(57)【要約】本発明の金属複合材３０は、マトリックスとなる非鉄金属３１と、非鉄金属３１中に埋設された、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１５〜３０％である板状の鉄系部材３２と、からなる、高い強度を有し新規の構成をもつ金属複合材である。非鉄金属３１がアルミニウム等の軽金属であれば、軽量かつ高強度の金属複合材となる。また、本発明の鋳造方法は、成形キャビティ面８４を有する中空部と溶湯３１’を注湯する注湯通路８３とをもつ鋳造型８０に、周縁部に切り欠きを有する鉄系部材３２の周縁部を成形キャビティ面８４に当接させ、表裏面側に空間８６，８７をもって鉄系部材３２を配設する工程と、注湯通路８３から非鉄金属の溶湯３１’を切り欠き３５を通じて中空部全体に充填する工程と、を経て、鉄系部材３２を非鉄金属３１で鋳込む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスとなる非鉄金属と、
該非鉄金属中に埋設された、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％である板状の鉄系部材と、
からなることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】
前記非鉄金属は、軽金属である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項３】
前記軽金属は、アルミニウム系金属またはマグネシウム系金属である請求の範囲第２項記載の金属複合材。
【請求項４】
前記鉄系部材は、開口率が１８〜２８％である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項５】
前記鉄系部材は、エキスパンドメタルまたはパンチングメタルである請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項６】
前記鉄系部材は、複数本の線材からなる網状体である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項７】
前記鉄系部材は、１つの通孔の面積が３００μｍ２以上である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項８】
前記鉄系部材は、その表面が粗面となっている請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項９】
前記鉄系部材は、厚さが０．５〜２ｍｍである請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項１０】
前記鉄系部材は、浸炭窒化処理により厚さ方向の全ての部分において炭素と窒素が浸入した鉄系硬化部材である請求の範囲第９項記載の金属複合材。
【請求項１１】
鋳造品の形状に対応する成形キャビティ面を有する中空部と、溶湯が注湯されるとともに該中空部に連通する注湯通路と、をもつ鋳造型に、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％である板状の鉄系部材を配設する鉄系部材配設工程と、
前記注湯通路から非鉄金属の溶湯を前記中空部に充填する非鉄金属充填工程と、
を経て、前記鉄系部材を前記非鉄金属で鋳込むことを特徴とする金属複合材の鋳造方法。
【請求項１２】
前記鉄系部材は、該鉄系部材の周縁部に前記通孔の１つの面積より大きい少なくとも１つの切り欠きを有し、前記鉄系部材配設工程にて該周縁部が前記成形キャビティ面に当接するとともに該鉄系部材の表裏面側に空間をもって配設され、
前記非鉄金属充填工程において該切り欠きを通じて前記中空部全体に溶湯が充填される請求の範囲第１１項記載の金属複合材の鋳造方法。
【請求項１３】
前記成形キャビティ面は、前記鉄系部材の周縁部を保持する保持部を有する請求の範囲第１１項記載の金属複合材の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、鉄系金属と非鉄金属とからなる金属複合材に関するものであり、さらに詳しくは、高い強度を有する金属複合材および金属複合材の鋳造方法に関する。
