JP3753981B2 - Aluminum alloy sprayed layer and sliding material with excellent sliding properties - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動特性に優れた高Si−Al合金溶射層及び摺動材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
まず、耐摩耗性アルミニウム合金の従来技術を説明する。
鋳造もしくは鍛造により製造される共晶もしくは過共晶Al−Si系アルミニウム合金は耐摩耗性が良好であるが、Si含有量が15%を超えると製造が困難になるので、耐摩耗性もこのSi量で制約されることになる。
近年、急冷凝固アルミニウム合金粉末を使用した粉末冶金製品が多数提案されており(例えば特許第2535789号公報)、Si含有量が例えば14〜30%と非常に高いために耐摩耗性の向上は著しい。しかしながら、この合金はホットプレスに続いて熱間押出などの加工を行う必要があるから、大型部品を製造するためには非常に大容量のプレスや押出機の設備投資をしなければならないので、コスト面の競争力が著しく低いと言わざるをえない。
【0003】
優れた耐摩耗性を発揮できる35〜45重量%もの高いSi含有量をもつAl合金を溶射する方法として、初晶Siを晶出しないSi含有量のAl−Si合金とSi粒子を別々に用意して、同時に溶射することにより初晶Siが晶出しない高Si−Al合金を製造することが公知である(特許第2792130号公報)。この公報には溶射の具体的方法と溶射ガンは示されていないので、一般的火炎溶射法であると考えられる。これは、一般的溶射法で1種の粉末を使用すると初晶Siの晶出が避けられないので、上述のように二種の粉末を使用することが必要になっていると理解される。
さらに、アルミニウム合金に固体潤滑剤として黒鉛を添加することは公知である(特許第2584488号公報)。ただし、この公報の方法では真空又は不活性雰囲気中での焼結法が採用されており、黒鉛は粉末形態でアルミニウム合金粉と混合されている。
【0004】
トライボロジストVol.41,No.11の第19〜24頁に解説されているように、溶射技術は摺動層形成技衝として広く採用されている。ここで列挙されている溶射材料はZ n,Al,白溶性合金、耐熱合金、酸化物セラミックス、サーメットなどである。なお、黒鉛(グラファイト)、MoS2などの周知のトライボマテリアルを溶射することには言及されていない。
【0005】
本出願人は特願平10−68951号にてSi含有アルミニウム合金を溶射することによりSiの形態を粒状にする方法を提案した。
その後の研究によると溶射Si−Al合金のマトリックスにはSiが固溶しているために脆くなっており摺動特性上改良の余地があることが分かった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアルミニウム系溶射材料の開発は、初晶Siの微細化もしくは生成抑制、 Si含有量の増大や添加金属成分種類の工夫などの方向に向かっている。しかしながらこの方向の開発による摺動特性向上は限界がある。さらに、Al−Si合金を溶射すると脆化が招かれる。
本発明はこれら従来技術の抱える問題を解決するアルミニウム合金溶射層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】
本発明者らは通常のAl-Siアトマイズ粉末を溶射する通常の溶射法によると、Al-Si合金のマトリックスはSiの固溶により硬化することは避けられないので、溶射層を400 〜650℃の温度に保って、マトリックス中の固溶Siを析出させる;HVOF溶射法を採用する;アトマイズ粉末の一部に75〜200μmの粗粒を含み、平均粒径が 75 μ m 以上の粉末を使用する方法により、マトリックスの適切な硬さ範囲を見出して本発明を完成した。粗粒粉末はアトマイズ粉製造時の冷却速度が遅いため固溶Si量が少ないことを利用する。
すなわち、本発明は、Siを12〜60重量%、Snを0.1〜30重量%含有し、Si粒子を分散させたアルミニウム合金を含んでおり、アルミニウム合金マトリックスの平均表面硬さ(Hv)が50≦Hv≦(5/2)Si(wt%)+75であることを特徴とする摺動特性に優れたアルミニウム合金溶射層を提供するものである。
以下、本発明を詳しく説明する。なお百分率は特に断らない限り重量%である。
【0008】
本発明の溶射Al−Si系合金において、Siはアルミニウムマトリックス中に微細かつ多量に分散して合金の硬さを高めて耐摩耗性を向上させる。さらに、微細かつ多量に分散した粒状Siはアルミニウムマトリックスが相手材と凝着することによる焼付を起こり難くしている。Siの含有量が12%未満ではこの効果が少なく、一方60%を越えると合金が脆くなり好ましくない。なお、好ましいSi含有量は15〜60%であり、より好ましくは20〜45%である。
