JP2002155329A

JP2002155329A - 摺動部材用アルミニウム合金

Info

Publication number: JP2002155329A
Application number: JP2000354415A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Tagami; 道弘田上; Akiyoshi Sugafuji; 昭良菅藤; Yasuhiro Shirasaka; 康広白坂
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2002-05-31

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、５重量％以上３
０重量％以下の黒鉛と、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Ｓｉ１
２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

【発明の詳細な説明】

【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。

【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（Ｇｕｎｍｅｔａｌ）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。

【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。

【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
面に外部から潤滑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。

【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）５重量
％以上３０重量％以下の黒鉛と、（１−４）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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１４】さらにまた、（９）上記黒鉛は、５重量％
以上２０重量％以下の範囲内のものであってもよい。

【００１５】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。本発明はこれらの欠点を解消するため
に、下記の３つの対策を考え出した。

【００１６】本発明者らは、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Ｃｕ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。

【００１７】なお、Ｃｕなどの合金元素が添加された溶
融状態のアルミニウム合金を冷却して所定形状にするに
当たり、ダイカスト鋳造法を採用した。このダイカスト
鋳造法を採用することにより、摺動部材を製造する際の
量産性、及び摺動部材の組織の結晶粒を微細化すること
を達成できた。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。また、アルミニウム合金１０には、後述するように
黒鉛１９も分散している。

【００２１】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。さらに、後述するように、黒鉛１９がアル
ミニウム合金１０の自己潤滑性を向上させる。また、黒
鉛１９は潤滑油１８との親和性に優れるので、境界潤滑
領域において摩擦特性の向上に寄与する。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。

【００２２】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。

【００２３】さらに、上記の欠点を解消するための第３
の対策として、アルミニウム合金１０に黒鉛１９を分散
してその摺動特性を向上させた。ところで、溶融状態の
アルミニウム合金（溶湯）に黒鉛を添加した場合、両者
の比重差に起因して黒鉛が溶湯から容易に分離するの
で、両者を均一に混合しにくい。従って、溶湯と黒鉛を
均一に混合して黒鉛を分散させるためには、一般に、黒
鉛にＣｕめっきやＮｉめっきを施して溶湯との濡れ性を
良好にしておき、溶湯と黒鉛を機械的に撹拌しながらこ
れらを金型に鋳湯し、これらが凝固するまで静的圧力を
加えるスクウィズ・キャスティング法が採用されてい
る。

【００２４】しかし、このスクウィズ・キャスティング
法では、加圧力が大きく、製品形状も限定され、生産性
も良いとはいえない。また、アルミニウム合金が固液共
存状態（半溶融状態）のときにこのアルミニウム合金を
機械的に撹拌しながら黒鉛を混合して分散する方法が提
案されている。しかし、この方法でも、生産性が良くな
い。

【００２５】そこで、本発明者らは、ダイカスト鋳造法
によれば寸法精度の高い製品が生産できると共に生産性
も高い点に着目し、プランジャによる溶湯搬送の条件と
ダイス型の設計を工夫した。さらに、これらの条件や工
夫に適合する黒鉛の粒子径を実験的に決定し、これによ
り、アルミニウム合金に黒鉛を一様に分散させることが
でき、その摺動特性を向上させた。

【００２６】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Ｓｉ_X Ａｌ_Y 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に固溶してこのマトリックスの強度や硬さが高ま
る。

【００２７】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Ｓｉ_XAｌ _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。

【００２８】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確実に微
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、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。

【００２９】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。（５）黒鉛について黒鉛はアルミニウム合金に分散して、このアルミニウム
合金の自己潤滑性を向上させる。また、黒鉛は潤滑油と
の親和性に優れるので、境界潤滑領域において摩擦特性
の向上に寄与する。

【００３０】ところで、黒鉛を添加するに当たっては、
アルミニウム合金の溶湯に黒鉛を配合するので、その粒
度が特に重要となる。本発明では、２０メッシュを通過
し１４５メッシュを通過しない粒度をもつ黒鉛を使用し
た。この結果、アルミニウム合金のマトリックス中に黒
鉛が一様に分散し、このアルミニウム合金の自己潤滑性
の向上に寄与することを本発明者らが確認した。