【背景技術】  異種の構成素材を組み合わせてできた複合材は、構成素材の種類や体積比率を変化させることにより、従来の材料では達成できないような様々な特性を有する材料となるため、工業材料の多くの分野で極めて有用である。
複合材は、マトリックスの種類により、高分子系、セラミックス系、金属系に大別できる。マトリックスが金属である金属系の複合材では、アルミナ−シリカ短繊維、ガラス短繊維などの短繊維や、炭化珪素、窒化珪素、ホウ酸アルミニウムなどのウィスカなどが分散材として用いられており、具体的には、特公昭６３−０４０９４３号公報や特開平１１−２９３３６４号公報に開示されている。
そして、高い強度を有する金属複合材を得るためには、たとえば、分散材として炭化珪素のウィスカ等を用いることが考えられるが、これらの分散材は非常に高価であり加工性も低いという問題がある。
【発明の開示】
本発明者等は、上記問題点に鑑み、ウィスカ等の分散材の代わりに、比較的入手が容易で加工性に優れた部材を用い、高い強度を有する金属複合材が得られることに想到した。すなわち、本発明は、高い強度を有し新規の構成をもつ金属複合材を提供することを目的とする。また、本発明の金属複合材に適した鋳造方法を提供することを目的とする。
本発明の金属複合材は、マトリックスとなる非鉄金属と、該非鉄金属中に埋設された、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％である板状の鉄系部材と、からなることを特徴とする。
ここで、鉄系部材が「板状」とは、板状体を加工することによって得られるエキスパンドメタルやパンチングメタルの他、ある程度の剛性を有するものであれば、複数本の線材からなる網状体も含む概念である。
本発明の金属複合材は、非鉄金属中に上記鉄系部材が埋設されている構成であるため、鉄系部材により補強された強度の高い金属複合材である。特に、非鉄金属が軽金属であれば、軽量かつ高強度な金属複合材となる。また、上記鉄系部材は、表裏面を貫通する多数の通孔をもつため、マトリックスである非鉄金属との密着性を確保できる。
そして、鉄系部材の開口率を１３〜３０％とすることにより、密着性と強度がともに良好な金属複合材となる。開口率が大きすぎると高い強度を確保することが困難となり、開口率が低すぎるとマトリックスと鉄系部材との密着性が落ちる。開口率を１３〜３０％とすることで強度と密着性のバランスのよい金属複合材が得られる。さらに好ましくは、開口率が１８〜２８％である。
また、本発明の金属複合材の鋳造方法は、鋳造品の形状に対応する成形キャビティ面を有する中空部と、溶湯が注湯されるとともに該中空部に連通する注湯通路と、をもつ鋳造型に、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％である板状の鉄系部材を配設する鉄系部材配設工程と、前記注湯通路から非鉄金属の溶湯を前記中空部に充填する非鉄金属充填工程と、を経て、前記鉄系部材を前記非鉄金属で鋳込むことを特徴とする。この際、前記鉄系部材は、該鉄系部材の周縁部に少なくとも１つの切り欠きを有し、前記鉄系部材配設工程にて該周縁部が前記成形キャビティ面に当接するとともに前記表裏面側に空間をもって配設され、前記非鉄金属充填工程において該切り欠きを通じて前記中空部全体に溶湯が充填されるのが望ましい。
本発明の金属複合材の鋳造方法によれば、上記の本発明の金属複合材を鋳造することができる。また、本発明の金属複合材の鋳造方法では、板状の鉄系部材の開口率が１３〜３０％であるため、鉄系部材の周縁部が成形キャビティ面に当接した状態で鋳造型に配設されると、非鉄金属の溶湯を鋳造型に注湯する際に、溶湯が鉄系部材の通孔を通過しにくいことがある。そのため、鉄系部材の表裏面側の少なくともいずれかに位置する空間に、非鉄金属の溶湯が十分に注湯されないことがある。そこで、鉄系部材の周縁部に少なくとも１つの切り欠きを設けると、この切り欠きを通じて鉄系部材の表裏面側に溶湯が十分に行き届き、中空部全体に良好に非鉄金属を充填することができる。
