(57)【要約】【課題】母材である鉄基合金に比して諸特性が向上した複合材を容易に得ることが可能な製造方法を提供する。【解決手段】ＴｉＣ、ＶＣ、ＳｉＣ等のセラミックス相と、金属相とを含むペレットを作製する。次に、このペレットを金属溶湯に添加し、その直後、該溶湯を用いて鋳造を行う。これにより、引け巣が発生することが抑制される。また、最終製品である鋳造品（複合材）は、金属母材に比して優れたヤング率を示す。該ペレットの径は、０．２５〜３ｍｍであることが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス相を含むペレットを金属中に鋳込むことで複合材を設ける複合材の製造方法であって、
セラミックス相を２０体積％以上含有し、残部が金属相である前記ペレットを設ける工程と、
前記ペレットを金属溶湯に３〜１５質量％の割合で添加し、その直後に鋳造を行う工程と、
前記金属溶湯を凝固させて前記ペレットが鋳込まれた前記複合材を設ける工程と、
を有することを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の製造方法において、前記金属溶湯として鉄基合金の溶湯を選定し、且つ前記金属相としてＦｅ−Ｓｉ系合金を選定することを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の製造方法において、前記ペレットのペレット径を０．２５〜３ｍｍとすることを特徴とする複合材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記セラミックス相としてＴｉＣ、ＶＣ、ＳｉＣの少なくともいずれか１種を選定することを特徴とする複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックスを含むペレットを金属中に鋳込むことで複合材を設ける複合材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄基合金は、金属組織の形態、含有成分の種類及びその割合に応じて諸特性が様々に変化する。例えば、Ｃ量が少ない鋼材は高強度、高剛性を示し、Ｃ量が多い鋳鉄材は、強度や剛性は鋼材に若干劣るものの、鋼材に比して安価でありコスト的に優れる。
【０００３】
ところで、構造材を設ける場合、該構造材に耐食性と高剛性とが同時に希求されることがある。この際、例えば、低コストである鋳鉄材を用いて鋳造を行うと、得られた構造材の剛性が十分でないことが懸念される。
【０００４】
このような観点から、金属材にセラミックスを分散させ、金属材の特性を活用しつつ、セラミックスによって希求される特性の確保を図った金属基複合材が提案されている。この種の金属基複合材を製造する方法としては、コンポキャスト法が例示される。すなわち、金属溶湯にセラミックス粉末を添加して鋳造を行う手法である。
【０００５】
しかしながら、コンポキャスト法を実施する場合、セラミックス粉末が金属溶湯と分離し易く、このためにセラミックスを分散させることが容易ではないという不都合がある。セラミックス粉末が分離したまま鋳造を行うと、溶湯を凝固させて鋳造品とした際、該鋳造品ではセラミックス相と金属相とが分離してしまう。
【０００６】
このような相分離を回避するためには、特許文献１に記載されるように、鉄基合金の溶湯にＳｉＣ粒子を添加した後、この溶湯ないし固化物を鋳鉄材の溶湯に添加して凝固することで複合材とすることや、特許文献２に記載されるように、金属ホウ化物固溶体粒子を分散した炭化ケイ素セラミックス焼結体、又は金属ホウ化物固溶体セラミックス焼結体の少なくともいずれか一方を、マルテン系高クロム鋳鉄、高Ｎｉ合金系グレン鋳鉄、マルテン系ハイス鋼等で鋳ぐるんで鋳ぐるみ複合体とすることが想起される。
【０００７】
【特許文献１】特公平７−１１０４５号公報
【特許文献２】特開２００４−３０７８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、引け巣が発生することを抑制できるとともに組織を微細化することが可能であり、しかも、優れたヤング率を示す複合材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明は、セラミックス相を含むペレットを金属中に鋳込むことで複合材を設ける複合材の製造方法であって、
セラミックス相を２０体積％以上含有し、残部が金属相である前記ペレットを設ける工程と、
前記ペレットを金属溶湯に３〜１５質量％の割合で添加し、その直後に鋳造を行う工程と、
前記金属溶湯を凝固させて前記ペレットが鋳込まれた前記複合材を設ける工程と、
を有することを特徴とする。なお、ペレットは成形体であってもよいし、粉砕物であってもよい。
【００１０】
ペレットを金属溶湯に添加した直後に該金属溶湯を用いて鋳造を行うことで、引け巣の発生を抑制することができる。しかも、この場合、鋳造品（複合材）は、セラミックス相が存在することに起因して、母材金属に比して優れたヤング率を示す。結局、複合材は、母材金属よりも高剛性となる。
【００１１】
金属溶湯として鉄基合金の溶湯を選定した場合、前記金属相としては、接種剤であるＦｅ−Ｓｉ系合金を選定することが好適である。
【００１２】
なお、ペレットのペレット径は０．２５〜３ｍｍが好ましい。この場合、セラミックス相が金属溶湯に対して分離し難くなるからである。
【００１３】
