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JPH0413822A - 部分的複合部材の製造方法 - Google Patents

部分的複合部材の製造方法

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Publication number
JPH0413822A
JPH0413822A JP11487190A JP11487190A JPH0413822A JP H0413822 A JPH0413822 A JP H0413822A JP 11487190 A JP11487190 A JP 11487190A JP 11487190 A JP11487190 A JP 11487190A JP H0413822 A JPH0413822 A JP H0413822A
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JP
Japan
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alloy
base material
composite
composite base
matrix
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JP11487190A
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English (en)
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Inventor
Takashi Oda
高士 小田
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Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0636984B2 publication Critical patent/JPH0636984B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C49/00Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C22C49/04Light metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2204/00End product comprising different layers, coatings or parts of cermet

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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、A1合金の所定部位をSiCウィスカーによ
り強化する部分的複合部材の製造方法に関する。
〔従来の技術〕
内em関のピストン、ロンカーアーム、コンロッド等を
軽量のへ!合金で構成し、過酷な熱衝撃または摺動を受
ける部位を局部的にSiCウィスカーで強化する手段と
して、SiCウィスカーのプリフォームを鋳型の所定箇
所にセットしてAffi合金の溶湯を加圧鋳造する方法
が知られている(例えば特開昭55−24763号公報
、同55−24945号公報)。ところが、SiCウィ
スカーのプリフォームは極めて脆弱な集合体であるため
、加圧鋳造の段階で往々にして変形、破壊等を招く欠点
がある。このため、プリフォームの強化法に関する研究
も盛んにおこなわれているが十分に満足するものは得ら
れていない。
更に、SiCウィスカーの表層部には製造時の熱処理な
どの過程で若干の02もしくはSiO□等が介在するが
、これら酸化性成分の存在はSiCウィスカー中のSt
とマトリックスとなるA1合金中に含有されるMgとの
選択的な反応を促進し、複合欠陥の原因となるMgzS
iなどの偏析部分を析出する。この現象は、通常、マト
リックスとしてAC8A、AC4C,AC4D等の鋳造
用あるいは2618.2024.5052.6061の
ような展伸材などMgを含むAffi合金類合金相され
ている関係で重大な障害となる。
上記の偏析防止に対しては、予め表層部に介在するSi
O□成分を除去したSiCウィスカープリフォームを用
いてA1合金の溶湯を加圧鋳造する方法(特公昭62−
40409号公報)が有効な手段となるが、この方法に
よる場合にはプリフォーム自体の強化は図れない難点が
ある。
また、予めSiCウィスカーとAffi合金とによる所
定形状の予備複合体を形成しておき、これを鋳型の所定
箇所にセットしたのちA2合金の溶湯で詩句する部分的
複合方法も考えられる。しかしながら、この場合には予
