JP2002155335A - アルミニウム合金摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

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アルミニウム合金摺動部
材を提供する。 【解決手段】１０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、
０．０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、０．０１
重量％以上０．５重量％以下のＰ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アルミニ
ウム合金を得、このアルミニウム合金の表面層のうちの
所定部位にレーザーを照射して微細化部位１２を形成し
た。

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
で使用されるアルミニウム合金摺動部材及びその製造方
法に関する。

【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製造する場合、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。

【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アルミニウム合金摺動部材
及びその製造方法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
の本発明のアルミニウム合金摺動部材は、（１−１）１
０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、（１−２）０．
０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、（１−３）
０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰ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
組成を有し、（１−５）その表面層のうちの所定の部位
には、この所定の部位以外の他の部位よりも硬くて微細
な結晶組織からなる微細化部位が形成されていることを
特徴とするものである。

【０００８】ここで、上記のアルミニウム合金摺動部材
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、上記のアルミニウム合金摺動部材
は、（３）０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有
してもよい。

【００１０】また、上記のアルミニウム合金摺動部材
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、（５）上記のアルミニウム合金摺
動部材は、板状もしくは円筒状のものであってもよい。

【００１２】さらにまた、（６）上記微細化部位は、所
定幅をもつ帯状、所定幅をもつ格子状、及び互いに独立
して分散した円状のうちのいずれかの形状のものであっ
てもよい。

【００１３】また、上記目的を達成するための本発明の
アルミニウム合金摺動部材の製造方法は、（７−１）１
０重量％以上４５重量％以下のＳｉと、（７−２）０．
０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、（７−３）
０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰと、（７−
４）Ａｌ及び不可避的不純物のみを含む残部とからなる
組成を有するアルミニウム合金を得、（８）このアルミ
ニウム合金の表面層のうちの所定の部位に、この所定の
部位以外の他の部位よりも硬くて微細な結晶組織からな
る微細化部位を形成することを特徴とするものである。

【００１４】ここで、（９）上記アルミニウム合金を得
る際に、０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有さ
せてもよい。

【００１５】また、（１０）上記アルミニウム合金を得
る際に、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有さ
せてもよい。

【００１６】さらに、（１１）上記アルミニウム合金を
得る際に、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を含有させてもよ
い。

【００１７】さらにまた、（１２）上記アルミニウム合
金を得る際に、板状もしくは円筒状のアルミニウム合金
を得てもよい。

【００１８】さらにまた、（１３）上記微細化部位を形
成する際に、所定幅をもつ帯状、所定幅をもつ格子状、
及び互いに独立して分散した円状のうちのいずれかの形
状の微細化部位を形成してもよい。

【００１９】さらにまた、（１４）上記微細化部位を形
成する際に、上記所定の部位にＹＡＧレーザーを照射し
てこの所定の部位を微細化してもよい。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【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、上記したアルミニウム合金の表面層のう
ちの所定の部位にレーザーを照射した。照射するレーザ
ーとしては、例えば出力０．７５ｋｗ以上のＹＡＧレー
ザーを用いた。このようにしてレーザーが照射された部
位は急速に溶解して急速に凝固する。これにより、レー
ザーが照射されない部位に比べて非常に微細な結晶組織
（微細化部位）が得られる。この微細化部位の硬さは約
２００Ｈｖであり、非常に硬い。また、この微細化部位
の厚さは、表面から３００μｍ〜５００μｍである。な
お、微細化部位では深くなるほど硬さは低下するが、レ
ーザー照射の効果は約１０００μｍまであることが判明
した。

【００２４】ところで、アルミニウム合金の表面層の全
面にレーザー照射するよりも、表面層を局部的にレーザ
ー照射したほうが、摺動性が向上することが判明した。
ここで、局部的にレーザー照射するとは、上記の微細化
部位が、例えば、所定幅をもつ帯状、所定幅をもつ格子
状、及び互いに独立して分散した円状のうちのいずれか
の形状になるようにレーザー照射することをいう。

【００２５】上記した微細化部位について、図１から図
３までを参照して説明する。図１に、微細化部位の形状
の例を挙げる。図１（ａ）は、点状の微細化部位が形成
されたアルミニウム合金摺動部材を模式的に示す平面図
であり、（ｂ）は、所定幅をもつ帯状の微細化部位が形
成されたアルミニウム合金摺動部材を模式的に示す平面
図であり、（ｃ）は、所定幅をもつ格子状の微細化部位
が形成されたアルミニウム合金摺動部材を模式的に示す
平面図であり、（ｄ）は、互いに独立して分散した円状
の微細化部位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を
模式的に示す平面図であり、（ｅ）は、連続した波状の
微細化部位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を模
式的に示す平面図である。

