JP2000073135A - 耐摩耗性部材、その製造方法、ならびにそれに使用するアルミニウム合金粉末 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高ＳｉのＡｌ−Ｓｉ系合金を用いた耐摩耗性
部材を提供すること。 【解決手段】 本発明の耐摩耗性部材は、金属基板と、
金属基板表面に一体的に形成された耐摩耗性被覆部材
と、からなり、耐摩耗性被覆部材は、ケイ素（Ｓｉ）を
２６〜８０重量％及び所望により他の添加成分を含有
し、残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避不純物から
なり、マトリックスがＳｉの一部を３重量％以上固溶し
ているアルミニウムで形成され、Ｓｉの残部が微粒子状
で且つ平均粒径が０．０１μｍ以上１０μｍ未満の範囲
でマトリックス中に分散した組成をもつことを特徴とす
る。本発明の耐磨耗性部材は、高い耐摩耗性および低い
相手攻撃性を有するとともに、摩擦係数が無潤滑で０．
２〜０．２５と低くなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の摺動部品
（エアコン、エンジン、軸受け部品等）等に用いられる
耐摩耗性に優れたアルミニウム合金の被覆層を有する耐
摩耗性部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】摺動部材に用いられるＡｌ−Ｓｉ系合金
よりなる耐摩耗性部材には、特開昭５３−１４９８３２
号公報に記載された、Ａｌ−Ｓｉ系合金溶射材料を溶射
した耐摩耗性部材がある。このＡｌ−Ｓｉ系合金溶射材
料は、Ｓｉを６〜１１重量％含んだＡｌ−Ｓｉ系合金
に、添加成分としてＳｎおよびＰｂを含んだ溶射材料で
ある。

【０００３】また、特開平２−７００３６号公報には、
Ａｌ−Ｓｉ系合金に自己潤滑剤（Ｓｎ、ＭｏＳ₂、Ｃａ
Ｆ₂等）を２〜２０ｖｏｌ％含んだバルク状の複合材料
が開示されている。ここでは、Ａｌ−Ｓｉ系合金とし
て、Ｓｉを５〜３５重量％含んだ合金粉末が用いられて
いる。この合金は、原料粉末を焼結（冷間圧縮成形、次
いで熱間プレス成形）した後、熱間押し出しを行って製
造されている。この原料粉末としては、例えばガスアト
マイズ法などを用いて製造された急冷凝固粉末が用いら
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５３−１４９８３２号公報に記載されたＡｌ−Ｓｉ系合
金溶射材料を溶射した耐摩耗性部材は、Ａｌ−Ｓｉ系合
金溶射材料に含まれるＳｉ量が少なく、十分な耐摩耗性
が得られなかった。また、耐摩耗性部材の製造における
溶射では、固体冷却速度で冷却されるため、Ａｌマトリ
ックス中にＳｉが過飽和に固溶され、Ｓｉ晶出量は少な
くなっていた。

【０００５】また、特開平２−７００３６号公報に記載
のバルク状の複合材料は、Ｓｉを５〜３５重量％含んだ
合金粉末を用いているが、複合材に自己潤滑剤を含むた
め、実際に複合材料に含まれるＳｉ量は少なくなってい
た。本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、高
ＳｉのＡｌ−Ｓｉ系合金を用いた耐摩耗性部材を提供す
ることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明者らは、耐摩耗性部材に用いられる高ＳｉのＡｌ
−Ｓｉ系合金について検討を重ねた。Ｓｉは硬度が高く
（Ｈｖ：１０００）、それ自身耐摩耗性があるが、脆い
ため、切削や摺動時に欠け易く、欠けた場合にはＳｉ粒
子が工具等の相手材の摩耗を進めるものであった。この
ため、Ａｌマトリックス中でのＳｉ粒子は粒径が小さく
する必要があった。

