JPH0322458B2 - - Google Patents
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- JPH0322458B2 JPH0322458B2 JP62063425A JP6342587A JPH0322458B2 JP H0322458 B2 JPH0322458 B2 JP H0322458B2 JP 62063425 A JP62063425 A JP 62063425A JP 6342587 A JP6342587 A JP 6342587A JP H0322458 B2 JPH0322458 B2 JP H0322458B2
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- reinforcing particles
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Landscapes
- Compressor (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
産業上の利用分野
この発明は、例えばコンプレツサ摺動部品、エ
ンジン摺動部品等のような耐摩耗性の要求される
部品素材として用いられる耐摩耗性に優れた複合
材料及びその製造方法に関する。 なおこの明細書において、アルミニウムの語は
アルミニウム合金を含む意味において用いる。 従来の技術 上記のような部品に用いられる材料の耐摩耗性
を改善するために、マトリクス中に強化粒子とし
て硬質粒子を分散させる試みが、Ｉ／Ｍ法、Ｐ／
Ｍ法を問わずAl―Si系合金やアルミニウム基複
合材料において行われている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来のAl基複合材料は、摺動
部品として用いられた場合、摺動時の摩擦熱によ
つてマトリクスが軟化してしまうために、いずれ
も実際上充分満足する耐摩耗性を保有するものと
言い難いものであつた。 この発明は、かかる事情のもとになされたもの
であつて、耐摩耗性をさらに改善した複合材料の
提供を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、種々研究の結果、
この発明に係る複合材料は、アルミニウムを一次
マトリクスとし、該マトリクス中に平均粒径1μm
以下の硬質非金属粒子からなる一次強化粒子が分
散された複合マトリクスであつて、かつその400
℃における引張強さが10Kgｆ／mm2以上に規制され
た複合マトリクス中に、さらに平均粒径５〜
100μmの硬質非金属粒子からなる二次強化粒子が
容積比（Vf）において２〜20％の含有量にて分
散されてなるものとする。 一次マトリクスであるアルミニウム中に分散さ
れる。硬質非金属粒子からなる一次強化粒子の平
均粒径が1μm以下に規制されるのは、1μmを超え
ると平均粒径間距離が大きくなり、強化作用が弱
くなるためであり、また複合マトリクス中に分散
される二次強化粒子との接触部がマトリクスのな
い欠陥部になり易いためである。一次強化粒子の
平均粒径は、好ましくは0.6μm以下、更に具体的
には0.3〜0.5μm程度のものが好適に用いられる。 複合マトリクスの400℃における引張強さ（σB）
が10Kgｆ／mm2以上に規制されるのは、10Kgｆ／mm2
未満ではマトリクスの耐熱強度が不足し、耐摩耗
性を向上し得ないためである。好ましくは、14Kg
ｆ／mm2以上に規制するのが良い。 複合マトリクス中に分散される硬質非金属粒子
からなる二次強化粒子の平均粒径が５〜100μmの
範囲に規制されるのは、5μm未満では摺動時にマ
トリクスメタルが塑性流動を起こし、該二次強化
粒子表面を覆い易くなり、有効面積が減少して耐
摩耗性が悪化するためであり、一方100μmを超え
るものでは、成形時にマトリクスメタルとの界面
で剥離し易くなり、そこからクラツクが進展して
割れが発生するためである。好ましい平均粒径は
７〜60μmである。またこの二次強化粒子の含有
量が容積比（Vf）において２〜20％の範囲に規
制されるのは、２％未満では複合効果がなく、逆
