JPH0575817B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属間化合物粉末及び合金粉末をマ
トリツクス中に分散させた粒子分散強化型合金に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、Al合金の耐摩耗性を向上させる方法
として、Al合金中に強化粉末を分散させること
が知られている。

前記強化粉末は、Al合金溶湯中に添加すると
溶解する為、従来、粒子分散強化型合金は焼結法
によつて製造している。

しかし、前記焼結法では、Al合金粉末を合金
粉末中に均一に分散させることが困難であるばか
りでなく、製造コストは高く、又、寸法精度も劣
るという問題点がある。

そこで、Al−Ni系合金をマトリツクスとして
Ni粉末又はNi基金属間化合物粒子を直接添加後、
短時間撹拌し、ダイカスト成形することによつ
て、マトリツクス中に均一に分散させてなる金属
間化合物粒子分散強化型合金及びその製造方法は
本願人が提案し特開昭63−79934号となつている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記特開昭63−79934号におい
ては、強化粉末として高価なNi粉末、又はNi基
金属間化合物を用いる為、焼結法に比べれば安価
であるがなおも高価であり実用上用途が限定され
るという問題点がある。

又、耐摩耗性においても向上はみられるもの
の、今だ充分ではない為、更に優れたものが業界
において望まれている。

本発明は、安価な強化粉末を用いることで優れ
た耐摩耗性を有する粒子分散強化型合金を得るこ
とができ、かつ該粒子分散強化型合金の用途を拡
大し得る粒子分散強化型合金を提供することを目
的としている。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本発明の粒子分散強
化型合金においては、Al−Si−Cu−Mg系合金を
マトリツクスとし、該マトリツクスにFeAl₂、
Fe₂Al₅又はFeAl₃の金属間化合物粉末もしくは前
記金属間化合物を含むAl−Fe系合金粉末のうち
から選ばれる１種又は２種以上の強化粉末を均一
に分散させたものである。

上記マトリツクスとしてAl−Ni−Mg−Mn系
合金を使用することが可能である。

〔作用〕

上記のように、本発明に用いられるAl−Si−
Cu−Mg系合金、又はAl−Ni−Mg−Mn系合金
は、マトリツクスになるものであつて、Al−Si
−Cu−Mg系合金においては、Al−４〜24wt％
Si−0.〜9wt％Cu−0.15〜5wt％Mg合金が好まし
く、他にFe0.5〜2.0wt％及び他に添加元素が入つ
て機械的性質が改善されたものでも良い。

又、Al−Ni−Mg−Mn系合金においては、Al
−１〜7wt％Ni−１〜8wt％Mg−0.5〜5wt％Mn
合金が好ましく、不純物としてのSiが0.5wt％以
下が好ましい。

マトリツクスにAl−Si−Cu−Mg系合金を用い
る理由は、この合金が優れた鋳造性、機械的性質
を有する為である。

一方、マトリツクスにAl−Ni−Mg−Mn系合
金を用いる理由は、この合金が優れた強靭性等の
機械的性質や優れた鋳造性を有する為である。

前記マトリツクスに添加し、分散させる粉末
は、FeAl₂、Fe₂Al₅、又はFeAl₃金属間化合物粉
末もしくは前記金属間化合物を含むAl−Fe系合
金粉末のうちから選ばれる１種、又は２種以上の
強化粉末である。

これら強化粉末を用いる理由は、これら強化粉
末が安価であつて、マトリツクスに対して分散性
が良く、安定性に優れているからである。

更には、これら強化粉末は何れも高硬度である
為にマトリツクス中において、これら金属間化合
物粉末、又は金属間化合物を含む合金粉末が均一
に分散されることによつて耐摩耗性に寄与するか
らである。

Al−Fe系合金粉末をAl−30〜60wt％Fe合金粉
末としたのは、これら範囲外では合金粉末中に金
属間化合物が十分に形成されず、よつてマトリツ
クス中に合金粉末が均一に分散されても耐摩耗性
を十分向上させ得ない為である。

前記金属間化合物粉末、又は合金粉末の添加量
は４〜50wt％であることが好ましく、より好ま
しくは５〜20wt％である。

その理由は、添加量が4wt％未満では、耐摩耗
性向上の効果がなく、50wt％超では、撹拌段階
でマトリツクスが急激に凝固する為に製造が困難
であるからである。

本発明の粒子分散強化型合金は、以上のように
構成するものであり、以下にその製造方法の一例
を図面を参照して説明する。

第１図は撹拌混合装置の一例を示している。

まず、マトリツクス材となるAl−Si−Cu−Mg
系合金、又はAl−Ni−Mg−Mn系合金溶湯を撹
拌混合装置の撹拌混合槽２内に所定量注湯した
後、該溶湯に前記強化粉末を所定量添加し、撹拌
羽根３をモータ４で回転させ短時間撹拌混合し、
マトリツクス中に強化粉末が分散した粒子分散強
化型合金溶湯１を得ることができる。

