JPH02101140A - 耐摩耗性アルミニウム合金 - Google Patents

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】 Ａ０発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は耐摩耗性アルミニウム合金に関する。

（２）従来の技術 従来、粉末冶金法の適用により大量のＳｉ、Ｆｅ、Ｍｎ
等を添加した高強度アルミニウム合金が提案されている
。

（３）発明が解決しようとする課題 アルミニウム合金より機械構造部材を構成し、それを高
温下で使用する場合には、鋼製機械構造部材との組合せ
使用は避けられないが、従来合金は、それに析出する初
晶Ｓｉ、共晶Ｓｉ、金属間化合物等が非常に微細である
ため、摺動摩耗量が比較的多く、その結果、高面圧およ
び高速摺動下では耐久性に乏しいといった問題がある。

本発明は前記に鑑み、耐摩耗性を有し、また鋼製相手材
との組合せにおいて優秀な摺動特性を示ず前記アルミニ
ウム合金を提供することを目的とする。

Ｂ０発明の構成 （１）課題を解決するだめの手段 本発明は、アルミニウム合金７トリツクスに硬質粒子を
分散させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒径りを
３μｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量りを０．５重量％
≦Ｌ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前記硬質粒
子の硬さＨｖを７００≦Ｈｖ＜１０００に設定し、該硬
さＨｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）（Ｄ−１）の
とき、２００＜Ｋ≦６００に設定したことを第１の特徴
とする。

また本発明は、アルミニウム合金マトリックスに硬質粒
子を分散させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒径
りを３μｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量りを０．５重
量％≦Ｌ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前記硬
質粒子の硬さＨｖをｌ０００≦Ｈｖ　＜　１５００に設
定し、該硬さＨｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）（
Ｄ−１）のとき、８０＜Ｋ≦２００に設定したことを第
２の特徴とする。

さらに本発明は、アルミニウム合金マトリックスに硬質
粒子を分散させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒
径りを３μｍ≦Ｄ≦３ｏｔＩｍに、また添加量りを０．
５重量％≦Ｌ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前
記硬質粒子の硬さＨｖを１５００≦ＨＶ＜２０００に設
定し、該硬さＨｖの範囲においてに＝　（Ｌ＋０．５）
（Ｄ−１）のとき、３５＜Ｋ≦８０に設定したことを第
３の特徴とする。

さらにまた本発明は、アルミニウム合金マトリックスに
硬質粒子を分散させた合金であって、前記硬質粒子の平
均粒径りを３μｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量りを０
．５重量％≦Ｌ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに
前記硬質粒子の硬さＨｖを２０００≦Ｈｖ≦３０００に
設定し、該硬さＨｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）
（Ｄ−１）のとき、１３≦Ｋ≦３５に設定したことを第
４の特徴とする。

（２）作　用 第１〜第４の特徴によれば、浸炭鋼と路間等の耐摩耗性
を有し、また鋼製相手材との組合せにおいて、その相手
材の摩耗を抑制し得るアルミニウム合金が提供される。

た−し、硬質粒子の平均粒径りがＤ＜３μｍではアルミ
ニウム合金の耐摩耗性が低く、一方、Ｄ〉３０μｒｎで
はアルミニウム合金の疲労強度が低下し、また鋼製相手
材の摩耗が増大して実用に供し得ない。

さらに硬質粒子の添加１ｉＬがＬ　＜　０．５重量％で
は前記同様にアルミニウム合金の耐摩耗性が向上せず、
一方、Ｌ〉２０重量％では前記同様にアルミニウム合金
の疲労強度が低下し、また鋼製相手材の摩耗が増大して
実用に供し得ない。

さらにまた、硬質粒子の硬さＨｖがＨｖ＜７００、また
はＨｖ＞３０００では、狙いとする摺動特性が得られな
い。

この場合、７００≦Ｈｖ＜１０００において、Ｋ≦２０
０ではアルミニウム合金の摩耗が増大し、一方、Ｋ＞６
００では鋼製相手材の摩耗が増大する。

また１０００≦Ｈｖ＜１５００において、Ｋ≦８０では
前記同様にアルミニウム合金の摩耗が増大し、一方、Ｋ
＞２００では前記同様に鋼製相手材の摩耗が増大する。

さらに１５００≦Ｈｖ　＜　２０００において、Ｋ≦３
５では前記同様にアルミニウム合金の摩耗が増大し、一
方、Ｋ〉８０では前記同様に鋼製相手材の摩耗が増大す
る。

さらにまた、２０００≦Ｈｖ≦３０００においで、Ｋ〈
１３では前記同様にアルミニウム合金の摩耗が増大し、
一方、Ｋ〉３５では前記同様に鋼製相手材の摩耗が増大
する。