に20を超えるると変形抵抗が大きくなり成形困難
となるからである。好ましい含有量は容積比にて
５〜15％である。 上記複合材の製造は、アルミニウム粉末と平均
粒径1μm以下の一次強化粒子とを必要に応じて予
備混合したのち、メカニカルアロイング処理を行
つて、予めアルミニウム粉末と一次強化粒子との
間に強い結合を生じさせた複合粉末とする。この
複合粉末は、その単独成形体の400℃における引
張強さ（σB）が10Kgｆ／mm2以上の値を示すものと
しなければならない。ここで複合粉末の引張強さ
は一次強化粒子の含有量及びメカニカルアロイン
グ中に不可避的に混入されるＣ、Ｏの含有量に特
に影響される。従つて複合粉末の製作に際して
は、所期する上記の引張強さを実現すべく一次強
化粒子の含有量を、メカニカルアロイング工程で
複合粉末中に不可避的に混入するＯ及びＣの含有
量との関係で調整する。即ち、Ｏの含有量はメカ
ニカルアロイング工程の雰囲気に大きく影響さ
れ、Ｃの含有量はメカニカルアロイング工程中に
混合粉末材料中に必要的に添加されるエタノール
等からなる有機焼付き防止剤の添加量に大きく影
響されるので、メカニカルアロイング工程の雰囲
気及び使用する焼付き防止剤の添加量を考慮し、
混入されるＯ、Ｃの含有量が減少するに従つて一
次強化粒子の混入量を増加する方向で調整する。
ここにメカニカルアロイング工程は、後記実施例
で示すようにArガス雰囲気等の非酸化性雰囲気
で行い、有機焼付防止剤の添加量をなるべく少な
いものとして、Ｏ及びＣの含有量を減少し、それ
との相対関係で一次強化粒子の含有量を容積比10
〜40％の範囲で調整するものとすることが望まし
い。即ち、Ｏ及びＣの含有量が増大するに従つ
て、材料中に微細な酸化物のAl2O3、炭化物の
Al4C3分散量が増え、その結果マトリクス中での
平均粒径間距離が短いものとなつて転移の拘束力
を高め、分散強化をはかりうるものゝ、材料の脆
化を著しくする傾向を生じるため、Ｏ、Ｃの含有
量を低く抑え、一次粒子の分散による粒子強化に
よつて所要の強度を得るものとする方が有利であ
る。 次いで、上記により得られた複合粉末に対し、
平均粒径５〜100μmの二次強化粒子を、容積比に
て２〜20％の含有量となるように混合する。続い
てこの混合粉末を圧粉容器に充填し、加熱による
脱ガス処理を行う。そして更に熱間圧粉を行つて
所定の塊としたのち、熱間押出し、熱間鍛造、熱
間圧延等の所要の熱間加工を施して所期する複合
材料を得るものである。 一次マトリクスとするアルミニウム粉末は、
A1000系の純アルミニウムのほか、A2000〜8000
系の各種のものを任意に単独または組合せて使用
しうる。そのアルミニウム粉末は粒度100メツシ
ユ以下のものが用いられる。一方、一次、二次強
化粒子としては、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭
化物等のセラミツクスや金属間化合物が用いられ
る。 発明の効果 この発明によれば、一次マトリクスとしてのア
ルミニウムに平均粒径1μm以下の微細な一次強化
粒子が分散された複合マトリクス自体を、耐熱強
度に優れたものに構成した上で、更に該複合マト
リクスに平均粒径５〜100μmの相対的に粗い二次
強化粒子が分散されてなるものであるから、全体
として優れた耐熱強度とゝもに耐摩耗性を有する
複合材料となすことができる。また前記のような
製造方法を用いることにより、一次粒子及び二次
粒子がいずれも均一に分散された高強度、高耐摩
耗性の複合材料容易に得ることができる。従つ
て、エンジン摺動部品等耐摩耗性の要求される部
品素材として好適に用い得る複合材料を得ること
ができるとともに、その適用範囲を拡大すること
ができる。
ンジン摺動部品等のような耐摩耗性の要求される
部品素材として用いられる耐摩耗性に優れた複合
材料及びその製造方法に関する。 なおこの明細書において、アルミニウムの語は
アルミニウム合金を含む意味において用いる。 従来の技術 上記のような部品に用いられる材料の耐摩耗性
を改善するために、マトリクス中に強化粒子とし
て硬質粒子を分散させる試みが、Ｉ／Ｍ法、Ｐ／
Ｍ法を問わずAl―Si系合金やアルミニウム基複
