JPH08158002A - 窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料及びアルミニウム溶湯用部品 - Google Patents
窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料及びアルミニウム溶湯用部品Info
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- JPH08158002A JPH08158002A JP3532295A JP3532295A JPH08158002A JP H08158002 A JPH08158002 A JP H08158002A JP 3532295 A JP3532295 A JP 3532295A JP 3532295 A JP3532295 A JP 3532295A JP H08158002 A JPH08158002 A JP H08158002A
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- nitride ceramic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 必要とする耐摩耗性を維持すると共に、アル
ミニウム合金等の溶融溶湯に対して耐食性、耐破損性に
優れた材料を提供する。 【構成】 窒化ケイ素質セラミックス粒子３０〜８０体
積％を、２０〜７０体積％のＦｅ−Ｎｉ系合金の基地に
分散した窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料で
ある。窒化ケイ素質セラミックス粒子は粒子寸法が１０
００μｍ以下の球状のものが好ましい。
ミニウム合金等の溶融溶湯に対して耐食性、耐破損性に
優れた材料を提供する。 【構成】 窒化ケイ素質セラミックス粒子３０〜８０体
積％を、２０〜７０体積％のＦｅ−Ｎｉ系合金の基地に
分散した窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料で
ある。窒化ケイ素質セラミックス粒子は粒子寸法が１０
００μｍ以下の球状のものが好ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金等の
溶融金属と接触して使用される、ヒータチューブ、スト
ーク、熱電対保護管、脱ガス用ロータ、鋳型、堰入れ子
等の鋳造用治具や、ダイカストスリーブ又はプランジャ
ーチップ等のアルミニウム溶湯用部品に最適な材料に関
するもので、必要とする耐摩耗性を維持すると共に、特
に高温の溶融金属に対して優れた耐食性と耐破損性を備
えた複合材料に関する。
溶融金属と接触して使用される、ヒータチューブ、スト
ーク、熱電対保護管、脱ガス用ロータ、鋳型、堰入れ子
等の鋳造用治具や、ダイカストスリーブ又はプランジャ
ーチップ等のアルミニウム溶湯用部品に最適な材料に関
するもので、必要とする耐摩耗性を維持すると共に、特
に高温の溶融金属に対して優れた耐食性と耐破損性を備
えた複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金の溶解・鋳造工程で用
いる、ヒータチューブ、鋳型、堰入れ子等の構成部材に
は、従来より鋳鉄や熱間ダイス鋼が広く使用されてき
た。近年は、これら鉄系金属製部材に代わり、Ｎｉ、Ｍ
ｏからなる結合相に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ系の複硼化物を分
散させた硬質合金（例えば、特開平２−１９４４１号公
報、特開平５−１０４２３１号公報参照）や、窒化ケイ
素等のエンジニアリングセラミックス等の材料を適用す
るものが提案されている（例えば、特開昭６３−２８８
９８３号公報、特開平５−７７０２２号公報参照）。
いる、ヒータチューブ、鋳型、堰入れ子等の構成部材に
は、従来より鋳鉄や熱間ダイス鋼が広く使用されてき
た。近年は、これら鉄系金属製部材に代わり、Ｎｉ、Ｍ
ｏからなる結合相に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ系の複硼化物を分
散させた硬質合金（例えば、特開平２−１９４４１号公
報、特開平５−１０４２３１号公報参照）や、窒化ケイ
素等のエンジニアリングセラミックス等の材料を適用す
るものが提案されている（例えば、特開昭６３−２８８
９８３号公報、特開平５−７７０２２号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の鋳鉄や熱間ダイ
ス鋼等の鉄系金属製部材は、７００〜８００℃程度で溶
解された溶融アルミニウム合金と濡れ易く、溶損してア
ルミニウム溶融浴を汚染するという問題があった。即
ち、溶損により部材の耐用寿命が短く、交換頻度が高く
なり生産性が低下するばかりでなく、汚染により鋳造製
品の品質を確保することも困難であった。
ス鋼等の鉄系金属製部材は、７００〜８００℃程度で溶
解された溶融アルミニウム合金と濡れ易く、溶損してア
ルミニウム溶融浴を汚染するという問題があった。即
ち、溶損により部材の耐用寿命が短く、交換頻度が高く
なり生産性が低下するばかりでなく、汚染により鋳造製
品の品質を確保することも困難であった。
【０００４】一方、セラミックス材料は一般に溶融アル
ミニウムと濡れにくく、特に窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）及
びサイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ系セラミックス）は、
溶融アルミニウムと濡れにくく、溶損しにくい性質があ
る。しかし、窒化ケイ素及びサイアロン（以下、これら
を合わせて窒化ケイ素質セラミックスと称する）は、鉄
系金属材料と比べて靭性が低いため、使用時の機械的衝
撃により破損し易いという問題がある。
