JPH06238421A - 金属マトリックス複合材料およびその製造法 - Google Patents

金属マトリックス複合材料およびその製造法

Info

Publication number
JPH06238421A
JPH06238421A JP4309624A JP30962492A JPH06238421A JP H06238421 A JPH06238421 A JP H06238421A JP 4309624 A JP4309624 A JP 4309624A JP 30962492 A JP30962492 A JP 30962492A JP H06238421 A JPH06238421 A JP H06238421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nickel
light metal
phase
carbon
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP4309624A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0763837B2 (ja
Inventor
James Alexander Evert Bell
ジェームズ、アレクサンダー、エバート、ベル
Thomas Francis Stephenson
トーマス、フランシス、スティーブンソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vale Canada Ltd
Original Assignee
Vale Canada Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vale Canada Ltd filed Critical Vale Canada Ltd
Publication of JPH06238421A publication Critical patent/JPH06238421A/ja
Publication of JPH0763837B2 publication Critical patent/JPH0763837B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C22C49/14Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
    • 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
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/18Non-metallic particles coated with metal
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/02Surface coverings of combustion-gas-swept parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00Metals
    • F05C2201/04Heavy metals
    • F05C2201/0433Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0466Nickel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12486Laterally noncoextensive components [e.g., embedded, etc.]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12736Al-base component
    • Y10T428/12764Next to Al-base component
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12785Group IIB metal-base component
    • Y10T428/12792Zn-base component