合材料において行われている。 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、従来のAl基複合材料は、摺動
部品として用いられた場合、摺動時の摩擦熱によ
つてマトリクスが軟化してしまうために、いずれ
も実際上充分満足する耐摩耗性を保有するものと
言い難いものであつた。 この発明は、かかる事情のもとになされたもの
であつて、耐摩耗性をさらに改善した複合材料の
提供を目的とするものである。 問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、種々研究の結果、
この発明に係る複合材料は、アルミニウムを一次
マトリクスとし、該マトリクス中に平均粒径1μm
以下の硬質非金属粒子からなる一次強化粒子が分
散された複合マトリクスであつて、かつその400
℃における引張強さが10Kgｆ／mm2以上に規制され
た複合マトリクス中に、さらに平均粒径５〜
100μmの硬質非金属粒子からなる二次強化粒子が
容積比（Vf）において２〜20％の含有量にて分
散されてなるものとする。 一次マトリクスであるアルミニウム中に分散さ
れる。硬質非金属粒子からなる一次強化粒子の平
均粒径が1μm以下に規制されるのは、1μmを超え
ると平均粒径間距離が大きくなり、強化作用が弱
くなるためであり、また複合マトリクス中に分散
される二次強化粒子との接触部がマトリクスのな
い欠陥部になり易いためである。一次強化粒子の
平均粒径は、好ましくは0.6μm以下、更に具体的
には0.3〜0.5μm程度のものが好適に用いられる。 複合マトリクスの400℃における引張強さ（σB）
が10Kgｆ／mm2以上に規制されるのは、10Kgｆ／mm2
未満ではマトリクスの耐熱強度が不足し、耐摩耗
性を向上し得ないためである。好ましくは、14Kg
ｆ／mm2以上に規制するのが良い。 複合マトリクス中に分散される硬質非金属粒子
からなる二次強化粒子の平均粒径が５〜100μmの
範囲に規制されるのは、5μm未満では摺動時にマ
トリクスメタルが塑性流動を起こし、該二次強化
粒子表面を覆い易くなり、有効面積が減少して耐
摩耗性が悪化するためであり、一方100μmを超え
るものでは、成形時にマトリクスメタルとの界面
で剥離し易くなり、そこからクラツクが進展して
割れが発生するためである。好ましい平均粒径は
７〜60μmである。またこの二次強化粒子の含有
量が容積比（Vf）において２〜20％の範囲に規
制されるのは、２％未満では複合効果がなく、逆
に20を超えるると変形抵抗が大きくなり成形困難
となるからである。好ましい含有量は容積比にて
５〜15％である。 上記複合材の製造は、アルミニウム粉末と平均
粒径1μm以下の一次強化粒子とを必要に応じて予
備混合したのち、メカニカルアロイング処理を行
つて、予めアルミニウム粉末と一次強化粒子との
間に強い結合を生じさせた複合粉末とする。この
複合粉末は、その単独成形体の400℃における引
張強さ（σB）が10Kgｆ／mm2以上の値を示すものと
しなければならない。ここで複合粉末の引張強さ
は一次強化粒子の含有量及びメカニカルアロイン
グ中に不可避的に混入されるＣ、Ｏの含有量に特
に影響される。従つて複合粉末の製作に際して
は、所期する上記の引張強さを実現すべく一次強
化粒子の含有量を、メカニカルアロイング工程で
複合粉末中に不可避的に混入するＯ及びＣの含有
量との関係で調整する。即ち、Ｏの含有量はメカ
ニカルアロイング工程の雰囲気に大きく影響さ
れ、Ｃの含有量はメカニカルアロイング工程中に
混合粉末材料中に必要的に添加されるエタノール
等からなる有機焼付き防止剤の添加量に大きく影
響されるので、メカニカルアロイング工程の雰囲
気及び使用する焼付き防止剤の添加量を考慮し、
混入されるＯ、Ｃの含有量が減少するに従つて一
次強化粒子の混入量を増加する方向で調整する。
ここにメカニカルアロイング工程は、後記実施例
で示すようにArガス雰囲気等の非酸化性雰囲気
で行い、有機焼付防止剤の添加量をなるべく少な
いものとして、Ｏ及びＣの含有量を減少し、それ
との相対関係で一次強化粒子の含有量を容積比10
〜40％の範囲で調整するものとすることが望まし
い。即ち、Ｏ及びＣの含有量が増大するに従つ
て、材料中に微細な酸化物のAl2O3、炭化物の
