(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）炭化珪素粒子と（２）金属チタン粉末とで形成され、金属チタン粉末の体積率が０．５〜１５％であり、体積率が４５〜７５％である予備成形体に、アルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させてなる金属複合体。
【請求項２】
（１）炭化珪素粒子と（２）金属チタン粉末とで形成され、金属チタン粉末の体積率が０．５〜１５％であり、体積率が４５〜７５％である予備成形体に、溶湯鍛造によりアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させることを特徴とする金属複合体の製造方法。
【請求項３】
予備成形体に溶湯鍛造によりアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させて得られた金属複合体を、アルミニウム又はアルミニウム合金の融点より低く、アルミニウム又はアルミニウム合金の融点より１００℃低い温度以上の温度範囲で、０．５〜２４時間熱処理する工程を設けた請求項２記載の金属複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、これらをアルミニウム合金と総称する。）をマトリックスとする金属複合体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐摩耗性が優れかつ軽量な複合材料として、アルミナ、炭化珪素、炭化チタニウム等のセラミックスの繊維、ウィスカー又は粒子に適宜の賦形剤を加え、所望の形状に成形した予備成形体に、溶湯鍛造によってアルミニウム合金の溶湯を含浸させたアルミニウムマトリックスの複合材料は知られている。
【０００３】
このアルミニウムマトリックスの複合材料は、マトリックス金属のアルミニウム合金が軟質であるため、耐熱性、耐摩耗性に限界があり、特に高温時の耐摩耗性に限界があり、ブレーキ用摺動材料や、高温雰囲気で使用されるベアリング材などでは、その要求特性を満足させることはできなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ブレーキ用摺動材料に要求される性能、特に、硬さ、耐熱性、耐摩耗性、適度な摩擦係数、摩擦係数の安定性等の性能に優れ、かつ、高温ベアリングに要求される性能、特に硬さ、耐熱性、耐摩耗性、非常に小さい摩擦係数等の性能に優れた金属複合体を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、上記の金属複合体の好適な製造法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）炭化珪素粒子と（２）金属チタン粉末とで形成され、金属チタン粉末の体積率が０．５〜１５％であり、体積率が４５〜７５％である予備成形体に、アルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させてなる金属複合体に関する。
【０００７】
本発明は、また、（１）炭化珪素粒子と（２）金属チタン粉末とで形成され、金属チタン粉末の体積率が０．５〜１５％であり、体積率が４５〜７５％である予備成形体に、溶湯鍛造によりアルミニウム又はアルミニウム合金を含浸させることを特徴とする金属複合体の製造方法に関する。
【０００８】
炭化珪素粒子の好ましい粒径は５０〜２５０μｍである。
【０００９】
本発明の金属複合体に用いられる予備成形体の体積率Ｖｆ［（１）炭化珪素粒子と（２）金属チタン粉末の体積率の合計］は４５〜７５％とする。体積率Ｖｆが４５％未満であると最終製品の金属複合体の耐熱性、耐摩耗性が十分でなく、例えば、ブレーキローターや、高温雰囲気下で使用されるベアリングなどでは、要求される性能を確保できない傾向がある。また、７５％を超えると、金属複合体の靱性が低下する傾向がある。また、予備成形体の作り易さの点からは体積率Ｖｆは５０％を超え７５％以下が好ましい。
【００１０】
本発明の金属複合体に用いられる予備成形体を構成する金属チタン粉末は、体積率で０．５〜１５％とする。アルミニウム合金を含浸させるとＡｌ−Ｔｉ金属間化合物が一部形成され、耐熱性及び硬度が高くなり、適度な摩擦係数、摩擦係数の安定性を確保することができる。金属チタン粉末の体積率が０．５％未満では材料の耐熱性が不十分で、１５％を超えるとアルミニウム合金のほとんどがＡｌ−Ｔｉ金属間化合物になってしまい、金属複合体の靱性の低下が著しくなる。金属チタン粉末の体積率は、金属チタン粉末の分散の均一性の点からは、５％を超え１５％以下が好ましい。
【００１１】
このような予備成形体にアルミニウム合金を含浸させるのに好適な方法は、アルミニウム合金溶湯に高圧をかけ凝固させる溶湯鍛造法である。
【００１２】
本発明の金属複合体の製造方法において、予備成形体は、（１）炭化珪素粒子に（２）金属チタン粉末を混合し、水、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等のバインダー、シリカゾルなどの賦形剤を適宜混合し、成形用型を用いて所定形状に加圧等により成形し、必要に応じ乾燥することにより、多孔質の成形体として得られる。バインダーの使用量は予備成形体材料に対して１〜３体積％使用することが好ましい。
【００１３】
予備成形体への含浸に用いられるアルミニウム合金としては、Ａｌ純金属、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ａｌ−Ｍｎ合金等を用いることができる。
【００１４】
