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JP4089460B2 - Method for producing metal matrix composite member - Google Patents
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JP4089460B2 - Method for producing metal matrix composite member - Google Patents

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JP4089460B2 JP2003042946A JP2003042946A JP4089460B2 JP 4089460 B2 JP4089460 B2 JP 4089460B2 JP 2003042946 A JP2003042946 A JP 2003042946A JP 2003042946 A JP2003042946 A JP 2003042946A JP 4089460 B2 JP4089460 B2 JP 4089460B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属基複合化部材の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、アルミニウム合金等の母材金属と、セラミックス系の繊維や粒子等の強化材とが複合化されてなる、軽量・高強度等の特性を備えた金属基複合材料が広く用いられている。この金属基複合材料の製造方法としては、従来、強化材を含む多孔質のプリフォームに対して母材金属の溶湯を含浸させる際に、溶湯の浸透性の向上を図り、密閉型の金型容器内にプリフォームを配置した上で、該金型容器を密閉し、フィルタを介して真空引きを行うものが知られている(例えば特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平09−287036号公報 (第3頁)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献1に開示される金属基複合材料の製造方法では、スラリー容器内で強化材,バインダ等のプリフォーム材料及び分散媒を混合して、分散媒をフィルタを介してスラリー容器内から吸引除去することで、プリフォームが成形される。成形されたプリフォームは、溶湯の含浸工程前の乾燥・焼成工程に応じて、前述したスラリー容器から取り出される。
【0005】
かかる金属基複合化材料の製造方法では、プリフォームが別個の容器間で移動させられるため、固体性に乏しい状態にあるプリフォームについては、その取扱いを十分慎重に行う必要があった。しかしながら、場合によっては、プリフォームの形状を確保し得ず、溶湯の含浸工程前に、不良品として除外すべき必要が生じることがあった。このため、従来では、プリフォームの安全を確保するために、より良好なハンドリング性を実現することが望まれていた。
【0006】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、プリフォームのハンドリング性に優れた金属基複合化部材の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1に係る発明は、強化材を含むプリフォーム材料から構成される多孔質のプリフォームに母材金属を含浸させてなる金属基複合化部材の製造方法において、上記プリフォーム材料が分散されたスラリー中の分散媒をフィルタを介してスラリー容器内から吸引除去し、吸引除去により上記フィルタ上に成形されたプリフォームを該フィルタとともに上記スラリー容器内から取り出し、上記プリフォームを上記フィルタ上で乾燥させ、上記プリフォームを上記フィルタを介して金型容器内にセットし、上記金型容器内に上記母材金属の溶湯を注湯しつつ、上記フィルタのプリフォームと対向する側と反対側から該金型容器内を減圧して、上記プリフォームに該母材金属の溶湯を含浸させることを特徴としたものである。
【0009】
更に、本願の請求項に係る発明は、請求項に係る発明において、上記フィルタが金属製であることを特徴としたものである。
【0010】
また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項1に係る発明において、上記フィルタが、その少なくともプリフォームと対向する側で、上記母材金属の溶湯に対する濡れ性が低い状態に設定されていることを特徴としたものである。
【0011】
また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項に係る発明において、上記プリフォームを乾燥させた後に焼成する工程を備えており、上記フィルタが、該プリフォームの焼成工程時に酸化可能な材料からなり、その酸化によって、該フィルタの気孔表面に酸化層を生成させることを特徴としたものである。
【0012】
また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項に係る発明において、上記フィルタが、黒鉛粒子により成形されていることを特徴としたものである。
【0013】
また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項に係る発明において、上記プリフォームの吸引成形前に、上記フィルタのプリフォームと対向する側に塗型膜を形成することを特徴としたものである。
【0014】
また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項に係る発明において、上記プリフォームの吸引成形前に、黒鉛粒子が分散されたスラリー中の分散媒を上記フィルタを介して上記スラリー容器内から吸引除去し、該フィルタのプリフォームと対向する側に黒鉛粒子を含浸させることを特徴としたものである。
【0015】
また、更に、本願の請求項に係る発明は、請求項1〜に係る発明のいずれか一において、上記フィルタが、上記プリフォームの体積率より大きい体積率を有するように成形されていることを特徴としたものである。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
実施の形態1.
