JP2000303127A - 金属基複合材料およびその製造方法 - Google Patents
金属基複合材料およびその製造方法Info
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Abstract
属基複合材料とその製造方法の提供。 【解決手段】 金属母材2と、該金属母材2より硬く投
射により金属母材2に打ち込まれた多数の強化材粒子1
と、からなる金属基複合材料3。金属母材2に、金属母
材2より硬い多数の強化材粒子1を投射により打ち込ん
で金属基複合材料3を製造する金属基複合材料の製造方
法。
Description
よびその製造方法に関する。
湯を噴出させ、半溶融の微粒子の状態にある金属溶湯
に、強化材微粒子を噴霧して、これらが鋳型の上に供給
されて会合、固化した時に、母材中に強化材微粒子が分
散された金属基複合材料を製造する方法を開示してい
る。しかし、特開昭62−6759号公報の金属基複合
材料の製造法には、材料全体が複合材料となるので、耐
摩耗性、耐蝕性などのために表面だけを部分的に硬化さ
せいという場合には適さないという問題がある。金属基
複合材料の局所製造方法としては、溶射、クラッディン
グ、アロイング、CVD、PVD等があるが、以下の問
題があるため、特殊な用途に限られて実用化されている
のが実状である。
グ、アロイング、CVD、PVD等の従来の金属基複合
材料の局所製造方法には、加工時間が長い、高価な専用
設備を要する、処理コストが高い、等の問題があった。
本発明の目的は、部分的強化が可能で(金属基複合材料
の局所製造が可能で)、加工時間も短く、処理コストも
低い、金属基複合材料およびその製造方法を提供するこ
とになる。
明は、つぎの通りである。 (1) 金属母材と、該金属母材より硬く該金属母材に
投射により打ち込まれた多数の強化材粒子と、からなる
金属基複合材料。 (2) 前記強化材粒子の粒径が100μm以下で前記
強化材粒子の打ち込み深さが200μm以下である
(1)記載の金属基複合材料。 (3) 前記金属母材が軽金属である(1)記載の金属
基複合材料。 (4) 金属母材に、該金属母材より硬い多数の強化材
粒子を投射により打ち込んで金属基複合材料を製造する
金属基複合材料の製造方法。 (5) 前記強化材粒子の粒径が100μm以下で前記
強化材粒子を2.5kg/cm2 以上の投射圧力で前記
金属母材に打ち込む(4)記載の金属基複合材料の製造
方法。 (6) 前記金属母材が軽金属である(4)記載の金属
基複合材料の製造方法。 (7) 前記強化材粒子を前記金属母材の表面から30
〜45°の角度で投射する(4)記載の金属基複合材料
の製造方法。 (8) 前記強化材粒子を前記金属母材の表面に対し直
角の角度で投射しついで前記金属母材の表面から30〜
45°の角度で投射する(4)記載の金属基複合材料の
製造方法。 (9) 前記金属母材が常温より高い温度でかつ固体状
態にある時に前記強化材粒子を前記金属母材に投射する
(4)記載の金属基複合材料の製造方法。 (10) 前記金属母材が常温にある時に前記強化材粒
子を前記金属母材に投射する(4)記載の金属基複合材
料の製造方法。
(4)の金属基複合材料の製造方法では、多数の強化材
粒子が金属母材に投射により打ち込まれているので、強
化材粒子の投射部位を母材の一部に限ることことにより
母材の部分的強化が可能になる。また、投射により短時
間に容易に表面の硬さを上げることができるので、時
間、および設備コストのかかる溶射、クラッディング、
アロイング、CVD、PVD等の従来の金属基複合材料
の局所製造方法にくらべて、時間短縮、製造コスト削
減、設備コストの削減等をはかることができる。上記
(2)の金属基複合材料および上記(5)の金属基複合
材料の製造方法では、強化材粒子の粒径が100μm以
下で、打ち込み深さが200μm以下または投射圧力が
2.5kg/cm2 以上であるので、従来のショットブ
ラストと異なり、強化材粒子を母材の表面部位に打ち込
み、埋めて、母材表面部位に強化材粒子によって強化さ
れた母材に比べて硬質な金属基複合材料を形成すること
ができる。上記(3)の金属基複合材料および上記
(6)の金属基複合材料の製造方法では、母材が軽金属
であるので、それより硬い材料の強化材粒子を打ち込む
ことにより表面の硬さを上げることができる。母材がア