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】軽金属鋳造物の摩耗表面における硬い耐摩耗性
粒子および潤滑性炭素相の局在混合物を製造するための
低圧法を提供する。 【構成】鋳造物の一部に、ニッケル含有金属間化合物相
を備えたニッケル被覆したグラファイトまたは炭素を有
する軽金属合金複合材料を製造し、軽金属を予め決めら
れた形状に鋳造するための金型を用意し、ニッケル被覆
した炭素相構造を金型の一部内に配置し、軽金属を金型
内の炭素構造の回りに注ぎ込み、軽金属とニッケル被覆
した炭素構造との間の界面を濡らし、ニッケル被覆した
炭素に隣接する軽金属中でニッケル含有金属間化合物相
が形成され、耐摩耗性が増加し、次いで軽金属が凝固
し、金属マトリックス複合材料を形成する、金属マトリ
ックス複合材料の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウムおよび亜
鉛の様な材料のための、軸受け表面の非潤滑磨耗におけ
る改良に関する。
【0002】
【従来の技術】ニッケル被覆したグラファイト粒子の使
用は、バディアらにより米国特許第3,753,694
号および同第3,885,959号明細書に開示されて
いる。ニッケル被覆したグラファイト粒子は、アルミニ
ウム鋳造物の機械加工性および耐摩耗性を改善してい
る。しかし、バディアらの方法には、ニッケル被覆グラ
ファイトがアルミニウム鋳造物全体に分散するために生
じる問題点がある。グラファイト粒子は、アルミニウム
系鋳造物全体の強度および関連する特性を低下させる。
最も好ましいのは、グラファイトによる悪影響を最少に
抑えるために、摩耗および機械加工性の改良を必要とす
る表面にのみグラファイト粒子を配置することである。
【0003】アルミニウム合金の耐摩耗性を改善するた
めのもう一つの技術は、スキボらの米国特許第4,75
9,995号明細書に記載されている。スキボらは、ア
ルミニウム鋳造物全体にSiCを分散させることを開示
している。SiC粒子はグラファイト程強度特性を損な
わない。しかし、スキボらの方法にも問題点がある。S
iC複合材料の極度に硬い表面は、潤滑剤を十分に保持
しない、つまり固有の潤滑特性を与えない。
【0004】耐摩耗性を改良するための別の関連技術
は、炭素繊維およびアルミナ繊維の組合わせからなる半
製品を加圧射出成形またはスクイズ鋳造(squeeze-cas
t)することである。加圧射出成形法は、ホンダにより
米国特許第4,633,931号および同第4,81
7,578号明細書に記載されている。ホンダにより開
示されている方法では、炭素およびアルミナの繊維の組
合わせを配量し、半製品に成形し、鋳造物の所望の区
域、すなわち内燃機関のシリンダー壁の内側に配置す
る。ホンダの方法の望ましい特徴は、摩耗特性を改良す
るための硬い相(Al2 3 )および潤滑摩耗特性を改
良するための炭素繊維の両方を与えることにある。さら
に、強度の劣化は、すべて繊維半製品を含む鋳造物の区
域に分離されている。しかし、ホンダにより開示されて
いる方法は、アルミナおよび炭素繊維の半製品に含浸さ
せるために溶融アルミニウム金属に約20〜250MPa
の圧力を必要とすることである。高圧が必要なために、
半製品を射出成形するコストが非常に高くなる。
【0005】
【発明が解決すべき課題】本発明の目的は、軽金属鋳造
物の摩耗表面における硬い耐摩耗性粒子および潤滑性炭
素相の局在混合物を製造するための低圧法を提供するこ
とである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、鋳造物の一部
に、ニッケル含有金属間化合物相を備えたニッケル被覆
したグラファイトまたは炭素を有する軽金属合金複合材
料を製造する。軽金属を予め決められた形状に鋳造する
ための金型を用意する。ニッケル被覆した炭素構造を金
型の一部内に配置する。軽金属を金型内の炭素構造の回
りに注ぎ込み、軽金属とニッケル被覆した炭素構造との
間の界面を濡らす。ニッケル被覆した炭素に隣接する軽
金属中でニッケル含有金属間化合物相が形成され、耐摩
耗性が増加する。次いで、軽金属が凝固し、金属マトリ
ックス複合材料を形成する。
【0007】本発明では、該鋳造部品の摩耗表面で、よ
り柔らかい射出金属相中に硬い相をその場で形成し、同
時に炭素の潤滑相も形成する。本発明は、製品、および
摩耗表面に硬い粒子および炭素の混合物を含む鋳造部品
の低圧製造方法を提供する。炭素は鋳造物の本体全体に
分散してはいない。
【0008】この製造方法では、炭素またはグラファイ
ト繊維、フェルトまたは紙の様な炭素構造上にニッケル
被覆すること、そのニッケル被覆した構造を半製品形状
に成形すること、その半製品を金型中の所望の場所に配
置すること、次いで軽金属の部品を鋳造することからな
る。本明細書では、炭素相とは炭素、グラファイトおよ
び炭素とグラファイトの混合物を指す。また、軽金属と
は、アルミニウム、アルミニウムの合金、亜鉛、または
亜鉛の合金を意味する。ニッケル被覆炭素と共に使用す
る最も有利なアルミニウム−ケイ素合金は、ASMメタ
ルズハンドブック、2巻、第10版、125〜127お
よび171頁に記載されている300シリーズである。
本発明の方法に使用するアルミニウム−ケイ素合金は、