本発明の金属基複合化部材の製造方法では、まず、強化材を含むプリフォーム材料で構成される予備成形体(以下、プリフォームという)を吸引成形する。図1の(a)は、プリフォームの吸引成形工程をあらわす説明図である。この吸引成形工程では、その底面に排気減圧孔2aを備えたスラリー容器2内に、多孔質のフィルタ10をセットした上で、強化材3及びそれを結合する結合材としてのバインダ4、並びに、分散媒5をスラリー容器2内で混合させる。その後、強化材3及びバインダ4が分散するスラリー(懸濁液)6をフィルタ10を介して吸引し、分散媒5を吸引除去して、フィルタ10上に脱液されたプリフォーム7を成形する。
【0017】
この実施の形態1では、強化材3として、ICI(ICI Chemicals & Polymers Ltd)製のアルミナ短繊維(商品名:サフィルRGミルド)を用い、バインダ4として、日産化学製のシリカゾル(商品名:スノーテックス30)を用い、また、分散媒5としては、水を用いた。更に、フィルタ10としては、アルミナ・シリカ繊維からなる直径90mm,厚さ6mm,体積率約10%のセラミックボードを用いた。
【0018】
プリフォーム7の吸引成形後には、その乾燥及び焼成を行ない、脱液後のプリフォーム7を固化させる。図1の(b)は、プリフォーム7の乾燥及び焼成工程をあらわす説明図である。この乾燥及び焼成工程に際しては、スラリー容器2内で成形されたプリフォーム7を、フィルタ10とともにスラリー容器2内から取り出し、フィルタ10上に置かれた状態で、乾燥及び焼成用の炉9内にセットする。
【0019】
この実施の形態1では、プリフォーム7を常温で12時間乾燥させ、その後、800℃で1時間焼成した。前述したプリフォーム原料を採用するとともに、かかる乾燥及び焼成工程を行うことで、直径90mm,厚さ5mm,体積率約30%のプリフォーム7を得た。
なお、焼成工程は、必要に応じて実施されるものであり、乾燥後のプリフォーム7について、所定以上の固体性が確保されていれば、特に実施されなくてもよい。
【0020】
プリフォーム7の乾燥及び焼成後には、プリフォーム7に対する母材金属溶湯の含浸を行なう。図1の(c)は、その含浸工程をあらわす説明図である。この含浸工程では、その底面に排気減圧孔12aを備えた金型容器12内に、乾燥及び焼成後のプリフォーム7及びフィルタ10をセットした上で、母材金属14の溶湯を注湯する。これと同時に、金型容器12の上方から溶湯に対してエア加圧を行い、また、真空ポンプ(不図示)を用いて排気減圧孔12aを介した金型容器12内の減圧を行う。これにより、プリフォーム7に母材金属14の溶湯が含浸させられ、プリフォーム7及び母材金属14の複合化がなされ、その結果、金属基複合化部材が得られる。
【0021】
この実施の形態1では、母材金属として、AC8A合金(JIS H5202)を用いた。また、母材金属14の溶湯の温度を750℃に設定し、プリフォーム7の予熱温度を600℃に設定した。更に、金型容器12の上方からの溶湯に対するエア加圧を、4kgf/cm(≒0.392MPa)に設定した。
【0022】
なお、この含浸工程において、プリフォーム7及びフィルタ10を金属容器12内にセットするに際し、フィルタ10を、金型容器12内の底面に密着させることが好ましい。これにより、金型容器12を介してフィルタ10が冷却されるため、フィルタ10を通過する母材金属14の溶湯の凝固を促進させ、フィルタ10及び排気減圧孔12aへの溶湯侵入を防止することができる。この効果は、金型容器12の底部(フィルタ10と接触する面)を冷却すると、一層大きくなる。
【0023】
以上のように、この金属基複合化部材の製造方法では、プリフォーム7の吸引成形以降の工程を、プリフォーム7及びフィルタ10の組合せで行うことにより、プリフォーム7をそれがフィルタ10上で支持された状態で取り扱うことができる。これにより、図1の(a)〜(c)に示すような金属基複合化部材を製造するための一連の工程におけるプリフォーム7のハンドリング性を向上させることができる。
また、この金属基複合化部材の製造方法では、プリフォーム7の吸引成形工程時にスラリー容器2内にセットするフィルタと、プリフォーム7への母材金属の溶湯の含浸工程時に金型容器12内にセットするフィルタとを兼用化することができ、その結果、製造方法の経済性を向上させることができる。
【0024】
以下、本発明の別の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態では、特に記載しない限り、前述した実施の形態1における場合と同様の原料及び工程が採用されるものとする。
実施の形態2.
前述した実施の形態1では、フィルタ10として、アルミナ・シリカ繊維からなるセラミックボードを用いたが、これに限定されることなく、適切であれば他の材質からなるものを用いてもよい。この実施の形態2では、フィルタ10として、♯46,平均径約0.4mmのアルミニウムショットを、フェノール樹脂からなる有機バインダで成形させてなるものを用いた。ここでは、フィルタ10の体積率を、含浸工程時のフィルタ10への母材金属14の溶湯の差込みを抑制するために、プリフォーム7のそれよりも大きい約60%とした。また、この場合、フィルタ10の耐熱性を考慮して、焼成工程においては、その焼成温度を150℃に設定した。
【0025】
かかるフィルタ10を用いることにより、含浸工程時に母材金属14の溶湯がプリフォーム7を通過しフィルタ10まで差し込んだ場合に、フィルタ10の材質が、母材金属14と同じアルミニウムであるので、含浸工程後に不要なフィルタ及び差込み部分を切削除去する上で被削性がよく、それらを簡単に除去することができる。
【0026】
これに関連して、図2には、フィルタ10に対する母材金属14の差込み部分14aと、不要なフィルタ及び差込み部分(すなわち切削除去可能な部分)Rとを概略的に示す。この図に示すように、含浸工程においては、母材金属14の溶湯が、金属基複合化部材20を通過して、フィルタ10にその上面から差し込むことがある。母材金属の差込み部分を符号14aであらわす。しかし、この実施の形態2では、フィルタ10として、母材金属14と同じ材質からなるものを用いるので、フィルタ10とそれに差し込む母材金属14の差込み部分14aとが同じ材質となる。その結果、含浸工程後に切削除去部分Rを切削除去する上で被削性がよく、それらを簡単に除去することができる。つまり、フィルタ10として、母材金属14と同じ材質からなるものを用いる場合には、前述した実施の形態1においてフィルタ10と母材金属14とが異なる材質からなる場合に比べ、含浸工程後の機械加工が容易に可能となる。
【0027】
また、アルミニウムショットで成形されたフィルタ10の代わりに、アルミ繊維を有機バインダで成形されてなるものを用いた場合にも、同様の効果が得られた。更に、アルミ合金の切削切り粉を圧縮成形されてなるものを用いた場合には、有機バインダを使用せずにフィルタ10として成形可能であるため、経済性で優れるとともに、焼成工程における焼成温度を約500℃まで上昇可能であった。
【0028】
また、アルミショットの代わりに、安価な他の金属ショット(例えば亜鉛,スチール等)を用いることもできるが、この場合には、含浸工程後に不要なフィルタ及び差込み部分を切削除去する上で、異種金属の共加工となるため、その被削性について、アルミ系のフィルタを用いた場合よりは劣るものの、前述した実施の形態1における場合(セラミック系のフィルタを用いた場合)よりも優れた特性が得られた。
【0029】
ここでは、フィルタ10として、母材金属と同種の又は異種の金属からなるものを用いる例を挙げたが、特に金属に限定されることなく、機械加工の容易な材質からなるものであれば、含浸工程時に母材金属14の溶湯がフィルタ10まで差し込んだ場合にも、不要なフィルタ及び差込み部分を比較的容易に切削除去することができる。
【0030】
実施の形態3.