【０００７】このため、耐摩耗性被覆部材に含まれるＳ
ｉ粒子の粒径を制御したＡｌ合金とすることで上記課題
を解決できることを見出した。すなわち、本発明の耐摩
耗性部材は、金属基板と、金属基板表面に一体的に形成
された耐摩耗性被覆部材と、からなり、耐摩耗性被覆部
材は、ケイ素（Ｓｉ）を２６〜８０重量％及び所望によ
り他の添加成分を含有し、残部がアルミニウム（Ａｌ）
及び不可避不純物からなり、マトリックスがＳｉの一部
を３重量％以上固溶しているアルミニウムで形成され、
Ｓｉの残部が微粒子状で且つ平均粒径が０．０１μｍ以
上１０μｍ未満の範囲でマトリックス中に分散した組成
をもつことを特徴とする。

【０００８】本発明の耐磨耗性部材は、金属基板表面に
一体的に形成された耐摩耗性被覆部材がＳｉを２６〜８
０重量％及び所望により他の添加成分を含有し、残部が
Ａｌ及び不可避不純物からなり、マトリックスがＳｉの
一部を３重量％以上固溶しているＡｌで形成され、Ｓｉ
の残部が微粒子状でかつ平均粒径が０．０１μｍ以上１
０μｍ未満の範囲でマトリックス中に分散した組成をも
つことを特徴とする。

【０００９】耐摩耗性被覆部材に含まれるＳｉは、２６
〜８０重量％で配合される。このＳｉの配合量が２６重
量％未満となると、Ｓｉの晶出量が低下し、耐摩耗性が
低下する。また、８０重量％を超えるようになると、摺
動部材として使用したときに相手材に対する攻撃性が許
容限度を越えて大きくなる。耐摩耗性被覆部材は、Ｓｉ
の一部を３重量％以上固溶しているＡｌマトリックスよ
りなる。Ｓｉを３重量％以上固溶しているため、硬さの
向上がみられ、耐摩耗性が向上する。

【００１０】マトリックス中に分散したＳｉ微粒子の平
均粒径は、０．０１μｍ以上１０μｍ未満である。平均
粒径が１０μｍ以上では、耐摩耗性部材を摺動部材に用
いたときに、相手材に対する攻撃性が増加する。

【００１１】

【発明の実施の形態】（耐摩耗性部材）他の添加成分
は、０．０５〜１０重量％のＭｇであることが好まし
い。また、他の添加成分は、０．５〜１０重量％のＣｕ
であることが好ましい。ＭｇおよびＣｕを添加すること
は、アルミニウム基地の固溶体及び析出強化により、合
金の機械的な性質を改善する。これにより、合金自体の
硬さを向上させるとともに、摺動時の微細なＳｉの脱落
も防止する。含有率が０．０５重量％未満では、強化の
効果は少なく、１０重量％を越えると、合金が脆くな
る。

【００１２】他の添加成分は、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ
族、７Ａ族および８族より選ばれる１種以上の元素で、
その総量が０．０５〜１５重量％であることが好まし
い。ここで、これらの元素は、Ａｌ基地の強度を向上さ
せるものである。特に、４Ａ〜８族の元素はアルミニウ
ム中の拡散速度が遅いため、合金の耐熱性を顕著に改善
する。これらの含有率の総量が０．０５重量％未満では
強度向上の効果は少なく、１５重量％を越えると、合金
は脆くなる。また、ケイ素を除く他の添加成分を含む含
有率の総量が１５重量％を越えないことが好ましい。

【００１３】４Ａ〜８族の元素としては、コストを考慮
すると、４Ａ族はチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚ
ｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、５Ａ族はバナジウム
（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、６Ａ族は
クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン
（Ｗ）、７Ａ族はマンガン（Ｍｎ）、８族は鉄（Ｆ
ｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）が望まし
い。

