JPH01247545A

JPH01247545A - 粒子分散型合金とその製造方法

Info

Publication number: JPH01247545A
Application number: JP7835488A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Omura; 博幸大村; Takao Miyoshi; 三好　隆雄
Original assignee: Ryobi Ltd
Current assignee: Ryobi Ltd
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1989-10-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、粒子分散型合金とその製造方法ｔこ関する。

〔従来の技術〕

アルミニウム合金の摩耗性を改善する手段としては様々
な方法があるが、その一つとして、強化粒子を母相合金
中に均一に分散させる方法が知られている。

強化粒子として使用されでいるものとしては、・・イス
鋼、高クロム鋼、Ｔ　ｉ　Ｎ　ｉ等の合金鋼粉末、金属
間化合物粉末等、Ａ／金合金の濡れ性が良く、安定性に
優れているもの、又はＴｉＮ、　ＡＩ！Ｎ、　５１３Ｎ
１等の耐酸化性で高硬度で、更に黒鉛等の潤滑性に富ん
でいるものがある。

従来の複合化方法の一つに焼結法があるが、これは、母
相の微細金属粉末に、セラミックス粉末、金属間化合物
粉末を添加して機械的に攪拌混合を行ない、これをプレ
ス成形し、加熱焼結して粒子分散型合金を製造するもの
で、加熱焼結したものを押出機、圧延機により目的とす
る製品を製造する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の焼結法にあっては、母相の合金粉末と金属間化合
物粉末、合金鋼粉末、セラミックス粉末を機械的に攪拌
混合する際に、合金粉末に、前記強化粉末を均一に分散
混合することは粒子間の凝集、比重差等の為に困難であ
った。

又、プレス成形、加熱焼結にさいして酸化を伴なう為ｆ
こ、加熱焼結する過程で酸化防止方法及び装置が必要で
あり、それ故ｌこ経費の点でコストが高（、更に加熱焼
結によるとき（こは寸法精度の高い製品が得られず、強
度的にも制約がある。

これ等の理由で焼結法によるときｆこは、粒子分散型合
金を低コスト（こ大量生産することは困難である問題点
かあった。

この為、焼結法によらないで粒子が均−ｌこ分散した粒
子分散型合金を得ること、及びその製造方法を開発する
ことが切望されている。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、セラミツ？粉末、金属間化合物
粉末、合金鋼粉末等を、ＡＪ−Ｎ　１−Ｍｇ系合金溶湯
中に直接添加して機械的攪拌により分散させ、ダイカス
トマシンを使用することによって、前記強化粒子を均一
にマトリックス合金に分散させ、このことにより優れた
機械的特性と耐摩耗性を有する粒子分散型合金と、該粒
子分散型合金を低コスト（こ大量生産することのできる
製造方法を提供しようとするものである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為（こ、本発明の粒子分散型合金は
、ＡＪ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金をマトリックスとして、この
マトリックスに、ハイス鋼（Ｓ）Ｇ−１５１，５５，５
９，１０，５７）、高クロム鋼（５ＫＤＩＩ、ＳＫＤ北
弘芯６１ＨＬ）、黒鉛、５ｉｓＮ４．　ＮｉＴｉ、　ＡＡ’
Ｎ、　ＴｉＮのうちから選ばれる１種以上の強化粉末を
分散させたものである。

前記Ａ／−Ｎｉ−Ｍｇ系合金が、ＡＪ−３，５〜８ｗｔ
％　Ｎ１−３〜３ｗｔ％Ｍｇであることが効果的である
。

前記ハイス鋼、高クロム鋼、黒鉛、Ｓ　ｉ、Ｎ４．１’
ＪｉＴｉ、ＡｌＮ、　ＴｉＮのうちから選ばれる１種以
上の強化粒子の添加量が４〜５Ｑｗｔ％の範囲であると
よい。

攪拌混合した後、ダイカスト成形することにより前記粉
末を均一にマトリックス中に分散させるようにしたので
ある。

〔作用〕

本発明に用いられるＡＪ　−Ｎ　１−Ｍｇ系合金はマト
リックスとなるものであって、代表的（こは、ＡＪ−Ｎ
ｉ−Ｍｇ合金であって、特にＡＩ！−３，５〜８ｗｔ％
Ｎｉ　−３〜８ｗｔ％Ｍｇ合金か好ましく、他に添加元
素が入って、その機械的性質が改善されたものが好まし
い。

