JPH05202441A

JPH05202441A - アルミニウム系複合摺動材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05202441A
Application number: JP3445192A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kiuchi; 学木内; Toshihiko Kira; 俊彦吉良; Shoji Kamiya; 荘司神谷
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1992-01-24
Publication date: 1993-08-10
Anticipated expiration: 2018-03-24
Also published as: JP3388476B2

Abstract

(57)【要約】【目的】支持基材に被着した摺動層がアルミニウム相
内に１〜３０体積％の潤滑剤粒子が分散してなるアルミ
ニウム系複合摺動材料の摺動特性を高める。【構成】圧縮下で流動凝固した二次相と、再結晶した
基地相とからなるアルミニウム相中に延伸性潤滑剤粒子
が分散する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摺動材料及びその製造
方法に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、
Ｐｂ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｓｎ，ＭｏＳ₂ ，グラファイト，Ｂ
Ｎなどの潤滑剤物をアルミニウムまたはアルミニウム合
金（以下「アルミニウム」という）に複合したアルミニ
ウム系複合摺動材料及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】さらに本発明は、このような潤滑剤に加
え、酸化物、窒化物、ほう化物などいわゆるセラミック
からなる硬質物をアルミニウムに複合したアルミニウム
系複合摺動材料及びその製造方法に関するものである。
上記した摺動材料は、内燃機関およびコンプレッサなど
の各種機器類のすべり軸受やブシュおよびワシャなどの
摺動部位に好適に使用できる。

【０００３】

【従来の技術】上記した摺動材料を焼結で製造すること
は例えば、特公昭６１−１７８９５号公報、特公平１−
２７１２２公報などに記載されているように一般的に行
われている。また、特公平３−２２４５８号はメカニカ
ルアロイングにより複合された粉末をヘンシェルミキサ
ーにより混合し、容器中で熱間押出しする方法を記載し
ている。

【０００４】さらに焼結された摺動材料を支持基材と共
に圧延することによって密度を高めることや、あるいは
焼結前に粉末を支持基材とともに圧延することによって
粉末の密度を高めること公知である。

【０００５】また本発明者の一名の出願に係る特開昭５
８−１５３７０６号公報では、粒子分散強化型積層材料
の製造方法として基板上に積層されたマトリックス合金
粒子とアルミナなどの強化粒子の混合物を前者の固相が
５０％以上になる半溶融状態でプレス、ロールなどで加
圧成形する方法が記載されている。この説明によると加
工後の積層層の組織は、加工中固相のままに止まった合
金粒子と、その周りで流動して凝固した合金相と、強化
粒子とからなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の焼結によるアル
ミニウム系摺動材料では、アルミニウム粒子表面の酸化
膜が著しく焼結性を損なうために、複合添加物とアルミ
ニウムとの焼結も不良になる。さらに焼結温度をアルミ
ニウムの一部が液相化する温度とする液相焼結によって
焼結性を向上させることも行われているが、アルミニウ
ム粒子表面の酸化膜を破壊して液相焼結の効果を発揮さ
せるためには焼結温度を非常に高くしなければならな
い。また複合添加物の粒子は原料粉末の調製のときの分
散状態が最終焼結体にも残るので、微細かつ均一に分散
させることに限界があり、さらにアルミニウム液相中を
複合添加物が移動して、近づきあるいは合体することに
よって微細・均一分散状態が損なわれる。

【０００７】さらに複合化の過程あるいは後加工におい
て圧延などの展伸加工を行うと、特にＰｂやグラファイ
トなどの軟質添加物は圧延方向に伸びるために材料強度
を低下させ、また製品の曲げ加工や切削加工において摺
動層が割れあるいは支持基材から剥離する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明にかかるアルミニ
ウム系複合摺動材料は、支持基材に被着した摺動層がア
ルミニウム合金相内に延伸性を有する潤滑剤粒子が体積
率で１〜３０％分散してなり、アルミニウム合金相が、
圧縮下で流動凝固した二次相と、再結晶した基地相とか
らなることを特徴とする。上記の摺動材料において、摺
動層にはさらに硬質物粒子を０．５〜１０体積％分散さ
せるようにしてもよい。

【０００９】また、本発明にかかるアルミニウム系複合
摺動材料の製造方法は、支持基材上にて層を形成してい
るアルミニウム合金粉末及び潤滑剤粉末を含んでなる混
合物を、前記アルミニウム合金粉末の実質的全部が粒子
形態を維持するとともに、粒子の内部が溶融する温度に
加熱し、その後、前記支持基材と前記混合物とを圧縮力
を加えるつつ冷却する加工を施すことを特徴とする。

