JPH06212313A - アルミニウム焼結材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム焼結材の焼結時の寸法変化を小
さくしかつ機械的強さを良好にする。 【構成】 重量分率で６０〜９５％の純アルミニウム系
粉末と、重量分率で各１％以上のＡｌ−２８〜４０％Ｃ
ｕ系第１母合金粉末およびＡｌ−６〜２０％Ｍｇ系第２
母合金粉末を含む混合粉末を部品形状に圧粉成形した
後、保護雰囲気中にて最終的に得られる焼結材の固相線
以上の温度で焼結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム焼結材
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、寸法精度及び機械的な強さが良好なアルミニウム
焼結材の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりアルミニウム焼結材は、部品形
状を直接に得ることができる焼結法の特徴とアルミニウ
ムの低比重という特徴を活用できるために、特に軽量化
が要求される部位に使用される機械部品の用途が期待さ
れてきた。しかし現在のところ鉄系焼結材のように広く
使用されるに至っていない。

【０００３】また、アルミニウム系焼結材はＡｌ−Ｃｕ
系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合
金等の製造が主として検討されており、その製法として
は混合粉末を製品形状に圧粉成形し、液相が発生する条
件で焼結する方法が検討され、公知になっている。これ
ら公知の方法は液相発生によって焼結を阻害するＡｌ粉
末表面の酸化皮膜を破壊し、Ａｌ粉末同士を強固に結合
させ焼結を進行させることを技術的骨子としている。こ
のような液相利用焼結技術によりアルミニウム焼結材の
強度が向上する反面、焼結時の寸法変形すなわち焼結歪
が大きくなり、最終的部品の寸法精度が低下する。

【０００４】これに対して、鉄系焼結材においては、焼
結による寸法変化は概して小さく、さらに焼結材をサイ
ジングすることにより高寸法精度の部品とする技術が確
立されている。

【０００５】従来、焼結時の寸法変化が小さいアルミニ
ウム系焼結部品の製造方法としては、特公昭５７−６０
４０３号に記載された、アルミニウム粉末成形体をセラ
ミック粉末粒子中に埋設して焼結する方法や、特公昭５
６−２０３４３号に記載されたアルミニウム粉末にＭｇ
粉末などの添加元素粉末を混合して焼結し、これを粉砕
して母合金粉末とし、さらにこの母合金粉末とＡｌ粉末
とを混合して焼結しようとする方法が公知である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前掲特公昭５７−６０
４０３号に記載された方法はセラミック粉末粒子中に埋
設する特殊な焼結法であるために工程数が増えまた製品
コストが上昇するので、経済的ではなく、また前掲特公
昭５６−２０３４３号に記載された方法では焼結を２度
行わなければならないので実際の生産には不向きであ
る。

【０００７】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、
工程数の増大を招かずまた良好な機械的な性質を損なう
ことなく、焼結時の寸法変化を低減させたアルミニウム
焼結材の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、アルミニウ
ム系混合粉圧粉体の焼結時の液相発生が焼結材の寸法変
化および機械的強さに大きく影響する因子であることを
認識し、この認識に基づいて原料の混合粉末の配合及び
焼結条件を検討した。

【０００９】Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系やＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−
Ｓｉ系の混合圧粉体を焼結する場合、昇温時の異成分粉
末の接触部近辺で主に共晶溶解による液相が発生する。
この液相は添加元素の母相への合金化が進むとともに消
失するため一時的液相と呼ばれるが、この液相発生およ
び合金化の過程で気孔形成による材料の膨張が起こる。
更に昇温を続けると最終焼結材の合金組成に対応する固
相線温度付近で液相を生じるが、この温度以上で保持す
ると継続的に液相が生じるため、このような液相を継続
的液相と呼ぶ。この継続的液相の存在下で保持すること
により、粉末粒子の再配列などが起こり、このために焼
結材の収縮が生じる。

