JP2002155327A - 摺動部材用アルミニウム合金 - Google Patents
摺動部材用アルミニウム合金Info
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- JP2002155327A JP2002155327A JP2000354413A JP2000354413A JP2002155327A JP 2002155327 A JP2002155327 A JP 2002155327A JP 2000354413 A JP2000354413 A JP 2000354413A JP 2000354413 A JP2000354413 A JP 2000354413A JP 2002155327 A JP2002155327 A JP 2002155327A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】耐熱性や耐摩耗性に優れると共にリサイクル性
も高く、しかも軽量化も図れる摺動部材用アルミニウム
合金を提供する。 【解決手段】１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、
３重量％以上１５重量％以下のＣｕと、Ａｌ及び不可避
的不純物のみを含む残部とからなる組成を有する摺動部
材用アルミニウム合金１０を製造した。この合金１０で
は、初晶Ｓｉ１２がマトリックス１４から高さｈ（約
０．１μｍ〜０．２μｍ）だけ突出した状態で分散して
析出し、多数の凸部が形成される。このため、隣り合う
初晶Ｓｉ１２の間には、凹部１６が形成されることとな
る。この凹部１６には、潤滑油、潤滑油脂、固体潤滑剤
などを貯めておくことができる。
も高く、しかも軽量化も図れる摺動部材用アルミニウム
合金を提供する。 【解決手段】１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、
３重量％以上１５重量％以下のＣｕと、Ａｌ及び不可避
的不純物のみを含む残部とからなる組成を有する摺動部
材用アルミニウム合金１０を製造した。この合金１０で
は、初晶Ｓｉ１２がマトリックス１４から高さｈ（約
０．１μｍ〜０．２μｍ）だけ突出した状態で分散して
析出し、多数の凸部が形成される。このため、隣り合う
初晶Ｓｉ１２の間には、凹部１６が形成されることとな
る。この凹部１６には、潤滑油、潤滑油脂、固体潤滑剤
などを貯めておくことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過酷な摺動条件下
で使用される軸受などの部品や部材を作製するための合
金として好適な摺動部材用アルミニウム合金に関する。
で使用される軸受などの部品や部材を作製するための合
金として好適な摺動部材用アルミニウム合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、各種の機器や装置には軸受な
どの摺動部材（部品）が使用されることが多い。例えば
ＯＡ機器のプリンタでは、高速プリンタ用ブッシュなど
が使用されている。このように家電やＯＡ機器などで使
用される摺動部材を作製する場合、一般に、樹脂系複合
材料が使用される。また、自動車や二輪車では、エンジ
ンや足回り部品の一つとして軸受が使用されている。軸
受などの摺動部材を作製する場合、樹脂系複合材料の
他、給油式の砲金（Ｇｕｎ ｍｅｔａｌ）や鋼製軸受な
どが材料として使われる。
どの摺動部材（部品）が使用されることが多い。例えば
ＯＡ機器のプリンタでは、高速プリンタ用ブッシュなど
が使用されている。このように家電やＯＡ機器などで使
用される摺動部材を作製する場合、一般に、樹脂系複合
材料が使用される。また、自動車や二輪車では、エンジ
ンや足回り部品の一つとして軸受が使用されている。軸
受などの摺動部材を作製する場合、樹脂系複合材料の
他、給油式の砲金（Ｇｕｎ ｍｅｔａｌ）や鋼製軸受な
どが材料として使われる。
【０００３】上記したＯＡ機器などではその性能が年々
向上しており、この向上に伴って摺動部材に高負荷が作
用することがある。従って、今まで以上に耐熱性や耐摩
耗性の優れた材料が望まれている。しかし、樹脂系複合
材料は、一般に、鋼と比べて耐熱性や耐摩耗性に劣る。
向上しており、この向上に伴って摺動部材に高負荷が作
用することがある。従って、今まで以上に耐熱性や耐摩
耗性の優れた材料が望まれている。しかし、樹脂系複合
材料は、一般に、鋼と比べて耐熱性や耐摩耗性に劣る。
【０００４】また、自動車などでは、その軽量化のため
に軸受などの軽量化を図っている。しかし、砲金や鋼製
軸受などは、一般に、樹脂系複合材料に比べて重い。
に軸受などの軽量化を図っている。しかし、砲金や鋼製
軸受などは、一般に、樹脂系複合材料に比べて重い。
【０００５】ところで、省資源や環境改善のためにリサ
イクルできる部品や部材が多く使用されるようになって
いる。また、各種の機器や装置として、環境を汚染しな
いものが望まれている。このような観点から上記の材料
をみた場合、樹脂系複合材料は複合材料であるので分別
しにくく、リサイクル性が低い。一方、給油式の砲金や
鋼製軸受などから作製した摺動部材では、これらの摺動
面に外部から油が供給されるので環境汚染の点で問題が
ある。
イクルできる部品や部材が多く使用されるようになって
いる。また、各種の機器や装置として、環境を汚染しな
いものが望まれている。このような観点から上記の材料
をみた場合、樹脂系複合材料は複合材料であるので分別
しにくく、リサイクル性が低い。一方、給油式の砲金や
鋼製軸受などから作製した摺動部材では、これらの摺動
面に外部から油が供給されるので環境汚染の点で問題が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、耐熱性や耐摩耗性に優れると共にリサイクル性も
高く、しかも軽量化も図れる摺動部材用アルミニウム合
