JPH06192780A

JPH06192780A - 高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム合金および高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム合金粉末

Info

Publication number: JPH06192780A
Application number: JP34673992A
Authority: JP
Inventors: 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
Original assignee: Toyo Aluminum KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyo Aluminum KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-12
Anticipated expiration: 2016-10-29
Also published as: JP3223619B2

Abstract

(57)【要約】【目的】製品材料として耐熱性、耐摩耗性を有し鍛造
性、耐クリープ性を改善する。【構成・作用】重量％で、Ｎｉ：２〜１５％、Ｓｉ：
０．２〜１５％、Ｆｅ：０．６〜８．０％と、Ｃｕ：
０．６〜５．０％およびＭｇ：０．５〜３％の１種また
は２種ただしＣｕ＋Ｍｇ≦６％と、Ｚｒ：０．３〜３％
およびＭｏ：０．３〜３％の１種または２種ただしＺｒ
＋Ｍｏ≦４％と、Ｂ：０．０５〜１０％とを含み、残部
が不可避不純物とＡｌからなり、粉末冶金法またはアト
マイズ法で製造されたアルミニウム合金またはアルミニ
ウム合金粉末。このアルミニウム合金のマトリックスに
は窒化物、硼化物を添加分散させて耐摩耗性を向上させ
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バルブスプリングリテ
ナー、インテークバルブ、ピストン等の自動車、航空機
等のエンジン部品に適用して有用な、靱性、耐摩耗性と
ともに高温強度、耐クリープ特性に優れる高耐熱・高耐
摩耗性アルミニウム合金およびアルミニウム基複合材料
に関する。

【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。

【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。

【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。また、アルミニ
ウム合金は、鋼と比較して、アルミニウム合金または鋼
と摺動した場合、非常に焼付きを生じやすい。このた
め、かかる摺動特性を改善すべく、アルミニウム合金中
に硼素（Ｂ）を０．４〜５．５％含有させた鋳造アルミ
ニウム合金（特開昭５４−８８８１９号公報）、アルミ
ニウム合金中にＢを０．５〜１０％含有させた鋳造アル
ミニウム合金（特開昭６３−２４７３３４号公報）が開
示されている。なお、アルミニウム合金中にＢを０．０
５％程度Ｔｉとともに添加し微細化した鋳造アルミニウ
ム合金も知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動車用エンジンには
高出力と軽量化が要求され、このためエンジン部品用の
材料は、常温で引張強度が５００ＭＰａ、３００℃で１
６０ＭＰａ以上必要とされる。さらに、鋼部品と摺動し
た場合に焼付かず、フレッチング疲労現象を起こさない
特性が要求される。

【０００６】ここに、焼付き現象とは、機械摺動部材の
摺動特性を示す現象であって、高荷重下で摺動を繰り返
した場合、相手部品に一部が凝着し、相互の摩擦係数が
急激に上昇し、固着する現象である。また、フレッチン
グ疲労現象とは、やはり機械摺動部材の摺動特性を示す
現象であって、油潤滑下であっても高荷重下で摺動を繰
り返した場合、相手部品に一部が凝着し、この部位を起
点として疲労破壊する現象である。

【０００７】かかる観点からは、上記ＪＩＳ２０２４、
２０１８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３００ＭＰａ、３００℃の高温では引張強度が１５０
ＭＰａ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、上記のＡｌ−Ｎｉ系合金及びＡｌ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ−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、製品における金属間化合物の粒径などが大きくな
り、常温で高々３８０ＭＰａ、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。

【０００８】一方、上記の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−Ｎ
ｉ−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数μｍ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５１
０ＭＰａ、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。

【０００９】また、上記特開昭５４−８８８１９号公報
等記載の鋳造アルミニウム合金では、硼素（Ｂ）は単体
としては存在していないと考えら、十分な摺動特性を発
揮していない。すなわち、鋳造法では、アルミニウム合
金のマトリックス中に固溶するＢ量は少なく、常温では
殆ど溶解せず、また溶湯中にせっかく溶解したＢが徐冷
されればほとんどＡｌＢ₁₂などの硼素化合物に変化し、
これにより十分な摺動特性を発揮しえないと考えられ
る。

