近年来，为了满足对汽车零件、航空零件的轻质化的要求，以铝 合金为代表的轻金属得到了广泛应用。但是，为了采用轻金属等，一 般必须要与能够满足高温强度、耐摩擦性、热膨胀率等要求性能的辅 助材料复合，以便弥补轻金属等在这些特性上的缺陷(例如参照实开 平5-71474号说明书(第一页))。
这样的复合化可以得到上述特性，但在具有这一优点的反面，存 在由于复合了不同种材料从而接合强度较低的缺点，有如果作用较强 外力、或置于温差较大的环境中则容易剥离的问题。为了解决这一问 题，进行了下述尝试：在铸造时利用触媒微粉末来除去妨碍良好的接 合的、辅助材料表面的氧化膜。或者，有下述方法：在制造发动机气 缸盖时，在真空条件下除去辅助材料表面的氧化膜，并包覆钛基的薄 膜来进行保护，然后利用铝金属进行包铸(例如，特开平6-218519 号说明书(第一页))。
另外，除这些化学方法之外，还有下述方法：制造发动机组的缸 膛部时，在铝合金的铸造之后，压入气缸套，以机械方式在紧贴的状 态下进行复合化。
在上述这些现有的复合部件中，确实实现了复合部件构成材料彼 此的接合部的强度和耐久性的提高。但是，无论在哪一种技术中，都 因为制造工序复杂或材料费太高而伴随着成本高的问题。即，用作触 媒的金属微粉末是金、银、白金等贵重金属。另外，设置钛基的薄膜 的工序是利用PVD法在气相中进行的，所以工序所需成本也较高。进 而，以机械方式的压入进行的复合化包括对内径、外径进行高精度的 精加工的工序和压入工序，所以用这些方法制造的复合部件有生产成 本较高的问题。

本发明是为了解决上述现有技术所存在的问题而作出的，其目的 在于提供一种在以轻金属等为主材料的复合部件中、既能提高复合部 件构成材料彼此的接合部的强度和耐久性又能够降低生产成本的复合 部件及其制造方法。
本发明的复合部件，是在铸造主材料时通过包铸将主材料和辅助 材料接合起来的复合部件，所述主材料由可通过铸造成形的轻金属 构成，所述辅助材料由不同于该主材料的金属材料或者无机材料构 成，其特征在于，在该主材料和该辅助材料的边界区域的一部分或 者全部上，配置有多孔质材料。
其中，上述轻金属可以采用铝或镁，上述轻金属合金可以采用包 含铝和镁中的至少一者的合金。另外，上述辅助材料可以采用铸铁、 钢铁、不锈钢、铁-铬类合金或者镍类合金。
对于上述构成的复合部件，多孔质材料固定在主材料内，并在与 辅助材料的边界区域上和辅助材料接触。因此，通过适当选择多孔 质材料的材质，可以使多孔质材料与辅助材料扩散接合，从而增加 主材料与辅助材料的界面的接合力，同时，通过使得主材料的含有 多孔质材料的部分的热性质介于主材料与辅助材料之间，可以缓和 热应变。而且，这样的多孔质材料例如不锈钢纤维，可以比较廉价 地得到。
因此，希望多孔质材料是能够与辅助材料扩散接合的材料，如果 是由这些材料制造的金属纤维或者泡沫金属构成则更加优选。根据 这样的方案，可以通过烧结来使多孔质材料与辅助材料扩散接合， 所以可以得到更大的界面部分的接合强度，而且，由于工序简单从 而可以抑制生产成本的增加。
其中，上述金属纤维可以随机地或者定向地层叠起来、三维地构 成，而且，多孔质材料可以采用晶须的集合体。进而，希望上述金 属纤维或者上述晶须的线径、粒子的外径是数μm～数mm，更优选地 为数μm～100μm。
另外，希望当多孔质材料在从辅助材料离开的方向上的板厚为 1mm以上且小于2mm之时，多孔质材料的体积率为30％～60％，当 板厚为2mm以上之时，体积率为20％～60％。如果板厚小于1mm， 则热性质为中间的层较薄，所以缓和辅助材料与主材料之间的热应 变的作用不充分。
另外，如果当前述板厚为1mm以上且小于2mm之时，多孔质材料 的体积率小于30％，则所含的多孔质材料的绝对量较少，因此主材 料的含有多孔质材料的部分的热性质不能说是中间的，从而缓和辅 助材料与主材料之间的热应变的作用不充分。进而，多孔质材料与 辅助材料的扩散接合面积也较小，所以将辅助材料和主材料结合起 来的力不够。
进而，当板厚为2mm以上的情况下，多孔质材料的绝对量增加， 所以可以容许体积率的下限值到20％。因此，在体积率为20％以上 时，热性质处于中间，从而缓和辅助材料与主材料之间的热应变的 作用充分。进而，在将多孔质材料载置在辅助材料之上进行烧结的 情况下，因为多孔质材料因自重而在板厚方向上收缩，所以在接合 面上，多孔质材料与辅助材料的扩散接合面积也增加，从而得到足 够结合辅助材料与主材料的力。由此，得到在用于汽车的燃机等时 足够耐用的强度。
