JP4203803B2

JP4203803B2 - Magnesium alloy sliding member

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Publication number: JP4203803B2
Application number: JP2003158399A
Authority: JP
Inventors: 勝義近藤
Original assignee: Todai TLO Ltd
Current assignee: Todai TLO Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004359995A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシウム合金からなる摺動部材に関し、特に油潤滑環境下で使用されるマグネシウム合金摺動部材に関するものである。
【０００２】
より具体的に説明すると、本発明は、油潤滑環境下で１対のマグネシウム合金部材同士が摩擦摺動した際にも、一方の部材が他方の部材との焼付き・凝着現象を抑制し、摩擦係数の低減を可能とするマグネシウム合金摺動部材に関するものである。この種のマグネシウム合金摺動部材は、例えば、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）やパワーステアリング等における潤滑油の循環回路内に配置される油圧制御バルブや油流量制御バルブ等に使用される。
【０００３】
【従来の技術】
近年、地球環境問題や埋没資源・エネルギーの有効活用などの観点から、軽量化技術に対するニーズが益々高くなっている。とりわけ、自動車やバスといった輸送機器における軽量化は、燃費改善に直結するので、ＣＯ_２ガスをはじめとする大気汚染物質の排出量の削減や、エネルギー消費量の削減などの効果を生む。
【０００４】
従来、軽量化の観点から、工業用金属材料のなかで最も軽量であるアルミニウムが積極的に使用されてきた。例えば、自動車のエンジンブロックやトランスミッションケースなどを鋳鉄からアルミニウム合金に変えることにより、数ｋｇから十数ｋｇの軽量化効果が得られた。
【０００５】
自動車の各種機能を制御するための油圧制御あるいは油流量制御系システムにおいて、そのケースやカバーなどをアルミニウム合金に置換えた場合、熱膨張率の観点から、その中に使用する部品についてもアルミニウム合金とする必要がある。
【０００６】
例えば、油循環回路を有する油圧制御システムは、ケースと、その内部で往復運動するバルブスプールとから構成される。この場合、ケースのアルミニウム化に伴って、バルブスプールも同様にアルミニウム合金とすることにより、両者の熱膨張率を出来る限り近づけることが望ましい。これは、次の理由による。
【０００７】
稼動時には循環回路内を流れる潤滑油の温度が１２０〜１８０℃程度にまで上昇するため、ケースとバルブスプールとの熱膨張率が大きくなり過ぎると、両者のクリアランスが増大し、油圧・油流量の減少あるいは不安定性を招く。その結果、制御機能の低下を生じる。このような問題点を生じさせないために、ケースとバルブスプールの熱膨張率をできるだけ近づけることが必要である。
【０００８】
一方、バルブスプールはケースに対して摩擦摺動するので、これらの両部材には良好な耐摩耗性および耐焼付き性が必要とされる。さらに、高い追随性および応答性を確保するために、低い摩擦係数が要求される。
【０００９】
上記の要求に着目した先行技術文献として、例えば、特開平２−１７３４７２号公報および特開平１１−１１７０３４号公報がある。特開平２−１７３４７２号公報には、摩擦摺動面にアルマイト処理やＮｉ−Ｐメッキ処理などを施すことが開示されている。特開平１１−１１７０３４号公報には、バルブスプール側に窒化アルミニウムを分散させる技術が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２−１７３４７２号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平１１−１１７０３４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
更なる軽量化が求められる今日では、アルミニウムよりも約３０％以上の軽量化効果があるマグネシウム（Ｍｇ）合金の使用が検討されている。マグネシウム合金の利用は、例えば、携帯電話やノートパソコンなどの筐体を中心に既に工業的にも実用化されている。
【００１３】
自動車用エンジンブロックやトランスミッションケースなどにマグネシウム合金を使用することに関して、プロトタイプの試作品ではあるが、使用可能なレベルにまで改善されているのが現状である。
【００１４】
しかしながら、マグネシウム合金は、硬さ、剛性、高温特性、耐腐食性において劣っている。特に、マグネシウム合金は、アルミニウムよりも柔らかいために、摩擦摺動部品への適用においては、耐摩耗性および耐焼付き性の点で大幅な改善が必要不可欠である。耐摩耗性を付与する表面処理技術に関しても、皮膜そのものの特性は改善されたものの、マグネシウム合金素地との密着性やコストなど、改善すべき問題が多数残されている。それゆえに、現状では、マグネシウム合金を上述のようなバルブスプール等の摺動部品に適用することは困難と考えられている。
【００１５】
本発明の目的は、マグネシウム合金同士が摺動する用途に使用されるマグネシウム合金摺動部材を経済性よく製造することである。
【００１６】
本発明の他の目的あるいは具体的な目的は、潤滑油環境下でマグネシウム合金部材同士が摩擦摺動した際に、摩耗損傷や焼付き・凝着現象を生じることなく、しかも摩擦係数を低減させることで、優れた追随性と油圧・油流量抑制効果を有する摺動部材を得ることである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に従ったマグネシウム合金摺動部材は、一方が他方に対して摺動する関係にあり、両者がマグネシウム合金からなる１対の摺動部材である。少なくとも一方の摺動部材は、素地中に、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうちの少なくとも一方を含む。
【００１８】
一つの実施形態では、一方の摺動部材が非溶製マグネシウム合金からなり、他方の摺動部材が溶製マグネシウム合金からなる。この場合、非溶製マグネシウム合金が、マグネシウムシリサイドおよび酸化マグネシウムのうちの少なくとも一方を含む。
【００１９】
一方の摺動部材がマグネシウムシリサイドを含む場合、好ましくは、マグネシウムシリサイドの含有量は、体積分率で、１．８〜５．５体積％である。また、一方の摺動部材は、２〜６重量％のシリコン（Ｓｉ）を含むものであってもよい。
【００２０】
一方の摺動部材が酸化マグネシウムを含む場合、好ましくは、酸化マグネシウムの含有量は、体積分率で、１．２〜７．５体積％である。また、一方の摺動部材は、０．５〜３重量％の酸素（Ｏ）を含むものであってもよい。
【００２１】
一つの実施形態では、一方の摺動部材は、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２および／またはＭｇ_２Ａｌ_３の金属間化合物を含む。この場合、好ましくは、一方の摺動部材は、２〜１０重量％のアルミニウム（Ａｌ）を含む。
【００２２】
一方の摺動部材は、０．５〜１０重量％の黒鉛粒子を含んでもよい。また一方の摺動部材の空孔率は、好ましくは、３〜６体積％である。
【００２３】
他方の摺動部材は、好ましくは、１５０℃における引張強さが１３０ＭＰａ以上であり、２００℃における引張強さが８０ＭＰａ以上である。また、他方の摺動部材は、Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｃａ，Ｓｒ，ＲＥ（希土類元素）からなる元素群から選ばれた少なくとも１種以上を含むものであってもよい。
【００２４】
具体的な用途として、例えば、他方の摺動部材はバルブケースであり、一方の摺動部材は、バルブケース内を往復摺動するバルブスプールである。この場合、好ましくは、一方の摺動部材の熱膨張率をα_Ａとし、他方の摺動部材の熱膨張率をα_Ｂとすると、両者の差Δα（＝｜α_Ｂ−α_Ａ｜）が３×１０^−６／℃以下である。バルブスプールに、表面被膜処理を施すようにしてもよい。
【００２５】
この発明に従った単体としてのマグネシウム合金摺動部材は、マグネシウム合金の素地中に、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうちの少なくとも一方を含む。
【００２６】
好ましくは、熱膨張率が２４×１０^−６〜２６．５×１０^−６／℃である。
【００２７】
このマグネシウム合金摺動部材は、好ましくは、マグネシウム合金からなる相手材に対して使用される。この場合、相手材は、好ましくは、熱膨張率が２１×１０^−６〜２７×１０^−６／℃である。
【００２８】
単体としてのマグネシウム合金摺動部材がマグネシウムシリサイドを含む場合、好ましくは、マグネシウムシリサイドの含有量は、体積分率で、１．８〜５．５体積％である。また、マグネシウム合金摺動部材が２〜６重量％のシリコン（Ｓｉ）を含むものであってもよい。
【００２９】
単体としてのマグネシウム合金摺動部材が酸化マグネシウムを含む場合、好ましくは、酸化マグネシウムの含有量は、体積分率で、１．２〜７．５体積％である。マグネシウム合金摺動部材は、例えば、０．５〜３重量％の酸素（Ｏ）を含む。
【００３０】
マグネシウム合金摺動部材は、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２および／またはＭｇ_２Ａｌ_３の金属間化合物を含むものであってもよい。この場合、マグネシウム合金摺動部材は、好ましくは、２〜１０重量％のアルミニウム（Ａｌ）を含む。
【００３１】
マグネシウム合金摺動部材は、例えば、０．５〜１０重量％の黒鉛粒子を含む。また、好ましくは、マグネシウム合金摺動部材の空孔率は、３〜６体積％である。
【００３２】
上記構成を備える本発明の作用効果については、以下の「発明の実施の形態」の項の中で説明する。
【００３３】
【発明の実施の形態】
例えば、油圧制御バルブまたは油流量制御バルブにおいては、油が循環するバルブケース内でバルブスプールが往復摺動する。そのため、バルブスプールに対して、耐摩耗性、耐焼付き性とともに、相手攻撃性の緩和が要求される。それに加えて、高速追随性を実現するためにスプール自身の軽量化が必要であり、かつ摺動時における摩擦係数の低減が求められる。
【００３４】
既に説明した通り、従来、バルブケースおよびバルブスプールの両方にアルミニウム合金が使用されており、スプールの表面には硬質アルマイト処理やＮｉ−Ｐメッキ処理といった皮膜処理が施されていた。しかしながら、この従来技術においては、摺動時におけるバルブスプール表面の皮膜剥離のおそれがあり、さらには相手攻撃性に問題がある。また、表面処理およびその前後での機械加工工程に要するコスト増加といった経済的課題も有する。
【００３５】
更なる軽量化の観点から、バルブケースを含むポンプ、トランスミッションやエンジンなどのハウジング・カバーなどにマグネシウム合金を採用する傾向がある。この場合、従来のアルミニウム合金製のバルブスプールをそのまま使用すれば、稼動時における１２０〜１８０℃の高温下での両者の熱膨張率の差に起因するバルブ／ケース間のクリアランスの増加を伴う。その結果、油圧・油流量の変動が生じて、要求される高精度な電子制御が実現できなくなる。
【００３６】
そこで、本発明の実施の形態に係る摺動部材としてのバルブに用いられるマグネシウム合金においては、耐摩耗性および耐焼付き性の向上、相手材への攻撃性緩和、ならびに摺動時における摩擦係数の軽減などの目的から、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ₂Ｓｉ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうちの少なくとも一方を素地中に分散させている。特に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が相手材への攻撃性緩和に効果的である。また素地中に、自己潤滑成分として、例えば、黒鉛や二硫化モリブデンなどの粒子を分散させることにより、さらなる摩擦係数の低減を実現できる。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態であるバルブを図解的に示す断面図である。図示するバルブ１は、油流入経路２ａおよび油流出経路２ｂを有するバルブケース２と、バルブケース２内を矢印Ａの方向に往復摺動するバルブスプール３とを備える。バルブケース２およびバルブスプール３のうちの少なくとも一方は、素地中に、マグネシウムシリサイドおよび酸化マグネシウムのうちの少なくとも一方を含む。
【００３８】
図示した実施形態では、バルブケース２が溶製マグネシウム合金からなり、バルブスプール３が非溶製マグネシウム合金からなる。非溶製マグネシウム合金からなるバルブスプール３が、素地中にマグネシウムシリサイドおよび酸化マグネシウムのうちの少なくとも一方を含む。
【００３９】
図２は、非溶製マグネシウム合金からなるバルブスプール３の合金組織を図解的に示している。図示するように、この実施形態では、バルブスプール３の合金素地１０中に、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）粒子１１、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粒子１２、および黒鉛粒子１３が分散している。
【００４０】
以下には、特許請求の範囲に記載した各構成の作用効果を説明する。
（１）非溶製マグネシウム合金
（Ａ）マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）
従来のマグネシウム合金は６０〜８０Ｈｖ程度のマイクロ硬さ、４４ＧＰａ程度のヤング率を有するのに対し、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）は３００〜７００Ｈｖ程度のマイクロ硬さと１２０ＧＰａ程度のヤング率を有している。したがって、マグネシウム合金の素地中にマグネシウムシリサイドを粒子として分散させることにより、マグネシウム合金の機械的特性を向上させることができる。マグネシウムシリサイドは、硬さおよびヤング率を向上させることに加えて、耐磨耗性や耐焼付き性、さらには耐腐食性を改善する効果を有する。
【００４１】
マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）の含有量は、体積分率で１．８〜５．５体積％であることが好ましい。その含有量が１．８体積％未満であれば、上記の改善効果は十分に得られない。一方、その含有量が５．５体積％を超えると、相手材への攻撃性が増加してバルブケースを摩擦損傷させてしまうことに加えて、バルブスプール自身の機械加工性（切削性・研削性）が低下するといった問題が生じる。
【００４２】
マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）はマグネシウム合金中のＳｉとＭｇとの反応生成物である。上記の１．８〜５．５体積％のＭｇ_２Ｓｉ含有量をマグネシウム合金全体におけるＳｉ含有量として重量基準で換算すると、およそ２〜６重量％となる。したがって、好ましいシリコン（Ｓｉ）含有量は２〜６重量％である。
【００４３】
（Ｂ）酸化マグネシウム（ＭｇＯ）
従来のマグネシウム合金では、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は、機械的特性、鋳造性、鍛造性、圧延加工性などを低下させる不純物であるので、含有することは好ましくないとされている。従来、鋳造過程などで自然形成される酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量は、多くとも０．３体積％程度とされている。
【００４４】
本願発明の発明者は、従来敬遠されていた酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を微細粒子として積極的にマグネシウム合金中に分散させることにより、マグネシウム合金の摩擦摺動特性、特に相手材への攻撃性緩和を可能とできることを見出した。
【００４５】
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有量は、体積分率で１．２〜７．５体積％であることが好ましい。その含有量が１．２体積％未満であれば、上記の改善効果は十分に得られない。一方、その含有量が７．５体積％を超えると、強度や靱性などの機械的特性と加工性（切削性・研削性）が低下する。
【００４６】
ＭｇＯの生成には、例えば、出発材料中への添加成分としてＳｉＯ２やγＡｌ_２Ｏ_３などの酸化物を用いる。これら酸化物は、先ず加熱過程でＭｇによって還元分解され、その後の酸化反応（Ｍｇ＋１／２Ｏ_２→ＭｇＯ）によってＭｇＯが生成する。ゆえに、上記の１．２〜７．５体積％のＭｇＯ含有量をマグネシウム合金全体における酸素（Ｏ）含有量として重量基準で換算すると、０．５〜３重量％となる。したがって、好ましい酸素含有量は０．５〜３重量％である。
【００４７】
なお、適用できる酸化物としての元素の条件としては、マグネシウムの融点である６５０℃未満の固相温度域において、その元素の酸化物生成自由エネルギーが、ＭｇＯ生成自由エネルギーよりも大きく、またその元素がＭｇと安定な化合物を生成するものであることが好ましい。ＳｉＯ_２を使用した場合にはＭｇ_２Ｓｉを生成し、γＡｌ_２Ｏ_３を使用した場合にはＭｇ_１７Ａｌ_１２および／またはＭｇ_２Ａｌ_３といった金属間化合物を生成する。
【００４８】
（Ｃ）Ｍｇ_１７Ａｌ_１２および／またはＭｇ_２Ａｌ₃の金属間化合物
これらの化合物はマグネシウム合金素地中に分散して、合金の強度や硬さ、耐摩耗性・耐腐食性を向上させる効果を有する。従来の鋳造法あるいはダイカスト法などの溶解製法によれば、これらの化合物は粗大に連結したネットワーク構造あるいはデンドライト組織構造、層状構造などを有しているため、マグネシウム合金の機械的特性の低下に加えて、押出加工性・圧延加工性などの２次加工性を低下させる。しかしながら、本発明では、非溶解製法を基本とすることから、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２やＭｇ₂Ａｌ_３などの金属間化合物は粗大に成長せず、微細な粒子として素地中に分散する。その結果、２次加工性を低下させることなく、上記の各種特性を向上させることができる。
【００４９】
ただし、Ｍｇ_１７Ａｌ_１２および／またはＭｇ₂Ａｌ_３の金属間化合物の含有量が少ない場合には上記の効果は十分に得られず、一方、多すぎるとかえって機械的特性などの低下を招く。本発明のマグネシウム合金におけるＭｇ_１７Ａｌ_１２および／またはＭｇ₂Ａｌ_３の金属間化合物に関する適切な含有量に基づいて、マグネシウム合金中のアルミニウム（Ａｌ）含有量に換算すると、重量基準で２〜１０％であることが望ましい。
【００５０】
（Ｄ）自己潤滑成分粒子（黒鉛）
黒鉛粒子はマグネシウム合金中に分散することで擦動時の摩擦係数を低下させる効果を有する。その適切な含有量は０．５〜１０重量％である。０．５重量％未満であれば、その効果はなく、一方、１０重量％を越えるとマグネシウム合金の機械的特性を低減させる。同様の効果を発現する自己潤滑成分としてニ硫化モリブデンや窒化ボロンなどがある。
【００５１】
（Ｅ）非溶製マグネシウム合金の製造方法
既に説明した通り、Ｍｇ_２Ｓｉはマグネシウム合金中のＳｉとＭｇとの反応生成物であり、本発明では、Ｓｉ粒子あるいはＳｉＯ_２粒子のどちらか一方、あるいは両方の粒子とマグネシウム合金粉末との混合体を加圧成形固化する。得られた固体化をマグネシウムの融点（６５０℃）未満の固相温度域で加熱・保持することで次式に示されるいずれか、あるいは両方の反応が進行する。
【００５２】
Ｓｉ＋２Ｍｇ →Ｍｇ_２Ｓｉ・・・・・・・・・（１）
ＳｉＯ_２＋4Ｍｇ →Ｍｇ_２Ｓｉ＋2ＭｇＯ・・・・（２）
上記の反応により、素地中に、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうち、少なくとも一方もしくは両方を含むマグネシウム合金が得られる。
【００５３】
上記のように式（１）および式（２）に記載の反応はいずれも、固相状態で生じることから反応過程での生成物の顕著な粗大成長は生じない。したがって、微細にＳｉ粒子あるいはＳｉＯ_２粒子を用いることでＭｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯ粒子の微細分散が可能となる。具体的には、Ｓｉ粒子あるいはＳｉＯ_２粒子の好ましい大きさは、平均粒子径で１〜５０μｍ程度であり、より好ましくは１〜２０μｍである。１μｍを下回るような微細粒子を使用すると、静電引力あるいは表面張力などによってそれら粒子間での凝集現象が生じ、粗大な２次粒子を形成する。その結果、上記の反応を阻害することや、また応力集中部となるためにマグネシウム合金の機械的特性の低下を招く。
【００５４】
その他のＡｌ粉末、γＡｌ_２Ｏ_３粒子、黒鉛粒子なども、Ｓｉ粒子やＳｉＯ_２粒子と同様にマグネシウム合金粉末と共に所定の配合比率で混合し、それを出発原料として使用する。
【００５５】
なお、固化体を加熱・保持することで各反応生成物を固化体中に分散させるが、この状態では固化体内部に約１０〜２０体積％の空孔を有するため、十分な機械的特性が得られない。したがって、通常は加熱・保持した後、直ちに温間塑性加工、例えば、押出加工、鍛造加工、圧延加工などを施すことで緻密化を促進させてマグネシウム合金の機械的特性を向上させる。特に、バルブスプールを製造する場合は、押出加工によって棒状素材を作製し、これを機械加工によって凹凸や溝部を有するバルブ形状に仕上げる。
【００５６】
本発明では、固化体の空孔率や押出加工比などの加工条件を制御することで押出材の空孔率を調整できることを見出しており、例えば、押出材の空孔率を３〜６％程度にすることで、これらの空孔が油溜り（オイルピット）を形成し、さらに潤滑効果を向上させて摩擦係数の低下あるいは安定化を可能とする。
【００５７】
ただし、バルブケースとの擦動時における初期なじみ性を改善する目的で、バルブスプール表面にクロムメッキや樹脂系皮膜処理などを必要に応じて行うことも有効である。特に、循環経路を有することから、他の部位で発生した摩耗粉、例えば、同じ循環経路内にあるギア同士が接触する部分から発生する微細鉄粉などの異物粒子がスプールとケースとの間に入ることが考えられる。このような場合、上記の表面皮膜処理を施すことでスティック現象（焼付きによる相手材とのかじり現象）を抑制することができる。
（２）溶製マグネシウム合金
バルブケースやポンプケース、トランスミッションカバーなどは、複雑な形状・構造を有することから、鋳造法やダイカスト法で作製することが多い。本発明の一実施形態では、バルブケースをこれらの溶解製法を用いて製造する。通常、稼動時での潤滑油の温度は１２０〜１８０℃であるが、多くの場合は１５０℃での引張強さをもとに設計する。ただし、安全設計として２００℃での引張強さを用いる場合もある。
【００５８】
本発明では，バルブケースに用いるマグネシウム合金の１５０℃における引張強さは１３０ＭＰa以上であり、また２００℃における引張強さが８０ＭＰａ以上である必要性を見出した。つまり、これらの条件を満足しない場合には、稼動過程において繰り返して付与される応力によりバルブケースが変形・損傷するためである。
【００５９】
このような耐熱強度を改善させるには、例えば、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｒ、ＲＥ（希土類元素；ランタン、ミッシュメタル）からなる元素群のうち少なくとも１種以上を含むことが有効である。
（３）バルブスプールとバルブケースとの熱膨張率の関係
本発明の一実施形態において、非溶製マグネシウム合金からなるバルブスプールは、溶製マグネシウムからなるバルブケース内を往復運動する。この往復摺動によって、油の循環回路の開閉量を調整することで油の圧力および流量が制御される。その安定性能はバルブスプールとバルブケースのクリアランスに大きく依存する。つまり、両者間のクリアランスが増大すると、油圧の低下や油流量の増加といった変動が生じる。
【００６０】
回路内を循環する油の温度が１２０〜１８０℃程度に上昇することから、バルブスプールとバルブケースとの熱膨張率の差によってクリアランスが増減することに着目し、マグネシウム合金を用いた場合であっても油圧および油流量を安定に制御するために適正な両者間での熱膨張率の関係を見出した。具体的には、バルブスプールに用いる非溶製マグネシウム合金の熱膨張率をα_Ａとし、バルブケースに用いる溶製マグネシウム合金の熱膨張率をα_Bとするとき、両者の差△α（＝｜α_B−α_Ａ｜）が３×１０^-6／℃以下となる場合において、油圧および油流量を適正に安定制御できる。
【００６１】
（α_B−α_Ａ）の値が３×１０^-6／℃よりも大きい場合には、油温の上昇によってクリアランスが適正値よりも大きくなるため、油圧の低下あるいは油流量の増加・変動を誘発する。一方、（α_B−α_Ａ）の値が−３×１０^-6／℃よりも小さい場合には、バルブスプールの外径が著しく増加し、バルブケースの内径面と接触し、油圧の増加あるいは油流量の低下、さらにはバルブスプールの追随性・応答性の低下といった問題が生じる。
【００６２】
バルブスプールに用いる非溶製マグネシウム合金の熱膨張率は、各元素あるいは化合物の含有量によって制御することが可能である。なかでもＭｇ_２Ｓｉが他の元素や化合物に比べて小さいことから、通常はＭｇ_２Ｓｉの含有量によって非溶製マグネシウム合金の熱膨張率を制御する。
【００６３】
マグネシウム合金素地中に、マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のうちの少なくとも一方を含む非溶製のマグネシウム合金摺動部材は、好ましくは、その熱膨張率が２４×１０^- ^６〜２６．５×１０^- ^６／℃以下である。その際における相手材の熱膨張率は２１×１０^-6〜２７×１０^-6／℃以下である。この場合、相手材としては、マグネシウム合金のほかに従来のアルミニウム合金を使用することもできる。
【００６４】
【実施例】
（実施例１）
ＡＺ３１合金インゴット（組成：Ｍｇ−２．９Ａｌ−１．１Ｚｎ／ｍａｓｓ％）から粉砕加工によって作製した同合金粉末（平均粒子径：１．１ｍｍ）を非溶解マグネシウム合金の素地を構成するための出発原料とし、これに添加する別の原料としてシリコン（Ｓｉ）粉末（平均粒子径：１１μｍ）とシリカ（ＳｉＯ_２）粉末（同：１２μｍ）を準備した。
【００６５】
上記各粉末を所定の比率となるように混合した。この混合の際に、微細なＳｉ粉末またはＳｉＯ_２粉末と粗大なＡＺ３１粉末とが２相分離するといった問題を解消するようにした。
【００６６】
具体的には、先ず容器にＡＺ３１粉末を投入してこれに重量基準で０．５％のオレイン酸を添加した後、振動機にこの容器を装着して所定の時間、振動を与えることでＡＺ３１粉末の表面をオレイン酸でコーティングした。その後、容器の中にＳｉ粉末またはＳｉＯ_２粉末を投入し、再度、振動させることでＡＺ３１粉末表面にＳｉ粉末またはＳｉＯ_２粉末がオレイン酸を介して付着した。こうして上記の２相分離現象を解決した。
【００６７】
上記のようにして得られた複合化粉末を常温で金型成形によって円柱状成形体（相対密度：８０〜９０％）に固化した。
【００６８】
続いて、この固化体をアルゴンガス雰囲気に管理した加熱炉（４５０〜５４０℃）内で保持して所定の温度で加熱した。この加熱保持によってＡＺ３１粉末中のＭｇ成分と添加したＳｉまたはＳｉＯ_２との固相反応によってＭｇ_２Ｓｉを、あるいはＭｇ_２ＳｉおよびＭｇＯの両者を合成した。
【００６９】
加熱後、直ちに温間押出加工（ダイス温度：３００℃、押出比：３７）によって緻密化することにより、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子および／またはＭｇＯ粒子がＡＺ３１合金組成からなる素地中に均一に分散した非溶解マグネシウム合金を得た。
【００７０】
各マグネシウム合金におけるＭｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯの含有量（体積分率）を表１に示す。ただし、表１において残部は素地（マトリックス）を構成するＡＺ３１合金である。なお、比較例としてＡＺ３１合金粉末のみを同様の条件で成形・温間押出加工を施した素材を用いた。各押出素材から直径６ｍｍφ、全長１５ｍｍのピン状摩耗試験片を採取し、次に記述する湿式摩耗試験に供した。
【００７１】
本試験においては、ピンオンディスク試験装置を用いて摩擦摺動性能を評価した。ディスク側（表面仕上げ粗さ▽▽▽）にはＡＺ９１溶製マグネシウム合金（Ｍｇ−８．８Ａｌ−０．９２Ｚｎ／ｍａｓｓ％）を用いた。潤滑油は常温のＡＴＦ（オートマチックトランスミッション油）を１００ｍｌ／分の割合で両者の摺動面近傍に供給し、加圧荷重：５００Ｎ、滑り速度：１ｍ／秒とした。この条件下で３０分間、摩擦試験を行って摩擦係数μを測定した。得られたμ値についても表１に併せて示す。
【００７２】
【表１】