【００１０】さらに、セラミックス粒子や繊維を分散さ
せたＭＭＣ（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、適切なアルミニウム合金のマト
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、鍛造性、安
定した耐摩耗性および特に高温での引張強度、降伏強度
に優れる製品を製造できるアルミニウム合金および合金
粉末を提供することを目的とする。

【００１１】

【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。また、急冷凝固（アトマイズ）法において、溶
解温度を高めにし多量のＢを溶解させた後、急速冷却す
ることにより、溶解限度以上の単体Ｂを含む合金粉末が
得られるのではないかとの予測に基づき開発を進めた。
そして特定の組成割合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ア
ルミニウム合金は、高温度での引張強度および伸度に優
れ、鍛造性、耐摩耗性が高いことを発見・確認したもの
である。

【００１２】本発明の高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム
合金は、重量％で、Ｎｉ：２〜１５％、Ｓｉ：０．２〜
１５％、Ｆｅ：０．６〜８．０％と、Ｃｕ：０．６〜
５．０％およびＭｇ：０．５〜３％の１種または２種た
だしＣｕ＋Ｍｇ≦６％と、Ｚｒ：０．３〜３％およびＭ
ｏ：０．３〜３％の１種または２種ただしＭｏ＋Ｚｒ≦
４％と、Ｂ：０．０５〜１０％とを含み、残部が不可避
不純物とＡｌからなり、粉末冶金法により製造されてい
ることを特徴とする。

【００１３】本発明のアルミニウム合金は、Ｔｉ：０．
５〜４．０重量％（以下、特にことわりのないかぎり％
は重量％を意味する。）を含むことができる。さらに、
本発明のアルミニウム合金のマトリックス１００重量％
とし、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％該マトリックスに分散させたものと
することができる。

【００１４】本発明の高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム
合金粉末は、重量％で、Ｎｉ：２〜１５％、Ｓｉ：０．
２〜１５％、Ｆｅ：０．６〜８．０％と、Ｃｕ：０．６
〜５．０％およびＭｇ：０．５〜３％の１種または２種
ただしＣｕ＋Ｍｇ≦６％と、Ｚｒ：０．３〜３％および
Ｍｏ：０．３〜３％の１種または２種ただしＭｏ＋Ｚｒ
≦４％と、Ｂ：０．０５〜１０％とを含み、残部が不可
避不純物とＡｌからなり、アトマイズ法により製造され
ていることを特徴とする。

【００１５】このアルミニウム合金粉末においても、Ｔ
ｉ：０．５〜４．０％を含むことができる。このアルミ
ニウム合金は、上記の組成のアルミニウム合金マトリッ
クスを溶解、噴霧して微粉末を形成する。生成した微粉
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。また、混合粉末をケースに入れ、この状態
で冷間予備成形（ＣＩＰ）、熱間押出する方法もある。
また、窒化物、硼化物を添加する場合は、上記の微粉末
に添加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。

【００１６】アルミニウム合金粉末は、上記の組成のア
ルミニウム合金マトリックスを溶解して溶湯とし、是を
急速冷却するというアトマイズ法で粉末状とすることで
製造される。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。

【００１７】〔Ｎｉ：２〜１５％〕Ｎｉは、Ａｌととも
に、ＮｉＡｌ₃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金属間化合物は硬さも
より低く、靱性により富む。このため、Ｎｉは高温強度
を確保するアルミニウム合金マトリックスの硬化剤とし
て２％以上添加することが必要である。またＮｉが１５
％を超えるとアルミニウム合金マトリックスの高温強度
は確保できるが粗大結晶の析出により加工性、伸びが低
下し鍛造性が低下するので好ましくない。

【００１８】〔Ｓｉ：０．２〜１５％〕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。急冷凝固粉末
冶金法によりアルミニウム合金をを製造する場合には、
Ｓｉを１５％を超えて配合すると、アルミニウム合金製
品に粗大な初晶Ｓｉが晶出して好ましくない。

