JPH04131346A - 耐摩耗性に優れたＡｌ―Ｓｉ系焼結合金 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、エンジンのシリンダーライナーコンロッド
、ロッカーアーム、ピストン、コンプレッサーのシリン
ダーライナー、ピストン、ベーン等の各種駆動装置の摺
動部品に使用した場合に優れた性能を発揮する耐摩耗性
に優れたへΩ−５ｊ系焼結合金に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｓ　ｒ：１０〜３５％、Ｃｕ：］　〜１０％、Ｍｇ：０
．４〜４％、を含有し、さらにＦＢ、Ｎｉ　、Ｍｎ、Ｃ
ｒのうち１種または２種以上：０．５〜！［１％を含有
し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る成分組成（
以上、％は、重量％）を有するＡｌ−５ｔ系合金粉末を
原料粉末とし、この原料粉末に酸化アルミニウム粉末ま
たは内部酸化処理して得られた微細な酸化アルミニウム
か分散した粉末を添加混合し、冷間圧縮成形して冷間圧
縮成形体を製造し、この冷間圧縮成形体を液相焼結して
固化し、素地中に微細な酸化アルミニウムが分散してな
るＡｌｌ−Ｓｉ系焼結合金は知られている。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、最近の各種摺動駆動装置は、高性能化および高
速化にともない、これの使用環境は従来よりも一段と苛
酷さを増し、このため、上記各種駆動装置に用いられる
従来の上記Ａｌ−Ｓｉ系焼結合金は、たとえば、エンジ
ンのシリンダーライナー、コンロッド、ロッカーアーム
、ピストン、コンプレッサーのシリンダーライナー、ピ
ストン、ベーン等の各種摺動機械部品に使用した場合に
、耐摩耗性などの機械的特性が十分でなく、従来よりも
一層すぐれた耐摩耗性などの機械的特性が要求されてい
る。ところが上記従来の酸化アルミニウム粉末を混合し
１、焼結して得られるＡｌｌ　−Ｓｉ系焼結合金では素
地中に分散する酸化アルミニウム粒の含有割合が少ない
かまたは摺動中に合金素地内に酸化アルミニウム粒が埋
もれるために十分な耐摩耗性が得られず、これらの要求
に満足な対応をすることかできないのが現状である。そ
こで酸化アルミニウム粉末を多く添加した混合粉末を焼
結して、素地中に分散する酸化アルミニウム含有割合の
多いアルミニウム焼結合金も提案されているか、酸化ア
ルミニウム粒の含有割合の多すぎるアルミニウム合金粉
末は、焼結性が著しく低下し、焼結体の機械的強度の低
下を招き、強度の面でも実用に供することができないな
どの課題があった。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは、かかる課題を解決すべく研究を
行った結果、 Ｓ　ｊ：１０〜３５％を含有し、必要に応じてＣｕ：１
〜１０％、Ｍｇ：０．４〜４％、Ｆｅ、　　Ｎｌ、　　
Ｍｎ、　　Ｃｒのうち１種もしくは２種以上二０．１〜
１０％を含有し、残部：Ａｊ７および不可避不純物から
成る成分組成（以上、％は、重量％）を有するＡｌ−５
５系合金素地中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニ
ウムを主体とした複合粉末粒子が５〜ｂ布した組織を有
する耐摩耗性に優れたＡｊ）−Ｓｉ系焼結合金は、上記
従来の素地中に微細な酸化アルミニウム粒か均一に分散
してなるＡ、１）−Ｓｉ系焼結合金よりも優れた機械的
特性を示すという知見を得たのである。

