JPH0610285B2 - アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法 - Google Patents
アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法Info
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- JPH0610285B2 JPH0610285B2 JP25335985A JP25335985A JPH0610285B2 JP H0610285 B2 JPH0610285 B2 JP H0610285B2 JP 25335985 A JP25335985 A JP 25335985A JP 25335985 A JP25335985 A JP 25335985A JP H0610285 B2 JPH0610285 B2 JP H0610285B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウム粉末治金製摺動部材及びその製造
方法に関し、特に自動車のピストン、バルブリフタ、シ
リンダライナ、アルミシフトフォーク等に好適なアルミ
ニウム粉末治金製摺動部材及びその製造方法に関する。
方法に関し、特に自動車のピストン、バルブリフタ、シ
リンダライナ、アルミシフトフォーク等に好適なアルミ
ニウム粉末治金製摺動部材及びその製造方法に関する。
自動車のピストン等のような摺動部材の材料として、一
般に軽量で比較的強度の高いアルミニウム合金が用いら
れている。そして、この摺動部材の耐摩耗性を向上させ
るために、アルミニウム合金のうち特に耐摩耗性に優れ
た過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金を用いることが提案され、更に
は、シリンダライナ等を過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金で鋳作
し、摺動面のみＥＣＭ処理（electro chemical machini
ng）によりアルミニウム母材を除去し、初晶シリコンを
突出させたのち、研磨して仕上げることにより耐摩耗性
を更に向上させる方法が提案されている（米国特許第３
３３３５７９号）。
般に軽量で比較的強度の高いアルミニウム合金が用いら
れている。そして、この摺動部材の耐摩耗性を向上させ
るために、アルミニウム合金のうち特に耐摩耗性に優れ
た過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金を用いることが提案され、更に
は、シリンダライナ等を過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金で鋳作
し、摺動面のみＥＣＭ処理（electro chemical machini
ng）によりアルミニウム母材を除去し、初晶シリコンを
突出させたのち、研磨して仕上げることにより耐摩耗性
を更に向上させる方法が提案されている（米国特許第３
３３３５７９号）。
ところで、上記米国特許第３３３３５７９号に係るシリ
コンライナ等の摺動部材は、全体が過共晶Ｓｉ−Ａｌ合
金を用いて鋳造されているため、強度、靭性の点で十分
とは言えないところがあり、高強度や高靭性が要求され
る部品への適用が制限されるという問題がある。
コンライナ等の摺動部材は、全体が過共晶Ｓｉ−Ａｌ合
金を用いて鋳造されているため、強度、靭性の点で十分
とは言えないところがあり、高強度や高靭性が要求され
る部品への適用が制限されるという問題がある。
そこで、鋳造アルミニウム合金に比べ、高強度、高靭
性、高耐熱性という長所を有する粉末治金（熱間加工）
製過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金を用いることが考えられる。
性、高耐熱性という長所を有する粉末治金（熱間加工）
製過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金を用いることが考えられる。
しかしながら、熱間押出成形等の熱間加工（粉末加工の
一種）で成形した過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金製摺動部材は組
織が緻密であり、鋳造材より強度、靭性、耐熱性で勝る
ものの、初晶シリコンの粒径が、鋳造材の場合の数十μ
ｍ程度に比べ、一般に１０μｍ以下（通常２μｍ〜３μ
ｍ）と小さいため、耐摩耗性に劣るという問題がある。
一種）で成形した過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金製摺動部材は組