本発明において、Si粒子は、粒状、即ち圧延合金のSi粒子で見られるような、材料内の一つの方向が明らかに長い方向性がある粒子形状ではなく、どの方向でもほとんど同じ寸法の球状、塊状、多角状、凹凸輪郭を有する島状、その他これらに分類されない不定型形状で分散することが好ましい。より限定するならば最大径と最小径の比が平均で3倍以下である。
【0009】
続いてアルミニウム合金のマトリックスの硬さ(Hv)の範囲は図1に示すとおりである。ここで、硬さがHv50未満であると、耐焼付性が不良であり好ましくない。ちなみにHv50はA2024合金のT6調質状態にほぼ該当する。次に、Hv>(5/2)Si(wt%)+75であるとマトリックスが硬くかつ脆化しているので、耐摩耗性が不良となる。ここで一次式の勾配(5/2)はSi量が増加すると、許容マトリックス硬さの上限が増加すること意味している。これは、さらに分散Si粒子の量がSi量増大に対応して多くなると、マトリックスがある程度硬くともSi粒子の耐摩耗性作用により焼付を防止できることを意味する。この勾配が(5/2)より大きいと、高Si組成のAl合金でアブレーシブ摩耗が激しくなり、摩耗量が増大しかつ焼付き易くなり、一方(5/2)より小さくなると、耐焼付性が良好な組成が高Si域で本発明から除かれてしまう。同様に、一次式の75は上記の勾配とともに許容マトリックス硬さの上限を定める。
上記一次式は通常の溶射アトマイズ粉よりなる摺動層よりも低い表面硬さ(Hv)を定めており、このように硬さを定めることにより、マトリックスのアブレーシブな摩耗が起こって耐摩耗性が不良になることを防止している。
【0010】
アルミニウム合金のマトリックスの硬さはマイクロビッカース硬度計(荷重=25〜300g)で、研磨試料の組織をエッチングで表した試料を測定することにより行う。硬さの平均値は相手材と接触する面積全体の硬度を代表する値が得られるように行う。
【0011】
なお、アトマイズ粉末の全量もしくは一部を400〜650℃に熱処理することにより、マトリックス中の固溶Siを析出させることができる。析出により合金全体の硬度は上昇してもマトリックスの硬度が低下すればよい。
【0012】
本発明においてはSnを添加し、優れた耐摩耗性と耐焼付性をもつAl−Si−Sn系合金をマトリックスとして使用する。Snは、均一にアルミニウム中に分散して潤滑性やなじみ性を付与する成分であり、また、相手材に優先的に付着して、相手材に凝着したAlと軸受のAlの同種材料どうしの摺動が起こるのを妨げて、耐焼付性を高める。
Sn含有量が0.1%未満では潤滑性などの向上の効果が少なく、30%を超えると合金の強度が低下する。好ましいSn含有量は5〜25%である。Sn相は層内で片状を呈し、この形状は潤滑性の面で好ましいと考えられる。
【0014】
さらに、本発明者らは、共晶及び過共晶領域のAl−Si系アルミニウム合金摺動材料を簡単な方法で斜板の表面に摺動層として成膜し、かつ従来の各種摺動層よりも優れた摺動特性を発揮させるための研究を行った。
従来、グラファイトやMoSなどのトライボ材料と溶射技術を結び付ける検討は行われていなかった。ところで、アルミニウム合金の溶射温度は700℃以上が必要であり、一方グラファイトと酸素の反応は500℃以上で活発に起こるので、溶射火炎中に少量でも酸素が存在しているとグラファイトは溶射層中に取り込まれないおそれがある。したがって、本発明者らは、グラファイトは溶射雰囲気中に存在する酸素により燃焼し消失するのではないか、またMoSも同様に分解消失するのではないかとの懸念を抱いたが、予想外にこれらトライボ材料がAl材料中に分散できることを見出した。
即ち、本発明は、Siを12〜60重量%、Snを0.1〜30重量%含有し、粒状Siを分散させたアルミニウム合金と、該アルミニウム合金からなるマトリックスに分散したグラファイト型もしくは無定形炭素あるいは結晶化した程度の両者の中間にある炭素及びMoSからなる群の少なくとも1種の分散相とからなることを特徴とする摺動特性に優れた溶射層を提供するものである。
【0015】
本発明においては、アルミニウム合金の溶射法としてトライボロジストVol.41,No.11、第20頁、図2に掲載されている高速ガス火炎溶射法(HVOF、high velocity oxyfuel)を採用する。この方法は同誌第20頁右欄第4〜13行に記載された特長を有しているので、特長あるSi相形態が得られると考えられる。
溶射粉末としてはAl−Si合金,Al−Si−Sn合金などのアトマイズ粉末を使用することができる。これらのアトマイズ粉末は完全に基板上で溶融しその後凝固してもよく、あるいは一部が未溶融状態で基板上に被着され粉末の組織が残るようにしてもよい。
溶射条件としては、酸素圧力0.9〜1.2MPa,燃料圧力0.6〜0.9MPa,溶射距離50〜250mmが好ましい。
溶射層の厚さは10〜500μm,特に10〜300μmが好ましい。
溶射後のアルミニウム合金の硬度はHv100〜400の範囲にある。従来の12%Si含有アルミニウム合金の硬度はHv50〜100の範囲にあるので、本発明の溶射層は非常に硬質であると言える。