【００７３】
本発明例（試料Ｎｏ.１〜８）においては、Ｍｇ_２ＳｉおよびＭｇＯのうち少なくとも一方を含むことにより、優れた耐摩耗性とそれによる低い摩擦係数を発現していることが明確に認められる。特に、Ｍｇ_２Ｓｉに加えてＭｇＯを含む場合（試料Ｎｏ.１〜５）、ＭｇＯによる相手材への攻撃性の緩和によって摩擦係数μの値は更に低減できる。
【００７４】
一方、比較例（試料Ｎｏ.９〜１２）では、Ｍｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯの含有量が適正範囲から外れているため、焼付・凝着現象の発生あるいは相手材への攻撃現象によって摩擦係数の増加を生じた。
【００７５】
また、比較例（試料Ｎｏ.１３）では、Ｍｇ_２ＳｉおよびＭｇＯのいずれも含まないため、耐摩耗性が十分でなく、相手材との摩耗損傷や局部的な凝着（焼付き）現象を引き起こすことで摩擦係数が増加した。
【００７６】
（実施例２）
ＡＭ６０合金インゴット（組成：Ｍｇ−６．１Ａｌ−０．２Ｚｎ−０．２５Ｍｎ／ｍａｓｓ％）から粉砕加工によって作製した同合金粉末（平均粒子径：１．１ｍｍ）を非溶解マグネシウム合金の素地を構成するための出発原料とし、これに添加する別の原料としてシリコン（Ｓｉ）粉末（平均粒子径：１１μｍ）とシリカ（ＳｉＯ_２）粉末（同：１２μｍ）を準備した。
【００７７】
上記各粉末を所定の比率で混合した。この混合の際に、微細なＳｉ粉末またはＳｉＯ_２粉末と、粗大なＡＭ６０粉末とが２相分離するといった問題を解消するようにした。具体的には、先ず容器にＡＭ６０粉末を投入してこれに重量基準で０．５％のオレイン酸を添加した後、振動機にこの容器を装着して所定の時間、振動を与えることでＡＭ６０粉末の表面をオレイン酸でコーティングした。その後、容器の中にＳｉ粉末またはＳｉＯ_２粉末を投入し、再度、振動させることでＡＭ６０粉末表面にＳｉ粉末またはＳｉＯ_２粉末がオレイン酸を介して付着した。こうして上記の２相分離現象を解決した。
【００７８】
上記のようにして得られた複合化粉末を常温で金型成形によって円柱状成形体（相対密度：８０〜９０％）に固化した。
【００７９】
続いて、この固化体をアルゴンガス雰囲気に管理した加熱炉（４５０〜５４０℃）内で保持して所定の温度で加熱した。この加熱保持によってＡＭ６０粉末中のＭｇ成分と添加したＳｉまたはＳｉＯ_２との固相反応によってＭｇ_２Ｓｉを、あるいはＭｇ_２ＳｉおよびＭｇＯの両者を合成した。
【００８０】
加熱後、直ちに温間押出加工（ダイス温度：３００℃、押出比：３７）によって緻密化することで、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子および／またはＭｇＯ粒子がＡＭ６０合金組成からなる素地中に均一に分散した非溶解マグネシウム合金を得た。
【００８１】
各マグネシウム合金におけるＭｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯの含有量（体積分率）を表２に示す。ただし、表２において残部は素地（マトリックス）を構成するＡＭ６０合金である。なお、比較例としてＡＭ６０合金粉末のみを同様の条件で成形・温間押出加工を施した素材を併せて用いた。そして各押出素材から直径６ｍｍφ、全長１５ｍｍのピン状摩耗試験片を採取し、次に記述する湿式摩耗試験に供した。
【００８２】
本試験においては、実施例１と同様にピンオンディスク試験装置を用いて摩擦摺動性能を評価した。ディスク側（表面仕上げ粗さ▽▽▽）にはＡＺ９１溶製マグネシウム合金（Ｍｇ−８．８Ａｌ−０．９２Ｚｎ／ｍａｓｓ％）を用いた。潤滑油は常温のＡＴＦ（オートマチックトランスミッション油）を１００ｍｌ／分の割合で両者の摺動面近傍に供給し、加圧荷重：５００Ｎ，滑り速度：１ｍ／秒とした。この条件下で３０分間、摩擦試験を行って摩擦係数μを測定した。得られたμ値についても表２に併せて示す。
【００８３】
【表２】