この実施の形態3では、フィルタ10として、SUS316からなる体積率約60%の鉄系多孔質体を用いた。そして、プリフォーム7の焼成工程時に、プリフォーム7を支持するフィルタ10を酸化させて、その気孔表面に酸化層を生成させた。焼成工程においては、その焼成温度を800℃に設定した。
【0031】
フィルタ10が酸化層を備えることにより、その表面における濡れ性は低くなる。これによって、含浸工程時にフィルタ10への母材金属14の溶湯の差込みが抑制された。なお、本願明細書において、「濡れ性」とは、液体と固体が接触する際に、固体の接触面に対する液滴の接触角の大きさで判断される特性をあらわすものとする。この接触角が大きいほど、濡れ性が低いといえる。
【0032】
このように、フィルタ10として、プリフォーム7の焼成工程時に酸化可能な材料からなるものを用い、その気孔表面に酸化層を生成させることで、含浸工程におけるフィルタ10への母材金属14の溶湯の差込みを抑制することができる。その結果、含浸工程後の不要なフィルタ及び差込み部分を切削除去するための機械加工を容易化できる。
【0033】
実施の形態4.
この実施の形態4では、フィルタ10として、黒鉛粒子で成形されてなるものを用いた。成形に際して、乾燥及び焼成工程後のフィルタ10の体積率を、含浸工程時のフィルタ10への母材金属の溶湯の差込みを抑制するために、アルミナ短繊維からなるプリフォーム7の体積率より大きい約60%とした。また、焼成工程においては、その焼成温度を800℃に設定し、フィルタ10をなす黒鉛の酸化損耗を防止するために、非酸化雰囲気で焼成を行った。
【0034】
かかるフィルタ10を用いた場合には、母材金属14の溶湯(アルミ溶湯)の黒鉛に対する濡れ性が低く、また、フィルタ10の体積率が、プリフォーム7のそれよりも大きいため、含浸工程におけるフィルタ10への母材金属14の溶湯の差込みが抑制された。その結果、含浸工程後の不要なフィルタ及び差込み部分を切削除去するための機械加工を容易化することができた。
【0035】
なお、フィルタ10の成形する粒子としては、特に黒鉛粒子に限定されることなく、例えばチタニア粒子や窒化硼素粒子等の、溶湯に対する濡れ性の低い粒子を用いれば、同様の効果が得られた。
【0036】
実施の形態5.
この実施の形態5では、プリフォーム7の吸引成形前に、フィルタ10のプリフォーム7と対向する側に塗型をした。ここでは、酸化亜鉛からなる塗型剤を用いた。図3に、その上面に塗型膜22を備えたフィルタ10及び該フィルタ10上に成形されたプリフォーム7を示す。
【0037】
このように、フィルタ10のプリフォーム7と対向する側に塗型をすることにより、プリフォーム7の吸引成形に要する時間が延びるものの、母材金属14の溶湯に対するフィルタ表面の濡れ性は低くなる。これにより、含浸工程時のフィルタ10への溶湯差込みを十分に抑制することができた。
【0038】
実施の形態6.