硬度を改良するために約5〜17重量%のケイ素を含む
のが最も有利である。本発明のニッケル被覆炭素と併用
できる亜鉛合金の例は、上記のメタルズハンドブックの
528〜29頁に記載されている亜鉛ダイカスト合金で
ある。鋳造または射出成形の際、ニッケル被覆は、中ま
たは低圧、すなわち約0.7Mpa で半製品を十分に含浸
する濡れ易い表面を与える。溶融したAlまたはZnま
たはそれらの合金が半製品に含浸する際に、繊維状また
は粒状半製品からニッケルが溶解する。ニッケル金属
は、AlまたはZnと反応し、繊維状半製品の内側で、
Al3 Ni、AlNi、Ni2 Al3 、またはNi3
22の金属間化合物をその場で形成する。ニッケル被覆
は、耐酸化性を与え、ニッケル含有金属間化合物に相変
換する際に熱を発生する。得られた半製品は、最終的に
繊維状または粒状炭素相として、鋳造合金のマトリック
ス中で硬いニッケルアルミナイド相(またはNi3 Zn
22)になる。ニッケル含有金属間化合物は、炭素構造の
1ミリメートル以内で形成されるのが有利である。最も
有利なのは、ニッケル含有金属間化合物が炭素構造の1
ミリメートル以内で形成されることである。
【0009】上記の複合材料、またはその製造方法は、
エンジンライナーおよびエンジンライナー挿入物の製造
に特に有用である。エンジンライナーを製造するには、
半製品を金型中に置き、所望の形状に鋳造する。エンジ
ンライナー挿入物を製造するには、半製品を円筒状の金
型中に鋳造して中空の複合材料シリンダーを形成し、続
いてそれをエンジンブロックに鋳造する。濡れ性が良い
ので、低含浸圧で潤滑のための炭素相および耐摩耗性改
良のための硬質相が得られる。炭素相および硬質相は、
所望の場所にのみ与えられる。例えば、ピストンライナ
ーおよびピストンライナー挿入物の場合、炭素相および
金属間化合物相は、ピストンの軸受け表面に配置するの
が有利である。
【0010】図1の加圧鋳造装置10は、各種の複合材
料および複合材料の成形方法を評価するのに使用され
る。図1に関して、加圧鋳造装置10を誘導コイル12
で加熱し、不活性雰囲気14中に保持する。最も有利な
のは、アルゴンの様な不活性ガスをガス入り口16およ
びガス出口18を通して流し、ハウジング20内に、液
体金属の過剰酸化を防ぐための保護雰囲気を維持するこ
とである。ハウジング20は、好ましくは石英管22お
よび末端キャップ24および26からなる。ハウジング
20内で、グラファイト金型28は、複合材料形成用の
空間を与えるために、底部シール30、ダイスキャップ
32および冷却ブロック34を有する。熱電対36がグ
ラファイト金型28の温度を測定する。押圧棒38を使
用してプランジャー40を駆動し、そのプランジャーが
液体の軽金属合金42をグラファイトダイス44中に押
し込む。軽金属はグラファイトダイス44中の繊維46
の中に押し込まれ、試料を形成する。試料は金属マトリ
ックス複合材料として凝固させる。
【0011】(実施例)以下に、本発明を実施例に基づ
いてさらに説明する。実施例1(A) ハーキュリースAS4炭素繊維の12,000フィラメ
ント束をグラファイトダイス44の5mm穴に入れた。純
粋アルミニウム製の直径2.5cm、高さ2.5cmのシリ
ンダーをグラファイトダイス44の上に載せ、図1のグ
ラファイト金型28中に収容した。図1の装置をアルゴ
ンで掃気し、次いで誘導コイルで705℃に加熱した。
5分後、アルミニウムが融解し、プランジャーに4.5
MPa の圧力をかけた。鋳造物の断面を図2に示す。
【0012】実施例1(B) AS4繊維を20重量%のNiで被覆してからダイス中
に入れた。鋳造物の断面を図3に示す。図3は、ニッケ
ル被覆した炭素繊維が溶融アルミニウムにより適切に濡
らされていることを示しているのに対し、図2は、溶融
アルミニウムが半製品に浸透した時に、被覆していない
炭素繊維は濡れずに、かたまる傾向があることを示して
いる。実施例1(A)および1(B)は、ニッケル被覆
はアルミニウムによる炭素繊維の濡れ性を改善するのに
効果的であることを示している。
【0013】実施例2 ニッケル被覆した炭素半製品の低圧液体含浸により一連
の複合材料シリンダーを製造した。半製品製造に使用し
たニッケル被覆炭素紙またはフェルトは、試料技術会
議、レイク キアネスカ、ニューヨーク、1991年1
0月で発表されたベルおよびハンセンの報告に記載され
ている。
【0014】重量34 g/m2 で、約97%の空隙を有す
る炭素紙を33重量%のNiで被覆した。厚さ0.3mm
のこの紙を裁断し、直径約15mmの中空でないグラファ
イトシリンダーの周囲に巻き付け、壁厚3〜5mmで、長
さ75mmの円筒状半製品を形成した。この中空でないグ
ラファイト棒の上に円筒状の半製品を載せた試料を内径
23mmのステンレス鋼管の内側に入れた。
【0015】この半製品を保持したステンレス鋼管をP
cast875L加圧含浸鋳造機中に入れ、400℃で
保持した。次いで、この装置の底部の中にある純粋アル
ミニウムを700℃に加熱し、アルゴン圧0.7MPa
(100psi)により半製品中に含浸させた。含浸時間は
数秒間だけであった。熱電対によりアルミニウムが固体
になったことが分かってから、その複合材料を装置から
取り出した。
【0016】その複合材料の断面の光学顕微鏡写真を図