【図面の簡単な説明】  以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより、本発明をより深く理解することができる。以下に、図面の簡単な説明をする。
図１Ａは、本発明の金属複合材の一例を模式的に示す平面図である。また、図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｘ’における断面図である。
図２Ａは、本発明の金属複合材の一例を模式的に示す平面図である。また、図２Ｂは、図２ＡのＹ−Ｙ’における断面図である。
図３Ａは、本発明の金属複合材の鋳造方法の一例を模式的に示す断面図である。また、図３Ｂは、図３Ａの鉄系部材を模式的に示す平面図である。
図４は、実施例の金属複合材を構成するエキスパンドメタルの一部を示す図面代用写真である。
図５は、実施例の金属複合材を構成するエキスパンドメタルの厚さ方向の各位置でのビッカース硬さを測定した結果を示すグラフである。
図６は、実施例の金属複合材を作製する金型を模式的に示す断面図（エキスパンドメタルの厚さ方向の断面図）である。
図７は、実施例の試料Ａ〜ＪおよびＦ’の引張試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施のするための最良の形態】
本発明をより詳細に説述するために、以下に、本発明の金属複合材を実施するための最良の形態を、図１Ａ，Ｂ，図２Ａ，Ｂおよび図３Ａ，Ｂを用いて説明する。
本発明の金属複合材は、マトリックスとなる非鉄金属と、該非鉄金属中に埋設された鉄系部材と、からなる。
マトリックスとなる非鉄金属は、金属複合材を形成する際に鉄系部材が溶融したり劣化したりすることがなければ、その種類に特に限定はない。たとえば、鉄系部材を構成する鉄系金属よりも融点が低い金属であれば鋳造により製造しやすい。また、非鉄金属は、軽金属であるのが好ましい。特に、非鉄金属が軽金属であれば、軽量かつ高強度な金属複合材となる。具体的には、純アルミニウムやＭｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｍｎ等を含むアルミニウム合金などのアルミニウム系金属や、純マグネシウムやＺｎ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｔｈ、希土類元素等を含むマグネシウム合金などのマグネシウム系金属のほか、チタン系金属、リチウム系金属であってもよい。
鉄系部材は、表裏面を貫通する多数の通孔をもつ。通孔を有することにより、鉄系部材が非鉄金属中に埋設された際に、両者の密着性を確保することができ、さらに、鉄系部材の開口率が、１３〜３０％であれば、金属複合材の強度を良好に向上させることができる。この際、１つの通孔の面積が３００μｍ２以上であるのが好ましい。１つの通孔の面積がこの範囲であれば、非鉄金属と鉄系部材との密着性をさらに良好に確保することができる。さらに好ましい１つの通孔の面積は、３００μｍ２〜１０ｍｍ２である。
鉄系部材は、鉄を主成分とする金属で、板状であれば特に限定はないが、加工性に優れた各種圧延鋼板（ＪＩＳ記号で、ＳＰＣＣ、ＳＰＨＣ等）を用いるのがよい。ここで、「板状」とは、ある程度の剛性（マトリックスとなる非鉄金属より高い弾性率）をもつ板状体であればよい。すなわち、金網などのように複数本の線材からなる網状体であっても、撓みを生じない程度の剛性を有するものであればよい。具体的には、板状体に多数のスリットを入れて板状体の延びる方向に引っ張ることによりスリットを拡張し通孔を形成することによって得られるエキスパンドメタルや、板状体に主として厚さ方向に多数の通孔を穿ったパンチングメタルなどが好ましい。これらの部材は、簡単に作製でき、入手が容易であり、加工性にも優れる。この際、鉄系部材の厚さが０．５〜２ｍｍであるのが好ましい。鉄系部材の厚さが上記範囲であれば、金属複合材の強度を良好に向上させることができ、２ｍｍ以下の厚さであっても十分な補強効果が得られる。
