JPH06158207A - High heat and wear resistance aluminum-based composite material - Google Patents

High heat and wear resistance aluminum-based composite material

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JPH06158207A
JPH06158207A JP4358904A JP35890492A JPH06158207A JP H06158207 A JPH06158207 A JP H06158207A JP 4358904 A JP4358904 A JP 4358904A JP 35890492 A JP35890492 A JP 35890492A JP H06158207 A JPH06158207 A JP H06158207A
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JP
Japan
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matrix
composite material
aluminum
wear resistance
based composite
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JP4358904A
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Japanese (ja)
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Kunihiko Imahashi
▲邦▼彦 今橋
Hirohisa Miura
宏久 三浦
Yasuhiro Yamada
泰弘 山田
Hirobumi Michioka
博文 道岡
Jun Kusui
潤 楠井
Akimori Tanaka
昭衛 田中
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Toyo Aluminum KK
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyo Aluminum KK
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To ensure high heat and wear resistance by producing a heat resistant Al alloy contg. Ni, Si, Mg, Fe, Cu, Al, nitride and boride in specified conditions by a powder metallurgical processing. CONSTITUTION:A heat resistant Al alloy consisting of, by weight, 10-20% Ni, 8-25% Si, <=10% in total, of at least one of 0.6-8% Fe and 0.6-5% Cu and the balance Al and not practically contg. Mg is used as a matrix. Particles of one or more among nitrides and borides are dispersed in the matrix by 0.5-10% per 100% of the resulting composite material contg. the matrix and the objective Al-based composite material is produced by the powder metallurgical processing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、バルブリフター、ピス
トン、バルブスプリングリテーナー等の自動車、航空機
等のエンジン部品に適用して有用な、鍛造性、耐摩耗性
とともに高温強度に優れる高耐熱・高耐摩耗性アルミニ
ウム基複合材料に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is useful for application to engine parts of automobiles, aircrafts such as valve lifters, pistons, valve spring retainers, etc. Abrasion resistant aluminum matrix composites.

【0002】[0002]

【従来の技術】アルミニウム合金は、軽量で加工性に優
れているので、古くから航空機あるいは自動車の構造用
材料として用いられている。従来のアルミニウム合金の
うち、耐熱性に優れるものとしては、JIS2024、
2018等のAl−Cu−Mg系合金が知られている。
2. Description of the Related Art Aluminum alloys have been used as structural materials for aircraft or automobiles for a long time because they are lightweight and have excellent workability. Among the conventional aluminum alloys, those having excellent heat resistance include JIS2024,
Al-Cu-Mg-based alloys such as 2018 are known.

【0003】また、Niを5重量%(以下、単に%とい
う。)以上含むAl−Ni系合金(軽金属学会主催、A
l合金の粉末冶金技術シンポジウム(昭和62年3月9
日開催)予稿集第58頁、第70頁)が提案されてい
る。同様に、特開平2−149629、特開平2−14
9631、特開平2−149632、特開平2−149
633号公報には、Niを8%以上含み、鋳造法で製造
したAl−Ni−Si−Cu−Mg系合金からなる「耐
摩耗性及び熱伝導性に優れた低熱膨張アルミニウム合
金」が開示されている。
An Al-Ni alloy containing 5% by weight or more of Ni (hereinafter simply referred to as "%") (sponsored by Japan Institute of Light Metals, A
l alloy powder metallurgy technology symposium (March 9, 1987)
(Held daily) Proposals, pages 58 and 70) are proposed. Similarly, JP-A-2-149629 and JP-A-2-14
9631, JP-A-2-149632, JP-A-2-1493
Japanese Patent No. 633 discloses "a low thermal expansion aluminum alloy excellent in wear resistance and thermal conductivity" which is made of an Al-Ni-Si-Cu-Mg-based alloy produced by a casting method and containing 8% or more of Ni. ing.