図4の(a)及び(b)は、共に、本発明の実施の形態6に係る図であり、それぞれ、プリフォーム7の吸引成形工程に先立ち、黒鉛粒子が分散したスラリーからフィルタ10を介して分散媒を吸引除去する工程をあらわす説明図、および、図4の(a)に示す工程に続くプリフォームの吸引成形工程をあらわす説明図である。
この実施の形態6では、図4の(a)からよく分かるように、プリフォーム7の吸引成形前に、すなわち、強化材を含むプリフォーム材料が分散されたスラリー6を入れる前に、まず、黒鉛粒子が分散したスラリー31をスラリー容器2内に入れ、スラリー31中の分散媒を吸引除去して、フィルタ10のプリフォーム7と対向する側に黒鉛粒子を含浸させた。符号31aは、フィルタ10における黒鉛粒子の含浸部分をあらわす。
【0039】
その後、図4の(b)に示すように、強化材及びバインダを含むプリフォーム材料が分散されたスラリー6をスラリー容器2に入れ、スラリー6中の分散媒を吸引除去して、プリフォーム7(図4では不図示)を成形した。
【0040】
フィルタ10が、そのプリフォーム7に対向する側に黒鉛粒子の含浸部分31aを備えることにより、その表面における濡れ性は低くなる。これによって、含浸工程時にフィルタ10への母材金属14の溶湯の差込みが抑制された。
【0041】
なお、本発明は、例示された実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【0042】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本願の請求項1に係る発明によれば、吸引成形以降の工程では、プリフォームを、それを支持するフィルタと組み合わせて扱えるため、プリフォームのハンドリング性を向上させることができる。また、この発明によれば、プリフォームの吸引成形工程時にスラリー容器内にセットするフィルタと、プリフォームへの母材金属の溶湯の含浸工程時に金型容器内にセットするフィルタとを兼用化することができ、製造方法の経済性を向上させることができる。
【0044】
更に、本願の請求項に係る発明によれば、基本的には上記請求項に係る発明と同様の効果を奏することができるが、この場合には、フィルタが母材金属と同様に金属からなるため、後工程においては一層良好な機械加工性を確保することができる。
【0045】
また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、上記フィルタが、その少なくともプリフォームと対向する側で、上記母材金属の溶湯に対する濡れ性が低い状態に設定されているため、該母材金属の溶湯の含浸時に、フィルタ内への溶湯の差込みを有効に抑制することができる。
【0046】
また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、上記フィルタが、該プリフォームの焼成工程時に酸化可能な材料からなり、その酸化によって、該フィルタの気孔表面に酸化層を生成させるため、母材金属の溶湯の含浸時に、フィルタ内への溶湯の差込みを有効に抑制することができる。
【0047】
また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、上記フィルタが、黒鉛粒子により成形されているため、母材金属の溶湯の含浸時に、フィルタ内への溶湯差込みを有効に抑制することができる。
【0048】
また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、上記プリフォームの吸引成形前に、上記フィルタのプリフォームと対向する側に塗型膜を形成するため、母材金属の溶湯の含浸時に、フィルタ内への溶湯差込みを有効に抑制することができる。
【0049】
また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、上記プリフォームの吸引成形前に、黒鉛粒子が分散されたスラリー中の分散媒を上記フィルタを介して上記スラリー容器内から吸引除去し、該フィルタのプリフォームと対向する側に黒鉛粒子を含浸させるため、母材金属の溶湯の含浸時に、フィルタ内への溶湯差込みを有効に抑制することができる。
【0050】
また、更に、本願の請求項に係る発明によれば、上記フィルタが、上記プリフォームの体積率より大きい体積率を有するように成形されているため、母材金属の溶湯の含浸時に、フィルタ内への溶湯差込みを有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の金属基複合化部材の製造方法におけるプリフォームの吸引成形工程をあらわす説明図である。
(b)上記金属基複合化部材の製造方法におけるプリフォームの乾燥及び焼成工程をあらわす説明図である。
(c)上記金属基複合化部材の製造方法におけるプリフォームへの母材金属溶湯の含浸工程をあらわす説明図である。
【図2】 フィルタに対する母材金属の差込み部分と、不要なフィルタ及び差込み部分からなる切削除去部分とを示す説明図である。
【図3】 その表面側に塗型が形成されたフィルタ及びその上に成形されたプリフォームをあらわす説明図である。
【図4】 (a)プリフォームの吸引成形工程に先立ち、黒鉛粒子が分散したスラリーからフィルタを介して分散媒を吸引除去する工程をあらわす説明図である。
(b)図4の(a)に示す工程に続く、プリフォームの吸引成形工程をあらわす説明図である。
【符号の説明】
2…スラリー容器
3…強化材
4…バインダ
5…分散媒
6…スラリー
7…プリフォーム
9…乾燥及び焼成用の炉
10…フィルタ
12…金型容器
14…母材金属
22…塗型膜
31…黒鉛粒子分散スラリー
31a…黒鉛粒子含浸部分
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a metal matrix composite member.
[0002]
[Prior art]
In recent years, metal-based composite materials having characteristics such as light weight and high strength, in which a base metal such as an aluminum alloy and a reinforcing material such as ceramic fibers and particles are combined, are widely used. As a method for producing this metal matrix composite material, conventionally, when a porous preform containing a reinforcing material is impregnated with a molten metal, a metal mold for a closed mold is used to improve the permeability of the molten metal. It is known that a preform is placed in a container, the mold container is sealed, and evacuation is performed through a filter (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 09-287036 A (page 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the manufacturing method of the metal matrix composite material disclosed in Patent Document 1, a preform material such as a reinforcing material and a binder and a dispersion medium are mixed in the slurry container, and the dispersion medium is mixed in the slurry container through a filter. The preform is formed by sucking and removing. The formed preform is taken out from the slurry container described above according to the drying / firing process before the molten metal impregnation process.