また、鉄系部材は、その表面が粗面となっているのが好ましい。鉄系部材の表面を粗面とすることにより、非鉄金属と鉄系部材との密着性が向上する。したがって、粗面化は、少なくとも非鉄金属と接触する鉄系部材の界面に施されていればよい。粗面の形成は、ショットブラストやショットピーニング等のブラスト加工による物理的な方法や、薬品による化学的な方法で粗面を形成すればよい。
また、鉄系部材は、浸炭処理が施されているのが望ましい。浸炭処理は、炭素鋼の表面から炭素を浸入させることにより表面部の炭素量を増加させ、表面部のみを硬化する処理法である。鉄系部材として用いられるエキスパンドメタル等に加工される鋼板は、比較的軟らかく加工性に優れているため、浸炭処理などを施すことにより、硬化させるのが望ましい。そして、上述したように、本発明の金属複合材において、鉄系部材の板厚は、好ましくは０．５〜２ｍｍであるため、このような鉄系部材に浸炭処理を施すと、鉄系部材全体に十分に炭素が浸入し硬化される。浸炭処理は、固体浸炭処理、液体浸炭処理、ガス浸炭処理、真空浸炭処理のうちどの浸炭法を用いてもよいが、鉄系部材は、浸炭窒化処理により厚さ方向の全ての部分において炭素と窒素が浸入した鉄系硬化部材であるのが望ましい。
鉄系部材は、非鉄金属中に埋設されている状態であれば、その位置に特に限定はない。ここで、図１および図２は、本発明の金属複合材の一例を模式的に示す平面図（図１Ａ，２Ａ）および断面図（図１Ｂ，２Ｂ）である。図１に示すように、表裏面を貫通する多数の通孔３をもつ鉄系部材２（たとえばエキスパンドメタル）が金属複合材１０の表面側に位置するように配置してもよいし、図２に示すように、表裏面を貫通する多数の通孔２３をもつ鉄系部材２２（たとえばパンチングメタル）が金属複合材２０の内部に位置するように配置してもよい。なお、鉄系部材が金属複合材の表面側に位置するように配置する場合（図１Ｂ参照）は、鉄系部材の一部が金属複合材の表面に露出した状態であっても構わない。
なお、板状の鉄系部材を複数枚積層させた状態で非鉄金属中に埋設させてもよい。前述したように、０．５〜２ｍｍ程度の薄い鉄系部材は浸炭や窒化がされやすい。したがって、厚い鉄系部材を１枚用いるよりも、十分に浸炭や窒化がされた薄い鉄系部材を複数枚用いる方が、効果的である。さらに、薄い鉄系部材の方が、所望の形状に加工し易いため、有利である。また、図１および図２では平板状の金属複合材を示しているが、本発明の金属複合材の形状に特に限定はなく、たとえば、円柱形状などのように曲面を有する形状であってもよい。その場合は、あらかじめ、鉄系部材が曲面に沿うように鉄系部材に曲げ加工などの成形を施すのがよい。
上記のような構成を有する本発明の金属複合材は、高強度を有し、かつ、非鉄金属の種類によっては軽量であるため、エンジンブロック、油圧ポンプ、コンプレッサーといった耐圧部品等に好適に用いることができる。
本発明の金属複合材は、鋳造により製造されるのが望ましい。具体的には、鋳造品の形状に対応する成形キャビティ面を有する中空部と、溶湯が注湯されるとともに中空部に連通する注湯通路と、をもつ鋳造型に、既に説明した鉄系部材を配設する鉄系部材配設工程と、注湯通路から非鉄金属の溶湯を中空部に充填する非鉄金属充填工程と、を経て、鉄系部材を非鉄金属で鋳込む、いわゆるインサート成形方法であればよい。鋳造方法も、重力鋳造法、低圧鋳造法、溶湯鍛造法、ダイカスト法など、従来の方法を用いればよい。
特に、図２Ｂに示すように、鉄系部材が金属複合材の内部に位置するように配置される場合には、周縁部に切り欠きを設けた鉄系部材を用いるとよい。以下に、切り欠きを有する鉄系部材を用いる金属複合材の鋳造方法を、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。なお、図３Ａは、本発明の金属複合材の鋳造方法の一例を模式的に示す断面図である。また、図３Ｂは、図３Ａで用いられる鉄系部材を模式的に示す平面図である。
本発明の金属複合材の鋳造方法は、主として、鉄系部材配設工程と、非鉄金属充填工程と、を経て、鉄系部材３２を非鉄金属３１で鋳込むことで、金属複合材３０を得る。