【0016】
続いて、アルミニウム合金マトリックスに溶射により分散させる相について説明する。この分散相の材料はアルミニウム合金もしくはその原料粉末とともに溶射される。これらのトライボ材料は上記した高速ガス火炎溶射法によると溶射中に燃焼分解などを受けることが比較的少なく溶射層中に取り込まれる。
炭素質物質としては、無定形炭素、グラファイト、結晶化の程度が両者の中間にある炭素などを使用する。グラファイトは天然黒鉛及び人造黒鉛の何れでもよい。黒鉛は強い劈開性をもつので、この性質を利用して摺動特性を高めることができる。炭素質物質はグラファイト構造が顕著ものは劈開性性による効果を発揮し、一方二次元構造が不明瞭になるにしたがい、耐磨耗性を発揮して、摺動特性を高める。またこれらの炭素質物質は、溶射中に溶融しないために溶射層中に原料粉末形状を比較的に保ってそのままの状態で分散している。
他の分散であるMoSは周知のトライボマテリアルであるが、過酷な条件下での溶射層の摺動特性改良の効果は少なく、穏やか条件したではグラファイトほどではないが摺動特性を改良する効果はある。
上記トライボ材料の量は溶射層に対して2〜40重量%であることが好ましく、より好ましくは5〜25重量%である。また、トライボ材料の溶射前平均粒径は10〜50μmであることが好ましく、より好ましくは20〜40μmである。
【0017】
上記したアルミニウム合金と炭素質物質及び/又はMoS2以外には、FeB,Fe3P,A12O3,SiO2,SiC,Si3N4などの硬質物を耐摩耗性向上のために添加することもできる。これらの物質は溶射中に溶解せず合金中に分散される。これらの硬質物は溶射層全体に対して20重量%以下とすることが好ましい。
【0018】
溶射層を形成する基板としては、鉄、銅、アルミニウムなどの各種金属基板を使用することができる。基板の表面はショットブラストなどにより、好ましくはRz10〜60μmの表面粗さに粗面化しておくと、膜の密着強度が高くなる。具体的には剪断破壊試験法により密着強度を測定したところ、鋼基板(ショッドラスト)に対する溶射Ni皮膜の密着強度が30〜50MPaであったのに対し、本発明皮膜の密着強度は40〜60MPaであった。したがって従来密着性が良いと言われているNi溶射皮膜と同等密着性が得られる。
【0019】
溶射層をオーバレイなしで使用する場合は、溶射層表面をR z3.2μm以下に仕上げることが好ましい。
オーバレイを使用した摺動材料として本発明を実施する場合はSn系、Pb−Snなどの軟質金属や,MoS2、グラファイト、MoS2+グラファイトなどの固体潤滑剤やこれらの樹脂を樹脂と混合したなじみ性にすぐれた各種軟質皮膜を溶射層に固着して使用することができる。上記の軟質皮膜と溶射層を組み合わせると耐焼付性が飛躍的に高められ、青銅系摺動材料を凌駕する性能が得られる。
上述のように、溶射層中に存在するMoS2は冷凍機油がないような過酷な条件下での摺動特性の改善効果は少ないが、オーバレイとしてのMoS2は抜群の効果を発揮する。
【0020】
【作用】
一般に、アルミウム合金のマトリックスを硬化・強化することは、摺動特性に有効であるが、溶射アルミニウム合金の場合は硬化が過度になってアブレーシブな摩耗を招き逆効果となるので、本発明においては、マトリックスから固溶元素を析出させることを提案している。一方、本発明のようにマトリックス中の溶質元素がほぼ枯渇するようなAl合金は、通常は相手材との凝着による摩耗が起こり易くなるが、溶射材料の場合は多量のSiが、しかも好ましくは粒状形態で含有しているために、弊害を招くことはない。
【0021】
【実施例】
実施例1
以下の表1に組成及び調製法を示すアルミニウム合金アトマイズ粉末(平均粒径−75μm)を調製し、市販の純アルミ圧延板にスチールグリッド(寸法0.7mm)によるショットブラストを施し、表面を粗さR z45μmに粗面化したものを基板として溶射を行った。
溶射はHVOF型溶射機(スルザーメテコ社製DJ)を使用し、下記条件で溶射を行った。
酸素圧力:1.0Mpa
燃料圧力:0.7MPa
溶射距離:180mm
溶射層厚さ:200μm
【0022】
溶射層の耐摩耗性試験を下記条件で行ない、その結果を組成とともに表1に示す。
試験機:3ピン/ディスク摩擦摩耗試験機
荷重:40kgf/cm2
回転数:700rpm
時間:2Hr
【0023】
【表1】

Figure 0003753981
【0024】
この表に見られるように、本発明法によりマトリックスの硬さを所定値以下にすることにより耐摩耗性が著しく向上する。
実施例3の粉末及び溶射層の金属顕微鏡組織をそれぞれ図2、3に示す。比較例3の粉末及び溶射層の金属顕微鏡組織をそれぞれ図4、5に示す。図2、3を図4、5と比較すると熱処理により粉末中のSi粒子層は粗大化し、またこれと対応して溶射層中のSi粒子も粗大化していることが分かる。
【0025】
次に、溶射層の耐焼付試験を下記条件で行い、その結果を組成とともに図6(表2)に示す。
試験機:3ピン/ディスク摩擦摩耗試験機
荷重:40kgf/cm2より20kgf/cm2づつ漸増(最大150kgf/cm2
