多くのエンジンやブレーキエンジニアにとって、従来のアルミニウム合金はすでに限界に達しています。
ピストンはクラウンでひび割れ、リング溝は早期に摩耗し、鋳鉄製のブレーキディスクは重量を増やしすぎ、250〜350°Cでは熱疲労やNVHの制御が難しくなります。
Chalcoの低CTE・高温セラムアルセラミックアルミニウムマトリックス複合材料は、まさにこれらの問題を解決するために開発されました。これらは300°Cでの強度を高め、ピストンの寿命を延ばし、鋼鉄や鋳鉄に比べて部品重量を最大50〜60%削減し、通常は約2〜5%の燃料節約と減衰や周期熱負荷下での寸法安定性を向上させます。
Chalcoはカスタマイズされた高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料ソリューションを提供しています
継続的な加熱や頻繁な熱サイクルを伴う条件下で、チャルコはアルミニウムを基材にアルミニウム、補強材としてナノセラミックスを様々なアルミニウムマトリックスに現場に導入します。
体積比、粒子サイズ/形態、空間分布を正確に制御することで、材料は中高温でも強度と剛性を維持します。
また、低熱膨張率(ターゲット値に合わせたCTE)、優れた熱伝導率、寸法安定性、そして強力な高温疲労およびクリープ耐性も達成しています。
- マトリックスオプション:2xxx / 6xxx / 7xxx合金システムをサポートし、用途に応じて強度、延性、耐腐食性、加工性のバランスを最適化しています。
- 粒子制御:体積比率、粒子サイズ、形状、分布を調整可能で、低CTE熱マッチング、高温耐摩耗性、クリープ耐性、長い熱サイクル寿命にカスタマイズされています。
- プロセスの柔軟性:押出、圧延、鍛造、リング圧延、機械加工、無電ニッケルメッキ、真空ろう付け、溶接を含むフルプロセスサポートを提供し、プロセスウィンドウの推奨事項も提供します。
Chalcoはフラットネス、粗さ、コーティングの接着性に関する厳格な品質管理を確立し、バッチの一貫性と完全なトレーサビリティを確保しています。
人気のある高温セラミックアルミニウム合金
高温での卓越した機械的性能により、当社の高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料は、従来のアルミニウム合金をはるかに上回る高い市場評価を得ています。
現在の主要製品には耐熱性高剛性合金(JG109X)と耐熱性高強度合金(JG201)があります。
耐熱性高剛性(JG109X)セラミックアルミニウムマトリックス複合材料
優れた高温耐摩耗性と疲労強度を示し、エンジンピストンや耐熱・耐摩耗性を必要とする他の部品に最適です。
今すぐお問い合わせください
| 素材 | 引張強度(MPa) | 硬度(HB、室温) | |
| 300°C | 350°C | ||
| 従来型アルミニウム合金(ピストン) | 120-130 | 80-85 | 90-120 |
| JG109X セラミックアルミニウムマトリックス複合材料(ピストン) | 150-170 | 90-110 | 120-140 |
| 改善 | +25–30 % | +13–29 % | +17%-33% |
JG109Xセラミックアルミニウムマトリックス複合材料の応用:
エンジンピストンに使用されるJG109X複合材は、高温および繰り返しの熱サイクル下でも高い剛性と耐摩耗性を維持し、耐用年数を大幅に延ばし軽量設計を可能にします。
燃料節約ピストン FTディーゼルピストン:燃費削減4.7%
KMSディーゼルピストン:燃費削減2.7%
低排出ピストン FTディーゼルピストン:ユーロIVからユーロVへアップグレード
THCは0.145から0.121(↓16.6%)に減少し、一酸化炭素は8.920から3.686(↓58.7%)に減少、NOxは0.084から0.036(↓57.1%)に減少しました
高出力ピストン HCディーゼルピストン:132mmボアエンジンは150mmエンジンの効率を達成できます。
HCディーゼルピストン:107mmボアエンジンは132mmエンジンの効率を達成できます。
長寿命ピストン HCディーゼルピストン:交換間隔が50時間から80時間に延長され、寿命が60%延長されました。
DMLディーゼルピストン:フルパワー・フルロード運転時間は700時間から1170時間に延長。
HMディーゼルピストン:リング溝破壊時間は50時間から110時間に延長され、寿命は120%向上しました。
軽量でコスト効率の良いピストン DZガソリンピストン:リングインサートを廃止し、統合設計により重量を13.5%削減、コストを9%削減します。
YCディーゼルピストン:全鋼製ピストンを置き換え、重量50%削減とコスト削減50%を実現。
HCディーゼルピストン:全鋼製ピストンを置き換え、重量を50%削減しコストを50%削減します。