【００１０】このように混合粉圧粉体の焼結時に一時的
液相発生に伴い最初に膨張した材料を固相線以上の温度
で保持して徐々に収縮させることにより、焼結材の寸法
変化をゼロに近づけることが可能になるが、この制御を
可能にするためには寸法変化が急激に起こらないことが
必要である。このためには適量の液相が材料内で均一に
発生し、液相が粉末成形体の母相となるアルミニウム系
粉末を過度に溶解・侵食しないことが必要である。この
点で、アルミニウム系粉末にＣｕ粉末などを元素粉とし
て加えると、添加元素粉末の分布がまばらで不均一とな
るので液相発生が局部的に多量となるとなること、Ａｌ
粉末を液相が溶解・侵食する割合が多いことから、収縮
が速やかに起き、寸法変化の制御が困難になる。これに
対し本発明のような組み合わせの母合金粉末をＡｌ粉末
に添加した混合粉末では液相発生が均一に分布し、液相
がＡｌ粉末を溶解・侵食する割合が小さいため、急激な
収縮が起こることがなく容易に寸法変化の制御が可能と
なる。

【００１１】また、本発明ではアルミニウム系混合粉圧
粉体の焼結時の一時的液相としてＭｇ含有量の比較的高
い液相を発生させることにより、効果的にＡｌ粉末の表
面酸化皮膜を破壊し、粉末同士をより強固に結合させ、
良好な機械的強さの焼結材を得ることを可能にした。

【００１２】上述の考察に基づいてなされた本発明は、
重量分率で６０〜９５％の純アルミニウム系粉末と、重
量分率で各１％以上のＡｌ−２８〜４０％Ｃｕ系第１母
合金粉末およびＡｌ−６〜２０％Ｍｇ系第２母合金粉末
を含み、あるいはこれに加えて必要に応じ重量分率１％
以上のＡｌ−４〜３０％Ｓｉ系第３母合金粉末を含む混
合粉末を部品形状に圧粉成形した後、保護雰囲気中にて
最終的に得られる焼結材の固相線以上の温度で液相焼結
することを特徴とするアルミニウム焼結材の製造方法で
ある。

【００１３】これらのアルミニウム系粉末はすべて通常
のアトマイズ法により作製可能であり、またアトマイズ
法以外の急冷凝固法によっても作製可能である。これら
の粉末の粒度は−１００メッシュであることが好まし
い。

【００１４】焼結材の組成は、上記原料の配合により定
められるが、特に好ましい組成としては、（イ）Ａｌ−
０．６〜６％Ｃｕ−０．３〜３％Ｍｇ、（ロ）Ａｌ−
０．３〜６％Ｃｕ−０．３〜３％Ｍｇ−０．３〜３％Ｓ
ｉが挙げられる。

【００１５】純アルミニウム系粉末は混合粉末の圧縮性
・成形性を良好にする効果を持ち、混合粉末中の量が６
０％以下であると、その効果が十分ではなく、９５％以
上では添加する母合金粉末の量が少なくなり、焼結体の
機械的強さが不十分になる。

【００１６】第１の母合金粉末は混合粉末に合金元素で
あるＣｕのすべてを供給する原料であるともに液相を発
生させるためのＣｕを供給する元素である。Ｃｕをアル
ミニウムとの母合金（第１の母合金）の形で添加するこ
とには、添加元素を含む粉末の全粉末に対する体積比が
純Ｃｕ粉末を使用する場合に比べて大きくなることと、
粉末間の比重差が純Ａｌ粉末とＣｕ粉末を使用する場合
に比べて低減されて均一に混合され易い利点がある。こ
れらのことは、焼結時に混合材料内で液相が均一分布で
生じることにつながり、寸法変化の低減に有効である。

【００１７】第１の母合金中のＣｕ含有量を２８〜４０
％に限定した理由は、Ｃｕ含有量が２８％未満であると
焼結温度以下で一時的に発生する液相が不十分となり、
４０％を超えると液相が純アルミニウム粉末を溶解する
割合が過度になるからである。