ミニウムと濡れにくく、特に窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）及
びサイアロン（Ｓｉ-Ａｌ-Ｏ-Ｎ系セラミックス）は、
溶融アルミニウムと濡れにくく、溶損しにくい性質があ
る。しかし、窒化ケイ素及びサイアロン（以下、これら
を合わせて窒化ケイ素質セラミックスと称する）は、鉄
系金属材料と比べて靭性が低いため、使用時の機械的衝
撃により破損し易いという問題がある。
【０００５】従って、本発明の目的は、必要とする耐摩
耗性を維持すると共に、アルミニウム合金等の溶融溶湯
に対して耐食性、耐破損性に優れた材料を提供すること
である。
耗性を維持すると共に、アルミニウム合金等の溶融溶湯
に対して耐食性、耐破損性に優れた材料を提供すること
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化ケイ素質
セラミックス粒子３０〜８０体積％を、２０〜７０体積
％のＦｅ−Ｎｉ系合金の基地に分散したことを特徴とす
る窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料である。
セラミックス粒子３０〜８０体積％を、２０〜７０体積
％のＦｅ−Ｎｉ系合金の基地に分散したことを特徴とす
る窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料である。
【０００７】本発明において、窒化ケイ素質セラミック
ス粒子は粒子寸法が１０００μｍ以下が好ましく、さら
に好ましくは３００μｍ以下である。また、窒化ケイ素
質セラミックス粒子の形状は球状であることが望まし
い。窒化ケイ素質セラミックス粒子に周期律表の４ａ
族、５ａ族又は６ａ族の元素の炭化物、ホウ化物又は窒
化物からなる非酸化物系導電材を３０〜７０体積％含有
させてもよい。また、Ｔｉ及び／又はＡｌをＦｅ−Ｎｉ
系合金に０．５〜１０重量％含有すること、Ｆｅ−Ｎｉ
系合金の表面に酸化被膜を設けること等が望ましい。
ス粒子は粒子寸法が１０００μｍ以下が好ましく、さら
に好ましくは３００μｍ以下である。また、窒化ケイ素
質セラミックス粒子の形状は球状であることが望まし
い。窒化ケイ素質セラミックス粒子に周期律表の４ａ
族、５ａ族又は６ａ族の元素の炭化物、ホウ化物又は窒
化物からなる非酸化物系導電材を３０〜７０体積％含有
させてもよい。また、Ｔｉ及び／又はＡｌをＦｅ−Ｎｉ
系合金に０．５〜１０重量％含有すること、Ｆｅ−Ｎｉ
系合金の表面に酸化被膜を設けること等が望ましい。
【０００８】次の発明は、本発明の複合材料を別の金属
体に接合した複合部材であり、さらに次の発明は、本発
明の複合材料を用いて構成したアルミニウム溶湯用部品
である。
体に接合した複合部材であり、さらに次の発明は、本発
明の複合材料を用いて構成したアルミニウム溶湯用部品
である。
【０００９】
【作用】本発明者らは、窒化ケイ素質セラミックスが溶
融アルミニウムと濡れにくい性質に着目し、このセラミ
ックスの粒子と金属とを複合化することにより、溶融ア
ルミニウムと濡れにくく、かつ使用時の破損の恐れがな
い材料の開発を検討した。窒化ケイ素質セラミックスの
粒子寸法及び添加率、合金の種類を、試験的に種々変化
させた材料を作製して、溶融アルミニウム合金浴中に浸
漬する実験を行い、耐食性（耐溶損性）と耐破損性に優
れた複合材料を見いだした。
融アルミニウムと濡れにくい性質に着目し、このセラミ
ックスの粒子と金属とを複合化することにより、溶融ア
ルミニウムと濡れにくく、かつ使用時の破損の恐れがな
い材料の開発を検討した。窒化ケイ素質セラミックスの
粒子寸法及び添加率、合金の種類を、試験的に種々変化
させた材料を作製して、溶融アルミニウム合金浴中に浸
漬する実験を行い、耐食性（耐溶損性）と耐破損性に優
れた複合材料を見いだした。
【００１０】まず、基地となる合金については、Ｆｅ−
Ｎｉ系合金を用いることにより、窒化ケイ素質セラミッ
クス粒子と化学的に結合できる。ここでいう化学的結合
とは、機械的結合以外の反応相生成等による原子的な各
種結合を意味する。Ｆｅ−Ｎｉ系合金は窒化ケイ素質セ
ラミックス粒子との化学的結合に有効であり、Ｎｉを５
〜９５重量％含有することが望ましい。
Ｎｉ系合金を用いることにより、窒化ケイ素質セラミッ
クス粒子と化学的に結合できる。ここでいう化学的結合
とは、機械的結合以外の反応相生成等による原子的な各
種結合を意味する。Ｆｅ−Ｎｉ系合金は窒化ケイ素質セ
ラミックス粒子との化学的結合に有効であり、Ｎｉを５
〜９５重量％含有することが望ましい。
【００１１】このＦｅ−Ｎｉ系合金において、Ｎｉの含
有量が５重量％未満或いは９５重量％を超える場合も、
窒化ケイ素質セラミックス粒子は基地となる合金にとり
囲まれるようにして機械的に結合一体化し、窒化ケイ素
質セラミックス粒子が脱落することはない。この場合
は、化学結合する場合に比べて強度が小さくなるので、
高い強度を必要としない部材に十分適用することができ
る。
有量が５重量％未満或いは９５重量％を超える場合も、
窒化ケイ素質セラミックス粒子は基地となる合金にとり
囲まれるようにして機械的に結合一体化し、窒化ケイ素
質セラミックス粒子が脱落することはない。この場合
は、化学結合する場合に比べて強度が小さくなるので、
高い強度を必要としない部材に十分適用することができ
る。
【００１２】また、Ｆｅ−Ｎｉ系合金に、Ｃｒ、Ｍｏ、
Ｃｏ、Ｃ、Ｓｉ及び不純物元素等の通常Ｆｅ或いはＮｉ
に添加又は含有される合金元素を含有することができ
る。
Ｃｏ、Ｃ、Ｓｉ及び不純物元素等の通常Ｆｅ或いはＮｉ
に添加又は含有される合金元素を含有することができ
る。
【００１３】更に、Ｆｅ−Ｎｉ系合金にＴｉ及び／又は
Ａｌを添加してもよく、むしろ添加したほうが望まし
い。Ｔｉ及び／又はＡｌの含有量はＦｅ−Ｎｉ系合金の
０．５〜１０重量％が好ましく、窒化ケイ素質セラミッ
クス粒子と基地の金属との結合を強化することができ
る。Ｔｉ及び／又はＡｌの添加量は０．５重量％未満で