備複合体を形成する過程あるいは詩句時の予熱段階等で
酸化により表面にAlzOyが生成し、この酸化膜がマ
トリックスA2合金との濡れ性を著しく阻害して界面の
接合強度を減退させる結果を招来する。
〔発明が解決しようとする課題] 本発明者らは、A2合金の所定部位をSiCウィスカー
により部分的に複合強化する際に障害となる上記の問題
点を解消する目的で鋭意研究を重ねた結果、SiCウィ
スカーとAI!、合金粉末により予め形成した焼結複合
体の表面に特定厚さのAl薄膜を被着し、これを強化部
分にセットしてAl溶湯を詩句するプロセスをとること
が効果的であることを確認して本発明の開発に至った。
繊維強化複合材料を形成する場合、強化繊維の表面に金
属物質を蒸着した繊維成形体を用いて加圧鋳造すること
により複合体の耐摩耗性と自己潤滑性を改善する方法(
特開昭58−93843号公報)は知られているが、S
iCウィスカーのような微小短繊維に均質薄膜の金属被
覆を形成することは容易ではなく、また被覆する金属は
減摩性を有するPb、Zn、Sn、Cu等であるから、
本発明とは趣旨を異にするものである。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち、本発明による部分的複合部材の製造方法は、
SiCウィスカーとAl合金粉末の混合物を所定の形状
に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に厚さ
0.5〜20μmのAn薄膜を形成して鋳型の所定箇所
にセットしたのちAP金合金溶湯で詩句することを構成
上の特徴とする。
強化材となるSiCウィスカーには、直径0゜1〜5μ
m、長さ30〜100μmのアスペクト性状を有する針
状単結晶が用いられる。
本発明において強化部分を構成するための複合母材は、
SiCウィスカーとA2合金粉末とを湿式混合し、この
混合物を真空もしくは不活性雰囲気中でホットプレス、
HIP等を用いて所定の形状に焼結することにより作製
される。用いるAffi合金粉末は後工程で詩句するマ
トリックスAffi合金と同一のものとし、またSiC
うイスカーとA1合金粉末の混合比率は、複合母材に占
めるSiCウィスカーの■fが10〜50%範囲の所望
値になるように設定する。
ついで、複合母材の表面にAnの薄膜を形成する。薄膜
形成する/lの材質はA2含有率が99%を越す純An
とし、例えばイオンブレーティング、真空蒸着、溶射な
どの被覆手段を用いて被膜形成する。被膜の厚さは0.
5〜20μmの範囲に調整することが重要で、0.5μ
m未満では酸化防止機能が不足し、他方20μmを越え
る場合には後工程の詩句の過程で複合母材の表面にA1
層が残存し、詩句するA1合金との接合を減退させる原
因となる。
Afの表面薄膜を形成した複合母材は鋳型の強化部位に
相当する所定箇所にセットし、Affi合金の溶湯を加
圧鋳造法によって鋳込む。この際、複合母材をその固相
線より−20〜−100°Cの範囲に予熱し、Affi
合金の溶湯温度をその液相温度より50°C以上高い条
件にすることが好ましい。
複合母材の予熱温度が固相線−20″Cを土建ると材料
変形を生じ、またこれが固相線−100’C未満もしく
はAl溶湯温度が液相温度+50°Cを上廻る場合には
溶湯冷却は急速に進行して接合不良を起こす現象が発生
する。鋳造時の圧力は250〜3000 kg/cm2
の範囲に設定することが望ましい。この理由は、250
 kg/cm2未満の加圧力では複合母材とマトリック
スAI!、合金の界面接合力が不十分となり、3000
 kg/cm2を越えると材料変形を起こすからである
このようにして、特定された箇所にSiCウィスカー強
化部位を備えるA1合金系の部分的複合部材が製造され
る。
〔作 用〕
本発明によれば、予めSiCウィスカーとAl合金粉末
とを焼結した複合母材の表面にAl2薄膜を被覆して強
化部分を形成するが、Alは蒸気圧が高いため緻密で均
質な薄い被膜を短時間内に形成することができる。形成
されたA2薄膜は、溶湯詩句の段階で複合母材表面のS
iCウィスカーや、MgまたはCuを含むA1合金成分
の酸化層が形成される現象を有効に防止するために機能
する。
詩句時、Affi薄膜の大部分はマトリックスA1合金
の溶湯に分散し、微量のAI!、成分についても熱処理
による合金元素の拡散によりマトリックスと同質の成分
に転化する。
上記の作用によって、複合母材とマトリックスAl合金
との界面が強固に接合した一体構造の部分的複合形態が
発現する。
〔実施例〕
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
実施例1 平均直径0.5μm、平均長さ20IImのSiCウィ
スカーと粒度250メツシユ以下のA 1 合金粉末(
AC8A)とを水に攪拌分散し、濾過、乾燥してSiC