【００１４】他の添加成分は、Ｓｎ、Ｐｂの少なくとも
一種であり、その合計が０．１〜２０重量％であること
が好ましい。これらの元素は、Ａｌ−Ｓｉ合金の潤滑成
分として働き、加工性の向上や、摺動部材として用いら
れたときの焼き付きを防止する効果を示す。含有率が
０．１重量％未満では被削性の向上は期待できず、反対
に２０重量％を越えるとＡｌ−Ｓｉ合金の強度や耐摩耗
性を低下させる。

【００１５】金属基板は、耐摩耗性被覆部材の製造時に
溶融金属の冷却速度を高めるため、熱伝導性の大きな金
属材料を用いればよく、その中では熱伝導性の大きなア
ルミニウム基板が好ましい。なお、本発明の耐摩耗性部
材中のＳｉ微粒子の平均粒径は、例えば、合金を鏡面研
磨した表面を光学顕微鏡ないし走査型電子顕微鏡を用い
て高倍率（×１０００以上）で観察し、その結果を画像
にし、該画像を解析することにより測定することができ
る。又、本発明の耐摩耗性被覆部材におけるＡｌマトリ
ックス中のＳｉ固溶率は、Ｘ線強度比（ＳｉのＸ線強度
／ＡｌのＸ線強度）や合金組織の画像解析により求め
た。

【００１６】本発明の耐磨耗性部材は、たとえば、自動
車のエアコンのコンプレッサー、パワーステアリング、
エンジン等の摺動部品に用いられる。 （耐摩耗性部材の製造方法）本発明の耐摩耗性部材の製
造方法は、金属基板表面に、Ｓｉを２６〜８０重量％及
び所望により他の添加成分を含有し、残部がＡｌ及び不
可避不純物からなるアルミニウム合金を溶射し、該金属
基板表面上で急冷凝固して耐摩耗性被覆部材を形成する
方法である。

【００１７】本製造方法は、金属基板表面に溶射された
アルミニウム合金が金属基板により急冷凝固される。こ
のため、アルミニウム合金中に晶出するＳｉ粒子が成長
する時間が短くなり、Ｓｉはアルミニウム合金中で微細
な粒子として分散し、一部のＳｉはＡｌマトリックス中
に３重量％以上固溶する。すなわち、溶射されたアルミ
ニウム合金が徐冷されると、金属組織中に粗大なＳｉ粒
子が発生し、摺動部材の相手材への攻撃性が増加するよ
うになるため、急冷されることで金属組織（微細なＳｉ
粒子）を維持するものである。

【００１８】金属基板は、溶融合金の冷却速度を高める
ため、熱伝導性の大きな金属材料を用いればよくその中
では、熱伝導性の大きなアルミニウム基板が好ましい。
ここで、金属基板には、銅系、鉄系等の金属材料からな
る基板を用いてもよい。溶射法の場合、密着性を確保す
るために、機械的な研削加工面にブラスト処理した面に
溶射膜を形成すると良い。

【００１９】アルミニウム合金の金属組織を保持した耐
摩耗性被覆部材とする方法には、溶融した金属を吹き付
けて溶着させる溶射法がある。ここで、溶射方法として
は、プラズマ溶射あるいはフレーム溶射であることが好
ましい。また、耐摩耗性部材の製造方法は、金属基板表
面に、Ｓｉを２６〜８０重量％及び所望により他の添加
成分を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるア
ルミニウム合金粉末を配置し、このアルミニウム合金粉
末をレーザで短時間に加熱溶融し、その後、金属基板に
より急冷凝固させて該金属基板上に耐摩耗性被覆部材を
形成する方法である。

【００２０】本製造方法では、金属基板表面に配置され
たアルミニウム合金粉末が、短時間で加熱溶融し、その
後、急冷凝固されることで、アルミニウム合金中に晶出
するＳｉ粒子が、成長する時間が短くなり、Ｓｉはアル
ミニウム合金中で、１０μｍ未満の微細な粒子として分
散される。また、本製造方法においても金属基板は、ア
ルミニウム基板であることが好ましい。