は効果が小さく、１０重量％を超えて添加しても効果は
それ以上に大きくならない。
Ａｌを添加してもよく、むしろ添加したほうが望まし
い。Ｔｉ及び／又はＡｌの含有量はＦｅ−Ｎｉ系合金の
０．５〜１０重量％が好ましく、窒化ケイ素質セラミッ
クス粒子と基地の金属との結合を強化することができ
る。Ｔｉ及び／又はＡｌの添加量は０．５重量％未満で
は効果が小さく、１０重量％を超えて添加しても効果は
それ以上に大きくならない。
【００１４】基地となる前記Ｆｅ−Ｎｉ系合金中に分散
する窒化ケイ素質セラミックス粒子の添加量は３０体積
％以上が望ましい。３０体積％未満ではアルミニウム合
金と濡れて溶損し易くなる。窒化ケイ素質セラミックス
粒子の添加量が多いほど耐溶損性は良くなるが、８０体
積％を超えて添加することは困難であり、仮に得られた
としても脆くなり、耐破損性が低下すると考えられる。
する窒化ケイ素質セラミックス粒子の添加量は３０体積
％以上が望ましい。３０体積％未満ではアルミニウム合
金と濡れて溶損し易くなる。窒化ケイ素質セラミックス
粒子の添加量が多いほど耐溶損性は良くなるが、８０体
積％を超えて添加することは困難であり、仮に得られた
としても脆くなり、耐破損性が低下すると考えられる。
【００１５】窒化ケイ素質セラミックス粒子の寸法は１
０００μｍ以下が望ましい。１０００μｍより大きい粒
子を含有すると、基地の金属との熱膨張係数差により、
製造時の焼結工程で窒化ケイ素質セラミックス粒子にク
ラックを生じ易くなる。さらに、窒化ケイ素質セラミッ
クス粒子はその数の９０％以上が寸法１０〜３００μｍ
の範囲内であることがより好ましい。寸法３００μｍを
超えた粒子が少ないことで強度がより高くなり、１０μ
ｍ未満の粒子が少ないことで溶融アルミニウム合金に対
する耐溶損性を高めることができる。
０００μｍ以下が望ましい。１０００μｍより大きい粒
子を含有すると、基地の金属との熱膨張係数差により、
製造時の焼結工程で窒化ケイ素質セラミックス粒子にク
ラックを生じ易くなる。さらに、窒化ケイ素質セラミッ
クス粒子はその数の９０％以上が寸法１０〜３００μｍ
の範囲内であることがより好ましい。寸法３００μｍを
超えた粒子が少ないことで強度がより高くなり、１０μ
ｍ未満の粒子が少ないことで溶融アルミニウム合金に対
する耐溶損性を高めることができる。
【００１６】窒化ケイ素質セラミックス粒子の形状は、
角ばった形状でも差し支えないが、球状の粒子を用いれ
ば強度上の切欠き効果が小さくなり、より高い強度が得
られる。
角ばった形状でも差し支えないが、球状の粒子を用いれ
ば強度上の切欠き効果が小さくなり、より高い強度が得
られる。
【００１７】窒化ケイ素質セラミックス粒子に周期律表
の４ａ族、５ａ族又は６ａ族の元素の炭化物、ホウ化物
又は窒化物からなる非酸化物系導電材を含有させること
により、放電加工が容易にできるようになる。非酸化物
系導電材の含有量が３０体積％未満では放電加工性が十
分でなく、７０体積％を超えると窒化ケイ素質セラミッ
クスの本来の性質が失われる。
の４ａ族、５ａ族又は６ａ族の元素の炭化物、ホウ化物
又は窒化物からなる非酸化物系導電材を含有させること
により、放電加工が容易にできるようになる。非酸化物
系導電材の含有量が３０体積％未満では放電加工性が十
分でなく、７０体積％を超えると窒化ケイ素質セラミッ
クスの本来の性質が失われる。
【００１８】本発明の窒化ケイ素質セラミックスと金属
の複合材料は、表面を酸化して基地のＦｅ−Ｎｉ系合金
の表面に酸化被膜を設けることにより、部材の表面から
完全に金属部分を除去できるため、溶融アルミニウム合
金に対してより優れた耐溶損性を付与することができ
る。窒化ケイ素質セラミックスも酸化するような条件で
酸化を行なうと、表面全体が酸化被膜で覆われるように
できる。この場合には一層優れた耐溶損性を付与するこ
とができる。
の複合材料は、表面を酸化して基地のＦｅ−Ｎｉ系合金
の表面に酸化被膜を設けることにより、部材の表面から
完全に金属部分を除去できるため、溶融アルミニウム合
金に対してより優れた耐溶損性を付与することができ
る。窒化ケイ素質セラミックスも酸化するような条件で
酸化を行なうと、表面全体が酸化被膜で覆われるように
できる。この場合には一層優れた耐溶損性を付与するこ
とができる。
【００１９】本発明の窒化ケイ素質セラミックスと金属
の複合材料は、基地が金属であるため、金属部分が接合
面となり、別の金属部材と容易に接合できる。接合法と
しては、ろう付け法、拡散接合法、ホットプレスや熱間
等方圧プレス（ＨＩＰ）を利用した一体焼結法等が適用
できる。
の複合材料は、基地が金属であるため、金属部分が接合
面となり、別の金属部材と容易に接合できる。接合法と
しては、ろう付け法、拡散接合法、ホットプレスや熱間
等方圧プレス（ＨＩＰ）を利用した一体焼結法等が適用
できる。
【００２０】
（実施例１）窒化ケイ素質セラミックス粒子としてサイ
アロン及びＳｉ3Ｎ4を準備した。スプレードライ法によ
り顆粒を作成した後、窒素ガス中にて焼結することによ
り球状の粒子を得た。これ以外にサイアロンについては
焼結ブロックを破砕して角状の粒子も作成した。これら
の窒化ケイ素質セラミックス粒子をふるいを通して２９
５μｍ以下及び一部は１０００μｍ以下、１２００μｍ
以下に調整した。一方、Ｆｅ−Ｎｉ系合金として７種類
の組成の異なる平均粒径３０μｍの球状粒子を準備し
た。これらの窒化ケイ素質セラミックス粒子とＦｅ−Ｎ
ｉ系合金とを、窒化ケイ素質セラミックス粒子２０〜８
０体積％、これに対応してＦｅ−Ｎｉ系合金を８０〜２
０体積％の比率で混合した。得られた混合粉を軟鋼製の
円筒状容器に充填し、真空脱気した後、１２００℃、１
００ＭＰａ、４時間の条件でＨＩＰ処理した。冷却後各
試料を切断して断面を光学顕微鏡で観察したところ、窒
化ケイ素質セラミックス粒子とＦｅ−Ｎｉ系合金との界
面には隙間がなく、緻密な焼結体が得られた。
アロン及びＳｉ3Ｎ4を準備した。スプレードライ法によ
