JPH04308002A - 分散強化アルミニウム焼結合金及び常圧焼結性複合アルミニウム合金粉末の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、常圧焼結によって機械
的強度などの物理的特性と寸法精度に優れた分散強化ア
ルミニウム焼結合金を製造するための原料粉末、及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウムにＳｉやＭｇ等を添加した
アルミニウム合金は、軽量であって耐熱強度やヤング率
等の物理的特性に優れるため、従来から鉄やチタン等が
使われていた自動車をはじめ家電製品、事務機、ロボッ
ト等のような広汎な用途に機械構造材料として利用され
つつある。

【０００３】また最近では、特開平２−１１１８２６号
公報等に記載されるように、アルミニウム合金中にＳｉ
Ｃウイスカー等を分散複合化させることによって、機械
的強度を向上させた分散強化アルミニウム合金も提供さ
れている。

【０００４】かかる高強度アルミニウム合金の製造方法
としては、大別して鋳造法と、粉末押出法や粉末鍛造法
のような粉末冶金法とがある。鋳造法は連続的製造が可
能であるが、合金組成の自由度が小さく又鋳造欠陥が発
生しやすい等の欠点がある。一方、粉末冶金法は特開平
１−２１５９０１号公報等に記載されるごとく、Ｓｉや
Ｍｇを含むＡｌ合金の溶湯を高圧の空気等の流体により
噴霧すると同時に急冷凝固させる急冷凝固法により製造
したＡｌ合金粉末を、予備成形した後、熱間で押出又は
鍛造することにより固化させる方法である。従って、前
記鋳造法におけるような欠点はないが、熱間塑性加工を
不可欠な工程とするため、通常の焼結部品並の寸法精度
を得ることが出来ない。

【０００５】尚、急冷凝固法により得たＡｌ合金粉末を
冷間成形し、通常のごとく常圧焼結する方法もあるが、
急冷凝固法によって得られた微細組織が粒成長により失
われるため強度等の機械的特性が著しく損なわれ、機械
構造材料として満足すべきものが得られない現状であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来の
事情に鑑み、熱間塑性加工を伴わない通常の常圧焼結法
によって、高い機械的強度と寸法精度をもつ分散強化ア
ルミニウム焼結合金を得ることが出来る常圧焼結性複合
アルミニウム合金粉末、及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の常圧焼結性複合アルミニウム合金粉末は、Ｃ
ｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎから選ばれた少なくとも１つを３
〜２０重量％含むアルミニウム合金マトリックス中に、
金属間化合物、炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、ケ
イ化物から選ばれた少なくとも１つの粒径５μｍ以下で
３〜３０体積％の強化粒子を均一に分散含有することを
特徴とする。

【０００８】上記常圧焼結性複合アルミニウム合金粉末
の製造方法としては、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎから選ば
れた少なくとも１つを３〜２０重量％含む急冷凝固法に
より得られたアルミニウム合金粉末に、金属間化合物、
炭化物、酸化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物から選ば
れた少なくとも１つの粒径５μｍ以下の強化粒子を３〜
３０体積％混合し、メカニカルアロイングする方法があ
る。

【０００９】又、上記常圧焼結性複合アルミニウム合金
粉末の別の製造方法としては、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎ
から選ばれた少なくとも１つを３〜２０重量％含むアル
ミニウム合金の溶湯中に、金属間化合物、炭化物、酸化
物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物から選ばれた少なくと
も１つの粒径５μｍ以下の強化粒子を３〜３０体積％分
散させ、得られた溶湯を急冷凝固法により粉末化するか
、若しくはかくして得られた粉末を更にメカニカルアロ
イングする方法がある。

【００１０】

【作用】本発明の複合Ａｌ合金粉末中に含有されるＣｕ
、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎは、易拡散性を有し且つＡｌとの共
晶系元素であって、熱間塑性加工を伴わない常圧焼結に
より複合Ａｌ合金粉末を固化させるために不可欠である
。又、これらの元素は、焼結後にＴ６熱処理等の溶体化
時効熱処理によって常温強度特性を改善する効果も有す
る。これらの元素の添加量は合計で３重量％以上が必要
であるが、２０重量％を越えると焼結時に粗大な析出物
を生成して焼結合金の強度や寸法精度を劣化させるので
、３〜２０重量％の範囲とする。尚、これらの元素は合
金成分として複合Ａｌ合金粉末中に含有させる以外に、
一部を単体粉末としてＡｌ合金複合粉末に添加混合する
ことも出来るが、その場合も合計の添加量を３〜２０重
量％の範囲とする。

