JP2005131652A - Method for coupling different type of metal on surface of base metal, and metal component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属母材表面の異種金属材結合方法及び金属部品に関するものである。 The present invention relates to a method for bonding dissimilar metal materials on the surface of a metal base material and a metal part.
従来、金属材料の表面に異種金属をコーティングする方法としては、円柱孔内に金属材料から成るコーティング材を収容し、該円柱孔内に加圧ロッドを挿入すると共に回転させ、加圧ロッドとコーティング材との摩擦発熱及びコーティング材を塑性流動化させることにより、金属コーティング層を形成する方法がある。 Conventionally, as a method of coating a surface of a metal material with a different metal, a coating material made of a metal material is accommodated in a cylindrical hole, a pressure rod is inserted into the cylindrical hole and rotated, and the pressure rod and the coating are coated. There is a method of forming a metal coating layer by frictional heat generation with a material and plastic fluidization of the coating material.
一方、金属材料に異種金属を被覆し、その金属材料の機械的な性能を高める方法は従来より提案されており、例えばアルミニウム材に表面改質用の付加物質皮膜を形成した後、パルス発振レーザーを照射し、アルミニウム表面の皮膜を溶融することによりアルミニウム表面を改質する方法がある。 On the other hand, a method for coating a metal material with a dissimilar metal and improving the mechanical performance of the metal material has been proposed. For example, after forming an additional material film for surface modification on an aluminum material, a pulsed laser There is a method of modifying the aluminum surface by irradiating and melting the film on the aluminum surface.
このような従来の技術には、例えば以下に挙げる文献がある。
特許文献１に記載のコーティング方法では、コーティングできる範囲が、円柱孔の内壁面に限られ、金属母材の表面の任意位置に異種金属層をコーティングすることは困難である。金属母材の表面に異種金属層を形成するために、母材表面と回転ロッドの間に異種金属を配置すると、ロッドの回転によってコーティング材が散乱してしまい、コーティング材が塑性流動できる程十分に、圧力と摩擦熱を与えることができないといった問題がある。
In the coating method described in
特許文献２に記載の方法では、アルミニウム表面の皮膜を溶融する際に金属表面に酸化皮膜が生成される問題がある。金属母材全般は、酸化されやすく表面に酸化皮膜を形成し易いという性質を有する。中でも特にアルミニウム材は酸化され易く、アルミニウム材の表面には必ず酸化皮膜が形成されている。この酸化皮膜は金属材同士の結合を妨げ、かつ、可塑性に非常に乏しいことが知られている。
In the method described in
そこで、本発明は、金属材料の平面上の表面に酸化皮膜の無い異種金属層を形成する金属母材の金属結合材方法を提供すること、また平面上の表面に異種金属層が形成されている金属部品を提供すること、及び金属材料の平面上の表面に異種金属層を形成するための加圧工具を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention provides a metal bonding material method of a metal base material that forms a dissimilar metal layer without an oxide film on the surface on the plane of the metal material, and the dissimilar metal layer is formed on the surface on the plane. It is an object of the present invention to provide a metal part that is provided, and to provide a pressure tool for forming a dissimilar metal layer on a planar surface of a metal material.
本発明は金属母材表面の異種金属材結合方法に関するもので、本発明の上記目的は、金属母材表面上において、円周内側面を有する孔が形成された部材を配置し、金属母材表面上に主成分が金属である結合材料を載置し、孔内に回転体を金属母材表面に対して相対回転させて圧接し、回転体と結合材料との摩擦熱によって、結合材料及び金属母材を変形抵抗の低下により塑性流動化させ、金属母材表面に円状の異種金属結合層を形成することによって達成される。 The present invention relates to a method for bonding dissimilar metal materials on the surface of a metal base material, and the object of the present invention is to dispose a metal base material by disposing a member having a hole having an inner circumferential surface on the surface of the metal base material. A bonding material, the main component of which is a metal, is placed on the surface, the rotating body is rotated relative to the surface of the metal base material in the hole, and is brought into pressure contact with the frictional heat between the rotating body and the bonding material. This is achieved by plastically fluidizing the metal base material by reducing the deformation resistance and forming a circular dissimilar metal bonding layer on the surface of the metal base material.