Al4C3分散量が増え、その結果マトリクス中での
平均粒径間距離が短いものとなつて転移の拘束力
を高め、分散強化をはかりうるものゝ、材料の脆
化を著しくする傾向を生じるため、Ｏ、Ｃの含有
量を低く抑え、一次粒子の分散による粒子強化に
よつて所要の強度を得るものとする方が有利であ
る。 次いで、上記により得られた複合粉末に対し、
平均粒径５〜100μmの二次強化粒子を、容積比に
て２〜20％の含有量となるように混合する。続い
てこの混合粉末を圧粉容器に充填し、加熱による
脱ガス処理を行う。そして更に熱間圧粉を行つて
所定の塊としたのち、熱間押出し、熱間鍛造、熱
間圧延等の所要の熱間加工を施して所期する複合
材料を得るものである。 一次マトリクスとするアルミニウム粉末は、
A1000系の純アルミニウムのほか、A2000〜8000
系の各種のものを任意に単独または組合せて使用
しうる。そのアルミニウム粉末は粒度100メツシ
ユ以下のものが用いられる。一方、一次、二次強
化粒子としては、酸化物、窒化物、ホウ化物、炭
化物等のセラミツクスや金属間化合物が用いられ
る。 発明の効果 この発明によれば、一次マトリクスとしてのア
ルミニウムに平均粒径1μm以下の微細な一次強化
粒子が分散された複合マトリクス自体を、耐熱強
度に優れたものに構成した上で、更に該複合マト
リクスに平均粒径５〜100μmの相対的に粗い二次
強化粒子が分散されてなるものであるから、全体
として優れた耐熱強度とゝもに耐摩耗性を有する
複合材料となすことができる。また前記のような
製造方法を用いることにより、一次粒子及び二次
粒子がいずれも均一に分散された高強度、高耐摩
耗性の複合材料容易に得ることができる。従つ
て、エンジン摺動部品等耐摩耗性の要求される部
品素材として好適に用い得る複合材料を得ること
ができるとともに、その適用範囲を拡大すること
ができる。
【表】
［実施例］
上記第１表の試料No.１、２に示すアルミニウム
粉末（粒度100メツシユ以下）と一次強化粒子と
を、それぞれ全体重量１Kgに秤量し、ヘンシエル
ミキサーで2000rpm×３分間予備混合した。 そしてこの混合物に、雰囲気：Arガス、焼付
き防止剤：エタノール40c.c.、スチールボール40Kg
の条件で280rpm×３時間のメカニカルアロイン
グ処理を施して複合粉末を製造した。 次にメカニカルアロイングを終えた複合粉末
と、第１表に示す二次強化粒子とをヘンシエルミ
キサーにより、Arガス雰囲気、2000rpm×３分
間の条件で混合したのち、アルミニウム製圧粉容
器に充填した。そして圧粉容器を0.01Torrの真
空にし、500℃×５時間の加熱、脱ガス処理を施
したのち、熱間プレス機により、500℃×7000Kg
ｆ／cm2の圧力条件で圧粉成形を行い、続いて押出
比10：１、押出温度500℃で丸棒に熱間押出し成
形を行い、本発明は係る２種類の複合材料を得
た。 そこで、この得られた複合材料につき、耐摩耗
性試験を行つた。試験は、回転円盤による乾式大
越式摩耗試験機を用いて、摩擦距離：600m、摩
擦速度：2m／ｓ、相手材：FC30、最終荷重：2.1
Kgの条件で行い、比摩耗量を測定した。その結果
を第２表に示す。 一方、上記工程において、アルミニウム粉末と
一次強化粒子とをメカニカルアロイング処理する
ことにより得られた複合粉末と同一の粉末につ
き、これをアルミニウム製圧粉容器に充填したの
ち、0.01Torrの真空にて500℃×５時間の加熱、
脱ガス処理を施したのち、熱間プレス機により
500℃×7000Kgｆ／cm2の圧力条件で圧粉成形を行
い、複合粉末の単独成形体を製作した。そしてこ
の成形体に含まれるＯ、Ｃの含有量を測定すると
ともに、400℃における引張強さ（σB）を測定し
た。その結果を併せて第２表に示す。 ［比較例］ 前記第１表に示す試料No.３、４の比較例につ
き、アルミニウム粉末（粒度100メツシユ以下）
と強化粒子とをそれぞれ全体重量を１Kgに秤量し
て混合した。混合はヘンシエルミキサーにより、
実施例に示した複合粉末と２次強化粒子との混合
合条件と同一の条件で行つた。 その後得られた混合粉末に、実施例の場合と同
一の条件で加熱脱ガス処理、圧粉成形、熱間押出