この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであ
って、 （１）　　Ｓｔ　　：１０〜３５％を含有し、残部：Ａ
Ｉおよび不可避不純物から成る組成（以上、％は、重量
％）を有するＡ（１−Ｓｉ系合金素地中に、殻状に凝集
した微細な酸化アルミニウムを主体とした複合粉末粒子
が５〜５０容量％分布した組織を有する耐摩耗性に優れ
たＡＩ−Ｓｉ系焼結合金、 （２）　　Ｓｔ　　：１０〜３５％、 Ｃｕ：１〜１０％、 を含有し、残部：ＡＩおよび不可避不純物から成る組成
（以上、％は、重量％）を有するＡｌ７−Ｓｉ系合金素
地中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体
とした複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有
する耐摩耗性に優れたＡＩ−Ｓｉ系焼結合金、 （３）　　Ｓｉ　　：１０〜３５％、 Ｃｕ：１〜ｌＯ％、 Ｍｇ：０．４〜４％、 を含有し、残部：ＡＩおよび不可避不純物から成る組成
（以上、％は、重量％）を有するＡ、１７Ｓｉ系合金素
地中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体
とした複合粉末粒子か５〜５０容量％分布した組織を有
する耐摩耗性に優れたＡｇ−Ｓｉ系焼結合金、 （４）　　Ｓｉ　　：１０〜３５％、 Ｆｅ、Ｎｉ　、Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上二
０．１〜１０％、 を含有し、残部：Ａｇおよび不可避不純物から成る組成
（以上、％は、重量％）を有するＡＩ　−Ｓｉ系合金素
地中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体
とした複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有
する耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結合金、 （５）　　Ｓｉ　　：１０〜３５％、 Ｃｕ　：　１〜１０％、 Ｆｅ、Ｎｆ　、Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上：
０，１〜ｌ（１％、 を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
（以上、％は、重量％）を有するＡＩ　−Ｓｆ系合金素
地中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体
とした複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有
する耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結合金、 （８）　　Ｓｉ　　：１０〜３５％、 Ｃｕ：１＝１（］％、 Ｍｇ：０．４〜４％、 Ｆｅ、Ｎｉ　、Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上：
０．１〜１０％、 を含有し、残部二Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
（以上、％は、重量％）を有するＡｌＳｌ系合金素地中
に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体とし
た複合粉末粒子が５〜５１］容量％分布した組織を有す
る耐摩耗性に優れたＡｌ１−Ｓｉ系焼結合金、 に特徴を有するものである。

つぎに、この発明のＡｌ−Ｓｉ系焼結合金の成分組成お
よび酸化アルミニウムを主体とした複合粉末粒子の分布
割合を限定した理由を説明する。

（ａ）　　Ｓｉ Ｓｉ成分は、初晶Ｓ１を析出させてＡＮ−Ｓｉ系合金の
耐摩耗性を向上せしめ、熱膨張係数を低下させる効果が
あるが、その含有量が１０重量％未満では十分な効果が
得られず、一方、３５重量％を越えて含有すると脆化す
るのでは好ましくない。

したがって、Ｃｕ成分含有量は、１０〜３５重量％に定
めた。

（ｂ）　　Ｃｕ Ｃｕ成分は、５４８℃以上で液相焼結の進行を助長し、
またＡｌ１−Ｓｉ系合金の素地にＣｕ−Ａｌの固溶体を
生成し、素地を強化する成分であるが、その含有量がＣ
ｕｒ１重量％未満では素地の強化が十分に得られず、一
方、Ｃｕが１０重量％を越えると液相過大で変形しやす
く、機械的特性が低下するので好ましくない。したがっ
て、Ｃｕの含有量は、１〜１０重量％に定めた。

（ｃ）　　Ｍｇ Ｍｇ成分は、液相焼結の進行を助長し、またＡｌ−Ｓｉ
系合金の素地にＭｇ２５ｔを析出せしめて、耐摩耗性を
向上し、応力腐蝕割れを抑制する成分であるか、その含
有量か０．４重量％未満では所望の効果が十分に得られ
ず、一方、Ｍｇが４重量％を越えると液相過大で変形し
やすく、機械的特性か低下するので好ましくない。した
かって、Ｍｇの含有量は、０，４〜４重量％に定めた。