本発明は、金属母材表面上において、円周外側面を有する内側部材と、内側部材より大径の円周内側面を有する孔が形成された外側部材とを、相対位置が円周外側面と円周内側面が同心円となる位置に配置し、内側部材と外側部材との隙間に露出した金属母材表面上に主成分が金属である結合材料を載置し、隙間に収容される回転体を、金属母材表面に対して相対回転させて圧接し、回転体と結合材料との摩擦熱によって、結合材料を軟化および塑性流動させ、金属母材表面に円環状の結合層を形成することによって達成される。 The present invention provides an inner member having a circumferential outer surface and an outer member in which a hole having a circumferential inner surface having a diameter larger than that of the inner member is formed on the surface of the metal base material. Rotation that is placed in a position where the inner surface of the circumference is concentric and a bonding material whose main component is metal is placed on the surface of the metal base exposed in the gap between the inner member and the outer member. The body is rotated and pressed relative to the surface of the metal base material, and the binding material is softened and plastically flowed by frictional heat between the rotating body and the binding material to form an annular joint layer on the surface of the metal base material. Is achieved.
また、金属母材は、金属母材の表面上に異種金属結合層を円状に形成させた鋳物部材であることによって、或は金属母材は、金属母材の表面上に異種金属結合層を円状に形成させた展伸材であることによってより効果的に達成される。 Further, the metal base material is a cast member in which a dissimilar metal bonding layer is formed in a circular shape on the surface of the metal base material, or the metal base material is formed on the surface of the metal base material. This is achieved more effectively by using a wrought material formed into a circular shape.
また、本発明は、発生する摩擦熱は、結合材料の融点より低い温度であることによって、或は回転体は、結合材料の軟化温度よりも高い軟化温度を有していることによって、或は結合材料は、金属の粉体又は粒体であることによって、或は結合材料は、円状または円環状に形成された金属板材であることによって、或は結合材料は、バインダーにより円状または円環状に固められた金属の粉体又は粒体であることによって、或は結合材料が載置される金属母材の表面に溝が形成されていることによって、或いは回転体を金属母材表面に対して相対回転させて圧接しつつ、孔又は隙間内のガスを抜く工程を有することによってより効果的に達成される。 The present invention also provides that the generated frictional heat is lower than the melting point of the bonding material, or that the rotating body has a softening temperature higher than the softening temperature of the bonding material, or The bonding material is a metal powder or granule, or the bonding material is a metal plate formed in a circular or annular shape, or the bonding material is circular or circular with a binder. The metal powder or particles solidified in an annular shape, or a groove is formed on the surface of the metal base material on which the bonding material is placed, or the rotating body is formed on the surface of the metal base material. It is achieved more effectively by having a step of extracting the gas in the hole or gap while rotating relative to and pressing.
上述した方法により形成された金属結合層を表面に有する金属部品によって、或は耐磨耗性が要求される摺動面に金属結合層を表面に形成したことによって、或は高硬度、耐食、熱伝導、潤滑性の特性金属結合層として前記金属結合層を表面に有することによって、或は金属母材表面上に載置された孔を有する円状部材と、円状部材との間に形成された円状の隙間に挿入される円環上圧接部とを有し、金属母材表面に対して結合材を挟んで相対回転しながら圧接するようになっていることを特徴とする加圧工具によってより効果的に達成される。 By using a metal part having a metal bonding layer formed on the surface as described above, or by forming a metal bonding layer on the surface of a sliding surface where wear resistance is required, or high hardness, corrosion resistance, Characteristics of heat conduction and lubricity Formed between the circular member and the circular member having a hole placed on the surface of the metal base material by having the metal bonding layer on the surface as a metal bonding layer And an annular pressure contact portion that is inserted into the circular gap, and is configured to be pressed against the metal base material surface while being relatively rotated with a binder interposed therebetween. Achieved more effectively with tools.
本発明により、金属母材と結合材料との摺動によって金属材表面の酸化皮膜が破壊され、結果として酸化皮膜の無い金属結合層を提供することが可能となった。 According to the present invention, the oxide film on the surface of the metal material is broken by sliding between the metal base material and the bonding material, and as a result, a metal bonding layer having no oxide film can be provided.