鉄系部材配設工程では、鋳造型に鉄系部材を配設する。用いられる鋳造型は、図３Ａに示されるような、鋳造品の形状に対応する成形キャビティ面８４を有する中空部（鉄系部材３２が配設された部分と空間８６、８７とからなる）と、溶湯３１’が注湯されるとともに中空部に連通する注湯通路８３と、をもつ型であれば特に限定はない。したがって、図３Ａのような複数の型８１、８２で区画された成形キャビティ（中空部に相当）を有する鋳造型８０であってもよく、注湯通路８３の位置や大きさにも特に限定はなく、通常、鋳造に用いられる鋳造型を使用すればよい。また、成形キャビティの形状も平板状であっても円筒形状であってもよい。
鋳造型には、成形キャビティの内面である成形キャビティ面に、鉄系部材を保持する保持部が形成されているのが好ましい。保持部は、図３Ａに示されるような溝部８８であるとよい。溝部８８では、型８１の成形キャビティ面８４側に形成された断面Ｌ字形状の凹部に鉄系部材３２を載置した状態で、型８２の成形キャビティ面８４側に形成された凸部が凹部に嵌り込むことで、鉄系部材３２の周縁部が挟持される。なお、溝部８８は、型８１と型８２との境界の全周に渡って連続的に形成された連続溝であってもよいし、部分的に形成された溝状凹部であってもよい。
鉄系部材は、既に詳説したように、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち、その開口率が１３〜３０％である、板状の部材である。鉄系部材は、鉄系部材の周縁部が成形キャビティの内面である成形キャビティ面に当接するとともに表裏面側に空間をもって配設されるとよい。具体的には、図３Ａでは、鉄系部材３２の周縁部が成形キャビティ面８４に形成された溝部８８に保持されるとともに表裏面側に空間８６、８７をもって配設される。その結果、空間８６、８７は鉄系部材３２によって区画され、両者は、切り欠き３５で連通する。したがって、鉄系部材３２に切り欠き３５がないと、次の非鉄金属充填工程において、注湯通路８３から注湯される非鉄金属の溶湯３１’は、鉄系部材３２の片面側に位置する空間８６には良好に充填されるが、鉄系部材３２は開口率が１３〜３０％であるため、溶湯３１’が通孔を通って空間８７に完全に充填されなかったり、充填されても時間を要する。つまり、鉄系部材が切り欠きを有することにより、非鉄金属充填工程において注湯される非鉄金属の溶湯は、容易に切り欠きを通過し、鉄系部材の表裏面側の空間に良好に回り込む。その結果、成形キャビティ面に沿った所望の形状の金属複合材が得られる。また、溶湯は切り欠きを通過しやすいので、注湯される溶湯の流れから受ける抵抗力により生じる鉄系部材の配設位置のズレが抑制される。
鉄系部材に形成される切り欠きの大きさは、鉄系部材の大きさにもよるが、１つの切り欠きの面積が１０〜４００ｍｍ２であるのが好ましい。１０ｍｍ２以上であれば、溶湯が流入しやすく、溶湯が鋳造型の中空部に良好に充填される。また、４００ｍｍ２を超えると、切り欠きが形成された部分の金属複合材の強度が低下するため望ましくない。この際、切り欠きの面積は、鉄系部材の面積の１０％程度であるのが望ましい。なお、鉄系部材の面積には、通孔の面積も含む。
また、鉄系部材の周縁部であれば、切り欠きが形成される位置に特に限定はない。切り欠きを鉄系部材の中央部付近に形成すると、鉄系部材の強度が低下するため、得られる金属複合材の強度が効果的に向上しないため望ましくない。
また、鉄系部材は、その周縁部が成形キャビティ面に当接していれば、鉄系部材の表裏面の一部が成形キャビティ面と接触して配設されていてもよい。この際、鉄系部材は、その表裏面側に空間をもって配置されている部分や注湯通路の近傍に切り欠きを有するとよい。
鉄系部材配設工程において、鉄系部材を成形キャビティ面に当接し、かつ、鉄系部材の表裏面側に空間をもって配設する際には、図３Ａに示すように、鉄系部材が所定の位置に保持されるとよい。成形キャビティ面が有する保持部に鉄系部材の周縁部が保持されれば、注湯の際に生じる鉄系部材の配設位置のズレが抑制される。保持部としては、溝部８８の他にも、成形キャビティ面から突出して鉄系部材が載置されたり鉄系部材の移動を妨げる突条などでもよい。なお、保持部は、鉄系部材の周縁部全体を保持する必要はなく、周縁部の少なくとも一部が保持されればよい。