織が緻密であり、鋳造材より強度、靭性、耐熱性で勝る
ものの、初晶シリコンの粒径が、鋳造材の場合の数十μ
ｍ程度に比べ、一般に１０μｍ以下（通常２μｍ〜３μ
ｍ）と小さいため、耐摩耗性に劣るという問題がある。
そこで、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末治金製摺動部材の強
度、靭性、耐熱性に優れた点を活かしつつ、耐摩耗性を
向上させる工夫が求められていた。
度、靭性、耐熱性に優れた点を活かしつつ、耐摩耗性を
向上させる工夫が求められていた。
上記問題は、次に述べる本発明のアルミニウム粉末治金
製摺動部材及びその製造方法によって解決される。
製摺動部材及びその製造方法によって解決される。
即ち、本発明のアルミニウム粉末治金製摺動部材は、粉
末治金により所定形状に成形された過共晶Ｓｉ−Ａｌ合
金粉末治金製摺動部材であって、 この摺動部材の少なくとも摺動面には、表面から0.1mm
以上の深さにわたって、初晶シリコンの粒径が２５μｍ
〜１００μｍの摺動層が形成されていることを特徴とし
ている。……第１の発明 また、本発明のアルミニウム粉末治金製摺動部材の製造
方法は、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末から粗形材を成形
し、この粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加工
により所定形状の摺動部材を成形し、得られた摺動部材
の少なくとも摺動面に高密度エネルギを照射して再溶融
させ、0.1℃／秒〜7.0℃／秒の降温速度で冷却させるこ
とを特徴としている。……第２の発明 以下に、本発明を更に詳細に説明する。
末治金により所定形状に成形された過共晶Ｓｉ−Ａｌ合
金粉末治金製摺動部材であって、 この摺動部材の少なくとも摺動面には、表面から0.1mm
以上の深さにわたって、初晶シリコンの粒径が２５μｍ
〜１００μｍの摺動層が形成されていることを特徴とし
ている。……第１の発明 また、本発明のアルミニウム粉末治金製摺動部材の製造
方法は、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末から粗形材を成形
し、この粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加工
により所定形状の摺動部材を成形し、得られた摺動部材
の少なくとも摺動面に高密度エネルギを照射して再溶融
させ、0.1℃／秒〜7.0℃／秒の降温速度で冷却させるこ
とを特徴としている。……第２の発明 以下に、本発明を更に詳細に説明する。
本発明において使用する過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は、
噴霧法等の急冷凝固処理により得られる。このとき、過
共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の初晶シリコンの粒径は、第６
図に示すように、凝固過程の冷却速度に依存する。急冷
凝固粉末の冷却速度は一般に１×１０３℃／秒以上であ
るため、初晶シリコンの粒径は１０μｍ以下となり、通
常は２μｍ〜３μｍである。
噴霧法等の急冷凝固処理により得られる。このとき、過
共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の初晶シリコンの粒径は、第６
図に示すように、凝固過程の冷却速度に依存する。急冷
凝固粉末の冷却速度は一般に１×１０３℃／秒以上であ
るため、初晶シリコンの粒径は１０μｍ以下となり、通
常は２μｍ〜３μｍである。
本発明において、粉末治金を用いた過共晶Ｓｉ−Ａｌ合
金粉末の成形法としては、熱間押出し、ＨＩＰ、焼結鋳
造等の熱間成形を用いることができる。これらの方法に
より、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は、シリンダライナ、
バルブリフタ、ピストン等の所定形状に成形される。
金粉末の成形法としては、熱間押出し、ＨＩＰ、焼結鋳
造等の熱間成形を用いることができる。これらの方法に
より、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は、シリンダライナ、
バルブリフタ、ピストン等の所定形状に成形される。
第１の発明において、摺動部材の少なくとも摺動面に
は、0.1mm以上の深さにわたって摺動層が形成される。
ここで、摺動層は0.1mm以上ないと十分な耐摩耗性、耐
焼付性を得ることができない。
は、0.1mm以上の深さにわたって摺動層が形成される。
