(57)【要約】  本発明は一体化された硬質材料を有するアルミニウムまたはＡｌ合金、特にＭＭＣ（金属マトリックス複合材）から、不活性ガス雰囲気下で溶融噴霧された粉末を用いて部材を製造する方法に関し、その際溶融かつ噴霧された金属、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金に、噴霧工程の間、またはこれに引き続いて補強粒子を添加し、かつその後部材または半製品を製造するために前記粉末粒子をＳＰＳ方法を用いて圧縮する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一体化された硬質材料を有するアルミニウムまたはＡｌ合金、特にＭＭＣ（金属マトリックス複合材）から、不活性ガス雰囲気下で溶融噴霧された粉末を用いて部材を製造する方法において、溶融かつ噴霧された金属、特にアルミニウムまたはアルミニウム合金に、噴霧工程の間、またはこれに引き続いて補強粒子を添加し、かつその後部材または半製品を製造するために前記粉末粒子をＳＰＳ方法を用いて圧縮することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記ＭＭＣ粒子が導入される金属割合もしくはＡｌ割合は、主としてケイ素割合５〜２５質量％、鉄割合２〜１０質量％、ニッケル割合２〜５質量％、マンガン割合０〜３質量％およびマグネシウム割合０〜１質量％を有し、残分はアルミニウムである過共晶アルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記球状ＭＭＣ粒子もしくは硬質材料粒子が１〜３０μｍの大きさを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
補強粒子の割合が５〜７０質量％であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
追加的に前記金属にさらなる補強粒子、例えば炭素短繊維を、そのように製造された原材料もしくは部材または半製品の機械的特性をさらに改善するために、噴霧の際または混合により導入することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の方法により製造されることを特徴とする、部材、特にブレーキディスクまたは摩擦リング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一体化された硬質材料を有するアルミニウムまたはＡｌ合金、特にＭＭＣ（金属マトリックス複合材）から不活性ガス雰囲気下で溶融噴霧された粉末を用いて部材を製造する方法、および前記方法により製造された部材または半製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴霧圧縮によりアルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ合金のような金属から部材を製造することは公知である。噴霧圧縮の際に溶融物は不活性ガス雰囲気（例えば窒素）中で噴霧され、かつターゲットに堆積される。この方法の利点は、非常に高い冷却速度であり、かつ過共晶合金をも製造することが可能であることである。このような方法は、例えばＥＰ０１９８６１３、ＥＰ０２００３４９、ＥＰ０５７４４５８およびＥＰ０５１７８８２に記載されている。
【０００３】
これらの方法においては、そのようなＭＭＣ半製品を生産するため、補強のためにＳｉＣ、Ｂ４ＣまたはＡｌ２Ｏ３のようなセラミック粒子を加えることが同様に公知である。そのように生産された組織内で成分（例えばＳｉＣとＡｌ）の粒子は密接に結合して存在する。
【０００４】
この方法においては、半製品のほかにいわゆる工程に再び供給することのできる（再圧入）、または副生成物としてさらに処理することのできるスプレーしぶきが発生する。
【０００５】
代替的にＭＭＣ粒子は、鋳造体の鋳造中に液状のＡｌ溶融物に導入される（Ｄｕｒａｌｃａｎ方法）。
【０００６】
同様に公知のＳＰＳ（放電プラズマ焼結）方法においては、粉末または粉末混合体は圧縮され、そのことにより使用目的に対して、理想的には好適な粒子の組織密度が、生産された未完成製品または半製品において達成される。
【０００７】