り顆粒を作成した後、窒素ガス中にて焼結することによ
り球状の粒子を得た。これ以外にサイアロンについては
焼結ブロックを破砕して角状の粒子も作成した。これら
の窒化ケイ素質セラミックス粒子をふるいを通して２９
５μｍ以下及び一部は１０００μｍ以下、１２００μｍ
以下に調整した。一方、Ｆｅ−Ｎｉ系合金として７種類
の組成の異なる平均粒径３０μｍの球状粒子を準備し
た。これらの窒化ケイ素質セラミックス粒子とＦｅ−Ｎ
ｉ系合金とを、窒化ケイ素質セラミックス粒子２０〜８
０体積％、これに対応してＦｅ−Ｎｉ系合金を８０〜２
０体積％の比率で混合した。得られた混合粉を軟鋼製の
円筒状容器に充填し、真空脱気した後、１２００℃、１
００ＭＰａ、４時間の条件でＨＩＰ処理した。冷却後各
試料を切断して断面を光学顕微鏡で観察したところ、窒
化ケイ素質セラミックス粒子とＦｅ−Ｎｉ系合金との界
面には隙間がなく、緻密な焼結体が得られた。
【００２１】これらの焼結体から１０×１０×７０ｍｍ
の試験片を切出し、８００℃に加熱溶融したＪＩＳ Ａ
ＤＣ１２アルミニウム合金浴中に２４時間浸漬した後、
浴中から引上げた。試験片に付着したアルミニウム合金
を酸で溶解除去した後、試験片の寸法を測定して溶損厚
さを測定した。また、焼結体から１５×１５×厚さ５ｍ
ｍの試験片を切出し、この試験片を鋼板上に置き、直径
２０ｍｍの鋼球を３ｍの高さから自然落下して衝突さ
せ、亀裂の発生の有無を調査した。更に、焼結体から３
×４×４０ｍｍの試験片を切出し、ＪＩＳ法に準拠して
４点曲げ強度を測定した。
の試験片を切出し、８００℃に加熱溶融したＪＩＳ Ａ
ＤＣ１２アルミニウム合金浴中に２４時間浸漬した後、
浴中から引上げた。試験片に付着したアルミニウム合金
を酸で溶解除去した後、試験片の寸法を測定して溶損厚
さを測定した。また、焼結体から１５×１５×厚さ５ｍ
ｍの試験片を切出し、この試験片を鋼板上に置き、直径
２０ｍｍの鋼球を３ｍの高さから自然落下して衝突さ
せ、亀裂の発生の有無を調査した。更に、焼結体から３
×４×４０ｍｍの試験片を切出し、ＪＩＳ法に準拠して
４点曲げ強度を測定した。
【００２２】上記以外に、従来材である鋳鉄（片状黒鉛
鋳鉄）、熱間ダイス鋼（ＳＫＤ６１）及びサイアロンを
準備し、比較のため同様の試験をおこなった。
鋳鉄）、熱間ダイス鋼（ＳＫＤ６１）及びサイアロンを
準備し、比較のため同様の試験をおこなった。
【００２３】表１及び表２に上記に述べた各試験片の作
製条件を示す。表３及び表４にそれら各試験片の試験結
果を示す。以下にその内容について説明する。Ｎｏ．１
〜３の実施例は、粒子寸法２９５μｍ以下の球状サイア
ロン粒子を３０、５５及び８０体積％、これに対してＦ
ｅ−Ｎｉ系合金として平均粒径３０μｍの５３％Ｆｅ−
３０％Ｎｉ−１７％Ｃｏ合金をそれぞれ７０、４５及び
２０体積％添加混合しＨＩＰ焼結した材料である。これ
らの材料ではサイアロン添加量の多いものほど溶損厚さ
が小さく良好であるが、いずれもＮｏ．１７、１８の比
較材である鋳鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約３５％以
下の溶損厚さを示し、優れた耐溶損性が得られた。
製条件を示す。表３及び表４にそれら各試験片の試験結
果を示す。以下にその内容について説明する。Ｎｏ．１
〜３の実施例は、粒子寸法２９５μｍ以下の球状サイア
ロン粒子を３０、５５及び８０体積％、これに対してＦ
ｅ−Ｎｉ系合金として平均粒径３０μｍの５３％Ｆｅ−
３０％Ｎｉ−１７％Ｃｏ合金をそれぞれ７０、４５及び
２０体積％添加混合しＨＩＰ焼結した材料である。これ
らの材料ではサイアロン添加量の多いものほど溶損厚さ
が小さく良好であるが、いずれもＮｏ．１７、１８の比
較材である鋳鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約３５％以
下の溶損厚さを示し、優れた耐溶損性が得られた。
【００２４】Ｎｏ．４〜５の実施例は、粒子寸法１００
０ｍ以下の球状サイアロン粒子の添加量を３０体積％と
し、Ｆｅ−Ｎｉ系合金として各々９５％Ｆｅ−５％Ｎ
ｉ、５％Ｆｅ−９５％Ｎｉ合金を７０体積％添加混合し
ＨＩＰ焼結した材料である。Ｎｏ．６〜９の実施例は、
粒子寸法２９５μｍ以下の球状サイアロン粒子の添加量
を５５体積％一定とし、Ｆｅ−Ｎｉ系合金としてＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔ
ｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ−Ａｌの各合金をそれぞれ
４５体積％添加混合しＨＩＰ焼結した材料である。これ
らの材料はいずれも溶損厚さが小さく良好で、Ｎｏ．１
７、１８の鋳鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約１７％以
下の溶損厚さを示し、優れた耐溶損性が得られた。
０ｍ以下の球状サイアロン粒子の添加量を３０体積％と
し、Ｆｅ−Ｎｉ系合金として各々９５％Ｆｅ−５％Ｎ
ｉ、５％Ｆｅ−９５％Ｎｉ合金を７０体積％添加混合し
ＨＩＰ焼結した材料である。Ｎｏ．６〜９の実施例は、
粒子寸法２９５μｍ以下の球状サイアロン粒子の添加量
を５５体積％一定とし、Ｆｅ−Ｎｉ系合金としてＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔ
ｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ−Ａｌの各合金をそれぞれ
４５体積％添加混合しＨＩＰ焼結した材料である。これ
らの材料はいずれも溶損厚さが小さく良好で、Ｎｏ．１
７、１８の鋳鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約１７％以
下の溶損厚さを示し、優れた耐溶損性が得られた。
【００２５】Ｎｏ．１０の実施例は、粒子寸法２９５μ
ｍ以下の角状サイアロン粒子の添加量を５５体積％と