【００２６】図２と図３を参照して、微細化部位を含む
アルミニウム合金の横断面形状の一例とその合金組織に
ついて説明する。図２（ａ）は、微細化部位を含むアル
ミニウム合金の表面近傍を模式的に示す横断面図であ
り、（ｂ）は、微細化部位の全体を模式的に示す横断面
図である。図３は、Ｓｉ２０重量％、Ｃｕ１重量％、Ｐ
０．２重量％、残部Ａｌからなるアルミニウム合金摺動
部材の、微細化部位を形成する前の合金組織を示す顕微
鏡写真である。図４は、図３の合金組成からなるアルミ
ニウム合金摺動部材の表面に微細化部位を形成した後に
おけるこの微細化部位の合金組織を示す顕微鏡写真であ
る。

【００２７】微細化部位１２は他の部位１４よりも硬
く、表面上に分散して形成されており、相手材との摺動
の際には、微細化部位１２において荷重を負担すること
になる。この微細化部位１２の表面１２ａは微細な凹凸
面であり、相手材との接触面積が減少されるので、相手
材との凝着性が改善され、耐摩耗性が向上する。また、
微細化部位１２を含む合金の表面に潤滑油１８が介在す
る場合は、凝着性はいっそう改善され、耐摩耗性も向上
する。なお、図２（ａ）に示すように、表面近傍には、
初晶Ｓｉが分散している。

【００２８】ここで、本発明のアルミニウム合金摺動部
材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。また、溶融しているアルミニ
ウム合金に微量のＰが含まれているときも、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又は板状
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。

【００２９】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２０重量％以上４０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。

【００３０】但し、Ｃｕが０．０５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１０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、０．０５重量％以上１
０重量％以下のＣｕとした。なお、Ｃｕが１重量％以上
６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。

【００３１】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。 （５）Ｐについて 溶融状態のアルミニウムにＰを単独で添加しにくいの
で、ＣｕＰ母合金として添加する。Ｐは、アルミニウム
合金の結晶粒を微細化してその強度を向上させる。

【００３２】但し、Ｐが０．０１重量％未満のときは、
アルミニウム合金の結晶粒をほとんど微細化できない。
一方、Ｐが０．５重量％を超えたときは、アルミニウム
合金が脆弱化する。従って、０．０１重量％以上０．５
重量％以下のＰとした。なお、Ｐが０．０５重量％以上
０．３重量％以下の場合は、上記の効果がいっそう良好
に発揮される。また、Ｐと同時に添加されたＣｕは、上
記と同じ作用を奏する。

【００３３】

【実施例】［実施例１］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳ
ｉ母合金と、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金と
を準備し、Ｓｉが４０重量％、Ｃｕが１．０重量％、及
びＰが０．２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。

【００３４】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、４０
重量％のＳｉと、１．０重量％のＣｕと、０．２重量％
のＰ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３０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製した。

【００３５】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１５６であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１２３であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金とを準備
し、Ｓｉが３０重量％、Ｃｕが１．０重量％、及びＰが
０．２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。

【００３６】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、３０
重量％のＳｉと、１．０重量％のＣｕと、０．２重量％
のＰ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３０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製した。

【００３７】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１４７であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１１５であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金とを準備
し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが１．０重量％、及びＰが
０．２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。

【００３８】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、２０
重量％のＳｉと、１．０重量％のＣｕと、０．２重量％
のＰ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３０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製した。

【００３９】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１４４であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１１３であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金とを準備
し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが３．０重量％、及びＰが
０．２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。

【００４０】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、２０
重量％のＳｉと、３．０重量％のＣｕと、０．２重量％
のＰ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３０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製した。

【００４１】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１５０であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１１８であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金とを準備
し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが６．０重量％、及びＰが
０．２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。

【００４２】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、２０
重量％のＳｉと、６．０重量％のＣｕと、０．２重量％
のＰ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３０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの方形板を作製した。

【００４３】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１５３であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１２０であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金と、Ｍｇイ
ンゴットとを準備し、Ｓｉが２０重量％、Ｃｕが６．０
重量％、Ｍｇが１．０重量％、及びＰが０．２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。

【００４４】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、２０
重量％のＳｉと、６．０重量％のＣｕと、１．０重量％
のＭｇと、０．２重量％のＰ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
した。

【００４５】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１５８であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１２５であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ母合金と、５０重
量％のＦｅを含むＡｌＦｅ母合金とを準備し、Ｓｉが２
０重量％、Ｃｕが６．０重量％、Ｆｅが１．０重量％、
及びＰが０．２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。