【００２１】また、耐摩耗性部材の製造において、金属
基板と耐摩耗性被覆部材との熱膨張率が異なると、被覆
処理後或いは耐摩耗性部材の使用時に熱サイクルを受け
るような環境下で使用される場合に耐摩耗性被覆部材が
剥離するなどのトラブルが予想されるが、この様な場合
に、耐摩耗性被覆部材中のシリコンの組成比を制御した
傾斜組成を持った耐摩耗性被覆部材にすることで、この
ようなトラブルを防止することができる。

【００２２】すなわち、本耐摩耗性被覆部材中のシリコ
ン量が大きいと相対的に熱膨張係数が小さくなることを
利用して、用いる金属基板の熱膨張係数に近づけるよう
に、金属基板近傍の耐摩耗性被覆部材中のシリコン量を
変えることが好ましい。溶射法或いはレーザクラッド法
で形成した本発明の耐摩耗性被覆部材は、機械的な研削
加工面或いは研磨面に仕上げ、自動車の摺動部品（例え
ば、コンプレッサー部品やエンジン部品や軸受け材料）
や機械部品などに使用することができる。

【００２３】（アルミニウム合金粉末）本発明のアルミ
ニウム合金粉末は、Ｓｉを２６〜８０重量％及び所望に
より他の添加成分を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純
物からなり、ガスアトマイズ法あるいは水アトマイズ法
により製造された粉末であり、その平均粒径が１〜２０
０μｍの範囲となり、その粒子中のＳｉ粒子の平均粒径
が０．０１〜２０μｍの範囲となることを特徴とするア
ルミニウム合金粉末。

【００２４】Ｓｉ微粒子の平均粒径は、０．０１〜２０
μｍの範囲である。平均粒径が２０μｍ以上となると、
アルミニウム合金粉末を溶射するときに、Ｓｉ粒子がア
ルミニウム合金中に十分に溶けなくなる。Ｓｉ粒子が十
分に溶けなくなると、溶射されたアルミニウム合金中で
粗大なＳｉ粒子が発生するようになる。粗大なＳｉ粒子
が発生すると、アルミニウム合金溶射膜を用いた耐磨耗
性部材において、耐磨耗性が低下するようになる。

【００２５】本発明のアルミニウム合金粉末は、その平
均粒径が１０〜２００μｍの範囲内である。アルミニウ
ム合金粉末の平均粒径が２００μｍ以上となると、粉末
内に分散されたＳｉ粒子の平均粒径が２０μｍ以上とな
り、前述したように好ましくなくなる。また、アルミニ
ウム合金粉末の粒径は、１０〜１００μｍの範囲内であ
ることが好ましい。

【００２６】本発明のアルミニウム合金粉末のＳｉの配
合量は、２６〜８０重量％である。このＳｉの配合量が
２６重量％未満となると、アルミニウム合金粉末を溶射
したときに初晶Ｓｉの晶出量が低下し、アルミニウム合
金溶射膜の耐摩耗性が低下する。また、８０重量％を超
えるようになると、アルミニウム合金溶射膜を有する耐
磨耗性部材の相手材に対する攻撃性が許容限度を越えて
大きくなる。ここで、さらに好ましい配合量は、３６〜
７０重量％である。

【００２７】他の添加成分は、０．０５〜１０重量％の
Ｍｇであることが好ましい。また、他の添加成分は、
０．５〜１０重量％のＣｕであることが好ましい。Ｍｇ
およびＣｕを添加することは、アルミニウム基地の固溶
体及び析出強化により、合金の機械的な性質を改善す
る。これにより、合金自体の硬さを向上させるととも
に、摺動時の微細なＳｉの脱落も防止する。含有率が
０．０５重量％未満では、強化の効果は少なく、１０重
量％を越えると、合金が脆くなる。