【００１０】さらに、本発明の別の製造方法において
は、アルミニウム合金粉末及び潤滑剤粉末を含んでなる
混合物を、粒子形態が残存する板状材に成形し、支持基
材を準備し、次に、前記板状材を、前記アルミニウム合
金粉末の実質的全部が粒子形態を維持するとともに、粒
子の内部が溶融する温度に加熱し、その後、支持基材と
前記板状材とを圧縮力を加えつつ冷却する加工を施すこ
とを特徴とする。

【００１１】上記の製造方法において、支持基材をアル
ミニウム系材料とし、前記支持基材と前記混合物とを圧
縮力を加えつつ冷却する加工を施してアルミニウム系複
合材とし、さらに、この複合材に非アルミニウム系材料
を圧接してもよい。あるいは、本発明のさらに別の製造
方法においては、所定温度に加熱した前記板状材を圧縮
力を加えつつ冷却する加工を施した後に、支持基材と圧
接するようにしてもよい。

【００１２】これら製造方法において、アルミニウム合
金粉末及び潤滑剤粉末を含んでなる前記混合物に硬質粒
子を混合するようにしてもよい。以下、本発明の構成を
詳しく説明する。本発明において、潤滑剤は、延伸性粒
子として配合されるものが対象であり、グラファイト，
ＭｏＳ₂ ，軟質なＢＮなどのいわゆる固体潤滑剤、また
はＰｂ，Ｉｎ，Ｃｄ，Ｓｎなどの軟質金属もしくは合金
である。潤滑剤の割合が１体積％未満であるとその効果
が不足し、一方３０体積％を越えると、摺動材料の強度
が不足したり、層状剥離が発生し易くなってしまう。潤
滑剤の寸法（粒子の粒径、針状のものは長さと幅の合計
値の０．５倍などの値を全ての粒子について平均した
値）は、０．５〜５０μｍであることが好ましい。

【００１３】アルミニウムは、工業用の純アルミニウム
またはアルミニウム合金が使用できる。アルミニウム合
金の場合は合金元素として固液共存組成以下のものを配
合できる。この観点では好ましくは１〜１０％Ｃｕや３
〜８％Ｓｉが配合できる。時効析出元素としては、５％
以下のＣｕ，Ｍｇなどを含有できる。軟質相形成元素と
しては、３０％以下のＳｎ，Ｐｂ，Ｉｎなどを含有でき
る。単独であるいは金属間化合物を形成して析出し硬化
相を形成する元素としては、３％以下のＭｎ，Ｍｏ，Ｃ
ｒを利用できる。アルミニウム粉末の平均粒径は５〜１
００μｍであることが好ましい。

【００１４】本発明において、硬質物は、酸化物、炭化
物、窒化物、ほう化物などのいわゆるセラミックの粒
子、ウィスカもしくは短繊維などである。硬質粒子の割
合が０．５体積％未満であると、摺動材料の耐摩耗性及
び耐焼付性が不足し、一方１０重量％を超えると潤滑剤
の延伸性に影響し、また各相間の接着力が不足すること
により、やはり摺動材料の耐摩耗性及び耐焼付性あるい
は耐疲労性が不足する。

【００１５】硬質物の寸法（粒子の粒径、針状のものは
長さと幅の合計値の０．５倍などの値を全ての物粒子に
ついて平均した値）は０．５〜１０μｍであることが好
ましい。硬質物の寸法が０．５μｍ未満であると、硬質
物粒子が凝集して塊を作り易くなり、この塊内に後述す
るアルミニウムの液相が入り難くなり、粒子の密着力は
不足するので、摺動材料の耐摩耗性及び耐焼付性が不足
することになる。一方硬質物の寸法が１０μｍを超える
と、相手材が硬質物により摩耗し易くなる。

【００１６】支持基材は、アルミニウム系材料として、
工業用純アルミニウム、アルミニウム合金が使用でき
る。アルミニウム合金としては、アルミニウム軸受合
金、展伸用アルミニウム合金などを使用することができ
る。非アルミニウム材料としては鋼板、酸化防止表面処
理鋼板やメッキ鋼板あるいはクラッド鋼板、銅合金板な
どが利用できる。あるいは、これらをさらに鋼板などに
接着したバイメタル材などの複合基材を利用することも
できる。また金属容器を使用しこれに混合粉末を充填す
ることもできる。

【００１７】続いて、本発明に係る複合摺動材料の組織
を説明する。本発明のアルミニウム相は、圧縮下で流動
凝固した二次相と、再結晶した基地相とからなる。後者
は複合摺動材料の主たる相であって、アルミニウム摺動
材料としての特性を発揮するとともに、潤滑剤及び硬質
物などの複合成分を保持する。前者は各成分間の結合力
を高める。

