(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物からなる強化材を窒化マグネシウムと接触せしめ、窒化マグネシウムの還元作用によって強化材の少なくとも一部に金属を露出せしめた状態でＡl合金を強化材に浸透させてＡl基複合材を製造し、次いでこのＡl基複合材を、ホローダイスを用いてＡl基複合材を複数本に分割して押出しながら圧着一体化する押出し成形によって円筒状部材とし、この円筒状部材を所定長さに切断してシリンダライナとし、このシリンダライナを金型にセットしてＡl合金で鋳包むことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダブロックの製造方法において、前記Ａl基複合材を押出し成形して円筒状部材とする際の押出比を３〜４０としたことを特徴とするシリンダブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアルミ基複合材を材料として用いたシリンダブロックの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンのシリンダブロックは、一般にシリンダライナをアルミ合金で鋳包んで製造される。
そして、シリンダライナの製造法として特開昭５９−２０６１５４号に開示される方法がある。この方法は、Ａl2Ｏ3、ＳiＣ或いはＳi3Ｎ4等のセラミック繊維をＡl合金の溶湯中に分散させてインゴットを製作し、このインゴットを押出し成形してパイプ部材とし、このパイプ部材を所定寸法に切断することでシリンダライナとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
セラミックス強化材を含んだアルミ基複合材は強化材を含まない合金と比べ、強度は大幅に向上している。しかしながら、アルミ基複合材を含めＭＭＣ（金属基複合材）自体の変形抵抗は極めて大きく伸び率は低い。そのため、前記した先行技術のように押出し成形によってシリンダライナを成形しても、押出し成形性が悪く、押出比を大きくすることはできず、高品質のシリンダライナを得ることはできない。
【０００４】
即ち、押出比を大きくすると、塑性変形量が大きくなり強化材（セラミック繊維）とマトリクス金属（Ａl合金）との界面に大きな剪断応力が発生し、界面において剥離やずれが発生し、スリーブの品質低下を招いてしまう。
このため、押出比は小さくしなければならないが、押出比が小さいと鋳造の際に発生した鋳造欠陥を押出し成形で完全に回復することができず、引張強度、耐力を充分に高めることができない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明に係るシリンダブロックの製造方法は、Ａl2Ｏ3等の金属酸化物からなる強化材を窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）と接触せしめ、窒化マグネシウムの還元作用によって強化材の少なくとも一部に金属を露出せしめ、この状態でＡl合金を強化材に浸透させてＡl基複合材を製造し、次いでこのＡl基複合材を押出し成形して円筒状部材とし、この円筒状部材を所定長さに切断してシリンダライナとし、このシリンダライナを金型にセットしてＡl合金で鋳包むようにした。
【０００６】
図１はＡl合金としてＡl−Ｍg系合金（ＪＩＳ  ５０５６）を原料として鋳造されたＡl基複合材を押出し成形した場合の、押出比と引張強度及び耐力との関係を示すグラフであり、このグラフから押出比が３未満では引張強度及び耐力とも不足し、また４０を超えてもそれ以上の効果がないことが分る。したがって、押出比は３以上４０以下とするのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図２はアルミ基複合材料の製造装置の構成概要図であり、製造装置は、加熱炉１と、この加熱炉１内に雰囲気ガスを導入する雰囲気ガス注入手段２と、加熱炉１内の圧力を減ずる減圧手段３と、加熱炉１を加熱する加熱手段４から構成されている。
【０００８】
そして前記雰囲気ガス注入手段２は、窒素（Ｎ2）ガスを供給するための窒素ガスボンベ２ａ及び同バルブ２ｂと、アルゴン（Ａr）ガスを供給するためのアルゴンガスボンベ２ｃ及び同バルブ２ｄを備えており、前記減圧手段３は真空ポンプ３ａを備えている。また、前記加熱手段４は、加熱炉１の周囲に配設されるヒータ４ａと、不図示の温度調節器を備えている。
【０００９】
上記装置によって複合材を製造するには、先ず、図２及び図３に示すように、坩堝５内にセラミック強化材を成形したプリフォーム６をセットし、次いでこの上にアルミニウム合金ブロック７（ＪＩＳ５０５６相当）を載せ、更に別の坩堝８内にマグネシウム発生源９を入れる。尚、マグネシウム発生源９は坩堝５に入れるようにしてもよい。また、プリフォーム６をセットする代りに、セラミック強化材の粒子を坩堝５に充填してもよい。