ウィスカーのVfが15%の均一混合物を得た。この混
合物をホットプレスにより温度600°C1真空度5 
X l 0−5Torr、圧力1000kg/cm2、
加圧時間20分の条件で焼結して厚さ50mm、直径8
0mmの円盤状複合母材を作製した。
上記の複合母材を中心部から切断して半月形状とし、そ
の切断面に純度99.5%のAl2を1゜0μmの薄膜
状態に真空蒸着した。
Affil膜を形成した複合母材を直径80mmの鋳型
に半月状にセットし、Ar中で500°Cに予熱して加
圧鋳造機に設置した。ついで、700°Cの温度に保持
されたマトリックスA1合金(AC8A)溶湯を鋳型に
注湯し、500 kg/cm2の圧力を付与しながら加
圧鋳造した。
得られた部分的複合材は、複合母材の切断面を介して半
月状のマトリックスAl合金が接合した形態を有するも
のであった。
この部分的複合材について接合面に対し直角方向に試片
を切り出し、T6処理後に引張り強さを測定したところ
35kgf/mm”であり、破断箇所はマトリックス部
分であった。
実施例2 複合母材の表面に厚さ3μmのAl薄膜を形成したほか
は実施例1と同一条件により部分的複合材を製造した。
。 このもの番ごつき実施例1に準じて引張り強さを測定し
たところ32 kgf/mm”で、破断箇所はマトリッ
クス部分であった。
実施例3 マトリックスA1合金の溶湯温度を800 ’Cに変え
たほかは実施例1と同一条件により部分的複合材を製造
した。
得られた部分的複合材につき実施例1に準じて引張り強
さを測定したところ36 kgf/mm”であり、破断
箇所はマトリックス部分であった。
比較例1 実施例1と同一の複合母材を用い、切断面になんの被覆
も施さずに実施例1と同一条件でマトリックスA1合金
を加圧鋳造した。
このものにつき実施例1に準じて引張り強さを測定した
ところ5 kgf/mm2であった。この場合の破断は
接合界面で起き、破断界面にAP合金酸化による黄金色
部が認められた。
比較例2 複合母材の表面に厚さ0.3μmのAl薄膜を形成し、
その他の条件は実施例1と同一にして部分的複合部材を
製造した。
このものにつき実施例1に準じて引張り強さを測定した
ところ8 kgf/n+m”であった。また、この場合
の破断箇所は比較例1と同様に接合界面であり、破断面
にはEPMAO線測定により多量のo2が確認された。
比較例3 複合母材の表面に厚さ50μmのAl薄膜を形成し、そ
の他の条件は実施例1と同一にして部分的複合部材を製
造した。
このものにつき実施例1に準じて引張り強さを測定した
ところ8 kgf/mm”と低い値であった。また、破
断は接合界面で起きており、界面には膜形成したAff
i層が点在していた。
比較例4 実施例1と同一のSiCウィスカーを用いて濾過形成法
により直径80mm、高さ30mm、Vf15%のプリ
フォームを作製し、これを中心部から2分割に切断した
。この半月状プリフォームを加圧鋳造機にセットし、実
施例1と同一の条件により部分的複合部材を製造した。
このものにつき実施例1に準じて引張り強さを測定した
ところ15kgf/mm””a低位にあり、プリフォー
ム割れに基づく複合部分の破断が認められた。
〔発明の効果〕
以上のとおり、本発明に従えば強化部分が強固な焼結体
からなる複合母材によって構成されるから、プリフォー
ム成形体のようにプロセスの段階で外力を受けて変形、
破壊を生じることは全くない。このため、肉厚が薄く複
雑形状の強化部分でも容易に成形することが可能となる
。また、複合母材の表面を安価かつ被覆性の良好なAI
!、により薄膜形成しているためA/4203などの酸
化物介在に伴うトラブルは有効に解消され、常にマトリ
ックスA1合金との間に良好な界面接合が得られる。
したがって、比較的簡単な製造工程により強靭な一体構
造の部分的複合部材を製造することができるから、例え
ばピストンベツドのような過酷な熱衝撃、摩擦等を受け
る部位に局部的なSiCウィスカー強化組織を形成する
ケースに極めて有用である。
出願人  東海カーボン株式会社 代理人 弁理士 高 畑 正 也

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、SiCウィスカーとAl合金粉末の混合物を所定の
    形状に焼結して複合母材を作製し、該複合母材の表面に
    厚さ0.5〜20μmのAl薄膜を形成して鋳型の所定
    箇所にセットしたのちAl合金の溶湯で鋳包することを
    特徴とする部分的複合部材の製造方法。
JP11487190A 1990-04-27 1990-04-27 部分的複合部材の製造方法 Expired - Lifetime JPH0636984B2 (ja)

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