【００１１】強化粒子は焼結により損なわれる強度や耐
摩耗性等を分散強化機構により補償するものであって、
欠陥として作用しないように５μｍ以下であることが必
要であり、焼結によって分解拡散したり又は凝集成長し
てはならない。かかる強化粒子としては、遷移金属間化
合物や遷移金属アルミナイド等の一部の金属間化合物；
Ａｌ４Ｃ３、ＳｉＣ、ＴｉＣ、Ｂ４Ｃ等の炭化物；Ａｌ
２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＯ２、Ｙ２Ｏ３等の酸化物；Ａ
ｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ等の窒化物；ＴｉＢ等のホウ
化物；ＭｏＳｉ２等のケイ化物等を使用できる。又、強
化粒子の代わりに、焼結時にＡｌ又は含有されるＳｉ等
の元素との反応により強化粒子を生成し得る物質を含有
させても良い。

【００１２】かかる強化粒子の複合Ａｌ合金粉末中にお
ける体積分率は、３体積％未満では分散強化の効果が少
なく、３０体積％を越えると粒子相互の接触によって靭
性が著しく低下するので、３〜３０体積％の範囲とする
。又、強化粒子は前記のごとく５μｍ以下の大きさとす
るが、マトリックス中の転位をトラップして強度の向上
に寄与するためには数百オングストローム程度であるこ
とが更に好ましい。

【００１３】かかる微細な強化粒子はＡｌ合金マトリッ
クス中に均一に分散していることが必要であり、そのた
め本発明の複合Ａｌ合金粉末の製造には前記のごとくＣ
ｕ、Ｍｇ、Ｓｉ又はＺｎの元素を含むＡｌ合金粉末と強
化粒子とを混合してメカニカルアロイングする方法、又
は上記元素を含むＡｌ合金に強化粒子を分散させた溶湯
をエアアトマイズ法等の急冷凝固法により粉末化する方
法、若しくはこの急冷凝固法により得た粉末を更にメカ
ニカルアロイングする方法を採用するが、中でもメカニ
カルアロイングを含む上記いずれかの方法が好ましい。 しかし、強化粒子とＡｌ合金粉末との単なる混合粉末は
、強化粒子が旧粉末粒界にのみ存在することになるため
、分散強化の機構が十分に働かないばかりか、粉末粒子
間の焼結結合を阻害するので使用できない。

【００１４】本発明の複合Ａｌ合金粉末を焼結する場合
、焼結雰囲気は窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気又
は真空中とし、その雰囲気の露点は０℃以下、好ましく
は−３０℃以下とする。又、焼結温度はＣｕ等の添加元
素の２元系或は多元系共晶点以上であって、焼結体の密
度比９０％以上を達成して十分な強度を得るために５３
０℃以上であることが望ましい。尚、本発明の複合Ａｌ
合金粉末は従来の急冷凝固粉末と違い、強化粒子を含む
ので特に高温においても特性の劣化がないため、十分に
焼結を進行させるのに必要な温度を選択するための自由
度が高い。しかし、複合Ａｌ合金粉末等の組成に応じて
、焼結温度を全体が溶融する温度未満にすべきことは勿
論である。

【００１５】本発明の複合Ａｌ合金粉末を使用すれば、
常圧焼結によって固化でき、得られるＡｌ焼結合金は強
化粒子の分散強化により優れた機械的強度を有し、冷間
成形体から焼結体への寸法変化率が小さく且つ位置によ
らず安定しており、従って寸法精度に優れたＡｌ焼結合
金がえられる。この優れた寸法精度は、ＣｕやＳｉ等の
共晶系元素の添加による効果や、メカニカルアロイング
等により均一な粒子分散状態が得られるための効果によ
ると考えられる。又、得られる焼結体は塑性加工による
真密度固化体よりも低硬度である上、残留空孔をもたせ
ることが出来るので、後にサイジングやコイニングが容
易である。 更に、ＣｕやＭｇ等の元素の添加によって、Ｔ６熱処理
に代表される一般的な溶体化時効熱処理が可能となり、
機械的特性の向上を図ることが出来る。