4および5に示す。炭素繊維(黒色)の大部分が炭素紙
の面に対して平行に配向し、アルミニウムマトリックス
全体にわたって一様に分散しているのが分かる。高倍率
(図5)は、繊維表面に隣接する様々な量のNix Al
y 金属間化合物を示している。これらの沈殿物は、半定
量X線分析により、Ni−Al二元状態図から予想され
る様に、主としてNiAl3 と確認された。
【0017】純粋アルミニウムの硬度は、HR−15T
目盛りで11.8±0.6であるのに対し、半製品の区
域の内側にある複合材料の硬度は、同じ目盛りで45±
3であった。
【0018】この実施例は、本発明の主な特徴、つまり
ニッケル被覆が2つの重要な特性を与えること、すなわ
ち金属の含浸により炭素繊維が低圧で濡れる様になるこ
と、および、硬質の金属間化合物を形成するように炭素
繊維半製品の体積の内側にある合金を変性させることで
ある。
【0019】実施例3 この方法では、含浸に純粋アルミニウムは使用しない。
2.3mmの、97%多孔質のニッケル被覆した炭素フェ
ルト(62重量%Ni)を外径13mmの石英管中に充填
し、次共融(hypoeutectic)Al−Si鋳造合金A356
(7%Si、0.3%Mg)で含浸させた。実施例2の
装置をそれぞれ350℃および650℃の低い半製品お
よび溶融温度で使用した。
【0020】含浸圧は、1.05MPa 〜2.8MPa (4
00psi)(Ar)に限定した。一般的に、これらの試料
は、含浸圧が僅かに高く、Al−Si合金の流動度が増
加するために、実施例1(B)の純粋アルミニウムの試
料よりも多孔度が低かった。A356合金の通常の鋳造
構造を図6に半製品から遠く離れた区域で示す。
【0021】図7は、半製品内部のAl−Si共晶の、
グラファイト半製品からのNiの存在による歪みを示し
ている。NiAl3 相は、実施例2の純粋アルミニウム
マトリックスにおけるよりも粗いことが分かる。
【0022】鋳造物の硬度は、HR−15T目盛りで、
通常のA356合金と半製品の体積内部の変性合金の両
方で70であり、実質的に同じであった。合金A35
6、A356−20体積%SiC(アルカンにより製造
されたF3A・20S)およびA356ニッケル被覆炭
素紙を、「リング上ブロック摩耗試験を使用する、材料
の耐滑り摩耗性を評価するための標準方法」、G77、
ASTM標準の年鑑、ASTM、フィラデルフィア、P
A、1984、446〜462頁に準じて試験した。合
金A356およびA356−20体積%SiCはT−6
条件で焼きなましを行い、マトリックス強度を改良し
た。図8は、補強していないA356合金とSiC粒子
またはニッケル被覆炭素紙で補強したA356マトリッ
クスの耐摩耗性を比較している。補強した両合金は、内
燃機関における負荷を代表する負荷範囲で、補強してい
ないA356よりも優れた耐摩耗性を示した。A356
ニッケル被覆炭素紙複合材料は、SiC補強合金に十分
に匹敵し、高負荷(>180N)では耐摩耗性が著しく
高い。これは、グラファイトの潤滑性によるものだけで
はなく、Al3 Ni金属間化合物相により耐摩耗性が増
加するためである。最も有利なことに、本発明の合金の
特徴は、リング上ブロック摩耗試験における摩耗率が2
00Nの負荷で10マイクログラム/m未満であること
である。
【0023】この実施例は、純粋なアルミニウムに加え
て合金を使用しても、本方法を実施し、最終複合材料を
製造できることを示している。A356の様な合金をそ
の低鋳造温度および/または低固体熱膨脹係数のために
選択すると、ニッケル被覆により炭素半製品を濡れ易く
し、その硬度を維持または改良しながら、半製品の内側
にある合金の微小構造を改良する。半製品から遠く離れ
た鋳造物の特性は変化しない。
【0024】実施例4 過共晶Al−12Si合金/ニッケル被覆グラファイト
複合材料シリンダーを804MPa (1200psi)の中程
度の圧力でスクイズ鋳造(squeeze-cast) した。半製品
は実施例2と類似の方法により製造し、外径32mmおよ
び壁厚3mmを得た。このニッケル被覆炭素半製品は、実
施例3と同じ材料から製造した。溶融温度は730℃で
あった。
【0025】図9に示す微小構造は、実施例3にも存在
する針状のNiAl3 析出物に加えて、大きなかたまり
状の金属間化合物相を含んでいた。これらのアルミナイ
ドはNiAl化学量に相当し、歪んだAl−Siマトリ
ックス中に不規則に分散している。通常の針状ケイ素相
は抑制され、図9で観察するには細かすぎる。やはり、
超共融Al−Si合金中のケイ素相は硬いので、75cm
の半製品区域の内側にある鋳造物の硬度は、HR−15
T目盛りでその鋳造物の通常の部分と同じであった。し
かし、半製品の体積の内側にある鋳造物の微小構造は完
全に変っていた。
【0026】ニッケル被覆した炭素構造を約300℃を
超える温度で予備加熱する場合、ニッケル被覆した炭素
構造は、不活性雰囲気中で予備加熱するのが最も有利で
あることが分かった。ニッケルは約300℃を超える温
度では空気中で酸化する。酸化ニッケルは濡れ性を低下
させ、アルミニウムおよびアルミニウム系合金と反応
し、有益なニッケル含有金属間化合物の形成を妨害する
と考えられる酸化アルミニウムスケールを形成する。
【0027】これらの実施例は、本発明の複合材料およ