【００１８】また第２の母合金粉末は混合粉末に合金元
素であるＭｇのすべてを供給する原料である。Ｍｇをア
ルミニウムとの母合金（第２の母合金）の形で添加する
ことにはＣｕについて上述したと同様の利点がある。ま
た、第１の母合金、第２の母合金及び純Ａｌ粉末の異成
分粉末の接触点付近で拡散がおこり、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ
３成分系またはＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｓｉ４成分系の共晶
融解により一時的に発生する液相を利用して効果的にＡ
ｌ粉末表面の酸化皮膜を破壊し、粉末同士を強固に結合
させ、以て良好な機械的強さの焼結材を得るためであ
る。この液相はＭｇ及びＣｕがＡｌ粉末に合金化される
に従い消失するので一時的液相と呼ばれる。Ａｌ−Ｍｇ
−Ｃｕ系の一時的液相は平衡状態でのデータ表（Ｌ．
Ｆ．Ｍｏｎｄｌｏｆｏ：ＡＬＵＭＩＮＵＭ ＡＬＬＯＹ
Ｓ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＆ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，
Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ ＆ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（１９
７６），ｐ６４４）から推測して５０７℃付近で生じる
Ｃｕ３３％、Ｍｇ６％、残Ａｌを含む液相あるいはこれ
に近い組成を持つ液相と考えられる。この液相はＭｇを
多量に含むために活性及び濡れ性が高いことにより、よ
く粉末の間隙に浸透し、Ｍｇを含まないかあるいはＭｇ
量が低い液相に比べ、Ａｌ粉の酸化皮膜を破壊する効果
が大きい。またかかる液相が発生する際に合金化及び気
孔形成による材料の膨張が起こっている。

【００１９】第２の母合金中のＭｇ含有量を６〜２０％
に限定した理由は、Ｍｇ含有量が６％未満であると焼結
時に一時的に発生する液相が不十分となり、２０％を超
える通常のアトマイズ法で粉末を製造することが困難に
なるからである。

【００２０】また、最終焼結材合金組成の固相線温度以
上で保持することにより焼結材中に継続的に液相が生じ
る。このような液相は継続的液相である。

【００２１】継続的液相が発生した状態で各粉末を保持
すると粉末の粒子が再配列することなどにより焼結材が
収縮する。これを少なくするために、適量の液相を均一
に発生させることが必要である。このためにはＣｕ，Ｍ
ｇをＡｌとの合金の形態で添加すること、母合金粉末中
のこれら元素の上限濃度を適切に定めることが重要であ
る。

【００２２】また第３の母合金粉末は混合粉末に任意の
合金元素であるＳｉのすべてを供給する原料である。Ｓ
ｉをアルミニウムとの母合金（第３の母合金）の形で添
加することにはＣｕとＭｇについて上述したと同様の利
点がある。Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｓｉ系の一時的液相は平
衡状態でのデータ表（Ｌ．Ｆ．Ｍｏｎｄｌｏｆｏ：ＡＬ
ＵＭＩＮＵＭ ＡＬＬＯＹＳ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＆
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ ＆
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．（１９７６），ｐ６４４）から推測
して約５００℃付近で生じるＣｕ３０〜３３％、Ｍｇ
６．１〜７．１％、Ｓｉ０．３％，残Ａｌを含む液相、
５０７℃付近で生じるＣｕ２８％、Ｍｇ２．２％、Ｓｉ
６％，残Ａｌを含む液相、あるいはこれらに近い液相と
考えられる。ＳｉはＣｕ，Ｍｇと同様に一時的液相およ
び継続的液相発生に関与する。ただし、Ｓｉは高Ｍｇの
一時的液相発生に関し必須ではない。

【００２３】第３の母合金中のＳｉ含有量を４〜３０％
に限定した理由は、Ｓｉ含有量が４％未満であると、目
的組成とするためのＡｌ−Ｓｉ合金の配合量が多くな
り、他の必須配合粉末の必要量が添加できなくなるため
であり、また３０％以上であると通常のアトマイズ法に
より均一な組織の母合金粉末を得ることが困難になるた
めである。