【００１８】従来の液相焼結相の場合は、アルミニウム
原料の固相線以上に加熱されたことにより液相が発生
し、液相がアルミニウム粉末表面の酸化膜を溶かすこと
によりその焼結性をたかめ、さらに各粒子表面をぬらす
ことにより液相が発生し焼結材各成分の接着力を高めて
いるが、液相は単に凝固したものであり、圧縮下で流動
はしていず、一方基地相は塑性変形はしていない。さら
に従来の展伸加工法では基地相は塑性変形しているが、
液相は発生していない。これらの従来の組織の特徴をそ
れぞれ図２、３に示し、また本発明の組織の特徴を図１
に示す。

【００１９】図２は液相焼結組織であり、複合材粉末は
圧粉体のときの分散状態（図４参照）を保ったままであ
り、凝集した状態もそのまま維持されており、さらにア
ルミニウム結晶粒もほとんど原料の形態を維持してい
る。焼結材は密度向上のためにサイジングなどの後加工
を施されることがあるが、以上の特長は維持される。図
３は展伸加工組織であり、軟質添加物の展伸が著しい。

【００２０】これに対して、本発明の組織（図１）では
アルミニウムの基地相が再結晶により原料粉末に起因す
る結晶粒界とは別の粒界を有する。これは圧縮応力下で
再結晶温度以上で塑性変形したことにより新たな粒界が
発生することに起因する。また基地相の結晶粒は圧縮応
力の方向と直角方向に方向性を持っている。また液相
は、従来の液相焼結と同様に焼結性を向上するのみなら
ず、圧縮応力下で流動するときに添加物の流動も惹き起
こし、また添加物の塊の間に液相が入り込むために、添
加物は原料時の分散状態よりさらに微細かつ均一に分散
する。

【００２１】液相は上記した基地相となるアルミニウム
粉末から発生させてもよく、あるいは液相が発生し易い
ように組成を調節したアルミニウム粉末を基地となるア
ルミニウム粉末とは別個に使用して、これから発生させ
てもよい。しかし前者の方がより好ましい。

【００２２】上記した組織の特徴を損なわずに、通常は
１〜２５％以下、好ましくは５〜２０％の密度、寸法精
度などを向上するための塑性加工を行ってもよい。この
場合は塑性加工度が大になると二次相が加工方向に伸び
た塑性加工組織となる。

【００２３】ちなみに、半溶融圧延での好ましい塑性加
工（１回当りの圧下率）は２５〜６０％である。半溶融
圧延においてより好ましい塑性加工（１回当りの圧下
率）は、組織の伸びをより抑えたい場合には２５〜３５
％とし、生産性をより重視する場合には４０〜５０％と
するとよい。半溶融圧延を含む工程を複数回行なう場合
には合計で６０％を越える塑性加工としてもよいことは
勿論である。

【００２４】延伸性潤滑剤の分散形態はＭｏＳ₂ などの
高融点物質とＰｂなどの低融点物質で異なる。高融点物質：該物質の塊が、強制的に流動されるアル
ミニウム液相により液相焼結において単に表面張力によ
り流れる液相による細断よりも著しく効果的に細断され
るとともに、該物質の粒子が加工方向に従来の展伸法よ
りも非常に小さく若干延伸される。

【００２５】低融点物質：例えばＰｂは加工力が加え
られる前あるいは後においても表面張力により流動す
る。加工力が加えられるとアルニミウム粒子から流出す
るアルミニウム液相とＰｂ液体の一部が融合し、一緒に
流動凝固する。融合しない残部はＰｂ相として流動凝固
する。このようなＰｂ組織は耐焼付性及び耐摩耗性を著
しく高める（表２の本発明品６と比較Ｄを参照）。

【００２６】高融点物質と低融点物質の共存：上記
との組織が同時に表れる。又、Ｐｂ液相によりＭｏＳ
₂ などの高融点物質の塊が細断される。この結果耐焼付
性及び耐摩耗性がさらに高められる（表２の本発明品８
参照）。続いて本発明の好ましい製造方法を説明する。