【００２８】他の添加成分は、４Ａ族、５Ａ族、６Ａ
族、７Ａ族および８族より選ばれる１種以上の元素で、
その総量が０．０５〜１５重量％であることが好まし
い。ここで、これらの元素は、Ａｌ基地の強度を向上さ
せるものである。特に、４Ａ〜８族の元素はアルミニウ
ム中の拡散速度が遅いため、合金の耐熱性を顕著に改善
する。これらの含有率の総量が０．０５重量％未満では
強度向上の効果は少なく、１５重量％を越えると、合金
は脆くなる。また、ケイ素を除く他の添加成分を含む含
有率の総量が１５重量％を越えないことが好ましい。４
Ａ〜８族の元素としては、コストを考慮すると、４Ａ族
はチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム
（Ｈｆ）、５Ａ族はバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、６Ａ族はクロム（Ｃｒ）、モ
リブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、７Ａ族はマン
ガン（Ｍｎ）、８族は鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、
ニッケル（Ｎｉ）が望ましい。

【００２９】他の添加成分は、Ｓｎ、Ｐｂの少なくとも
一種であり、その合計が０．１〜２０重量％であること
が好ましい。これらの元素は、Ａｌ−Ｓｉ合金の潤滑成
分として働き、加工性の向上や、摺動部材として用いら
れたときの焼き付きを防止する効果を示す。含有率が
０．１重量％未満では被削性の向上は期待できず、反対
に２０重量％を越えるとＡｌ−Ｓｉ合金の強度や耐摩耗
性を低下させる。

【００３０】本発明のアルミニウム合金粉末は、球形の
粒子よりなる粉末であることが好ましい。球形粒子とな
ることで、合金粉末の流動性が良好となり、耐摩耗性部
材の製造時に溶射が容易に行われるようになる。本発明
のアルミニウム合金粉末は、その粒子内のＳｉ粒子が１
０μｍ未満の微細化した組織の状態で耐摩耗性部材表面
に溶着され、耐摩耗性被覆部材となる。すなわち、本発
明のアルミニウム合金粉末は、耐摩耗性部材表面の耐摩
耗性被覆部材を形成するときに、溶射法、レーザクラッ
ド法といった短時間に溶融および凝固される製造方法に
より耐摩耗性部材表面に溶着される。

【００３１】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。 （アルミニウム合金粉末の作製）本発明の実施例として
表１に示される組成のアルミニウム合金粉末を作製し
た。なお、これらのアルミニウム合金粉末は、粉末粒径
が４５〜１０６μｍの範囲に収められたものである。

【００３２】このアルミニウム合金粉末は、所定の組成
に調整されたアルミニウム合金を溶融し、ガスアトマイ
ズ法により粉末化した後、このアルミニウム合金粉末を
ふるい分けにより、粉末粒径が４５〜１０６μｍの範囲
に収められたアルミニウム合金粉末としたものである。

【００３３】

【表１】 （耐摩耗性部材の製造）実施例のアルミニウム合金粉末
を、プラズマ溶射法により厚さ０．３ｍｍの膜として形
成した後、この膜を研磨し、表面あらさＲｚ１．０μｍ
以下の耐摩耗性部材を作製した。

【００３４】ここで、基板にはアルミニウム板のＡ２０
１７が用いられた。また、プラズマ溶射は室温雰囲気下
で、ミラーサーマル社製溶射機で行われ、溶射距離は１
５０ｍｍ、溶射出力は３０ＫＶＡであった。本製造方法
においては、溶射されたアルミニウム合金が室温状態の
基板に接触すると、この基板の温度に急冷されて凝固す
る。この急冷凝固により、溶射されたアルミニウム合金
内でＳｉ粒子は成長がおさえられ、アルミニウム合金中
に１０μｍ未満の微細な粒子として分散された金属組織
が保持される。

【００３５】（耐摩耗性部材の評価）耐摩耗性部材の評
価として、ボールオンディスク試験を行った。なお、比
較例１としてＳｉが１７重量％、Ｃｕが５重量％、Ｍｇ
が０．５重量％、残部がＡｌよりなるアルミニウム合金
を、実施例と同様の方法で粉末化した後にアルミニウム
基板に溶射して作成した耐摩耗性部材を用いた。この比
較例１の組成も、表１に合わせて示した。