【００２４】本発明の製造法において、混合粉末の圧粉
成形は通常の金型で行うことができる。その際、金型と
混合粉末との凝着を防ぐために混合粉末に潤滑剤を添加
混合するかあるいは金型の壁に潤滑剤を塗布することが
好ましい。本発明において、この潤滑方法を特に限定す
るものではないが、一例としてはアミド系潤滑剤を０．
６〜１．３％添加混合することにより、金型との凝着な
どの問題がなく、生産性良く、圧粉体を製造することが
できる。圧粉成形の際の圧粉密度比は７８〜９８％が適
当であり、通常の機械部品では９０〜９８％、含油軸受
などの気孔の存在を生かす用途では７８〜９０％が適当
である。

【００２５】本発明のアルミニウム系焼結材の焼結は、
酸化を防止するような保護雰囲気中で行われる。使用で
きる保護雰囲気は、窒素、Ａｒなどの不活性ガス、真
空、水素、アンモニア分解ガスなどである。これらの露
点は−２０℃以下、さらに望ましくは−４０℃以下とす
るのが適当である。焼結に使用する炉は、バッチ式ある
いは連続式のいずれでもよい。焼結材を載せる敷き材は
形態としては板状、メッシュベルトなど任意に選択で
き、少なくとも表面を焼結材と凝着しにくい材質とする
のが望ましい。そのような材質として各種セラミックや
黒鉛などが挙げられる。

【００２６】焼結温度は継続的液相が発生する温度、す
なわち最終的焼結材の組成の固相線以上の温度である。
これは昇温時に一時的液相の発生及び合金化の過程で膨
張した焼結材を、徐々に収縮させて寸法変化を小さくす
るために、継続的液相の発生に伴う収縮を利用するため
である。継続的液相の発生量を適量にしかつ焼結材の収
縮を徐々に実現するためには、焼結温度は上記固相線よ
り３０℃高い温度を上限とすることが好ましい。焼結の
昇温速度は特に定めるものではないが、１．５〜２０℃
／ｍｉｎの広い範囲の条件が選択される。

【００２７】上記の焼結の後、アルミニウム系焼結材に
は寸法精度を高めるサイジングおよび合金系により析出
硬化を目的とする熱処理を施すことができる。また、鉄
系部品と同様の装置や金型によりサイジングを行うこと
ができ、高精度のアルミニウム焼結部品の製造が経済的
に可能となる。その他付加的な機械加工や再焼結などを
任意に行うことができる。

【００２８】

【作用】本発明において焼結中の収縮量を少なくするた
めに採用された上記構成は、昇温過程での膨張量と焼結
温度での保持過程での収縮量との差を少なくするもので
あり、具体的には（ａ）Ａｌ粉末の過度の溶解・侵食を
防ぎ、（ｂ）添加元素の分布を均一にして継続的液相の
発生を微細・均一にする。

【００２９】これらの作用により、圧粉成形の加圧方向
と垂直方向の寸法が元の圧粉体との差異において±０．
３％以下の範囲に入るように、理想的にはこの差異が０
になるようにすることができる。

【００３０】さらに、本発明においては（ｃ）Ａｌ粉末
の酸化膜を効果的に破壊し、粉末同士を強固に結合させ
るために、活性なＭｇを比較的高濃度に含む一時的液相
を発生させかつ継続的液相が発生する前に酸化皮膜の破
壊を開始する。

【００３１】後述の実施例１、２及び比較例５において
焼結中の熱分析を行ったところ、本発明の圧粉体の昇温
過程では５００℃から液相発生に起因する吸熱反応が認
められたのに対して、比較例では吸熱反応が５１５℃で
認められた。この結果はＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金
ではＭｇを約６．１〜７．１％を含むＡｌ液相を５００
℃で発生するとの上記平衡状態のデータと一致してい
る。以下実施例により本発明を説明する。

