
ーの斜視説明図である。
【図7】図5の断面部分を拡大した金属組織を示す図面
に代わる写真である。
【図8】本発明に係る他の方法の実施要領の説明図であ
る。
【図9】図8に示す方法で処理した部材の断面の金属組
織を示す図面に代わる写真である。
【符号の説明】
1 加圧型 2 下パンチ 3 セラミックス粒子 4 部品 5 上パンチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−128183(JP,A) 特開 昭61−12880(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 24/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミック粒子を、金属、金属間化合
    物、樹脂及び木材のいずれかの材料からなる部材の全表
    面に侵入させ、該部材の全表面に渡って複合化層を形成
    させてなる複合部材。
  2. 【請求項2】 ラミックス粒子の所定量を加圧型内に
    収容し、金属、金属間化合物、樹脂及び木材のいずれか
    の材料からなる部材を上記セラミックス粒子層内に埋め
    込んだ後、上記セラミックス粒子層をその外側から加圧
    して上記部材の全表面に上記セラミックス粒子を侵入
    せ、該部材の全表面に渡って複合化層を形成することを
    特徴とする複合部材の製造方法。
  3. 【請求項3】 カプセル内にセラミックス粒子を充填
    し、金属、金属間化合物、樹脂及び木材のいずれかの材
    料からなる部材を上記セラミックス粒子層内に埋め込ん
    だ後、上記カプセルを密封し、該カプセルごと所定温度
    加熱して、上記カプセルの外側から静水圧を加えて、
    上記部材の全表面に上記セラミックス粒子を侵入させ、
    部材の全表面に渡って複合化層を形成することを特徴
    とする複合部材の製造方法。
JP30398391A 1991-03-22 1991-10-23 複合部材とその製造方法 Expired - Fee Related JP3173665B2 (ja)

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