【0004】さらに、特公平2−56401号公報に
は、7.7〜15%のNiと、15〜25%のSiとを
含み、Si結晶粒の大きさを15μm以下としたAl−
Ni−Si系合金粉末からなる「耐熱耐摩耗性高力アル
ミニウム合金粉末」が開示されている。
Further, Japanese Examined Patent Publication No. 2-56401 discloses Al-containing 7.7 to 15% Ni and 15 to 25% Si, and the size of Si crystal grains is 15 μm or less.
"Heat resistant and wear resistant high strength aluminum alloy powder" made of Ni-Si alloy powder is disclosed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】自動車用エンジンには
高出力化が要求され、このためバルブリフター、ピスト
ン、バルブスプリングリテーナー等のエンジン部品用の
材料は、300℃で引張強度が200MPa以上必要と
される。かかる観点からは、上記JIS2024、20
18等のAl−Cu−Mg系合金は、常温での引張強度
は優れるものの、200℃の高温では引張強度が高々3
00MPa、300℃の高温では引張強度が150MP
aであり、近年の自動車等のエンジン部品にこれらAl
−Cu−Mg系合金を適用することはできない。また、
上記提案又は公報記載のAl−Ni系合金及びAl−N
i−Si−Cu−Mg系合金では、組織中に生成された
NiAl3 金属間化合物により、耐熱性及び耐摩耗性が
改善されているものの、鋳造法により製品を製造するこ
ととなるため、製品におけるNiAl3 金属間化合物の
粒径が10μm程度と大きくなり、常温で高々380M
Pa、300℃の高温では引張強度が160MPaに低
下することが明らかとなった。このため、かかるアルミ
ニウム合金でも、近年の自動車等のエンジン部品として
適用することが困難である。
The engine for automobiles is required to have a high output. Therefore, materials for engine parts such as valve lifters, pistons, and valve spring retainers are required to have a tensile strength of 200 MPa or more at 300 ° C. To be done. From this point of view, the above JIS 2024, 20
Al-Cu-Mg alloys such as 18 have excellent tensile strength at room temperature, but have a tensile strength of at most 3 at a high temperature of 200 ° C.
Tensile strength is 150MP at high temperature of 00MPa and 300 ℃
a, which is used for engine parts of recent automobiles and the like.
-Cu-Mg based alloy cannot be applied. Also,
Al-Ni alloy and Al-N described in the above proposal or publication
The i-Si-Cu-Mg-based alloy, a NiAl 3 intermetallic compound produced in the tissue, although the heat resistance and wear resistance is improved, since the to produce a product by casting, the product The particle size of the NiAl 3 intermetallic compound in Fig. 2 was as large as about 10 µm, and at most 380 M at room temperature
It was revealed that the tensile strength decreased to 160 MPa at high temperatures of Pa and 300 ° C. For this reason, it is difficult to apply such an aluminum alloy as an engine component for automobiles in recent years.

【0006】一方、上記公報記載のAl−Ni−Si系
合金粉末では、焼結法により製品を製造することとな
る。すなわち、一定組成の合金原料を溶解、噴霧して上
記Al−Ni−Si系合金粉末とし、このAl−Ni−
Si系合金粉末を冷間予備成形、押出、鍛造することに
より製品が得られる。このため、このAl−Ni−Si
系合金粉末では、NiAl3 金属間化合物の粒径が4μ
m以下であり、耐摩耗性に優れるとともに、引張強度も
常温で510MPa、250℃で345MPaが得られ
る。しかし、一般に自動車等のエンジン部品では充分な
押出比(押出前後の断面積比)を取れない場合もある。
On the other hand, with the Al-Ni-Si alloy powder described in the above publication, a product is manufactured by a sintering method. That is, an alloy raw material having a constant composition is melted and sprayed to obtain the above Al-Ni-Si alloy powder, and this Al-Ni-
A product is obtained by cold preforming, extruding, and forging Si-based alloy powder. Therefore, this Al-Ni-Si
In Ni-based alloy powder, the particle size of NiAl 3 intermetallic compound is 4μ.
The tensile strength is 510 MPa at room temperature and 345 MPa at 250 ° C., as well as being excellent in wear resistance. However, in general, engine parts such as automobiles may not have a sufficient extrusion ratio (the cross-sectional area ratio before and after extrusion).

【0007】セラミックス粒子や繊維を分散させたMM
C(金属基複合材料)は、一般に高温強度が高いが、鍛
造性、伸びが低い。また鍛造性を良くしようとすると、
逆に高温強度が低下する。そこで高温強度と鍛造性を両
立させるには、適切なマトリックスを選定することが必
要である。本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされた
ものであって、安定した耐摩耗性および特に300℃以
上の高温強度に優れる製品を製造できるアルミニウム基
複合材料を提供することを目的とする。
MM in which ceramic particles and fibers are dispersed
C (metal-based composite material) generally has high high-temperature strength, but has low forgeability and elongation. When trying to improve the forgeability,
On the contrary, the high temperature strength decreases. Therefore, in order to achieve both high temperature strength and forgeability, it is necessary to select an appropriate matrix. The present invention has been made in view of the above conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide an aluminum-based composite material capable of producing a product excellent in stable wear resistance and particularly high temperature strength of 300 ° C or higher.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、高Niおよ
び高Siのアルミニウム合金にFeおよびCuの少なく
とも1種を配合することにより優れた耐熱アルミニウム
合金が得られることを知り、かかる合金について研究を
進めた。そしてFeおよびCuの少なくとも1種を含む
高Niおよび高Siのアルミニウム合金において常に配
合されているMgが常温強度および高温強度に好ましく
ない影響を与えていることを発見、確認し、耐熱アルミ
ニウム合金粉末および耐熱アルミニウム合金として先に
出願した。本願発明は上記のアルミニウム合金をマトリ
ックスとして、これに窒化物、硼化物の粒子を分散させ
た金属基複合材料が、高温度での強度および伸度が優
れ、鍛造性、耐摩耗性が向上することを発見・確認した
ものである。
The present inventors have found that an excellent heat-resistant aluminum alloy can be obtained by blending an aluminum alloy having high Ni and high Si with at least one of Fe and Cu. I proceeded with my research. Then, it was discovered and confirmed that Mg, which is always compounded in high Ni and high Si aluminum alloys containing at least one of Fe and Cu, has an unfavorable effect on room temperature strength and high temperature strength. And applied earlier as a heat resistant aluminum alloy. The present invention uses the above aluminum alloy as a matrix, and a metal matrix composite material in which nitride and boride particles are dispersed in the matrix has excellent strength and elongation at high temperature, and forging property and wear resistance are improved. It was discovered and confirmed.