このようにして得られた予備成形体を溶湯鍛造用の所定の金型内に配置し、アルミニウム合金溶湯を注いで、高圧を溶湯に与えて、本発明の金属複合体を得る。
【００１５】
得られた金属複合体は、５５０℃以上の熱処理を施すと、さらに硬度や強度が向上する。熱処理の条件としては、アルミニウム合金（アルミニウム又はアルミニウム合金）の融点より低く、アルミニウム合金（アルミニウム又はアルミニウム合金）の融点より１００℃低い温度以上の温度範囲が望ましく、また、熱処理時間としては、大きさ形状によって異なるが、好ましくは０．５〜２４時間、より好ましくは３〜２４時間である。
【００１６】
以上のようにして得られた金属複合体は、溶湯鍛造の過程でもＡｌ−Ｔｉの金属間化合物を生成するが、より金属間化合物の生成を促進するには、熱処理の工程が必要である。
【００１７】
本発明の金属複合体を製造する工程図の一例を図１に示す。図１（ａ）に示すように、予め予熱されている溶湯鍛造用の金型２に、（１）炭化珪素粒子と（２）金属チタン粉末とで形成された予備成形体１を所定の位置に装着する。次いでアルミニウム合金の溶湯を注入する。上記予備成形体１及び金型２は予熱しておくことが好ましく、この予熱によりアルミニウム合金の流動性がよくなり、予備成形体１への含浸もスムーズになる。アルミニウム合金の溶湯自体の温度は、予備成形体１への含浸を容易にするため、その融点より５０〜４５０℃高い温度とすることが好ましい。次いで、図１（ｂ）に示すように、金型２にパンチ３をセットし、圧力を加える。圧力は、溶湯が予備成形体に十分含浸され、かつ、結晶微細化の効果が得られるように１０〜１００ＭＰａとすることが好ましく、この圧力は溶湯が完全に凝固するまで印加することが好ましい。次いで図１（ｃ）又は（ｄ）に示すように、アルミニウム合金を予備成形体に含浸させた金属複合体４と凝固した溶湯５とが一体的に結合した鍛造素材が得られ、金型２の底部に配置されている図１（ａ）及び（ｂ）に示されるようなノックアウトピン６により金型２から取り出される。この鍛造素材の金属複合体４は、ＨＢ２００程度の硬度であるが、このままでは、ブレーキ用摺動材料や耐熱ベアリング材としての所望のレベルではない。次いで取り出された鍛造素材は図１（ｅ）に示されるように切削加工してブレーキローター７としたり、図１（ｆ）に示すように切削加工してベアリング８に加工される。
【００１８】
このようにして得られた金属複合体を更に熱処理することにより、Ａｌ−Ｔｉの金属間化合物の反応を促進させる。これにより金属複合体の硬度や耐熱性が高くなり、ブレーキ用摺動材料や耐熱ベアリングとしての必要かつ適度な摩擦係数、摩擦係数の安定化が確保される。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例及びその比較例によって本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
前記した図１に示す製造法において、炭化珪素粒子（平均粒径１２０μｍ）及び金属チタン粉末（平均粒径２０μｍ）を混合し、有機バインダーＰＶＡを加えて、炭化珪素の体積率５２％、金属チタン粉末の体積率が８％、ＰＶＡの体積率が２％の予備成形体（体積率６０％）を得た。このものをアルゴン中で８００℃に予備加熱後、金型内に設置し、８００℃のＡｌ−０．５重量％Ｍｇ合金溶湯を注ぎ、加圧力１００ＭＰａを加えて、金属複合体を得た。
このようにして得た金属複合体をディスク状に加工してブレーキローターを、丸棒状に加工してベアリングを作製した。その後、６００℃にして５時間熱処理をした所、硬さはＨＢで４２０になった。
【００２１】
このブレーキローターを実車に装着して、急坂をブレーキをかけながら下りると、その表面温度が５６０℃になり、表面の硬度はＨＢで４２５であり、安定していた。また、この時の摩擦係数は０．３８〜０．４２で変化はなく、さらにローターの表面に変化は観測されなかった。
【００２２】
次に直径３ｍｍ、長さ１５ｍｍの丸棒状のベアリングを耐熱鋼ハロステイＢで作られたケースに入れ、４８０℃の熱風軸流ファンの雰囲気にて同ファンのベアリングとして１週間使用した。使用後のベアリング表面の硬度はＨＶで４５０であった。また、このものの表面の摩擦係数は０．００４であり、使用前後における変化はなかった。
【００２３】
実施例２
金属チタン粉末の体積率を１３％になるようにした以外は実施例１と同様にして体積率６５％の予備成形体を作製し、実施例１と同様にしてブレーキローターを作製した。
ブレーキローターの硬度はＨＢで４６０であり、このブレーキローターを実車に装着して、急坂をブレーキをかけながら下りると、その表面温度が６００℃になり、表面の硬度はＨＢで４６０〜４８０であり、安定していた。また、この時の摩擦係数は０．３８〜０．４２で変化はなく、さらにローターの表面に変化は観測されなかった。
【００２４】
比較例１
実施例１と同様に炭化珪素粒子を使用し、金属チタン粉末を使用しなかった以外は同様の方法で金属複合体を得た。このものをブレーキローターとして使用したところ、５１０℃で軟化して変形し、以後ローターとしては、使用不可であった。このものの硬度は、使用前後において、ＨＢで１４０と変化がなかった。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により硬度、耐熱性、耐摩耗性、適度な摩擦係数を要求される部材に適する金属複合体が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造法の工程を示す断面図。
【符号の説明】
１  予備成形体
２  金型
３  パンチ
４  金属複合体
５  凝固した溶湯
６  ノックアウトピン
７  ブレーキローター
８  ベアリング
【図１】
0004359409.tif 000002