【００３２】

【実施例】表１に混合粉の配合例ａ〜ｆを示す。 −表１− 記号 合金組成 配合粉末（上段）及び配合量 wt%（下段） ａ 実施例 Al−4.5wt%Cu Al粉 Al−33% Al− 8% Al−11% −0.5wt%Mg− Cu粉 Mg粉 Si粉 0.8wt%Si 72.9 13.6 6.2 7.3 ────────────────────────────────── ｂ 比較例 Al−4.5wt%Cu Al粉 Cu粉 Mg粉 Si粉 −0.5wt%Mg− 0.8wt%Si 94.2 4.5 0.5 0.8 ────────────────────────────────── ｃ 比較例 Al−4.5wt%Cu Al粉 Cu粉 Al− 8% Si粉 −0.5wt%Mg− Mg粉 0.8wt%Si 88.5 4.5 6.2 0.8 ────────────────────────────────── ｄ 比較例 Al−4.5wt%Cu Al粉 Al− 6% Al− 8% Al−11% −0.5wt%Mg− Cu粉 Mg粉 Si粉 0.8wt%Si 11.5 75.0 6.2 7.3 ────────────────────────────────── ｅ 比較例 Al−4.5wt%Cu Al粉 Cu粉 Al− 8% Al−11% −0.5wt%Mg− Mg粉 Si粉 0.8wt%Si 83.0 3.5 6.2 7.3 ────────────────────────────────── ｆ 比較例 Al−4.5wt%Cu − Cu粉 Al−0.6% Al−11% −0.5wt%Mg− Mg粉 Si粉 0.8wt%Si 4.5 88.3 7.3 ──────────────────────────────────

【００３３】実施例１ Ｃｕ４．５ｗｔ％、Ｍｇ０．５ｗｔ％、Ｓｉ０．８ｗｔ
％及び不可避なる不純物と残部Ａｌからなる組成の焼結
材を本発明の方法により以下のように作製した。なお、
この合金組成において固相線温度は、熱分析による測定
により約５５５℃であることを確認し、これにより焼結
温度を決定した。

【００３４】まず、重量比で純Ａｌ粉末を７２．９％、
Ａｌ−３３ｗｔ％Ｃｕ（第１母合金）粉末を１３．６
％、Ａｌ−８ｗｔ％Ｍｇ（第２母合金）粉末を６．２％
およびＡｌ−１１ｗｔ％Ｓｉ（第３母合金）粉末を７．
３％配合したアルミニウム系混合粉末（表１、ａ）、同
混合粉末の重量に対し約１％の割合でアミド系潤滑剤を
加え更に混合した。上記および以下の例で用いられてい
る各アルミニウム系粉末は全てアトマイズ法により作製
された粒度−１００ｍｅｓｈのものである。

【００３５】これを混合後、金型により成形圧４〜６ｔ
ｆ／ｃｍ² で圧粉成形し外径３０ｍｍ、内径１８ｍｍ、
厚さ６ｍｍのリング状圧粉末体とし、窒素中（露点−４
０℃以下）で５７０、５７５℃で３０ｍｉｎ保持して焼
結した。この焼結時には潤滑剤の脱除去のため４００〜
４３０℃で１５ｍｉｎの温度保持を行った後、焼結温度
まで平均で２℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温した。なお、
焼結時に使用する敷き材は板状の黒鉛とし、以下の例で
もこれを用いた。

【００３６】こうして得たアルミニウム系焼結材では、
表２に示すように元の圧粉体を基準とした外径寸法変化
が−０．１％程度であり、その絶対値が小さい。また、
この焼結材にＴ６処理（溶体化５０５℃、４０ｍｉｎ大
気中→水焼入れ→人工時効１６０℃、１８ｈ）を施す
と、圧環強さは３８〜４７Ｋｇｆ／ｍｍ² の良好な値を
示した（表２参照）。