【0009】本発明のアルミニウム基複合材料は、マト
リックスを100重量%としたとき重量%で、Ni:1
0〜20%、Si:8〜25%を含有し、実質的にMg
を含まず、さらに少なくともFe:0.6〜8.0%お
よびCu:0.6〜5.0%の1種を含み、該Feおよ
び該Cuとの合計量が10%以下であり、残部がAlか
らなる耐熱アルミニウム合金をマトリックスとし、該マ
トリックスを含む複合材料全体を100重量%としたと
き窒化物、硼化物の粒子の1種または2種以上が合計で
0.5〜10重量%該マトリックスに分散し、粉末冶金
法により製造されていることを特徴とする。
The aluminum-based composite material of the present invention has a Ni: 1% by weight ratio when the matrix is 100% by weight.
0 to 20%, Si: 8 to 25%, and substantially Mg
And at least one of Fe: 0.6 to 8.0% and Cu: 0.6 to 5.0%, the total amount of the Fe and Cu is 10% or less, and the balance Is a heat-resistant aluminum alloy composed of Al as a matrix, and the total amount of the composite material containing the matrix is 100% by weight, one or more kinds of particles of nitride and boride are 0.5 to 10% by weight in total. It is characterized by being dispersed in a matrix and manufactured by a powder metallurgy method.

【0010】本発明のアルミニウム基複合材料を構成す
るマトリックスに重量%(以下、特にことわりのないか
ぎり%は重量%を意味する。)でさらにZr:0.3〜
2.0%を含むことができる。またこのマトリックスは
実質的にMgを含まず、特定量のNi、Si、Fe、C
u、を含有する耐熱アルミニウム合金ので形成されい
る。
In the matrix constituting the aluminum-based composite material of the present invention, weight% (hereinafter,% means% by weight unless otherwise specified) and further Zr: 0.3 to.
It can contain 2.0%. This matrix is substantially free of Mg and contains a specific amount of Ni, Si, Fe, C.
It is formed of a heat-resistant aluminum alloy containing u.

【0011】このアルミニウム基複合材料は、上記の組
成のマトリックスを構成する耐熱アルミニウム合金を溶
解、噴霧して製造した微粉末に、窒化物、硼化物の微粉
末を均一に混合して混合粉末とし、この混合粉末を加圧
成形した後、焼結するという粉末冶金法により製造でき
る。通常この加圧成形混合粉末をケースに入れ、この状
態で冷間予備成形(CIP)、熱間押出鍛造することで
なされる。
This aluminum-based composite material is a mixed powder obtained by uniformly mixing fine powders of nitride and boride with fine powders produced by melting and spraying a heat-resistant aluminum alloy constituting the matrix of the above composition. The mixed powder can be manufactured by a powder metallurgical method in which it is pressed and then sintered. Usually, this pressure-molded mixed powder is put in a case, and cold preforming (CIP) and hot extrusion forging are performed in this state.

【0012】本発明の耐熱アルミニウム合金のマトリッ
クスを構成するアルミニウム以外の元素の配合割合およ
び作用を以下に説明する。なお、%はマトリックスを1
00%としたものである。 〔Ni:10〜20%〕Niは、Alとともに、NiA
3 等の金属間化合物をつくる。これら金属間化合物は
高温でも安定であり、合金の耐摩耗性と高温強度に寄与
する。特にNiAl3 金属間化合物は、他の金属間化合
物等と比較して、硬さもより低く、靱性により富む。
The blending proportions and functions of the elements other than aluminum constituting the matrix of the heat resistant aluminum alloy of the present invention will be described below. In addition,% is 1 matrix
It is set to 00%. [Ni: 10 to 20%] Ni together with Al is NiA
Make an intermetallic compound such as l 3 . These intermetallic compounds are stable even at high temperatures and contribute to the wear resistance and high temperature strength of the alloy. In particular, the NiAl 3 intermetallic compound is lower in hardness and richer in toughness than other intermetallic compounds and the like.