本発明において、金属結合層が形成される金属母材は、金属製であれば特に限定されない。金属結合層を形成する表面は平滑面であり、回転体の先端接触面の全面が接触できる平面である。 In the present invention, the metal base material on which the metal bonding layer is formed is not particularly limited as long as it is made of metal. The surface on which the metal bonding layer is formed is a smooth surface, which is a flat surface that can be contacted by the entire tip contact surface of the rotating body.
金属母材は、鋳物部材（砂型鋳物、金型鋳物、低圧鋳物、ダイカスト鋳物等）、展伸材（板、押し出し材、鍛造材等）等、その製造方法は特に限定されない。表面に、母材の構成材料と異なる異種金属結合層を形成することによって、母材の有する金属特性を部分的に強化し、或は母材と異なる金属特性を部分的に付加させることができる。例えば耐磨耗性のある金属結合層を、熱伝導性の高い金属母材の表面に形成することによって、耐磨耗性があり、摩擦熱の放出が容易な金属部品を形成することができる。 The metal base material is a casting member (sand casting, die casting, low pressure casting, die casting, etc.), wrought material (plate, extruded material, forging material, etc.), and the production method thereof is not particularly limited. By forming a dissimilar metal bonding layer different from the constituent material of the base material on the surface, it is possible to partially strengthen the metal properties of the base material or to add metal properties different from the base material. . For example, by forming a wear-resistant metal bonding layer on the surface of a metal base material having high heat conductivity, it is possible to form a metal part that is wear-resistant and easily releases frictional heat. .
本発明は、結合材料を溶かして金属結合層を形成するものではなく、摩擦熱により温度を上げて塑性変形抵抗を下げ、原子同士の反応により結合させること（結合させようとする原子にエネルギーを与えて原子同志を結合できる距離に近づけること）で金属結合を形成する。従って、金属材料を加熱するための熱源を別個に設ける必要がない。すなわち、結合材料の融点よりも摩擦熱の温度が低い。回転体の構成材料は、結合材料よりも軟化温度が高いため、回転体側に金属結合層が付着しにくい。ここで、軟化温度とは、回転体が十分な強度を有する状態における限界（最高）温度をいい、融点よりも低い温度である。 The present invention does not dissolve the bonding material to form a metal bonding layer, but raises the temperature by frictional heat to lower the plastic deformation resistance and bond it by the reaction between atoms (the energy to be bonded to the atoms to be bonded). To bring them close to the distance at which atoms can bond together) to form a metal bond. Therefore, it is not necessary to provide a separate heat source for heating the metal material. That is, the temperature of frictional heat is lower than the melting point of the binding material. Since the constituent material of the rotating body has a softening temperature higher than that of the bonding material, the metal bonding layer hardly adheres to the rotating body side. Here, the softening temperature refers to a limit (maximum) temperature in a state where the rotating body has sufficient strength, and is a temperature lower than the melting point.
結合材料を粉体又は粒体とすることにより、均一な金属結合層を形成することができ、結合層の金属組成も容易に変更することができる。また、結合材料を円状および円環状に形成された金属板材とすることで、隙間への結合材料の充填が作業的に容易となる。同様に、粉体又は粒体の結合材料をバインダーで円状および円環状に固めることによっても、隙間への結合材料の充填が作業的に容易となる。 By making the bonding material powder or granules, a uniform metal bonding layer can be formed, and the metal composition of the bonding layer can be easily changed. Moreover, filling the gap with the bonding material is facilitated by making the bonding material a metal plate formed in a circular shape or an annular shape. Similarly, filling the gap with the binding material in a circular or annular shape with a binder also facilitates the filling of the gap with the binding material.
回転体の円状圧接部は、全面が母材に対して常時接触した状態で相対的に回転するので、圧接部と母材との間では、全接触面において常に圧力と摩擦熱が発生する。その結果、全接触面において均一でかつ完全な金属結合層の形成が可能となる。 Since the circular pressure contact portion of the rotating body rotates relatively with the entire surface always in contact with the base material, pressure and frictional heat are always generated between the press contact portion and the base material on all contact surfaces. . As a result, a uniform and complete metal bonding layer can be formed on all contact surfaces.