金を提供することを目的とする。
鑑み、耐熱性や耐摩耗性に優れると共にリサイクル性も
高く、しかも軽量化も図れる摺動部材用アルミニウム合
金を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の摺動部材用アルミニウム合金は、（１−１）
１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、（１−２）３
重量％以上１５重量％以下のＣｕと、（１−３）Ａｌ及
び不可避的不純物のみを含む残部とからなる組成を有す
ることを特徴とするものである。
の本発明の摺動部材用アルミニウム合金は、（１−１）
１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、（１−２）３
重量％以上１５重量％以下のＣｕと、（１−３）Ａｌ及
び不可避的不純物のみを含む残部とからなる組成を有す
ることを特徴とするものである。
【０００８】ここで、上記の摺動部材用アルミニウム合
金は、（２）０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含
有してもよい。
金は、（２）０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含
有してもよい。
【０００９】また、上記の摺動部材用アルミニウム合金
は、（３）０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有
してもよい。
は、（３）０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有
してもよい。
【００１０】さらに、上記の摺動部材用アルミニウム合
金は、（４）０．５重量％以上５重量％以下のＭｇ、及
び０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有してもよ
い。
金は、（４）０．５重量％以上５重量％以下のＭｇ、及
び０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有してもよ
い。
【００１１】さらにまた、（５）上記Ｓｉは、１５重量
％以上２５重量％以下の範囲内のものであってもよい。
％以上２５重量％以下の範囲内のものであってもよい。
【００１２】さらにまた、（６）上記Ｃｕは、５重量％
以上１０重量％以下の範囲内のものであってもよい。
以上１０重量％以下の範囲内のものであってもよい。
【００１３】さらにまた、（７）上記Ｍｇは、１重量％
以上３重量％以下の範囲内のものであってもよい。さら
にまた、（８）上記Ｆｅは、０．５重量％以上１重量％
以下の範囲内のものであってもよい。
以上３重量％以下の範囲内のものであってもよい。さら
にまた、（８）上記Ｆｅは、０．５重量％以上１重量％
以下の範囲内のものであってもよい。
【００１４】上記した発明を創作するに当たり、本発明
者らは、アルミニウムが優れた熱伝導性やリサイクル性
を有し、鋼に比べて比重の小さいことに着目した。しか
し、アルミニウムは軟らかくて凝着性をもつので、摺動
材料としての大きな欠点がアルミニウムには存在してい
ることとなる。
者らは、アルミニウムが優れた熱伝導性やリサイクル性
を有し、鋼に比べて比重の小さいことに着目した。しか
し、アルミニウムは軟らかくて凝着性をもつので、摺動
材料としての大きな欠点がアルミニウムには存在してい
ることとなる。
【００１５】本発明者らは、この欠点を解消するための
第１の対策として、アルミニウムの結晶粒を微細化して
そのマトリックス（地）の強度を高めると共にマトリッ
クスに硬質化合物を分散して析出させて耐摩耗性を向上
させることにより耐凝着性を改善した。アルミニウムの
結晶粒を微細化するために、アルミニウムに所定量のＣ
ｕなどを添加してアルミニウム合金にした。この添加に
より、強度の高いマトリックスをもつアルミニウム合金
が得られた。
第１の対策として、アルミニウムの結晶粒を微細化して
そのマトリックス（地）の強度を高めると共にマトリッ
クスに硬質化合物を分散して析出させて耐摩耗性を向上
させることにより耐凝着性を改善した。アルミニウムの
結晶粒を微細化するために、アルミニウムに所定量のＣ
ｕなどを添加してアルミニウム合金にした。この添加に
より、強度の高いマトリックスをもつアルミニウム合金
が得られた。
【００１６】また、上記の欠点を解消するための第２の
対策として、アルミニウムに多量のＳｉを添加した。こ
の添加により、初晶Ｓｉがマトリックスに分散して析出
し、耐摩耗性が向上して耐凝着性を大きく改善できた。
この析出とこれによる耐摩耗性の向上を、図１を参照し
て説明する。
対策として、アルミニウムに多量のＳｉを添加した。こ
の添加により、初晶Ｓｉがマトリックスに分散して析出
し、耐摩耗性が向上して耐凝着性を大きく改善できた。
この析出とこれによる耐摩耗性の向上を、図１を参照し
て説明する。
【００１７】図１は、本発明の摺動部材用アルミニウム
合金の一例を模式的に示す断面図である。
合金の一例を模式的に示す断面図である。
【００１８】所定範囲内の重量％のＳｉが添加されたア
ルミニウム合金１０では、初晶Ｓｉ１２がマトリックス
１４から高さｈ（約０．１μｍ〜０．２μｍ）だけ突出
した状態で分散して析出し、多数の凸部が形成されてい
る。このため、隣り合う初晶Ｓｉ１２の間には、凹部１
６が形成されることとなる。この凹部１６には、潤滑
油、潤滑油脂、固体潤滑剤などを貯めておくことができ
る。
ルミニウム合金１０では、初晶Ｓｉ１２がマトリックス
１４から高さｈ（約０．１μｍ〜０．２μｍ）だけ突出
した状態で分散して析出し、多数の凸部が形成されてい
る。このため、隣り合う初晶Ｓｉ１２の間には、凹部１
６が形成されることとなる。この凹部１６には、潤滑
油、潤滑油脂、固体潤滑剤などを貯めておくことができ
る。