【００８４】
表２における本発明例（試料Ｎｏ．１〜５）においては、Ｍｇ_２ＳｉおよびＭｇＯのうち少なくとも一方を含むことにより、優れた耐摩耗性とそれによる低い摩擦係数を発現していることが明確に認められる。特に、Ｍｇ_２Ｓｉに加えてＭｇＯを含む場合（試料Ｎｏ.１〜３）、ＭｇＯによる相手材への攻撃性の緩和によって摩擦係数は更に低減できる。
【００８５】
一方、比較例（試料Ｎｏ.６〜８）では、Ｍｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯの含有量が適正範囲を外れているため、焼付・凝着現象の発生あるいは相手材への攻撃現象によって摩擦係数の増加を生じた。特に、適正範囲の上限値を超えるＭｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯを含む場合、マグネシウム合金の強度・靭性が低下するために、摩擦摺動過程で端部が欠損して焼付き・凝着現象を誘発した。
【００８６】
また、比較例（試料Ｎｏ．９）では、Ｍｇ_２ＳｉおよびＭｇＯのいずれも含まないため、耐摩耗性が十分でなく、相手材との摩耗損傷や局部的な凝着（焼付き）現象を引き起こすことで摩擦係数が増加した。
【００８７】
（実施例３）
実施例１で使用したＡＺ３１合金粉末（平均粒子径：１．１ｍｍ）、シリカ（ＳｉＯ_２）粉末（同：１２μｍ）、鱗片状黒鉛粉末（同：３μｍ）を出発原料として準備し、所定の組成となるように各粉末を配合・混合した。なお、ＳｉＯ_２粉末および黒鉛粉末の偏析・凝着現象を解消するため、実施例１で用いたオレイン酸によるＡＺ３１合金粉末の表面への均一付着を行った。
【００８８】
得られた複合化粉末を常温で金型成形によって円柱状成形体（相対密度；８３〜９２％）に固化した。
【００８９】
続いて、これをアルゴンガス雰囲気に管理した加熱炉（４５０〜５６０℃）内で保持して所定の温度で加熱した。この加熱保持によってＡＺ３１粉末中のＭｇ成分と添加したＳｉＯ_２固相反応によってＭｇ_２ＳｉおよびＭｇＯを合成した。
【００９０】
加熱後、直ちに温間押出加工（ダイス温度：３００℃、押出比：３７）によって緻密化することで、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子、ＭｇＯ粒子および黒鉛粒子がＡＺ３１合金組成からなる素地中に均一に分散した非溶解マグネシウム合金を得た。
【００９１】
各マグネシウム合金における黒鉛粒子の含有量（重量基準）を表３に示す。ただし、表３において残部は素地を構成するＡＺ３１合金とＭｇ_２ＳｉおよびＭｇＯである。ここで、いずれのマグネシウム合金においてもＭｇ_２ＳｉとＭｇＯの含有量（体積分率）はそれぞれ２．６％と３．５％と同一とした。そして各押出素材から直径６ｍｍφ、全長１５ｍｍのピン状摩耗試験片を採取し、次に記述する湿式摩耗試験に供した。また同じ押出素材から引張試験片を採取し、常温にて引張試験を行った。その際に得られた引張強さについても表３に記載する。
【００９２】
本試験においては、ピンオンディスク試験装置を用いて摩擦摺動性能を評価した。ディスク側（表面仕上げ粗さ▽▽▽）にはＡＺ９１溶製マグネシウム合金（Ｍｇ−８．８Ａｌ−０．９２Ｚｎ／ｍａｓｓ％）を用いた。潤滑油は常温のＡＴＦ（オートマチックトランスミッション油）を１００ｍｌ／分の割合で両者の摺動面近傍に供給し、加圧荷重：５００Ｎ，滑り速度：０．３ｍ／秒とした。この条件下で３０分間、摩擦試験を行って摩擦係数μを測定した。得られたμ値についても表３に併せて示す。
【００９３】
【表３】

【００９４】
表３に見るように、黒鉛粒子の添加量が増加することで摩擦係数μは低下しており、黒鉛粒子による潤滑効果が認められる。なお、黒鉛粒子の添加量が増加することでマグネシウム押出合金の引張強さは徐々に低下し、特に適正範囲の上限値を超えると、強度は著しく低下する。その結果、摩擦摺動過程において合金素材の損傷による焼付き・凝着現象が一部に発生し、摩擦係数の増加が生じる。
【００９５】
（実施例４）
実施例１で作製した本発明例のマグネシウム合金試料Ｎｏ．２からなるピン状摩耗試験片（直径６ｍｍφ、全長１５ｍｍ）を準備した。また、表４に示す高温引張り特性（１５０℃および２００℃での引張強さ）を有する溶解マグネシウム合金を相手ディスク材（表面仕上げ粗さ▽▽▽）として準備した。両者をピンオンディスク試験装置に装着して摩擦摺動性能を評価した。潤滑油はＡＴＦ（オートマチックトランスミッション油）を１８０℃になるように温度管理した状態で１００ｍｌ／分の割合で両者の摺動面近傍に供給し、加圧荷重：２５０Ｎ，滑り速度：０．６ｍ／秒として連続６０分間の摩擦試験を行った。その際に得られた摩擦係数μの値についても表４に併せて示す。
【００９６】
【表４】

【００９７】
表４に見るように、適正な高温引張強さを有するマグネシウム合金（試料Ｎｏ．１〜３）を相手ディスク材として用いた場合、焼付き・凝着現象を伴うことなく低い摩擦係数を発現した。
【００９８】
一方、比較例（試料Ｎｏ．４，５）に示すように、高温引張り強さが適正範囲から外れた場合には、摩擦摺動面の一部に焼付き・凝着現象が発生し、その結果、摩擦係数の増加が見られた。
【００９９】
（実施例５）
適正なる量のＭｇ_２Ｓｉおよび／またはＭｇＯを含む非溶解マグネシウム合金からなるバルブスプール（直径１０ｍｍ、全長３６ｍｍ）を準備した。各マグネシウム合金の熱膨張率（αＶ）を表５に示す。一方、鋳造法によって作製した溶解マグネシウム合金からなるバルブケースを準備した。両者の熱膨張率の差△αを表５に示す。
【０１００】
バルブスプールをバルブケースにセットし、１５０℃に管理したＡＴＦ（オートマチックトランスミッション油）を循環させた状態で４００時間の耐久試験を行った。試験後のバルブスプールおよびバルブケースの損傷状況と油圧変動率を評価した。なお、油圧変動率は、耐久試験後の油圧の目標値に対する最大変動幅の比率（％表示）を示している。また表中に示されている熱膨張率の値は、常温から２００℃までの値の平均値を示している。
【０１０１】
【表５】

【０１０２】
表５において、本発明例（試料Ｎｏ．１〜３）に示すように、非溶解マグネシウム合金の熱膨張率αＶあるいは両者の熱膨張率の差△αが適正な範囲を満足する場合には、スプールおよびケースの摩擦摺動面において摩耗損傷や焼付き・凝着現象は見られず、良好な摺動面が確認された。また油圧変動率の値は３％以内であり、オイルポンプの性能を著しく損なわないことが確認された。
【０１０３】
一方、比較例（試料Ｎｏ．４〜６）では、αＶあるいは△αが適正な範囲を満足しないために摩擦摺動過程において、スプールとケースとのクリアランスが過小あるいは過大となり、その結果、摺動面での摩耗損傷や凝着現象の発生、あるいは油圧変動率の増加といった問題が生じた。
（実施例６）
実施例１で用いたＡＺ３１合金粉末とシリカ（ＳｉＯ_２）粉末を出発原料とし、両者を適正な比率で配合した後、常温で金型成形によって円柱状成形体（相対密度：８５％）に固化した。
【０１０４】
続いて、これをアルゴンガス雰囲気に管理した加熱炉内において５２０℃の温度で加熱・保持した。この加熱保持によってＡＺ３１粉末中のＭｇ成分と添加したＳｉＯ_２との固相反応によってＭｇ_２ＳｉおよびＭｇＯを合成した。
【０１０５】
加熱後、直ちに温間押出加工（ダイス温度：３００℃）によって緻密化することで、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子およびＭｇＯ粒子がＡＺ３１合金組成からなる素地中に均一に分散した非溶解マグネシウム合金を得た。このとき、マグネシウム合金におけるＭｇ_２ＳｉとＭｇＯの含有量（体積分率）はそれぞれ２．２％と２．９％である。
【０１０６】
押出固化する際の塑性加工量を変えることでマグネシウム合金中の空孔率を調整した。その結果を表６に示す。そして得られた押出素材から直径６ｍｍφ、全長１５ｍｍのピン状摩耗試験片を採取し，実施例１と同様の摩擦試験に供した。
【０１０７】
本試験においては、ピンオンディスク試験装置を用いて摩擦摺動性能を評価した。ディスク側（表面仕上げ粗さ▽▽▽）にはＡＺ９１溶製マグネシウム合金（Ｍｇ−８．８Ａｌ−０．９２Ｚｎ／ｍａｓｓ％）を用いた。潤滑油は常温のＡＴＦ（オートマチックトランスミッション油）を１００ｍｌ／分の割合で両者の摺動面近傍に供給し、加圧荷重：５００Ｎ、滑り速度：１ｍ／秒とした。この条件下で３０分間、摩擦試験を行って摩擦係数μを測定した。得られたμ値についても表６に併せて示す。
【０１０８】
【表６】