び方法により幾つかの利点が得られることを示してい
る。第一に、ニッケル被覆は、濡れ性を改良し、炭素相
複合材料構造の含浸に必要な圧力を下げる。最も有利な
ことに、35KPa 〜10MPa の圧力で済むので装置のコ
ストが低下する。第二に、グラファイト相により潤滑性
が改良される。最も有利なことに、炭素相はピッチまた
はポリアクリロニトリル前駆物質から生じる。第三に、
本発明は、Al3 NiまたはNi3 Zn22の様な硬いニ
ッケル含有金属間化合物相を与え、ニッケル被覆したグ
ラファイトの近くの硬度を改良する。グラファイトを約
15〜60重量%のニッケルまたは約0.065〜0.
85ミクロンのニッケルで被覆し、ニッケル含有金属間
化合物相の形成を促進するのが最も有利である。所望に
より、アルミナまたはニッケル被覆したアルミナをニッ
ケル被覆した炭素相に加え、耐摩耗性をさらに改良する
ことができる。第四に、炭素相およびニッケル相は複合
材料内の望ましい所にだけ配置する。鋳造物の複合材料
を含まない区域は、炭素の粒子により引き起こされる不
必要な、有害な強度低下を起こすことがない。第五に、
ニッケル含有金属間化合物相を形成するためのニッケル
被覆と軽金属合金との間の反応により、熱が発生する。
したがって、ダイスおよび半製品に必要とされる予備加
熱温度を下げることができる。最後に、ニッケル被覆が
炭素繊維の酸化を防止する。被覆していない繊維は空気
中で350℃を超える温度で燃焼し、気体状の炭素酸化
物として炭素が失われ、それに応じて繊維表面に穴が生
じるために強度が低下する。
【0028】法律の規定により本発明の特定の実施形態
を説明したが、当業者には、請求項により限定される本
発明の形態内で変形が可能であり、本発明の特定の特徴
を他の特徴を使用せずに利用できることは明らかであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】引っ張りおよび衝撃エネルギー試料を作製する
ための加圧含浸装置の説明図。
【図2】倍率100Xにおける、被覆していない炭素繊
維により補強した炭素/アルミニウム複合材料の断面顕
微鏡写真。
【図3】倍率200Xにおける、ニッケル被覆した炭素
繊維により補強した炭素/アルミニウム複合材料の断面
顕微鏡写真。
【図4】倍率200Xにおける、ニッケル被覆した炭素
紙で形成した複合材料の断面顕微鏡写真。
【図5】倍率500Xにおける、ニッケル被覆した炭素
紙で形成した複合材料の断面顕微鏡写真。
【図6】倍率200Xにおける、次共融Al−Si合金
A356の顕微鏡写真。
【図7】倍率200Xにおける、ニッケル被覆グラファ
イトで変性した次共融Al−Si合金A356の顕微鏡
写真。
【図8】合金A356、SiCで強化した合金A35
6、およびニッケル被覆した炭素紙で強化した合金A3
56に対する、摩耗率と負荷の関係を表すグラフ。
【図9】倍率200Xにおける、ニッケル被覆炭素繊維
を含む、超共融合金Al−12Siの顕微鏡写真。
【符号の説明】
10 加圧鋳造装置 12 誘導コイル 14 不活性 16 ガス入口 18 ガス出口 20 ハウジング 22 石英管 24 末端キャップ 26 末端キャップ 28 グラファイト金型 30 底部シール 32 ダイスキャップ 34 冷却ブロック 36 熱電対 38 押圧棒 40 プランジャー 42 軽金属合金 44 グラファイトダイス 46 繊維
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年12月22日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図1】引っ張りおよび衝撃エネルギー試料を作製する
ための加圧含浸装置の説明図。
【図2】倍率100Xにおける、被覆していない炭素繊
維により補強した炭素/アルミニウム複合材料の金属組
織の写真。
【図3】倍率200Xにおける、ニッケル被覆した炭素
繊維により補強した炭素/アルミニウム複合材料の金属
組織の写真。
【図4】倍率200Xにおける、ニッケル被覆した炭素
紙で形成した複合材料の金属組織の写真。
【図5】倍率500Xにおける、ニッケル被覆した炭素
紙で形成した複合材料の金属組織の写真。
【図6】倍率200Xにおける、次共融Al−Si合金
A356の金属組織の写真。
【図7】倍率200Xにおける、ニッケル被覆グラファ
イトで変性した次共融Al−Si合金A356の金属組
織の写真。
【図8】合金A356、SiCで強化した合金A35
6、およびニッケル被覆した炭素紙で強化した合金A3
56に対する、摩耗率と負荷の関係を表すグラフ。
【図9】倍率200Xにおける、ニッケル被覆炭素繊維
を含む、超共融合金Al−12Siの金属組織の写真。
【符号の説明】 10 加圧鋳造装置 12 誘導コイル 14 不活性 16 ガス入口 18 ガス出口 20 ハウジング 22 石英管 24 末端キャップ 26 末端キャップ 28 グラファイト金型 30 底部シール 32 ダイスキャップ 34 冷却ブロック 36 熱電対 38 押圧棒 40 プランジャー 42 軽金属合金 44 グラファイトダイス 46 繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 1/09 G