切り欠きは、鉄系部材の保持状態や周縁部の当接部位によっては必ずしも形成する必要はない。たとえば、鉄系部材の周縁部のうち、一辺が成形キャビティ面に当接せずに間隙をもって配設される際には、切り欠きを形成しなくてもよい。
非鉄金属充填工程では、注湯通路から非鉄金属の溶湯を中空部に充填する。非鉄金属の溶湯は、切り欠きを通じて中空部全体に、容易に充填される。
なお、鉄系部材に粗面を形成する工程や、浸炭工程を、鉄系部材配設工程より前に行ってもよい。また、非鉄金属充填工程の後、必要に応じて熱処理を行い、マトリックスとなる非鉄金属の力学的性質を調整する調質処理を行ってもよく、さらに高強度な金属複合材を得ることもできる。
以上、本発明の金属複合材および金属複合材の鋳造方法の実施形態を説明したが、本発明の金属複合材および金属複合材の鋳造方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。
以下に、本発明の金属複合材の実施例を、図４〜図７を用いて説明する。
板状で厚さ方向に貫通する複数の通孔を有するエキスパンドメタル（工業用冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、厚さ：９００μｍ、開口率：１８％、１つの通孔の面積：３００μｍ２、厚さ方向より撮影した写真を図４に示す。）を準備した。エキスパンドメタルには、浸炭窒化処理、焼戻し、または、ショットブラストを施すことによりエキスパンドメタルＭ１〜Ｍ５を得た。Ｍ１〜Ｍ５に施した処理を表１に示す。また、Ｍ４において、開口率を２８％とした他は同様の処理を施したＭ４’を準備した。
浸炭窒化処理は、ＮＨ３を含む浸炭性ガスにより、エキスパンドメタルを６５０〜９００℃に加熱し、Ｃ並びにＮを同時に鋼材に反応させ拡散層を生ぜしめた後、油焼入れを行った。焼戻しは、１５０℃または５５０℃で１時間保持することにより行った。また、ショットブラストは、繊維状ブリット照射をエキスパンドメタルの両面にそれぞれ１分間（あわせて２分間）行った。なお、表１において、Ｍ１〜Ｍ５の括弧内に記載されている数字は焼戻し温度、記号はショットブラストの有無を示す。
得られたエキスパンドメタルＭ１〜Ｍ５について、表面粗さ測定、引張試験およびビッカース硬さ測定を行った。表面粗さ測定には、表面粗さ計サーフコム１４００Ａ（東京精密製）を用いた。測定結果より求めた中心線平均粗さ、十点平均粗さ、最大高さ（それぞれＲａ、Ｒｚ、Ｒｍａｘとし、複数回測定したものの平均値）を表１に示す。引張試験は、引張方向が図４の矢印方向となるようにエキスパンドメタルＭ１〜Ｍ５をＪＩＳ平板試験片の形状に加工し、後述の引張試験条件（条件Ｉ）により測定を行った。エキスパンドメタルＭ１〜Ｍ５が破断した際の応力を表１に示す。また、ビッカース硬さ測定は、エキスパンドメタルＭ１〜Ｍ５の厚さ方向の各位置（１００μｍ間隔）で、一方の面側から他方の面側まで測定を行った。この際、測定荷重は、３００ｋｇｆとした。各位置（一方の面からの厚さ方向の距離とする）でのビッカース硬さ（Ｈｖ）を図５に示す。なお、図５において、◇はＭ１、◆はＭ２、○はＭ３、●はＭ４、×はＭ５、をそれぞれ示す。
【表１】
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次に、エキスパンドメタルＭ１〜Ｍ４、Ｍ４’を用いて試料Ａ〜Ｆ、Ｆ’、Ｇ（金属複合材）を作製した。試料の作製には、所定形状の凹部９１を有する下型９０と、凹部９１の壁面と摺接して嵌り込む形状の上型９２と、からなる金型装置９（図６参照）を用いた。試料を作製する際には、金型装置９の金型温度を２００〜３５０℃とし、下型９０の凹部９１の底面部にＭ１〜Ｍ４、Ｍ４’のいずれかのエキスパンドメタルＭを載置し１００〜３００℃に予熱を行い、その状態で、凹部９１にアルミニウム合金溶湯（ＡＤＣ１２、溶湯温度６５０〜８００℃）を注湯した。その後、上型９２を矢印方向に挿入し加圧（７０〜１００ＭＰａ）して鋳造を行った。なお、エキスパンドメタルを２枚使用する場合には、厚さ方向に２枚重ねて凹部９１に載置する他は、上記と同様な方法で鋳造を行った。各試料の作成条件を表２に示す。
