JPH0270036A

JPH0270036A - 耐摩耗性アルミニウム合金材

Info

Publication number: JPH0270036A
Application number: JP21978288A
Authority: JP
Inventors: Minoru Hayashi; 稔林; Hidemiki Matsumoto; 松本　英幹; Yoshisuke Asada; 浅田　喜介; Shigenori Asami; 浅見　重則
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1988-09-02
Filing date: 1988-09-02
Publication date: 1990-03-08

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）本発明は耐摩耗性アルミニウム合金材に関し、さらに詳
しくは内燃機関などの摺動部材として好適な自己潤滑性
に優れる耐摩耗性アルミニウム合金材に関する。

（従来の技術）内燃機関のシリンターフロック、シリンターライナー、
ピストン、ロッカーアーム等の材料およびコンプレッサ
ーのベーン、ＶＴＲシリンター等においては摺動部にお
りる［耐摩耗性、耐熱性、低熱膨張・（になどの特性か
要求され′Ｃおり、従来これら摺動部材としては、Ｆｅ
合金もしくはＣｕ合金等か用いられているか、近年、摺
動部材の軽量化、熱伝導性、耐食性、コスト等の理由に
より材料のアルミニウム合金化か進められている。耐摩
耗性アルミニウム合金としてはＡｌ−Ｓｉ系合金かその
代表である。

（発明か解決しようとする課題）しかしなから、この種Ａ！Ｑ−Ｓｉ系合金材を従来の溶
解、鋳造法を用いて製造すると、Ｓｉ添加量か多いほと
耐摩耗性は向上するか、Ｓｉ添加量の増大とともにＳｉ
粒子の粗大化等により強度、伸ひ、靭性笠の特性か著し
く低ドし、また加工性も低ドするという問題か生した。

−・方、粉末冶金Ｄ、を用いてＳｉ等の硬質粒子を均一
に分散させることによる改善か行われているか、潤滑油
か使えないような過酷な乾式条件下ては焼料を起すとい
う問題かあった。

したかって、本発明の１」的は切削加工性に優れ、かつ
過酷な乾式条件下ても焼付を起さない自己潤滑性に優れ
る耐摩耗性アルミニウム合金相な提供することにある。

（課題を解決するだめの手段）本発明者らは］−記の課題を解決すべく鋭意研究な統り
た結果、所定の元素を所定量含有させたＡ　Ｉ　−Ｓ　
ｉ系合金溶湯を急冷凝固粉末とし、これを用いた最大Ｓ
ｉ粒子径か２０ｐｍ以ドの合金マトリックス（母材）中
に固体潤滑材を所定量均一分散させることにより目的か
達成されることを見出した。本発明はこの知見に基づい
て完成されたものである。

すなわち本発明は、（１）Ｓｉ　　５〜３５重量％（以
下単に％と記す）、Ｃｕ０．５〜１０％、Ｍｇ０．２〜
５％を含み、Ｗ０．１〜５％、Ｃｏ０１１〜８％、Ｃｅ
０．１〜５％のうち１種または２種以上を合計量て１０
％を越えない量含有し、かつ最大Ｓｉ粒子径か２０ｇｍ
以丁であるＡ文−８Ｉ系合金のマトリックス中に潤滑成
分としてｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃ，ＭｏＳ２
．ＷＳ２、ＣａＦ　　、ＢａＦ２．ＬｉＦのうち１種ま
たは２種以１．を合計量て２〜２０体積％含むことを特
徴とする耐摩耗性アルミニウム合金材（以下、第１発明
という）、および（２）Ｓｉ５〜３５％、Ｃｕ　　［１，５〜Ｉｌ１％、
Ｍｇ０．２〜５％を含み、Ｗ０．］〜５％、Ｃｏ０．］
〜８％、Ｃｅ［］、Ｉ〜５％のうち１種または２種以上
およびＦｅ［］、］−８％、Ｎ　ｊ　　０．３〜８％、
Ｃｒ０．１〜５％、Ｍ　ｎ　０．２〜５％、Ｚｒ０．１
〜５％、Ｖ［］、１１〜５％Ｔｉ０．１〜５％のうち１
種または２種以」−を合泪量て１０％を越えない量含有
し、かつ最大Ｓｉ粒子径か２０ｇｍ以下であるＡｌ−Ｓ
ｉ系合金のマ）ヘリックス中に潤滑成分としてｐｂ、Ｓ
ｎ、Ｉ　ｎ、Ｂ　１．Ｓｂ、Ｃ，ＭｏＳ　　、ＷＳ２、
ＣａＦ　　、ＢａＦ２．ＬｉＦのうち１種または２種以
−１４を合計（社）で２〜２０体精％含むことを特徴と
する耐摩耗性アルミニウム合金材（以下、第２発明とい
う）を提供するものである。

本発明（第１発明及び第２発明をいう。以下同様）の耐
摩耗性アルミニウム合金化に含有される元素の作用およ
びその含有量、ならびに最大８１粒子径を限定した理由
は次の通りである。