[0005]
In such a method for producing a metal matrix composite material, since the preform is moved between separate containers, it has been necessary to handle the preform in a state of poor solidity with sufficient care. However, in some cases, the shape of the preform cannot be ensured, and it may be necessary to exclude it as a defective product before the molten metal impregnation step. For this reason, conventionally, in order to ensure the safety of the preform, it has been desired to realize better handling properties.
[0006]
This invention is made | formed in view of the said technical subject, and it aims at providing the manufacturing method of the metal group composite member excellent in the handleability of preform.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 of the present application is the method for producing a metal matrix composite member obtained by impregnating a base metal with a porous preform composed of a preform material containing a reinforcing material. The dispersion medium in the dispersed slurry is sucked and removed from the slurry container through the filter, the preform molded on the filter by suction removal is taken out from the slurry container together with the filter, and the preform is removed from the filter. The preform is set in a mold container through the filter, and a side of the filter facing the preform is poured into the mold container while the molten metal is poured into the mold container. The inside of the mold container is depressurized from the opposite side, and the preform is impregnated with a molten metal of the base metal.
[0009]
The invention according to claim 2 of the present application is the invention according to claim 1 , wherein the filter is made of metal.
[0010]
Further, the invention according to claim 3 of the present application is the invention according to claim 1, wherein the filter is set at a state where the wettability of the base metal to the molten metal is low at least on the side facing the preform. It is characterized by being.
[0011]
Still, the invention according to claim 4 of the present application is the invention according to claim 3, provided with a step of firing after drying the preform, the filter is oxidized during the firing process of the preform It is made of a possible material, and an oxidation layer is generated on the pore surface of the filter by its oxidation.
[0012]
Furthermore, the invention according to claim 5 of the present application is characterized in that, in the invention according to claim 3 , the filter is formed of graphite particles.
[0013]
Furthermore, the invention according to claim 6 of the present application is characterized in that, in the invention according to claim 3 , a coating film is formed on the side of the filter facing the preform before the preform is suction-molded. It is what.
[0014]
Furthermore, the invention according to claim 7 of the present application is the invention according to claim 3 , wherein the dispersion medium in the slurry in which the graphite particles are dispersed is passed through the filter before the preform is suction-molded. The filter is sucked and removed from the container and impregnated with graphite particles on the side of the filter facing the preform.
[0015]
Furthermore, in the invention according to claim 8 of the present application, in any one of the inventions according to claims 1 to 7 , the filter is formed so as to have a volume ratio larger than the volume ratio of the preform. It is characterized by that.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
In the method for producing a metal matrix composite member of the present invention, first, a preform (hereinafter referred to as a preform) made of a preform material including a reinforcing material is suction-molded. (A) of FIG. 1 is explanatory drawing showing the suction molding process of a preform. In this suction molding step, the porous filter 10 is set in the slurry container 2 provided with the exhaust pressure reducing hole 2a on the bottom surface, and then the reinforcing material 3 and the binder 4 as a binding material for binding the reinforcing material 3, and The dispersion medium 5 is mixed in the slurry container 2. Thereafter, the slurry (suspension) 6 in which the reinforcing material 3 and the binder 4 are dispersed is sucked through the filter 10, the dispersion medium 5 is sucked and removed, and the preform 7 drained on the filter 10 is formed. .
[0017]
In Embodiment 1, alumina short fibers (trade name: Safil RG Mild) manufactured by ICI (ICI Chemicals & Polymers Ltd) are used as the reinforcing material 3, and silica sol (trade name: Snow manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) is used as the binder 4. Tex 30) was used, and water was used as the dispersion medium 5. Further, as the filter 10, a ceramic board made of alumina / silica fiber having a diameter of 90 mm, a thickness of 6 mm, and a volume ratio of about 10% was used.
[0018]
After the preform 7 is formed by suction, the preform 7 is dried and baked to solidify the preform 7 after liquid removal. FIG. 1B is an explanatory view showing the drying and firing steps of the preform 7. In this drying and firing process, the preform 7 molded in the slurry container 2 is taken out of the slurry container 2 together with the filter 10 and placed on the filter 10 in the drying and firing furnace 9. set.
[0019]
In the first embodiment, the preform 7 was dried at room temperature for 12 hours and then baked at 800 ° C. for 1 hour. While adopting the preform raw material described above, the preform 7 having a diameter of 90 mm, a thickness of 5 mm, and a volume ratio of about 30% was obtained by performing the drying and firing processes.
In addition, a baking process is implemented as needed and does not need to be implemented especially if the solidity more than predetermined is ensured about the preform 7 after drying.
[0020]
After the preform 7 is dried and baked, the preform 7 is impregnated with a base metal melt. (C) of FIG. 1 is explanatory drawing showing the impregnation process. In this impregnation step, the preform 7 and the filter 10 after drying and firing are set in a mold container 12 having an exhaust pressure reducing hole 12a on the bottom surface, and then a molten metal 14 is poured. At the same time, air pressure is applied to the molten metal from above the mold container 12, and the pressure in the mold container 12 is reduced through the exhaust pressure reducing hole 12a using a vacuum pump (not shown). Thereby, the preform 7 is impregnated with the melt of the base metal 14, and the preform 7 and the base metal 14 are combined. As a result, a metal matrix composite member is obtained.