【００２７】まず、支持基材上にてアルミニウム又はア
ルミニウム合金粉末（以下「アルミニウム粉末」とい
う）、潤滑剤粉末及び硬質物粉末を含んでなる混合物を
積層する。この際必要に応じて混合粉末を圧縮して密度
を高めて支持基材と粉末混合物が外見上一つの固体とし
て扱えるようにしてもよく、またメカニカルアロイング
により各成分を超微細に分布させてもよい。層の厚みは
特に限定されないが、１００μｍ〜１０ｍｍの範囲が一
般的である。続いてアルミニウムの実質的全部が粒子形
態を維持するとともに、粒子の内部が溶融する温度に加
熱を行う。ここで層の密度が通常の焼結用圧粉体に相当
し、加熱により液相が発生すると通常の液相焼結にな
る。アルミニウム粉末は表面が極めて安定な酸化膜によ
り覆われているので、液相が発生して液相焼結の作用を
するためには液相が酸化膜を破って粉末粒子外に流出し
なければならない。本発明ではこのような状況を避け
て、加熱のままの処理品は焼結製品としては不良品とな
るような条件を積極的に選択し、液相が酸化膜の殻に囲
まれて粉末粒子の内部にとどまっているような加熱を行
う。したがって好ましい加熱温度は通常の液相焼結より
は２０℃以上低い温度となり、かつ組織の説明で述べた
理由により再結晶温度以上である。

【００２８】その後、加熱された支持基材と前記混合物
に圧縮力を加える圧延、押出、金型プレスなど好ましく
は圧延加工を施すことにより酸化膜を破って液相を粉末
粒子外に流出させ、さらに原料粉末中で流動させる。加
工中にこれらの現象が継続しておこるように加工終了温
度は上記した好ましい温度範囲内にあることが望まし
い。加工終了後に液相は凝固する。

【００２９】アルミニウム粉末が合金の場合、液相と固
相が平衡状態で存在するので、加工時に後者は塑性加工
され、前者は流動しかつ加工温度が上記望ましい範囲の
場合はそのまま凝固する。加工終了温度が固相線より低
いと後者は流動後塑性加工される。しかしこの場合でも
流動組織の特長は製品で残っている。一方アルミニウウ
ム粉末が純アルミニウムの場合は融点より僅か高温で酸
化膜の表皮で囲まれた内部全体が液相になる。

【００３０】上述した好ましい製法とは別法として特開
昭５８−１５３７０６号に示されたように、固相のまま
に止まるＡｌ液相とが存在する半溶融状態での加工を行
ってもよい。しかし、上記Ａｌの実質的全部が粒子形状
を維持し、内部が液相である状態で加工を行う法が、後
述の液相管理の面から好ましい。

【００３１】上記加工は２回以上行ってもよい。さらに
上記加工後に熱間あるいは冷間加工を行ってもよい。ま
たこれらの加工後に支持基材との接合のために半溶融接
合あるいは熱間もしくは冷間接合を行う。支持基材との
接合を行った後に本発明の加工を行ってもよい。さらに
これらの工程の途中またはその終了後に摺動材料素材全
体の応力除去、アルミニウムの軟化、析出などを目的と
した熱処理を行ってもよい。さらに、液相焼結でなけれ
ば原料粉末の密度を高めるための焼結を上記工程の途中
または終了後に行ってもよい。これは、液相焼結を半溶
融加工の前に行うと、アルミニウム合金の二次相に低融
点組成がまた基地相には高融点組成が偏析するので、そ
の後半溶融加工のための加熱においては基地相粒子から
の液相の排出が妨げられ、この結果添加物の微細分布も
妨げられ、好ましくないからである。

【００３２】また本発明の加工終了後ならば液相焼結を
行っても良い。この液相焼結は製品の密度をさらに高め
るために行う。この場合二次相に低融点組成が偏析して
いるから、二次相が溶融して空孔を埋めて密度を高め
る。したがって圧縮下で流動した凝固相の形態はほとん
ど残らなくなることもあるが、密度の向上に効果があ
る。

【００３３】ここで、本発明の他の製造方法について述
べる。まず、上記粉末をＶ型ブレンダにより混合して所
定組成の混合物を得、市販のアルミニウム合金板（厚み
２ｍｍ）の上に所定混合物を３ｍｍの厚さに積層した
後、ロールにより冷間で圧下率２０％で圧下し、次に６
００℃に保持された炉中に加工片を挿入し１５秒保持し
た。その後直ちに加工片をロール径３００ｍｍ、圧下荷
重５００ｋｇｆ、圧下率３０％、圧延終了時温度４５０
℃の条件で、圧縮力を加えつつ冷却する。この方法によ
っても本発明が特徴とする半溶融加工（すなわちアルミ
ニウム合金が固液共存状態での加工）を行うことができ
る。このアルミニウム系複合材をさらに炉中に入れ同様
の温度条件にて１５秒間保持し、その後、アルミニウム
板と鋼板と併せて直ちにロールにて全体に圧縮力を加え
つつ冷却して複合摺動材料を得た。この加工では半溶融
加工とＡｌ／Ｆｅの圧接が同時に行われる。但し、この
半溶融加工ではその半溶融加工で生成した流動凝固二次
相が主として再溶融され、基地相はほとんど溶融しな
い。ここで、鋼板はアルミニウム系複合材と同時に炉中
にて加熱するようにしてもよい。