【0013】Niを5.7%以上添加することにより、
得られる合金中にNiAl3 金属間化合物の析出が見ら
れるが、Niが10%未満の添加では、得られるマトリ
ックスの300℃での引張強度が200MPa以上にな
らず、高温強度が効果的に向上しない。逆に、Niが4
0%以下の添加であれば、得られる合金はNiAl3
属間化合物を作るが、Niを20%を超えて添加する
と、マトリックスが脆くなり、常温での伸び値が極めて
小さくなる。このため、Niを20%を超えて添加する
と、製品の高温強度及び耐摩耗性は優れるものの、切削
性などが著しく劣り、実用上の利用が困難となる。 〔Si:8〜25%〕Al中に微細なSiを分散させた
合金は、高温強度、耐摩耗性に優れることは、A390
合金等で知られている。
By adding 5.7% or more of Ni,
Precipitation of NiAl 3 intermetallic compound is observed in the obtained alloy, but when Ni is added less than 10%, the tensile strength of the obtained matrix at 300 ° C. does not exceed 200 MPa and the high temperature strength is effectively improved. do not do. Conversely, Ni is 4
If the addition amount is 0% or less, the resulting alloy forms a NiAl 3 intermetallic compound, but if Ni is added in excess of 20%, the matrix becomes brittle and the elongation value at room temperature becomes extremely small. Therefore, when Ni is added in an amount of more than 20%, the product has excellent high-temperature strength and wear resistance, but the machinability and the like are remarkably inferior, which makes practical use difficult. [Si: 8-25%] The alloy in which fine Si is dispersed in Al is excellent in high temperature strength and wear resistance.
Known for alloys and the like.

【0014】鋳造法により製品を製造した場合には、S
iを11.3%以上含むアルミニウム合金には粗大Si
初晶が晶出し、かかる合金は摺動部の相手材を攻撃した
り、また被削性が著しく悪くなるとともに、合金自体の
伸びが著しく低下し、生産技術面(例えば、部品加工時
のクラック等)で実用的でなく、また部品として使用時
に割れが生じたりして好ましくない。しかし、急冷凝固
粉末冶金法によりアルミニウム合金をマトリックスとす
る複合材料を製造する場合には、Siを25%まで配合
しても微細Siの晶出したアルミニウム合金が得られ
る。Siを25%を超えて配合すると、急冷凝固法で合
金粉末を製造した場合でも、製品に粗大Siが晶出して
好ましくない。
When the product is manufactured by the casting method, S
Coarse Si for aluminum alloys containing 11.3% or more of i
The primary crystals crystallize, and such alloys attack the mating material of the sliding part, the machinability deteriorates significantly, the elongation of the alloy itself decreases significantly, and the production technology (for example, cracks during parts processing) Etc.) is not practical, and cracks may occur during use as parts, which is not preferable. However, in the case of producing a composite material using an aluminum alloy as a matrix by the rapid solidification powder metallurgy method, an aluminum alloy in which fine Si is crystallized can be obtained even if Si is mixed up to 25%. When Si is blended in an amount of more than 25%, coarse Si crystallizes in the product even when alloy powder is produced by the rapid solidification method, which is not preferable.

【0015】逆に、Siが8%未満の配合では、得られ
るマトリックスの高温強度及び耐摩耗性が不十分であ
る。 〔Fe:0.6〜8.0%〕一般にはFeの添加は好ま
しくなく、含まれていても0.5%以下であることが望
ましいとされるが、発明者らの実験結果では、Feを配
合することにより、得られるマトリックスの常温強度及
び300℃の高温強度が向上することが判明した。Fe
が0.6%未満の配合では、マトリックスの常温強度及
び300℃の高温強度向上の効果が少なく、Feを8%
を超えて配合すると、マトリックスが脆くなる。但し、
Feと後述するCuとは、少なくとも1種が含有され、
Fe及びCuの合計量が10%以下であれば、マトリッ
クスの常温強度が効果的に向上する。 〔Cu:0.6〜5.0%〕Cuは、耐熱アルミニウム
合金に時効硬化を付与し、マトリックスを強化する。C
uが0.6%以上の配合でマトリックスの常温強度向上
の効果があり、Cuを5%を超えて配合すると、粗大な
晶出物が生成し、マトリックスの300℃での高温強度
を低下させる。但し、Cuと上述のFeとは、少なくと
も1種が含有され、Fe及びCuの合計量が10%以下
であれば、マトリックスの常温強度が効果的に向上す
る。 〔Mg:実質的に含まない〕一般にMgは、Cu同様、
Al合金を強化する成分として知られているが、発明者
らの実験結果では、Mgを配合した合金は、Mgを配合
しない合金と比較して、常温強度及び300℃での高温
強度及び伸びがともに低下することが判明した。
On the contrary, when the content of Si is less than 8%, the high temperature strength and wear resistance of the obtained matrix are insufficient. [Fe: 0.6 to 8.0%] In general, addition of Fe is not preferable, and even if it is contained, it is desirable that the content of Fe be 0.5% or less. It has been found that the addition of the compound improves the room temperature strength and the high temperature strength of 300 ° C. of the obtained matrix. Fe
Is less than 0.6%, the effect of improving the room temperature strength of the matrix and the high temperature strength of 300 ° C is small, and Fe is 8%.
If it is blended in excess of 10%, the matrix becomes brittle. However,
At least one kind of Fe and Cu described later is contained,
When the total amount of Fe and Cu is 10% or less, the room temperature strength of the matrix is effectively improved. [Cu: 0.6 to 5.0%] Cu imparts age hardening to the heat resistant aluminum alloy and strengthens the matrix. C
When u is added in an amount of 0.6% or more, it has an effect of improving the room temperature strength of the matrix, and when Cu is added in an amount of more than 5%, coarse crystallized substances are formed and the high temperature strength of the matrix at 300 ° C. is lowered. . However, if at least one of Cu and Fe is contained and the total amount of Fe and Cu is 10% or less, the room temperature strength of the matrix is effectively improved. [Mg: Substantially Free] Generally, Mg is the same as Cu.
Although it is known as a component that strengthens Al alloys, the experimental results of the inventors show that alloys containing Mg have room temperature strength and high-temperature strength and elongation at 300 ° C. as compared with alloys containing no Mg. Both were found to decrease.