回転数:7200rpm
時間:15分ずつステップアップ(計150分)
表2より、本発明の溶射層及び軟質皮膜を固着した溶射摺動材料はマトリックスが硬い比較例よりも耐焼付性が優れていることが分かる。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると従来本出願人が提案した溶射Al合金よりも一層良好な耐摩耗性及び耐焼付性を達成することができる。
このために、本発明の溶射層は各種摺動材料として好ましく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のアルミニウム合金マトリックス表面硬さとSi量の関係を示すグラフである。
【図2】 実施例3のアトマイズ粉末の組織を示す金属顕微鏡写真である。
【図3】 実施例3の溶射層の組織を示す金属顕微鏡写真である。
【図4】 比較例3のアトマイズ粉末の組織を示す金属顕微鏡写真である。
【図5】 比較例3の溶射層の組織を示す金属顆微鏡写真である。
【図6】 焼付試験に供した供試材の性状と試験結果を示す図表(表2)である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-Si-Al alloy sprayed layer and a sliding material excellent in sliding characteristics.
[0002]
[Prior art]
First, the prior art of an abrasion resistant aluminum alloy will be described.
Eutectic or hypereutectic Al-Si aluminum alloys produced by casting or forging have good wear resistance. However, if the Si content exceeds 15%, production becomes difficult. It will be constrained by the amount of Si.
In recent years, many powder metallurgy products using rapidly solidified aluminum alloy powders have been proposed (for example, Japanese Patent No. 2535789), and the Si content is very high, for example, 14 to 30%, so the wear resistance is remarkably improved. . However, since this alloy needs to be processed by hot extrusion followed by hot extrusion, it is necessary to invest in a very large capacity press and extruder to produce large parts. It must be said that cost competitiveness is extremely low.
[0003]
As a method of thermal spraying Al alloy with high Si content of 35-45% by weight that can exhibit excellent wear resistance, Si-Al alloy with Si content that does not crystallize primary Si and Si particles are prepared separately Thus, it is known to produce a high Si—Al alloy in which primary Si does not crystallize by spraying simultaneously (Japanese Patent No. 2792130). Since this publication does not show a specific method of spraying and a spray gun, it is considered to be a general flame spraying method. It is understood that it is necessary to use two kinds of powders as described above because crystallization of primary crystal Si cannot be avoided if one kind of powder is used in a general thermal spraying method.