ルミニウムで強化材粒子の材料が鋼である場合は、強化
材粒子の打ち込みによる金属基複合材料の硬さは母材の
みの硬さに比べてHV70程度以上増加される。上記
(7)の金属基複合材料の製造方法では、強化材粒子を
金属母材の表面から傾けて投射すると、強化材粒子の打
ち込み時の穴のまわりの母材金属が他の強化材粒子に叩
かれて変形、流動することにより強化材粒子を打ち込ん
だ時の穴を塞ぎ強化材粒子が母材金属中に埋め込まれた
形となる。30〜45°の角度で投射すると打ち込み深
さおよび強化材粒子を打ち込んだ後の穴の塞ぎ上、好ま
しい。上記(8)の金属基複合材料の製造方法では、強
化材粒子を金属母材の表面に対し直角の角度で投射しつ
いで前記金属母材の表面から30〜45°の角度で投射
するので、始めの直角投射により強化材粒子の打ち込み
深さを上げることができ、後の斜め投射により打ち込み
穴を塞ぐことができる。上記(9)の金属基複合材料の
製造方法では、金属母材が常温より高い温度でかつ固体
状態にある時に強化材粒子を投射するので、強化材粒子
の打ち込みが容易になり、かつ強化材粒子の打ち込み深
さを上げることができる。上記(10)の金属基複合材
料の製造方法では、金属母材が常温にある時に強化材粒
子を金属母材に投射するが、投射圧力等を適宜に選定す
ることにより強化材粒子を金属母材中に打ち込むことが
できる。強化材粒子が投射される時母材金属表面が温度
が上がりその後急冷されることになるため、母材金属組
織が細密化し、その点からも強度向上がはかられる。
は、図1、図2に示すように、金属母材2と、金属母材
2より硬く金属母材2に投射(強化材粒子1を圧縮空気
とともに噴射)により打ち込まれた多数の強化材粒子1
と、からなる。
ウム、マグネシウム等)、銅、ニッケル、錫、亜鉛、ま
たはそれらの合金等からなる。これらの金属は硬さが比
較的低いので、摺動部(シリンダブロックボア部)、ま
たは相手部材によって擦られる部位(ピストンのピスト
ンリング溝)などに用いられる場合は、表面部を局所的
に金属基複合材料として硬度を上げ、耐摩耗性、摺動
性、耐熱性等を向上させるのに本発明を用いることがで
きる。
において硬さが硬いものであればよく、たとえば、鉄系
または非鉄系の金属(高速度鋼、ステンレス鋼等)、セ
ラミックス、黒鉛、酸化物(アルミナ等)、炭化物(炭
化珪素等)等である。強化材粒子1は粒状で、それを体
積が同じ球体に換算した場合の強化材粒子1の粒径は、
100μm以下で、通常、10〜100μmである。
1の母材表面から最も離れた部分と母材表面との間の距
離)は、200μm以下である。強化材粒子1を金属母
材2に打ち込んだ時にできる穴は母材2によって埋めら
れ、強化材粒子1は金属母材2中に分散した状態にあ
る。強化材粒子1の打ち込み深さは金属母材2の柔らか
さ、強化粒子1の投射圧により異なり、金属母材2が柔
らかい程、また投射圧が高い程打ち込み深さは大であ
る。
は、金属母材2に、金属母材2より硬い多数の強化材粒
子1を投射により打ち込んで金属基複合材料3を製造す
る方法からなる。金属母材2の材料、強化材粒子1の材
料および粒径については、本発明実施例の金属基複合材
料で述べたことと同じである。
より、2.5kgf/cm2 (1kgf/cm2 は98
kPa)以上の投射圧力で、望ましくは約4.0kgf
/cm2 以上の投射圧力で金属母材2に打ち込み、金属
母材2の表面部位に金属基複合材料3の層を形成する。
この投射圧は、ショットブラストの投射圧の2.0kg
f/cm2 より高い。投射圧を上記投射圧とすることに
より、強化材粒子1を金属母材2に打ち込むことができ
る。投射機はショットブラスト機を用いてもよく、その
場合は投射圧を上記投射圧に上げて用いる。
度で投射する。投射角度を金属母材の表面から傾斜させ
ることにより、強化材粒子1を投射した時に金属母材2
にできる穴のまわりの母材2を、続く投射粒子1で叩い
て流動させ、母材2の穴を塞ぐことができ、強化材粒子
1を母材表面から離れた母材2中に埋め込み、分散させ
ることができる。穴を塞ぐ面から、投射角度θを30〜
45°の角度に設定することが望ましい。
は投射角度θを90°(直角)とするのがよいので、強
化材粒子1を金属母材2の表面に対し直角の角度で投射
しついで金属母材の表面から30〜45°の角度で投射