本発明において、マトリックスにＡＩ！−Ｎｉ　−Ｍｇ
系合金を用いる理由は、この合金が優れた鋳造性、機械
的性質を持つ為である。

前記Ａ／−Ｎｉ−Ｍｇ系合金において、Ｎｉの含有量が
３．５ｗｔ％未満では機械的性質があまり良くなく、８
ｗｔ％超でも機械的性質が低下する。

又、同様にＭｇの含有量が３　ｗｔ％未満では機械的性
質があまり良くなく、１３　ｗｔ％超でも機械的性質が
低下する。

本発明において、前記マ）　ＩＪソックス中分散粒子は
、ハイス鋼、高クロム鋼、黒鉛、Ｓｉ、Ｎ、、ＮｉＴｉ
　、　ＡＪＮ、ＴｉＮのうちから選ばれる１種以上の粉
末である。

金属間化合物粉末、合金鋼粉末を使用する理由は、これ
らの粉末がマトリックスの合金に対して濡れ性が良（、
しかも安定性に優れている為である。又、ＴｉＮ、　Ｓ
ｉ、Ｎ、、ＡＪＮのセラミックス粒子は高硬度であり、
安定性に優れでいて、更に黒鉛粒子は潤滑性に富み耐摩
耗性を向上させる。

ＮｌＴｉ、ハイス鋼、高クロム鋼、黒鉛、Ｓｉ、Ｎ４、
ＡＩＮ、　ＴｉＮの粒子の添加量は４〜５０ｗｔ％であ
ることが好ましく、より好ましくは５〜２０ｗｔ％であ
る。

前記添加量が４　ｗｔ％未満では耐摩耗性の向上効果が
なく、５０ｗｔ％超では攪拌段階で母合金が急激に凝固
する為に、本発明の製造方法により製造することは困難
である。

又、黒鉛を除いた分散粒子の粒子径は１００μｍ以下が
好ましく、より好ましくは（３）μｍ以下である。

黒鉛粒子が１５０μｍ超の場合は、機械的性質を極めて
低下させる為である。

前記マ）　ＩＪフックスへ記分散粒子が均一に分散され
て耐摩耗性及びその他の機械的性質に優れた粒子分散型
合金が得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例についで説明する。

実施例１７）　ＩＪフックスあるＡ４−Ｎｉ−Ｍｇ系合金溶湯中
に粒子径が□□□μｍ以下のｌ・イス鋼、高クロム鋼、
ＮｉＴｉ　、　Ｓｉ、＋　Ｎ４　、　　ＴｉＮ、黒鉛、
ＡｌＮの粉末のうち１種以上を添加し、第１図に例示し
た攪拌混合装置の攪拌混合槽１内に投入し、攪拌羽根２
をモーター３で回転させて攪拌混合し、分散粒子混合合
金溶湯４を得た。

この分散粒子混合合金溶湯を図示しないダイカストマシ
ンの金型に注湯し、本発明の粒子分散型合金の試験片を
得た。

前記合金溶湯中に前記各粉末を夫々添加して得た各試験
片の拡大倍率間借の顕微鏡写真を第２図（ａｌ、（ｂ）
、（Ｃ１、（ｄｌ、（ｅ）、（ｆｌ、−に夫々示す。

実施例２マトリックスであるｋｌ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金溶湯中ζこ
粒子径が関μｍ以下の／・イス鋼、高クロム鋼、ＮｉＴ
ｉ　、　ＡＩＮ　、　５１３Ｎ４、ＴｉＮ、解触　黒鉛
粉末から１種以上を投入添加して攪拌混合後、ダイカス
トマシンの金型に給湯して、本発明の粒子分散型合金製
の摩耗試験用試験片を鋳造した。

こｋで、母合金としては、Ａ／−６ｗｔ％仲冨シｗｔ％
Ｍｇ合金を用いた。

又、分散粒子としては、）・イス鋼、高クロム鋼、Ｎｉ
Ｔｉ　、　ＡＪＮ、’Ｉ’ｉＮ、　Ｓｉ、Ｎ、及び黒鉛
を用い、比較例としては、分散粒子を含有しない母合金
のみのＡｌ−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金を用い、
ダイカストマシンｌこよって摩耗試験片を鋳造した。

第３図（ａｌは、比較例として、ＡＡ’−５ｗｔ％Ｎｉ
−５ｗｔ％Ｍｇ合金を用い、本発明例はマトリックスと
して、Ａｌ−５ｗｔ％Ｎｉ　−５ｗｔ％Ｍｇ合金を用い
た。本発明例ではハイス鋼粒子を分散粒子として分散さ
せ、分散粒子の添加量をｌＱｗｔ％とじたものについて
プロットしたグラフである。

尚、分散粒子の添加量を１０　ｗｔ％以上としたものζ
こついては、はぼ１０ｗｔ％μ≠キｍで飽和状態に達し
、５０ｗｔ％　　　　　　　　　　　−まで同じ値を示
したので図示を省略した。

