JPH0249183B2

JPH0249183B2 -

Info

Publication number: JPH0249183B2
Application number: JP60231307A
Authority: JP
Inventors: Shunzo Takasuka; Yukihiro Sugimoto
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1990-10-29
Also published as: JPS6293058A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はカーボンの自己潤滑性を利用して耐摩
耗性をより向上させるようにした複合部材の製造
方法に関するものである。

（従来技術）近時、金属製母体の所定部分のみを、耐摩耗性
向上のために部分的に異なる金属によつて形成す
るようにした複合部材が多くなつている。例え
ば、内燃機関におけるピストンの母体をアルミニ
ウム合金製とする一方、大きな繰り返し荷重を受
けるトツプリングを保持するピストンリングキヤ
リア部を、特公昭60−25619号公報に示すように、
例えばニツケルの金属多孔体を当該母体で鋳ぐる
むことにより構成するようにした複合部材が提案
されている。

このような複合部材を得る方法としては、従
来、先ず、上記金属多孔体を得るために、合成
樹脂発泡体（多孔体）を導電処理することにより
この表面にメツキ前処理としての導電性膜を形成
した後、硬度の大きい耐摩耗性金属例えばニツ
ケルにより電気メツキ処理を施し、この後酸化
処理を行つて、上記合成樹脂発泡体および導電性
膜を焼きとばし、最後に還元処理を行つて、上
記メツキされた耐摩耗性金属表面の酸化膜を除去
することにより、耐摩耗性金属の多孔体を形成す
るようにしている。そして、このように形成され
た金属多孔体を母体を構成する金属例えばアルミ
ニウム合金で鋳ぐるむことにより、当該金属多孔
体と母体とを強固に一体化するようにしている。

ところで、耐摩耗性が要求される部分は、通
常、他の部材からの摺動あるいは繰り返し荷重を
受ける部分である。したがつて、この耐摩耗性向
上のためには、単に硬度向上による耐摩耗性のみ
ならず、出来得るならば自己潤滑性をも備えてい
れば耐摩耗性向上の点からより好ましいものとな
る。このため、このことを満足すべく、前述の複
合部材を得る方法において、合成樹脂発泡体及び
導電性膜を焼きとばして金属多孔体を形成した後
に（前述の工程の後）、該金属多孔体の空洞内
にカーボンをすり込み充填する工程を加えること
が考えられる。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、上記方法においては、カーボンを金属
多孔体の空洞内にすり込み充填することから、カ
ーボン自体を特別に用意しなければならないばか
りか、工程数が増加することになる。

しかも、上記方法においては、すり込み充填に
よつて外部から金属多孔体の空洞内に充填するた
め、金属多孔体の内部まで十分に充填することが
できず、カーボンによる自己潤滑性をも持つこと
に基づく十分な耐摩耗性を長期に亘つて保持する
ことは期待することができない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、いままでの工程数を増加させることな
く、カーボンによる自己潤滑性をも持つことに基
づく十分な耐摩耗性を長期に亘つて保持すること
ができると共に、特別にカーボンを用意しなけれ
ばならない不便を解消することができる複合部材
の製造方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）かかる目的を達成するために本発明にあつて
は、合成樹脂発泡体による成形体に導電処理を施
して導電性膜を形成する工程と、前記成形体の導
電性膜上に耐摩耗性金属によるメツキを施す工程
と、前記金属メツキされた成形体を非酸化雰囲気
で加熱還元処理することにより前記合成樹脂発泡
体を炭化して、カーボンが生成された金属多孔体
を形成する工程と、前記金属多孔体を所望の金属
で鋳ぐるむ工程と、を備えていることを特徴とす
る複合部材の製造方法とした構成としてある。

上述の構成により、所望の金属で鋳ぐるむ工程
の前に、金属メツキされた成形体を非酸化雰囲気
で加熱還元処理することによつて合成樹脂発泡体
を炭化してカーボンを生成することから、特別の
工程を経なくてもカーボンは均一に分散した状態
で内部深くまで生成されることになる。このた
め、いままでの工程数を増加させなくても、カー
ボンによる自己潤滑性をも持つことに基づく十分
な耐摩耗性を長期に亘つて保持することができる
ことになる。