【００１９】アルミニウム合金１０で例えば軸受を作製
した場合、分散している初晶Ｓｉ１２（凸部）が相手材
からの荷重を受ける。また、凹部１６に貯まった潤滑油
１８等は、相手材が摺動する際にこの相手材と初晶Ｓｉ
１２との間で被膜を形成する。従って、相手材からの荷
重を初晶Ｓｉ１２（凸部）が受けると共に荷重を受けて
いる凸部の上面に途切れなく潤滑油１８等が供給される
こととなる。この結果、アルミニウム合金１０で作製し
た軸受などでは、その耐摩耗性と潤滑性が非常に向上
し、耐凝着性も大きく改善される。
した場合、分散している初晶Ｓｉ１２（凸部）が相手材
からの荷重を受ける。また、凹部１６に貯まった潤滑油
１８等は、相手材が摺動する際にこの相手材と初晶Ｓｉ
１２との間で被膜を形成する。従って、相手材からの荷
重を初晶Ｓｉ１２（凸部）が受けると共に荷重を受けて
いる凸部の上面に途切れなく潤滑油１８等が供給される
こととなる。この結果、アルミニウム合金１０で作製し
た軸受などでは、その耐摩耗性と潤滑性が非常に向上
し、耐凝着性も大きく改善される。
【００２０】なお、アルミニウムにＳｉを添加した合金
としては、Ｓｉを１６重量％〜１８重量％添加したＡＤ
Ｃ１４（ＪＩＳ）が知られている。しかし、本発明で
は、さらに多量のＳｉを添加することが多い。
としては、Ｓｉを１６重量％〜１８重量％添加したＡＤ
Ｃ１４（ＪＩＳ）が知られている。しかし、本発明で
は、さらに多量のＳｉを添加することが多い。
【００２１】ここで、本発明の摺動部材用アルミニウム
合金が含有する成分元素について説明する。 （１）Ｓｉについて 溶融しているアルミニウム合金を冷却していくと、Ａｌ
に固溶できないＳｉが初晶Ｓｉとなって析出する。この
初晶Ｓｉは、小さな多角形状結晶として析出する。この
場合、溶融しているアルミニウム合金をダイカスト鋳造
法によって急冷凝固させたときは、初晶Ｓｉは微細結晶
として分散して析出する。さらに、冷却していくとＳｉ
の一部とＡｌが結合してＳｉX ＡｌY 系硬質化合物を形
成し、この化合物が分散して細い棒状に析出する。この
ため、上述した理由によりアルミニウム合金の耐摩耗性
と耐凝着性が向上する。また、添加されたＳｉの一部は
Ａｌに固溶してマトリックスの強度や硬さが高まる。
合金が含有する成分元素について説明する。 （１）Ｓｉについて 溶融しているアルミニウム合金を冷却していくと、Ａｌ
に固溶できないＳｉが初晶Ｓｉとなって析出する。この
初晶Ｓｉは、小さな多角形状結晶として析出する。この
場合、溶融しているアルミニウム合金をダイカスト鋳造
法によって急冷凝固させたときは、初晶Ｓｉは微細結晶
として分散して析出する。さらに、冷却していくとＳｉ
の一部とＡｌが結合してＳｉX ＡｌY 系硬質化合物を形
成し、この化合物が分散して細い棒状に析出する。この
ため、上述した理由によりアルミニウム合金の耐摩耗性
と耐凝着性が向上する。また、添加されたＳｉの一部は
Ａｌに固溶してマトリックスの強度や硬さが高まる。
【００２２】但し、Ｓｉが１０重量％未満のときは、上
記の効果が十分には発揮されない。一方、Ｓｉが４５重
量％を超えたときは、アルミニウム合金の靭性が著しく
低下する。従って、１０重量％以上４５重量％以下のＳ
ｉとした。なお、Ｓｉが１５重量％以上２５重量％以下
の場合、初晶ＳｉやＳｉXAｌ Y系硬質化合物が適量に析
出するので、耐摩耗性と耐凝着性がいっそう向上する。 （２）Ｃｕについて ＣｕはＡｌに固溶してアルミニウム合金の結晶粒を微細
化するので、そのマトリックスが強化される。また、Ｃ
ｕの一部はＡｌやＳｉと化合物を形成して時効硬化する
ので、アルミニウム合金のマトリックスの高温強度と硬
さを向上させる。
記の効果が十分には発揮されない。一方、Ｓｉが４５重
量％を超えたときは、アルミニウム合金の靭性が著しく
低下する。従って、１０重量％以上４５重量％以下のＳ
ｉとした。なお、Ｓｉが１５重量％以上２５重量％以下
の場合、初晶ＳｉやＳｉXAｌ Y系硬質化合物が適量に析
出するので、耐摩耗性と耐凝着性がいっそう向上する。 （２）Ｃｕについて ＣｕはＡｌに固溶してアルミニウム合金の結晶粒を微細
化するので、そのマトリックスが強化される。また、Ｃ
ｕの一部はＡｌやＳｉと化合物を形成して時効硬化する
ので、アルミニウム合金のマトリックスの高温強度と硬
さを向上させる。
【００２３】但し、Ｃｕが３重量％未満のときは、アル
ミニウム合金のマトリックスが強化されにくい。一方、
Ｃｕが１５重量％を超えても、Ｃｕの添加による効果は
変わらない。従って、３重量％以上１５重量％以下のＣ
ｕとした。なお、Ｃｕが５重量％以上１０重量％以下の
場合は、アルミニウム合金の結晶粒がいっそう微細化す
る。 （３）Ｍｇについて ＭｇはＡｌに固溶して固溶体を形成することによりアル
ミニウム合金の靭性を向上させる。また、ＭｇがＳｉと
共存した場合は時効硬化性を発揮するので、アルミニウ
ム合金のマトリックスが硬化し、耐摩耗性がさらに向上
する。但し、Ｍｇが０．５重量％未満のときは、Ａｌ中
のＭｇ2 Ｓｉの溶解度が著しく減少して時効硬化性が薄
れる。一方、Ｍｇが５重量％を超えたときは、時効硬化
性をほとんど発揮しないので好ましくない。従って、
０．５重量％以上５重量％以下のＭｇとした。なお、Ｍ
ｇが１重量％以上３重量％以下の場合は、適切な量の固
溶体が形成されると共に、時効硬化性もいっそう良好に
発揮される。 （４）Ｆｅについて Ｆｅの一部とＡｌは互いに固溶体を形成して結晶粒を微
細化する。しかし、Ｆｅが多量に含有された場合はアル
ミニウム合金が脆弱化する。また、微量のＦｅは、アル
ミニウム合金を金型鋳造やダイカスト鋳造するときに型
離れを良好にする。但し、Ｆｅが０．１重量％未満のと
きは型離れを良好にできない。一方、Ｆｅが２重量％を
超えたときは、アルミニウム合金を脆弱化する。従っ
て、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅとした。な