コンロッド 高温ナノセラミックアルミニウム合金で作られており、コンロッドは大幅な軽量化を実現しています。
関連するサスペンションシステムは1:2の軽量化比に達し、10%の軽量化ごとに1.5〜2.5%の燃料節約を実現できます。
耐熱性高強度(JG201)セラミックアルミニウムマトリックス複合材料
JG201セラミックアルミニウムマトリックス複合材は、卓越した高温強度と熱安定性を提供します。
エンジンのシリンダーライナーやシリンダーヘッドなど、耐熱性と耐荷重能力が優れた部品向けに設計されています。
| 素材 | 引張強度(MPa) | |
| 25°C | 300°C | |
| 高強度耐熱アルミニウム合金 | 480 | 155 |
| JG201 セラミックアルミニウムマトリックス複合材料 | 550 | 230 |
| 改善 | +15% | +48% |
JG201セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の応用例:
エンジンブロックやシリンダーヘッドに使用され、JG201は室温下で従来のアルミニウム合金に比べて約35%高い耐摩耗性を持ち、強度を損なうことなくブロック重量を約17%軽減します。
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高温(HD021)セラミックアルミニウムマトリックス複合材料
HD021は、重力鋳造によるT5状態高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材で、ナノセラミック粒子で強化されています。
中高温域において強度、寸法安定性、良好な熱伝導率、延性の向上を維持し、長期の熱循環や高温負荷条件に理想的です。
| 材料(温度) | 引張強度(MPa) | 降伏強度(MPa) | 伸長率(%) |
| HD021(25°C) | 225–255 | 210–235 | 1.0 |
| HD021(150°C) | 220–250 | 200–225 | 1.5 |
| HD021(250°C) | 185–210 | 160–180 | 2%(250°C) |
| HD021(300°C) | 140–160 | 120–135 | 2.5%(300°C) |
| HD021(350°C) | 95–110 | 75–85 | 3%(350°C) |
典型的な性質:
- 弾性率(GPa):75–80
- 密度(g/cm³):2.81
さらに、Chalcoは2618、2219、2014、2024、4032などの高温アルミニウム合金ソリューションも提供しており、目標温度範囲、強度、CTE要件に基づいた迅速な材料選択が可能です。
- 2618 / 2618A アルミニウム
鍛造ピストン、コンロッド、タービン部品に一般的に使用されています。
200〜250°Cで優れた高温強度と疲労耐性を維持します。
高温の循環荷重に最適です。
- 2219 アルミニウム
航空宇宙戦車や溶接構造物で広く使われている等級です。
150〜200°Cで良好な溶接性と強度保持性を提供します。
従来の6xxxおよび7xxx合金を上回る性能です。
- 2014年/2024年アルミニウム
汎用高強度鍛造合金。
125〜150°Cで6xxxおよび7xxx合金よりも優れた性能を維持します。
中温の荷重構造に適しています。
- 2139 / 2050 / 2198 アルミニウム
中温の強度と損傷耐性のバランス。
航空宇宙の軽量構造に最適です。
120〜160°Cでの運用を想定して設計されています。
- 4032 アルミニウム
鍛造ピストンでよく使われます。
熱膨張率が低く、耐摩耗性も優れています。
150〜200°Cで安定した熱性能を持つ。
- 8009 アルミニウム
急速凝固または粉末冶金によって生産されます。
250〜300°Cでも高い強度を維持します。
高温・軽量構造部品に適しています。
| 合金 | 主な形態 | 典型的な作業温度です。 | ベスト |
| JG109X | 鋳造ピストン、鍛造品 | 最大で~350°C | 高剛性・高摩耗性ピストン |
| JG201 | ブロック、シリンダーヘッド | 最大で~300°C | 高強度荷重支えエンジン部品 |
| HD021 | 重力鋳造部品 | 150〜350°C | 長期熱サイクルおよび高温負荷部品 |
どの合金が合うのか分かりませんか? 目標温度、荷重、CTEウィンドウを教えていただければ、最適な合金およびプロセスルートを提案します。
高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の利点
- アルミニウム合金の軽量特性を維持し、部品およびシステム全体の質量を大幅に削減します。