【００３７】比較例１ 実施例１と同合金組成となるようにＡｌ粉末、Ｃｕ粉
末、Ｍｇ粉末およびＳｉ粉末（全て−１００ｍｅｓｈ）
を配合した混合粉末（表１、ｂ）に、同混合粉末の重量
に対し１ｗｔ％のアミド系潤滑剤を加え更に混合し、成
形圧力５ｔｆ／ｃｍ² で実施例１と同様のリング状圧粉
体とした。これを実施例１と同様に窒素中で５７５℃、
３０ｍｉｎの焼結を行うと、外径の寸法が０．５％以上
収縮した（表２参照）。

【００３８】 −表２− 混合粉 成形条件 焼結体諸性質 成形圧 圧粉密度 焼結密度 外径変化 圧環強さ＊ tf／cm² g ／cm³ g ／cm³ % kgf ／mm² ────────────────────────────────── 実施例１ ａ 4 2.60 2.54 −0.12 38.4 5 2.63 2.57 −0.09 44.7 6 2.66 2.59 −0.07 47.0 ────────────────────────────────── 比較例１ ｂ 5 2.65 2.66 −0.57 51.6 ────────────────────────────────── 焼結：５７５℃×３０ｍｉｎ，昇温：２℃／ｍｉｎ、窒
素中（露点−４０℃以下） ＊ T6 処理後の値

【００３９】比較例１の結果と実施例１を比較すると実
施例１の本発明焼結材の寸法変化が小さい事が理解され
る。また、この比較例１と比べ実施例１の焼結材は寸法
収縮が小さいため、焼結密度が低いが、実施例１の密度
当りの圧環強さはかなり高いことが理解される。

【００４０】実施例２ 実施例１と同様の配合（表１、ａ）の混合粉末にアミド
系潤滑剤（約１ｗｔ％）を添加混合し、これを金型によ
り成形圧力４ｔｆ／ｃｍ² で圧粉末成形し、φ３０×φ
１８×６ｍｍのリング状圧粉体とした。これを窒素中
（露点約−２５℃）にて焼結温度５８０℃で３０ｍｉｎ
保持して焼結した。この際の昇温速度約６．５／ｍｉｎ
とし、途中４００〜４３０℃で１５ｍｉｎの保持により
潤滑剤の脱除去を行った。これにより得られたアルミニ
ウム系焼結材は、外径の寸法変化が＋０．１４％と小さ
い値であった（表３参照）。

【００４１】比較例２ 実施例（表１、ａ）と同合金組成となるようにＡｌ粉
末、Ｃｕ粉末、Ａｌ−８ｗｔ％Ｍｇ粉末およびＳｉ粉末
を配合した混合粉末（表１、ｃ）を、実施例２と同様の
方法、条件で圧粉成形および焼結してリング状の焼結材
とした。この焼結材は、外径寸法変化が−１．０９％で
あり、絶対値として実施例２と比べて著しく大きな値と
なった（表３参照）。

【００４２】比較例３ 実施例（表１、ａ）と同じ合金組成となるようにＡｌ粉
末（配合重量比１１．５％）、Ａｌ−６ｗｔ％Ｃｕ粉末
（配合重量比７５．０％）、Ａｌ−８ｗｔ％Ｍｇ粉末
（配合重量比６．２％）およびＡｌ−１１ｗｔ％Ｓｉ粉
末（配合重量比７．３％）を配合した混合粉末（表１、
ｄ）に実施例２と同様に潤滑剤を加えてリング状圧粉体
（φ３０×φ１８×６ｍｍ）とした。この際の圧粉末密
度を２．６ｇ／ｃｍ³ 程度とするのに、５．５ｔｆ／ｃ
ｍ² の高い成形圧力を必要とした。これと比較して実施
例２の本発明の混合粉末（表１、ａ）では純アルミニウ
ム粉末を多く配合しているため、成形圧力４ｔｆ／ｃｍ
² で同程度の密度の圧粉体が作製可能であった。本比較
例の圧粉体を実施例２と同様の条件で焼結して得た焼結
材は、外径の寸法変化が−１．２３％であり、絶対値と
して実施例２と比べて著しく大きな値となった（表３参
照）。