Ｓｉ含有量は５〜３５％とする。Ｓｌは急冷凝固法によ
り硬質粒子として組織中に均一に分散し、耐摩耗性を向
］二さゼる。Ｓｉ含有量か５％未満てはＳｉ粒子量か少
なく耐摩耗性の効果か１”分てない。Ｓｉ含有量か３５
％を越えると初晶Ｓｉが粗大化して靭性および切削加−
■二性の劣化を招く。

Ｃｕ含有量は０．５〜ｌＯ％とする。ＣｕはＡｌ中に固
溶するとともにＭｇと共存することで時効析出し、常温
および高温強度を高め、ざらに制摩耗性の向上に寄り、
する。Ｃｕ含有量か０．５％未満てはその効果が不十分
である。Ｃｕ含有値か１０％を越えると効果か飽和する
とともにその耐食性か低下する。

Ｍｇ含有量は０．２〜５％とする。ＭｇはＡｌ中に固溶
するとともにＣｕと共存することで時効析出し、常温お
よび高温強度を高め、さらに１ｍ［耗性の向上に寄与す
る。Ｍｇ含有量か０．２％未満てはその効果か不十分で
ある。Ｍｇ含有量か５％を越えると材料の延性が低下し
加工性を劣化させる。

Ｗ含有量は０．１〜５％、Ｃｅ含有量は０．１〜８％、
Ｃｅ含有量は０．１〜５％とする。

Ｗ、Ｃｏ、Ｃｅは微細な化合物としてマトリックス１身
こ分散しその強度を高める効果がある。その効果は、そ
れぞれの含有量かその下限未満ては不十分である。それ
ぞれの含有量かその上限を越えるとその効果は飽和する
とともに化合物か粗大化しかえって靭性の低下を引き起
こす。

第２発明においてＦｅ含有量は０．１〜８％、Ｎ】含有
量は０．３〜８％、Ｃｒ含有量はｏ、ｉ〜５％、Ｍｎ含
有値は０．２〜５％、Ｚｒ含有量は０．１〜５％、■含
有量は０．１〜５％、Ｔｉ含有量は０．１〜５％とする
。

Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、■、Ｔｉの元素はいず
れもマトリックスの強度を高める効果かあり、さらにそ
の耐摩耗性を向上させる働きかある。これら元素のそれ
ぞれの含有量かその下限未満ではその効果か不十分であ
る。また含有量かそれぞれその上限を越えると効果は飽
和する。

また、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇを除く他の元素の含有量は合計
量で１０％を越えない量とする。合計含有量が１０％を
越えるとその効果は飽和するとともに軽量化か損なわれ
る。

本発明の耐摩耗性アルミニウム合金材中に」−記の元素
のほかにＢｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｃａ等の不可避的不純物か０
．５〜５００ｐｐｍ含まれていてもその特性になんら影
響を与えない。

本発明の耐摩耗性アルミニウム合金材中の最大Ｓｉ粒子
径は２０ｐｍ以下とする。Ｓｉ粒子径か２０ｇｍを越え
ると切削加工性が著しく低下し、切削時のハイドの損耗
が大きくなる。

本発明の耐摩耗性アルミニウム合金材は上記組成及びＳ
ｉ粒子径を有するＡ！；Ｌ−Ｓｉ系合金のマトリックス
中に潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂ　ｉ、Ｓｂ、
Ｃ，ＭｏＳ、、、ＷＳ２．ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＬＩＦ
を１種または２種以上合計量で２〜２０体積％含有する
。これら潤滑成分はマトリックス中に均一に分散させる
ことにより優れた潤滑特性を示す。その効果は２体積％
未満ては十分てはなく、２０体積％を越えると強度の低
下か著しくなる。

次に本発明の耐摩耗性アルミニウム合金材の製造方法に
ついて説明する。

本発明の耐摩耗性アルミニウム合金材は例えば上記組成
を有するＡｌ−Ｓｉ系合金を粉末化し、これに潤滑成分
を均一分散配合して成形することにより製造することか
てきる。

本発明のアルミニウム合金材の製造に用いられるＡ文−
Ｓｉ系合金粉末は溶湯から急冷凝固粉末とされたものか
好ましい。ここて用いられる急冷凝固粉末とは、フレー
ク状、リボン状、粉末状、いずれてもよく、またその製
造方法は、回転円盤法、急冷ロール法、ガスア１〜マイ
ズ法、いずれの方法てもよいか、Ｓｉ粒子やマトリック
スを強化する化合物を均一に分散させるためには１０２
°Ｃ／　ｓ　ｅ　ｃ以上の冷却速度か得られる方法か好
ましい。

固体潤滑成分をマトリックス中に均一に分散させるため
にアトライター等により合金粉末と潤滑成分を十分混ぜ
合わすことが好ましい。

潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ等の低融点金属を使用する場
合はこれらをマトリックス合金溶湯に溶解し急冷凝固粉
末とすることにより均一に分散させることかできる。ま
た、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃ１ＭｏＳ２．ＷＳ２．ＣａＦ
２．ＢａＦ２．ＬｉＦ等の粉末を使用する場合は表面メ
ツキ処理などマトリックス合金と十分密着てきるような
処理を施すことがより一層好ましい。