また、前記セラミックス相の好適な例としては、ＴｉＣ、ＶＣ、ＳｉＣの少なくともいずれか１種が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所定量のセラミックス相を含むペレットを金属溶湯に添加した直後に該金属溶湯を用いて鋳造を行うようにしているので、引け巣の発生を抑制することができる。しかも、最終製品である鋳造品（複合材）は、前記ペレットに由来するセラミックス相を含むので、母材金属に比して優れたヤング率を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る複合材の製造方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態に係る複合材の製造方法は、セラミックス含有添加材としてのペレットを設ける第１工程と、前記ペレットを金属溶湯に添加して鋳造を行う第２工程と、前記金属溶湯を凝固させて鋳造品（複合材）を設ける第３工程とを有する。
【００１７】
第１工程において、ペレットは、例えば、セラミックス粉末と金属粉末とを混合した混合粉末を成形することで設けることができる。ペレットの形状は、例えば、ディスク体形状や円柱体形状とすることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。
【００１８】
又は、セラミックス粉末を金属溶湯に添加したものを凝固させて設けるようにしてもよいし、セラミックス相を金属中に晶出ないし析出させることでセラミックス相が金属中に含まれるようにしてもよい。これらの場合、セラミックス相と金属相とが分離したペレットが作製されても特に差し支えはない。
【００１９】
さらに、上記のようにして得られた固形物を粉砕するようにしてもよい。
【００２０】
以上のようにして、セラミックス相と金属相とを含むペレットが作製される。
【００２１】
ここで、ペレット中のセラミックス相は、２０体積％以上に設定される。すなわち、ペレットを作製する際、セラミックス粉末が２０体積％以上を占めるように添加される。２０体積％未満であると、ヤング率、ひいては剛性を向上させる効果に乏しい。
【００２２】
セラミックス粉末としては、ＴｉＣ、ＶＣ、ＳｉＣの少なくともいずれか１種が好ましい。これらが金属材中に分散された複合材は、母材である金属材に比して大きなヤング率を示すからである。
【００２３】
そして、ペレットのペレット径は、０．２５〜３ｍｍであることが好ましい。ペレットのペレット径が０．２５ｍｍ未満であると、金属溶湯から分離し易い。また、ペレット径が３ｍｍよりも大きいペレットを用いると、鋳造品に対する引け巣抑制効果が乏しくなる傾向がある。
【００２４】
一方、金属相は、特に限定されるものではなく、その主成分が金属溶湯の主成分と同一であってもよいし、別種であってもよい。なお、金属溶湯が鋳鉄材等の鉄基合金である場合には金属相として鉄基合金を選定し、金属溶湯がニッケル基合金である場合には金属相としてニッケル基合金を選定する等、金属相と金属溶湯との主成分同士を同一成分とした場合、金属溶湯とペレットとの比重を近似させることができるので、ペレットが金属溶湯から分離することを抑制することができるという利点がある。
【００２５】
金属溶湯が鉄基合金である場合、金属相の好適な例としては、接種剤として用いられるＦｅ−Ｓｉ系合金が挙げられる。
【００２６】
次に、第２工程において、上記したペレットを金属溶湯に添加する。この際、ペレットの添加量は、金属溶湯に対して３〜１５質量％の割合となるようにする。３質量％未満であると、引け巣の抑制効果やヤング率（剛性）向上効果が乏しくなる。一方、１５質量％を超えて添加すると、添加直後に金属溶湯の温度が著しく低下するので、いわゆる湯廻り性が低下するとともに鋳造が進行し難くなる。
【００２７】
金属溶湯に添加されたペレットは、ペレットのまま、又は表層が溶解した状態で金属溶湯中に分散する。この金属溶湯を調製した直後、次なる第３工程において、凝固させる。この凝固の際、引け巣の発生が抑制される。
【００２８】
凝固が終了すると、ペレットに含まれたセラミックス相を含む複合材が鋳造品として得られる。この複合材は、セラミックス相を含むことに起因して、該複合材の母材である金属材に比して大きなヤング率を示す。
【００２９】
ヤング率が大きなものは、剛性も大きい。すなわち、本実施の形態によれば、母材の金属材に比して剛性が大きな複合材を容易に得ることができる。
【００３０】
ここで、Ｆｅ母材にＴｉＣが５０体積％添加され、且つペレット径が０．２５〜３ｍｍの間であるペレット（添加材）をＦＣＤ４５０相当材に添加して得られた複合材、Ｎｉ母材にＳｉＣが３５体積％添加され、且つペレット径が０．２５〜３ｍｍの間であるペレットをＦＣＤ４５０相当材に添加して得られた複合材、ＦＣＤ４５０相当材の各ヤング率の測定結果を併せて図１に示す。この図１から、セラミックス相を含有したペレットを添加することで、鋳鉄材に比してヤング率が著しく大きな複合材が得られることが明らかである。
【００３１】
なお、複合材の母材をいわゆる特殊鋳鉄材とするべく、他の金属元素をさらに添加してペレットを構成するようにしてもよい。
【００３２】
また、ペレット径は、例えば、粉砕物を所定の篩で選別することで調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施の形態に係る複合材と、ＦＣＤ４５０相当材の各ヤング率の測定結果である。
【図１】
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