【００３６】（ボールオンディスク試験１）ボールオン
ディスク試験は、図１の模式図に示されるように、耐摩
耗性部材試料にボールを押しつけた状態で耐摩耗性部材
を回転させ、摺動後の耐摩耗性部材の最大摩耗深さを測
定することで、耐摩耗性の評価の尺度とした試験であ
る。本試験は、大気中無潤滑で、０．２ｍ／ｓで摺動さ
れ、その時間が１時間の条件で行われた。また、ボール
は、径が６．３５ｍｍの軸受け鋼ＳＵＪ２よりなり、１
７４ｇｆの荷重で耐摩耗性部材に押しつけられている。
この試験結果を表２に示した。

【００３７】

【表２】 表２より、実施例１〜４はＳｉを２６重量％以上含むこ
とで、比較例と比べて摩耗深さが半分以下となってい
る。さらに、高Ｓｉの実施例２〜４は摩耗深さが少なく
なっており、耐摩耗性が大幅に向上している。

【００３８】さらに、以下に示されるように材質の異な
る比較例を作製して、本発明の耐摩耗性部材の評価の比
較例とした。 （比較例２）本比較例は、アルミニウム基板（Ａ５０５
２）に陽極酸化膜を厚さ３０μｍで形成した試料であ
る。

【００３９】（比較例３）本比較例は、アルミニウム基
板（Ａ３９０）にＳｎメッキを厚さ１μｍで形成した試
料である。 （比較例４）本比較例は、軸受け鋼基板（ＳＵＪ２）よ
りなる試料である。

【００４０】（比較例５）本比較例は、Ｃｕが１０重量
％、Ｐｂが１０重量％、残部がＣｕよりなる焼結材より
なる試料である。 （比較例６）本比較例は、鋳鉄（ＦＣ２５）よりなる試
料である。

【００４１】（比較例７）本比較例は、比較例１に用い
られたアルミニウム合金と同じ組成の合金を金型鋳造し
た試料である。 （ボールオンディスク試験２）実施例３、比較例１〜７
の試料にボールオンディスク試験を行った。なお、本試
験は、実施例及び比較例の試料に押しつけられるボール
がＳＵＪ２よりなるボールとＡ２０１７よりなるボール
の２種類を用いて行われた。ここで、試験条件は、前述
したボールオンディスク試験１と同様な条件で行われ
た。なお、本試験においては、ボールオンディスク試験
１で測定した耐摩耗性部材の最大摩耗量にくわえて、ボ
ールの摩耗径を測定し、この摩耗径を耐摩耗性部材の相
手攻撃性の評価の基準とした。

【００４２】ボールオンディスク試験２による測定結果
を、摩耗深さを横軸に、ボール摩耗径を縦軸にとった図
２及び３に示した。図２にはＳＵＪ２よりなるボール
を、図３にはＡ２０１７よりなるボールを用いたときの
測定結果が示されている。図２および３より、本実施例
の耐摩耗性部材は、比較例１〜７の試料と比べて、ボー
ル摩耗径および摩耗深さがそれぞれ大幅に改善されてい
る。すなわち、本発明の耐磨耗性部材は、耐磨耗性が高
く、相手攻撃性が低くなっている。

【００４３】（金属組織の観察）実施例３および比較例
７の耐摩耗性部材の金属組織の顕微鏡写真を図４に示し
た。ここで、比較例７は、比較例１に用いられるアルミ
ニウム合金と同じ組成の合金を鋳造した合金である。す
なわち、Ａｌマトリックス中のＳｉの粒径を制御してい
ない合金ある。