[0021]
In the first embodiment, an AC8A alloy (JIS H5202) is used as a base metal. Further, the temperature of the molten metal 14 was set to 750 ° C., and the preheating temperature of the preform 7 was set to 600 ° C. Further, the air pressure applied to the molten metal from above the mold container 12 was set to 4 kgf / cm 2 (≈0.392 MPa).
[0022]
In this impregnation step, when the preform 7 and the filter 10 are set in the metal container 12, the filter 10 is preferably adhered to the bottom surface in the mold container 12. As a result, the filter 10 is cooled through the mold container 12, so that the solidification of the molten metal of the base metal 14 that passes through the filter 10 is promoted, and the molten metal intrusion into the filter 10 and the exhaust pressure reducing hole 12 a is prevented. Can do. This effect becomes even greater when the bottom of the mold container 12 (the surface in contact with the filter 10) is cooled.
[0023]
As described above, in this method for manufacturing a metal matrix composite member, the steps after the suction molding of the preform 7 are performed by the combination of the preform 7 and the filter 10, so that the preform 7 is placed on the filter 10. It can be handled in a supported state. Thereby, the handleability of the preform 7 in a series of steps for producing the metal matrix composite member as shown in FIGS. 1A to 1C can be improved.
Further, in this method of manufacturing a metal matrix composite member, a filter set in the slurry container 2 during the suction molding process of the preform 7 and a mold container 12 inside the preform 7 with the base metal melt being impregnated. It is possible to share the filter to be set to the same, and as a result, the economics of the manufacturing method can be improved.
[0024]
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described. In the embodiments described below, the same raw materials and processes as those in the first embodiment are employed unless otherwise specified.
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment described above, a ceramic board made of alumina / silica fibers is used as the filter 10. However, the present invention is not limited to this, and a filter made of another material may be used as appropriate. In the second embodiment, as the filter 10, an aluminum shot having # 46 and an average diameter of about 0.4 mm is molded with an organic binder made of a phenol resin is used. Here, the volume ratio of the filter 10 is set to about 60% larger than that of the preform 7 in order to suppress the insertion of the molten metal 14 into the filter 10 during the impregnation step. In this case, considering the heat resistance of the filter 10, the firing temperature was set to 150 ° C. in the firing step.
[0025]
By using such a filter 10, when the molten metal 14 is inserted into the filter 10 through the preform 7 during the impregnation step, the material of the filter 10 is the same aluminum as the base metal 14. When the unnecessary filter and insertion portion are removed by cutting after the process, the machinability is good, and they can be easily removed.
[0026]
In this regard, FIG. 2 schematically shows an insertion portion 14a of the base metal 14 with respect to the filter 10 and an unnecessary filter and insertion portion (that is, a portion that can be removed by cutting) R. As shown in this figure, in the impregnation step, the molten metal 14 may pass through the metal matrix composite member 20 and be inserted into the filter 10 from its upper surface. The insertion part of the base metal is represented by reference numeral 14a. However, in the second embodiment, since the filter 10 is made of the same material as the base metal 14, the filter 10 and the insertion portion 14a of the base metal 14 inserted therein are made of the same material. As a result, the machinability is good when cutting and removing the cutting removal portion R after the impregnation step, and they can be easily removed. That is, when the filter 10 made of the same material as the base metal 14 is used, the filter 10 and the base metal 14 are different from each other after the impregnation step in the first embodiment. Machining can be easily performed.
[0027]
Moreover, the same effect was acquired also when using what formed the aluminum fiber by the organic binder instead of the filter 10 shape | molded by the aluminum shot. Furthermore, when using a compression-molded aluminum alloy cutting powder, it can be formed as a filter 10 without using an organic binder, so that it is excellent in economic efficiency and the firing temperature in the firing step is increased. The temperature could rise to about 500 ° C.
[0028]
In addition, it is possible to use other inexpensive metal shots (for example, zinc, steel, etc.) instead of aluminum shots. In this case, different types of filters and insertion parts are removed after the impregnation process. Since the metal is co-processed, its machinability is inferior to that of using an aluminum filter, but is superior to the case of the first embodiment described above (when a ceramic filter is used). was gotten.
[0029]
Here, an example of using a filter 10 made of the same or different kind of metal as the base metal has been given, but is not particularly limited to metal, and if it is made of a material that is easy to machine, Even when the molten metal 14 is inserted up to the filter 10 during the impregnation step, unnecessary filters and insertion portions can be cut and removed relatively easily.
[0030]
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, an iron-based porous body made of SUS316 and having a volume ratio of about 60% is used as the filter 10. And the filter 10 which supports the preform 7 was oxidized at the time of the baking process of the preform 7, and the oxidation layer was produced | generated on the pore surface. In the firing step, the firing temperature was set to 800 ° C.
[0031]
When the filter 10 includes the oxide layer, the wettability on the surface thereof is lowered. As a result, the insertion of the molten metal 14 into the filter 10 during the impregnation process was suppressed. In the specification of the present application, “wetting” refers to a characteristic that is determined by the size of a contact angle of a droplet with respect to a contact surface of a solid when the liquid and the solid come into contact with each other. It can be said that the larger the contact angle, the lower the wettability.