【0016】なお、特公昭63−20298号公報に
は、Al中にNi、Siを含むとともに、Cu及びMg
のうち少なくとも1種を含むアルミニウム合金との記述
があるが、この公報には、Mgを含まず、Cuを含むア
ルミニウム合金の実施例は無い。また、この公報はMg
が常温強度及び高温強度に悪影響を及ぼすことを何ら示
唆する記述もない。 〔Zr:0.3〜2.0%〕Zrは、高温強度を改善す
る添加元素として知られているが、発明者らの実験結果
では、むしろアルミニウム合金の常温及び300℃での
伸び値を向上することが判明した。即ち、本発明のマト
リックスにZr:0.3〜2.0%を配合すると、マト
リックスの靱性が効果的に向上する。Zrが0.3%未
満の添加では靱性向上の効果が少なく、Zrを2.0%
を超えて添加すると粗大な金属間化合物(ZrAl3
を晶出し、望ましくない。 〔Ti:1.0〜4.0%〕Tiは、Zr同様、高温強
度を改善する添加元素として知られているが、発明者ら
の実験結果では、マトリックスの300℃での降伏強度
を向上させることが判明した。Tiの配合割合は1.0
〜4.0%である。Tiの配合が1.0%未満では高温
における降伏強度の向上効果が少なく、Tiの配合が
4.0%を超えて添加するとマトリックスの靱性を低下
させるので、望ましくない。 〔窒化物、硼化物:合計で0.5〜10%〕窒化物、硼
化物の粒子を耐熱アルミニウム合金からなるマトリック
スに分散させことにより得られる、アルミニウム基複合
材料の耐摩耗性が向上する。この窒化物、硼化物の量が
0.5%未満の場合は、添加効果が認められない。また
添加量が10%を超えると、アルミニウム基複合材料の
引張強度、伸び、機械加工性が著しく低下するので好ま
しくない。
In Japanese Patent Publication No. 63-20298, Al contains Ni and Si, and Cu and Mg.
Although it is described as an aluminum alloy containing at least one of the above, this publication does not include an example of an aluminum alloy containing no Cu but containing Mg. In addition, this publication describes Mg
There is no description that suggests that has an adverse effect on room temperature strength and high temperature strength. [Zr: 0.3 to 2.0%] Zr is known as an additive element that improves high temperature strength, but the experimental results of the inventors have shown that the elongation value of an aluminum alloy at room temperature and 300 ° C. It turned out to improve. That is, when Zr: 0.3 to 2.0% is added to the matrix of the present invention, the toughness of the matrix is effectively improved. If Zr is less than 0.3%, the effect of improving toughness is small, and Zr is 2.0%.
Coarse intermetallic compound (ZrAl 3 )
Undesirably crystallizes out. [Ti: 1.0 to 4.0%] Ti is known as an additive element that improves the high temperature strength like Zr, but according to the experimental results of the inventors, the yield strength at 300 ° C. of the matrix is improved. It turned out to let me. Mixing ratio of Ti is 1.0
~ 4.0%. If the Ti content is less than 1.0%, the yield strength improvement effect at high temperatures is small, and if the Ti content is more than 4.0%, the toughness of the matrix decreases, which is not desirable. [Nitride, boride: 0.5 to 10% in total] The wear resistance of the aluminum-based composite material obtained by dispersing particles of nitride and boride in a matrix made of a heat-resistant aluminum alloy is improved. If the amount of this nitride or boride is less than 0.5%, the effect of addition is not recognized. On the other hand, if the amount added exceeds 10%, the tensile strength, elongation and machinability of the aluminum-based composite material are significantly deteriorated, which is not preferable.