【００４４】図４（ａ）は、実施例３の金属組織の顕微
鏡写真、図４（ｂ）は、比較例７の金属組織の顕微鏡写
真である。比較例７ではＳｉの初晶の平均粒径は２５μ
ｍと大きく、実施例３ではＳｉの平均粒径は０．５μｍ
であり、比較例品に比べて非常に小さいことが良く判
る。 （摩擦係数の測定）また、ボールオンディスク試験２に
おいて、実施例３、比較例６及び７の試料について、摺
動中の摩擦係数も測定し、その測定結果を図５に示し
た。

【００４５】図５より、比較例１は、摩擦係数が０．６
程度から０．４程度まで低下した後におよそ０．５で安
定している。比較例６は、摺動距離の増加にともない摩
擦係数がおおきくなり、最大で、１．４程度にまでなっ
ている。しかし、実施例３の試料においては、摩擦係数
が０．２近辺と低い値で安定している。実施例３は、耐
磨耗性が高いため、表面に被覆されたＡｌ合金層の低い
相手攻撃性の特性を保っているためである。

【００４６】（高温軟化特性の測定）実施例３および比
較例７の試料を用いて高温軟化特性の測定を行った。高
温軟化特性の測定は、大気中で加熱時間を一定（１時
間）とし、加熱温度を変化させた場合の硬さを調べた。
このときの測定結果を図６に示した。図６より、実施例
３は比較例の試料と比較して、低温時から高度が高く、
さらに、高温に晒されても硬さの低下は小さいことか
ら、耐熱性が優れていることがわかる。

【００４７】

【発明の効果】本発明の耐磨耗性部材は、ＳｉがＡｌマ
トリックスに３重量％以上固溶することにより、硬さが
増加し、耐摩耗性が向上している。さらに、高Ｓｉ化に
より、Ｓｉ分散粒の体積割合が増加し、合金自体の耐摩
耗性や耐焼付性が大幅に向上している。また、Ｓｉ粒径
が微細なため、摺動時の相手材の磨耗が小さい。このこ
とは、切削加工の際に工具の損傷が少なく、切削時の切
り粉も細かくなるなど研削、研磨工程が容易になり、被
削性が改善されることとなる。高Ｓｉ化および相手攻撃
性の低下により、摩擦係数の低い耐摩耗性部材が得られ
る。さらに、本発明の耐摩耗性部材は、高い高温軟化抵
抗性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 摩耗試験の様子を示す図である。

【図２】 ＳＵＪ２ボールを用いたときの摩耗試験結果
を示す図である。

【図３】 Ａ２０１７ボールを用いたときの摩耗試験結
果を示す図である。

【図４】 実施例３及び比較例７の耐磨耗性被覆部材の
金属組織を示す図である。

【図５】 摩耗試験における摺動距離に対する摩擦係数
値を示した図である。

【図６】 高温軟化特性の測定結果を示す図である。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月２９日（１９９８．９．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 和之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 福島 英沖 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4E068 BB00 BB01 DA02 DB04 4K031 AA02 AB08 CB01 CB09 CB18 CB37 DA04 DA07