これを、ダイカストマシンに給湯し、成形する
ことによりマトリツクス中に更に均一に強化粉末
が分散した粒子分散強化型合金を製造することが
できる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例につき具体的に説明す
る。

実施例 １ マトリツクスであるAl−Ni−Mg−Mn系合金
溶湯中に粉末径が50μｍ以下のFeAl₂、Fe₂Al₅、
FeAl₃金属間化合物及びAl−Fe合金粉末を添加
して第１図に示す撹拌混合装置により撹拌混合し
た後、ダイカストマシンに給湯し、成形すること
により粒子分散強化型合金の耐摩耗試験片を製造
した。

第２図に、FeAl₂金属間化合物粉末を添加して
得られた粒子分散強化型合金試験片の50倍の顕微
鏡写真を示す。

尚、他のFe₂Al₅、FeAl₃、Ａ−Fe合金粉末を添
加して得られた粒子分散強化型合金試験片の顕微
鏡写真は第２図の写真とほとんど同様である為、
ここでは省略する。

何れの光顕組織も粉末が均一に分散している。

実施例 ２ マトリツクスであるAl−Si−Cu−Mg系合金溶
湯中に、粉末径が45μｍ以下のFeAl₂、Fe₂Al₅、
FeAl₃、Fe−Al合金粉末を添加し、上述と同様
の方法により粒子分散強化型合金の耐摩耗試験片
を製造した。

第３図に、FeAl₂金属間化合物粉末を添加して
得られた粒子分散強化型合金の耐摩耗試験片の50
倍の顕微鏡写真を示す。

尚、他のFeAl₂、Fe₂Al₅、FeAl₃、Fe−Al合金
粉末を添加して得られた粒子分散強化型合金試験
片の顕微鏡写真は、何れも第３図の写真と同じ様
な組織である為、ここでは省略する。

実施例 ３ 実施例１及び２で用いたFeAl₃、Fe₂Al₅、
FeAl₃、Fe−Al金属間化合物粉末を、マトリツ
クスとしてのAl−8wt％Si−3wt％Cu−0.9wtMg
及びAl−5wt％Ni−4wt％Mg−2wt％Mnの溶湯
に投入添加して撹拌混合後、ダイカストマシンに
給湯し、成形することにより、粒子分散強化型合
金の摩耗試験片を製造した。

比較例として、Al−8wt％Si−3wt％Cu−
0.9wt％Mg、Al−15wt％−Si−4wt％Cu、Al−
19wt％Si−17wt％Mn合金を用いた。

摩耗試験は、大越式摩耗試験装置を用いて行な
つた。

試験条件は、 無潤滑、最終荷重2.1Kg、摩耗距離100ｍで滑り
速度0.94、1.96、2.86、4.36ｍ／secの４段階の摩
耗痕幅を測定し、その値から比摩耗量を求めた。

試験結果を第４図、第５図及び第６図に示す。

第４図は、Al−8wt％Si−3wt％Cu−0.9wt％
Mgのマトリツクス中にFeAl₂、Fe₂Al₅、FeAl₃
金属間化合物粉末を分散させた粒子分散強化型合
金摩耗試験片の摩耗試験結果を示したものであ
る。

尚、金属間化合物粉末の添加量が10wt％の時
の粒子分散強化型合金の結果について示した。

これは、上記粉末の充填率が4wt％から15wt％
までは何れの粒子分散強化型合金もほぼ同程度の
耐摩耗性を示し、16wt％から50wt％まででは耐
摩耗性は更に向上した為である。

又、比較例としては、Al−8wt％Si−3wt％Cu
−0.9wt％Mg、Al−15wt％Si−4wt％Cu、Al−
19wt％Si−7wt％Cu合金の耐摩耗試験結果を示
す。

FeAl₂、Fe₂Al₅、FeAl₃金属間化合物粉末を前
記マトリツクス中に分散させることにより、何れ
の粒子分散強化型合金も比較例より大幅に耐摩耗
性が向上している。

第５図は、Al−19wt％Si−7wt％Cu−0.9wt％
Mgのマトリツクス中に、FeAl₂、FeAl₅、FeAl₃
金属間化合物粉末を分散させた粒子分散強化型合
金の摩耗試験結果を示したものである。