同図により１０ｗｔ％ハイス鋼粒子分散型合金は、比較
例であるＡｌ−６ｗｔ％Ｎｉ　−５ｗｔ％〜１ｇ合金よ
りも優れた耐摩耗性を示すことがわかる。

又、・・イス鋼粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は、
その粒子分散合金は母合金と同様の比摩耗量を示し、ハ
イス鋼粒子を添加することによる耐摩耗性への影響はな
い。

第３図ｆｔ）ｌは、比較例としで、Ａ４−５ｗｔ％Ｎｉ
−５ｗｔ％Ｍｇ合金を用い、本発明例のマトリックスと
してもＡｌ−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金を用いた
。本発明例では、高クロム鋼粒子を分散粒子として分散
させ、分散粒子の添加量を１０　ｗｔ％とじたものにつ
いてプロットしたグラフである。

尚、分散粒子の添加量カ月Ｑｗｔ％以上としたものにつ
いでは、はぼ１０　ｗｔ％　　　　　　　　飽和状態に
達し、ｓｏｗｔ％　　　　　　　　　まで同じ値を示し
たので図示は省略した。

同図により、ｌＱｗｔ％高クロム鋼粒子分散型合金は、
比較例であるＡ／−６ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金よ
りも優れた耐摩耗性を示すことがわかる。

又、−・イス鋼粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は、
その粒子分散合金は母合金と同様の比摩耗量を示し、高
クロム鋼粒子を添加することによる耐摩耗性への影響は
ない。

第３図（Ｃ１は比較例としで、又本発明例のマトリック
スとしてＡ／−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金を夫々
用いた。

本発明例では、ＳＩ３Ｎ４のセラミックス粒子を分散粒
子としで分散させ、分散粒子の添加量を５　ｗｔ％とじ
たものについてプロットしたグラフである。

尚、分散粒子の添加量がＩＱ　ｗｔ％以上としたものに
ついでは、はぼ５　ｗｔ％物弁壁呑手で飽和状ｇ　ｐｃ
　達シ、ｓｏｗｔｒ　　　１−合金は、比較例であるＡ
ｌ−６ｗｔ％Ｎｉ　−５ｗｔ％Ｍｇ合金よりも優れた耐
摩耗性を示すことがわかる。

又、ＳＩ、Ｎ４粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は、
その粒子分散合金の母合金と同様の比摩耗量を示し、Ｓ
ｉ、Ｎ、粒子を添加することによる耐摩耗性への影響は
ない。

第３図ｆｄｌは比較例として、又本発明例のマトリック
スとして、ＡＩ！−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金を
用いた。

本発明例では、１”ｉＮ粒子を分散粒子として分散させ
、その分散粒子の添加量を５　ｗｔ％とじたものについ
てプロットしたグラフである。

尚、分散粒子の添加量が５　ｗｔ％以上としたものにこ
ついでは、はぼ５ｗｔ％拗忰捌索で飽和状態に達し、５
Ｑｗｔ％拗体−参合会まで同じ値を示したので図示を省
略した。

同図により、５ｗｔ％ＴｉＮ粒子分散合金は比較例であ
るＡＪ−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金よりも優れた
耐摩耗性を示すことがわかる。

又、Ｓｉ３Ｎ４粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は、
その粒子分散合金の母合金と同様の比摩耗量を示し、Ｔ
ｉＮ粒子を添加することをこよる耐摩耗性への影響はな
い。

第３図ｔｅｌは比較例としで、又本発明例のマトリック
スとしてｋｌ−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金を夫々
用いた。

本発明例では、黒鉛粒子を分散粒子として分散させ、そ
の分散粒子の添加量を５　ｗｔ％とじたものについてプ
ロットしたグラフである。

−尚、分散粒子の添加量が５　ｗｔ％以上としたちのに
ついては、はぼ５　ｗｔ％箒砕忰幸で飽和状態ｌこ達し
、５０ｗｔ％卆椿軛蜘合妾まで同じ値を示したので図示
を省略した。

同図により、５　ｗｔ％黒鉛粒子分散合金は、比較例で
あるＡｌ−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金よりも優れ
た耐摩耗性を示すことがわかる。

又、黒鉛粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は、その粒
子分散合金の母合金と同様の比摩耗量を示し、黒鉛粒子
を添加することζこよる耐摩耗性への影響はない。

第３図げ）は、比較例としで、又本発明例のマトリック
スとしてＡＪ−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金を用い
た。

本発明例では、ＡＪＮ粒子を分散粒子として分散させ、
分散粒子の添加量を５　ｗｔ％とじたものについてプロ
ットしたグラフである。

尚、分散粒子の添加量が５　ｗｔ％以上としたものｌご
ついては、はぼ５ｗｔシー手半で飽和状態に達し、５０
ｗｔ％卿≠井桑会会まて同じ値を示したので図示を省略
した。

同図ζこより、５ｗｔ％ＡＪ？Ｎ粒子分散合金は、比較
例であるＡＪ−６ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％Ｍｇ合金よりも
優れた耐摩耗性を示すことがわかる。