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基板と、該金属基板表面に一体的に
   形成された耐摩耗性被覆部材と、からなり、 該耐摩耗性被覆部材は、ケイ素（Ｓｉ）を２６〜８０重
   量％及び所望により他の添加成分を含有し、残部がアル
   ミニウム（Ａｌ）及び不可避不純物からなり、マトリッ
   クスが該Ｓｉの一部を３重量％以上固溶している該アル
   ミニウムで形成され、該Ｓｉの残部が微粒子状でかつ平
   均粒径が０．０１μｍ以上１０μｍ未満の範囲で該マト
   リックス中に分散した組成をもつことを特徴とする耐摩
   耗性部材。
2. 【請求項２】 前記他の添加成分は、０．０５〜１０重
   量％のマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする請
   求項１記載の耐摩耗性部材。
3. 【請求項３】 前記他の添加成分は、０．５〜１０重量
   ％の銅（Ｃｕ）であることを特徴とする請求項１記載の
   耐摩耗性部材。
4. 【請求項４】 前記他の添加成分は、４Ａ族、５Ａ族、
   ６Ａ族、７Ａ族および８族より選ばれる１種以上の元素
   で、その総量が０．０５〜１５重量％であることを特徴
   とする請求項１記載の耐摩耗性部材。
5. 【請求項５】 前記他の添加成分は、スズ（Ｓｎ）と鉛
   （Ｐｂ）の少なくとも一種であり、その合計が０．１〜
   ２０重量％であることを特徴とする請求項１記載の耐摩
   耗性部材。
6. 【請求項６】 前記金属基板は、アルミニウム基板であ
   る請求項１記載の耐摩耗性部材。
7. 【請求項７】 金属基板表面に、Ｓｉを２６〜８０重量
   ％及び所望により他の添加成分を含有し、残部がＡｌ及
   び不可避不純物からなるアルミニウム合金を溶射し、該
   金属基板表面上で急冷凝固して耐摩耗性被覆部材を形成
   することを特徴とする耐摩耗性部材の製造方法。
8. 【請求項８】 前記金属基板は、アルミニウム基板であ
   る請求項７記載の耐摩耗性部材の製造方法。
9. 【請求項９】 前記溶射は、プラズマ溶射である請求項
   ７記載の耐摩耗性部材の製造方法。
10. 【請求項１０】 金属基板表面に、Ｓｉを２６〜８０重
    量％及び所望により他の添加成分を含有し、残部がＡｌ
    及び不可避不純物からなるアルミニウム合金粉末を配置
    し、該アルミニウム合金粉末をレーザで短時間に加熱溶
    融し、その後急冷凝固させて該金属基板上に耐摩耗性被
    覆部材を形成することを特徴とする耐摩耗性部材の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 前記金属基板は、アルミニウム基板で
    ある請求項１０記載の耐摩耗性部材の製造方法。
12. 【請求項１２】 Ｓｉを２６〜８０重量％及び所望によ
    り他の添加成分を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物
    からなり、ガスアトマイズ法あるいは水アトマイズ法に
    より製造された粉末であり、その平均粒径が１〜２００
    μｍの範囲となり、その粒子中のＳｉ粒子の平均粒径が
    ０．０１〜２０μｍの範囲となることを特徴とするアル
    ミニウム合金粉末。
13. 【請求項１３】 前記Ｓｉ粒子は、前記アルミニウム合
    金粉末中で平均粒径が１０μｍ以下で分散された請求項
    １２記載のアルミニウム合金粉末。
14. 【請求項１４】 前記アルミニウム合金粉末は、その平
    均粒径が１０〜１００μｍの範囲内である請求項１２記
    載のアルミニウム合金粉末。
15. 【請求項１５】 前記Ｓｉの配合量が３６〜７０重量％
    である請求項１２記載のアルミニウム合金粉末。
16. 【請求項１６】 前記他の添加成分は、０．０５〜１０
    重量％のマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする
    請求項１５記載のアルミニウム合金粉末。
17. 【請求項１７】 前記他の添加成分は、０．５〜１０重
    量％の銅（Ｃｕ）であることを特徴とする請求項１６記
    載のアルミニウム合金粉末。
18. 【請求項１８】 前記他の添加成分は、４Ａ族、５Ａ
    族、６Ａ族、７Ａ族および８族より選ばれる１種以上の
    元素で、その総量が０．０５〜１５重量％であることを
    特徴とする請求項１７記載のアルミニウム合金粉末。
19. 【請求項１９】 前記他の添加成分は、スズ（Ｓｎ）と
    鉛（Ｐｂ）の少なくとも一種であり、その合計が０．１
    〜２０重量％であることを特徴とする請求項１２記載の
    アルミニウム合金粉末。
20. 【請求項２０】 前記アルミニウム合金粉末は、球形状
    の粉末粒子であることを特徴とする請求項１２記載のア
    ルミニウム合金粉末。