尚、金属間化合物粉末の添加量が10wt％の粒
子分散強化型合金のみの試験結果を示した。

これは、上記粉末の充填率が4wt％から15wt％
まででは何れの粒子分散強化型合金もほぼ同程度
の耐摩耗性を示し、16wt％から50wt％まででは
耐摩耗性が更に向上した為である。

又、比較例として、Al−8wt％Si−3wt％Cu−
0.9wt％Mg、Al−15wt％Si−4wt％Cu、Al−
19wt％Si−7wt％Cu合金の摩耗試験結果を示し
た。

FeAl₂、Fe₂Al₅、FeAl₃金属間化合物粉末を上
記マトリツクス中に分散させることにより何れの
粒子分散強化型合金も比較例より大幅に耐摩耗性
が向上している。

第６図は、Al−5wt％Ni−4wt％Mg−2wt％
Mn合金マトリツクス中に、FeAl₂、FeAl₅、
FeAl₃金属間化合物粉末を分散させた粒子分散強
化型合金の摩耗試験結果を示したものである。

尚、金属間化合物粉末の添加量が10wt％の粒
子分散強化型合金のみの試験結果を示した。

これは、上記粉末の充填率が4wt％から15wt％
までは何れの粒子分散強化型合金もほぼ同程度の
耐摩耗性を示し、16wt％から50wt％まででは耐
摩耗性が更に向上した為である。

FeAl₂、Fe₂Al₅、FeAl₃金属間化合物粉末を上
記マトリツクス中に分散させることにより、何れ
の粒子分散強化型合金も比較例より大幅に耐摩耗
性が向上している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る粒子分散強
化型合金によれば、高硬度のFeAl₂、Fe₂Al₅、又
はFeAl₃の金属間化合物粉末もしくは前記金属間
化合物を含む合金粉末が、優れた鋳造性及び機械
的性質を有するAl−Si−Cu−Mg系合金よりなる
マトリツクス中に均一に分散されていることによ
つて耐摩耗性を著しく向上できる効果がある。

そして、Al−Ni−Mg−Mn系合金をマトリツ
クスとすることによつて、当該合金が有する優れ
た強靭性等の機械的性質や鋳造性により有効に耐
摩耗性を向上できる。

又、前記強化粉末は安価であり、この強化粉末
を用いることから耐摩耗性が要求される製品のコ
ストを低減でき、もつてAl合金の用途を拡大で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る粒子分散強化型合金の
製造に用いられる撹拌混合装置の一例を示した一
部断面図、第２図はAl−Ni−Mg−Mn系合金の
マトリツクス中に、FeAl₂金属間化合物粉末を添
加して得られた粒子分散強化型合金の金属組織を
示す図面代用顕微鏡写真（50倍）、第３図はAl−
Si−Cu−Mg系合金のマトリツクス中に、FeAl₂
金属間化合物粉末を添加して得られた粒子分散強
化型合金の金属組織を示す図面代用顕微鏡写真
（50倍）、第４図、第５図、第６図は粒子分散強化
型合金の各試験片の耐摩耗実験結果における各試
験片のFC25相手材に対する滑り速度と比摩耗量
との関係を夫々示した各グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Al−Si−Cu−Mg系合金をマトリツクスと
   し、該マトリツクスにFeAl₂、Fe₂Al₅又はFeAl₃
   の金属間化合物粉末もしくは前記金属間化合物を
   含むAl−Fe系合金粉末のうちから選ばれる１種
   又は２種以上の強化粉末を均一に分散させたこと
   を特徴とする粒子分散強化型合金。 ２ Al−Ni−Mg−Mn系合金をマトリツクスと
   したことを特徴とする請求項１記載の粒子分散強
   化型合金。 ３ 前記マトリツクスとしてのAl−Si−Cu−Mg
   系合金が、Al−４〜24wt％Si−0.8〜9wt％Cu−
   0.15〜5wt％Mgであり、Al−Fe系合金粉末がAl
   −30〜60wt％Fe粉末である特許請求の範囲第１
   項記載の粒子分散強化型合金。 ４ 前記マトリツクスとしてのAl−Ni−Mg−
   Mn系合金がAl−１〜7wt％Ni−１〜8wt％Mg−
   0.5〜5wt％Mnであり、Al−Fe系合金粉末がAl−
   30〜60wt％Fe粉末である特許請求の範囲第２項
   記載の粒子分散強化型合金。 ５ 強化粉末の添加量が４〜50wt％の範囲であ
   る特許請求の範囲第１項、又は第２項記載の粒子
   分散強化型合金。