従来技術（粉末混合体）における欠点は、一方では補強粒子とマトリックスの間の結合が不完全であること、他方では混合体の完全な均質性が保証されないことである。両欠点は該混合物で生産された部材、例えばブレーキディスクの機械的耐負荷能力に不利な結果をもたらす。この際工程によって条件付けられた残留気孔率を下げ、かつ安定した特性値を設定し、それゆえに安定した機械的特性値を設定するためにさらに、後からの圧密（例えば圧延、鍛造または押出）という工程が追加的に必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＥＰ  ０１９８６１３
【特許文献２】ＥＰ  ０２００３４９
【特許文献３】ＥＰ  ０５７４４５８
【特許文献４】ＥＰ  ０５１７８８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明の課題は、部材または半製品が製造され、補強粒子が溶融噴霧によって生産される球状粉末粒子中に強固にかつ均質に結合しており、かつ後からの圧密工程（例えば圧延、鍛造または押出）を必要としない方法を提供することに基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は本発明によれば、溶融され、かつ噴霧された金属、特にアルミニウムまたはＡｌ合金に、噴霧工程の間、またはこれに引き続いて強化粒子を添加することにより解決される。
【００１１】
噴霧の間に、補強粒子が強固にかつ均質に結合されている金属（特にＡｌ）ＭＭＣ粉末粒子が生産される。
【００１２】
ＭＭＣ粒子を後から添加する変法の際に、あらかじめ溶融噴霧により発生されるアルミニウムまたはＡｌ合金の粉末に、篩過後ＭＭＣ粒子が加えられ、かつ粉末と均質に混合される。
【００１３】
全変法において、前記粉末粒子は引き続き部材または半製品の生産のためにＳＰＳ法を用いて圧縮される。
【００１４】
それによって同様にそれから生産される部材において、ＭＭＣ硬質材料分布は極めて均質であり、このことはこの部材または半製品の組織構造および機械的性質に実質的に肯定的に作用する。
【００１５】
このことは本発明により、噴霧の後に続く、高い組織密度（同時に極めて低い粒径の際に）を可能にするＳＰＳ工程によって補強される。生産される部材または半製品を後から圧密（例えば圧延、鍛造または押出）する工程はここではもはや必要ない。
【００１６】
スプレーしぶきからの金属粒子を使用する場合、これらは補強粒子との混合の前に篩過によって２５０μｍ未満の粒子スペクトルに設定される。
【００１７】
補強粒子が導入される前記金属合金もしくはアルミニウムまたはＡｌ合金は、例えばケイ素割合５〜２５質量％、鉄割合２〜１０質量％、ニッケル割合２〜５質量％、マンガン割合０〜３質量％およびマグネシウム割合０〜１質量％を有し、残分はアルミニウムである過共晶アルミニウム合金からなる。
【００１８】
使用されるＭＭＣ粒子、もしくは硬質材料粒子は有利には１〜５０μｍの大きさを有する。ＳＰＳ工程におけるさらなる加工のために、前述した方法で生産される２５０μｍ以下の大きさを有するＭＭＣ粉末粒子が使用される。
【００１９】
本発明は前述した方法と前記方法で最終寸法に近い大きさで生産される部材または半製品、特に高い機械的応力および／または熱応力に耐えられねばならないものに関する。このような部材は、例えば有利には本発明による前記方法で製造することができる乗り物のためのブレーキディスクまたは摩擦リングである。そのようなブレーキディスクまたは摩擦リングは、ソリッドディスク（Ｍｏｎｏｓｃｈｅｉｂｅ）、インサート（Ｅｉｎｌｅｇｅｒ）またはスライダ（Ｓｃｈｉｅｂｅｒ）により生産されたベンチレーテッドディスク（ｂｅｌｕｅｆｔｅｔｅ  Ｓｃｈｅｉｂｅ）、または複数部材によって構成されたベンチレーテッドディスクである。
【００２０】
同様に応力に相当する組織構成におけるそのようなブレーキディスクまたは摩擦リングにおいては、軸方向および／または半径方向に濃度勾配が変化している、すなわち組成はＭＭＣ割合に関して製造の間、図１に示すように、部材横断面にわたって応力にふさわしく分散している。
【００２１】
濃度勾配変化は同様に、キャリヤーとしての均質な基体上に、追加的に応力にふさわしいＭＭＣ粉末を図２に示すようにＳＰＳ方法によって機能層として設けることによって達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】組成がＭＭＣ割合に関して、製造の間に部材横断面にわたって応力にふさわしく分散していることを示す図である。
【図２】濃度勾配変化が、応力にふさわしいＭＭＣ粉末を機能層として設けることによって達成されることを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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