【0017】窒化物としては、たとえば、AlN、Ti
N、ZrN、BNなどが挙げられる。硼化物としては、
たとえば、TiB2 、NiB、MgB2 などが挙げられ
る。窒化物、硼化物は、微粉末で0.5〜20μmであ
ることが望ましい。0.5μmより小さいと粉末同士が
凝集し機械的特性が劣化する。20μmより大きいと摺
動時に粒子が割れたり脱落したりして耐摩耗性向上の効
果が少なくなるからである。
As the nitride, for example, AlN, Ti
N, ZrN, BN, etc. are mentioned. As boride,
For example, TiB 2 , NiB, MgB 2 and the like can be mentioned. The nitride and boride are preferably fine powder and have a thickness of 0.5 to 20 μm. If it is less than 0.5 μm, the powders agglomerate and the mechanical properties deteriorate. If it is larger than 20 μm, the particles are broken or fallen off during sliding, and the effect of improving wear resistance is reduced.

【0018】この窒化物、硼化物は、1種または2種以
上が上記の組成の耐熱アルミニウム合金に混合され粉末
冶金法で処理されることで、アルミニウム基複合材料が
製造される。
One or more of these nitrides and borides are mixed with the heat-resistant aluminum alloy having the above composition and treated by powder metallurgy to produce an aluminum-based composite material.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例を比較例と
ともに表1、2を参照しつつ本発明をさらに詳細に説明
する。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Tables 1 and 2 together with comparative examples of examples embodying the present invention.

【0020】[0020]

【表1】 表1に示す組成の元素の前の数字がマトリックス100
%中に占める%量である。窒化物および硼化物の前に記
載された数字は、複合材料全体を100%としたときの
%量を示す。
[Table 1] The numbers before the elements of the composition shown in Table 1 are the matrix 100.
It is the amount of% in%. The numbers preceding the nitrides and borides indicate the% amounts, based on 100% of the total composite.

【0021】表1に示す組成のAlマトリックスの溶湯
をアトマイズ法により粉末化した後、100メッシュの
篩により分級し、これに窒化物、硼化物の粒径1〜20
μmの微粉末を所定量上記のマトリクス粉末に混合して
混合粉末とした。比較例3、4では平均粒径2.6μm
のSiC粒子を混合している。なお、比較例3のマトリ
ックスは2024、比較例4のマトリックスは6061
に相当する成分である。
The molten aluminum matrix having the composition shown in Table 1 was pulverized by an atomizing method and then classified by a 100-mesh sieve, and the grain size of nitride and boride was 1 to 20.
A predetermined amount of fine powder of μm was mixed with the above matrix powder to obtain a mixed powder. In Comparative Examples 3 and 4, the average particle size is 2.6 μm.
Of SiC particles are mixed. The matrix of Comparative Example 3 is 2024, and the matrix of Comparative Example 4 is 6061.
Is a component corresponding to.

【0022】[0022]

【表2】 TS:引張強度(MPa)、YP:降伏強度(MP
a)、δ:伸び(%) 比摩耗量(mm3 /kg・mm) これらの混合粉末を純Alの底付きチューブに装填して
真空条件下、面圧3ton/cm2 で冷間予備成形し、
φ30×L80のプリフォーム体を製作した。これらプ
リフォーム体を450℃で30分間加熱し、比較的大き
な押出比「10」で熱間押出加工を行い、直径10mmの
棒状のアルミニウム基複合材料を得た。この実施例の各
アルミニウム基複合材料には、窒化物、硼化物の粒子が
耐熱アルミニウム合金マトリックス中に分散している。 〔評価〕上記各アルミニウム基複合材料および耐熱アル
ミニウム合金の試料について、室温、150℃、300
℃における強度特性の測定を行った。測定された引張強
度、降伏強度および伸びを表2に示す。
[Table 2] TS: tensile strength (MPa), YP: yield strength (MP
a), δ: Elongation (%) Specific wear amount (mm 3 / kg · mm) These mixed powders are loaded into a tube with a bottom of pure Al, and cold preforming at a surface pressure of 3 ton / cm 2 under vacuum conditions. Then
A preform of φ30 × L80 was manufactured. These preforms were heated at 450 ° C. for 30 minutes and hot extruded at a relatively large extrusion ratio “10” to obtain a rod-shaped aluminum-based composite material with a diameter of 10 mm. In each aluminum-based composite material of this example, nitride and boride particles are dispersed in a heat-resistant aluminum alloy matrix. [Evaluation] For each of the above aluminum-based composite materials and heat-resistant aluminum alloy samples, room temperature, 150 ° C., 300
The strength characteristics were measured at ° C. Table 2 shows the measured tensile strength, yield strength and elongation.