し、Ｆｅ−Ｎｉ系合金として５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−
１７％Ｃｏ合金を４５体積％添加混合しＨＩＰ焼結した
材料である。この材料は比較材であるＮｏ．１７、１８
の鋳鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約１４％の溶損厚さ
を示し、優れた耐溶損性が得られた。
ｍ以下の角状サイアロン粒子の添加量を５５体積％と
し、Ｆｅ−Ｎｉ系合金として５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−
１７％Ｃｏ合金を４５体積％添加混合しＨＩＰ焼結した
材料である。この材料は比較材であるＮｏ．１７、１８
の鋳鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約１４％の溶損厚さ
を示し、優れた耐溶損性が得られた。
【００２６】Ｎｏ．１１の実施例は、粒子寸法２９５μ
ｍ以下の球状Ｓｉ3Ｎ4粒子の添加量を５５体積％とし、
Ｆｅ−Ｎｉ系合金として５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１７
％Ｃｏ合金を４５体積％添加混合しＨＩＰ焼結した材料
である。この材料は比較材であるＮｏ．１７、１８の鋳
鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約１２％の溶損厚さを示
し、優れた耐溶損性が得られた。
ｍ以下の球状Ｓｉ3Ｎ4粒子の添加量を５５体積％とし、
Ｆｅ−Ｎｉ系合金として５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１７
％Ｃｏ合金を４５体積％添加混合しＨＩＰ焼結した材料
である。この材料は比較材であるＮｏ．１７、１８の鋳
鉄及び熱間ダイス鋼に比較して約１２％の溶損厚さを示
し、優れた耐溶損性が得られた。
【００２７】Ｎｏ．１２、１３及び１４の実施例は、そ
れぞれＮｏ．１、２及び３の実施例と同様にＨＩＰ処理
した後、切り出した試験片を大気中にて９００℃、１時
間加熱して表面を酸化した材料である。これらの材料は
溶損が認められず高い耐溶損性を示した。図３に、Ｎ
ｏ．１２試験片の表面に酸化被膜を設けた模式断面図を
示す。図３において、表面３に形成された酸化被膜４
は、基地５（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）とサイアロン粒子６の
間に楔状に入り込み、表面３から剥離、脱落しにくい。
れぞれＮｏ．１、２及び３の実施例と同様にＨＩＰ処理
した後、切り出した試験片を大気中にて９００℃、１時
間加熱して表面を酸化した材料である。これらの材料は
溶損が認められず高い耐溶損性を示した。図３に、Ｎ
ｏ．１２試験片の表面に酸化被膜を設けた模式断面図を
示す。図３において、表面３に形成された酸化被膜４
は、基地５（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）とサイアロン粒子６の
間に楔状に入り込み、表面３から剥離、脱落しにくい。
【００２８】以上、Ｎｏ．１〜１４の各実施例ではいず
れも溶損厚さが小さく耐溶損性が良好であること以外
に、鋼球落下試験でも亀裂が生じることなく、Ｎｏ．１
９の比較材のサイアロンが亀裂を生じたのに対して良好
であった。Ｎｏ．１〜１４の実施例での材料の曲げ強度
は１９０ＭＰａ以上あった。これは比較例Ｎｏ．１７の
鋳鉄と同等以上の強度であり、実用上充分な強度が得ら
れた。曲げ強度は窒化ケイ素質セラミックス粒子の添加
量が少ない材料ほど高い値を示した。またＦｅ−Ｎｉ系
合金にＴｉ或いはＡｌを添加した材料で、より高い曲げ
強度が得られた。
れも溶損厚さが小さく耐溶損性が良好であること以外
に、鋼球落下試験でも亀裂が生じることなく、Ｎｏ．１
９の比較材のサイアロンが亀裂を生じたのに対して良好
であった。Ｎｏ．１〜１４の実施例での材料の曲げ強度
は１９０ＭＰａ以上あった。これは比較例Ｎｏ．１７の
鋳鉄と同等以上の強度であり、実用上充分な強度が得ら
れた。曲げ強度は窒化ケイ素質セラミックス粒子の添加
量が少ない材料ほど高い値を示した。またＦｅ−Ｎｉ系
合金にＴｉ或いはＡｌを添加した材料で、より高い曲げ
強度が得られた。
【００２９】Ｎｏ．１５の比較例では、サイアロン粒子
の寸法が１２００μｍまでの大きな粒子を含有したた
め、焼結体中のサイアロン粒子及びＦｅ−Ｎｉ系合金に
亀裂を生じ、このため曲げ強度が１０８ＭＰａと低い値
しか得られなかった。
の寸法が１２００μｍまでの大きな粒子を含有したた
め、焼結体中のサイアロン粒子及びＦｅ−Ｎｉ系合金に
亀裂を生じ、このため曲げ強度が１０８ＭＰａと低い値
しか得られなかった。
【００３０】Ｎｏ．１６の比較例では、サイアロン粒子
の添加量が２０体積％と少なく、このため溶損厚さが
１．２ｍｍと大きく、比較材Ｎｏ．１７、１８の鋳鉄あ
るいは熱間ダイス鋼と同程度の耐溶損性しか得られなか
った。
の添加量が２０体積％と少なく、このため溶損厚さが
１．２ｍｍと大きく、比較材Ｎｏ．１７、１８の鋳鉄あ
るいは熱間ダイス鋼と同程度の耐溶損性しか得られなか
った。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】（実施例２）次に、前記の窒化ケイ素質セ
ラミックスと金属の複合材料を別の金属体に接合した実
施例について述べる。図１に一実施例である中空円筒複
合部材を示す。この中空円筒では、内側材１は本発明の
窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料、外側材２
は鋼等で形成され、両者の界面は化学結合されている。
この複合体は円筒面を有する内側材１が耐溶損性に優
れ、外側材２がより高い強度及び靭性をもつため、より
広範な各種治具・部品・装置類の用途に適用できる特徴
がある。
ラミックスと金属の複合材料を別の金属体に接合した実