ここで、摺動層は0.1mm以上ないと十分な耐摩耗性、耐
焼付性を得ることができない。
この摺動層には、粒径が２５μｍ〜１００μｍの初晶シ
リコンが設けられている。ここで、初晶シリコンの粒径
を２５μｍ〜１００μｍとしたのは、２５μｍより小さ
いと十分な耐摩耗性が得られないためであり、１００μ
ｍより大きくなると相手部材を傷付けるおそれがあるた
めである。また、気孔率は略０％である。
リコンが設けられている。ここで、初晶シリコンの粒径
を２５μｍ〜１００μｍとしたのは、２５μｍより小さ
いと十分な耐摩耗性が得られないためであり、１００μ
ｍより大きくなると相手部材を傷付けるおそれがあるた
めである。また、気孔率は略０％である。
第２の発明において、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を棒状
あるいは矩形状等に成形して粗形材とする。そして、こ
の粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加工を行
う。次いで、所定形状に成形した摺動部材の少なくとも
摺動面に高密度エネルギを照射して再溶融した摺動層を
形成する。このとき、高密度エネルギ源としてＴＩＧア
ーク、レーザ、プラズマアーク、電子ビーム等を用いる
ことができる。なお、再溶融した後の摺動部材の冷却速
度は、初晶シリコンの粒径を２５μｍ〜１００μｍに制
御するために、0.1℃／秒〜７℃／秒程度とすることが
必要である。従って、例えば摺動部材としてバルブリフ
タを製造する場合には、再溶融処理はバルブリフタを２
００℃程度に加熱してから行う。
あるいは矩形状等に成形して粗形材とする。そして、こ
の粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加工を行
う。次いで、所定形状に成形した摺動部材の少なくとも
摺動面に高密度エネルギを照射して再溶融した摺動層を
形成する。このとき、高密度エネルギ源としてＴＩＧア
ーク、レーザ、プラズマアーク、電子ビーム等を用いる
ことができる。なお、再溶融した後の摺動部材の冷却速
度は、初晶シリコンの粒径を２５μｍ〜１００μｍに制
御するために、0.1℃／秒〜７℃／秒程度とすることが
必要である。従って、例えば摺動部材としてバルブリフ
タを製造する場合には、再溶融処理はバルブリフタを２
００℃程度に加熱してから行う。
本発明のアルミニウム粉末治金製摺動部材は、従来の粉
末治金製摺動部材に比べ、摺動層の初晶シリコンの粒径
が２５μｍ〜１００μｍと約３倍〜１００倍となってい
るため、耐摩耗性が大幅に向上する。このことは、過共
晶Ｓｉ−Ａｌ合金の摩耗特性が、第７図に示すように、
初晶シリコンの粒径に依存し、初晶シリコンの粒径が大
きくなれば耐摩耗性が大幅に向上することから理解でき
る。
末治金製摺動部材に比べ、摺動層の初晶シリコンの粒径
が２５μｍ〜１００μｍと約３倍〜１００倍となってい
るため、耐摩耗性が大幅に向上する。このことは、過共
晶Ｓｉ−Ａｌ合金の摩耗特性が、第７図に示すように、
初晶シリコンの粒径に依存し、初晶シリコンの粒径が大
きくなれば耐摩耗性が大幅に向上することから理解でき
る。
更に、上記粒径の初晶シリコンが形成されるのは摺動層
のみであり、他の部分は過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を熱
間成形したままの状態であるため、鋳造アルミニウムを
用いる場合に比べ、強度、靭性、耐熱性が優れていると
いう利点をそのまま活かすことができる。
のみであり、他の部分は過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を熱
間成形したままの状態であるため、鋳造アルミニウムを
用いる場合に比べ、強度、靭性、耐熱性が優れていると
いう利点をそのまま活かすことができる。
次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。
ここで、第１図は本発明の実施例で得られた試料の摺動
層近傍を模式的に示す概略構成図、第２図は本発明の実
施例で得られた試料の摺動層表面の金属組織を示す顕微
鏡写真（×１００）、第３図は本発明の実施例で得られ
た試料の母材の金属組織を示す顕微鏡写真（×１０
０）、第４図は本発明の実施例における試料作製の一工
程を示す概略構成図である。
層近傍を模式的に示す概略構成図、第２図は本発明の実
施例で得られた試料の摺動層表面の金属組織を示す顕微
鏡写真（×１００）、第３図は本発明の実施例で得られ
た試料の母材の金属組織を示す顕微鏡写真（×１０
０）、第４図は本発明の実施例における試料作製の一工
程を示す概略構成図である。