また、比較例として、アルミニウム合金（ＡＤＣ１２）からなる試料Ｈ〜Ｊを作製した。試料Ｈ〜Ｊは、上記の鋳造方法において、エキスパンドメタルを用いない他は同様に鋳造により作製した。なお、試料Ｈ〜Ｊは、後述の引張試験条件が異なるが、組成等は全て同じ試料である。
［評価］
試料Ａ〜ＪおよびＦ’の強度を評価するために、引張試験を行った。
作製した試料Ａ〜ＪおよびＦ’を所定の形状に加工して、ＪＩＳ平板試験片（厚さ１ｍｍ）を作製した。この際、引張試験の引張方向がエキスパンドメタルに対して図４の矢印方向となるように加工した。なお、引張試験は、５ｔオートグラフ（島津製作所製、ＡＧ−５０００Ａ）により、室温にて（条件Ｉ）、１８０℃で１００時間保持後１８０℃にて（条件ＩＩ）、２００℃で５分間保持後２００℃にて（条件ＩＩＩ）、または、２００℃で１５分間保持後２００℃にて（条件ＩＶ）、引張速度０．５ｍｍ／分で行った。各試料に対して行った引張試験の試験条件を表２に、各試料が破断した際の応力を表２および図７に示す。
【表２】
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金属複合材である試料Ａ〜Ｇは、いずれも破断応力が４００ＭＰａ以上であり、エキスパンドメタルを用いていない試料Ｈ〜Ｊよりも高い強度を有した。そして、アルミニウム合金のみ（試料Ｈ〜Ｊ）では強度が低下する引張試験条件ＩＩのような過酷な条件下でも、優れた強度を示した。
また、５５０℃で焼戻しを行ったエキスパンドメタルＭ３、Ｍ４を用いた試料Ｄ〜Ｇは、優れた強度（破断応力５５０ＭＰａ以上）を示した。中でも、ショットブラストを施したＭ４を用いた試料Ｆでは、エキスパンドメタルの表面が好適に粗面化され、その硬さがＨｖ（０．３）＝２００〜４００程度であるため、特に優れた強度（破断応力５８４．８１ＭＰａ）を示した。
なお、１５０℃で焼戻しを行ったエキスパンドメタルＭ１、Ｍ２は、表面硬度が非常に高く（Ｈｖ（０．３）＝８００程度）脆いため、試料Ａ〜Ｃの強度が破断応力４００〜５００ＭＰａ程度にとどまったと推測できる。
また、エキスパンドメタルの開口率が異なる試料Ｆ（１８％）と試料Ｆ’（２８％）とでは、開口率の小さい試料Ｆの方が高い強度を有する。しかしながら、試料Ｆ’は、エキスパンドメタルを用いていない試料Ｈ〜Ｊよりも高い強度を示した。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年6月8日(2006.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】請求の範囲
【請求項１】  マトリックスとなる非鉄金属と、
該非鉄金属中に埋設された、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％であり浸炭処理により全体に炭素が浸入した板状の鉄系部材と、
からなることを特徴とする金属複合材。
【請求項２】  前記非鉄金属は、軽金属である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項３】  前記軽金属は、アルミニウム系金属またはマグネシウム系金属である請求の範囲第２項記載の金属複合材。
【請求項４】  前記鉄系部材は、開口率が１８〜２８％である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項５】  前記鉄系部材は、エキスパンドメタルまたはパンチングメタルである請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項６】  前記鉄系部材は、複数本の線材からなる網状体である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項７】  前記鉄系部材は、１つの通孔の面積が３００μｍ２以上である請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項８】  前記鉄系部材は、その表面が粗面となっている請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項９】  前記鉄系部材は、厚さが０．５〜２ｍｍである請求の範囲第１項記載の金属複合材。