以下、図面を参照にしながら、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、金属母材の表面に金属結合層を形成するための様子を示す側面図であり、図２は同じく平面図、図３は同じく部分斜視図である。金属母材１の表面には回転体ガイド部材２が載置され、金属母材１の下側には基台３が設けられている。
FIG. 1 is a side view showing a state for forming a metal bonding layer on the surface of a metal base material, FIG. 2 is also a plan view, and FIG. 3 is a partial perspective view. A rotating
回転体ガイド部材２は基台３に対して固定されており、金属母材１を挟んだ状態で締め付けて固定する。なお、固定方法は特に限定されず、ネジで固定してもよく、プレスで固定してもよい。
The rotating
回転体ガイド部材２は中央部に孔２１が形成されており、孔２１の円周内側面２２は、金属母材１の表面に対して直角となるように形成されている。孔２１の底部には異種金属結合をさせる部分の金属母材１の表面（結合層形成部）１１を露出させる。
The rotating
この結合層形成部１１は円状に形成され、周方向に沿って溝１２が形成されている。この溝１２は結合材料の飛散を防ぐ役割を果たしており、これにより必要量以上の結合材料を充填する必要がなくなった。そして、結合層形成部１１には、結合層形成部１１の露出面を覆うように結合材料が載せられる。
The coupling
結合材料は、金属の粉体、粒体等によって構成される。金属の種類は特に限定されない。また、粉体、粒体は混在していてもよく、複数の種類の金属、又は合金等の粉体又は粒体を混ぜ合わせたものであってもよい。 The binding material is composed of metal powder, granules, and the like. The type of metal is not particularly limited. In addition, powders and granules may be mixed, or powders or granules of a plurality of types of metals or alloys may be mixed.
孔２１には、加圧工具として回転体４が挿入される。図４は、加圧工具である回転体４の側面断面図であり、回転体４は、回転軸４１と、回転軸４１の先端に形成された圧接部４２とを有している。回転軸４１の基端には、回転駆動する駆動部に接続される接続部（図示せず）が設けられている。
The rotating
圧接部４２は、回転軸４１の軸線に対して直角に交差する平面内に形成された圧接面４２１を有し、圧接面４２１は、孔２１とほぼ同じ大きさの円状に形成されている。圧接面４２１で構成される円状は、中心が回転軸４１の軸線上に位置している。
The
このような回転体４の構成材料は、結合材料を構成する金属及び合金の軟化温度よりも高い軟化温度を有する合金である。回転体ガイド部材２及び回転体４の構成材料としては、例えば高速度工具鋼（ＳＫＨ）や合金工具鋼（ＳＫＳ、ＳＫＤ、ＳＫＴ）で構成することができる。
Such a constituent material of the
以上のように構成された回転体４は、先端の圧接面４２１を孔２１内へ挿入し、回転軸４１を中心として圧接面４２１を金属母材１の表面に載置されている結合材料へ相対回転させつつ押し付ける。この際、圧接面４２１と結合材料との間に生じる摩擦熱と、押圧力によって、結合材料は軟化しつつ、非溶融状態で塑性流動化し、粉状若しくは粒状であった結合材料は、金属結合によって金属母材１と一体化し、金属母材１の表面（結合層形成部１１）に金属結合層を形成する。また、粉状又は粒状の結合材料は、回転体ガイド部材２と円周内側面２２との間に溜められ、孔２１の外側には結合材料が洩れない構成となっており、必要以上の量の結合材料を孔２１に充填する必要はない。
In the
なお、回転体４を結合材料へ相対回転させ押し付けつつ、孔２１内のガスを抜く工程を行う。ここでガスとは、空気、各種気体を含む混合物をいう。孔２１内には、ガスを抜くためのバルブ（図示せず）が設けてあり、バルブはガスだけを抜き、結合材料が外部に抜け出ないような構造になっている。この工程を省略すると、残存圧縮高圧ガスにより塑性流動化した結合金属が部分的に未結合を生じる場合がある。
In addition, the process of extracting the gas in the
図５に示すように、結合材料と金属母材１の摩擦熱と回転体４（図示せず）の押圧力による非溶融状態での塑性流動化は、結合層形成部１１の溝１２周辺の任意の場所（結合層形成部１１表面）から起る（図５−Ａ）。そして、結合層形成部１１表面から発生した摩擦熱により、金属母材表面の温度は急激に上昇し、結合層形成部１１の塑性流動化が進行し、金属母材１の内部へと塑性流動化が進む（図５−Ｂ）。やがて、結合層形成部１１と溝１２は同じ深さになり、溝１２中の結合材料と共に塑性流動化を起し、全体的に金属結合層を形成する（図５−Ｃ）。
As shown in FIG. 5, the plastic fluidization in the non-molten state due to the frictional heat of the bonding material and the
以上のような方法によって構成される金属結合層は、金属母材１の表面（平面）に形成され、平面内での形状は、回転体４の圧接面４２１の形状に沿った円状となる。適宜必要に応じて、圧接面４２１の直径の異なる回転体４、及び孔２１を用いることによって、任意の径の金属結合層を形成することが可能となる。これにより、図６に示すように金属母材１の表面を大きさ、場所、形状等を任意に局部的に機能化することが可能となった。
The metal bonding layer configured by the above method is formed on the surface (plane) of the