Furthermore, it is known to add graphite as a solid lubricant to an aluminum alloy (Japanese Patent No. 2584488). However, the method of this publication employs a sintering method in a vacuum or an inert atmosphere, and graphite is mixed with aluminum alloy powder in a powder form.
[0004]
Tribologist Vol. 41, no. As described on pages 19 to 24 of No. 11, thermal spraying technology is widely adopted as a sliding layer forming technology. The thermal spray materials listed here are Zn, Al, white soluble alloys, heat resistant alloys, oxide ceramics, cermets, and the like. Incidentally, graphite, is not mentioned in that spraying known Tribo materials such as MoS 2.
[0005]
In Japanese Patent Application No. 10-68951, the present applicant has proposed a method of making the Si morphology granular by spraying a Si-containing aluminum alloy.
Subsequent research shows that the matrix of the sprayed Si-Al alloy is brittle because of the solid solution of Si, and there is room for improvement in terms of sliding properties.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The development of conventional aluminum-based thermal spray materials is moving toward the refinement or suppression of primary Si, the increase in Si content, and the contrivance of the types of added metal components. However, there is a limit to the improvement of sliding characteristics by development in this direction. Furthermore, thermal spraying of an Al—Si alloy causes embrittlement.
It is an object of the present invention to provide an aluminum alloy sprayed layer that solves these problems of the prior art.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the usual spraying method for spraying ordinary Al-Si atomized powders, the present inventors cannot avoid the Al-Si alloy matrix being hardened by solid solution of Si. keeping the temperature to precipitate a solid solution of Si in the matrix; HVOF thermal spraying method to adopt; a part of the atomized powder comprises coarse particles of 75~200Myuemu, average particle size using the above powder 75 mu m Thus, the present invention was completed by finding an appropriate hardness range of the matrix. Coarse-grained powder uses the fact that the amount of dissolved Si is small because of the slow cooling rate during atomized powder production.
That is, the present invention includes an aluminum alloy containing 12 to 60% by weight of Si and 0.1 to 30% by weight of Sn and having Si particles dispersed therein, and the average surface hardness (Hv) of the aluminum alloy matrix is 50. It is an object to provide an aluminum alloy sprayed layer excellent in sliding characteristics, characterized in that ≦ Hv ≦ (5/2) Si (wt%) + 75.
The present invention will be described in detail below. Percentages are by weight unless otherwise specified.
[0008]
In the sprayed Al-Si alloy of the present invention, Si is finely dispersed in a large amount in an aluminum matrix to increase the hardness of the alloy and improve the wear resistance. Furthermore, the granular Si dispersed in a large amount makes it difficult for seizure due to the adhesion of the aluminum matrix to the counterpart material. If the Si content is less than 12%, this effect is small, whereas if it exceeds 60%, the alloy becomes brittle. In addition, preferable Si content is 15 to 60%, More preferably, it is 20 to 45%.
In the present invention, the Si particles are not granular, that is, a particle shape in which one direction in the material is clearly long, as seen in the Si particles of a rolled alloy. It is preferable to disperse in a lump shape, a polygonal shape, an island shape having a concavo-convex contour, and other irregular shapes not classified into these. More specifically, the ratio of the maximum diameter to the minimum diameter is 3 times or less on average.
[0009]
Subsequently, the range of the hardness (Hv) of the matrix of the aluminum alloy is as shown in FIG. Here, if the hardness is less than Hv50, the seizure resistance is poor, which is not preferable. By the way, Hv50 almost corresponds to the T6 tempered state of A2024 alloy. Next, when Hv> (5/2) Si (wt%) + 75, since the matrix is hard and brittle, the wear resistance is poor. Here, the gradient (5/2) of the linear equation means that the upper limit of the allowable matrix hardness increases as the Si amount increases. This means that if the amount of dispersed Si particles increases corresponding to the increase in Si amount, seizure can be prevented by the wear resistance action of the Si particles even if the matrix is somewhat hard. If this gradient is greater than (5/2), the abrasive wear will be severe in Al alloys with high Si composition, the amount of wear will increase and seizure will be easier, while if it is smaller than (5/2), seizure resistance will be increased. A good composition is excluded from the present invention in the high Si region. Similarly, the linear expression 75, together with the above gradient, defines an upper limit for acceptable matrix hardness.