施例について述べる。図１に一実施例である中空円筒複
合部材を示す。この中空円筒では、内側材１は本発明の
窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料、外側材２
は鋼等で形成され、両者の界面は化学結合されている。
この複合体は円筒面を有する内側材１が耐溶損性に優
れ、外側材２がより高い強度及び靭性をもつため、より
広範な各種治具・部品・装置類の用途に適用できる特徴
がある。
【００３６】この中空円筒複合部材はつぎの方法で作製
した。即ち、外側材２のＪＩＳ ＳＴＫＭ（０．２５％
Ｃ炭素鋼）製円筒容器のなかに、表面に離型剤を塗布し
たＪＩＳ ＳＵＳ３０４ステンレス鋼製丸棒を中心にセ
ットし、両者の隙間に表１の実施例Ｎｏ．２に示す粒子
寸法２９５μｍ以下の球状のサイアロン粒子５５体積％
と、組成が５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１７％Ｃｏ合金の
平均粒子径１０μｍの金属粒子４５体積％からなる内側
材１の混合粉末を充填し、円筒容器を真空脱気したのち
気密封止し、１１５０℃、１００ＭＰａ、２時間の条件
でＨＩＰした。冷却後円柱体の両端部を切断し、中心に
セットしたステンレス鋼製丸棒を引き抜いた。これによ
り、図１に示す内側材１と外側材２からなる複合部材を
作製できた。図２に、この複合部材の内側材１と外側材
２の接合界面の金属組織写真を示す。
した。即ち、外側材２のＪＩＳ ＳＴＫＭ（０．２５％
Ｃ炭素鋼）製円筒容器のなかに、表面に離型剤を塗布し
たＪＩＳ ＳＵＳ３０４ステンレス鋼製丸棒を中心にセ
ットし、両者の隙間に表１の実施例Ｎｏ．２に示す粒子
寸法２９５μｍ以下の球状のサイアロン粒子５５体積％
と、組成が５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１７％Ｃｏ合金の
平均粒子径１０μｍの金属粒子４５体積％からなる内側
材１の混合粉末を充填し、円筒容器を真空脱気したのち
気密封止し、１１５０℃、１００ＭＰａ、２時間の条件
でＨＩＰした。冷却後円柱体の両端部を切断し、中心に
セットしたステンレス鋼製丸棒を引き抜いた。これによ
り、図１に示す内側材１と外側材２からなる複合部材を
作製できた。図２に、この複合部材の内側材１と外側材
２の接合界面の金属組織写真を示す。
【００３７】（実施例３）図４は、本発明の一実施例で
ある窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料からな
る鋳造用堰入れ子の縦断面図を示す。サイアロンにＴｉ
Ｎを４０体積％添加した粒子寸法２９５μｍ以下の球状
の導電性サイアロン粒子を５０体積％と、平均粒径３０
μｍの７４％Ｆｅ−８％Ｎｉ−１８％Ｃｒ合金を５０体
積％添加混合した材料をＨＩＰ焼結した。この焼結体を
放電加工により、図４に示すように外径Ａが６５ｍｍ、
高さＢが５０ｍｍ、中空部の内径Ｃ、Ｄがそれぞれ４５
ｍｍ、３７ｍｍの堰入れ子７の形状に加工した。そし
て、この焼結体を大気中にて９００℃、１時間加熱して
表面を酸化させた。
ある窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料からな
る鋳造用堰入れ子の縦断面図を示す。サイアロンにＴｉ
Ｎを４０体積％添加した粒子寸法２９５μｍ以下の球状
の導電性サイアロン粒子を５０体積％と、平均粒径３０
μｍの７４％Ｆｅ−８％Ｎｉ−１８％Ｃｒ合金を５０体
積％添加混合した材料をＨＩＰ焼結した。この焼結体を
放電加工により、図４に示すように外径Ａが６５ｍｍ、
高さＢが５０ｍｍ、中空部の内径Ｃ、Ｄがそれぞれ４５
ｍｍ、３７ｍｍの堰入れ子７の形状に加工した。そし
て、この焼結体を大気中にて９００℃、１時間加熱して
表面を酸化させた。
【００３８】また、本発明の他の実施例の鋳造用堰入れ
子として、実施例２で述べたように窒化ケイ素質セラミ
ックスと金属の複合材料を別の金属体に接合した構造に
してもよい。すなわち図５に示すように、溶湯と直接接
触する内側材８を本発明の窒化ケイ素質セラミックスと
金属の複合材料、外側材９を粗鋼等で形成してもよい。
子として、実施例２で述べたように窒化ケイ素質セラミ
ックスと金属の複合材料を別の金属体に接合した構造に
してもよい。すなわち図５に示すように、溶湯と直接接
触する内側材８を本発明の窒化ケイ素質セラミックスと
金属の複合材料、外側材９を粗鋼等で形成してもよい。
【００３９】上記のように構成した堰入れ子７を金型
（図示せず）内に嵌着して、アルミニウム合金溶湯によ
る低圧鋳造を行ったところ、従来の熱間ダイス鋼製の堰
入れ子では２００〜３００ショットの使用で溶損のため
交換を要していたのに比べ、本発明の堰入れ子は５００
０ショット以上の連続使用が可能になり、約２０倍以上
の耐溶損性を確認できた。
（図示せず）内に嵌着して、アルミニウム合金溶湯によ
る低圧鋳造を行ったところ、従来の熱間ダイス鋼製の堰
入れ子では２００〜３００ショットの使用で溶損のため
交換を要していたのに比べ、本発明の堰入れ子は５００
０ショット以上の連続使用が可能になり、約２０倍以上
の耐溶損性を確認できた。
【００４０】（実施例４）図６は、本発明の一実施例で
ある窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料からな
るダイカストスリーブの縦断面図を示す。図６におい
て、ダイカストスリーブ１０は、金属製の外筒１１（外
径１３０ｍｍ、内径９０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）内に、
本発明の複合材料からなる内筒１２（外径９０ｍｍ、内
径６０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）を、５５０〜６００℃の
温度で焼嵌め固着した。１３は、ダイカストスリーブ１
０の端部近傍に開口した溶湯注入口である。内筒１２