重量％で２５％Ｓｉ−３％Ｃｕ−0.5％Ｍｇ−残部Ａｌ
からなる過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金のガスアトマイズ粉末を
予備成形して粗形材を形成する。次いで、この粗形材を
完全脱ガス処理した後、熱間押出し加工により直径４０
mmの棒状部材に成形した。この棒状部材の密度比は99.8
％、初晶シリコンの粒径は２μｍ〜３μｍ、引張り強さ
は３５Kgf／mm2であった。
からなる過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金のガスアトマイズ粉末を
予備成形して粗形材を形成する。次いで、この粗形材を
完全脱ガス処理した後、熱間押出し加工により直径４０
mmの棒状部材に成形した。この棒状部材の密度比は99.8
％、初晶シリコンの粒径は２μｍ〜３μｍ、引張り強さ
は３５Kgf／mm2であった。
この棒状部材を１０mmの厚さに輪切りして複数の試料片
を作製し、第４図に示すように、この試料片１の片方の
端面の幅１０mm、長さ２０mmの範囲に、高密度エネルギ
源としてＴＩＧトーチ２を用いて再溶融処理を行った。
このとき、ＴＩＧ再溶融処理は、試料片１を２００℃に
加熱したのち、処理部にシールドガスとしてアルゴンガ
スを２５／分の割合で供給しながら、φ3.2mmのタン
グステン電極３を用い、電流波形として２１０Ａ−１８
０Ａで0.2秒間隔の矩形波を使って、送り速度：1.5mm／
秒で行った。
を作製し、第４図に示すように、この試料片１の片方の
端面の幅１０mm、長さ２０mmの範囲に、高密度エネルギ
源としてＴＩＧトーチ２を用いて再溶融処理を行った。
このとき、ＴＩＧ再溶融処理は、試料片１を２００℃に
加熱したのち、処理部にシールドガスとしてアルゴンガ
スを２５／分の割合で供給しながら、φ3.2mmのタン
グステン電極３を用い、電流波形として２１０Ａ−１８
０Ａで0.2秒間隔の矩形波を使って、送り速度：1.5mm／
秒で行った。
この結果、第１図に示すように、長さ２０mm、幅１０m
m、深さ3.8mmの摺動層（処理層）４を有する試料片Ａが
得られた。なお、第１図において、５は母材、６は初晶
シリコンである。この摺動層４と母材５の金属組織の顕
微鏡写真を第２図、第３図に示す。第２図、第３図から
も明らかなように、この試料片Ａの摺動層１の初晶シリ
コンの粒径は２５μｍ〜７０μｍ、母材５の初晶シリコ
ンの粒径は２μｍ〜３μｍであり、気孔率は双方とも約
０％であった。
m、深さ3.8mmの摺動層（処理層）４を有する試料片Ａが
得られた。なお、第１図において、５は母材、６は初晶
シリコンである。この摺動層４と母材５の金属組織の顕
微鏡写真を第２図、第３図に示す。第２図、第３図から
も明らかなように、この試料片Ａの摺動層１の初晶シリ
コンの粒径は２５μｍ〜７０μｍ、母材５の初晶シリコ
ンの粒径は２μｍ〜３μｍであり、気孔率は双方とも約
０％であった。
（比較例） 比較例において、実施例と異なる点は、摺動面の再溶融
処理をしなかったことにあり、他は実質的に実施例と同
様にして試料片Ｂを製造した。
処理をしなかったことにあり、他は実質的に実施例と同
様にして試料片Ｂを製造した。
この結果得られた試料片Ｂの初晶シリコンの粒径は全て
が１０μｍ以下であり、気孔率は略０％であった。
が１０μｍ以下であり、気孔率は略０％であった。
（評価試験） 上記実施例および比較例で得られた試料片Ａ、Ｂを、そ
れぞれ３０mm×３０mm×５mmの大きさに切り出して摩耗
試験片を製作した。そして、これらの摩耗試験片を用い
て摩耗試験を行った。このとき、相手側試験片としてＪ
ＩＳ ＳＵＪ２製リング部材を用い、ＬＦＷ摩擦摩耗試
験機により、試験条件を次のように設定して行った。
れぞれ３０mm×３０mm×５mmの大きさに切り出して摩耗
試験片を製作した。そして、これらの摩耗試験片を用い
て摩耗試験を行った。このとき、相手側試験片としてＪ
ＩＳ ＳＵＪ２製リング部材を用い、ＬＦＷ摩擦摩耗試
験機により、試験条件を次のように設定して行った。
すべり速度：１ｍ／秒 負荷：６０Kg 時間：１時間 潤滑油：低粘度エンジンオイル 油温：４０℃ この結果を第５図に示す。第５図からも明らかなよう
に、本実施例の試料片は比較例のものに比べ摩耗量が約
1/3に低減していることが判る。
に、本実施例の試料片は比較例のものに比べ摩耗量が約
1/3に低減していることが判る。
以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。
以上より、本発明のアルミニウム粉末治金製摺動部材及
びその製造方法によれば、以下の効果を奏する。
びその製造方法によれば、以下の効果を奏する。