The above primary equation defines a lower surface hardness (Hv) than a sliding layer made of ordinary sprayed atomized powder. By determining the hardness in this way, abrasive wear of the matrix occurs and wear resistance is improved. Preventing it from becoming defective.
[0010]
The hardness of the matrix of the aluminum alloy is measured by measuring a sample obtained by etching the structure of the polished sample with a micro Vickers hardness meter (load = 25 to 300 g). The average value of hardness is set so that a value representative of the hardness of the entire area in contact with the counterpart material is obtained.
[0011]
In addition, the solid solution Si in a matrix can be deposited by heat-processing the whole quantity or one part of atomized powder to 400-650 degreeC. Even if the hardness of the entire alloy is increased by precipitation, the hardness of the matrix may be decreased.
[0012]
In the present invention, Sn is added, and an Al—Si—Sn alloy having excellent wear resistance and seizure resistance is used as a matrix. Sn is a component that uniformly disperses in aluminum and imparts lubricity and conformability. Also, Sn adheres preferentially to the mating material and adheres to the mating material between the same material of Al and the bearing Al. This prevents the occurrence of sliding and improves seizure resistance.
If the Sn content is less than 0.1%, the effect of improving lubricity is small, and if it exceeds 30%, the strength of the alloy decreases. A preferable Sn content is 5 to 25%. The Sn phase exhibits a flake shape in the layer, and this shape is considered preferable in terms of lubricity.
[0014]
Furthermore, the present inventors formed an eutectic and hypereutectic region Al-Si aluminum alloy sliding material as a sliding layer on the surface of the swash plate by a simple method, and various conventional sliding layers. We conducted research to demonstrate better sliding characteristics.
Conventionally, no examination has been made to combine a thermal spraying technique with a tribo material such as graphite or MoS 2 . By the way, the spraying temperature of the aluminum alloy needs to be 700 ° C. or higher, while the reaction between graphite and oxygen occurs actively at 500 ° C. or higher. Therefore, if even a small amount of oxygen is present in the spray flame, the graphite is in the sprayed layer. May not be included. Therefore, the present inventors were concerned that graphite may burn and disappear due to oxygen present in the spraying atmosphere, and that MoS 2 may also decompose and disappear in the same manner. It has been found that these tribo materials can be dispersed in an Al material.
That is, the present invention includes an aluminum alloy containing 12 to 60% by weight of Si and 0.1 to 30% by weight of Sn, in which granular Si is dispersed, and a graphite type or an amorphous material dispersed in a matrix made of the aluminum alloy. It is intended to provide a sprayed layer excellent in sliding characteristics, characterized by comprising at least one dispersed phase of the group consisting of carbon and MoS 2 in the middle of both carbon and crystallized levels.
[0015]
In the present invention, the tribologist Vol. 41, no. 11, High-speed gas flame spraying method (HVOF) described in FIG. 2 is adopted. Since this method has the features described in the same page, page 20, right column, lines 4 to 13, it is considered that a characteristic Si phase form can be obtained.
As the thermal spraying powder, an atomized powder such as an Al—Si alloy or an Al—Si—Sn alloy can be used. These atomized powders may be completely melted on the substrate and then solidified, or a part thereof may be deposited on the substrate in an unmelted state to leave a powder structure.
As the thermal spraying conditions, an oxygen pressure of 0.9 to 1.2 MPa, a fuel pressure of 0.6 to 0.9 MPa, and a spraying distance of 50 to 250 mm are preferable.
The thickness of the sprayed layer is preferably 10 to 500 μm, more preferably 10 to 300 μm.
The hardness of the aluminum alloy after thermal spraying is in the range of Hv 100 to 400. Since the hardness of the conventional 12% Si-containing aluminum alloy is in the range of Hv 50-100, it can be said that the thermal sprayed layer of the present invention is very hard.
[0016]
Next, the phase dispersed in the aluminum alloy matrix by thermal spraying will be described. The material of the dispersed phase is sprayed together with the aluminum alloy or its raw material powder. According to the above-described high-speed gas flame spraying method, these tribo materials are relatively less likely to undergo combustion decomposition during spraying and are taken into the sprayed layer.