（ｄ）　　Ｆｅ　、　Ｎｉ　、　Ｍｎ　、　　ＣｒＦｅ
　、Ｎｆ　、ＭｎおよびＣｒ成分は、共に、Ａｌ−Ｓｉ
系合金に含まれて素地の熱膨張係数を低下させかつ高温
における強度を向上させる効果があるが、それら含有量
が０．１重量％未満では所望の効果が得られず、一方、
それら含有量が１０重量％を越えると脆化するので好ま
しくない。したがって、Ｆｅ、Ｎｉ　、Ｍｎ、Ｃｒの含
有量は、０．１〜１０重量％に定めた。

（ｅ）　　複合粉末粒子 この発明のＡＩ７−５ｔ系焼結合金素地中に均一に分散
している殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体
とする複合粉末粒子は、その酸化アルミニウム部か、 平均外径；５〜２５ｔｍ、 平均厚さ：１〜１０−１ の寸法を有していることが好ましく、その量は、Ａｌ−
３ｔ系焼結合金素地中に５〜５０容量％分布しているこ
とが必要である。その理由は、平均外径＝５−未満およ
び平均厚さ：１ｍ未満の殻状酸化アルミニウム相を有す
る複合粉末粒子が５容量％未満分布していても耐摩耗性
を十分に改善することができず、一方、平均外径：２５
−を越えかつ平均厚さ：　ｌＯｍを越えた殻状酸化アル
ミニウム相を有する複合粉末粒子が５０容量％を越えて
分布していると合金の強度を低下させるので好ましくな
いことによるものである。

上記複合粉末粒子を上記Ａｊ７−Ｓｉ系焼結合金素地中
に分布させるだめの複合粉末として、ＣｕまたはＣｕ合
金粉末内部に微細な酸化アルミニウムを主体とした酸化
物がシェル状に凝集して形成されている特殊なＣｕ合金
複合粉末（以下、このＣｕ合金粉末を殻状硬質相内包Ｃ
ｕ合金粉末という）またはＮ１またはＮｉ合金粉末内部
に微細な酸化アルミニウムを主体とした酸化物がシェル
状に凝集して形成されている特殊なＮｉ合金複合粉末（
以下、このＮｉ合金粉末を殻状硬質相内包Ｎ１合金粉末
という）を用いる。

この殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末または殻状硬質相内包
Ｎ１合金粉末は、次のようにして製造される。

殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末の製造法：ＡＩｌ：１．５
〜Ｌ（１重量％含有のＣｕ−Ａｌ合金粉末を用意し、こ
のＣｕ−ＡＩ）合金粉末を６００〜１０００℃の温度で
酸化すると、主体が酸化銅からなる素地に微細なＣｕ−
ＡＩ７の複合酸化物が殻状に凝集してなる構造の酸化粉
末が得られ、得られた酸化粉末を２００〜４００℃の温
度で還元すると、酸化粉末の素地を形成していた主体の
酸化銅が銅に還元されて微細な酸化アルミニウムを主体
とした酸化物がシェル状に凝集して形成され、上記殻状
硬質相内包Ｃｕ合金粉末が得られるのである。この殻状
硬質相内包Ｃｕ合金粉末の表面には、酸化アルミニウム
が存在せず、Ｃｕ合金で覆われているところから、焼結
性が極めて良好である。

殻状硬質相内包Ｎｉ合金粉末の製造法：Ａｌ：１．５〜
ＩＱ重量％含有のＮ１−Ａｌ合金粉末を用意し、このＮ
１−Ａｌ合金粉末を１０００〜１３００℃の温度で酸化
すると、主体が酸化ニッケルからなる素地に微細なＮ１
−ＡＩ７の複合酸化物が殻状に凝集してなる構造の酸化
粉末が得られ、得られた酸化粉末を２００〜５００℃の
温度で還元すると、酸化粉末の素地を形成していた主体
の酸化ニッケルがニッケルに還元されて微細な酸化アル
ミニウムを主体とした酸化物がシェル状に凝集して形成
され、上記殻状硬質相内包Ｎｉ合金粉末が得られるので
ある。この殻状硬質相内包Ｎｉ合金粉末の表面には、酸
化アルミニウムが存在せず、Ｎｉ合金で覆われていると
ころから、焼結性が極めて良好である。