【００１９】Ｓｉの量が０．２％未満では添加効果が認
められないので好ましくない。〔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
ましいとされている。しかし、発明者らの実験結果で
は、Ｆｅを配合することにより、得られるアルミニウム
合金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、アルミニウム合金マトリックスの常温強度及び３０
０℃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、アルミニウム合金マトリックスが脆くな
る。

【００２０】〔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、アルミニウム合
金マトリックスを強化する。Ｃｕが０．６％以上の配合
でアルミニウム合金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、アルミニウム合金マトリックスの高温強度を
低下させる。但し、Ｃｕと下述のＭｇとは、少なくとも
１種が含有され、Ｍｇ及びＣｕの合計量が６％以下であ
れば、アルミニウム合金マトリックスの鍛造性が保持で
きる。

【００２１】〔Ｍｇ：０．５〜３．０％〕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。Ｍｇの量が３％を超えると粗大化合物が析出して
鍛造性が低下するので好ましくない。但し、上述のＣｕ
とＭｇとは少なくとも１種が配合され、その合計量が６
％以下であれば添加効果を保持することができる。

【００２２】〔Ｚｒ：０．３〜３．０％〕Ｚｒは、高温
強度および耐クリープ性を改善する添加元素として知ら
れている。即ち、本発明のアルミニウム合金マトリック
スにＺｒ：０．３〜３．０％を配合すると、アルミニウ
ム合金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３．０％を超えて添加すると粗大な金属間化合物（Ｚ
ｒＡｌ₃）を晶出し、望ましくない。

【００２３】〔Ｍｏ：０．３〜３．０％〕ＭｏもまたＺ
ｒと同様に、同じ添加量で耐熱性を改善できる元素であ
るが、本発明では、Ｚｒ，Ｍｏのうちの少なくとも１種
を４％以下添加することで上記鍛造性、耐クリープ特性
を確保することができる。そして、ＺｒとＭｏは少なく
とも１種以上添加されれば良く、ＭｏとＺｒの合計量が
４％以下とする必要があるる。４％を超えるとかえって
鍛造性が低下するので好ましくない。

【００２４】〔Ｔｉ：０．５〜４．０％〕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、アルミニウム合金マトリ
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０．５〜４．０％である。Ｔｉ
の配合が０．５％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
とアルミニウム合金マトリックスの靱性を低下させるの
で、望ましくない。

【００２５】〔Ｂ単体：合金中には０．０５〜１０．０
％、粉末中には０．０５〜２％〕Ｂ単体は、その添加量
とともにアルミニウム合金マトリックスの摺動特性は向
上する傾向にある。しかし、添加量が０．０５％未満で
は摺動特性の向上が認められない。急冷凝固法では、溶
解温度を高めにし、多量のＢを溶解させた後、急速冷却
すれば、溶解度以上のＢを含む合金粉末が得られる。た
だし、Ｚｒなどの他の元素が同時に含有されていれば、
急冷凝固法による合金粉末を製造する場合でも、Ｂが硼
化物になりやすい。なお、合金中でＢが単体で存在する
か否かはＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）などにより確認で
きる。

【００２６】アルミニウム溶湯中に溶解するＢ量は７３
０℃で０．２２％、１１００℃で１．７％である。この
ため急冷凝固法により、本発明のアルミニウム合金粉末
を得るには、１１００℃以上のアルミニウム溶湯を必要
とするので、実用上粉末中のＢ量は２％以下である。こ
うして得られるアルミニウム合金粉末を焼結法により合
金とする。

【００２７】また、アルミニウム合金粉末に後からＢ粉
末を添加して押出しによるアルミニウム合金を作製する
場合は、溶解温度の制約はないので、多量に添加するこ
とが可能であるが、合金中に１０％を超えるＢ粉末を添
加すると、合金の強度と靱性とを低下させるので、合金
中のＢ量は１０％以下である。Ｂ粉末の粒径は、耐フレ
ッチング性と相手攻撃性を考慮すると１０μｍ以下とす
るのが好ましい。