（イ）初晶シリコンの粒径が大きくなるため、耐摩耗性
が向上する。
が向上する。
（ロ）従来の粉末治金製摺動部材の製造方法を大きく変
えることなく、アルミニウム粉末治金製摺動部材を製造
することができる。従って、製造が比較的簡便に行え
る。
えることなく、アルミニウム粉末治金製摺動部材を製造
することができる。従って、製造が比較的簡便に行え
る。
第１図は本発明の実施例で得られた試料の摺動層近傍を
模式的に示す概略構成図、 第２図は本発明の実施例で得られた試料の摺動層表面の
金属組織を示す顕微鏡写真（×１００）、 第３図は本発明の実施例で得られた試料の母材の金属組
織を示す顕微鏡写真（×１００）、 第４図は本発明の実施例における試料作製の一工程を示
す概略構成図、 第５図は本発明の実施例で得られた試料と比較例で得ら
れた試料の摩耗試験結果を示すグラフ、 第６図は過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金の冷却速度と初晶シリコ
ンの粒径の関係を示すグラフ、 第７図は初晶シリコンの粒径と摩耗量の関係を示すグラ
フである。 １……試料片 ２……ＴＩＧトーチ ３……タングステン電極 ４……摺動層 ５……母材 ６……初晶シリコン
模式的に示す概略構成図、 第２図は本発明の実施例で得られた試料の摺動層表面の
金属組織を示す顕微鏡写真（×１００）、 第３図は本発明の実施例で得られた試料の母材の金属組
織を示す顕微鏡写真（×１００）、 第４図は本発明の実施例における試料作製の一工程を示
す概略構成図、 第５図は本発明の実施例で得られた試料と比較例で得ら
れた試料の摩耗試験結果を示すグラフ、 第６図は過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金の冷却速度と初晶シリコ
ンの粒径の関係を示すグラフ、 第７図は初晶シリコンの粒径と摩耗量の関係を示すグラ
フである。 １……試料片 ２……ＴＩＧトーチ ３……タングステン電極 ４……摺動層 ５……母材 ６……初晶シリコン
Claims (2)
- 【請求項１】粉末冶金により所定形状に成形された過共
晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末冶金製摺動部材であって、 この摺動部材の少なくとも摺動面には、表面から0.1mm
以上の深さにわたって、初晶シリコンの粒径が２５μｍ
〜１００μｍの摺動層が形成されていることを特徴とす
るアルミニウム粉末冶金製摺動部材。 - 【請求項２】過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末から粗形材を成
形し、この粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加
工により所定形状の摺動部材を成形し、得られた摺動部
材の少なくとも摺動面に高密度エネルギを照射して再溶
融させ、0.1℃／秒〜7.0℃／秒の降温速度で冷却させる
ことを特徴とするアルミニウム粉末冶金製摺動部材の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25335985A JPH0610285B2 (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25335985A JPH0610285B2 (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62112706A JPS62112706A (ja) | 1987-05-23 |
| JPH0610285B2 true JPH0610285B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=17250242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25335985A Expired - Lifetime JPH0610285B2 (ja) | 1985-11-12 | 1985-11-12 | アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610285B2 (ja) |
-
1985
- 1985-11-12 JP JP25335985A patent/JPH0610285B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62112706A (ja) | 1987-05-23 |
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