して穴を埋めるようにすると、投射深さを大にするとと
もに穴も塞ぐことができる。
より高い温度でかつ固体状態にある時に行う。常温より
高い温度は、金属母材2に成形または鍛造後の残熱を利
用してもよい。高い温度で強化材粒子1を投射すること
により、強化材粒子1の投射深さを大にすることができ
る。強化材粒子1の投射は、金属母材が常温にある時に
行ってもよい。金属母材2が常温であっても、投射圧を
上げれば強化材粒子1を金属母材2中に打ち込むことが
できる。
合材料3の硬さは約HV200であり、母材マトリクス
のみの場合が約HV130であるので、HV70程度以
上硬さが増加される。
属母材(マトリックス材)2に、高速度鋼の鋼球からな
る強化材粒子1を高速衝突させた。投射圧力は4kgf
//cm2 であり、投射時間は約10秒であった。投射
ノズル径は5mm、投射方式は直圧方式とした。製造さ
れた複合材3の金属組織を図2(800倍にして示した
もの)に示す。図2中の強化材粒子1の大きさは大きい
もので約30μmである。上記の供試材および製造条件
で作製したΦ100mm、厚さ5〜10mmの試験片の
中心にΦ7mmの穴をあけた後、JISK7204に規
定される摩耗試験機(テーパ型)に取付け、摩耗輪を用
いて荷重9.8Nにて回転摩耗試験を行った結果、本発
明複合材はマトリックス材のみの場合と比べて、摩耗量
が1/100以下に低減した。
4の金属基複合材料の製造方法によれば、多数の強化材
粒子が金属母材に投射により打ち込まれているので、強
化材粒子の投射部位を母材の一部に限ることことにより
金属母材の部分的強化が可能になる。また、投射により
短時間に容易に表面の硬さを上げることができるので、
時間および設備コストのかかる溶射、クラッディング、
アロイング、CVD、PVD等の従来の金属基複合材料
の局所製造方法にくらべて、時間短縮、製造コスト削
減、設備コストの削減等をはかることができる。請求項
2の金属基複合材料および請求項5の金属基複合材料の
製造方法によれば、強化材粒子の粒径が100μm以下
で、打ち込み深さが200μm以下または投射圧力が
2.5kg/cm2 以上であるので、強化材粒子を母材
の表面部位に打ち込み、埋めて、母材表面部位に強化材
粒子によって強化された母材に比べて硬質な金属基複合
材料を形成することができる。請求項3の金属基複合材
料および請求項6の金属基複合材料の製造方法によれ
ば、金属母材が軽金属であるので、それより硬い材料の
強化材粒子を打ち込むことにより母材表面に母材より硬
さが上げられた金属基複合材料層を形成することができ
る。請求項7の金属基複合材料の製造方法によれば、強
化材粒子を金属母材の表面から30〜45°の角度で投
射するので、打ち込み深さを深くできかつ強化材粒子を
打ち込んだ後の穴の塞ぐことができる。請求項8の金属
基複合材料の製造方法によれば、強化材粒子を金属母材
の表面に対し直角の角度で投射しついで前記金属母材の
表面から30〜45°の角度で投射するので、始めの直
角投射により強化材粒子の打ち込み深さを上げることが
でき、後の斜め投射により打ち込み穴を塞ぐことができ
る。請求項9の金属基複合材料の製造方法によれば、金
属母材が常温より高い温度でかつ固体状態にある時に強
化材粒子を投射するので、強化材粒子の打ち込みが容易
になり、かつ強化材粒子の打ち込み深さを上げることが
できる。請求項10の金属基複合材料の製造方法によれ
ば、金属母材が常温にある時に強化材粒子を金属母材に
投射するが、投射圧力等を適宜に選定することにより強
化材粒子を金属母材中に打ち込むことができる。強化材
粒子が投射される時母材金属表面が温度が上がりその後
急冷されることになるため、母材金属組織が細密化し、
その点からも強度向上がはかられる。
その製造方法を示す側面図である。
の金属組織図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 金属母材と、該金属母材より硬く該金属
母材に投射により打ち込まれた多数の強化材粒子と、か
らなる金属基複合材料。 - 【請求項2】 前記強化材粒子の粒径が100μm以下
で前記強化材粒子の打ち込み深さが200μm以下であ
る請求項1記載の金属基複合材料。 - 【請求項3】 前記金属母材が軽金属である請求項1記
載の金属基複合材料。 - 【請求項4】 金属母材に、該金属母材より硬い多数の