相反，如果多孔质材料的体积率超过了60％，则在铸造时，熔 融的主材料难以浸透到多孔质材料的深处，从而不能完全到达辅助 材料，与辅助材料接触的面积减小。结果，扩散接合的面积不够， 从而接合强度难以提高。因此，优选地，体积率为60％以下。
通过将体积率设定在上述范围内，可以可靠地实现下述作用：通 过夹装多孔质材料而缓和主材料与辅助材料之间的热应变，并同时 实现下述两种效果：充分增大多孔质材料与辅助材料的接合面积； 使轻金属等主材料浸透到多孔质材料中并到达辅助材料，从而使主 材料与辅助材料紧贴。
进而，优选地，使得多孔质材料的从辅助材料离开的部分的体积 率比接近于辅助材料的部分的体积率小。根据这样的构成，熔融的 主材料易于浸透到多孔质材料中，而且，增加了辅助材料与多孔质 材料的接触面积，可以增大扩散接合的面积。
在这种情况下，优选地，当板厚为1mm以上之时，多孔质材料的 体积率在20％～70％之间变化。根据这样的构成，可以更好地同时 实现下述两种效果：增加辅助材料与多孔质材料的接触面积从而增 加扩散接合面积；将轻金属等主材料浸透到多孔质材料中并使其到 达辅助材料而使得主材料与辅助材料紧贴。
其次，本发明的复合部件的制造方法，是在铸造主材料时通过包 铸将主材料和辅助材料接合起来的复合部件的制造方法，所述主材 料由可通过铸造成形的轻金属或者轻金属合金构成，所述辅助材料 由不同于该主材料的金属材料或者无机材料构成，其特征在于，将 多孔质材料在接触于辅助材料上的状态下压缩到规定的体积率，与 此同时进行烧结、扩散接合，在主材料的铸造时将通过该接合工序 得到的预成形体包铸起来而接合。根据这样的制造方法，可以将压 缩多孔质预成形体的工序和烧结辅助材料的工序合并成一个工序。
其中，取代上述那样的、将多孔质材料在接触于辅助材料上的状 态下压缩到规定的体积率，与此同时进行烧结、扩散接合的工序， 而采用通过使预先压缩到规定的体积率的多孔质材料与辅助材料接 触并烧结而进行扩散接合的工序，也可以进行制造。在这种情况下， 烧结工序仅一次，而且当多孔质材料由纤维构成时不需要在烧结时 进行加压，所以具有下述优点：不需要压制模，容积也可以较小， 从而批量成产性较高。
附图说明
图1是本发明的实施方式的剖视图。
图2是本发明的实施方式的剪切试验后的剖视图。
图3是用于制造本发明的复合材料的工序图。
图4是制作本发明的复合材料的评价用样本的模具的剖视图。
图5是对本发明的复合材料的浸透性和紧贴性进行评价的样本的 剖视图。
图6是评价本发明的复合材料的界面强度的样本的剖视图。
图7是评价本发明的复合材料的界面强度的试验方法的剖视图。
图8是表示本发明的复合材料的界面强度与体积率·板厚的关系 的正交图表。

1.试样的制作
图3中示出了表1所记载的试样1～24的制作顺序。首先，利用 溶液提取法(参照特许第3176833号)制作直径40μm的SUS430纤维， 将其用开纤机作成单位面积重量为140g/m2的网。纤维的朝向在层叠面 上是随机的。接着，利用压力机冲裁成试验用的形状，并层叠规定的 片数，压制成表1所记载的体积率的多孔质材料。所谓体积率Vf(％) 是指用
Vf＝(实际体积/外观体积)×100
表示的、表示多孔质材料的稠密度的数字。
                                     表1   试样号   码           多孔质材料规格             评价结果   材质   板厚t   (mm)   体积率   Vf   浸透   性   紧贴性   界面强   度   (％)   (Mpa)   试样1   SUS430纤维   0.5   50   ○   ×   -   试样2   SUS430纤维   0.5   60   ○   ×   -   试样3   SUS 430纤维   0.5   70   ○   ×   -   试样4   SUS430纤维   1   10   ○   ×   -   试样5   SUS430纤维   1   20   ○   ×   -   试样6   SUS430纤维   1   30   ○   ○   60   试样7   SUS430纤维   1   40   ○   ○   75   试样8   SUS430纤维   1   50   ○   ○   95   试样9   SUS430纤维   1   60   ○   ○   140   试样10   SUS430纤维   1   70   ×   -   -   试样11   SUS430纤维   2   10   ○   △   20   试样12   SUS430纤维   