【０１０９】
表６に見るように、非溶解マグネシウム合金試料Ｎｏ．１〜５において空孔率が６％以下の範囲では、引張強さを著しく低下させることなく、摩擦係数の低減効果を発現する。これは空孔部分が油溜りとなり、潤滑油膜の形成を促進するため、空孔率が増加することでより安定した油膜を形成し、その結果、摩擦係数が低下する。
【０１１０】
一方，試料Ｎｏ．６および７においては、空孔率が適正範囲の上限値である６％を越えるため、マグネシウム合金の強度が低下し、その結果、摩擦摺動過程で相手材との焼付き・凝着現象、さらには試料端部の欠損といった問題が生じた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるバルブを図解的に示す断面図である。
【図２】非溶製マグネシウム合金からなるバルブスプールの合金組織を図解的に示す図である。
【符号の説明】
１バルブ、２バルブケース、３バルブスプール、１０素地、１１マグネシウムシリサイド（Ｍｇ_２Ｓｉ）粒子、１２ＭｇＯ粒子、１３黒鉛粒子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sliding member made of a magnesium alloy, and more particularly to a magnesium alloy sliding member used in an oil lubrication environment.
[0002]
More specifically, the present invention suppresses the seizure / adhesion phenomenon between one member and the other member even when a pair of magnesium alloy members slide frictionally in an oil lubricated environment. The present invention relates to a magnesium alloy sliding member capable of reducing the friction coefficient. This type of magnesium alloy sliding member is used in, for example, a hydraulic control valve and an oil flow control valve disposed in a lubricating oil circulation circuit in an automatic transmission (AT), a power steering, or the like.
[0003]
[Prior art]
In recent years, needs for weight reduction technology are increasing from the viewpoint of global environmental problems and effective use of buried resources and energy. In particular, weight reduction in transportation equipment such as cars and buses directly leads to improved fuel consumption, so CO₂It produces effects such as reducing emissions of gas and other air pollutants and reducing energy consumption.
[0004]
Conventionally, aluminum, which is the lightest among industrial metal materials, has been actively used from the viewpoint of weight reduction. For example, by changing the engine block and transmission case of an automobile from cast iron to an aluminum alloy, a weight reduction effect of several to tens of kg was obtained.
[0005]
In a hydraulic control or oil flow control system for controlling various functions of automobiles, when the case or cover is replaced with an aluminum alloy, from the viewpoint of the coefficient of thermal expansion, the parts used therein are also made of an aluminum alloy. There is a need to.
[0006]
For example, a hydraulic control system having an oil circulation circuit includes a case and a valve spool that reciprocates within the case. In this case, as the case is made of aluminum, it is desirable that the valve spools be made of an aluminum alloy in the same manner so that the thermal expansion coefficients of both are as close as possible. This is due to the following reason.
[0007]
During operation, the temperature of the lubricating oil flowing in the circulation circuit rises to about 120 to 180 ° C, so if the thermal expansion coefficient between the case and the valve spool becomes too large, the clearance between the two will increase, and the hydraulic pressure / oil flow rate will increase. Reduced or unstable. As a result, the control function is degraded. In order not to cause such a problem, it is necessary to make the thermal expansion coefficients of the case and the valve spool as close as possible.
[0008]
On the other hand, since the valve spool frictionally slides on the case, both these members are required to have good wear resistance and seizure resistance. Further, a low coefficient of friction is required to ensure high followability and responsiveness.
[0009]
As prior art documents paying attention to the above requirements, there are, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 2-173472 and 11-117034. Japanese Patent Laid-Open No. 2-173472 discloses that the friction sliding surface is subjected to alumite treatment, Ni-P plating treatment, or the like. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-117034 discloses a technique for dispersing aluminum nitride on the valve spool side.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-2-173472
[0011]
[Patent Document 2]
JP 11-117034 A
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Today, where further weight reduction is required, use of a magnesium (Mg) alloy having a lightening effect of about 30% or more than aluminum is being considered. The use of magnesium alloys has already been put into practical use, mainly in cases such as mobile phones and laptop computers.
[0013]
Regarding the use of magnesium alloys for automobile engine blocks and transmission cases, although it is a prototype prototype, it is currently being improved to a usable level.
[0014]
However, magnesium alloys are inferior in hardness, rigidity, high temperature characteristics, and corrosion resistance. In particular, since a magnesium alloy is softer than aluminum, a significant improvement in terms of wear resistance and seizure resistance is indispensable in application to friction sliding parts. Regarding the surface treatment technology for imparting wear resistance, although the characteristics of the coating itself have been improved, many problems to be improved such as adhesion to the magnesium alloy substrate and cost remain. Therefore, at present, it is considered difficult to apply the magnesium alloy to the sliding parts such as the valve spool as described above.
[0015]
An object of the present invention is to produce a magnesium alloy sliding member used for applications in which magnesium alloys slide with each other with good economic efficiency.
[0016]
Another object or specific object of the present invention is to reduce friction coefficient without causing wear damage or seizure / adhesion phenomenon when magnesium alloy members slide frictionally in a lubricating oil environment. Thus, it is to obtain a sliding member having excellent followability and an effect of suppressing hydraulic pressure / oil flow rate.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The magnesium alloy sliding member according to the present invention has a relationship in which one slides with respect to the other, and both are a pair of sliding members made of a magnesium alloy. At least one of the sliding members has magnesium silicide (Mg) in the substrate.₂At least one of Si) and magnesium oxide (MgO).
[0018]
In one embodiment, one sliding member is made of an insoluble magnesium alloy and the other sliding member is made of a molten magnesium alloy. In this case, the insoluble magnesium alloy contains at least one of magnesium silicide and magnesium oxide.
[0019]
When one sliding member contains magnesium silicide, the content of magnesium silicide is preferably 1.8 to 5.5% by volume in terms of volume fraction. One sliding member may contain 2 to 6% by weight of silicon (Si).
[0020]
When one sliding member contains magnesium oxide, Preferably content of magnesium oxide is 1.2-7.5 volume% in a volume fraction. One sliding member may contain 0.5 to 3% by weight of oxygen (O).
[0021]
In one embodiment, one sliding member is Mg₁₇Al₁₂And / or Mg₂Al₃Of intermetallic compounds. In this case, preferably, one sliding member contains 2 to 10% by weight of aluminum (Al).
[0022]
One sliding member may contain 0.5 to 10% by weight of graphite particles. The porosity of one sliding member is preferably 3 to 6% by volume.
[0023]
The other sliding member preferably has a tensile strength at 150 ° C. of 130 MPa or more and a tensile strength at 200 ° C. of 80 MPa or more. The other sliding member may contain at least one selected from the group consisting of Al, Zn, Si, Zr, Ca, Sr, and RE (rare earth elements).
[0024]
As a specific application, for example, the other sliding member is a valve case, and the one sliding member is a valve spool that reciprocates in the valve case. In this case, preferably, the coefficient of thermal expansion of one sliding member is α_AAnd the coefficient of thermal expansion of the other sliding member is α_BThen, the difference Δα (= | α_B-Α_A|) Is 3 × 10^-6/ ° C or less. A surface coating treatment may be applied to the valve spool.
[0025]
A magnesium alloy sliding member as a simple substance according to the present invention includes a magnesium silicide (Mg) in a magnesium alloy substrate.₂At least one of Si) and magnesium oxide (MgO).
[0026]
Preferably, the coefficient of thermal expansion is 24 × 10^-6~ 26.5 × 10^-6/ ° C.
[0027]
This magnesium alloy sliding member is preferably used for a counterpart material made of a magnesium alloy. In this case, the counterpart material preferably has a coefficient of thermal expansion of 21 × 10.^-6~ 27 × 10^-6/ ° C.
[0028]
When the magnesium alloy sliding member as a single body contains magnesium silicide, the content of magnesium silicide is preferably 1.8 to 5.5% by volume in terms of volume fraction. The magnesium alloy sliding member may contain 2 to 6% by weight of silicon (Si).
[0029]
When the magnesium alloy sliding member as a single body contains magnesium oxide, the content of magnesium oxide is preferably 1.2 to 7.5% by volume in terms of volume fraction. The magnesium alloy sliding member contains, for example, 0.5 to 3% by weight of oxygen (O).
[0030]
Magnesium alloy sliding member is Mg₁₇Al₁₂And / or Mg₂Al₃The intermetallic compound may be included. In this case, the magnesium alloy sliding member preferably contains 2 to 10% by weight of aluminum (Al).
[0031]
The magnesium alloy sliding member includes, for example, 0.5 to 10% by weight of graphite particles. Moreover, Preferably, the porosity of a magnesium alloy sliding member is 3-6 volume%.
[0032]
The operational effects of the present invention having the above-described configuration will be described in the following “Embodiments of the Invention” section.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
For example, in a hydraulic control valve or an oil flow control valve, a valve spool reciprocates in a valve case in which oil circulates. For this reason, the valve spool is required to relax against the other party as well as wear resistance and seizure resistance. In addition, it is necessary to reduce the weight of the spool itself in order to achieve high-speed tracking, and a reduction in the friction coefficient during sliding is required.
[0034]
As described above, conventionally, an aluminum alloy is used for both the valve case and the valve spool, and the surface of the spool has been subjected to a film treatment such as a hard alumite treatment or Ni-P plating treatment. However, in this prior art, there is a risk of film peeling on the surface of the valve spool at the time of sliding, and there is a problem in attacking the opponent. Moreover, there is an economic problem such as an increase in cost required for the surface treatment and the machining steps before and after the surface treatment.
[0035]
From the viewpoint of further weight reduction, magnesium alloys tend to be used for pumps including valve cases, housings and covers for transmissions and engines. In this case, if a conventional valve spool made of an aluminum alloy is used as it is, it is accompanied by an increase in the clearance between the valve and the case due to the difference in thermal expansion coefficient between the two at a high temperature of 120 to 180 ° C. during operation. As a result, the hydraulic pressure / oil flow rate fluctuates, and the required highly accurate electronic control cannot be realized.
[0036]
Therefore, in the magnesium alloy used for the valve as the sliding member according to the embodiment of the present invention, the wear resistance and seizure resistance are improved, the aggressiveness against the counterpart material is reduced, and the friction coefficient during sliding is reduced. For the purpose of mitigation, magnesium silicide (Mg₂At least one of Si) and magnesium oxide (MgO) is dispersed in the substrate. In particular, magnesium oxide (MgO) is effective in mitigating the aggressiveness to the counterpart material. Further, by further dispersing particles such as graphite and molybdenum disulfide as self-lubricating components in the substrate, a further reduction in the friction coefficient can be realized.
[0037]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a valve according to an embodiment of the present invention. The illustrated valve 1 includes a valve case 2 having an oil inflow path 2a and an oil outflow path 2b, and a valve spool 3 that reciprocally slides in the valve case 2 in the direction of arrow A. At least one of the valve case 2 and the valve spool 3 includes at least one of magnesium silicide and magnesium oxide in the substrate.
[0038]
In the illustrated embodiment, the valve case 2 is made of a molten magnesium alloy, and the valve spool 3 is made of an insoluble magnesium alloy. The valve spool 3 made of an insoluble magnesium alloy contains at least one of magnesium silicide and magnesium oxide in the substrate.
[0039]
FIG. 2 schematically shows the alloy structure of the valve spool 3 made of an insoluble magnesium alloy. As shown in the figure, in this embodiment, magnesium silicide (Mg) is contained in the alloy substrate 10 of the valve spool 3.₂Si) particles 11, magnesium oxide (MgO) particles 12, and graphite particles 13 are dispersed.
[0040]
Below, the effect of each structure described in the claim is demonstrated.
(1) Insoluble magnesium alloy
(A) Magnesium silicide (Mg₂Si)
Conventional magnesium alloys have a microhardness of about 60 to 80 Hv and a Young's modulus of about 44 GPa, whereas magnesium silicide (Mg₂Si) has a micro hardness of about 300 to 700 Hv and a Young's modulus of about 120 GPa. Therefore, the mechanical properties of the magnesium alloy can be improved by dispersing magnesium silicide as particles in the base of the magnesium alloy. Magnesium silicide has an effect of improving wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance in addition to improving hardness and Young's modulus.
[0041]
Magnesium silicide (Mg₂The content of Si) is preferably 1.8 to 5.5% by volume in terms of volume fraction. If the content is less than 1.8% by volume, the above improvement effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if its content exceeds 5.5% by volume, the aggressiveness to the mating material increases and the valve case is damaged by friction. In addition, the machineability of the valve spool itself (cutting / grinding) The problem that the property is reduced occurs.
[0042]
Magnesium silicide (Mg₂Si) is a reaction product of Si and Mg in the magnesium alloy. 1.8-5.5 volume% Mg above₂When the Si content is converted on a weight basis as the Si content in the entire magnesium alloy, it is approximately 2 to 6% by weight. Therefore, the preferable silicon (Si) content is 2 to 6% by weight.
[0043]
(B) Magnesium oxide (MgO)
In a conventional magnesium alloy, magnesium oxide (MgO) is an impurity that deteriorates mechanical properties, castability, forgeability, rolling workability, and the like, and therefore it is not preferable to contain it. Conventionally, the content of magnesium oxide (MgO) naturally formed in a casting process or the like is about 0.3% by volume at most.
[0044]
The inventor of the present invention can reduce the frictional sliding property of the magnesium alloy, particularly the aggressiveness to the counterpart material, by actively dispersing magnesium oxide (MgO), which has been avoided in the past, as fine particles in the magnesium alloy. I found it possible and possible.
[0045]
The content of magnesium oxide (MgO) is preferably 1.2 to 7.5% by volume in terms of volume fraction. If the content is less than 1.2% by volume, the above improvement effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, if the content exceeds 7.5% by volume, mechanical properties such as strength and toughness and workability (cutability / grindability) are deteriorated.
[0046]
For the production of MgO, for example, SiO2 or γAl as an additive component in the starting material₂O₃An oxide such as is used. These oxides are first reduced and decomposed by Mg in the heating process, and then oxidized (Mg + 1 / 2O).₂→ MgO) produces MgO. Therefore, when the above MgO content of 1.2 to 7.5% by volume is converted on the basis of weight as the oxygen (O) content in the whole magnesium alloy, it becomes 0.5 to 3% by weight. Therefore, the preferable oxygen content is 0.5 to 3% by weight.
[0047]
The applicable elemental condition as an oxide is that, in the solid phase temperature range below 650 ° C., which is the melting point of magnesium, the oxide free energy of formation of the element is greater than the free energy of MgO formation, and the element Preferably produces a stable compound with Mg. SiO₂If you use Mg₂Si is produced and γAl₂O₃If you use Mg₁₇Al₁₂And / or Mg₂Al₃The intermetallic compound is produced.
[0048]
(C) Mg₁₇Al₁₂And / or Mg₂Al_ThreeIntermetallic compounds
These compounds are dispersed in the magnesium alloy substrate and have the effect of improving the strength and hardness of the alloy, and the wear resistance and corrosion resistance. According to the conventional melting method such as casting or die casting, these compounds have coarsely connected network structure, dendritic structure, layered structure, etc. Thus, secondary workability such as extrusion workability and rolling workability is reduced. However, since the present invention is based on the non-dissolving manufacturing method, Mg₁₇Al₁₂And Mg₂Al₃Such intermetallic compounds do not grow coarsely and are dispersed in the substrate as fine particles. As a result, the various characteristics described above can be improved without reducing secondary workability.
[0049]
However, Mg₁₇Al₁₂And / or Mg₂Al₃When the content of the intermetallic compound is small, the above effect cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when the content is too large, the mechanical properties and the like are deteriorated. Mg in the magnesium alloy of the present invention₁₇Al₁₂And / or Mg₂Al₃When converted to the aluminum (Al) content in the magnesium alloy based on the appropriate content regarding the intermetallic compound, it is desirable that the content is 2 to 10% on a weight basis.
[0050]
(D) Self-lubricating component particles (graphite)
The graphite particles have the effect of reducing the friction coefficient during friction by being dispersed in the magnesium alloy. Its suitable content is 0.5 to 10% by weight. If it is less than 0.5% by weight, the effect is not obtained. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the mechanical properties of the magnesium alloy are reduced. Examples of self-lubricating components that exhibit similar effects include molybdenum disulfide and boron nitride.
[0051]
(E) Method for producing insoluble magnesium alloy
As already explained, Mg₂Si is a reaction product of Si and Mg in a magnesium alloy. In the present invention, Si particles or SiO₂One or both of the particles and a mixture of the particles and the magnesium alloy powder are pressed and solidified. By heating and maintaining the obtained solidification in a solid phase temperature range lower than the melting point (650 ° C.) of magnesium, either or both reactions shown in the following formula proceed.
[0052]
Si + 2Mg → Mg₂Si (1)
SiO₂+ 4Mg → Mg₂Si + 2MgO (2)
By the above reaction, magnesium silicide (Mg₂A magnesium alloy containing at least one or both of (Si) and magnesium oxide (MgO) is obtained.
[0053]
As described above, since the reactions described in the formula (1) and the formula (2) both occur in a solid phase state, significant coarse growth of the product in the reaction process does not occur. Therefore, finely divided Si particles or SiO₂By using particles, Mg₂Si and / or MgO particles can be finely dispersed. Specifically, Si particles or SiO₂The preferable size of the particles is about 1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm in terms of average particle diameter. When fine particles of less than 1 μm are used, agglomeration phenomenon occurs between the particles due to electrostatic attraction or surface tension, and coarse secondary particles are formed. As a result, the above-described reaction is hindered, and the stress concentration portion is formed, so that the mechanical properties of the magnesium alloy are deteriorated.
[0054]
Other Al powder, γAl₂O₃Particles, graphite particles, etc. are also Si particles and SiO₂Like the particles, they are mixed together with the magnesium alloy powder at a predetermined blending ratio and used as a starting material.
[0055]
In addition, although each reaction product is disperse | distributed in a solidified body by heating and hold | maintaining a solidified body, since it has a void | hole of about 10-20 volume% inside a solidified body in this state, sufficient mechanical characteristics are obtained. I can't get it. Therefore, usually, after heating and holding, warm plastic working, for example, extrusion, forging, rolling, etc. is performed immediately to promote densification and improve the mechanical properties of the magnesium alloy. In particular, when manufacturing a valve spool, a rod-shaped material is produced by extrusion, and this is finished into a valve shape having irregularities and grooves by machining.
[0056]
In the present invention, it has been found that the porosity of the extruded material can be adjusted by controlling the processing conditions such as the porosity of the solidified body and the extrusion processing ratio. For example, the porosity of the extruded material is 3 to 6%. By adjusting the degree, these pores form an oil reservoir (oil pit), and further improve the lubrication effect to enable reduction or stabilization of the friction coefficient.
[0057]
However, for the purpose of improving the initial conformability when rubbing with the valve case, it is also effective to perform chromium plating or resin-based film treatment on the valve spool surface as necessary. In particular, since it has a circulation path, foreign particles such as wear powder generated in other parts, for example, fine iron powder generated from a portion where gears in the same circulation path contact each other, are between the spool and the case. It is possible to enter. In such a case, sticking phenomenon (galling phenomenon with a counterpart material due to seizure) can be suppressed by performing the above-described surface coating treatment.
(2) Magnesium alloy
Valve cases, pump cases, transmission covers, and the like have complicated shapes and structures, and are often manufactured by a casting method or a die casting method. In one embodiment of the present invention, the valve case is manufactured using these melting processes. Usually, the temperature of the lubricating oil during operation is 120 to 180 ° C., but in many cases, it is designed based on the tensile strength at 150 ° C. However, the tensile strength at 200 ° C. may be used as a safety design.
[0058]
In the present invention, it has been found that the magnesium alloy used in the valve case has a tensile strength at 150 ° C. of 130 MPa or more and a tensile strength at 200 ° C. of 80 MPa or more. That is, when these conditions are not satisfied, the valve case is deformed / damaged by stress repeatedly applied during the operation process.
[0059]
In order to improve such heat-resistant strength, for example, it is effective to contain at least one or more elements selected from the group consisting of Al, Zn, Si, Zr, Ca, Sr, and RE (rare earth elements; lanthanum, misch metal). It is.
(3) Thermal expansion coefficient relationship between valve spool and valve case
In one embodiment of the present invention, a valve spool made of an insoluble magnesium alloy reciprocates in a valve case made of molten magnesium. By this reciprocating sliding, the oil pressure and flow rate are controlled by adjusting the opening and closing amount of the oil circulation circuit. Its stable performance depends greatly on the clearance between the valve spool and the valve case. That is, when the clearance between the two increases, fluctuations such as a decrease in hydraulic pressure and an increase in oil flow rate occur.
[0060]
Since the temperature of the oil circulating in the circuit rises to about 120-180 ° C, paying attention to the fact that the clearance increases and decreases due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the valve spool and the valve case, this is the case when using a magnesium alloy. However, in order to stably control the hydraulic pressure and the oil flow rate, we found a proper relationship between the thermal expansion coefficients between them. Specifically, the coefficient of thermal expansion of the insoluble magnesium alloy used for the valve spool is α_AAnd the coefficient of thermal expansion of the molten magnesium alloy used for the valve case is α_BIs the difference between the two Δα (= | α_B-Α_A|) Is 3 × 10^-6When the temperature is below / ° C., the oil pressure and the oil flow rate can be controlled appropriately and stably.
[0061]
(Α_B-Α_A) Value is 3 × 10^-6When the temperature is higher than / ° C, the clearance becomes larger than the appropriate value due to an increase in the oil temperature. On the other hand, (α_B-Α_A) Value is -3 × 10^-6When the temperature is lower than / ° C, the outer diameter of the valve spool increases remarkably, contacts the inner diameter surface of the valve case, increases the hydraulic pressure or decreases the oil flow rate, and further decreases the followability and responsiveness of the valve spool. Problems arise.
[0062]
The thermal expansion coefficient of the insoluble magnesium alloy used for the valve spool can be controlled by the content of each element or compound. Above all, Mg₂Since Si is smaller than other elements and compounds, it is usually Mg₂The thermal expansion coefficient of the insoluble magnesium alloy is controlled by the Si content.
[0063]
In the magnesium alloy substrate, magnesium silicide (Mg₂The insoluble magnesium alloy sliding member containing at least one of Si) and magnesium oxide (MgO) preferably has a coefficient of thermal expansion of 24 × 10.^- ⁶~ 26.5 × 10^- ⁶/ ° C or less. The thermal expansion coefficient of the counterpart material at that time is 21 × 10^-6~ 27 × 10^-6/ ° C or less. In this case, a conventional aluminum alloy can be used as the counterpart material in addition to the magnesium alloy.
[0064]
【Example】
Example 1
A starting material for forming an undissolved magnesium alloy substrate from the same alloy powder (average particle size: 1.1 mm) prepared by pulverization from an AZ31 alloy ingot (composition: Mg-2.9Al-1.1Zn / mass%) Silicone (Si) powder (average particle size: 11 μm) and silica (SiO₂) A powder (same as 12 μm) was prepared.
[0065]
The above powders were mixed at a predetermined ratio. During this mixing, fine Si powder or SiO₂The problem of two-phase separation between the powder and the coarse AZ31 powder was solved.
[0066]
Specifically, first, AZ31 powder is put into a container, 0.5% oleic acid is added to the container based on weight, and then the container is mounted on a vibrator and given vibration for a predetermined time. The surface of the powder was coated with oleic acid. After that, Si powder or SiO in the container₂Add powder and vibrate again to make AZ31 powder surface Si powder or SiO₂The powder adhered via oleic acid. Thus, the above two-phase separation phenomenon was solved.
[0067]
The composite powder obtained as described above was solidified into a cylindrical molded body (relative density: 80 to 90%) by molding at room temperature.
[0068]
Subsequently, the solidified body was held in a heating furnace (450 to 540 ° C.) controlled in an argon gas atmosphere and heated at a predetermined temperature. By this heating and holding, the Mg component in the AZ31 powder and the added Si or SiO₂By solid phase reaction with Mg₂Si or Mg₂Both Si and MgO were synthesized.
[0069]
Immediately after heating, it is densified by warm extrusion (die temperature: 300 ° C., extrusion ratio: 37).₂An undissolved magnesium alloy was obtained in which Si particles and / or MgO particles were uniformly dispersed in a substrate having an AZ31 alloy composition.
[0070]
Mg in each magnesium alloy₂Table 1 shows the content (volume fraction) of Si and / or MgO. However, in Table 1, the balance is AZ31 alloy constituting the substrate (matrix). As a comparative example, a material obtained by forming and warm-extruding only AZ31 alloy powder under the same conditions was used. A pin-shaped wear test piece having a diameter of 6 mmφ and a total length of 15 mm was taken from each extruded material and subjected to a wet wear test described below.
[0071]
In this test, the friction sliding performance was evaluated using a pin-on-disk test apparatus. AZ91 melt magnesium alloy (Mg-8.8Al-0.92Zn / mass%) was used on the disk side (surface finish roughness ▽▽▽). Lubricating oil was supplied with ATF (automatic transmission oil) at room temperature at a rate of 100 ml / min in the vicinity of both sliding surfaces, with a pressure load of 500 N and a sliding speed of 1 m / sec. Under this condition, a friction test was performed for 30 minutes to measure the friction coefficient μ. The obtained μ value is also shown in Table 1.
[0072]
[Table 1]

