JP6415098B2 - 複合微細組織を有する耐摩耗性合金 - Google Patents
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Description
ところが、このような過共晶合金は、高いSiの含量により鋳造性に劣るうえ、Si粒子のサイズおよび分布の調節が困難であり、耐衝撃性にも劣るという欠点がある。さらに、特殊開発された合金であって、一般アルミニウム合金に比べて価格が非常に高いという欠点もある。
しかしながら、本合金の場合、シリコン(Si)による強度補強効果にもかかわらず、150MPa以下の低い強度を持っているため、構造用部品には使用が不可能という欠点がある。
本発明は、アルミニウム組織内に硬質粒子と軟質粒子を同時に持つ、複合微細組織を有する新合金に関するものである。
一般に、アルミニウム合金において自己潤滑性粒子を生成させる合金元素としてはSn、Pb、Bi、Znなどがある。これらの元素は、アルミニウムとの化学的反応性がないため、金属間化合物を生成せず、相分離される独特な特性を持っている。さらに、相対的に低い融点を持っているため、摩擦の激しい条件で部分的に溶融されながら潤滑膜を形成する自己潤滑性を有する独特の特性を持つ。
これに対し、Znは、SnとBiに比べて融点が高くて自己潤滑特性が大きく低下する欠点のため、相対的に多くの量を添加しなければならない欠点を持っているが、価格が非常に低いため、素材のコスト競争力を確保するために高価なSnまたはBiの含量を一部代替する軟質粒子生成元素として使用される。
アルミニウム合金の基本強度補強のための合金元素としてCuとMgがある。Cuの場合、Alとの化学反応を介して金属間化合物を形成しかつ強度を高める効果を持つが、Cuの含量、合金の鋳造/冷却条件および熱処理条件によってその効果が異なる。Mgの場合、Si或いはZnとの化学反応を介して金属間化合物を形成しかつ強度を高める効果を持つが、Cuと同様に、含量、合金の鋳造/冷却条件および熱処理条件によってその効果が異なる。
本発明に係るアルミニウム合金は、アルミニウム(Al)を主成分とし、ここに亜鉛(Zn)28〜38wt%、スズ(Sn)1〜3wt%、銅(Cu)1〜3wt%、マグネシウム(Mg)0.3〜0.8wt%、および硬質粒子を生成するシリコン(Si)6.2〜9.4wt%を添加したものである。ここで、前記亜鉛は、28wt%以下添加される場合には軟質粒子たるZn相の生成量が少なくて十分な自己潤滑性を得ることが難しく、38wt%以上添加される場合には合金の固相線が低くなり過ぎて鋳造の条件上不利である。
硬質粒子を生成するためのシリコン(Si)は、6.2wt%以下添加される場合には硬質粒子である初晶Siが十分に生成(0.5%未満)しないため耐摩耗性を確保することが難しく、9.4wt%以上添加される場合には硬質粒子が過量(5%超過)生成して粗大化しながらむしろ耐摩耗性および機械的性質に悪影響を及ぼす。
Siの含量が6.2〜9.4wt%である実施例の場合、最大5%まで硬質粒子が生成して十分な耐摩耗性を確保することができることを確認した。強度は、Siの含量に応じて350〜355MPaを有すると確認され、構造材として使用するには無理がないことが分かる。
本発明の他の実施例に係る複合微細組織を有する耐摩耗性合金は、亜鉛(Zn)28〜38wt%、ビスマス(Bi)1〜3wt%、シリコン(Si)6.2〜9.4wt%、並びに残部のアルミニウム(Al)および不可避不純物を含む組成を持つ。スズ(Sn)と同様に、ビスマス(Bi)の場合も、強力な自己潤滑性材料であって、スズ(Sn)の代用として使用できる。
Claims (4)
- 亜鉛(Zn)28〜38wt%、スズ(Sn)1〜3wt%、シリコン(Si)6.2〜9.4wt%、及び残部のアルミニウム(Al)および不可避不純物からなる組成を持つことを特徴とする複合微細組織を有する耐摩耗性合金。
- 銅(Cu)1〜3wt%をさらに含む組成を持つことを特徴とする請求項1に記載の複合微細組織を有する耐摩耗性合金。
- マグネシウム(Mg)0.3〜0.8wt%をさらに含む組成を持つことを特徴とする請求項1に記載の複合微細組織を有する耐摩耗性合金。
- 銅(Cu)1〜3wt%およびマグネシウム(Mg)0.3〜0.8wt%をさらに含む組成を持つことを特徴とする請求項1に記載の複合微細組織を有する耐摩耗性合金。
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