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軽金属マトリックスおよび前記軽金属マト
    リックス内に複合材料区域を有し、前記軽金属マトリッ
    クスがアルミニウム、アルミニウム系合金、亜鉛および
    亜鉛系合金からなるグループから選択され、前記複合材
    料区域が、潤滑性を与えるための炭素相繊維、および耐
    摩耗性を与えるための、前記炭素相繊維に隣接するニッ
    ケル含有金属間化合物を有し、前記ニッケル含有金属間
    化合物が前記軽金属マトリックスおよび前記炭素相繊維
    を被覆しているニッケルから形成されることを特徴とす
    る複合材料製品。
  2. 【請求項2】前記金属マトリックスが、アルミニウムお
    よびアルミニウム系合金からなるグループから選択され
    ることを特徴とする、請求項1に記載の複合材料製品。
  3. 【請求項3】前記金属マトリックスがアルミニウム−ケ
    イ素合金であることを特徴とする、請求項2に記載の複
    合材料製品。
  4. 【請求項4】前記金属マトリックスが、亜鉛および亜鉛
    合金からなるグループから選択されることを特徴とす
    る、請求項1に記載の複合材料製品。
  5. 【請求項5】前記ニッケル含有金属間化合物相が前記炭
    素相繊維の1ミリメートル以内であることを特徴とす
    る、請求項1に記載の複合材料製品。
  6. 【請求項6】前記複合材料区域が、ピストンライナーお
    よびピストンライナー挿入物からなるグループから選択
    された物体のピストン軸受け表面を含むことを特徴とす
    る、請求項1に記載の複合材料製品。
  7. 【請求項7】金属マトリックス複合材料の製造方法であ
    って、 a)軽金属を予め決められた形状に鋳造するための金型
    を用意する工程、 b)ニッケル被覆した炭素構造を前記金型の一部内に導
    入する工程、 c)前記軽金属を前記金型内の前記ニッケル被覆炭素相
    構造の回りに注ぎ込み、前記軽金属と前記ニッケル被覆
    炭素構造との間の界面を濡らす工程、 d)前記ニッケル被覆炭素相構造に隣接する前記軽金属
    中でニッケル含有金属間化合物相を形成し、耐摩耗性を
    増加させる工程、および e)前記軽金属鋳造物を凝固させ、金属マトリックス複
    合材料を形成する工程からなることを特徴とする、方
    法。
  8. 【請求項8】工程b)が、ニッケル被覆炭素相構造を空
    気中で予備加熱した後、そのニッケル被覆炭素相構造を
    導入することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】前記ニッケル被覆炭素相構造の前記体積が
    金属マトリックス複合材料の5%未満であることを特徴
    とする、請求項7に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記軽金属が、アルミニウムおよびアル
    ミニウム系合金からなるグループから選択されることを
    特徴とする、請求項7に記載の方法。
  11. 【請求項11】前記軽金属が、亜鉛および亜鉛系合金か
    らなるグループから選択されることを特徴とする、請求
    項7に記載の方法。
  12. 【請求項12】前記軽金属が、35KPa 〜10MPa の圧
    力下で鋳造されることを特徴とする、請求項7に記載の
    方法。
  13. 【請求項13】鋳造前に、前記金型に不活性ガスを充填
    することを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  14. 【請求項14】前記ニッケル被覆炭素相構造が約0.0
    65〜0.85ミクロンのニッケルで被覆されることを
    特徴とする、請求項7に記載の方法。
  15. 【請求項15】ニッケル被覆アルミニウム繊維を前記金
    型に導入することを特徴とする、請求項7に記載の方
    法。
  16. 【請求項16】前記軽金属がアルミニウム−ケイ素合金
    であることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  17. 【請求項17】前記ニッケル被覆炭素が、ニッケル被覆
    炭素繊維、ニッケル被覆グラファイト繊維、ニッケル被
    覆炭素フェルトおよびニッケル被覆炭素紙からなるグル
    ープから選択されることを特徴とする、請求項7に記載
    の方法。
  18. 【請求項18】前記ニッケル被覆炭素構造が、前記鋳造
    前に、前記金型中で不活性雰囲気中で予備加熱されるこ
    とを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  19. 【請求項19】前記ニッケル含有金属間化合物相が前記
    ニッケル被覆構造の1ミリメートル以内に形成されるこ
    とを特徴とする、請求項7に記載の方法。
  20. 【請求項20】前記凝固により、ピストンライナーおよ
    びピストンライナー挿入物からなるグループから選択さ
    れた物体が製造されることを特徴とする、請求項7に記
    載の方法。
JP4309624A 1991-10-23 1992-10-23 金属マトリックス複合材料およびその製造法 Expired - Lifetime JPH0763837B2 (ja)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US78175891A 1991-10-23 1991-10-23
US89620792A 1992-06-10 1992-06-10
US896207 1992-06-10
US781758 1992-06-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH06238421A true JPH06238421A (ja) 1994-08-30
JPH0763837B2 JPH0763837B2 (ja) 1995-07-12