このような方法で形成される金属結合層は、強度、耐磨耗性、熱疲労性、高温疲労性、高硬度、耐食性、熱伝導性、潤滑性等に優れ、例えば耐磨耗性、熱疲労性、高温疲労性、高硬度、耐食性、熱伝導性、潤滑性等が要求されるエンジン部品（シリンダーヘッド、シリンダーブロック、ハウジング、ピストン等）、トランスミッション部品（ケース、ハウジング等）等の車の部品に使用できる。 The metal bonding layer formed by such a method is excellent in strength, wear resistance, thermal fatigue, high temperature fatigue, high hardness, corrosion resistance, thermal conductivity, lubricity, etc., for example, wear resistance, heat Vehicle parts such as engine parts (cylinder head, cylinder block, housing, piston, etc.) and transmission parts (case, housing, etc.) that require fatigue, high temperature fatigue, high hardness, corrosion resistance, thermal conductivity, lubricity, etc. Can be used for parts.
さらに、結合材料は、粉状又は粒状のまま孔２１に充填する方法の他、熱によって蒸発し、常温で固体となる性質を有するバインダーによって、金属粉又は金属粒を、圧接面４２１の形状に合致する大きさの円状に固められたものとすることができる。この場合には、結合材料の孔２１への充填作業が容易となる。また、結合材料を液体と混合させ、孔２１内へ注ぐことも可能である。この場合、液体は摩擦熱で揮発するため、金属結合層と反応することは無い。
Further, in addition to the method of filling the
次に、金属結合層を円環状に形成する場合について説明する。以下、図面を参照にしながら、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下は一実施の形態であり、本発明がこれに限定される趣旨のものではない。また、上述した内容と重複する個所については説明を省略する。 Next, a case where the metal bonding layer is formed in an annular shape will be described. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following is one embodiment, and the present invention is not limited to this. Further, the description of the same parts as those described above is omitted.
図７は、金属母材の表面に金属結合層を円環状に形成するための様子を示す平面図であり、図８は同じく全体側面図、図９は同じく部分斜視図である。以下、金属母材１の表面に金属結合層を形成する場合について説明する。
FIG. 7 is a plan view showing a state in which a metal bonding layer is formed in an annular shape on the surface of a metal base material, FIG. 8 is an overall side view, and FIG. 9 is a partial perspective view. Hereinafter, a case where a metal bonding layer is formed on the surface of the
金属母材１の表面には内側部材５と外側部材６とが載置され、金属母材１の下側には基台３が設けられている。基台３の中央部には、内側部材５を固定するための固定手段としてのボルト５１が挿通するネジ孔５２が形成されている。内側部材５の中心には、ボルト５１が挿通するネジ孔５２が形成されており、ボルト５１によって、基台３に載置された金属母材１は、内側部材５との間で締着固定されるか、プレスで固定される。
An
内側部材５は外縁形状が円形であり、円周外側面５３は、内側部材５が載置されている金属母材１の表面に対して直角となるように形成されている。外側部材６は中央部に孔６１が形成されており、孔６１は、内側部材５の外径よりも大きい径を有する円形孔である。孔６１の円周内周面６２は、金属母材１の表面に対して直角となるように形成されている。
The
外側部材６は基台３に対して固定されており、基台３と外側部材６とによって、金属母材１を挟んだ状態で、これを締め付けて固定する。内側部材５は外側部材６の孔６１内に位置し、内側部材５の中心と孔６１の中心は同じ位置となるように配置されている。このような相対位置とすることによって、内側部材５の円周外側面５３と、外側部材６の円周内周面６２との間に隙間７ができ、金属結合層が形成される金属母材１の表面（結合層形成部）１１が露出する。
The outer member 6 is fixed to the
この結合層形成部１１は円環状に形成され、周方向に沿って溝１２が形成されている。そして、結合層形成部１１には、結合層形成部１１の露出面を覆うように結合材料が載せられる。
The coupling
結合材料は、金属の粉体、粒体などによって構成される。金属の種類は特に限定されない。また、粉体、粒体は混在していてもよく、複数の種類の金属、又は合金等の粉又は粒を混ぜ合わせたものであってもよい。 The binding material is composed of metal powder, granules, and the like. The type of metal is not particularly limited. Moreover, powder and a granule may be mixed, and what mixed powder or grain | grains, such as a several kind of metal, or an alloy, may be used.