2   20   ○   ○   52   试样13   SUS430纤维   2   30   ○   ○   66   试样14   SUS430纤维   2   40   ○   ○   77   试样15   SUS430纤维       2   50   ○   ○   100   试样16   SUS430纤维       2   60   △   ○   144   试样17   SUS430纤维       2   70   ×   -   -   试样18   SUS430纤维       3   10   ○   △   42   试样19   SUS430纤维       3   20   ○   ○   64   试样20   SUS430纤维       3   30   ○   ○   68   试样21   SUS430纤维       3   40   ○   ○   84   试样22   SUS430纤维       3   50   △   ○   98   试样23   SUS430纤维       3   60   △   ○   146   试样24   SUS430纤维       3   70   ×   -   -   试样25   SUS430纤维  1   0.5(主材   料侧)   20   ○   ○   122   0.5(辅助   材料侧)   60   试样26   SUS430纤维  1   0.5(主材   料侧)   20   ○   ○   134   0.5(辅助   材料侧)   70   试样27   SUS430纤维  1   0.5(主材   料侧)   20   ×   -   -   0.5(辅助   材料侧)   80   试样28   镍泡沫金属       2   20   ○   ○   44   试样29   镍泡沫金属       2   40   ○   ○   65
接着，在用作辅助材料的SUS430上载置事先压缩成表1所记载的 体积率的多孔质材料，在真空炉中，在不施加载荷的情况下(仅靠自 重压缩)以1100℃烧结2小时，制作成预成形体。在这个阶段中，将 辅助材料和多孔质材料、以及多孔质材料彼此扩散接合起来。接着， 将这样作成的预成形体预热到300℃，载置在图4所示的模具2的底面 上，从熔液注入口21以750℃、60Mpa的条件注入作为主材料的铝合 金ADC12(JIS2118)，制作出复合部件的样本(压铸法)。根据这种 方法，不需要在压制了的状态下烧结多孔质材料，所以生产效率较高。
另外，对于前述试样1～24的制作方法，也可以省略事先压缩多 孔质材料的工序，而在与辅助材料一起进行烧结之时将其压缩到规定 的Vf。
试样25～27是如下所述地制成的：在试样1至24的制作方法中， 在压制多孔质材料而使其达到规定的Vf的阶段中，分别以单体烧结出 两种Vf的多孔质材料，在制作预备成形体的阶段中，在辅助材料之上 以Vf的高低顺序进行重叠，再次烧结而得。
试样28、29使用的是单位面积重量为900g/m2的镍泡沫金属(商 品名：セルメツト，住友电工(株)制)，进行图3中的预成形工序之 后的工序而制得。
2.试验内容
试验以浸透性、紧贴性、界面强度这三个项目进行评价。图5表 示浸透性和紧贴性的评价用样本的规格，a＝20mm，b＝100mm，p＝30mm， q＝15mm。
所谓浸透性，是评价主材料向多孔质材料浸透的程度的项目，通 过SEM进行观察。
所谓紧贴性，是评价辅助材料与主材料的界面上的间隙的有无的 项目，通过SEM进行观察。
所谓界面强度，是指辅助材料与主材料的界面的接合强度，通过 剪切试验来求得。图7表示剪切试验的方法，用固定夹具31夹持住图 6所示形状的复合部件的样本，使剪切夹具32以0.5mm/min的速度向 加压方向33移动，测定断裂应力，将测得的值作为界面强度。
3.试验结果
试验结果示于表1中。其中，评价结果一栏中的标记的意思如下 所述。
浸透性分三级评价。
○：浸透性良好(主材料完全浸透到其与辅助材料的边界面)
△：浸透性局部不良(尽管主材料浸透到了其与辅助材料的边界 面，但是在其与多孔质材料的复合部上局部有孔，在容许范围内)
×：浸透性不良(主材料未浸透到辅助材料界面)
紧贴性分三级评价。
○：紧贴性良好(辅助材料与主材料完全紧贴)
△：紧贴性局部不良(在辅助材料与主材料之间局部地存在间隙， 但在容许范围内)
×：紧贴性不良(在辅助材料与主材料之间存在间隙)
4.评价