[0032]
As described above, the filter 10 is made of a material that can be oxidized during the firing step of the preform 7, and an oxide layer is generated on the surface of the pores, so that the base metal 14 melts into the filter 10 in the impregnation step. Insertion can be suppressed. As a result, it is possible to facilitate machining for removing unnecessary filters and insertion portions after the impregnation step.
[0033]
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the filter 10 is made of graphite particles. At the time of molding, the volume ratio of the filter 10 after the drying and firing process is larger than the volume ratio of the preform 7 made of short alumina fibers in order to suppress the insertion of the base metal melt into the filter 10 during the impregnation process. About 60%. In the firing step, the firing temperature was set to 800 ° C., and firing was performed in a non-oxidizing atmosphere in order to prevent oxidative wear of graphite forming the filter 10.
[0034]
When such a filter 10 is used, the wettability of the molten metal (aluminum molten metal) of the base metal 14 with respect to graphite is low, and the volume ratio of the filter 10 is larger than that of the preform 7. Insertion of the molten metal 14 into the filter 10 was suppressed. As a result, it was possible to facilitate machining for cutting and removing unnecessary filters and insertion portions after the impregnation step.
[0035]
The particles to be formed by the filter 10 are not particularly limited to graphite particles. For example, if particles having low wettability with respect to the molten metal, such as titania particles and boron nitride particles, are used, the same effect can be obtained.
[0036]
Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, before the preform 7 is suction-molded, the filter 10 is coated on the side facing the preform 7. Here, a coating agent made of zinc oxide was used. FIG. 3 shows a filter 10 having a coating film 22 on its upper surface and a preform 7 molded on the filter 10.
[0037]
Thus, although the time required for the suction molding of the preform 7 is extended by coating the filter 10 on the side facing the preform 7, the wettability of the filter surface with respect to the molten metal 14 is lowered. . Thereby, the molten metal insertion to the filter 10 at the time of an impregnation process was fully suppressed.
[0038]
Embodiment 6 FIG.
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are both diagrams according to Embodiment 6 of the present invention, and before the suction molding step of the preform 7, the slurry from which graphite particles are dispersed is passed through the filter 10 respectively. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a step of sucking and removing the dispersion medium, and an explanatory diagram showing a preform suction molding step following the step shown in FIG.
In the sixth embodiment, as well understood from FIG. 4A, before the preform 7 is formed by suction, that is, before the slurry 6 in which the preform material including the reinforcing material is dispersed, The slurry 31 in which the graphite particles were dispersed was placed in the slurry container 2, and the dispersion medium in the slurry 31 was removed by suction, and the side of the filter 10 facing the preform 7 was impregnated with the graphite particles. Reference numeral 31 a represents an impregnated portion of the filter 10 with the graphite particles.
[0039]
Thereafter, as shown in FIG. 4B, the slurry 6 in which the preform material including the reinforcing material and the binder is dispersed is placed in the slurry container 2, and the dispersion medium in the slurry 6 is removed by suction to obtain the preform 7. (Not shown in FIG. 4) was molded.
[0040]
Since the filter 10 includes the impregnated portion 31a of the graphite particles on the side facing the preform 7, the wettability on the surface thereof is lowered. As a result, the insertion of the molten metal 14 into the filter 10 during the impregnation process was suppressed.
[0041]
Note that the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and it goes without saying that various improvements and design changes are possible without departing from the scope of the present invention.
[0042]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the invention according to claim 1 of the present application, the preform can be handled in combination with a filter that supports the preform in the steps after the suction molding, so that the handleability of the preform is improved. Can be made. In addition, according to the present invention, the filter set in the slurry container during the preform suction molding process and the filter set in the mold container during the base metal melt impregnation process to the preform are combined. It is possible to improve the economical efficiency of the manufacturing method.
[0044]
Furthermore, according to the invention according to claim 2 of the present application, basically, the same effect as that of the invention according to claim 1 can be obtained. In this case, the filter is made of a metal similar to the base metal. Therefore, better machinability can be secured in the subsequent process.
[0045]
Furthermore, according to the invention of claim 3 of the present application, the filter is set at a state where the wettability of the base metal to the molten metal is low on at least the side facing the preform. During the impregnation of the base metal melt, insertion of the melt into the filter can be effectively suppressed.
[0046]
Furthermore, according to the invention of claim 4 of the present application, the filter is made of a material that can be oxidized during the firing step of the preform, and the oxidation causes an oxide layer to be generated on the pore surface of the filter. When the base metal melt is impregnated, insertion of the molten metal into the filter can be effectively suppressed.
[0047]
Furthermore, according to the invention according to claim 5 of the present application, since the filter is formed of graphite particles, the insertion of the molten metal into the filter is effectively suppressed when the molten metal is impregnated. Can do.
[0048]
Furthermore, according to the invention of claim 6 of the present application, before forming the preform by suction, the coating film is formed on the side of the filter facing the preform, so that the base metal melt is impregnated. Sometimes, the insertion of the molten metal into the filter can be effectively suppressed.
[0049]
Further, according to the invention according to claim 7 of the present application, before the preform is sucked, the dispersion medium in the slurry in which the graphite particles are dispersed is sucked and removed from the slurry container through the filter. Since the graphite particles are impregnated on the side of the filter facing the preform, the molten metal can be effectively prevented from being inserted into the filter when the base metal melt is impregnated.