【００２８】混合法でＢを添加する場合、Ｂの平均粒径
は相手攻撃性から１０μｍ以下が好ましい。また、０．
５μｍ以下なら混合時に偏析が生じるので０．５μｍ以
上が好ましい。〔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合金の耐摩耗性が
向上する。この窒化物、硼化物の量が０．５％未満の場
合は、添加による耐摩耗性の効果が認められない。また
添加量が１０％を超えると、アルミニウム合金の引張強
度、伸び、機械加工性が著しく低下するので好ましくな
い。

【００２９】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、ＴｉＢ、ＮｉＢ、ＭｇＢ₂などが挙げられ
る。この窒化物、硼化物の粒径は、微粉末で平均粒径が
０．５〜２０μｍであることが好ましい。０．５μｍよ
り小さいと粉末同志が凝集し機械的強度が劣化するので
好ましくない。また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の効果が少なくな
るからである。特にこれらの粒子の相手材への攻撃性を
考慮して１０μｍ以下とすることが好ましい。また混合
時の偏析などを防止する意味から０．５μｍ以上である
ことが好ましい。

【００３０】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、アルミニウム合金が製造で
きる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明を具体化した実施例および比較
例を示すとともに本発明をさらに詳細に説明する。な
お、実施例および比較例の組成を表１、表２に特性値を
表３、表４に示す。表１、表２のアルミニウム合金マト
リックス組成の列に示す元素の前の数字は、マトリック
ス１００％中に占めるその元素の％量である。窒化物お
よび硼化物の添加物列のそれぞれの窒化物および硼化物
の前に記載された数字は、アルミニウム合金を１００％
としたときの窒化物および硼化物の％量を示す。

【００３２】表１に示す組成のアルミニウム合金マトリ
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た。

【００３３】

【表１】Ｎｏ．１〜５および８は、所定量のＢを溶湯に溶解して
形成した。さらにＮｏ３、４、５、８については、粒径
１〜２０μｍの窒化物、硼化物の微粉末を所定量上記の
アルミニウム合金マトリクス粉末に混合して混合粉末と
した。

【００３４】実施例Ｎｏ６、７はアルミニウム合金マト
リックス粉末に所定量のＢを粒径５μｍの粉末を混合し
て合金粉末とした。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、φ３０ｍｍ×Ｌ８０ｍｍ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の棒状の表１に示すＮｏ１〜
８の８種類のアルミニウム合金を得た。また、各アルミ
ニウム合金粉末を金型に充填して４５０℃、面圧３ｔｏ
ｎ／ｃｍ²で真空ホットプレスし、得られた成形体から
４０×４０ｍｍの摺動試験用アルミニウム合金を切り出
した。これらの実施例の各アルミニウム合金には、Ｂが
耐熱アルミニウム合金マトリックス中に溶解しＮｏ３、
４、５、８については窒化物、硼化物が均一に分散して
いる。

【００３５】表２に示す比較例Ｎｏ１１は、実施例Ｎｏ
１のＢを含まないアルミニウム合金マトリックス組成の
溶湯をアトマイズ法により粉末化した混合粉末であり、
Ｎｏ１２は実施例Ｎｏ２のＢを含まないアルミニウム合
金マトリックス組成の溶湯をアトマイズ法により粉末化
した混合粉末であり、Ｎｏ１３は実施例Ｎｏ４〜７の
Ｂ、窒化物および硼化物を含まないアルミニウム合金マ
トリックス組成の溶湯をアトマイズ法により粉末化した
混合粉末である。Ｎｏ１４はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇの
組成のアルミニウム合金マトリックスの溶湯をアトマイ
ズ法により粉末化した混合粉末に１５％の炭化珪素のウ
イスカーを添加したものである。Ｎｏ１５はＡｌ−Ｃｕ
−Ｍｇ−Ｍｎ組成のアルミニウム合金マトリックスの溶
湯をアトマイズ法により粉末化した混合粉末に粒径２．
６μｍの炭化珪素の微粉末を２０％混合して混合粉末と
した。Ｎｏ１６はＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ組成のアルミ
ニウム合金マトリックスの溶湯をアトマイズ法により粉
末化した混合粉末に粒径２．６μｍの炭化珪素の微粉末
を２０％混合して混合粉末とした。Ｎｏ１７はＡｌ−Ｎ
ｉ−Ｓｉ−Ｃｕ組成のアルミニウム合金マトリックスの
溶湯をアトマイズ法により粉末化した混合粉末に粒径
７．３μｍの窒化アルミニウムを添加したものである。