は、サイアロンにＴｉＮを４０体積％添加した粒子寸法
２９５μｍ以下の導電性サイアロン粒子を５０体積％
と、平均粒径１０μｍの５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１７
％Ｃｏ合金を５０体積％添加混合した材料をＨＩＰ焼結
した後、仕上加工を施した。また、本発明のダイカスト
スリーブは、実施例２で述べたように、本発明の複合材
料からなる内筒１２と、金属等からなる外筒１１を、Ｈ
ＩＰ焼結により一体接合してもよい。
ある窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料からな
るダイカストスリーブの縦断面図を示す。図６におい
て、ダイカストスリーブ１０は、金属製の外筒１１（外
径１３０ｍｍ、内径９０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）内に、
本発明の複合材料からなる内筒１２（外径９０ｍｍ、内
径６０ｍｍ、長さ４００ｍｍ）を、５５０〜６００℃の
温度で焼嵌め固着した。１３は、ダイカストスリーブ１
０の端部近傍に開口した溶湯注入口である。内筒１２
は、サイアロンにＴｉＮを４０体積％添加した粒子寸法
２９５μｍ以下の導電性サイアロン粒子を５０体積％
と、平均粒径１０μｍの５３％Ｆｅ−３０％Ｎｉ−１７
％Ｃｏ合金を５０体積％添加混合した材料をＨＩＰ焼結
した後、仕上加工を施した。また、本発明のダイカスト
スリーブは、実施例２で述べたように、本発明の複合材
料からなる内筒１２と、金属等からなる外筒１１を、Ｈ
ＩＰ焼結により一体接合してもよい。
【００４１】上記のように構成したダイカストスリーブ
を型締力３５０ｔｏｎの横型ダイカストマシンの射出装
置に装着して、アルミニウム合金のダイカストに使用し
た。結果、従来の熱間ダイス鋼製のダイカストスリーブ
では約１００００ショットの射出で溶損のため交換を要
していたのに比べ、本発明のダイカストスリーブは１０
００００ショット以上の安定した射出を行なうことがで
き、約１０倍以上の耐溶損性を確認できた。
を型締力３５０ｔｏｎの横型ダイカストマシンの射出装
置に装着して、アルミニウム合金のダイカストに使用し
た。結果、従来の熱間ダイス鋼製のダイカストスリーブ
では約１００００ショットの射出で溶損のため交換を要
していたのに比べ、本発明のダイカストスリーブは１０
００００ショット以上の安定した射出を行なうことがで
き、約１０倍以上の耐溶損性を確認できた。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば従
来不十分であった材料の耐溶損性と耐破損性を大幅に向
上できるため、溶融アルミニウム合金と接触して使用さ
れる各種部品の寿命及び信頼性を大幅に高めることがで
きる。
来不十分であった材料の耐溶損性と耐破損性を大幅に向
上できるため、溶融アルミニウム合金と接触して使用さ
れる各種部品の寿命及び信頼性を大幅に高めることがで
きる。
【図１】本発明実施例の中空円筒複合部材の縦断面図で
ある。
ある。
【図２】本発明実施例の中空円筒複合部材の接合界面の
金属組織写真である。
金属組織写真である。
【図３】本発明の複合材料の表面に酸化被膜を設けた模
式断面図である。
式断面図である。
【図４】本発明実施例の鋳造用堰入れ子の縦断面図であ
る。
る。
【図５】本発明の他の実施例の鋳造用堰入れ子の縦断面
図である。
図である。
【図６】本発明実施例のダイカストスリーブの縦断面図
である。
である。
１ 内側材、 ２ 外側材、 ３ 表面、 ４ 酸化被
膜、 ５ 基地、６ サイアロン粒子、 ７ 堰入れ
子、 ８ 内側材、 ９ 外側材、１０ ダイカストス
リーブ、 １１ 外筒、 １２ 内筒、１３ 溶湯注入
口
膜、 ５ 基地、６ サイアロン粒子、 ７ 堰入れ
子、 ８ 内側材、 ９ 外側材、１０ ダイカストス
リーブ、 １１ 外筒、 １２ 内筒、１３ 溶湯注入
口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱吉 繁幸 北九州市若松区北浜一丁目９番１号 日立 金属株式会社若松工場内 (72)発明者 沖津 俊夫 北九州市若松区北浜一丁目９番１号 日立 金属株式会社若松工場内
Claims (10)
- 【請求項１】 窒化ケイ素質セラミックス粒子３０〜８
０体積％を、２０〜７０体積％のＦｅ−Ｎｉ系合金の基
地に分散したことを特徴とする窒化ケイ素質セラミック
スと金属の複合材料。 - 【請求項２】 窒化ケイ素質セラミックス粒子が粒子寸
法１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に
記載の窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料。 - 【請求項３】 窒化ケイ素質セラミックス粒子が粒子寸
法３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記
載の窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料。 - 【請求項４】 窒化ケイ素質セラミックス粒子が球状で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
記載の窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料。 - 【請求項５】 窒化ケイ素質セラミックス粒子に周期律
表の４ａ族、５ａ族又は６ａ族の元素の炭化物、ホウ化
物又は窒化物からなる非酸化物系導電材を含有させるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料。 - 【請求項６】 窒化ケイ素質セラミックス粒子に非酸化
物系導電材を３０〜７０体積％含有させることを特徴と
する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化ケイ素