（３）実施例 本発明に係るアルミニウム合金は、アルミニウム合金マ
トリックスに硬質粒子を分散させたものである。

硬質粒子としては、ＡＩ！、２０３粒子、Ａｆ２０・５
ｉＯ７粒子、ＳｉＣ粒子、Ｓ　ｉ　３Ｎ４粒子、ＺｒＯ
□粒子、ＴｉＯ□粒子等のセラミック粒子か用いられる
。この場合、硬質粒子の平均粒径りは３μｍ≦Ｄ≦３０
μｍに、また添加量りは０．５重量％≦Ｌ≦２０重量％
にそれぞれ設定される。

さらに硬質粒子の硬さＨｖは７００≦Ｈｖ≦３０００に
設定され、この硬さＨｖの範囲において、Ｋ−（、Ｌ−
１−０，５）（Ｄ−１）のとき、７００≦Ｈｖ　＜　１
０００では、２００＜Ｋ≦６００．１０００≦Ｈｖ　＜
　１５００では、　８０＜Ｋ≦２００．１５００≦Ｈｖ
　＜２０００では、　３５＜Ｋ≦８０．２０００≦Ｈｖ
≦３０００では、　　１３≦Ｋ≦３５にそれぞれ設定さ
れる。

第１図は、硬質粒子の前記硬さＨｖの範囲において、そ
の平均粒径と添加量との関係を示す。図中、斜線で囲ま
れる範囲が本発明に該当する。

以下、具体例について説明する。

本発明合金におけるアルミニウム合金マトリックス粉末
として、Ｓｉ　　１４．５重量％、Ｃｕ２゜５重量％、
Ｍｇ０．５重量％、Ｆｅ４．５重量％、Ｍｎ２．０重量
％および残部が不可避不純物を含む／ｌである粉末を、
アトマイズ法を適用して製造した。

アルミニウム合金マトリックス粉末に、表Ｉに示す添加
量にて各種平均粒径を持つ硬質粒子を第１図に則って配
合し、以下に述べる各工程を経て本発明合金Ｉ〜′Ｘを
製造した。

即ち、アルミニウム合金マトリックス粉末と各硬質粒子
とを■型ブレンダにて混合した後、各混合粉末に冷間静
水圧プレス成形法（、ＣＩＰ法）を適用して圧粉体を得
、次いで各圧粉体を、均熱炉内に設置して所定時間保持
し、その後各圧粉体に熱間押出し加工を施して直径３５
ｎｗｎ、長さ４００ｍｍの丸棒状に成形された本発明合
金１−Ｘを得た。

比較のため、前記と同一組成のアルミニウム合金粉末に
、表Ｈに示す添加量にて各種平均粒径を持つ硬質粒子を
配合し、前記各工程と同一工程を経て比較例台金ＸＩ〜
Ｘ■を製造した。比較例合金Ｘ■は、硬質粒子を含まず
、アルミニウム合金マｉ〜りンクスのみからなる。

本発明合金１〜Ｘおよび比較例合金ＸＩ−Ｘ■よりテス
Ｉ・ピースを切出し、各テストピースについて摺動摩耗
試験を行ったところ表■、■の結果が得られた。

摺動摩耗試験は、＠１１０　ｍａｎ、横１０ｍｍ、厚さ
５帥のテスＩ・ピースを、速度２．５ｍ／ｓｅｃで回転
すル直径１３５　ｍｍのシリコンクロムｆｉ（ＪＩＳ　
　Ｓｗｏｓｃ−浸炭材）よりなる円盤に圧力２００ｋｇ
／ｃＩ１１を以て押圧し、また潤滑油を５ｃｃ／ｍｉｎ
の条件で滴下し、摺動距離１８ｋｍに亘って行われたも
ので、摩耗量はテストピースおよび円盤における摺動部
の試験前後の厚み差（μｍ）を求めることにより測定さ
れた。なお、前記シリコンクロム鋼は内燃機関用バルブ
スプリング構成材料として用いられるものである。

表 ■ 表　　　　■ 表１１１．■より明らかなように、本発明合金Ｉ〜Ｘは
、比較例合金ＸＩ−Ｘ■に比べて、それ自体の摩耗量が
少なく、また鋼製相手材である円盤の摩耗を抑制すると
いった、優秀な摺動特性を示す。

これはアルミニウム合金７トリソクスに分散された硬質
粒子の硬さ、粒径、添加量等を前記のように適正値に設
定したことに起因する。

次に、本発明合金および比較例合金を用いて形成された
内燃機関用摺動部材の摺動特性について説明する。

第２図は内燃機関Ｅの動弁系を示し、シリンダヘッドｌ
に摺動自在に取付けられた吸気バルブ２の先端に、摺動
部材としてのスプリングリテーナ３が固着され、そのス
プリングリテーナ３とシリンダヘッド１との間に、同じ
く摺動部材としての第１バルブスプリング４．と、その
内側に存する第２パルプスプリング４□とが縮設される
。図中、５はＵツカアーム、６はカムシャツＩ・である
。