【００３１】但し、黒鉛が５重量％未満のときは、アル
ミニウム合金の自己潤滑性に寄与し難い。一方、黒鉛が
３０重量％を超えたときは、アルミニウム合金の強度を
低下させ、摩耗特性を低下させる。なお、黒鉛が５重量
％以上２０重量％以下の場合は、アルミニウム合金の強
度をほとんど低下させずにその自己潤滑性をいっそう向
上させる。

【００３２】

【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％、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。この溶解により
得られた溶湯に、２０メッシュを通過し４８メッシュを
通過しない粒度に調整した天然黒鉛を５重量％になるよ
うに配合した。

【００３３】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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、５重量％の黒鉛と、
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％、Ｃｕが６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。この溶解により得られた
溶湯に、２０メッシュを通過し４８メッシュを通過しな
い粒度に調整した天然黒鉛を５重量％になるように配合
した。

【００３４】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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、５重量％の黒鉛と、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５
ｍｍ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母合金とを準備
し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６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。この溶解により得られた
溶湯に、２０メッシュを通過し４８メッシュを通過しな
い粒度に調整した天然黒鉛を１０重量％になるように配
合した。

【００３５】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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、１０重量％の黒鉛と、
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母合金とを準備
し、Ｓｉが２３重量％、Ｃｕが６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。この溶解により得られた
溶湯に、２０メッシュを通過し４８メッシュを通過しな
い粒度に調整した天然黒鉛を２０重量％になるように配
合した。

【００３６】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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、２０重量％の黒鉛と、
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、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。この溶解により得られた溶湯に、２０メ
ッシュを通過し４８メッシュを通過しない粒度に調整し
た天然黒鉛を５重量％になるように配合した。

【００３７】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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Ｍｇと、５
重量％の黒鉛と、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６］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。この溶解により
得られた溶湯に、２０メッシュを通過し４８メッシュを
通過しない粒度に調整した天然黒鉛を５重量％になるよ
うに配合した。

【００３８】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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Ｆｅと、５
重量％の黒鉛と、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７］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。この溶解により得られた溶湯に、
２０メッシュを通過し４８メッシュを通過しない粒度に
調整した天然黒鉛を５重量％になるように配合した。

【００３９】この黒鉛が配合された溶融アルミニウム合
金を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Ｆｅと、１
重量％のＭｇと、５重量％の黒鉛と、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。

【００４０】上述した実施例１から７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４に模
式的に示す。［試験条件］摩擦試験としては、図２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。

【００４１】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５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３に示す。図３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５
に示すように、実施例５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０．０８で
あるが、その後は、累積荷重で３０ｋｇｆ／ｃｍ² まで
摩擦係数が約０．１０程度を維持していたことが分か
る。なお、累積荷重が約３０ｋｇｆ／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。

【００４２】他の実施例の試験片を用いた実験でも、ほ
ぼ実施例５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。

【００４３】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。

【００４４】

【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。

【００４５】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２の試験片の耐荷重性が一番小さ
くて２９ｋｇｆ／ｃｍ² であり、一方、実施例４の試験
片の耐荷重性が一番大きくて４５ｋｇｆ／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２の試験片であっても、比較例
の試験片に比べて３倍以上の耐荷重性を有する。また、
各実施例の摩擦係数は０．０４から０．０９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。

【００４６】

【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Ｓｉ_XAｌ _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。さら
に、黒鉛はアルミニウム合金に分散して、このアルミニ
ウム合金の自己潤滑性を向上させる。また、黒鉛は潤滑
油との親和性に優れるので、境界潤滑領域において摩擦
特性の向上に寄与する。このようにＡｌに適宜の量のＳ
ｉとＣｕと黒鉛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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】さらにまた、上記黒鉛は、５重量％以上２
０重量％以下の範囲内のものである場合は、アルミニウ
ム合金の強度をほとんど低下させずにその自己潤滑性を
いっそう向上させる。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】摩擦試験の方法を模式的に示す斜視図である。

【図３】実施例５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。

【符号の説明】

１０アルミニウム合金１２初晶Ｓｉ１４マトリックス１９黒鉛

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J011 SB02 SB03 SB04 SB20 SD10 SE05 4K020 AA24 AC01 BB22

Claims

【特許請求の範囲】

【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、５重量％以上３０重量％以下の黒鉛と、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。
【請求項８】前記黒鉛は、５重量％以上２０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
７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。