また、上記自己潤滑性のためのカーボンを存在
させるために、金属多孔体を得るときに用いる合
成樹脂発泡体をそのまま有効に利用することか
ら、カーボン自体を特別に用意する必要がなくな
る。このため、特別にカーボンを用意しなければ
ならない不便を解消することができることにな
る。

（実施例）以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて
説明する。

第１図〜第５図は本発明の原理をその主要工程
順に示す図であり、この第１図〜第５図につい
て、第６図の工程図（工程11〜16）と対比させつ
つ説明する。先ず、第１図において、１は例えば
ウレタン発泡体からなる合成樹脂発泡体で、これ
は、既知のように、骨格部１ａと多数の空隙部１
ｂとを有するものとされ、必要に応じて既知の爆
鳴処理によつて骨格部１ａが適宜破断されたもの
とされると共に、所望の空孔率を有するものとし
て形成されている。そして、このような合成樹脂
発泡体１は、耐摩耗性が要求される部位の形状に
応じて適宜の形状、例えばリング状に成形されて
いる（工程11）。

第２図は第１図に示す合成樹脂発泡体１の骨格
部１ａの断面形状を示しており、この合成樹脂発
泡体１に既知の方法により導電処理を施すことに
より、骨格部１ａの表面に導電性膜２（カーボン
を含む薄膜）が形成される（工程12）。

この後、上記導電性膜２と耐摩耗性を有する金
属例えばニツケルとの間に互いに異なる極性を与
えることにより、導電性膜２上に耐摩耗性を有す
る金属からなるメツキ層３が形成された金属多孔
体Ｂを形成する（工程13）。

さらに、上記メツキ層３が形成されたものを、
例えばH₂による還元雰囲気でかつ600〜800℃の
温度で１時間加熱することにより、合成樹脂発泡
体１および導電性膜２を炭化し、メツキ層３の内
表面にこの炭化することにより得られたカーボン
と残存（分散）させる（工程14）。

上記カーボンが残存したものに対して、例えば
アルミニウム合金（例えばAC8A）等の母体を構
成する金属５を高圧凝固鋳造法等によつて鋳込め
ば、第５図に示すように、この鋳込まれた金属５
によつて、金属多孔体Ｂが鋳ぐるまれると共に、
上記残存したカーボン４が当該金属５内に分散さ
れたものが得られることになる（工程15）。なお、
上記高圧凝固鋳造は、金属５がAC8Aの場合、例
えば温度700℃で圧力800Kg／cm²で行えばよい。

そして、最後に、アルミニウム合金に対して通
常行われている硬化処理（T6処理）を行うこと
により、最終製品Ｃが得られることになる。な
お、この硬化処理に際しては、金属５とメツキさ
れた金属３との金属間化合物（Al−Ni化合物）
を生成してその結合をより強固にすると共に、上
記Al−Ni化合物は硬度も高いため、耐摩耗性、
耐へたり性を向上させることとなる（工程16）。
このためには、工程15の後に、450〜550℃で１〜
10時間加熱保持し、この後、水焼入れ（アルミニ
ウム合金からなる母体（金属５）の溶体化）、焼
もどしを順次行えばよい。

ここで、カーボンを含有する本発明品の耐摩耗
性を、カーボンを含有しない従来品と比較した試
験例について説明する。先ず、金属多孔体Ｂとし
てはニツケル多孔体を用い（空孔率はそれぞれ８
体積％で、本発明品用のみカーボンを1.5体積％
含有する）、このニツケル多孔体を鋳ぐるむ金属
としてアルミニユウム合金（AC8A）を用いた。
また、第６図工程15における鋳込みは700℃、800
Kg／cm²の加圧鋳造で行ない、第６図工程16の熱処
理（T6処理）は、510℃×５時間の容体化処理＋
水焼入れ、さらに180℃×６時間の人工時効処理
＋空冷によつて行ない、厚さ約10μのAl−Ni化合
物を生成した。

前述のようにして得られた複合部材を、本発明
品、従来品共に、厚さ３mm、長さ10mmで、かつ先
端面がその全長（10mm）に渡つて半径３mmの凸状
面とされたテストピースとして形成した。この各
テストピース（の先端面）を、下記条件でスライ
ダーデイスクに押し当てて、その摩耗度合を比較
した。スライダーデイスクの材質は鋳鉄（C3.5％
Si2.0％ Mn0.7％ P0.10％以下 S0.10％以下
Cr0.2％残部Fe）、テストピースの押当て荷
重1.5Kg、潤滑状態は無潤滑、テストピース押当
て部分におけるスライダーデイスクの周速度5.17
ｍ／ｓ、試験時間20分である。この摩耗テストの
結果、従来品では60μ摩耗したが、本発明品では
40μしか摩耗せず、カーボンを含有した本発明品
が耐摩耗性により優れていることが確認された。