機関の高速回転域においては、スプリングリテーナ３と
第・１．第２バルブスプリング４１．４□との間に摺動
が発生１し、長時間の運転に伴いスプリングリテーナ３
および第１．第２ハルブスプリング４＋、４□が摩耗す
る。

そこで、本発明合金１．　Ｉ［Ｉ、　Ｖ、■、　ＩＸ、
　Ｘおよび比較例合金ｘｒ、ｘｍ、ｘｒｖ、ＸＶＩ：　
Ｘ■を用いてスプリングリテーナ３を形成し、実機耐久
試験を行って、スプリングリテーナ３と第１バルブスプ
リング４、との摩耗量を測定したところ、表Ｖ、　Ｖ＋
の結果が得られた。

摩耗量は、スプリングリテーナ３のバルブスプリング座
部および第１バルブスプリング４１端部の試験前後の厚
み差（μｍ）を求めることにより測定された。第１バル
ブスプリング４１は、シリコンクロム鋼（ＪＩＳ　　５
ＷＯ３Ｃ−Ｖ）より構成されている。

表 ■ 表 ■ 表■、■から明らかなように、本発明合金ｌ。

■等を用いたスプリングリテーナの場合は、それ自体の
摩耗量が少なく、また第１バルブスプリングの摩耗を抑
制するといった、優秀な摺動特性を示す。これに対し比
較例合金ＸＩ、Ｘ［［１等を用いたスプリングリテーナ
の場合は、その耐摩耗性が高過ぎて第１バルブスプリン
グの摩耗量が多くなるか、またはスプリングリテーナの
耐摩耗性が低過ぎてその摩耗量が多くなるか、の何れか
であり、その結果摺動特性が悪化する。

Ｃ０発明の効果 本発明によれば、アルミニウム合金マトリックスに、硬
さ、粒径、添加量等を特定された硬質粒子を分散させる
ことにより、優れた耐摩耗性を有し、それに伴い高面圧
および高速摺動下で十分な耐久性を発揮し、また鋼製相
手材との組合せにおいて優秀な摺動特性を示すアルミニ
ウム合金を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、硬質粒子の硬さＨｖ７００〜３゜００におい
て硬質粒子の平均粒径と添加量との関係を示すグラフ、
第２図は内燃機関の動弁系をボす断面図である。 ３・・・スプリングリテーナ、４１．４□・・・第１゜
第２バルブスプリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム合金マトリックスに硬質粒子を分散
   させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒径Ｄを３μ
   ｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量Ｌを０．５重量％≦Ｌ
   ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前記硬質粒子の
   硬さＨｖを７００≦Ｈｖ＜１０００に設定し、該硬さＨ
   ｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）（Ｄ−１）のとき
   、２００＜Ｋ≦６００に設定したことを特徴とする耐摩
   耗性アルミニウム合金。
2. （２）アルミニウム合金マトリックスに硬質粒子を分散
   させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒径Ｄを３μ
   ｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量Ｌを０．５重量％≦Ｌ
   ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前記硬質粒子の
   硬さＨｖを１０００≦Ｈｖ＜１５００に設定し、該硬さ
   Ｈｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）（Ｄ−１）のと
   き、８０＜Ｋ≦２００に設定したことを特徴とする耐摩
   耗性アルミニウム合金。
3. （３）アルミニウム合金マトリックスに硬質粒子を分散
   させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒径Ｄを３μ
   ｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量Ｌを０．５重量％≦Ｌ
   ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前記硬質粒子の
   硬さＨｖを１５００≦Ｈｖ＜２０００に設定し、該硬さ
   Ｈｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）（Ｄ−１）のと
   き、３５＜Ｋ≦８０に設定したことを特徴とする耐摩耗
   性アルミニウム合金。
4. （４）アルミニウム合金マトリックスに硬質粒子を分散
   させた合金であって、前記硬質粒子の平均粒径Ｄを３μ
   ｍ≦Ｄ≦３０μｍに、また添加量Ｌを０．５重量％≦Ｌ
   ≦２０重量％にそれぞれ設定し、さらに前記硬質粒子の
   硬さＨｖを２０００≦Ｈｖ≦３０００に設定し、該硬さ
   Ｈｖの範囲においてＫ＝（Ｌ＋０．５）（Ｄ−１）のと
   き、１３≦Ｋ≦３５に設定したことを特徴とする耐摩耗
   性アルミニウム合金。