成形の順次的工程を実施し、複合材料を得た。 そして得られた複合材料につき、実施例と同一
の耐摩耗性試験を実施するとともに、この複合材
料に含有されるＯ、Ｃ量を測定し、また400℃に
おける引張強さを測定した。それらの結果を同じ
く第２表に示す。
粉末（粒度100メツシユ以下）と一次強化粒子と
を、それぞれ全体重量１Kgに秤量し、ヘンシエル
ミキサーで2000rpm×３分間予備混合した。 そしてこの混合物に、雰囲気：Arガス、焼付
き防止剤：エタノール40c.c.、スチールボール40Kg
の条件で280rpm×３時間のメカニカルアロイン
グ処理を施して複合粉末を製造した。 次にメカニカルアロイングを終えた複合粉末
と、第１表に示す二次強化粒子とをヘンシエルミ
キサーにより、Arガス雰囲気、2000rpm×３分
間の条件で混合したのち、アルミニウム製圧粉容
器に充填した。そして圧粉容器を0.01Torrの真
空にし、500℃×５時間の加熱、脱ガス処理を施
したのち、熱間プレス機により、500℃×7000Kg
ｆ／cm2の圧力条件で圧粉成形を行い、続いて押出
比10：１、押出温度500℃で丸棒に熱間押出し成
形を行い、本発明は係る２種類の複合材料を得
た。 そこで、この得られた複合材料につき、耐摩耗
性試験を行つた。試験は、回転円盤による乾式大
越式摩耗試験機を用いて、摩擦距離：600m、摩
擦速度：2m／ｓ、相手材：FC30、最終荷重：2.1
Kgの条件で行い、比摩耗量を測定した。その結果
を第２表に示す。 一方、上記工程において、アルミニウム粉末と
一次強化粒子とをメカニカルアロイング処理する
ことにより得られた複合粉末と同一の粉末につ
き、これをアルミニウム製圧粉容器に充填したの
ち、0.01Torrの真空にて500℃×５時間の加熱、
脱ガス処理を施したのち、熱間プレス機により
500℃×7000Kgｆ／cm2の圧力条件で圧粉成形を行
い、複合粉末の単独成形体を製作した。そしてこ
の成形体に含まれるＯ、Ｃの含有量を測定すると
ともに、400℃における引張強さ（σB）を測定し
た。その結果を併せて第２表に示す。 ［比較例］ 前記第１表に示す試料No.３、４の比較例につ
き、アルミニウム粉末（粒度100メツシユ以下）
と強化粒子とをそれぞれ全体重量を１Kgに秤量し
て混合した。混合はヘンシエルミキサーにより、
実施例に示した複合粉末と２次強化粒子との混合
合条件と同一の条件で行つた。 その後得られた混合粉末に、実施例の場合と同
一の条件で加熱脱ガス処理、圧粉成形、熱間押出
成形の順次的工程を実施し、複合材料を得た。 そして得られた複合材料につき、実施例と同一
の耐摩耗性試験を実施するとともに、この複合材
料に含有されるＯ、Ｃ量を測定し、また400℃に
おける引張強さを測定した。それらの結果を同じ
く第２表に示す。
【表】
上記結果から明らかなように、この発明に従う
試料No.１、２の複合材はともに耐摩耗性に優れた
ものであることを確認しえた。
試料No.１、２の複合材はともに耐摩耗性に優れた
ものであることを確認しえた。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アルミニウムを一次マトリクスとし、該マト
リクス中に平均粒径1μm以下の硬質非金属粒子か
らなる一次強化粒子が分散された複合マトリクス
であつて、かつその400℃における引張強さが10
Kgｆ／mm2以上に規制された複合マトリクス中に、
さらに平均粒径５〜100μmの硬質非金属粒子から
なる二次強化粒子が容積比（Vf）において２〜
20％の含有量にて分散されてなることを特徴とす
る耐摩耗性に優れた複合材料。 ２ アルミニウム粉末と、平均粒径1μm以下の硬
質非金属粒子からなる一次強化粒子とを混合し、
メカニカルアロイングにより複合粉末を製作する
に際し、前記一次強化粒子の含有量を、メカニカ
ルアロイング工程で複合粉末中に不可避的に混入
するＯ、Ｃの含有量との関係で調整することによ
り、該複合粉末の単独成形体の400℃における引
張強さが10Kgｆ／mm2以上の値を示す複合粉末を製
作したのち、さらに該複合粉末と平均粒径５〜
100μmの硬質非金属粒子からなる二次強化粒子と
を、該二次強化粒子の含有量が容積比（Vf）に
おいて２〜20％に規制された状態に混合し、次い