[0050]
Furthermore, according to the invention according to claim 8 of the present application, since the filter is formed so as to have a volume ratio larger than the volume ratio of the preform, the filter is impregnated at the time of impregnation with the base metal melt. Insertion of molten metal into the inside can be effectively suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is an explanatory view showing a preform suction molding step in the method for producing a metal matrix composite member of the present invention.
(B) It is explanatory drawing showing the drying and baking process of the preform in the manufacturing method of the said metal matrix composite member.
(C) It is explanatory drawing showing the impregnation process of the base metal molten metal to the preform in the manufacturing method of the said metal matrix composite member.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an insertion portion of a base metal with respect to a filter and a cutting removal portion including an unnecessary filter and an insertion portion.
FIG. 3 is an explanatory view showing a filter having a coating mold formed on its surface side and a preform molded thereon.
4A is an explanatory view showing a step of sucking and removing a dispersion medium through a filter from a slurry in which graphite particles are dispersed prior to a preform suction molding step. FIG.
(B) It is explanatory drawing showing the suction molding process of a preform following the process shown to (a) of FIG.
[Explanation of symbols]
2 ... Slurry container 3 ... Reinforcement material 4 ... Binder 5 ... Dispersion medium 6 ... Slurry 7 ... Preform 9 ... Drying and firing furnace 10 ... Filter 12 ... Mold container 14 ... Base metal 22 ... Coating film 31 ... Graphite particle dispersed slurry 31a: Graphite particle impregnated portion

Claims (8)

強化材を含むプリフォーム材料から構成される多孔質のプリフォームに母材金属を含浸させてなる金属基複合化部材の製造方法において、
上記プリフォーム材料が分散されたスラリー中の分散媒をフィルタを介してスラリー容器内から吸引除去し、
上記吸引除去により上記フィルタ上に成形されたプリフォームを該フィルタとともに上記スラリー容器内から取り出し、
上記プリフォームを上記フィルタ上で乾燥させ、
上記プリフォームを上記フィルタを介して金型容器内にセットし、
上記金型容器内に上記母材金属の溶湯を注湯しつつ、上記フィルタのプリフォームと対向する側と反対側から該金型容器内を減圧して、上記プリフォームに該母材金属の溶湯を含浸させることを特徴とする金属基複合化部材の製造方法。
In the method for producing a metal-based composite member obtained by impregnating a base metal with a porous preform composed of a preform material containing a reinforcing material,
The dispersion medium in the slurry in which the preform material is dispersed is removed by suction from the slurry container through a filter,
The preform formed on the filter by the suction removal is taken out from the slurry container together with the filter,
Drying the preform on the filter,
Set the preform in the mold container through the filter,
While pouring a melt of the base metal into the mold container, the inside of the mold container is depressurized from the opposite side of the filter to the preform, and the preform is filled with the base metal. A method for producing a metal-based composite member, wherein the molten metal is impregnated.
上記フィルタが金属製であることを特徴とする請求項記載の金属基複合化部材の製造方法。 The process according to claim 1, wherein the metal matrix composite member, characterized in that said filter is made of metal. 上記フィルタが、その少なくともプリフォームと対向する側で、上記母材金属の溶湯に対する濡れ性が低い状態に設定されていることを特徴とする請求項1記載の金属基複合化部材の製造方法。 2. The method for producing a metal-based composite member according to claim 1, wherein the filter is set in a state in which wettability of the base metal to the molten metal is low on at least a side facing the preform. 上記プリフォームを乾燥させた後に焼成する工程を備えており、
上記フィルタが、該プリフォームの焼成工程時に酸化可能な材料からなり、その酸化によって、該フィルタの気孔表面に酸化層を生成させることを特徴とする請求項記載の金属基複合化部材の製造方法。
It comprises a step of firing after drying the preform,
4. The metal matrix composite member according to claim 3 , wherein the filter is made of a material that can be oxidized during the firing step of the preform, and an oxidation layer is formed on the pore surface of the filter by the oxidation. Method.
上記フィルタが、黒鉛粒子により成形されていることを特徴とする請求項記載の金属基複合化部材の製造方法。 4. The method for producing a metal matrix composite member according to claim 3 , wherein the filter is formed of graphite particles. 上記プリフォームの吸引成形前に、上記フィルタのプリフォームと対向する側に塗型膜を形成することを特徴とする請求項記載の金属基複合化部材の製造方法。 4. The method for producing a metal matrix composite member according to claim 3 , wherein a coating film is formed on a side of the filter facing the preform before the preform is formed by suction. 上記プリフォームの吸引成形前に、黒鉛粒子が分散されたスラリー中の分散媒を上記フィルタを介して上記スラリー容器内から吸引除去し、該フィルタのプリフォームと対向する側に黒鉛粒子を含浸させることを特徴とする請求項記載の金属基複合化部材の製造方法。 Prior to suction molding of the preform, the dispersion medium in the slurry in which the graphite particles are dispersed is sucked and removed from the slurry container through the filter, and the side of the filter facing the preform is impregnated with the graphite particles. The method for producing a metal matrix composite member according to claim 3 . 上記フィルタが、上記プリフォームの体積率より大きい体積率を有するように成形されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか一に記載の金属基複合化部材の製造方法。 The method for producing a metal matrix composite member according to any one of claims 1 to 7 , wherein the filter is formed to have a volume ratio larger than that of the preform.
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