隙間７には、加圧工具として回転体４が挿入される。図１０は、加圧工具である回転体４の側面断面図であり、回転体４は、回転軸４１と、回転軸４１の先端に形成された圧接部４２と、圧接部４２の中央に形成された円筒形状の凹部４３とを有している。回転軸４１の基端には、回転駆動する駆動部に接続される接続部（図示せず）が設けられている。
The
圧接部４２は、回転軸４１の軸線に対して直角に交差する平面内に形成された圧接面４２２を有し、圧接面４２２は、隙間７とほぼ同じ大きさの円環状に形成されている。圧接面４２２で構成される円環は、中心が回転軸４１の軸線上に位置しており、圧接面４２２の円環の内側には凹部４３が位置している。
The
このような回転体４の構成材料は、結合材料を構成する金属及び合金の軟化温度よりも高い軟化温度を有する合金である。内側部材５、外側部材６及び回転体４の構成材料としては、例えば高速度工具鋼（ＳＫＨ）や合金工具鋼（ＳＫＳ、ＳＫＤ、ＳＫＴ）で構成することができる。
Such a constituent material of the
以上のように構成された回転体４は、先端の圧接面４２２を隙間７内へ挿入し、回転軸４１を中心として圧接面４２２を金属母材１の表面に載置されている結合材料へ押し付ける。この際、圧接面４２２と結合材料との間に生じる摩擦熱と、押圧力によって、結合材料は軟化しつつ、非溶融状態で塑性流動化し、粉状若しくは粒状であった結合材料は、金属結合によって金属母材１と一体化し、金属母材１の表面（結合層形成部１１）に金属結合層を形成する。また、粉状又は粒状の結合材料は、内側部材５と外側部材６の間に溜められ、隙間７の外側には結合材料が洩れない構成となっており、必要以上の量の結合材料を隙間７に充填する必要はない。
In the
なお、回転体４を結合材料へ相対回転させつつ押し付ける前に、隙間７内に含まれているガスを抜く工程を行う。隙間７内には、ガスを抜くためのバルブ（図示せず）が設けてあり、バルブはガスだけを抜き、結合材料が外部に抜け出ないような構造になっている。この工程を省略すると、残存圧縮高圧ガスにより塑性流動化した結合金属が部分的に未結合を生じる場合がある。
In addition, the process of extracting the gas contained in the
以上のような方法によって構成される金属結合層は、金属母材１の表面（平面）に形成され、平面内での形状は、回転体４の圧接面４２２の形状に沿った円環状となる。適宜必要に応じて、圧接面４２２の直径の異なる回転体４、及び内側部材５、外側部材６を用いることによって、任意の径の金属結合層を形成することが可能となる。
The metal bonding layer configured by the above method is formed on the surface (plane) of the
このような方法で形成される金属結合層は、例えば金属母材１をアルミニウム板材で構成されたディスクブレーキロータのブレーキパッドの接触部に形成することができる。図１１はディスクブレーキロータ８の全体平面図である。ディスクブレーキロータ８は、ブレーキパッドとの接触によって発生する摩擦熱を逃がすために、十分な熱伝導性を有する必要があり、かつブレーキパッドとの接触部は、耐磨耗性を備える必要がある。
The metal bonding layer formed by such a method can be formed, for example, on the contact portion of the brake pad of the disc brake rotor in which the
ディスクブレーキロータのブレーキパッドの接触部に、金属結合層を設けることによって、接触部の耐磨耗性を部分的に強化することができ、ディスクブレーキロータ本体の材料選択の幅を広くすることができる。例えば耐磨耗性は高くないが、熱伝導性の高い材料、或は加工が容易な材料などを選択することが可能となる。特に母材表面の耐磨耗性を向上させる為には、結合材料の組成が、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌを含んでいるとよく、熱伝導性を向上させるためには、本体はアルミニウム又はアルミニウム合金で構成されているとよい。 By providing a metal bonding layer on the contact portion of the brake pad of the disc brake rotor, the wear resistance of the contact portion can be partially enhanced, and the material selection range of the disc brake rotor body can be widened. it can. For example, it is possible to select a material that is not high in wear resistance but has high thermal conductivity, or a material that can be easily processed. In particular, in order to improve the wear resistance of the base material surface, the composition of the binding material should contain Si, Cu, Mg, Fe, Al, and in order to improve the thermal conductivity, It is good to be comprised with aluminum or aluminum alloy.