【００３６】これらの各混合粉末を純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、φ３０ｍｍ×Ｌ８０ｍｍ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の棒状の表４に示すＮｏ１１〜１
７の７種類のアルミニウム合金を得た。

【００３７】

【表２】〔評価１〕実施例のＮｏ１〜Ｎｏ8 のアルミニウム合金
の試料について、室温での引張強度と伸びを、１５０℃
および３００℃での引張強度と降伏強度および伸びの測
定を行った。結果を表３に示す。

【００３８】表３に示すように、実施例のＮｏ１〜8 の
アルミニウム合金は、いづれも室温における引張強度
（σ）が５００ＭＰａを超え、１５０℃においても４５
０ＭＰａを超えている。さらに、３００℃における引張
強度も１６０ＭＰａを超え降伏強度もＮｏ７（Ｂの添加
量が多いため）を除いて１４０ＭＰａ以上である。そし
て伸びも４％以上である。したがって、本実施例の各試
料は耐熱強度が向上していることを示している。

【００３９】

【表３】比較例のＮｏ１１〜１７についても、表４に示すように
実施例と同様に各試料について室温での引張強度と伸び
を、１５０℃および３００℃での引張強度と降伏強度お
よび伸びの測定を行った。

【００４０】

【表4 】比較例Ｎｏ1 １〜１３は、硼素を含まない以外は実施例
のＮｏ１、Ｎｏ２およびＮｏ６のアルミニウム合金マト
リックス組成と同じであり室温の引張強度（σ）は５０
０Ｍｐａを超え、１５０℃においても４５０ＭＰａを超
えており、さらに３００℃においても本実施例と同じレ
ベルの強度を示している。したがって、この比較例Ｎｏ
1 １〜１３は実施例Ｎｏ１、Ｎｏ２およびＮｏ６のアル
ミニウム合金マトリクス組成とＢを含まない以外は同じ
で、強度的にはほぼ同じレベルであり硼素単体を添加し
たことによる強度への著しい悪影響は認められない。

【００４１】実施例Ｎｏ１〜８は１５０℃の引張強度が
４５０ＭＰａ以上あり、優れた耐熱強度を示している。
これは比較例Ｎｏ１１〜１３からも理解できるようにア
ルミニウム合金マトリックスの成分が適切で有るためで
ある。さらに、３００℃での引張強度も１５０ＭＰａ以
上で優れた高温強度特性を示しておりこのアルミニウム
合金マトリックスの組成成分が適切であるためである。
一方、比較例Ｎｏ１４も３００℃の引張強度が１５３Ｍ
Ｐａと高いが、これは炭化珪素のウイスカーが１５％添
加されているためであるが、炭化珪素のウイスカー添加
量が多いため鍛造性、機械加工性が悪く実用的ではな
い。さらに比較例Ｎｏ１７は３００℃の引張強度は２８
３ＭＰａと高いが伸びが０．２％と著しく低く、実用上
は制限される。しかし、本発明の各実施例は３００℃の
伸びがいずれも４％以上あり、引張強度と伸びとのバラ
ンスのとれた材料である。

【００４２】実施例Ｎｏ２、３、比較例Ｎｏ１２の３０
０℃の降伏強度はいずれも１８０ＭＰａ以上で優れてい
る。これはＴｉを１％含んでいるためであり、比較例Ｎ
ｏ１３の降伏強度と比較すれば明らかである。一方比較
例Ｎｏ１７の３００℃の降伏強度も高いが、これはＳｉ
が多いため伸度も０．２％と低く鍛造性、機械加工性が
悪く実用的ではない。

【００４３】実施例Ｎｏ１〜８の比摩耗量はいずれも、
１０^-8、１０^-9のオーダーで優れている。特にＢのみな
らず他の硬質粒子である窒化物、硼化物を添加したもの
が優れている。比較例Ｎｏ１１は硼素（Ｂ）を含まない
ので比摩耗量が１０^-7と大きい。Ｎｏ１５、１６は炭化
珪素の粉末が多量に添加されているので、比摩耗量が１
０^-7と大きい。