- 800MPaを超える究極の引張強度を達成すること;チタン合金よりも比強度が高く、軽量でありながら強度が高い。
- 弾性弾性率は最大≈95 GPa;チタンよりも高い比剛性を持ち、優れた変形抵抗性を提供します。
- 回転曲げ疲労は7xxx合金で~94%、2xxx合金で~87%改善されました。軸方向の二重穴疲労は、Alcoa 2060アルミニウム・リチウム合金より約30%高い。
- より高い硬度と低い摩耗損失により、精密な公差制御と長期的な寸法安定性を確保します。
- アルミニウム合金の耐腐食性を維持し、コーティングやメッキシステムに適合させる。
- 高温強度とクリープ耐性を大幅に向上させ、優れた熱疲労耐久性を提供します。
- 押出、圧延、鍛造、ドローイング、リング圧延、超塑性成形、機械加工、溶接、3Dプリントなど複数の加工経路に対応しています。
高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の性能
従来の高温アルミニウム合金と比べた主な性能:
- 高温引張強度:300°Cで最大+48%(JG201対ZL205A)。
- クリープ抵抗:350°Cでのクリープ応力指数は4.2から12に増加しました。
- 疲労強度:120–400°Cでマーレ174合金より+7–15%高い。
- ピストン寿命:リング溝寿命×2.2まで;ピストンの総寿命+60%以上。
- 燃費削減:重厚機トラックおよび乗用車エンジン用途で2〜5%。
- 減衰:鋳鉄2×、マグネシウム合金5×、従来型アルミニウム合金10×。
高温強度性能
高温条件下では、セラミックアルミニウムマトリックス複合材料は優れた強度を維持し、クリープ応力指数が大幅に高く、耐久性と信頼性を向上させます。
| 素材 | 引張強度(MPa) | クリープ応力指数 | |
| 300°C | 350°C | 350°C、40MPa | |
| マーレ174合金(ドイツ) | 120-140 | 85-100 | 4.2 |
| 高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料 | 140-160 | 95-110 | 12 |
試験機関:濱州渤海ピストン有限公司、中国・山東省
| 素材 | 引張強度(MPa) | |
| 25°C | 300°C | |
| 高強度耐熱アルミニウム合金(ZL205A) | 480 | 155 |
| 高温高強度セラミックアルミニウムマトリックス複合材料 | 550 | 230 |
試験対象:中国北方工業集團、第59研究所
高温疲労性能
セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の耐熱疲労性が大幅に向上しています。
繰り返しの熱サイクルや高温負荷下でも、より長い耐用年数と高い信頼性を維持します。
| 疲労(50×10⁶サイクル)LW / MPa | マーレ174合金(ドイツ) | 高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料 | 改善率(%) |
| 120°C | 105 | 113 | +7.62% |
| 150°C | 85 | 92 | +8.24% |
| 200°C | 70 | 78 | +11.43% |
| 250°C | 50 | 55 | +10.00% |
| 350°C | 40 | 46 | +15.00% |
| 400°C | 35 | 39 | +11.43% |
試験機関:濱州渤海ピストン有限公司、中国・山東省
減衰性能
セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の減衰性能は、鋳鉄の約2×、マグネシウム合金の5×、従来型アルミニウム合金の約10×です。
振動や騒音を効果的に抑制し、全体的なNVH(騒音・振動・ハッシュネス)性能を向上させます。
| 素材 | A356 | TiB2 /A356 10% |
| 減衰吸収係数 Q⁻¹(×10⁻³) | 1.2-2.4 | 18-23 |
高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材は高い減衰性と低い熱膨張性を持ち、オプションで中性子吸収や遮蔽機能も備えているため、熱安定性や振動制御用途に最適です。
熱膨張材料係数CTE(×10⁻⁶ K⁻¹、室温下 A356 21-23 10%TiB2/A356 15-18(3分の1減少)
熱中性子遮蔽性能
| 素材 | 吸収係数μ(cm²/g) |
| アルミニウム合金 | 10/² |
| 鋼鉄 | 10⁻¹ |
| セラミックアルミニウム(Al–TiB₂) | 10¹ – 10² |
冷中性子遮蔽性能(中性子波長0.9mm)