[0073]
In the present invention examples (sample Nos. 1 to 8), Mg₂By containing at least one of Si and MgO, it is clearly recognized that excellent wear resistance and a low coefficient of friction are exhibited. In particular, Mg₂When MgO is contained in addition to Si (Sample Nos. 1 to 5), the value of the friction coefficient μ can be further reduced by mitigating the aggressiveness of the MgO on the counterpart material.
[0074]
On the other hand, in the comparative examples (sample Nos. 9 to 12), Mg₂Since the content of Si and / or MgO is out of the proper range, an increase in the coefficient of friction is caused by the occurrence of seizure / adhesion phenomenon or attacking the counterpart material.
[0075]
In the comparative example (sample No. 13), Mg₂Since neither Si nor MgO is contained, the wear resistance is not sufficient, and the friction coefficient is increased by causing wear damage to the counterpart material and local adhesion (seizure) phenomenon.
[0076]
(Example 2)
The same alloy powder (average particle size: 1.1 mm) prepared by pulverization processing from AM60 alloy ingot (composition: Mg-6.1Al-0.2Zn-0.25Mn / mass%) constitutes the base material of undissolved magnesium alloy As a starting material to be added, silicon (Si) powder (average particle size: 11 μm) and silica (SiO₂) A powder (same as 12 μm) was prepared.
[0077]
The above powders were mixed at a predetermined ratio. During this mixing, fine Si powder or SiO₂The problem of two-phase separation between the powder and the coarse AM60 powder was solved. Specifically, first, AM60 powder is put into a container, and 0.5% oleic acid is added to the container on a weight basis. Then, the container is mounted on a vibrator and given vibration for a predetermined time. The surface of the powder was coated with oleic acid. After that, Si powder or SiO in the container₂Add powder and vibrate again to make AM60 powder surface Si powder or SiO₂The powder adhered via oleic acid. Thus, the above two-phase separation phenomenon was solved.
[0078]
The composite powder obtained as described above was solidified into a cylindrical molded body (relative density: 80 to 90%) by molding at room temperature.
[0079]
Subsequently, the solidified body was held in a heating furnace (450 to 540 ° C.) controlled in an argon gas atmosphere and heated at a predetermined temperature. This heat holding causes Mg component in AM60 powder and added Si or SiO.₂By solid phase reaction with Mg₂Si or Mg₂Both Si and MgO were synthesized.
[0080]
Immediately after heating, it is densified by warm extrusion (die temperature: 300 ° C., extrusion ratio: 37).₂An undissolved magnesium alloy was obtained in which Si particles and / or MgO particles were uniformly dispersed in a substrate having an AM60 alloy composition.
[0081]
Mg in each magnesium alloy₂Table 2 shows the content (volume fraction) of Si and / or MgO. However, the balance in Table 2 is AM60 alloy constituting the substrate (matrix). In addition, as a comparative example, a material obtained by molding and warm-extruding only AM60 alloy powder under the same conditions was also used. Then, a pin-shaped wear test piece having a diameter of 6 mmφ and a total length of 15 mm was taken from each extruded material, and subjected to a wet wear test described below.
[0082]
In this test, the frictional sliding performance was evaluated using a pin-on-disk test apparatus as in Example 1. AZ91 melt magnesium alloy (Mg-8.8Al-0.92Zn / mass%) was used on the disk side (surface finish roughness ▽▽▽). Lubricating oil was supplied with ATF (automatic transmission oil) at room temperature at a rate of 100 ml / min in the vicinity of both sliding surfaces, with a pressure load of 500 N and a sliding speed of 1 m / sec. Under this condition, a friction test was performed for 30 minutes to measure the friction coefficient μ. The obtained μ value is also shown in Table 2.
[0083]
[Table 2]