As the carbonaceous material, amorphous carbon, graphite, carbon having a middle degree of crystallization, or the like is used. Graphite can be either natural graphite and artificial graphite. Since graphite has a strong cleaving property, this property can be used to improve the sliding characteristics. A carbonaceous material with a remarkable graphite structure exerts the effect of cleavage, while the two-dimensional structure becomes obscured and exhibits wear resistance and improves sliding characteristics. Further, since these carbonaceous materials are not melted during the thermal spraying, they are dispersed as they are in the thermal spraying layer while keeping the raw material powder shape relatively.
Although MoS 2 is another dispersed phase is a well known Tribo material, the effect of the sliding property improving the thermal sprayed layer under severe conditions less, but not more graphite than was mild conditions improve sliding characteristics There is an effect to do.
The amount of the tribo material is preferably 2 to 40% by weight, more preferably 5 to 25% by weight with respect to the sprayed layer. Moreover, it is preferable that the average particle diameter before thermal spraying of a tribo material is 10-50 micrometers, More preferably, it is 20-40 micrometers.
[0017]
Hard materials such as FeB, Fe 3 P, A1 2 O 3 , SiO 2 , SiC, Si 3 N 4 are added to improve wear resistance in addition to the above-mentioned aluminum alloy and carbonaceous material and / or MoS 2 You can also These materials are not dissolved during spraying but are dispersed in the alloy. These hard materials are preferably 20% by weight or less based on the entire sprayed layer.
[0018]
Various substrates such as iron, copper, and aluminum can be used as the substrate on which the sprayed layer is formed. If the surface of the substrate is roughened to a surface roughness of preferably Rz 10 to 60 μm by shot blasting or the like, the adhesion strength of the film is increased. When specifically to measure the adhesion strength by shear failure test method, while the adhesion strength of the sprayed Ni film to steel substrate (Shoddo blanking last) was 30~50MPa, adhesion strength of the present invention coating 40 It was 60 MPa. Therefore, it is possible to obtain the same adhesiveness as that of the Ni sprayed coating, which is conventionally said to have good adhesiveness .
[0019]
When the sprayed layer is used without an overlay, the surface of the sprayed layer is preferably finished to Rz3.2 μm or less.
When carrying out the present invention as a sliding material using overlay, a soft metal such as Sn-based or Pb-Sn, a solid lubricant such as MoS 2 , graphite, MoS 2 + graphite, or these resins are mixed with a resin. Various soft coatings with excellent conformability can be used by adhering to the sprayed layer. Combining the above-mentioned soft coating and sprayed layer dramatically improves the seizure resistance and provides performance that surpasses bronze-based sliding materials.
As described above, MoS 2 present in the sprayed layer has little improvement effect on sliding characteristics under severe conditions where there is no refrigerating machine oil, but MoS 2 as an overlay exhibits an excellent effect.
[0020]
[Action]
Generally, hardening / strengthening the matrix of aluminum alloy is effective for sliding properties, but in the case of a sprayed aluminum alloy, the hardening becomes excessive, resulting in abrasive wear and counterproductive effects. It has been proposed to precipitate solid solution elements from the matrix. On the other hand, the Al alloy in which the solute elements in the matrix are almost depleted as in the present invention usually tends to wear due to adhesion with the counterpart material, but in the case of a thermal spray material, a large amount of Si is preferable. Since it is contained in a granular form, no harmful effects are caused.
[0021]
【Example】
Example 1
Prepare aluminum alloy atomized powder (average particle size -75μm) whose composition and preparation method are shown in Table 1 below, and apply shot blasting with a steel grid (dimension 0.7mm) to a commercially pure aluminum rolled plate to roughen the surface. Thermal spraying was performed using a substrate roughened to Rz 45 μm.
Thermal spraying was performed using an HVOF type thermal spraying machine (DJ made by Sulzer Metco) under the following conditions.
Oxygen pressure: 1.0 Mpa
Fuel pressure: 0.7 MPa
Thermal spray distance: 180mm
Thermal spray layer thickness: 200 μm
[0022]
The abrasion resistance test of the sprayed layer was conducted under the following conditions, and the results are shown in Table 1 together with the composition.
Testing machine: 3-pin / disk friction and abrasion testing machine Load: 40 kgf / cm 2
Rotation speed: 700rpm
Time: 2Hr
[0023]
[Table 1]
Figure 0003753981
[0024]
As can be seen from this table, the wear resistance is remarkably improved by reducing the hardness of the matrix to a predetermined value or less by the method of the present invention.