お、Ｆｅが０．５重量％以上１重量％以下の場合は、結
晶粒を微細化する作用と、型離れを良好にする作用とが
いっそう良好に発揮される。
ミニウム合金のマトリックスが強化されにくい。一方、
Ｃｕが１５重量％を超えても、Ｃｕの添加による効果は
変わらない。従って、３重量％以上１５重量％以下のＣ
ｕとした。なお、Ｃｕが５重量％以上１０重量％以下の
場合は、アルミニウム合金の結晶粒がいっそう微細化す
る。 （３）Ｍｇについて ＭｇはＡｌに固溶して固溶体を形成することによりアル
ミニウム合金の靭性を向上させる。また、ＭｇがＳｉと
共存した場合は時効硬化性を発揮するので、アルミニウ
ム合金のマトリックスが硬化し、耐摩耗性がさらに向上
する。但し、Ｍｇが０．５重量％未満のときは、Ａｌ中
のＭｇ2 Ｓｉの溶解度が著しく減少して時効硬化性が薄
れる。一方、Ｍｇが５重量％を超えたときは、時効硬化
性をほとんど発揮しないので好ましくない。従って、
０．５重量％以上５重量％以下のＭｇとした。なお、Ｍ
ｇが１重量％以上３重量％以下の場合は、適切な量の固
溶体が形成されると共に、時効硬化性もいっそう良好に
発揮される。 （４）Ｆｅについて Ｆｅの一部とＡｌは互いに固溶体を形成して結晶粒を微
細化する。しかし、Ｆｅが多量に含有された場合はアル
ミニウム合金が脆弱化する。また、微量のＦｅは、アル
ミニウム合金を金型鋳造やダイカスト鋳造するときに型
離れを良好にする。但し、Ｆｅが０．１重量％未満のと
きは型離れを良好にできない。一方、Ｆｅが２重量％を
超えたときは、アルミニウム合金を脆弱化する。従っ
て、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅとした。な
お、Ｆｅが０．５重量％以上１重量％以下の場合は、結
晶粒を微細化する作用と、型離れを良好にする作用とが
いっそう良好に発揮される。
【００２４】
【実施例】［実施例１］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳ
ｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と
を準備し、Ｓｉが１５重量％になりＣｕが１０重量％
（残部Ａｌ）になるようにＡｌインゴットで調整し、こ
れらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
ｉ母合金と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と
を準備し、Ｓｉが１５重量％になりＣｕが１０重量％
（残部Ａｌ）になるようにＡｌインゴットで調整し、こ
れらを電気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
【００２５】この溶解により得られた溶融アルミニウム
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
１５重量％のＳｉと、１０重量％のＣｕと、残部Ａｌと
からなる組成を有する。この板状のアルミニウム合金鋳
物を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方
形板を作製し、これを試験片とした。試験条件について
は後述する。 ［実施例２］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金とを準備
し、Ｓｉが２３重量％になりＣｕが６重量％（残部Ａ
ｌ）になるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電
気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
１５重量％のＳｉと、１０重量％のＣｕと、残部Ａｌと
からなる組成を有する。この板状のアルミニウム合金鋳
物を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方
形板を作製し、これを試験片とした。試験条件について
は後述する。 ［実施例２］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金とを準備
し、Ｓｉが２３重量％になりＣｕが６重量％（残部Ａ
ｌ）になるようにＡｌインゴットで調整し、これらを電
気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
【００２６】この溶解により得られた溶融アルミニウム
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、残部Ａｌとか
らなる組成を有する。この板状のアルミニウム合金鋳物
を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方形
板を作製し、これを試験片とした。試験条件については
後述する。 ［実施例３］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、Ｍｇイ
ンゴットとを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量
％、及びＭｇが１重量％（残部Ａｌ）になるようにＡｌ
インゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温
度で溶解した。
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、残部Ａｌとか
らなる組成を有する。この板状のアルミニウム合金鋳物
を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方形
板を作製し、これを試験片とした。試験条件については
後述する。 ［実施例３］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、Ｍｇイ