【0023】表2より、実施例1〜4のアルミニウム基
複合材および比較例1〜2アルミニウム合金は、いづれ
も常温(RT)における引張強度が500MPaを超
え、300℃における引張強度が200MPaを超え、
優れていることがわかる。比較例1のアルミニウム合金
は、実施例1、3のマトリックスを形成しているアルミ
ニウム合金と同じ組成であり、比較例2のアルミニウム
合金は実施例2、4のマトリックスを形成しているアル
ミニウム合金と同じ組成である。したがって、強度的に
はマトリックスの耐熱アルミニウム合金とほぼおなじ
で、窒化物、硼化物を添加したことによる悪影響は認め
られない。
From Table 2, it can be seen that the aluminum-based composite materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 each have a tensile strength at room temperature (RT) of more than 500 MPa and a tensile strength at 300 ° C. of more than 200 MPa. ,
It turns out to be excellent. The aluminum alloy of Comparative Example 1 has the same composition as the aluminum alloy forming the matrix of Examples 1 and 3, and the aluminum alloy of Comparative Example 2 includes the aluminum alloy forming the matrix of Examples 2 and 4. It has the same composition. Therefore, in terms of strength, it is almost the same as the heat-resistant aluminum alloy of the matrix, and no adverse effect due to the addition of the nitride or boride is recognized.

【0024】比較例3〜4のアルミニウム基複合材は、
常温での引張強度は500MPa前後の値であるが30
0℃では引張強度が100MPa前後に低下している。
これはアルミニウム合金のマトリックスがもともと高温
強度が低いためである。またSiCがマトリックスに適
合せず粒子界面でクラックが発生、伝播し易いため、伸
びがほとんどなく、そのため降伏強度が測定できなかっ
た。
The aluminum-based composite materials of Comparative Examples 3 to 4 were
Although the tensile strength at room temperature is around 500 MPa, it is 30
At 0 ° C, the tensile strength is reduced to around 100 MPa.
This is because the aluminum alloy matrix originally has low high temperature strength. Further, since SiC was not compatible with the matrix and cracks were easily generated and propagated at the grain interface, there was almost no elongation, and therefore the yield strength could not be measured.

【0025】次にこれら実施例1〜4のアルミニウム基
複合材料および比較例1〜4のアルミニウム合金につい
て摩耗試験を行なった。摩耗量はLFW試験機を使用し
て油中に浸漬したリング状相手材をSUJ2とし、これ
に荷重150N、時間15分、すべり速度18m/分で
試験片を押し付けた試験条件で測定した。表2より、実
施例1〜4のアルミニウム基複合材料は、比較例1〜2
のアルミニウム合金と比較して、いづれも比摩耗量が少
なく、耐摩耗性にも優れていることがわかる。比較例
3、4も耐摩耗性はかなり優れているが、これは300
℃の引張強度(TS)が著しく低い。
Next, wear tests were conducted on the aluminum-based composite materials of Examples 1 to 4 and the aluminum alloys of Comparative Examples 1 to 4. The amount of wear was measured under the test conditions in which a ring-shaped mating member immersed in oil was SUJ2 using an LFW tester, and a test piece was pressed against this with a load of 150 N, a time of 15 minutes, and a sliding speed of 18 m / min. From Table 2, the aluminum-based composite materials of Examples 1 to 4 are comparative examples 1 to 2.
It can be seen that the specific wear amount is smaller and the wear resistance is excellent in comparison with the aluminum alloy of. The wear resistance of Comparative Examples 3 and 4 is considerably excellent, but it is 300
Remarkably low tensile strength (TS) at ° C.

【0026】また、LFW試験で窒化物を添加したアル
ミニウム基複合材料は、アルミニウムが相手材への移着
は少なかった。さらに硼化物を添加したアルミニウム基
複合材料は、硼化物中のBが1部B2 3 となり、この
2 3 が摩擦中に液相(mp450℃)になり流体潤
滑剤となって摩耗性が向上していると推定される。図1
に示すように、実施例1の金属組織の拡大写真図であ
る。この図1に示すようにAlNの添加物粒子がマトリ
ックスの界面で空孔などを形成せず緊密に接触して分散
している。図2は比較例1のアルミニウム合金の金属組
織であり均一である。
In addition, in the aluminum-based composite material to which the nitride was added in the LFW test, aluminum was less transferred to the mating material. Furthermore, in the aluminum-based composite material to which boride is added, B in boride becomes 1 part B 2 O 3 , and this B 2 O 3 becomes a liquid phase (mp 450 ° C.) during friction and becomes a fluid lubricant and wears. It is estimated that the sexuality has improved. Figure 1
3 is an enlarged photograph of the metal structure of Example 1, as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the AlN additive particles are intimately contacted and dispersed without forming pores or the like at the interface of the matrix. FIG. 2 shows the metal structure of the aluminum alloy of Comparative Example 1, which is uniform.