【請求項１０】  前記鉄系部材は、浸炭窒化処理により厚さ方向の全ての部分において炭素と窒素が浸入した鉄系硬化部材である請求の範囲第９項記載の金属複合材。
【請求項１１】  鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％である板状の鉄系部材の全体に炭素を浸入させる浸炭処理工程と、
鋳造品の形状に対応する成形キャビティ面を有する中空部と、溶湯が注湯されるとともに該中空部に連通する注湯通路と、をもつ鋳造型に、前記鉄系部材を配設する鉄系部材配設工程と、
前記注湯通路から非鉄金属の溶湯を前記中空部に充填する非鉄金属充填工程と、
を経て、前記鉄系部材を前記非鉄金属で鋳込むことを特徴とする金属複合材の鋳造方法。
【請求項１２】  前記鉄系部材は、該鉄系部材の周縁部に前記通孔の１つの面積より大きい少なくとも１つの切り欠きを有し、前記鉄系部材配設工程にて該周縁部が前記成形キャビティ面に当接するとともに該鉄系部材の表裏面側に空間をもって配設され、
前記非鉄金属充填工程において該切り欠きを通じて前記中空部全体に溶湯が充填される請求の範囲第１１項記載の金属複合材の鋳造方法。
【請求項１３】  前記成形キャビティ面は、前記鉄系部材の周縁部を保持する保持部を有する請求の範囲第１１項記載の金属複合材の鋳造方法。
【請求項１４】  前記浸炭処理工程は、前記鉄系部材の厚さ方向の全ての部分において炭素と窒素を浸入させる浸炭窒化処理工程である請求の範囲第１１項記載の金属複合材の鋳造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
された、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％であり浸炭処理により全体に炭素が浸入した板状の鉄系部材と、からなることを特徴とする。
ここで、鉄系部材が「板状」とは、板状体を加工することによって得られるエキスパンドメタルやパンチングメタルの他、ある程度の剛性を有するものであれば、複数本の線材からなる網状体も含む概念である。
本発明の金属複合材は、非鉄金属中に上記鉄系部材が埋設されている構成であるため、鉄系部材により補強された強度の高い金属複合材である。特に、非鉄金属が軽金属であれば、軽量かつ高強度な金属複合材となる。また、上記鉄系部材は、表裏面を貫通する多数の通孔をもつため、マトリックスである非鉄金属との密着性を確保できる。
そして、鉄系部材の開口率を１３〜３０％とすることにより、密着性と強度がともに良好な金属複合材となる。開口率が大きすぎると高い強度を確保することが困難となり、開口率が低すぎるとマトリックスと鉄系部材との密着性が落ちる。開口率を１３〜３０％とすることで強度と密着性のバランスのよい金属複合材が得られる。さらに好ましくは、開口率が１８〜２８％である。
また、本発明の金属複合材の鋳造方法は、鉄を主成分とし表裏面を貫通する多数の通孔をもち開口率が１３〜３０％である板状の鉄系部材の全体に炭素を浸入させる浸炭処理工程と、鋳造品の形状に対応する成形キャビティ面を有する中空部と、溶湯が注湯されるとともに該中空部に連通する注湯通路と、をもつ鋳造型に、前記鉄系部材を配設する鉄系部材配設工程と、前記注湯通路から非鉄金属の溶湯を前記中空部に充填する非鉄金属充填工程と、を経て、前記鉄系部材を前記非鉄金属で鋳込むことを特徴とする。この際、前記鉄系部材は、該鉄系部材の周縁部に少なくとも１つの切り欠きを有し、前記鉄系部材配設工程にて該周縁部が前記成形キャビティ面に当接するとともに前記表裏面側に空間をもって配設され、前記非鉄金属充填工程において該切り欠きを通じて前記中空部全体に溶湯が充填されるのが望ましい。
本発明の金属複合材の鋳造方法によれば、上記の本発明の金属複合材を鋳造することができる。また、本発明の金属複合材の鋳造方法では、板状の鉄系部材の開口率が１３〜３０％であるため、鉄系部材の周縁部が成形キャビティ面に当接した状態で鋳造型に配設されると、非鉄金属の溶湯を鋳造型に注湯する際に、溶
【国際調査報告】
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