この発明のＡｇ−Ｓｉ系焼結合金は、Ａｌ２−Ｓｉ合金
粉末、ＡＮ　−８ｔ　　−Ｃｕ合金粉末、Ａｌ　−Ｓｉ
　　−Ｃｕ−Ｍｇ合金粉末、コレら合金成分にＦｅ、Ｍ
ｎ、　Ｎｉ、Ｃｒのうち１種または２種以上を含んだ合
金粉末などに上記殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末または殻
状硬質相内包Ｎｉ合金粉末などの複合粉末を所定量配合
し、混合し、得られた混合粉末をプレス成形して圧粉体
としこの圧粉体を焼結すると、 平均外径：５〜２５虜および平均厚さ１１〜１０節の範
囲内の酸化アルミニウム相を有する上記複合粉末粒子が
分散したこの発明のＡｇ−Ｓｉ系焼結合金が得られる。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明のＡｇ−Ｓｉ系焼結合金を実施例によ
り具体的に説明する。

第１表に示される成分組成の空気アトマイズＡｌ１−Ｓ
ｉ系母合金原料粉末Ａ−Ｆを用意した。

一方、平均粒径：２５應を有し、Ａｌ：１．２０重量％
含有の成分組成を有するＣｕ−ＡＮ合金原料粉末を用意
し、このＣｕ−Ａ［合金原料粉末を温度二８００℃、大
気中、２時間保持の条件で酸化処理し、ついで水素雰囲
気中、温度：４００℃、３時間保持の条件で還元処理す
ることにより、内部に平均外径：１４−および平均厚さ
：５−を有する殻状酸化アルミニウムが内包されている
殻状硬質相内包Ｃｕ合金粉末を作成した。

さらに、平均粒径：１５虜を有し、Ａｇ：　５．２０重
量％含有の成分組成を有するＮ１−ＡＮ合金原料粉末を
用意し、このＮ１−ＡＪ７合金原料粉末を温度：　１１
５０℃、大気中、２時間保持の条件で酸化処理し、つい
で水素雰囲気中、温度：４００℃、３時間保持の条件で
還元処理することにより、内部に平均外径＝ＩＯｔＩｎ
および平均厚さ：２ｕｒｎを有する殻状酸化アルミニウ
ムが内包されている殻状硬質相内包Ｎｉ合金粉末を作成
した。

上記ＡＯ−Ｓｉ系母合金系材合金原料粉末対して上記殻
状硬質相内包Ｃｕ合金粉末または殻状硬質相内包Ｎｉ合
金粉末の複合粉末を第２表に示される割合で配合し、混
合して混合粉末を作成し、これら混合粉末を６ｔｏｎ／
ｃ１Ｆの圧力で圧粉体にプレス成形し、Ａｒガス中、５
５０℃、１時間保持の条件で焼結することにより、第２
表に示される上記複合粉末の配合組成と同じ割合の複合
粉末粒子の分布量を有する本発明Ａｊ７−Ｓｉ系焼結合
金１〜Ｉ２および比較Ａｇ−８ｌ系焼結合金１〜４（第
２表においてこの発明の範囲から外れた値に※印を付し
て示した）からなる、たて：１０關、横：１０ｍ＋ｇ、
長さ：５５ｍｍの寸法を有するブロックを作製した。

