JPH04131349A

JPH04131349A - 耐摩耗性に優れたＡｌ―Ｃｕ系焼結合金

Info

Publication number: JPH04131349A
Application number: JP2253083A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Morimoto; 耕一郎森本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1990-09-21
Filing date: 1990-09-21
Publication date: 1992-05-06

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ＡＯ−Ｃｕ系焼結合金に関するものである。

〔従来の技術〕

Ｃｕ：０．４〜１０％、必要に応じて、Ｆｅ、　Ｎｉ。

Ｍｎ、Ｃｒのうち１種または２種以上：０．５〜１０％
を含有し、残部：Ａｌ１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−Ｃｕ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
ミニウムが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粒が
分散してなるＡＮ−Ｃｕ系焼結合金は知られている。

〔発明が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Ａｊ７−Ｃｕ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、焼結して得られるＡＭ−Ｃｕ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か埋もれ
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が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かできないなどの
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、Ｃｕ：０．４〜１０％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒのうち
１種または２種以上：０．５〜１０％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ＡＩ−Ｃｕ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−Ｃｕ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が均一に分散してなるＡｌ−Ｃｕ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）　　Ｃｕ　：　０．４〜ｌＱ％、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Ａｌ−Ｃｕ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５〜５
０容量％分布した組織を有する耐摩耗性に優れたＡｌｌ
Ｃｕ系焼結合金、（２）　　Ｃｕ　：　０．４〜１０％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍ
ｎ、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ＡＩ　−Ｃｕ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５〜５０ｇ１；に％分布しｆ：組
織を有する耐摩耗性に優れたＡ（１−Ｃｕ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１−Ｃｕ系焼結合金の成分組成およ
びアルミナ殻状硬質相を生体とした複合粉末粒子の分散
割合を限定した理由を説明する。

（ａ）　　ＣｕＣｕ成分は、液相焼結の進行を助長し、またへΩ−Ｃｕ
系合金の素地にＣｕ−Ａ、Ｑ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Ｃｕ：０．４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、０．４〜１０重量％に定めた。

（ｂ）　　Ｆｅ、Ｎｊ　、Ｍｎ、ＣｒＦｅ　、Ｎｊ　、ＭｎおよびＣ「成分は、共に、Ａｆｔ
−Ｃｕ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か、それら
含有量か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、Ｎｆ　、Ｍｎ、Ｃ
ｒの含有量は、０．１〜１０重量％に定めた。

（ｃ）　　複合粉末粒子この発明のＡｌ７−Ｃｕ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が、平均外径：５〜２５ｔＩｘ１、平均厚さ：１〜１０ｔｓ。

の寸法を有していることが好ましく、その量は、Ａｌ７
−Ｃｕ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＝１−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：２
５４を越えかつ平均厚さ：１０ａ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へρ−Ｃｕ系焼結合金素地中に
分散させるた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
か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Ｃｕ
合金粉末という）またはＮｉ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Ｎ１合金複合粉末（以
下、二〇Ｎｉ合金粉末を殻状硬質相内包Ｎｉ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
Ｎｉ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：Ａｌ　：１．５
〜ｉｏ重量％含有のＣｕ−Ａｌ合金粉末を用意し、この
Ｃｕ−Ａ１合金粉末を６０θ〜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−Ａｊ
Ｊ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Ｎ１合金粉末の製造法：ＡＩ＝１．５〜
１０重量％含育のＮ１−Ａｌ−合金粉末を用意し１．：
（７）Ｎｉ　　−Ａ１合金粉末を１００（１〜１３００
℃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−ＡＮ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Ｎ１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、Ｎ１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Ａｌ−Ｃｕ系焼結合金は、Ａｌ　−Ｃｕ合金
粉末、またはこの合金成分にＦｅ、Ｍｎ。

Ｎｉ、Ｃｒのうち１種または２種以上を含んだ合金粉末
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８４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＝５〜２５μｓおよび平均
厚さ：１〜１０ｕ３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Ａｌ−Ｃｕ
系焼結合金が得られる。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明のＡｊＪ−Ｃｕ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Ａｌ−Ｃｕ
系母合金原料粉末Ａ−Ｅを用意した。

一方、平均粒径：２５−を有し、ｌニア、２０重量％含
有の成分組成を有するＣｕ−Ａ１合金原料粉末を用意し
、このＣｕ−Ａｌ合金原料粉末を温度；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虜および平均厚さ：
５ｕｎ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−を有し、Ａｌ−：５．２０重
量％含有の成分組成を有するＮ１−Ａ９合金原料粉末を
用意し、このＮ１−Ａｊ）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：ｌ０ｔｔｒ
ｓおよび平均厚さ：２４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−’Ｊ−Ｃｕ系母合金原料粉末Ａ−Ｅに対して上記
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
／ｃ−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等の割合の複
合粉末粒子分布量を有する本発明Ａｌ−Ｃｕ系焼結合金
１〜１０および比較Ａｌ−Ｃｕ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栗印を付して
示した）からなる、たて：１０ｍｍ、横：１０１１１％
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、Ａｌ−Ｃｕ系合金アトマイズ粉末
にそれぞれ平均粒径：５１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＝１０龍、横：１０１１
１１１％長さ：５５龍の寸法を有する従来Ａｌ−Ｃｕ系
焼結合金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Ａｌ−Ｃｕ系焼結合金
１〜１０、比較Ａｉｄ−Ｃｕ系焼結合金１〜４および従
来Ａｌ−Ｃｕ系焼結合金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鋼材製の外径：４Ｑｍｍ、内径：３０ｍｍ、厚さ＝１
５龍の寸法を有するリングの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
により行った。

〔発明の効果〕

第２表に示される結果から、本発明Ａｊ７−Ｃｕ系焼結
合金１〜１０は、いずれも従来Ａｌ−Ｃｕ系焼結合金に
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がわかる。また比
較Ａ、７７−Ｃｕ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が明
らかである。

上述のように、この発明のへΩ−Ｃｕ系焼結合金は、耐
摩耗性が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

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｕ：０．４〜１０％、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−Ｃｕ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−Ｃｕ系焼結合金。
（２）Ｃｕ：０．４〜１０％、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−Ｃｕ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−Ｃｕ系焼結
合金。