ンゴットとを準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量
％、及びＭｇが１重量％（残部Ａｌ）になるようにＡｌ
インゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０℃の温
度で溶解した。
【００２７】この溶解により得られた溶融アルミニウム
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、１重量％のＭ
ｇと、残部Ａｌとからなる組成を有する。この板状のア
ルミニウム合金鋳物を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、
厚さが５ｍｍの方形板を作製し、これを試験片とした。
試験条件については後述する。
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、１重量％のＭ
ｇと、残部Ａｌとからなる組成を有する。この板状のア
ルミニウム合金鋳物を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、
厚さが５ｍｍの方形板を作製し、これを試験片とした。
試験条件については後述する。
【００２８】上記のアルミニウム合金鋳物の組織を光学
顕微鏡で観察した組織写真を図２に示す。図２におい
て、多角形状に見えるものが初晶Ｓｉであり、棒状に見
えるものがＡｌ−Ｓｉの共晶であり、これらはマトリッ
クスに分散して析出している。この結果、上述した図１
を参照して説明したように、耐摩耗性と潤滑性に優れた
摺動部材用アルミニウム合金が得られる。 ［実施例４］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、５０重
量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金とを準備し、Ｓｉが２
３重量％、Ｃｕが６重量％、及びＦｅが１重量％（残部
Ａｌ）になるようにＡｌインゴットで調整し、これらを
電気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
顕微鏡で観察した組織写真を図２に示す。図２におい
て、多角形状に見えるものが初晶Ｓｉであり、棒状に見
えるものがＡｌ−Ｓｉの共晶であり、これらはマトリッ
クスに分散して析出している。この結果、上述した図１
を参照して説明したように、耐摩耗性と潤滑性に優れた
摺動部材用アルミニウム合金が得られる。 ［実施例４］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、５０重
量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金とを準備し、Ｓｉが２
３重量％、Ｃｕが６重量％、及びＦｅが１重量％（残部
Ａｌ）になるようにＡｌインゴットで調整し、これらを
電気炉にて７８０℃の温度で溶解した。
【００２９】この溶解により得られた溶融アルミニウム
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、１重量％のＦ
ｅと、残部Ａｌとからなる組成を有する。この板状のア
ルミニウム合金鋳物を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、
厚さが５ｍｍの方形板を作製し、これを試験片とした。
試験条件については後述する。 ［実施例５］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、５０重
量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金と、Ｍｇインゴットと
を準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｆｅが
１重量％、及びＭｇが１重量％（残部Ａｌ）になるよう
にＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０
℃の温度で溶解した。
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、１重量％のＦ
ｅと、残部Ａｌとからなる組成を有する。この板状のア
ルミニウム合金鋳物を切削加工して、一辺が３０ｍｍ、
厚さが５ｍｍの方形板を作製し、これを試験片とした。
試験条件については後述する。 ［実施例５］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、５０重量％のＣｕを含むＡｌＣｕ母合金と、５０重
量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金と、Ｍｇインゴットと
を準備し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６重量％、Ｆｅが
１重量％、及びＭｇが１重量％（残部Ａｌ）になるよう
にＡｌインゴットで調整し、これらを電気炉にて７８０
℃の温度で溶解した。
【００３０】この溶解により得られた溶融アルミニウム
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、１重量％のＦ
ｅと、１重量％のＭｇと、残部Ａｌとからなる組成を有
する。この板状のアルミニウム合金鋳物を切削加工し
て、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製し、
これを試験片とした。試験条件については後述する。 ［比較例］比較例として、耐摩耗部品用途に使用されて
いる日本工業規格（ＪＩＳ）のＨ５３０２、記号ＡＤＣ
１４で規定される１７重量％のＳｉ、４．５重量％のＣ
ｕ、０．５５重量％のＭｇ、１．３重量％のＦｅ、１．