【００１０】
ここで、セラミック強化材からなるプリフォーム６としては、アルミナ（Ａl2Ｏ3）繊維又はアルミナ（Ａl2Ｏ3）粒子からなる例えば体積含有率（Ｖｆ）２０％程度のものとし、また、マグネシウム発生源９としては、例えば純マグネシウム（Ｍg）、又はマグネシウム合金、又はアルミニウム−マグネシウム合金等を使用する。
【００１１】
そして雰囲気ガス注入手段２のアルゴンガスボンベ２ｃ、及び同バルブ２ｄから雰囲気炉１内にアルゴン（Ａr）ガスを導入して置換し、加熱手段４によって雰囲気炉１内を加熱すると、マグネシウム発生源９からマグネシウムが昇華し、マグネシウム蒸気がプリフォーム６の内部に浸透・分散する。
【００１２】
この後、雰囲気ガス注入手段２の窒素ガスボンベ２ａ、及び同バルブ２ｂから雰囲気炉１内に窒素（Ｎ2）ガスを導入すると、昇華したマグネシウムと窒素ガスが反応して窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）が生成され、この窒化マグネシウム（Ｍg3Ｎ2）がプリフォーム６の繊維又は粒子表面のアルミナ（Ａl2Ｏ3）に接触して還元反応が進行し、Ａl2Ｏ3から酸素原子が奪い取られ、金属（Ａl）が露出する。
【００１３】
この露出した金属は極めて活性であり、アルミニウム溶湯との濡れ性が良くなるため、プリフォーム６の内部にアルミニウム溶湯が浸透し、ケミカルコンタクトによって複合化されたアルミ基複合材（ビレット）１０が得られる。
【００１４】
次いで、アルミ基複合材１０を取り出し、表面を機械加工によって除去した後に、図４及び図５に示す押出し成形機にて円筒状に成形する。
押出し成形機は本体１１の内部にオス型ダイス１２とメス型ダイス１３を設け、本体１１内にセットしたアルミ基複合材１０をステム１４にて加圧することで、オス型ダイス１２によってアルミ基複合材１０は３本に分けられ、この分割されたアルミ基複合材１０は押出されながら圧着一体化してパイプ状部材１５を得る。
【００１５】
尚、図示例ではホロー押出しを行う例を示したが、マンドレル方式にて押出し成形してもよい。
【００１６】
この後、図６に示すように、治具１６でパイプ状部材１５を所定寸法に切断してシリンダライナ１７を得る。そして図７に示すように、シリンダライナ１７の表面に周方向の溝１８を形成し、鋳包んだ後のシリンダライナ１７の抜けを確実に防止するようにしている。
【００１７】
この後、シリンダライナ１７を金型内にセットし、Ａl合金を注湯することで、図８に示すようなシリンダライナ１７とＡl合金ブロック１９とが一体となったシリンダブロックが形成される。
【００１８】
図９はシリンダライナ１７の別実施例を示す図であり、押出し成形機のダイス形状を変更することで、図８に示すような４連のシリンダライナを得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、還元雰囲気において、セラミック強化材にアルミ合金の溶湯を含浸せしめるようにした為、アルミ合金と強化材との界面はケミカルコンタクトによって強固に結合され、この事がその後に行う押出し成形性を大幅に向上させており、押出比の大きな押出し成形を行うことができる。
そして、本発明の押出し成形によって、引張強度と耐力に優れた高品質のシリンダライナを得ることができる。
また、押出し成形性が大幅に向上したので、ホローダイスを用いた圧着一体化成形も可能となり、材料の歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】押出比と引張強度及び耐力との関係を示すグラフ
【図２】アルミ基複合材料の製造装置の構成概要図
【図３】アルミ基複合材料を鋳造にて得るまでの工程を説明した図
【図４】押出し成形機の断面図
【図５】図４のＡ−Ａ方向矢視図
【図６】円筒状部材を切断してシリンダライナとする状態を示す図
【図７】シリンダライナの外周面に溝を形成した状態を示す斜視図
【図８】シリンダブロックの一部を拡大して示した斜視図
【図９】シリンダライナの別実施例を示す平面図
【符号の説明】
１…加熱炉、２…雰囲気ガス注入手段、３…減圧手段、４…加熱手段、５，８…坩堝、６…プリフォーム、７…アルミニウム合金ブロック、９…マグネシウム発生源、１０…アルミ基複合材（ビレット）、１５…パイプ状部材、１７…シリンダライナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図８】
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【図９】
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