さらに、比較のためＡＩ！−Ｓｉ系合金アトマイズ粉末
にそれぞれ平均粒径：５ｔ！Ｉｎの酸化アルミニウム粉
末を配合し、混合し、プレス成形して圧粉体とし、この
圧粉体を同上の条件で焼結して、たて：ｌ０ｍｍ、横：
ｌＯ龍、長さ；５５■の寸法を有する従来Ａｌ−Ｓｉ系
焼結合金１〜２からなるブロックを作製した。

このようにして作製された本発明Ａ、７７−Ｓｉ系焼結
合金１〜１２、比較ＡＭ−Ｓｉ系焼結合全焼結合金よび
従来Ａ、１７−９ｉ系焼結合金１〜２からなるブロック
を用いて摩耗試験を行い、その結果を第２表に示した。

また、これらブロックから試験片を切り出し、引張試験
を行い、その結果も第２表に示した。

なお、上記摩耗試験は、回転軸を水平に保持した３４５
Ｃ鋼材製ので外径＝４０順、内径＝３０１、厚さ：１５
＋ｎの寸法を有するリングを上方から上記ブロックを上
記リングの上方に水平に当接させ、上記リングの周囲に
潤滑油として冷凍機油を滴下しながらブロックに荷重：
１０ｋｇをかけ、リングを摺動速度＝５ｍ／秒で５分間
回転せしめ、５分後のブロックの摩耗量を測定すること
により行なった。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、本発明Ａｌ−Ｓｉ系焼結合
金１〜１２は、いずれも従来Ａｌ−５ｊ系焼結合金１〜
２に比べて、いずれも摩耗量が少ないことから一段と優
れた耐摩耗性をもち、引張強さも高いことかわかる。ま
た比較Ａ４７−Ｓｉ系焼結合金１〜４に見られるように
、この発明の範囲または条件から外れると、耐摩耗性が
劣ったものあるいは、引張強さの低いものとなることか
明らかである。

上述のように、この発明のＡＮ−Ｓｉ系焼結合金は、耐
摩耗性か優れまた強度も高いので、高出力内燃機関の構
造部材として十分に対応することができ、実用に際して
は、優れた性能を長期にわたって発揮することにより工
業上澄れた効果をもたらすものである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ：１０〜３５％を含有し、 残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成（以上、％
   は、重量％）を有するＡｌ−Ｓｉ系合金素地中に、殻状
   に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体とした複合粉
   末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有することを特
   徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結合金。
2. （２）Ｓｉ：１０〜３５％、 Ｃｕ：１〜１０％、 を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
   （以上、％は、重量％）を有するＡｌ−Ｓｉ系合金素地
   中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体と
   した複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有す
   ることを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結
   合金。
3. （３）Ｓｉ：１０〜３５％、 Ｃｕ：１〜１０％、 Ｍｇ：０．４〜４％、 を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
   （以上、％は、重量％）を有するＡｌ−Ｓｉ系合金素地
   中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体と
   した複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有す
   ることを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結
   合金。
4. （４）Ｓｉ：１０〜３５％、 Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上：０
   ．１〜１０％、 を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
   （以上、％は、重量％）を有するＡｌ−Ｓｉ系合金素地
   中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体と
   した複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有す
   ることを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結
   合金。
5. （５）Ｓｉ：１０〜３５％、 Ｃｕ：１〜１０％、 Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上：０
   ．１〜１０％、 を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
   （以上、％は、重量％）を有するＡｌ−Ｓｉ系合金素地
   中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体と
   した複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有す
   ることを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結
   合金。
6. （６）Ｓｉ：１０〜３５％、 Ｃｕ：１〜１０％、 Ｍｇ：０．４〜４％、 Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上：０
   ．１〜１０％、 を含有し、残部：Ａｌおよび不可避不純物から成る組成
   （以上、％は、重量％）を有するＡｌ−Ｓｉ系合金素地
   中に、殻状に凝集した微細な酸化アルミニウムを主体と
   した複合粉末粒子が５〜５０容量％分布した組織を有す
   ることを特徴とする耐摩耗性に優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結
   合金。