【0027】したがって、上記の評価により、実施例1
〜4のアルミニウム基複合材料の粉末を焼結法により製
造したアルミニウム基複合材料は、軽量であるととも
に、耐摩耗性、剛性、熱膨張特性及び常温での引張強度
に優れ、かつ300℃の高温において、引張強さが20
0MPa以上、降伏強度が180MPa以上であること
がわかる。
Therefore, according to the above evaluation, Example 1
The aluminum-based composite material produced by sintering the aluminum-based composite material powders of Nos. 4 to 4 is lightweight, has excellent wear resistance, rigidity, thermal expansion characteristics, and tensile strength at room temperature, and has a high temperature of 300 ° C. Has a tensile strength of 20
It can be seen that the yield strength is 0 MPa or more and the yield strength is 180 MPa or more.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアルミニ
ウム基複合材料は、所定量のNi、Si、Fe、Cuを
含有し、Mgを含有してない耐熱アルミニウム合金をマ
トリックスとして使用しているため、軽量であるととも
に、窒化物、硼化物の粒子が分散しているので耐摩耗性
が優れ、かつ窒化物、硼化物の粒子が分散されていない
耐熱アルミニウム合金とほぼ類似した強度を有する。
As described in detail above, the aluminum-based composite material of the present invention uses a heat-resistant aluminum alloy containing a predetermined amount of Ni, Si, Fe, Cu and containing no Mg as a matrix. Since it is lightweight, it has excellent wear resistance because it has nitride and boride particles dispersed, and has strength almost similar to that of a heat-resistant aluminum alloy in which nitride and boride particles are not dispersed. .

【0029】したがって、本発明の耐熱アルミニウム合
金で例えば自動車等のエンジン部品を製造しても、その
耐熱アルミニウム合金は、軽量であるとともに、安定し
た耐摩耗性、剛性、熱膨張特性、常温強度及び高温強度
を発揮することができるため、近年の高出力化の要請に
確実に答えることができるエンジン部品となる。
Therefore, even if engine parts such as automobiles are manufactured with the heat resistant aluminum alloy of the present invention, the heat resistant aluminum alloy is lightweight and has stable wear resistance, rigidity, thermal expansion characteristics, room temperature strength and Since it can exhibit high-temperature strength, it becomes an engine component that can reliably meet the recent demand for higher output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この図は実施例1の金属組織を示す800倍の
拡大顕微鏡写真図である。
FIG. 1 is an 800 × magnified micrograph showing the metal structure of Example 1.

【図2】この図は比較例1の金属組織を示す800倍の
拡大顕微鏡写真図である。
FIG. 2 is an 800 × magnified micrograph showing the metal structure of Comparative Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 宏久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山田 泰弘 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 道岡 博文 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 楠井 潤 大阪市中央区久太郎町三丁目6番8号 東 洋アルミニウム株式会社内 (72)発明者 田中 昭衛 大阪市中央区久太郎町三丁目6番8号 東 洋アルミニウム株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hirohisa Miura 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiro Yamada 1, Toyota Town, Aichi Prefecture, Toyota Motor Co., Ltd. ( 72) Inventor Hirofumi Michioka 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Jun Kusunii 3-6-8, Kutaro-cho, Chuo-ku, Osaka Toyo Aluminum Co., Ltd. (72) Invention Aki Tanaka, 3-6-8, Kutaro-cho, Chuo-ku, Osaka City Toyo Aluminum Co., Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリックスを100重量%としたとき
重量%で、Ni:10〜20%、Si:8〜25%を含
有し、実質的にMgを含まず、さらに少なくともFe:
0.6〜8.0%およびCu:0.6〜5.0%の1種
を含み、該Feおよび該Cuとの合計量が10%以下で
あり、残部がAlからなる耐熱アルミニウム合金をマト
リックスとし、該マトリックスを含む複合材料全体を1
00重量%としたとき窒化物、硼化物の粒子の1種また
は2種以上が合計で0.5〜10重量%該マトリックス
に分散し、粉末冶金法により製造されていることを特徴
とする高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム基複合材料。
1. A matrix containing 100% by weight of Ni: 10 to 20% and Si: 8 to 25% by weight, substantially free of Mg, and at least Fe:
A heat-resistant aluminum alloy containing 0.6 to 8.0% and Cu: 0.6 to 5.0%, the total amount of the Fe and Cu is 10% or less, and the balance being Al. Matrix and the whole composite material containing the matrix is 1
It is characterized in that one or two or more kinds of particles of nitrides and borides are dispersed in the matrix in a total amount of 0.5 to 10% by weight when the amount is 00% by weight, and the particles are manufactured by powder metallurgy. Heat resistant and high wear resistant aluminum matrix composite material.
【請求項2】 マトリックスを100重量%としたとき
該マトリックスは重量%で、さらにZr:0.3〜2.
0%を含む請求項1記載の高耐熱・高耐摩耗性アルミニ
ウム基複合材料。
2. The matrix is 100% by weight when the matrix is 100% by weight, and further Zr: 0.3-2.
The high heat resistance and high wear resistance aluminum matrix composite material according to claim 1, containing 0%.
【請求項3】 マトリックスを100重量%としたとき
該マトリックスは重量%で、さらにTi:1.0〜4.
0%を含む請求項1記載の高耐熱・高耐摩耗性アルミニ
ウム基複合材料。
3. When the matrix is 100 wt%, the matrix is wt%, and Ti: 1.0 to 4.
The high heat resistance and high wear resistance aluminum matrix composite material according to claim 1, containing 0%.
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