【００３４】このようにして得られた複合摺動材料の組
織は、先に述べた本発明品の実施例と同様の組織が得ら
れる。ここで上記のアルミニウム系複合材と鋼板との接
合については、冷間圧延もしくは熱間圧延を行ってもよ
いが、冷間圧延の場合には潤滑剤が引き延ばされる傾向
にあり上記の方法に比べて摺動材料としての性能が不満
足となりやすく、熱間圧延の場合は鉄の加工温度への加
熱によって合金組織のうちアルミニウム相などに変化を
来たしやすく同様に上記の方法に比べて摺動材料として
の性能が不満足となりやすいので、採用に際しては製造
条件設定が非常に難しく相当制限されてしまう。

【００３５】上記方法を実施する製造装置の概略を図８
に示す。コイル状に巻かれたアルミニウム合金帯などの
支持基材１は巻き戻されつつ、その上に混合粉末２の散
布を受ける。これら１、２はロール３により圧縮され、
予備成形帯４となる。予備成形帯４は炉５内を通板さ
れ、半溶融加工温度に加熱され、炉外でロール６により
半溶融加工される。この結果複合アルミ板７が得られ
る。

【００３６】コイル状から巻き戻された鋼帯９は方向転
換ロール１０、１１、１２は複合アルミ帯８に接近さ
れ、同方向に曲げられる。鋼帯９と複合アルミ板７は炉
８により加熱され、炉外でロール１３により圧接され
る。かくして得られた鋼板／アルミニウム合金板／再溶
融加工Ａｌ層よりなる軸受材１４はコイル状に巻き取ら
れる。この巻き取りにより、アルミニウム合金帯１及び
鋼帯９が巻き取られる。ここで、予備成形帯に成形する
にはロール３による成形に代え、粒子の形態が残存する
ような仮焼結を行ってもよい。

【００３７】上記装置を使用する半溶融加工方法の具体
例を説明する。アルミニウム合金粉末及び潤滑剤粉末を
含んでなる混合物２を、粒子形態が残存するようにロー
ル３にて厚さ４ｍｍの板状材に予備成形し、支持基材１
としてアルミニウム系材料または非アルミニウム系材料
である鋼板などを準備し、次に予備成形帯４を、６００
℃に保持された炉５中に挿入し１５秒保持した。その
後、直ちに支持基材１と予備成形帯４とをロール径３０
０ｍｍ、圧下荷重５００ｋｇｆ、圧下率４５％にて、ア
ルミニウム系板状材がロール６通過後に実質的に固化し
うるロール温度とする条件で、圧縮力を加えつつ冷却す
る。

【００３８】さらに、図９に示すように、潤滑剤粉末を
含んでなる混合物２を、ロール３により粒子形態が残存
する板状材１５に成形し、この板状材１５を、アルミニ
ウム合金粉末の実質的全部が粒子形態を維持するととも
に、粒子の内部が溶融する温度に加熱炉６にて加熱し、
その後、前記板状材にロール６により圧縮力を加えつつ
冷却する加工を施し、さらに、図８と同様に鋼板からな
る支持基材と圧接するようにしてもよい。

【００３９】なお、図１０および図１１に示すように、
支持基材との複合化を行って巻き取った後の軸受材１４
ａを、別のラインにて他の支持基材９と接合するように
してもよい。図１１では軸受材１４ａを支持基材９との
接合を冷間圧接工程で行う場合を示すが、圧接材１４ｂ
に例えば３００〜４００℃の条件での焼鈍を適用するの
が好ましい。