５重量％のＺｎ、０．５重量％のＭｎ、残部Ａｌからな
るアルミニウム合金を用いた。このアルミニウム合金か
ら一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製し、こ
れを比較例の試験片とした。
合金を周知のダイカスト鋳造法により鋳造し、板状のア
ルミニウム合金（本発明にいう摺動部材用アルミニウム
合金の一例である）を得た。このアルミニウム合金は、
２３重量％のＳｉと、６重量％のＣｕと、１重量％のＦ
ｅと、１重量％のＭｇと、残部Ａｌとからなる組成を有
する。この板状のアルミニウム合金鋳物を切削加工し
て、一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製し、
これを試験片とした。試験条件については後述する。 ［比較例］比較例として、耐摩耗部品用途に使用されて
いる日本工業規格（ＪＩＳ）のＨ５３０２、記号ＡＤＣ
１４で規定される１７重量％のＳｉ、４．５重量％のＣ
ｕ、０．５５重量％のＭｇ、１．３重量％のＦｅ、１．
５重量％のＺｎ、０．５重量％のＭｎ、残部Ａｌからな
るアルミニウム合金を用いた。このアルミニウム合金か
ら一辺が３０ｍｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製し、こ
れを比較例の試験片とした。
【００３１】上述した実施例１から５までに記載した試
験片、及び比較例に記載した試験片を用いて、下記の試
験条件で摩擦試験を行った。試験結果と各試験片の組成
や硬さを表１に示す。また、摩擦試験の方法を図３に模
式的に示す。 ［試験条件］摩擦試験としては、図３に示すように、試
験片２０を固定しておき、摩擦の相手材になるＳＵＳ３
０４製の円筒ブッシュ２２を試験片２０の上から（矢印
Ａ方向から）その表面２０ａに所定の荷重で押し付けな
がら、円筒ブッシュ２２を矢印Ｂ方向に回転させるスラ
スト試験を行った。円筒ブッシュ２２の内径は２０．０
ｍｍ、外径は２５．６ｍｍである。また、この摩擦試験
を開始するに先立って、試験片２０の表面２０ａに、１
０重量％の黒鉛を含有したリチウム系グリースを塗布し
た。
験片、及び比較例に記載した試験片を用いて、下記の試
験条件で摩擦試験を行った。試験結果と各試験片の組成
や硬さを表１に示す。また、摩擦試験の方法を図３に模
式的に示す。 ［試験条件］摩擦試験としては、図３に示すように、試
験片２０を固定しておき、摩擦の相手材になるＳＵＳ３
０４製の円筒ブッシュ２２を試験片２０の上から（矢印
Ａ方向から）その表面２０ａに所定の荷重で押し付けな
がら、円筒ブッシュ２２を矢印Ｂ方向に回転させるスラ
スト試験を行った。円筒ブッシュ２２の内径は２０．０
ｍｍ、外径は２５．６ｍｍである。また、この摩擦試験
を開始するに先立って、試験片２０の表面２０ａに、１
０重量％の黒鉛を含有したリチウム系グリースを塗布し
た。
【００３２】円筒ブッシュ２２を矢印Ｂ方向に回転させ
る速度（摺動速度）は１０ｍ／分とした。また、所定の
荷重として、摩擦試験開始から１０分間は２ｋｇｆ／ｃ
ｍ2（面圧）の荷重（初期荷重）を円筒ブッシュ２２に
負荷した。摩擦試験開始から１０分経過後に荷重を１ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 増やし、その後も、１０分経過毎に１ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 ずつ荷重を増やす累積荷重にした。 ［試験結果］実施例３の試験片と比較例の試験片を用い
た試験結果のグラフを図４に示す。図４の縦軸は摩擦係
数（μ）を示し、横軸は累積荷重（面圧）を示す。図４
に示すように、実施例３の試験片を用いた摩擦試験で
は、この試験を開始した直後の摩擦係数は約０．１５で
あるが、その後は、累積荷重で２６ｋｇｆ／ｃｍ2 まで
摩擦係数が約０．１２程度を維持していたことが分か
る。なお、累積荷重が約２６ｋｇｆ／ｃｍ2 を超えた時
点から摩擦係数が上昇し始めた。これに対し、比較例の
試験片を用いた摩擦試験では、この試験を開始した直後
の摩擦係数は約０．４であるが、試験が進行するに伴っ
て摩擦係数が低下し、累積荷重が約８．０ｋｇｆ／ｃｍ
2 になったときの摩擦係数は約０．３であった。しか
し、累積荷重が約８．０ｋｇｆ／ｃｍ2 を超えた時点か
ら摩擦係数が上昇し始めた。
る速度（摺動速度）は１０ｍ／分とした。また、所定の
荷重として、摩擦試験開始から１０分間は２ｋｇｆ／ｃ
ｍ2（面圧）の荷重（初期荷重）を円筒ブッシュ２２に
負荷した。摩擦試験開始から１０分経過後に荷重を１ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 増やし、その後も、１０分経過毎に１ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 ずつ荷重を増やす累積荷重にした。 ［試験結果］実施例３の試験片と比較例の試験片を用い
た試験結果のグラフを図４に示す。図４の縦軸は摩擦係
数（μ）を示し、横軸は累積荷重（面圧）を示す。図４
に示すように、実施例３の試験片を用いた摩擦試験で
は、この試験を開始した直後の摩擦係数は約０．１５で
あるが、その後は、累積荷重で２６ｋｇｆ／ｃｍ2 まで
摩擦係数が約０．１２程度を維持していたことが分か
る。なお、累積荷重が約２６ｋｇｆ／ｃｍ2 を超えた時
点から摩擦係数が上昇し始めた。これに対し、比較例の
試験片を用いた摩擦試験では、この試験を開始した直後
の摩擦係数は約０．４であるが、試験が進行するに伴っ
て摩擦係数が低下し、累積荷重が約８．０ｋｇｆ／ｃｍ
2 になったときの摩擦係数は約０．３であった。しか
し、累積荷重が約８．０ｋｇｆ／ｃｍ2 を超えた時点か
ら摩擦係数が上昇し始めた。
【００３３】他の実施例の試験片を用いた実験でも、ほ
ぼ実施例３の試験片を用いた摩擦試験結果と同じ傾向に