The metal microstructures of the powder and sprayed layer of Example 3 are shown in FIGS. 2 and 3, respectively. FIGS. 4 and 5 show metal microstructures of the powder and the sprayed layer of Comparative Example 3, respectively. Comparing FIGS. 2 and 3 with FIGS. 4 and 5, it can be seen that the Si particle layer in the powder is coarsened by the heat treatment, and the Si particles in the sprayed layer are also coarsened correspondingly.
[0025]
Next, a seizure resistance test of the sprayed layer was performed under the following conditions, and the results are shown in FIG. 6 (Table 2) together with the composition.
Tester: three-pin / disc friction wear testing machine Load: than 40kgf / cm 2 20kgf / cm 2 increments increasing (up to 150 kgf / cm 2)
Rotation speed: 7200rpm
Time: Step up by 15 minutes (total 150 minutes)
From Table 2, it can be seen that the thermal spray sliding material to which the thermal spray layer and the soft coating of the present invention are fixed has better seizure resistance than the comparative example having a hard matrix.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to achieve better wear resistance and seizure resistance than the conventional sprayed Al alloy proposed by the present applicant.
For this reason, the sprayed layer of the present invention can be preferably used as various sliding materials.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the surface hardness of an aluminum alloy matrix of the present invention and the amount of Si.
2 is a metal micrograph showing the structure of atomized powder of Example 3. FIG.
3 is a metallographic micrograph showing the structure of the thermal sprayed layer of Example 3. FIG.
4 is a metallographic micrograph showing the structure of an atomized powder of Comparative Example 3. FIG.
5 is a metal condylar micrograph showing the structure of a sprayed layer of Comparative Example 3. FIG.
FIG. 6 is a table (Table 2) showing properties and test results of test materials subjected to a seizure test.

Claims (4)

Siを12〜60重量%、Snを0.1〜30重量%含有し、残部が Al 及び不可避的不純物からなる、アトマイズによって製造したアルミニウム合金あって、一部に75〜200μmの粗粒を含み、平均粒径が75μ m 以上のアルミニウム合金粉末を高速ガス火炎溶射し、その後400 〜650℃に熱処理することにより、アルミニウム合金マトリックスの平均表面硬さ(Hv)を50≦Hv≦(5/2)Si(wt%)+75に調整し、Si粒子を分散させ、摺動特性に優れたアルミニウム合金溶射層。 An aluminum alloy produced by atomization containing 12 to 60% by weight of Si, 0.1 to 30% by weight of Sn, and the balance consisting of Al and inevitable impurities , partly containing 75 to 200 μm coarse grains , average particle size and high-speed gas flame spraying the above aluminum alloy powder 75 micron m, then 400 by heat treatment to 650 ° C., an average surface hardness of the aluminum alloy matrix (Hv) of 50 ≦ Hv ≦ (5/2) Si (wt%) was adjusted to + 75, the Si particles are dispersed, an aluminum alloy sprayed layer excellent in sliding characteristics. 前記Si粒子が粒状である請求項1記載の摺動特性に優れたアルミニウム合金溶射層。  The aluminum alloy sprayed layer having excellent sliding characteristics according to claim 1, wherein the Si particles are granular. 前記アルミニウム合金と、残部がグラファイト型もしくは無定形炭素あるいは結晶化した程度が両者の中間にある炭素及びMoSからなる群の少なくとも1種の分散相とからなる請求項1又は2記載の摺動特性に優れたアルミニウム合金溶射層。The sliding according to claim 1 or 2, comprising the aluminum alloy and at least one dispersed phase of the group consisting of carbon and MoS 2 in which the balance is graphite-type or amorphous carbon, or the degree of crystallization is between them. Aluminum alloy sprayed layer with excellent properties. 請求項1から3までの何れか1項記載の溶射層に、SnもしくはPb−Sn系金属皮膜、あるいはMoS,グラファイトもしくはMoSとグラファイトを樹脂と混合した固体潤滑剤皮膜を固着させた摺動材料。A slide in which an Sn or Pb-Sn metal coating or a solid lubricant coating in which MoS 2 , graphite or MoS 2 and graphite are mixed with a resin is fixed to the sprayed layer according to any one of claims 1 to 3. Moving material.
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