【００４０】本発明の製造方法においては、圧縮力を加
えつつ冷却する際に、アルミニウム系複合材料の摺動側
の表面に液相が多量ににじみ出ないようにすることが望
ましい。このためにはロールの近傍の一種の遷移状態に
おいて、先ず予備成形体内部では液相分が３０〜７０
％、より好ましくは４０〜５５％とする。次に、予備成
形体がロールに近づき圧縮力がアルミニウム粉に伝達さ
れると、外部固相分や軟化した内部固相分が配合された
潤滑剤とともに塑性変形されつつ内部液相分を放出し、
液相が潤滑剤等を包み込む形となる。液相はロール下で
圧縮作用を受けつつロールの冷却によって凝固しはじめ
る。ロール通過後圧力開放状態へ移行しまた複合材から
の放熱が起こる状態において塑性変形されたアルミニウ
ムの再結晶化が次第に進みながら圧延による内部歪も開
放される。このような状態を順次経過させる加工法にお
いて内部液相分が多すぎると、ロールの後側にまで多く
の液相がにじみ出ることとなる。このにじみ液相が摺動
側の表面で固まることは表面凹凸の形成や引け巣発生の
要因となり、表面の後加工の増大を招くなど製造上好ま
しくないばかりでなく、後加工では対応できない複合摺
動材料の内部欠陥をも引き起こす原因となる。これを避
けるために、加熱温度、加圧圧力、冷却条件などのバラ
ンスをとって十分な内部液相の管理をすることが必要で
ある。

【００４１】さらに、前記混合物にさらに有機バインダ
を含む混合物に前記処理を施し、また前記加工を行う前
に前記有機バインダを該混合物から除去する脱バインダ
処理を行うことにより複合摺動材料を製造することもで
きる。有機バインダとしてはポリビニルアルコールなど
を使用することができる。有機バインダを使用すること
により原料粉末を成形した材料の密度を高めまた成型性
を高めることができ、また取扱が容易で、ロール挿入時
などを際の粉末飛散の防止をすることができる。しかし
ながら、有機バインダは摺動特性が優れないので、本発
明の加工を行うまでにはその蒸発温度以上の加熱により
または適当な溶剤を使用することにより脱バインダ処理
をして、製品中にバインダが残らないようにしなければ
ならない。

【００４２】以上説明した本発明の方法によると以下の
ような特徴が顕著に認められる。１）圧縮によりアルミニウムの酸化膜の破壊が容易にな
っており、具体的には液相焼結よりも少ない量の液相で
酸化膜を破壊することができる。２）上記１）により焼結性が優れない微細粉末（例えば
平均粒径が５μｍ以下のもの）を使用することができ
る。３）液相が、液相焼結のように単に焼結性向上に寄与す
るだけでなく、圧縮力により流動することにより添加物
の微細分散に寄与する。４）液相が発生しない温度で行う単なる塑性加工より
も、固液共存温度で行う加工ではアルミニウム基地相の
加工量が大きい。このためアルミニウム粉末の表面積が
拡大され、これに伴って添加物の塊も分断される。

【００４３】添加物は延伸性であり軟質であっても、加
工温度で溶融していないので、添加物よりアルミニウム
粉末の変形量の方が大きい。したがって、添加物が繊維
状に引き伸ばされず、アルミニウム合金の方が大きく変
形する。但しＰｂなどの低融点金属は加工温度への加熱
によって一旦溶融し、その後塊状に再分散する。

【００４４】

【作用】本発明の摺動材料は、基地粉末の結合力増大及
び基地との添加物の密着力増大により耐摩耗性が向上す
る。また潤滑剤添加物の均一分散により耐焼付性が向上
する。さらに延伸性添加物の著しい展伸がないから、そ
の剥離による耐摩耗性劣化がない。

【００４５】さらに本発明の方法によると添加物の複合
量を増大させまた微粒子を使用することにより、耐摩耗
性及び耐焼付性の向上を図ることができる。また同一特
性なら粗粉のアルミニウム粉を使用することができる。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。

【００４６】

【実施例】表１に示す３種類の原料粉末を使用して本発
明の処理を行った。

【００４７】

【表１】

【００４８】まず、上記粉末をＶ型ブレンダにより混合
し、市販のアルミニウム合金板（厚み２ｍｍ）の上にそ
の混合物を３ｍｍの厚さに積層した後、ロールにより冷
間で圧下率２０％で圧下し、次に６００℃に保持された
炉中に加工片を装入し１５秒保持した。その後直ちに加
工片をロール径３００ｍｍ，圧下荷重５００ｋｇｆ，圧
下率３０％、圧延終了時温度４５０℃の条件で、圧縮力
を加えつつ冷却するという本発明が特徴とする半溶融加
工（すなわちアルミニウム合金が固液共存状態での加
工）を行った。得られた複合材料は密度が９６％であっ
た。

【００４９】比較例として、耐焼付性に優れた実用アル
ミニウム鋳造合金（Ａｌ−３Ｓｉ−１Ｃｕ−１３Ｓｎ−
２Ｐｂ−０．２Ｃｒ）を比較Ａとして用いた。これにつ
き下記条件で耐焼付性の試験を行った。耐焼付性試験（試験条件Ａ）試験機：高速荷重スラスト試験機（３ピン・デスク型）摺動速度：４ｍ／ｓ荷重：３０ｋｇｆ／３０ｍｉｎの割合で１５分毎に増加油種：軽油ディスク：Ｓ５５Ｃ焼入れ焼戻材（硬さ：Ｈｖ５００）ピン：試材表１で示される通り、比較Ａに対し本発明の複合摺動材
料は優れた耐焼付性を有する。