あり、比較例に比べ、耐摩耗性に優れていることが判明
した。また、凝着は生じなかった。
ぼ実施例３の試験片を用いた摩擦試験結果と同じ傾向に
あり、比較例に比べ、耐摩耗性に優れていることが判明
した。また、凝着は生じなかった。
【００３４】ここで、上述したように試験結果と各試験
片の組成や硬さを表１に示す。
片の組成や硬さを表１に示す。
【００３５】
【表１】 表１に記載した耐荷重性とは、上記の摩擦試験において
摩擦係数が上昇し始めた時点の荷重（面圧）の値をい
い、この耐荷重性が大きいほど、耐摩耗性に優れてい
る。また、摩擦係数は試験開始後、安定域に移行したと
きの値を示した。
摩擦係数が上昇し始めた時点の荷重（面圧）の値をい
い、この耐荷重性が大きいほど、耐摩耗性に優れてい
る。また、摩擦係数は試験開始後、安定域に移行したと
きの値を示した。
【００３６】各実施例の耐荷重性を比較した場合、表１
に示すように、実施例１の試験片の耐荷重性が一番小さ
くて１８ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、一方、実施例３の試験
片の耐荷重性が一番大きくて２６ｋｇｆ／ｃｍ2 であっ
た。しかし、比較例の試験片の耐荷重性は８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 であるので、実施例１の試験片であっても、比較例
の試験片に比べて２倍以上の耐荷重性を有する。また、
各実施例の摩擦係数は０．１４から０．１８の範囲内で
あるのに対し、比較例の摩擦係数は０．３０であった。
この結果、実施例の試験片は、比較例に比べて耐摩耗性
に非常に優れていることが判明した。
に示すように、実施例１の試験片の耐荷重性が一番小さ
くて１８ｋｇｆ／ｃｍ2 であり、一方、実施例３の試験
片の耐荷重性が一番大きくて２６ｋｇｆ／ｃｍ2 であっ
た。しかし、比較例の試験片の耐荷重性は８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 であるので、実施例１の試験片であっても、比較例
の試験片に比べて２倍以上の耐荷重性を有する。また、
各実施例の摩擦係数は０．１４から０．１８の範囲内で
あるのに対し、比較例の摩擦係数は０．３０であった。
この結果、実施例の試験片は、比較例に比べて耐摩耗性
に非常に優れていることが判明した。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の（請求項１
に記載された）摺動部材用アルミニウム合金では、多量
に含有されているＳｉの一部がＡｌに固溶して固溶体を
形成することによりアルミニウム合金のマトリックスを
微細な共晶組織にするので、このマトリックスの強度や
硬さが高まる。また、ＳｉとＡｌがＳｉXAｌ Y系硬質化
合物を分散して析出するので耐摩耗性と耐凝着性が向上
する。さらに、ＣｕはＡｌに固溶してアルミニウム合金
を強化し時効硬化するので、このアルミニウム合金のマ
トリックスの高温強度と硬さがさらに向上する。このよ
うにＡｌに適宜の量のＳｉとＣｕを含有させることによ
り、高温強度と硬さが向上したマトリックスを有すると
共に耐摩耗性及び耐凝着性に優れた摺動部材用アルミニ
ウム合金が得られる。また、アルミニウム合金であるの
でリサイクル性も高く、軽量化も図れる。
に記載された）摺動部材用アルミニウム合金では、多量
に含有されているＳｉの一部がＡｌに固溶して固溶体を
形成することによりアルミニウム合金のマトリックスを
微細な共晶組織にするので、このマトリックスの強度や
硬さが高まる。また、ＳｉとＡｌがＳｉXAｌ Y系硬質化
合物を分散して析出するので耐摩耗性と耐凝着性が向上
する。さらに、ＣｕはＡｌに固溶してアルミニウム合金
を強化し時効硬化するので、このアルミニウム合金のマ
トリックスの高温強度と硬さがさらに向上する。このよ
うにＡｌに適宜の量のＳｉとＣｕを含有させることによ
り、高温強度と硬さが向上したマトリックスを有すると
共に耐摩耗性及び耐凝着性に優れた摺動部材用アルミニ
ウム合金が得られる。また、アルミニウム合金であるの
でリサイクル性も高く、軽量化も図れる。
【００３８】ここで、上記の摺動部材用アルミニウム合
金が、０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有した
場合は、ＭｇがＡｌに固溶して固溶体を形成することに
よりアルミニウム合金の靭性を向上させる。また、Ｍｇ
がＳｉと共存した場合は時効硬化性を発揮するので、ア
ルミニウム合金のマトリックスが硬化し、耐摩耗性がさ
らに向上する。なお、Ｍｇが１重量％以上３重量％以下
の場合は、適切な量の固溶体が形成されると共に、時効
硬化性もいっそう良好に発揮される。
金が、０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有した
場合は、ＭｇがＡｌに固溶して固溶体を形成することに
よりアルミニウム合金の靭性を向上させる。また、Ｍｇ
がＳｉと共存した場合は時効硬化性を発揮するので、ア
ルミニウム合金のマトリックスが硬化し、耐摩耗性がさ
らに向上する。なお、Ｍｇが１重量％以上３重量％以下
の場合は、適切な量の固溶体が形成されると共に、時効
硬化性もいっそう良好に発揮される。
【００３９】また、上記の摺動部材用アルミニウム合金
が、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有した場
合は、Ｆｅの一部とＡｌは互いに固溶体を形成して結晶
粒を微細化する。また、微量のＦｅは、アルミニウム合
金を金型鋳造やダイカスト鋳造するときに型離れを良好
にする。なお、Ｆｅが０．５重量％以上１重量％以下の
場合は、結晶粒を微細化する作用と、型離れを良好にす
る作用とがいっそう良好に発揮される。
が、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有した場