| 素材 | 冷中性子透過 |
| 鋼板(厚さ1mm) | 85–95% |
| アルミプレート(厚さ1mm) | >95% |
| 1% TiB/Al(厚さ1 mm) | 55%(LLB) |
| TiB/Al15%(厚さ1cm) | フルシールド(LLB) |
高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の実世界での応用
中国国家V、VI、そしてそれ以上の排出基準を満たすために、エンジンはより高い動力密度とより長いピストン寿命を必要とします。従来の高温アルミニウム合金は、強度、耐摩耗性、熱疲労性、耐腐食性のバランスを取ることができなくなりました。
Our high-temperature nano-ceramic アルミニウムマトリックス複合材料 (CeramAl) deliver remarkable improvements in high-temperature tensile strength, thermal fatigue resistance, corrosionresistance, and wear resistance compared with conventional high-temperature aluminum alloys, and have been successfullyapplied to various engine internal components.エンジン-ピストン適用の場合
- 23MPaの爆発圧力と88 kW/Lの出力密度下で、ピストンは高速・高トルクでの安定性を維持し、高爆圧力下でも大幅に長寿命を誇ります。
- 鍛造鋼ピストンを置き換え(中国VIプロジェクト):重量≈58%削減、システムコスト≈43%削減、摩擦損失4%以上削減。
- メタノールエンジンピストン:スカート面積を約25%減少させ、摩擦と騒音を低減;メタノール燃料消費量は510g/kWhから467g/kWhに減少し(≈8.4%削減)、
- 大型トラック用ピストン:燃料節約が2.0〜3.2%、煙の不透明度が43.9%減少、PM排出量が31%削減されました。
エンジンプラットフォームでは、シリンダーブロック、シリンダーヘッド、フライホイールハウジングも高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の恩恵を受けています。
- シリンダーブロック/シリンダーヘッド
耐摩耗性、強度、寿命の向上、そしてエンジン全体の重量軽減。長時間の熱サイクルにおいて寸法安定性と信頼性の高いシールを維持します。
- フライホイールハウジング
鋳鉄より約60%軽く、長寿命かつ高周波振動条件に適しており、耐用年数を大幅に延ばします。
ブレーキディスクの適用ケース
CeramAl(SiC粒子強化アルミニウムマトリックス複合材料)は都市鉄道、客車、高速列車ブレーキディスクに使用されており、熱疲労寿命、耐摩耗性、高温摩擦安定性において優れた性能を示しています。
また、軽量化、加工の容易さ、リサイクル性も備えており、軽量で高い信頼性を持つ車両のニーズに完璧に応えています。
- 繰り返しの制動や空冷サイクルでも熱ひび割れに強い。
- 安定した摩擦係数でフェードが最小限で、安定したブレーキ感を保証します。
- 鋳鉄や鋳鋼よりもかなり軽量で、加速性能向上、効率向上、非スプリング質量の削減に成功しました。
- 高硬度・高弾性率の粒子で補強され、摩耗や変形を抑えています。
- 機械加工に優しく、完全にリサイクル可能で、車両全体のライフサイクルコストを低くします。
高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料のパートナー
私たちは多くの業界をリードする組織やブランドと密接に連携し、高性能セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の研究開発と応用に注力しています。
- CRRC(中国鉄道車両集団):世界有数の鉄道機器メーカー。
- AVIC(中国航空工業集団企業)は、中国の航空産業の主要な存在であり、航空宇宙材料や部品の共同開発を行っています。
- CASIC(中国航天科技工業集団):高性能セラミックアルミニウム複合材料を航空宇宙システムに応用すること。
- NORINCO(中国北方工業グループ):兵器および防衛プログラムにおけるセラミックアルミニウムマトリックス複合材料の利用。
- CNGC(中国南方工業グループ):セラミックアルミニウム複合技術を用いた軽量かつ耐久性のある兵器システムの開発を支援しています。
- COMAC(中国商用航空機集団):C919機などの主要プロジェクトにセラミックアルミニウム複合材料を適用しています。