图1是表示本发明的实施例的复合部件1的一例的剖视图。构成 为，主材料(ADC12)11与辅助材料(SUS430)12在接合部14处接合， 在其边界区域上配置有金属纤维(SUS430)13。在扩散接合部16处， 辅助材料12与金属纤维13扩散接合，在扩散接合部17处，金属纤维 13彼此扩散接合。
图2是与图1同样的复合部件1的剖视图，但在该例中，接合面 14剥离从而产生了间隙15。这样的状态下的复合部件为紧贴不良。这 是因为在复合部件1的铸造后的冷却时、由热膨胀率之差导致的应变 较大而产生了剥离。
试样1～24是具有下述共同点的试样组：在同一试样中，多孔质 材料的Vf均匀。改变这些试样的板厚和Vf之时对界面强度造成的影 响示于图8中。在图8中，板厚为，t1＝1mm，t2＝2mm，t3＝3mm。首先， 比较板厚的影响，在Vf为40以下时，可以明显地看出板厚越厚则界 面强度越大，但在50以上，由板厚引起的差异就不那么明显了。其次， 对于Vf的影响，确认了Vf越大界面强度越大这一事实。总结这些倾 向，可以说，要提高界面强度，可以增大Vf，而对于板厚的增加，当 Vf较小(小于30)时是有效的，但当Vf较大的时候，即使增大板厚， 可以说也不会对界面强度造成影响。从这些结论可以看出，对界面强 度影响最大的是接合面附近的Vf，在1mm以上小于2mm之时，Vf最低 也要达到30，越大则强度越高，另外，当该部分的Vf更小时(最低为 20)，可以用板厚(2mm以上)来弥补相应的部分。但是，相反地，如 果Vf达到70以上，则浸透性和紧贴性变差(试样No.10、17、24)， 铸造本身不能很好地进行。这是因为，如果Vf太大，则在前述制造条 件下，铸造时主材料难以向多孔质材料浸透。另外，如果板厚小于1mm， 太薄(试样No.1～3)，则即使增大Vf，多孔质材料存在于主材料和 辅助材料的边界区域的效果也显现不出来。从上述情况可知，本发明 的多孔质材料在板厚为1mm以上小于2mm之时，如果Vf为30～60则 能得到恰当的界面强度，另外，在板厚为2mm以上的时候，如果Vf为 20～60则可以得到所希望的界面强度。
试样25～27是层叠了两种Vf的多孔质材料的部件，是同时实现 了Vf较低时良好的铸造时的主材料的浸透性、和反过来Vf较高时良 好的界面强度这两种相悖的特性的发明的实施例。尽管整体上为1mm 的厚度，也得到了恰当的界面强度。例如，对于试样25，平均Vf为40， 界面强度为122，是对应的板厚为1mm、Vf为40的试样7的界面强度 75的1.6倍。但是，如果Vf超过80，则在前述制造条件下，会引起 浸透不良。
试样28、29是多孔质材料为泡沫金属的例子。与相同板厚及Vf 的试样12、14相比，界面强度降低了。这可以认为是下述两个原因： 泡沫金属的网眼较粗；与辅助材料材质不同。
5.变形例
作为本发明的主材料的轻金属等，并不限于铝、镁、其中某一种 与其他各种金属的合金、或者将这些组合起来而成的材料。
本发明的辅助材料只要是能够弥补轻金属等的缺陷的材料即可， 可以是任何材料。例如，如果是弥补拉伸、压缩、剪切、摩擦等机械 强度的材料，铸铁、钢铁、不锈钢、铁-铬类合金、镍类合金等是优 选的，如果是弥补热强度的材料，各种陶瓷是适合的，但并不限于这 些材料。
作为本发明的多孔质材料，可举出使金属纤维或者无机纤维随机 或定向地层叠而三维地构成的材料、或者粒子、晶须的集合体、或者 泡沫金属材料、无机材料，但并不限于这些。晶须、纤维的线径、粒 子的外径可以是数μm到数mm。只是，如果线径或者粒径太大，则与 主材料的接合面积较小从而效果降低，同时使用量增加，所以不经济。 从这样的条件出发，优选地，晶须、纤维的线径、粒子的外径为数μm 到数100μm。
作为多孔质材料的性质，优选地，如图1的例子那样，多孔质材 料彼此、进而多孔质材料与辅助材料可以扩散接合，但是并不限于此， 只要是可以通过粘合剂或者焊接等与辅助材料结合即可。另外，作为 热性质，优选地，与辅助材料的热膨胀率相同。从这几点出发，如果 用与辅助材料相同的原材料构成多孔质材料，则更为优选。
对于试样1～5，在前述制造条件下不能完全缓和热应变，从而观 察到了紧贴性不良，但是在其他铸造条件、即在熔液注射后大约两分 钟前后保持压力并且在冷却过程中也作用压力的条件下，紧贴性得到 改善，得到了接合面良好的样本。只是根据这样的方法会不可避免地 使得生产设备成本变高，而且工序也变长。
试样10、17、24浸透性不良，但是通过将预成形体预热到700℃， 或者将熔液注入压力提高到100MPa，可以得到浸透性良好的样本。只 是这些前处理以及铸造条件均会导致成本上升。