さて次に、第７図〜第１０図により、複合部材
としての製品Ｃを内燃機関におけるピストンと
し、そのトツプリング保持用のリングキヤリア部
に耐摩耗性を持たせるようにした場合について説
明する。

第７図は、本発明により得られた複合部材Ｃと
してのピストン２１を示し、その側周面には、上
から順に、３つのリング溝２２，２３，２４を有
する。この３つリング溝２２，２３，２４のう
ち、上２つのリング溝２２，２３がガスリング用
とされ、また最も下方にあるリング溝２４がオイ
ルリング用とされている。そして、最も上方に位
置するトツプリング溝２２が耐摩耗性を有する金
属多孔体を利用した成形体２５を用いて形成され
ており、その部分は、第５図に示すような構造を
もつて形成されている。

以上のことを前提として、第８図に示すように
リング状に形成された合成樹脂発泡体１からなる
成形体２５に対して（工程11）、導電処理（工程
12）、メツキ処理（工程13）が施された後、還元
処理がなされる（工程14）。この還元処理後の成
形体２５は、分割型Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３からなる鋳
造型Ｓの所定位置にセツトされて、この後鋳造型
Ｓ内のキヤビテイ２６に所望の溶融金属５例えば
アルミニウムあるいはアルミニウム合金が鋳込ま
れ、これにより成形体２５は、母体２７としての
鋳込まれた金属５によつて鋳ぐるまれて、該両者
２５と５（２６）とが一体化される（工程15）。
そして、T6処理（金属間化合物生成処理）がな
されて（工程16）、上記成形体２５と母体１（金
属５）とがより一層強固に一体化されると共に、
高硬度の金属間化合物により耐摩耗性、耐へたり
性が向上する。このようにして、母体に対して一
体化された成形体２５に対して、機械加工により
トツプリング溝２２を形成すれば、第７図に示す
ような製品Ｃとしてのピストン２１が得られる。

以上実施例について説明したが、本発明はこれ
に限らず、例えばシリンダライナ、ブレーキデイ
スク、歯車式変速機におけるシフトフオークの爪
部、ブレーキあるいはクラツチ用マスタリングの
シリンダ内面部等、耐摩耗性が要求される種々の
部材に対して同様に適用し得るものである。ま
た、工程14において残留させるカーボン４の割合
は、工程12における導電性膜２の厚さを調整する
ことにより容易に調整し得るものである。勿論、
金属多孔体Ｂの気孔率も容易に調整し得る。

（発明の効果）本発明は以上述べたことから明らかなように、
いままでの工程数を増加させることなく、カーボ
ンよる自己潤滑性をも持つことに基づく十分な耐
摩耗性を長期に亘つて保持することができると共
に、特別にカーボンを用意しなければならない不
便を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の主要工程を図式
的に示す図。第６図は本発明の工程例を示すブロ
ツク図。第７図は本発明による複合部材としての
ピストンの一例を示す一部断面側面図。第８図な
いし第１０図は第７図に示すピストンの製作工程
を示す断面図。Ｂ：金属多孔体、Ｃ：製品（複合部材）、Ｓ：
分割型、１：合成樹脂発泡体、２：導電性膜、
３：メツキ層、４：カーボン、５：金属（母体）、
２１：ピストン（複合部材）、２２：リング溝、
２５：成形体（カーボン分散金属多孔体）、２
７：母体。

Claims

【特許請求の範囲】１合成樹脂発泡体による成形体に導電処理を施
して導電性膜を形成する工程と、前記成形体の導電性膜上に耐摩耗性金属による
メツキを施す工程と、前記金属メツキされた成形体を非酸化雰囲気で
加熱還元処理することにより前記合成樹脂発泡体
を炭化して、カーボンが生成された金属多孔体を
形成する工程と、前記金属多孔体を所望の金属で鋳ぐるむ工程
と、を備えていることを特徴とする複合部材の製造方
法。