【００４６】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、２０
重量％のＳｉと、６．０重量％のＣｕと、１．０重量％
のＦｅと、０．２重量％のＰ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
した。

【００４７】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１６０であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１２７であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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８］２５重量％のＳｉを含むＡｌＳｉ母合金
と、１４．５重量％のＰを含むＣｕＰ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２０重量％、Ｃｕが６．０重量％、Ｆ
ｅが１．０重量％、Ｍｇが１．０重量％、及びＰが０．
２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。

【００４８】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
ルミニウム合金を得た。このアルミニウム合金は、２０
重量％のＳｉと、６．０重量％のＣｕと、１．０重量％
のＦｅと、１．０重量％のＭｇと、０．２重量％のＰ
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の方形板を作製した。

【００４９】この方形板の表面に、出力１．５ｋｗのＹ
ＡＧレーザーを、照射角２０°、レーザー幅１．６ｍ
ｍ、速度１ｍ／分の条件で、２ｍｍ間隔の帯状に照射し
た。レーザー照射された帯状の部位（微細化部位）で
は、合金組織が微細化されており、この微細化部位の硬
さはビッカース（Ｈｖ）で１８０であり、一方、レーザ
ー照射されなかった部位（他の部位）の硬さはビッカー
ス（Ｈｖ）で１４３であった。このようにして微細化部
位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を製造し、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。

【００５０】上述した実施例１から８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６に模
式的に示す。 ［試験条件］摩擦試験としては、図６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。

【００５１】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］試験結果と各試験片の組成や硬さを表１に
示す。

【００５２】

【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。

【００５３】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３の試験片の耐荷重性が一番小さ
くて１９ｋｇｆ／ｃｍ² であり、一方、実施例８の試験
片の耐荷重性が一番大きくて２７ｋｇｆ／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３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０．０６から０．１３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、耐凝着性に非常に優れていることが判明した。

【００５４】

【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）アルミニウム合金摺動部材では、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。さらにま
た、Ｐによってアルミニウム合金の結晶粒がいっそう微
細化されるので、その強度も確実に向上する。このよう
にＡｌに適宜の量のＳｉ、Ｃｕ、及びＰ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アルミニウム
合金摺動部材が得られる。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。さらにま
た、アルミニウム合金摺動部材の表面に形成された微細
化部位は他の部位よりも硬く、表面上に分散して形成さ
れており、相手材との摺動の際には、微細化部位におい
て荷重を負担することになる。この微細化部位の表面は
微細な凹凸面であり、相手材との接触面積が減少される
ので、相手材との凝着性が改善され、耐摩耗性が向上す
る。また、微細化部位を含む合金の表面に潤滑油が介在
する場合は、凝着性はいっそう改善され、耐摩耗性も向
上する。

【００５５】ここで、上記のアルミニウム合金摺動部材
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。

【００５６】さらに、上記のアルミニウム合金摺動部材
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。

【００５７】さらにまた、上記のアルミニウム合金摺動
部材が、板状もしくは円筒状のものである場合は、その
表面層にレーザーを容易に照射できるので微細化部位を
容易に形成できる。

【００５８】さらにまた、上記微細化部位が、所定幅を
もつ帯状、所定幅をもつ格子状、及び互いに独立して分
散した円状のうちのいずれかの形状のものである場合
は、簡易な形状の微細化部位をもつアルミニウム合金摺
動部材が得られる。

【００５９】また、以上説明したように本発明の（請求
項６に記載された）アルミニウム合金摺動部材の製造方
法によって製造されたアルミニウム合金摺動部材では、
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、多量の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。さらにまた、Ｐによってアルミニウム合金の結晶粒
がいっそう微細化されるので、その強度も確実に向上す
る。このようにＡｌに適宜の量のＳｉ、Ｃｕ、及びＰ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
アルミニウム合金摺動部材が得られる。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。さらにまた、アルミニウム合金摺動部材の表面に形
成された微細化部位は他の部位よりも硬く、表面上に分
散して形成されており、相手材との摺動の際には、微細
化部位において荷重を負担することになる。この微細化
部位の表面は微細な凹凸面であり、相手材との接触面積
が減少されるので、相手材との凝着性が改善され、耐摩
耗性が向上する。また、微細化部位を含む合金の表面に
潤滑油が介在する場合は、凝着性はいっそう改善され、
耐摩耗性も向上する。

【００６０】ここで、上記のアルミニウム合金を得る際
に、０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有させる
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。

【００６１】さらに、上記のアルミニウム合金を得る際
に、０．１重量％以上２重量％以下のＦｅを含有させる
場合は、Ｆｅ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。