で加熱脱ガス、圧粉、熱間成形の各工程を実施す
ることを特徴とする耐摩耗性に優れた複合材料の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6342587A JPS63227735A (ja) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | 耐摩耗性に優れた複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6342587A JPS63227735A (ja) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | 耐摩耗性に優れた複合材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63227735A JPS63227735A (ja) | 1988-09-22 |
| JPH0322458B2 true JPH0322458B2 (ja) | 1991-03-26 |
Family
ID=13228920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6342587A Granted JPS63227735A (ja) | 1987-03-17 | 1987-03-17 | 耐摩耗性に優れた複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63227735A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0768563B2 (ja) * | 1991-05-27 | 1995-07-26 | 大同特殊鋼株式会社 | 硬質粒子分散合金粉末の製造方法 |
| JPH05300989A (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-16 | Hirose Mfg Co Ltd | ミシンの部品 |
| JPH06238084A (ja) * | 1993-02-19 | 1994-08-30 | Hirose Mfg Co Ltd | ミシンの内かま |
| JPH0775638B2 (ja) * | 1993-03-12 | 1995-08-16 | 株式会社廣瀬製作所 | 垂直全回転かまの内かま |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5757857A (en) * | 1980-07-31 | 1982-04-07 | Mpd Technology | Dispersion reinforced aluminum alloy and preparation thereof |
| JPS58136738A (ja) * | 1981-11-12 | 1983-08-13 | ノバメツト・インコ−ポレ−テツド | 分散強化した機械的に合金化されたＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ |
-
1987
- 1987-03-17 JP JP6342587A patent/JPS63227735A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5757857A (en) * | 1980-07-31 | 1982-04-07 | Mpd Technology | Dispersion reinforced aluminum alloy and preparation thereof |
| JPS58136738A (ja) * | 1981-11-12 | 1983-08-13 | ノバメツト・インコ−ポレ−テツド | 分散強化した機械的に合金化されたＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63227735A (ja) | 1988-09-22 |
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