[0084]
In the present invention examples (sample Nos. 1 to 5) in Table 2, Mg₂By containing at least one of Si and MgO, it is clearly recognized that excellent wear resistance and a low coefficient of friction are exhibited. In particular, Mg₂When MgO is contained in addition to Si (Sample Nos. 1 to 3), the friction coefficient can be further reduced by mitigating the aggressiveness of the MgO on the counterpart material.
[0085]
On the other hand, in the comparative examples (sample Nos. 6 to 8), Mg₂Since the content of Si and / or MgO is out of the proper range, an increase in the coefficient of friction was caused by the occurrence of seizure / adhesion phenomenon or the attack phenomenon on the counterpart material. In particular, Mg exceeding the upper limit of the appropriate range₂In the case where Si and / or MgO is contained, the strength and toughness of the magnesium alloy is lowered, so that the end portion is lost during the frictional sliding process and seizure / adhesion phenomena are induced.
[0086]
In the comparative example (sample No. 9), Mg₂Since neither Si nor MgO is contained, the wear resistance is not sufficient, and the friction coefficient is increased by causing wear damage to the counterpart material and local adhesion (seizure) phenomenon.
[0087]
(Example 3)
AZ31 alloy powder (average particle size: 1.1 mm) used in Example 1, silica (SiO₂) Powder (same: 12 μm) and scaly graphite powder (same: 3 μm) were prepared as starting materials, and each powder was blended and mixed so as to have a predetermined composition. In addition, SiO₂In order to eliminate the segregation / adhesion phenomenon of the powder and graphite powder, the oleic acid used in Example 1 was uniformly adhered to the surface of the AZ31 alloy powder.
[0088]
The obtained composite powder was solidified into a cylindrical molded body (relative density; 83 to 92%) by molding at room temperature.
[0089]
Then, this was hold | maintained in the heating furnace (450-560 degreeC) managed by argon gas atmosphere, and it heated at predetermined temperature. By this heating and holding, Mg component in AZ31 powder and added SiO₂Mg by solid phase reaction₂Si and MgO were synthesized.
[0090]
Immediately after heating, it is densified by warm extrusion (die temperature: 300 ° C., extrusion ratio: 37).₂An undissolved magnesium alloy in which Si particles, MgO particles, and graphite particles were uniformly dispersed in a substrate having an AZ31 alloy composition was obtained.
[0091]
Table 3 shows the content (weight basis) of graphite particles in each magnesium alloy. However, in Table 3, the balance is AZ31 alloy and Mg constituting the substrate₂Si and MgO. Here, in any magnesium alloy, Mg₂The contents (volume fraction) of Si and MgO were the same as 2.6% and 3.5%, respectively. Then, a pin-shaped wear test piece having a diameter of 6 mmφ and a total length of 15 mm was taken from each extruded material, and subjected to a wet wear test described below. In addition, a tensile test piece was collected from the same extruded material, and a tensile test was performed at room temperature. Table 3 also shows the tensile strength obtained at that time.
[0092]
In this test, the friction sliding performance was evaluated using a pin-on-disk test apparatus. AZ91 melt magnesium alloy (Mg-8.8Al-0.92Zn / mass%) was used on the disk side (surface finish roughness ▽▽▽). As the lubricating oil, normal temperature ATF (automatic transmission oil) was supplied at a rate of 100 ml / min to the vicinity of both sliding surfaces, and the pressure load was 500 N and the sliding speed was 0.3 m / second. Under this condition, a friction test was performed for 30 minutes to measure the friction coefficient μ. The obtained μ value is also shown in Table 3.
[0093]
[Table 3]