【００１６】

【実施例】下記表１の組み合わせに従って、次の■〜■
の組成を有するＡｌ合金粉末にＡ〜Ｄの方法により各強
化粒子等を均一に分散させた。又、比較のため強化粒子
を添加しないものも用意した。 合金組成 　　■：Ａｌ−５．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５ｗｔ％Ｃｕ−
０．８ｗｔ％Ｍｇ−０．５ｗｔ％Ｍｎ ■：Ａｌ−５．５ｗｔ％Ｃｕ−１．５ｗｔ％Ｍｇ−３．
５Ｆｅ■：Ａｌ−１．０ｗｔ％Ｓｉ−５．２ｗｔ％Ｍｇ
■：Ａｌ−６．０ｗｔ％Ｚｎ−２．２ｗｔ％Ｍｇ■：Ａ
ｌ−８．２ｗｔ％Ｓｉ−３．５ｗｔ％Ｃｕ−１．８ｗｔ
％Ｍｇ分散方法 　　Ａ：強化粒子等を分散した上記組成の溶湯をエアア
トマイズ法により急冷凝固 Ｂ：方法Ａで得た急冷凝固粉末をメカニカルアロイング
Ｃ：上記組成のＡｌ合金粉末と強化粒子等の混合粉末を
メカニカルアロイング Ｄ：上記組成のＡｌ合金粉末と強化粒子等をブレンダー
で混合

【００１７】次に、上記のごとく得られたＡｌ合金複合
粉末又は混合粉末を油圧プレスを用いて面圧４〜６ｔｏ
ｎ／ｃｍ２で成形し、直径２０ｍｍ×高さ２０ｍｍのタ
ブレットを得た。このタブレットを露点−３０℃のＮ２
ガス雰囲気中において５７０℃で１時間焼結した。得ら
れた焼結体のうち、本発明による焼結体は焼結による成
形体の寸法変化が小さく且つ安定しており、真円度はい
ずれも３０μｍ以下であった。 次に、各焼結体にＴ６熱処理を施した後、組織観察によ
り分散強化に寄与している代表的分散物とその最大粒径
を調査し、更に引張強度を測定し、これらの結果を表１
に示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、常圧焼結が可能な複合
アルミニウム合金粉末を提供することができ、この複合
アルミニウム合金粉末を用いることにより機械的強度等
の物理的特性に優れ且つ寸法精度に優れた分散強化アル
ミニウム焼結合金を常圧焼結法で製造することが可能と
なる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎから選ばれた
   少なくとも１つを３〜２０重量％含むアルミニウム合金
   マトリックス中に、金属間化合物、炭化物、酸化物、窒
   化物、ホウ化物、ケイ化物から選ばれた少なくとも１つ
   の粒径５μｍ以下で３〜３０体積％の強化粒子を均一に
   分散含有したことを特徴とする常圧焼結性複合アルミニ
   ウム合金粉末。
2. 【請求項２】　　強化粒子の代わりに、焼結時の反応に
   より強化粒子を生成する物質を含有せしめることを特徴
   とする、請求項１記載の常圧焼結性複合アルミニウム合
   金粉末の製造方法。
3. 【請求項３】　　Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎから選ばれた
   少なくとも１つを３〜２０重量％含む急冷凝固法により
   得られたアルミニウム合金粉末に、金属間化合物、炭化
   物、酸化物、窒化物、ホウ化物、ケイ化物から選ばれた
   少なくとも１つの粒径５μｍ以下の強化粒子を３〜３０
   体積％混合し、メカニカルアロイングすることを特徴と
   する常圧焼結性複合アルミニウム合金粉末の製造方法。
4. 【請求項４】　　Ｃｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｚｎから選ばれた
   少なくとも１つを３〜２０重量％含むアルミニウム合金
   の溶湯中に、金属間化合物、炭化物、酸化物、窒化物、
   ホウ化物、ケイ化物から選ばれた少なくとも１つの粒径
   ５μｍ以下の強化粒子を３〜３０体積％分散させ、この
   溶湯を急冷凝固法により粉末化し、得られた粉末を更に
   メカニカルアロイングすることを特徴とする常圧焼結性
   複合アルミニウム合金粉末の製造方法。