【００５０】次に、表２に示す８種類の原料粉末を使用
して本発明の処理を行った。比較Ｂ及び比較Ｃは、表２
の原料粉末を、窒素ガス中にて６２０℃×１Ｈｒの焼結
をし、その後、冷間圧延により裏金鋼板と接合した液相
焼結の比較例である。比較Ｄは、延伸性を有する潤滑剤
を配合せず、硬質粒子のみを配合した原料粉末を使用し
た特開昭５８−１５３７０６号相当の比較例である。本
発明品４、５、７、８のＰｂは、アトマイズＰｂ粉末
（平均粒径４０μｍ）を使用した。本発明品１０では、
Ａｌ−Ｐｂ合金粉を使用した。

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表２】続き

【００５３】耐焼付性試験試験機：高速荷重スラストテスタ（３ピン・デスク型）摺動速度：５ｍ／ｓ荷重：３３ｋｇｆ／１５ｍｉｎの割合で１５分毎に増加油種：クリストル＃５０（５ｃｃ／ｍｉｎ）ピン：ＳＵＪ２（表面粗さ０．８±０．１μｍＲｚ）ディスク：試材

【００５４】耐摩耗性試験試験機：円筒平板式・摩擦摩耗試験機摺動速度：０．５ｍ／ｓ摺動距離：３７８０ｍ荷重：３３ｋｇｆおよび９ｋｇｆ油種：灯油軸：Ｓ５５Ｃ焼入れ材（表面粗さ０．８〜０．９μｍＲ
ｚ）

【００５５】本発明品６の試料の組織を図５に示す。図
中、黒い片状組織はグラファイトであり、白い球状組織
がアルミナであり、一部結晶粒が認められるのが基地の
アルミニウム相であり、基地相をおおう網状の相が圧縮
下で凝固したアルミニウム二次相である。

【００５６】比較材Ｂは、グラファイトの延伸部に剪断
が起こり複合層にクラックが多数発生し、耐焼付性、耐
摩耗性の測定はできなかった。

【００５７】比較材Ｃの試料の組織を図７に示す。図
中、黒い片状組織はグラファイトで非常に細長く延伸さ
れており、アルミニウムの流動凝固した二次相は観察さ
れない。このため、本発明品に対し耐焼付性や耐摩耗性
に劣り、その上比較Ｃの試料では組織の非常に細長い延
伸部分において疲労剥離が発生しやすくなる。そして本
発明の複合摺動材料は表２で示される通り、比較Ｄに対
しても優れた耐焼付性、耐摩耗性を有する。

【００５８】次に他の本発明の実施例について説明す
る。表２の本発明品７にてアトマイズＰｂ粉末（平均粒
径４０μｍ）の量を１０体積％に変更して、実施例１と
同様の処理を行った。その摺動層の組織写真を図６に示
す。図中、白い球状組織がアルミナであり、一部結晶粒
が認められるのが基地のアルミニウム相であり、基地相
よおおう網状の相が圧縮下で凝固したアルミニウム二次
相である。黒い粗粒状のよ延伸状組織が、液体状態で圧
延されつつ凝固して塊状化したＰｂである。このように
した複合摺動材料は、耐焼付性が本発明品７よりも優れ
ていた。

【００５９】また、本発明品７にて、使用したアルミニ
ウム粉末をＡｌ−３Ｓｉ−３Ｃｕに変え、Ａｌ−１Ｃ
ｕ，Ａｌ−ｌＳｉ，Ａｌ−５Ｓｉ−１Ｃｕなど各種アル
ミニウム合金粉として、前述した実施例１と同様の処理
を行った。その結果、耐焼付性あるいは耐摩耗性は他の
本発明品と同等もしくはそれ以上の性能であった。ここ
で添加しない場合に比較して、より好ましい性能向上作
用が得られる成分範囲はＣｕが０．１〜１０％、さらに
好ましくは１〜５％であり、Ｓｉでは１〜８％、Ｍｇが
０．１〜５％であり、またＭｎ，Ｍｏ，Ｃｒはそれぞれ
０．０１〜３％であった。所望により、これら下限値以
下の配合をしてもよい。

【００６０】

【発明の効果】本発明が提供するアルミニウム系複合摺
動材料は、高負荷、高速、少油量などの厳しい摺動条件
に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る摺動材料の摺動層の模式的組織を
示す図である。