強化材粒子を投射により打ち込んで金属基複合材料を製
造する金属基複合材料の製造方法。 - 【請求項5】 前記強化材粒子の粒径が100μm以下
で前記強化材粒子を2.5kg/cm2 以上の投射圧力
で前記金属母材に打ち込む請求項4記載の金属基複合材
料の製造方法。 - 【請求項6】 前記金属母材が軽金属である請求項4記
載の金属基複合材料の製造方法。 - 【請求項7】 前記強化材粒子を前記金属母材の表面か
ら30〜45°の角度で投射する請求項4記載の金属基
複合材料の製造方法。 - 【請求項8】 前記強化材粒子を前記金属母材の表面に
対し直角の角度で投射しついで前記金属母材の表面から
30〜45°の角度で投射する請求項4記載の金属基複
合材料の製造方法。 - 【請求項9】 前記金属母材が常温より高い温度でかつ
固体状態にある時に前記強化材粒子を前記金属母材に投
射する請求項4記載の金属基複合材料の製造方法。 - 【請求項10】 前記金属母材が常温にある時に前記強
化材粒子を前記金属母材に投射する請求項4記載の金属
基複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10899699A JP3620337B2 (ja) | 1999-04-16 | 1999-04-16 | 金属基複合材料およびその製造方法 |
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000303127A true JP2000303127A (ja) | 2000-10-31 |
JP3620337B2 JP3620337B2 (ja) | 2005-02-16 |
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---|---|
JP (1) | JP3620337B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002348677A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-12-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 摺動部材とその作製方法 |
JP2008504979A (ja) * | 2004-06-29 | 2008-02-21 | ナノプロプリエタリー,インコーポレイテッド | ナノ粒子注入 |
JP2012082509A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-04-26 | Toto Ltd | 製膜方法 |
RU2487191C1 (ru) * | 2012-02-29 | 2013-07-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Способ нанесения покрытия на металлическую основу |
-
1999
- 1999-04-16 JP JP10899699A patent/JP3620337B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002348677A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-12-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 摺動部材とその作製方法 |
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JP2012082509A (ja) * | 2010-09-15 | 2012-04-26 | Toto Ltd | 製膜方法 |
RU2487191C1 (ru) * | 2012-02-29 | 2013-07-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Способ нанесения покрытия на металлическую основу |
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