【００４４】〔評価２〕フレッチングの評価法は、摺動
試験用アルミニウム合金を鋼（窒化処理したＪＩＳ４３
０ステンレス）製の平板により、１００℃、面圧１．２
ＭＰａの荷重、５Ｈｚの速さで１０分間繰り返し叩き、
摺動試験用アルミニウム合金上の凝着発生面積率（％）
を観察することで判定した。

【００４５】実施例Ｎｏ１〜８はいずれもアルミニウム
の凝着発生面積が２５％以下で優れた耐フレッチング性
を示す。特にＢの他に窒化物、硼化物したもの、Ｂの添
加量の多いものが優れている。一方、比較例Ｎｏ１１〜
１４のＢを含まない場合は、アルミニウム凝着発生面積
が５０％以上あり耐フレッチング性が低い。したがって
Ｂの添加が有効であることを示している。

【００４６】したがって、強度、耐熱性、鍛造性、耐摩
耗性、耐フレッチング性のバランスのとれたアルミニウ
ム合金とするには、マトリックスに硼素単体を添加した
組成とすることおよび窒化物、硼化物を特定することが
必要である。上記の評価により、実施例Ｎｏ１〜８の組
成のアルミニウム合金マトリックスを溶湯から得た合金
粉末およびその合金は、軽量であるとともに、耐摩耗
性、鍛造性、常温および高温での引張強度に優れてい
る。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のアルミニ
ウム合金および合金粉末は、所定量のＮｉ、Ｓｉ、Ｆ
ｅ、ＣｕおよびＭｇ、ＺｒおよびＭｏを含有したアルミ
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、硼化物の粒子がマトリック
ス中に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マトリックスからなる
アルミニウム合金とほぼ類似した強度を有する。

【００４８】したがって、本発明のアルミニウム合金お
よび合金粉末で例えば自動車等のエンジン部品であるバ
ルブスプリングリテナー、インテークバルブ、コンロッ
ド、ピストンなどの軽量化に寄与できる。さらにこのア
ルミニウム基複合材料は、安定した耐摩耗性、靱性、鍛
造性を剛性、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、かつ軽量化が図れるので低燃費化したエンジン部
品とすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｎｉ：２〜１５％、Ｓｉ：
０．２〜１５％、Ｆｅ：０．６〜８．０％と、Ｃｕ：
０．６〜５．０％およびＭｇ：０．５〜３％の１種また
は２種ただしＣｕ＋Ｍｇ≦６％と、Ｚｒ：０．３〜３％
およびＭｏ：０．３〜３％の１種または２種ただしＭｏ
＋Ｚｒ≦４％と、Ｂ：０．０５〜１０％とを含み、残部
が不可避不純物とＡｌからなり、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
ニウム合金。
【請求項２】さらにＴｉ：０．５〜４．０％を含む請
求項１記載の高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム合金。
【請求項３】請求項１および請求項２記載の高耐熱・
高耐摩耗性アルミニウム合金をマトリックとし、該マト
リックスを含むマトリックス全体を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合金。
【請求項４】重量％で、Ｎｉ：２〜１５％、Ｓｉ：
０．２〜１５％、Ｆｅ：０．６〜８．０％と、Ｃｕ：
０．６〜５．０％およびＭｇ：０．５〜３％の１種また
は２種ただしＣｕ＋Ｍｇ≦６％と、Ｚｒ：０．３〜３％
およびＭｏ：０．３〜３％の１種または２種ただしＭｏ
＋Ｚｒ≦４％と、Ｂ：０．０５〜１０％とを含み、残部
が不可避不純物とＡｌからなり、アトマイズ法により製
造されていることを特徴とする高耐熱・高耐摩耗性アル
ミニウム合金粉末。
【請求項５】さらにＴｉ：０．５〜４．０％を含む請
求項４記載の高耐熱・高耐摩耗性アルミニウム合金粉
末。