- AECC(中国航空エンジン総社):航空エンジンの研究開発と製造のリーダーであり、セラミックアルミニウムマトリックス複合材料を航空エンジンや主要構造部品に広く応用しています。
研究開発および生産設備
当社は先進的な研究および製造設備を備えており、セラミックアルミニウムマトリックス複合材および関連製品の高品質かつ効率的な生産を確実にしています。
セラミックアルミニウムマトリックス複合材料生産ライン
現場合成、特殊鋳造、半連続鋳造、増築粉末生産ラインを運用し、さまざまなセラムアル合金グレードの精密な生産を確実にしています。
大規模生産設備
反応合成炉、逆重力鋳造システム、大型SLM金属3Dプリンターなど、100台以上の高級機器セットが大規模かつ精密な製造をサポートしています。
分析および試験機器
光電直接読み取り分光計や画像解析装置など20台以上の高精度試験システムが製品の品質を厳格に管理し、バッチの安定性と信頼性を確保しています。
高い生産能力
年間18,000トンのセラミックアルミニウムマトリックス複合材および部品の生産により、大規模なカスタマイズ生産のニーズに応えることができます。
検査および実験機器
当社の施設にはリアルタイムX線イメージングシステム、疲労試験機、引張テスター、水素分析装置、酸素窒素水素測定計、顕微鏡、X線回折計、粒子サイズ分析装置、誘導結合放出分光計が含まれており、すべての製品が業界最高水準を満たしています。
供給フォームと納品
- 形状:重力鋳造ブロック、鍛造ブランク、リング、ディスク、機械加工ピストン、ブレーキディスク。
- 典型的なサイズ:ピストンブランク最大ØXXX MM、ブレーキディスク最大ØXXX MM(カスタマイズ可能)。
- MOQ:XX台の試作バッチ;部品タイプによりますが、XX台のPCから大量生産されます。
- リードタイム:サンプル4〜6週間、通常生産は注文後8〜10週間で、採図確認。
高温セラミックアルミニウムマトリックス複合材料の包装および輸送
グローバル輸送中のセラミックアルミニウムマトリックス複合材の外観と性能安定性を確保するため、多層保護を使用し、カスタマイズされたパッケージオプションもご用意しています。
- 内部保護:機能面はPE保護フィルムで覆われ、板間には無塵のインターリーブシートが設置されています。コーティングされた部品やミラー仕上げの部品は、傷や圧力保護のために個別に包装されています。
- 防湿・防錆:VCI防錆フィルムと真空密封アルミプラスチックバリアバッグ、乾燥剤および湿度指示カード(HIC)を組み合わせたもの;海上輸送に対する追加の保護が提供されます。
- 構造補強:EVAクッション、カスタムポジショニングパレット、外部コーナーガード、ストレッチフィルムとストラップで包まれたもの;すべてのパッケージにはショックと傾きの警告ラベルが付属しています。
- 木製木箱と認証:ISPM 15に準拠した合板ケース、4方向フォークリフトエントリー;推奨1クレートの重量≤1200kg(通常300〜800kg)です。
- 添付書類:梱包リスト、請求書/船荷証券、EN 10204 3.1材料証明書、検査報告書(寸法、平坦度、コーティングなど)を要望に応じて提供します。
よくある質問 – よくある質問
アルミニウムマトリックス複合材(Al-MMC / AMC)とは何ですか?
An アルミニウムマトリックス複合材料 is a material composed of aluminum or aluminum alloy as the matrix, reinforced with phases such as particles, whiskers,short fibers, or nanoparticles (e.g., SiC, Al₂O₃, TiC, TiB₂, B₄C, carbon fibers, etc.).軽量(低密度)、設計可能(強度、剛性、CTE、熱伝導率は必要に応じて調整可能)、耐摩耗性、耐疲労性、寸法安定性を備えています。
製造方法には、現地反応、粉末冶金、攪拌・低圧・押出鋳造、圧力浸透、スプレー蒸着、付加製造(3Dプリンティング)などがあります。
アルミニウムマトリックス複合材料の強度はどのくらいですか?
典型的な引張強度は300〜600+ MPaの範囲で、高い補強と最適化された熱処理により600〜700+ MPaに達することもあります。
弾性弾性率は通常の70 GPa(アルミニウム合金の場合)から80〜120 GPaに増加します。
疲労や耐摩耗性に大きな改善を示しますが、補強成分の増加に伴い伸長は減少することがあります。
サンプルと迅速な見積もりを入手しましょう
目標のCTE、温度範囲、熱伝導率に基づいて材料をカスタマイズしてください。図面と運転条件を提出すれば、48時間以内に材料提案、プロセスウィンドウ、見積もり、リードタイムを提供します。