潤滑成分を配合した合金粉末の成形加工は通常のアルミ
ニウム粉末冶金合金製造方法に準じて行うととかてきる
。

（実施例）次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。

実施例ばしめに第１表に示ずＡ−′−Ｅの化学組成を有するア
ルミニウム合金について合金溶湯からＡｒカスア１〜マ
イズ法により急冷速度１０〜１０’°Ｃ／　ｓ　ｅ　ｃ
として粉末を製造した。この合金粉末を７１〜ソツクス
とし第２表に示す固体潤滑材をそれぞれの割合で配合し
、アトライターを用いて十分混ぜ合わせた後、冷間圧縮
成形により直径１００ｍｍφ、長さ２００　ｍ　ｍて密
度比８０％の冷間成形体とした。これを脱ガスコンテナ
のアルミニウム缶に封缶した後、４００°Ｃて過熱真空
脱ガスを行ない、４００°Ｃにおいて真密度まで熱間プ
レス成形をした後に、脱ガスコンテナを外削・除去し直
径８０ｍｍφ、長さ１５０ｍｍのビレットとし１じ。さ
らに４００°Ｃて熱間押出を行い直径３０ｍｍφの押出
棒を作製し、本発明合金材試料Ｎｏ。

１〜ｌＯを１１すだ。

次に第１表に示ずＦ、Ｇの化学組成を有するアルミニウ
ム合金について冷却速度２０８Ｃ／ｓｅｃの金型鋳造を
行ない切削加工し直径８０ｍｍφ、長さ１．５０ｍｍの
ビレッ１〜を作製した後これを４００°Ｃで押出３０ｍ
ｍφの押出棒とし、比較例合金相試料Ｎｏ、１１．１２
を得た。

得られたアルミニウム合金材押出杯試利について最大Ｓ
ｉ粒子径を光学顕微鏡を用いて測定した。また、・大越
式摩耗試験機による摩耗試験およびビン−ディスク方式
の続刊試験を行っ′Ｃ焼続刊生曲の面圧をＭ２Ｏ定した
。また、旋盤を用い切削試験を行い切削前Ｔ性を評価し
た。これらの結果をｐ５３表に示す。

第３表の結果から明らかなように、本発明合金材（試料
Ｎｏ、１〜１０）はいずれも、比摩耗是か少なく耐摩耗
性に優れ、焼イζノ発生時の面圧か大きく耐焼付性に優
れ、また切削加工性に優れている。

（発明の効果）本発明によれば切削加工性とともに耐焼付性、耐摩耗性
に優れたアルミニウム合金材が得られる。このように本
発明の耐摩耗性アルミニウム合金材は過酷な乾式条件下
ても焼付を起こさない自己潤滑性に優れる耐摩耗性を有
しており、特に白焼機関などの摺動部材の軽量化に効果
を奏する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｓｉ５〜３５％、Ｃｕ０．５〜１０％、Ｍｇ０．
２〜５％を含み、Ｗ０．１〜５％、Ｃｏ０．１〜８％、
Ｃｅ０．１〜５％のうち１種または２種以上を合計量で
１０％を越えない量（以上重量％）含有し、かつ最大Ｓ
ｉ粒子径が２０μｍ以下であるＡｌ−Ｓｉ系合金のマト
リックス中に潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、
Ｓｂ、Ｃ、ＭｏＳ＿２ＷＳ＿２、ＣａＦ＿２、ＢａＦ＿
２、ＬｉＦのうち１種または２種以上を合計量で２〜２
０体積％含むことを特徴とする耐摩耗性アルミニウム合
金材。
（２）Ｓｉ５〜３５％、Ｃｕ０．５〜１０％、Ｍｇ０．
２〜５％を含み、Ｗ０．１〜５％、Ｃｏ０．１〜８％、
Ｃｅ０．１〜５％のうち１種または２種以上およびＦｅ
０．１〜８％、Ｎｉ０．３〜８％、Ｃｒ０．１〜５％、
Ｍｎ０．２〜５％、Ｚｒ０．１〜５％、Ｖ０．１〜５％
、Ｔｉ０．１〜５％のうち１種または２種以上を合計量
で１０％を越えない量（以上重量％）含有し、かつ最大
Ｓｉ粒子径が２０μｍ以下であるＡｌ−Ｓｉ系合金のマ
トリックス中に潤滑成分としてＰｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ
、Ｓｂ、Ｃ、ＭｏＳ＿２、ＷＳ＿２、ＣａＦ＿２、Ｂａ
Ｆ＿２、ＬｉＦのうち１種または２種以上を合計量で２
〜２０体積％含むことを特徴とする耐摩耗性アルミニウ
ム合金材。