母材であるディスクブレーキロータ８をアルミニウム板材で構成することにより、熱伝導性と軽量化を図り、ブレーキパッドとの接触部８１の表面に耐磨耗性を有する金属結合層８１１を形成することにより、放熱と耐磨耗性を兼ね備えたディスクブレーキロータ８を得ることができる。
The
なお、周端部の接触部８１には、同心円状に形成された金属結合層８１１が設けられている。耐磨耗性を付与するためには、接触部８１の全面に金属結合層を設ける他、複数の金属結合層を、間隔をあけて形成した構成としてもよい。結合層の幅（面積）が少ないほど、圧接面４２２から加わる圧力が集中し、結合層の形成が一層容易となる。
Note that the
なお、ディスクブレーキロータに限らず、プーリーや滑車等の他の金属部品の表面に金属結合層を形成することが可能となる。 In addition, not only a disc brake rotor but a metal coupling layer can be formed on the surface of other metal parts such as pulleys and pulleys.
さらに、結合材料は、粉状又は粒状のまま隙間７に充填する方法の他、熱によって蒸発し、常温で固体となる性質を有するバインダーによって、金属粉又は金属粒を、圧接面４２２の形状に合致する大きさの円環状に固められたものとすることができる。この場合には、結合材料の隙間７への充填作業が容易となる。
In addition to the method of filling the
以上、図面（図１から図１１）を参照にしながら、本発明の実施形態を説明したが、上述した内容は本発明の一実施の形態であり、本発明がこれに限定される趣旨のものではない。なお、金属母材の形状は、特に限定されず、長方形、正方形であってもよい。
金属母材表面の異種金属結合方法について、以下に実施例を説明する。
The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings (FIGS. 1 to 11). However, the above description is an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this. is not. In addition, the shape of a metal base material is not specifically limited, A rectangle and a square may be sufficient.
Examples of the method for bonding dissimilar metals on the surface of a metal base material will be described below.
図１に示されているように、孔２１の直径を４０ｍｍ、結合層形成部１１の溝１２は、深さ０．３ｍｍ、幅６ｍｍとした。
As shown in FIG. 1, the diameter of the
また、回転体４の圧接面４２１の直径を３９．６ｍｍとした。構成材料はＳＫＤ６１とした。
The diameter of the
溝１２内には、結合材料を、溝１２の底面から３ｍｍ程度の厚さとなる量を充填した。結合材料の構成成分は、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが３．５重量％、Ｍｇが１．２重量％、Ｆｅが５重量％、残部がＡｌとし、粉体粒度４０μｍ〜２００μｍの粒度分布の粉体を使用した。
The
また、母材は、アルミニウム合金とした。このような条件において、回転体４の先端の圧接部４２を孔２１内に挿入し、回転数２０００ｒｐｍで回転（圧接面と母材との相対速度は、３００ｍ／ｍｉｎ）させながら、母材へ向けて圧接しつつ、孔２１内のガスを抜き、圧接面温度を４５０℃〜６００℃にし、この状態を維持した。圧接面の母材に対する圧力は、２３０ｋｇ/ｃｍ２以下であった。
The base material was an aluminum alloy. Under such conditions, the
図１２は、ダイカスト鋳物（ＡＤＣ１２）とアルミ合金粉末で形成された金属結合層の断層写真である。従来の方法では、図１３に示すように酸化皮膜９が出来ていたが、本発明の方法により、酸化皮膜が確認されず、金属結合層は、結合材料の粉体が金属結合し、母材に対しても完全な金属結合をしていることが確認された。 FIG. 12 is a tomographic photograph of a metal bonding layer formed of die casting (ADC12) and aluminum alloy powder. In the conventional method, the oxide film 9 was formed as shown in FIG. 13, but the oxide film was not confirmed by the method of the present invention. It was confirmed that the metal has a complete metal bond.