[0094]
As can be seen from Table 3, the friction coefficient μ decreases as the addition amount of the graphite particles increases, and a lubricating effect by the graphite particles is recognized. Note that the tensile strength of the magnesium extruded alloy gradually decreases as the amount of graphite particles added increases, and particularly when the upper limit of the appropriate range is exceeded, the strength decreases significantly. As a result, seizure / adhesion phenomenon due to damage of the alloy material occurs in part in the friction sliding process, and the friction coefficient increases.
[0095]
(Example 4)
The magnesium alloy sample no. Two pin-shaped wear test pieces (diameter 6 mmφ, total length 15 mm) were prepared. Further, a molten magnesium alloy having high-temperature tensile properties (tensile strength at 150 ° C. and 200 ° C.) shown in Table 4 was prepared as a counterpart disk material (surface finish roughness ▽▽▽). Both were mounted on a pin-on-disk test device to evaluate the frictional sliding performance. Lubricating oil is supplied to the vicinity of both sliding surfaces at a rate of 100 ml / min with ATF (automatic transmission oil) temperature controlled to 180 ° C., pressurization load: 250 N, sliding speed: 0.6 m / min. The friction test was performed continuously for 60 minutes as a second. The value of the friction coefficient μ obtained at that time is also shown in Table 4.
[0096]
[Table 4]

[0097]
As shown in Table 4, when a magnesium alloy (sample No. 1 to 3) having an appropriate high-temperature tensile strength was used as the mating disk material, a low coefficient of friction was developed without seizure / adhesion phenomenon. .
[0098]
On the other hand, as shown in the comparative examples (Sample Nos. 4 and 5), when the high-temperature tensile strength is out of the proper range, seizure / adhesion phenomenon occurs on a part of the frictional sliding surface. As a result, the friction coefficient increased.
[0099]
(Example 5)
Appropriate amount of Mg₂A valve spool (diameter 10 mm, total length 36 mm) made of an undissolved magnesium alloy containing Si and / or MgO was prepared. Table 5 shows the coefficient of thermal expansion (αV) of each magnesium alloy. On the other hand, a valve case made of a molten magnesium alloy produced by a casting method was prepared. Table 5 shows the difference Δα between the thermal expansion coefficients of the two.
[0100]
A durability test for 400 hours was conducted in a state where the valve spool was set in the valve case and ATF (automatic transmission oil) controlled at 150 ° C. was circulated. The damage situation of the valve spool and valve case after the test and the oil pressure fluctuation rate were evaluated. The hydraulic pressure fluctuation rate indicates a ratio (in%) of the maximum fluctuation range with respect to the target value of the hydraulic pressure after the durability test. Moreover, the value of the coefficient of thermal expansion shown in the table represents an average value of values from room temperature to 200 ° C.
[0101]
[Table 5]

[0102]
In Table 5, as shown in the present invention examples (Sample Nos. 1 to 3), when the thermal expansion coefficient αV of the undissolved magnesium alloy or the difference Δα between the two thermal expansion coefficients satisfies an appropriate range, No abrasion damage or seizure / adhesion phenomenon was observed on the friction sliding surfaces of the spool and case, and a good sliding surface was confirmed. The value of the oil pressure fluctuation rate was within 3%, and it was confirmed that the performance of the oil pump was not significantly impaired.
[0103]
On the other hand, in the comparative examples (Sample Nos. 4 to 6), αV or Δα does not satisfy an appropriate range, so that the clearance between the spool and the case becomes too small or too large in the frictional sliding process. Problems such as the occurrence of wear damage on the surface and adhesion phenomenon, or an increase in the hydraulic pressure fluctuation rate occurred.
(Example 6)
AZ31 alloy powder and silica (SiO2) used in Example 1₂) Powder was used as a starting material, and both were blended in an appropriate ratio, and then solidified into a cylindrical molded body (relative density: 85%) by molding at room temperature.
[0104]
Subsequently, this was heated and held at a temperature of 520 ° C. in a heating furnace controlled in an argon gas atmosphere. By this heating and holding, Mg component in AZ31 powder and added SiO₂By solid phase reaction with Mg₂Si and MgO were synthesized.
[0105]
Immediately after heating, densification by warm extrusion (die temperature: 300 ° C.)₂A non-dissolved magnesium alloy in which Si particles and MgO particles were uniformly dispersed in a substrate composed of an AZ31 alloy composition was obtained. At this time, Mg in the magnesium alloy₂The contents (volume fraction) of Si and MgO are 2.2% and 2.9%, respectively.
[0106]
The porosity in the magnesium alloy was adjusted by changing the amount of plastic processing during extrusion solidification. The results are shown in Table 6. Then, a pin-shaped wear test piece having a diameter of 6 mmφ and a total length of 15 mm was collected from the obtained extruded material and subjected to the same friction test as in Example 1.
[0107]
In this test, the friction sliding performance was evaluated using a pin-on-disk test apparatus. AZ91 melt magnesium alloy (Mg-8.8Al-0.92Zn / mass%) was used on the disk side (surface finish roughness ▽▽▽). Lubricating oil was supplied with ATF (automatic transmission oil) at room temperature at a rate of 100 ml / min in the vicinity of both sliding surfaces, with a pressure load of 500 N and a sliding speed of 1 m / sec. Under this condition, a friction test was performed for 30 minutes to measure the friction coefficient μ. The obtained μ values are also shown in Table 6.
[0108]
[Table 6]

[0109]
As seen in Table 6, non-dissolved magnesium alloy sample No. When the porosity is 1 to 5 or less in the range of 1 to 5, the effect of reducing the friction coefficient is exhibited without significantly reducing the tensile strength. This is because the hole portion becomes an oil reservoir and promotes the formation of a lubricating oil film, so that a more stable oil film is formed by increasing the porosity, and as a result, the friction coefficient decreases.
[0110]
On the other hand, Sample No. In 6 and 7, since the porosity exceeds 6% which is the upper limit of the appropriate range, the strength of the magnesium alloy is reduced. As a result, seizure / adhesion phenomenon with the counterpart material in the friction sliding process, Furthermore, a problem such as a defect at the end of the sample occurred.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a valve according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically showing an alloy structure of a valve spool made of an insoluble magnesium alloy.
[Explanation of symbols]
1 valve, 2 valve case, 3 valve spool, 10 substrate, 11 magnesium silicide (Mg₂Si) particles, 12 MgO particles, 13 graphite particles.

Claims

A pair of sliding members in which one is slid relative to the other, one is made of insoluble magnesium alloy and the other is made of molten magnesium alloy
One sliding member made of the insoluble magnesium alloy contains magnesium silicide (Mg ₂ Si) and magnesium oxide (MgO) in the substrate ,
The content of the magnesium silicide in the one sliding member is 1.8 to 5.5% by volume in volume fraction, and the content of the magnesium oxide is 1.2 to 4 in volume fraction. A magnesium alloy sliding member that is 7.5% by volume .

The magnesium alloy sliding member according to claim 1, wherein the one sliding member includes 2 to 6 wt% of silicon (Si).

3. The magnesium alloy sliding member according to claim 1 , wherein the one sliding member includes 0.5 to 3% by weight of oxygen (O). 4.

The one sliding member _includes an intermetallic compound of Mg 17 _{Al 12} and / or _Mg 2 Al _3, magnesium alloy sliding member according to claim 1.

The said one sliding member is a magnesium alloy sliding member of Claim 4 containing 2 to 10weight% of aluminum (Al).

The said one sliding member is a magnesium alloy sliding member in any one of Claims 1-5 containing 0.5 to 10 weight% of graphite particles.

The magnesium alloy sliding member according to any one of claims 1 to 6, wherein the porosity of the one sliding member is 3 to 6% by volume.

The said other sliding member is a magnesium alloy sliding member in any one of Claims 1-7 whose tensile strength in 150 degreeC is 130 Mpa or more, and whose tensile strength in 200 degreeC is 80 Mpa or more.

The other sliding member, Al, comprising Zn, Si, Zr, Ca, Sr, RE or more of at least one element selected from the element group consisting of (rare earth element), according to any of claims 1 to 8 Magnesium alloy sliding member.

The other sliding member is a valve case;
The magnesium alloy sliding member according to any one of claims 1 to 9, wherein the one sliding member is a valve spool that reciprocally slides within the valve case.

When the thermal expansion coefficient of the one sliding member is α _A and the thermal expansion coefficient of the other sliding member is α _B , the difference Δα (= | α _B −α _A |) between them is 3 × 10 ^−. The magnesium alloy sliding member according to claim 10, which is ⁶ / ° C or lower.

The magnesium alloy sliding member according to claim 10 or 11, wherein the valve spool is subjected to a surface coating treatment.