Family

ID=27119904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4309624A Expired - Lifetime JPH0763837B2 (ja) 1991-10-23 1992-10-23 金属マトリックス複合材料およびその製造法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US5385195A (ja)
EP (1) EP0539011B1 (ja)
JP (1) JPH0763837B2 (ja)
CA (1) CA2081048C (ja)
DE (1) DE69219552T2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150038420A (ko) 2012-08-08 2015-04-08 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 고강도 전자 강판 및 그의 제조 방법

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0669406A3 (de) * 1994-01-28 1997-03-05 Deutsche Forsch Luft Raumfahrt Vorrichtung und Verfahren zum Beschichten von mindestens eine Einzelfaser aufweisendem Fasermedium sowie beschichtetes Fasermedium für faserverstärkte Bauteile.
US5803153A (en) * 1994-05-19 1998-09-08 Rohatgi; Pradeep K. Nonferrous cast metal matrix composites
US5601892A (en) * 1995-07-19 1997-02-11 Abu Ab Hollow rods with nickel coated graphite fibers
US6053716A (en) * 1997-01-14 2000-04-25 Tecumseh Products Company Vane for a rotary compressor
US6183877B1 (en) * 1997-03-21 2001-02-06 Inco Limited Cast-alumina metal matrix composites
US5899256A (en) * 1997-10-03 1999-05-04 Electric Power Research Institute, Inc. Metal-fly ash composites and low pressure infiltration methods for making the same
DE19750517A1 (de) * 1997-11-14 1999-05-20 Asea Brown Boveri Hitzeschild
US5967400A (en) * 1997-12-01 1999-10-19 Inco Limited Method of forming metal matrix fiber composites
US6354960B1 (en) 1998-06-24 2002-03-12 Rapport Composites U.S.A., Inc. Golf club shaft with controllable feel and balance using combination of fiber reinforced plastics and metal-coated fiber-reinforced plastics
EP1084778A1 (en) * 1999-09-16 2001-03-21 Caterpillar Inc. Mold assembly and method for pressure casting elevated melting temperature materials
US20030024611A1 (en) * 2001-05-15 2003-02-06 Cornie James A. Discontinuous carbon fiber reinforced metal matrix composite
TWI381399B (zh) * 2005-07-12 2013-01-01 Sulzer Metco Canada Inc 性能增進之導電性填料及由該填料製成的聚合物
WO2009038048A1 (ja) * 2007-09-18 2009-03-26 Shimane Prefectural Government 金属被覆炭素材料およびそれを用いた炭素-金属複合材料
IT1401763B1 (it) * 2010-07-09 2013-08-02 Far Fonderie Acciaierie Roiale S P A Procedimento per la produzione di un elemento soggetto ad usura, elemento soggetto ad usura e struttura di aggregazione temporanea per la realizzazione di tale elemento soggetto ad usura
WO2015103670A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-16 Bradken Uk Limited Wear member incorporating wear resistant particles and method of making same
US9325012B1 (en) 2014-09-17 2016-04-26 Baker Hughes Incorporated Carbon composites
US10480288B2 (en) 2014-10-15 2019-11-19 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Articles containing carbon composites and methods of manufacture
US20160130519A1 (en) * 2014-11-06 2016-05-12 Baker Hughes Incorporated Methods for preparing anti-friction coatings
US9962903B2 (en) 2014-11-13 2018-05-08 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Reinforced composites, methods of manufacture, and articles therefrom
US9745451B2 (en) 2014-11-17 2017-08-29 Baker Hughes Incorporated Swellable compositions, articles formed therefrom, and methods of manufacture thereof
US11097511B2 (en) 2014-11-18 2021-08-24 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Methods of forming polymer coatings on metallic substrates
US10300627B2 (en) 2014-11-25 2019-05-28 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Method of forming a flexible carbon composite self-lubricating seal
US10125274B2 (en) 2016-05-03 2018-11-13 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Coatings containing carbon composite fillers and methods of manufacture
US10344559B2 (en) 2016-05-26 2019-07-09 Baker Hughes, A Ge Company, Llc High temperature high pressure seal for downhole chemical injection applications
US11667996B2 (en) * 2017-12-05 2023-06-06 Ut-Battelle, Llc Aluminum-fiber composites containing intermetallic phase at the matrix-fiber interface
CN111842852A (zh) * 2020-07-30 2020-10-30 兰州理工大学 液模锻浸渗制备耐磨耐蚀高强度铜及铜合金结构件的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04263030A (ja) * 1990-05-09 1992-09-18 Daido Steel Co Ltd 繊維強化金属とその製造方法