上記結果は、母材や結合材料を他の金属成分とした場合にも同様に確認された。 The above results were confirmed in the same manner when the base material and the bonding material were other metal components.
図８に示されているように、内側部材５の外径を１３６ｍｍ、外側部材６の孔６１の内径を１４８ｍｍとし、結合層形成部１１の溝１２は、深さ０．３ｍｍ、幅６ｍｍとした。
As shown in FIG. 8, the outer diameter of the
また、回転体４の圧接面４２１の内径を１３４ｍｍ、外径を１５０ｍｍとした。構成材料はＳＫＤ６１とした。
The inner diameter of the
溝１２内には、結合材料を、溝１２の底面から３ｍｍ程度の厚さとなる量を充填した。結合材料の構成成分は、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが３．５重量％、Ｍｇが１．２重量％、Ｆｅが５重量％、残部がＡｌとした。
The
また、母材は、アルミニウム合金展伸材２０１４（ジュラルミン）とした。このような条件において、回転体４の先端の圧接部４２を隙間７内に挿入し、回転数１６００ｒｐｍで回転（圧接面と母材との相対速度は、８００ｍ／ｍｉｎ）させながら、母材へ向けて圧接しつつ、隙間７内のガスを抜き、圧接面温度を４５０℃〜６００℃にし、この状態を維持した。圧接面の母材に対する圧力は、２３０ｋｇ/ｃｍ２以下であった。
The base material was an aluminum alloy wrought material 2014 (duralumin). Under such conditions, the
図１４は、アルミニウム合金展伸材２０１４（ジュラルミン）とアルミ合金粉末で形成された金属結合層の断層写真である。従来の方法では、図１３に示すように酸化皮膜９が出来ていたが、本発明の方法により、酸化皮膜が確認されず、金属結合層は、結合材料の粉体が金属結合し、母材に対しても完全な金属結合をしていることが確認された。 FIG. 14 is a tomographic photograph of a metal bonding layer formed of aluminum alloy wrought material 2014 (duralumin) and aluminum alloy powder. In the conventional method, the oxide film 9 was formed as shown in FIG. 13, but the oxide film was not confirmed by the method of the present invention. It was confirmed that the metal has a complete metal bond.
上記結果は、母材や結合材料を他の金属成分とした場合にも同様に確認された。 The above results were confirmed in the same manner when the base material and the bonding material were other metal components.
なお、必要により構成材料の反対側にもアルミ合金異種材を結合させることにより、ブレーキディスクローターを製造することができる。 If necessary, a brake disc rotor can be manufactured by bonding a dissimilar aluminum alloy material to the opposite side of the constituent material.
１ 金属母材
１１ 結合層形成部
１２ 溝
２ 回転体ガイド部材
２１ 孔
２２ 円周内側面
３ 基台
４ 回転体
４１ 回転軸
４２ 圧接部
４２１ 圧接面
４２２ 圧接面
４３ 凹部
５ 内側部材
５１ ボルト
５２ ネジ孔
５３ 円周外側面
６ 外側部材
６１ 孔
６２ 円周内周面
７ 隙間
８ ディスクブレーキロータ
８１ ブレーキパッド接触部
８１１ 金属結合層
９ 酸化皮膜
DESCRIPTION OF
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003367957A JP2005131652A (en) | 2003-10-28 | 2003-10-28 | Method for coupling different type of metal on surface of base metal, and metal component |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007321225A (en) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Furuchuu:Kk | Aluminum composite body, and method and device for producing the same |
| CN104602858A (en) * | 2012-09-11 | 2015-05-06 | 马勒金属立夫有限公司 | An engine piston and a process for making an engine piston |
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2003
- 2003-10-28 JP JP2003367957A patent/JP2005131652A/en not_active Ceased
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