【００６２】さらにまた、上記アルミニウム合金を得る
際に、板状もしくは円筒状のアルミニウム合金を得る場
合は、その表面層にレーザーを容易に照射できるので微
細化部位を容易に形成できる。

【００６３】さらにまた、上記微細化部位を形成する際
に、所定幅をもつ帯状、所定幅をもつ格子状、及び互い
に独立して分散した円状のうちのいずれかの形状の微細
化部位を形成する場合は、簡易な形状の微細化部位をも
つアルミニウム合金摺動部材が得られる。

【００６４】さらにまた、上記微細化部位を形成する際
に、上記所定の部位にＹＡＧレーザーを照射して微細化
する場合は任意の形状の微細化部位を容易に形成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、点状の微細化部位が形成されたアル
ミニウム合金摺動部材を模式的に示す平面図であり、
（ｂ）は、所定幅をもつ帯状の微細化部位が形成された
アルミニウム合金摺動部材を模式的に示す平面図であ
り、（ｃ）は、所定幅をもつ格子状の微細化部位が形成
されたアルミニウム合金摺動部材を模式的に示す平面図
であり、（ｄ）は、互いに独立して分散した円状の微細
化部位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を模式的
に示す平面図であり、（ｅ）は、連続した波状の微細化
部位が形成されたアルミニウム合金摺動部材を模式的に
示す平面図である。

【図２】（ａ）は、微細化部位を含むアルミニウム合金
の表面近傍を模式的に示す横断面図であり、（ｂ）は、
微細化部位の全体を模式的に示す横断面図である。

【図３】Ｓｉ２０重量％、Ｃｕ１重量％、Ｐ０．２重量
％、残部Ａｌからなるアルミニウム合金摺動部材の、微
細化部位を形成する前の合金組織を示す顕微鏡写真であ
る。

【図４】図３の合金組成からなるアルミニウム合金摺動
部材の表面に微細化部位を形成した後におけるこの微細
化部位の合金組織を示す顕微鏡写真である。

【図５】摩擦試験の方法を模式的に示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ アルミニウム合金摺動部材 １２ 微細化部位 １４ 他の部位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J011 AA20 DA01 DA02 QA01 SB03 SB04 SE01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １０重量％以上４５重量％以下のＳｉ
   と、 ０．０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、 ０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰ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
   を有し、 その表面層のうちの所定の部位には、この所定の部位以
   外の他の部位よりも硬くて微細な結晶組織からなる微細
   化部位が形成されていることを特徴とするアルミニウム
   合金摺動部材。
2. 【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に記載のアルミニウ
   ム合金摺動部材。
3. 【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に記載のアル
   ミニウム合金摺動部材。
4. 【請求項４】 板状もしくは円筒状のものであることを
   特徴とする請求項１，２，又は３に記載のアルミニウム
   合金摺動部材。
5. 【請求項５】 前記微細化部位は、 所定幅をもつ帯状、所定幅をもつ格子状、及び互いに独
   立して分散した円状のうちのいずれかの形状のものであ
   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
   か一項に記載のアルミニウム合金摺動部材。
6. 【請求項６】 １０重量％以上４５重量％以下のＳｉ
   と、 ０．０５重量％以上１０重量％以下のＣｕと、 ０．０１重量％以上０．５重量％以下のＰ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
   を有するアルミニウム合金を得、 このアルミニウム合金の表面層のうちの所定の部位に、
   この所定の部位以外の他の部位よりも硬くて微細な結晶
   組織からなる微細化部位を形成することを特徴とするア
   ルミニウム合金摺動部材の製造方法。
7. 【請求項７】 前記アルミニウム合金を得る際に、 ０．５重量％以上５重量％以下のＭｇを含有させること
   を特徴とする請求項６に記載のアルミニウム合金摺動部
   材の製造方法。
8. 【請求項８】 前記アルミニウム合金を得る際に、 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６又は７に記載のアルミニウム合金摺
   動部材の製造方法。
9. 【請求項９】 前記アルミニウム合金を得る際に、 板状もしくは円筒状のアルミニウム合金を得ることを特
   徴とする請求項６，７，又は８に記載のアルミニウム合
   金摺動部材の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記微細化部位を形成する際に、 所定幅をもつ帯状、所定幅をもつ格子状、及び互いに独
    立して分散した円状のうちのいずれかの形状の微細化部
    位を形成することを特徴とする請求項６から９までのう
    ちのいずれか一項に記載のアルミニウム合金摺動部材の
    製造方法。
11. 【請求項１１】 前記微細化部位を形成する際に、 前記所定の部位にＹＡＧレーザーを照射して該所定の部
    位を微細化することを特徴とする請求項６から１０まで
    のうちのいずれか一項に記載のアルミニウム合金摺動部
    材の製造方法。