又、ＡＩ！Ｎ粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は、そ
の粒子分散合金の母合金と同様の比摩耗量を示し、ＡＩ
！Ｎ粒子を添加することによる耐摩耗性への影響はない
。

第３固唾）は、比較例として、又本発明例のマトリック
スとしで、ＡＪ−６ｗｔ％Ｎｉ　−５ｗｔ％Ｍｇ合金を
用いた。本発明例では、ＮｌＴｌ粒子を分散させ、分散
粒子の添加量を５　ｗｔ％とじたものについてプロット
したグラフである。

尚、分散粒子の添加量を５　ｗｔ％以上としたものにつ
いては、はぼ５ｗｔ％晰物噂→１で飽和状態に達し、５
Ｑ　ｗ　ｔ％歯丹吻七会会まで同じ値を示したので図示
を省略した。

同図により、５ｗｔ％ＮｉＴｉ粒子分散合金は比較例で
あるＡ７？−５ｗｔ％Ｎｉ−５ｗｔ％合金よりも優れた
耐摩耗性を示すことがわかる。

又、Ｎｉ’ｌ’ｉ粒子を４　ｗｔ％未満含有した場合は
、その粒子分散合金の母合金と同様の比摩耗量を示し、
ＮｉＴｉ粒子を添加することによる耐摩耗性への影響は
ない。

〔発明の効果〕

以上説明したようｌこ本発明に係る粒子分散型合金にお
いでは、ハイス鋼、高クロム鋼、ＮｉＴｉ、ＡＡ！Ｎ、
　ＴＩＮ、　ＳＩ３Ｎ４、及び黒鉛粉末のうちから選ば
れる１種以上の粉末が母合金マトリックスに均一に分散
されでいることにより、耐摩耗性を向上させることがで
きる。

そして、本発明に係る粒子分散型合金の製造方法におい
では、ハイス鋼、高クロム鋼、ＮｉＴｉ　。

Ａ７’Ｎ、　ＴｉＮ　、　Ｓ！ｓＮ＊　、黒鉛のうちか
ら選ばれる１種以上の粉末を母合金溶湯中に添加し、攪
拌混合後、ダイカストマシンによって凝集することなし
に、均一にマトリ２クスに分散させることができること
によって優れた耐摩耗性を有する粒子分散型合金を製造
することができると共に、ダイカスト鋳造法を利用する
ので、従来技術の焼結、粉末冶金法のよう（こコスト高
な表面処理方法や酸化防止法及び装置を必要としないの
で従来技術と比較して製造費を低減でき、又複雑な形状
の製品を容易に製造できるだけでなく多くの工程を省略
できるので安価（こ粒子分散型合金を大量生産すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る粒子分散型合金の製造方法（ご
用いられる攪拌混合装置の一例を一部断面して示す正面
図、第２図（ａｌ、（ｂｌ、（Ｃ１、（ｄｌ、（ｅｌ、
（０、（２）は本発明の粒子分散型合金で鋳造した試験
片の組織を夫々示す各顕微鏡写真、第３図（ａｌ、（１
））、（Ｃ１、（ｄｌ、（ｅｌ、げ）、（２）は本発明
の粒子分散型合金で鋳造した各試験片の相手材（比較例
）に対する滑り速度と比摩耗量との関係を夫々示す各グ
ラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金をマトリックスとし、こ
のマトリックスにハイス鋼（ＳＫＨ５１、５５、５９、
１０、５７）、高クロム鋼（ＳＫＤ１１、ＳＫＤ６１Ｈ
ＬＤ２ＳＶ）、黒鉛、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＮｉＴｉ、Ａｌ
Ｎ、ＴｉＮのうちから選ばれる１種以上の強化粉末を分
散させたことを特徴とする粒子分散型合金。
（２）Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金がＡｌ−３．５〜８ｗｔ
％Ｎｉ−３〜８ｗｔ％Ｍｇであることを特徴とする請求
項１記載の粒子分散型合金。
（３）ハイス鋼、高クロム鋼、黒鉛、Ｓｉ＿３Ｎ＿４、
ＮｉＴｉ、ＡｌＮ、ＴｉＮのうちから選ばれる１種以上
の強化粒子の添加量が４〜５０ｗｔ％の範囲であること
を特徴とする請求項１、２記載の粒子分散型合金。
（４）Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金溶湯中にハイス鋼、高ク
ロム鋼、黒鉛、Ｓｉ＿３Ｎ＿４，ＮｉＴｉ、ＡｌＮ、Ｔ
ｉＮのうちから選ばれる１種以上の粉末を直接添加し、撹拌混合した後、ダイカスト成形することにより前
記粉末を均一にマトリックス中に分散させることを特徴
とする粒子分散型合金の製造方法。