質セラミックスと金属の複合材料。 - 【請求項７】 Ｔｉ及び／又はＡｌをＦｅ−Ｎｉ系合金
に０．５〜１０重量％含有することを特徴とする請求項
１乃至６のいずれか１項に記載の窒化ケイ素質セラミッ
クスと金属の複合材料。 - 【請求項８】 Ｆｅ−Ｎｉ系合金の表面に酸化被膜を設
けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に
記載の窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料。 - 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
複合材料を別の金属体に接合したことを特徴とする複合
部材。 - 【請求項１０】 請求項１乃至９のいずれか１項に記載
の複合材料を構成部材にしたことを特徴とするアルミニ
ウム溶湯用部品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3532295A JPH08158002A (ja) | 1994-02-24 | 1995-02-23 | 窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料及びアルミニウム溶湯用部品 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2643394 | 1994-02-24 | ||
| JP6-26433 | 1994-09-26 | ||
| JP22948694 | 1994-09-26 | ||
| JP6-229486 | 1994-09-26 | ||
| JP3532295A JPH08158002A (ja) | 1994-02-24 | 1995-02-23 | 窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料及びアルミニウム溶湯用部品 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08158002A true JPH08158002A (ja) | 1996-06-18 |
Family
ID=27285399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3532295A Pending JPH08158002A (ja) | 1994-02-24 | 1995-02-23 | 窒化ケイ素質セラミックスと金属の複合材料及びアルミニウム溶湯用部品 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08158002A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013057434A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Denso Corp | マイクロチャネル熱交換器の製造方法 |
| US20140086782A1 (en) * | 2011-05-27 | 2014-03-27 | H.C. Starck Gmbh | Feni binder having universal usability |
| CN104139185A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-11-12 | 南通高欣耐磨科技股份有限公司 | 一种金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法 |
-
1995
- 1995-02-23 JP JP3532295A patent/JPH08158002A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140086782A1 (en) * | 2011-05-27 | 2014-03-27 | H.C. Starck Gmbh | Feni binder having universal usability |
| US9821372B2 (en) * | 2011-05-27 | 2017-11-21 | H. C. Starck Gmbh | FeNi binder having universal usability |
| US20180029118A1 (en) * | 2011-05-27 | 2018-02-01 | H.C. Starck Gmbh | Feni binder having universal usability |
| US11207730B2 (en) * | 2011-05-27 | 2021-12-28 | Höganäs Germany GmbH | FeNi binder having universal usability |
| JP2013057434A (ja) * | 2011-09-07 | 2013-03-28 | Denso Corp | マイクロチャネル熱交換器の製造方法 |
| CN104139185A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-11-12 | 南通高欣耐磨科技股份有限公司 | 一种金属陶瓷耐磨复合材料的制备方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060711 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| RD05 | Notification of revocation of power of attorney |
Effective date: 20060718 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061106 |