合は、Ｆｅの一部とＡｌは互いに固溶体を形成して結晶
粒を微細化する。また、微量のＦｅは、アルミニウム合
金を金型鋳造やダイカスト鋳造するときに型離れを良好
にする。なお、Ｆｅが０．５重量％以上１重量％以下の
場合は、結晶粒を微細化する作用と、型離れを良好にす
る作用とがいっそう良好に発揮される。
【００４０】さらに、上記Ｓｉは、１５重量％以上２５
重量％以下の範囲内のものである場合は、Ｓｉの成分範
囲をいっそう厳密に限定したので、耐摩耗性及び耐凝着
性に優れた摺動部材用アルミニウム合金がいっそう確実
に得られる。
重量％以下の範囲内のものである場合は、Ｓｉの成分範
囲をいっそう厳密に限定したので、耐摩耗性及び耐凝着
性に優れた摺動部材用アルミニウム合金がいっそう確実
に得られる。
【００４１】さらにまた、上記Ｃｕは、５重量％以上１
０重量％以下の範囲内のものである場合は、Ｃｕの成分
範囲をいっそう厳密に限定したので、高温強度にいっそ
う優れた摺動部材用アルミニウム合金がいっそう確実に
得られる。
０重量％以下の範囲内のものである場合は、Ｃｕの成分
範囲をいっそう厳密に限定したので、高温強度にいっそ
う優れた摺動部材用アルミニウム合金がいっそう確実に
得られる。
【図１】本発明の摺動部材用アルミニウム合金の一例を
模式的に示す断面図である。
模式的に示す断面図である。
【図２】本発明のアルミニウム合金の一例の組織を光学
顕微鏡で観察した組織写真である。
顕微鏡で観察した組織写真である。
【図３】摩擦試験の方法を模式的に示す斜視図である。
【図４】実施例３の試験片と比較例の試験片を用いた試
験結果を比較して示すグラフである。
験結果を比較して示すグラフである。
１０ アルミニウム合金 １２ 初晶Ｓｉ １４ マトリックス
Claims (7)
- 【請求項１】 １０重量％以上４５重量％以下のＳｉ
と、 ３重量％以上１５重量％以下のＣｕと、 Ａｌ及び不可避的不純物のみを含む残部とからなる組成
を有することを特徴とする摺動部材用アルミニウム合
金。 - 【請求項２】 ０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを
含有することを特徴とする請求項１に記載の摺動部材用
アルミニウム合金。 - 【請求項３】 ０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを
含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の摺動
部材用アルミニウム合金。 - 【請求項４】 前記Ｓｉは、１５重量％以上２５重量％
以下の範囲内のものであることを特徴とする請求項１，
２，又は３に記載の摺動部材用アルミニウム合金。 - 【請求項５】 前記Ｃｕは、５重量％以上１０重量％以
下の範囲内のものであることを特徴とする請求項１から
４までのうちのいずれか一項に記載の摺動部材用アルミ
ニウム合金。 - 【請求項６】 前記Ｍｇは、１重量％以上３重量％以下
の範囲内のものであることを特徴とする請求項２から５
までのうちのいずれか一項に記載の摺動部材用アルミニ
ウム合金。 - 【請求項７】 前記Ｆｅは、０．５重量％以上１重量％
以下の範囲内のものであることを特徴とする請求項３か
ら６までのうちのいずれか一項に記載の摺動部材用アル
ミニウム合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000354413A JP2002155327A (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 摺動部材用アルミニウム合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000354413A JP2002155327A (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 摺動部材用アルミニウム合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002155327A true JP2002155327A (ja) | 2002-05-31 |
| JP2002155327A5 JP2002155327A5 (ja) | 2007-12-27 |
Family
ID=18827000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000354413A Pending JP2002155327A (ja) | 2000-11-16 | 2000-11-16 | 摺動部材用アルミニウム合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002155327A (ja) |
Cited By (1)
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-
2000
- 2000-11-16 JP JP2000354413A patent/JP2002155327A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN113677517A (zh) * | 2019-03-26 | 2021-11-19 | 圣戈班性能塑料帕姆普斯有限公司 | 轴承、组件及其制作和使用方法 |
| US11841049B2 (en) | 2019-03-26 | 2023-12-12 | Saint-Gobain Performance Plastics Pampus Gmbh | Bearing, assembly, and method of making and using the same |
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