【図２】従来の液相焼結法係る摺動材料の摺動層の模式
的組織を示す図である。

【図３】従来の展伸法係る摺動材料の摺動層の模式的組
織を示す図である。

【図４】原料粉末の形状を模式的に示す図である。

【図５】本発明実施例１のＮｏ．６の顕微鏡写真であ
る。

【図６】本発明の他の実施例の顕微鏡写真である。

【図７】比較Ｃの試材の顕微鏡写真である。

【図８】本発明に係る製造方法の概要を示す図である。

【図９】本発明に係る他の製造方法の概要を示す図であ
る。

【図１０】本発明に係る別の製造方法の概要を示す図で
ある。

【図１１】本発明に係るさらにべつの製造方法の概要を
示す図である。

【符号の説明】

１支持基材（アルミニウム合金帯）２混合粉末３ロール４予備成形帯５炉６ロール７複合アルミ板８炉９鋼帯１４軸受材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者神谷荘司愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地大豊工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基材に被着した摺動層がアルミニウム
又はアルミニウム合金相内に１〜３０体積％の潤滑剤粒
子が分散してなるアルミニウム系複合摺動材料におい
て、前記潤滑剤粒子が延伸性粒子からなり、前記アルミニウ
ム又はアルミニウム合金相が、圧縮下で流動凝固した二
次相と、再結晶した基地相とからなることを特徴とする
アルミニウム系複合摺動材料。
【請求項２】前記摺動層に０．５〜１０体積％の硬質物
粒子が分散していることを特徴とする請求項１記載のア
ルミニウム系複合摺動材料。
【請求項３】前記アルミニウム合金相の二次相が塑性変
形していることを特徴とする請求項１または請求項２記
載のアルミニウム系複合摺動材料。
【請求項４】前記支持基材が、アルミニウム系材料、
非アルミニウム系材料及びそれらの複合基材からなる群
の何れか１種であることを特徴とする請求項１ないし請
求項３記載のアルミニウム系複合摺動材料。
【請求項５】支持基材に支持されたアルミニウム又はア
ルミニウム合金粉末及び延伸性潤滑剤粉末を含んでなる
混合物を、前記アルミニウム合金粉末の実質的全部が粒
子形態を維持するとともに、粒子の内部が溶融する温度
に加熱し、その後、前記支持基材と前記混合物に圧縮力
を加える加工を施すことを特徴とするアルミニウム系複
合摺動材料の製造方法。
【請求項６】アルミニウム又はアルミニウム合金粉末及
び延伸性潤滑剤粉末を含んでなる混合物を、粒子形態が
残存する板状材に成形し、支持基材を準備し、次に、前
記支持基材とともに前記板状材を、前記アルミニウム又
はアルミニウム合金粉末の実質的全部が粒子形態を維持
するとともに、粒子の内部が溶融する温度に加熱し、そ
の後、支持基材と前記板状材とを圧縮力を加える加工を
施し、冷却することを特徴とするアルミニウム系複合摺
動材料の製造方法。
【請求項７】支持基材をアルミニウム系材料とし、前
記支持基材を非アルミニウム系材とすることを特徴とす
る請求項５または請求項６記載のアルミニウム系複合摺
動材料製造方法。
【請求項８】アルミニウム又はアルミニウム合金粉末及
び延伸性潤滑剤粉末を含んでなる混合物を、粒子形態が
残存する板状材に成形し、支持基材を準備し、次に、前
記板状材を、アルミニウム又は前記アルミニウム合金粉
末の実質的全部が粒子形態を維持するとともに、粒子の
内部が溶融する温度に加熱し、その後、前記板状材を圧
縮力を加える加工を施し、さらに、前記板状材と前記支
持基材を圧接することを特徴とするアルミニウム系複合
摺動材料の製造方法。
【請求項９】アルミニウム合金粉末及び延伸性潤滑剤粉
末を含んでなる前記化合物に、硬質物粒子がさらに混合
されていることを特徴とする請求項５から請求項８まで
のいずれか１項記載のアルミニウム系複合摺動材料の製
造方法。
【請求項１０】前記混合物を前記支持基材上に散布した
後、前記混合物を前記支持基板上に圧下し、続いて前記
加熱を行うことを特徴とする請求項６から９までの何れ
か１項記載のアルミニウム系複合摺動材料の製造方法。
【請求項１１】前記圧下に加えてあるいは該圧下の代わ
りに散布された混合物の仮焼結を行うことを特徴とする
請求項９記載のアルミニウム系複合摺動材料の製造方
法。