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR95986E (fr) * 1968-03-25 1972-05-19 Int Nickel Ltd Alliages graphitiques et leurs procédés de production.
US3885959A (en) * 1968-03-25 1975-05-27 Int Nickel Co Composite metal bodies
US3547180A (en) * 1968-08-26 1970-12-15 Aluminum Co Of America Production of reinforced composites
US3608170A (en) * 1969-04-14 1971-09-28 Abex Corp Metal impregnated composite casting method
CH516644A (de) * 1970-01-07 1971-12-15 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur Herstellung von mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Metall
US3758298A (en) * 1970-07-02 1973-09-11 Gen Motors Corp Method of producing graphitic aluminum castings
US3753694A (en) * 1970-07-06 1973-08-21 Int Nickel Co Production of composite metallic articles
CH550858A (de) * 1971-03-11 1974-06-28 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur herstellung von mit kohlenstoff-fasern verstaerktem aluminium oder einer mit kohlenstoff-fasern verstaerkten aluminium-legierung.
US3918141A (en) * 1974-04-12 1975-11-11 Fiber Materials Method of producing a graphite-fiber-reinforced metal composite
JPS5395813A (en) * 1977-02-02 1978-08-22 Hitachi Ltd Damping aluminum alloy
JPS5524949A (en) * 1978-08-11 1980-02-22 Hitachi Ltd Manufacture of graphite-containing aluminium alloy
JPS5613780A (en) * 1979-07-16 1981-02-10 Fujitsu Ltd Preparation of semiconductor device
JPS56116851A (en) * 1980-02-21 1981-09-12 Nissan Motor Co Ltd Cylinder liner material for internal combustion engine
JPS57164946A (en) * 1981-03-31 1982-10-09 Sumitomo Chem Co Ltd Fiber reinforced metallic composite material
JPS5837142A (ja) * 1981-08-27 1983-03-04 Chobe Taguchi 軸受および摺動材料の改良
JPS5881948A (ja) * 1981-11-11 1983-05-17 Nissan Motor Co Ltd 耐摩耗性ならびに振動減衰能に優れたアルミニウム複合材料
JPS58147532A (ja) * 1982-02-26 1983-09-02 Nissan Motor Co Ltd Al系複合材の製造方法
US4909910A (en) * 1982-03-16 1990-03-20 American Cyanamid Yarns and tows comprising high strength metal coated fibers, process for their production, and articles made therefrom
DE3370028D1 (en) * 1982-04-15 1987-04-09 Messier Fonderie Method for manufacturing composite materials comprising a light alloy matrix and products obtained by such method
US4409298A (en) * 1982-07-21 1983-10-11 Borg-Warner Corporation Castable metal composite friction materials
JPS6046347A (ja) * 1983-08-24 1985-03-13 Nippon Denso Co Ltd 繊維強化金属複合材料
GB8323994D0 (en) * 1983-09-07 1983-10-12 Atomic Energy Authority Uk Reaction-bonded silicon carbide artefacts
GB8328576D0 (en) * 1983-10-26 1983-11-30 Ae Plc Reinforcement of pistons for ic engines
JPS59100236A (ja) * 1983-11-01 1984-06-09 Honda Motor Co Ltd 繊維強化複合部材の製造方法
US4681817A (en) * 1984-12-24 1987-07-21 Kabushiki Kaisha Riken Piston ring
FR2602272B1 (fr) * 1986-07-31 1990-05-11 Honda Motor Co Ltd Moteur a combustion interne comprenant un bloc-cylindres a zone renforcee par des fibres, et des pistons a segments coulissants dans les alesages des cylindres
US4906531A (en) * 1986-10-01 1990-03-06 Ryobi Limited Alloys strengthened by dispersion of particles of a metal and an intermetallic compound and a process for producing such alloys
US5041340A (en) * 1987-09-03 1991-08-20 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fiber-reinforced light alloy member excellent in heat conductivity and sliding properties
AU615265B2 (en) * 1988-03-09 1991-09-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Aluminum alloy composite material with intermetallic compound finely dispersed in matrix among reinforcing elements
JPH01230737A (ja) * 1988-03-09 1989-09-14 Toyota Motor Corp 複合材料製部材及びその製造方法
JPH01252741A (ja) * 1988-04-01 1989-10-09 Ube Ind Ltd 繊維強化複合材料
US5187021A (en) * 1989-02-08 1993-02-16 Diamond Fiber Composites, Inc. Coated and whiskered fibers for use in composite materials

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04263030A (ja) * 1990-05-09 1992-09-18 Daido Steel Co Ltd 繊維強化金属とその製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150038420A (ko) 2012-08-08 2015-04-08 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 고강도 전자 강판 및 그의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP0539011A1 (en) 1993-04-28
DE69219552D1 (de) 1997-06-12
EP0539011B1 (en) 1997-05-07
CA2081048A1 (en) 1993-04-24
US5578386A (en) 1996-11-26
JPH0763837B2 (ja) 1995-07-12
CA2081048C (en) 2003-07-29
US5385195A (en) 1995-01-31
DE69219552T2 (de) 1997-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH06238421A (ja) 金属マトリックス複合材料およびその製造法
CA1255554A (en) Reinforced pistons
US4817578A (en) Internal combustion engine
US5976214A (en) Slide member of sintered aluminum alloy and method of manufacturing the same
US4966221A (en) Method of producing aluminum alloy castings and piston made of aluminum alloy
US5514480A (en) Metal-based composite
US20050019540A1 (en) Aluminum based composite material and process for manufacturing the same
WO1995034394A1 (fr) Manchon pour machine a couler sous pression et machine a couler sous pression utilisant ledit manchon
JPH0118981B2 (ja)
JPH0230790B2 (ja)
JPH0699771B2 (ja) アルミニウム合金多孔質部材およびその製造方法
JPH0645833B2 (ja) アルミニウム合金系複合材料の製造方法
JPS6233730A (ja) 耐摩耗性複合材料
KR0183227B1 (ko) 금속소결체 복합재료 및 그 제조방법
JP3577748B2 (ja) 金属基複合体およびその製造方法
JP2001335900A (ja) 繊維強化アルミニウム合金材料
JPH03189066A (ja) 多孔質金属強化材およびその複合体
RU2205970C2 (ru) Поршень двигателя внутреннего сгорания и способ его изготовления
JPH0330708B2 (ja)
JP2000271728A (ja) 無加圧含浸浸透法による複合素材の製造方法
JPH083661A (ja) アルミニウム合金製シリンダチューブおよびその製造方法
KR100513584B1 (ko) 연성이 우수한 고강도 마그네슘 복합재료와 그 제조방법
JPS62286660A (ja) 耐摩耗性複合部材及びその製造法
JPH04185415A (ja) 耐食耐摩耗性焼結合金からなるライニング層を有する複合シリンダ
JPH11222638A (ja) アルミ系金属基複合材料およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080712

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090712

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090712

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100712

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110712

Year of fee payment: 16

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110712

Year of fee payment: 16

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110712

Year of fee payment: 16

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110712

Year of fee payment: 16

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120712

Year of fee payment: 17

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130712

Year of fee payment: 18

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130712

Year of fee payment: 18