【００４３】比較例４ 表１、ｅのように合金組成Ａｌ−３．５ｗｔ％Ｃｕ−
０．５ｗｔ％Ｍｇ−０．８ｗｔ％ＳｉとなるようにＡｌ
粉末、Ｃｕ粉末、Ａｌ−８ｗｔ％Ｍｇ粉末およびＡｌ−
１１ｗｔ％Ｓｉ粉末を配合した混合粉末を、実施例２と
同じ潤滑、圧粉成形および焼結条件でリング状焼結材と
した。この焼結体の外径寸法変化は−０．３６％であ
り、実施例２のものより寸法変化の絶対値が大きかった
（表３参照）。

【００４４】 −表３− 混合粉 成形条件 焼結体諸性質 成形圧 圧粉密度 焼結密度 外径寸法 tf／cm² g ／cm³ g ／cm³ 変化 % 実施例２ ａ ４ ２．６１ ２．５２ ＋０．１４ 比較例２ ｃ ５ ２．６２ ２．６６ −１．０９ 比較例３ ｅ ５．５ ２．６２ ２．７２ −１．２３ 比較例４ ｅ ４ ２．６１ ２．５７ −０．３６ 焼結：５８０℃×３０分、 温６．５℃／ｍｉｎ、窒素
（露点−２５℃以下）

【００４５】実施例３ 混合粉末（表１、ａ）に実施例１と同様に潤滑剤を添加
し、成形圧力５．４ｔｆ／ｃｍ² で圧粉成形し外径７５
ｍｍ、内径６７ｍｍ、厚さ８ｍｍのリング状の圧粉体を
作製した。これを窒素中（露点−４０℃以下）で５７
０、５７５℃で３０ｍｉｎ保持して焼結した。この焼結
時には潤滑剤の蒸発除去のため４００〜４３０℃で１５
ｍｉｎの温度保持を行った後、焼結温度まで平均２℃／
ｍｉｎの昇温速度で昇温した。

【００４６】その結果、焼結温度５７０℃で作製したリ
ング状焼結材では元の圧粉体を基準とした外径の寸法変
化が−０．１３％であり、焼結温度５７５℃の焼結材は
外径寸法変化が−０．１５％であった。焼結温度５７０
℃、５７５℃での焼結材に、焼結後Ｔ６処理を施すこと
により、圧環強さが各々４０ｋｇｆ／ｍｍ² および３５
ｋｇｆ／ｍｍ² と良好な値を示した（表４参照）

【００４７】また、同様の圧粉体を窒素中で４００〜４
３０℃での潤滑剤除去ののち昇温速度１０℃／ｍｉｎで
焼結温度の５７５℃まで昇温し、ここで３０ｍｉｎ保持
して焼結材とした。このリング状の焼結材の外径寸法変
化は−０．２４％であった。昇温速度２℃／ｍｉｎで作
製した焼結材との寸法変化の差が少ない。このように、
焼結速度の違いの影響が小さいことは本発明のアルミニ
ウム系焼結材の寸法変化の制御を容易にする一因となっ
ている。この焼結材をＴ６処理すると圧環強さが４４ｋ
ｇｆ／ｍｍ² と良好な値を示した。

【００４８】比較例５ Ａｌ−０．６ｗｔ％Ｍｇ合金粉末にＣｕ粉末とＡｌ−１
１ｗｔ％Ｓｉ母合金粉末を表１、ａと同合金組成となる
ように配合した混合粉末（表１、ｆ）に実施例１と同様
に潤滑剤を添加し、実施例３と同様に圧粉成形し、速度
２℃／ｍｉｎ，１０℃／ｍｉｎで昇温し５７５℃で３０
ｍｉｎ保持して焼結した。この結果、昇温速度の違いに
より寸法変化の値が大きく異なった。また、比較例５で
は実施例３に比して、圧環強さが小さくなった。熱分析
装置による解析によれば、本発明の混合粉末（表１、
ａ）の圧粉体の昇温時には、およそ５００℃から液相発
生による吸熱反応が起こるのに対し、比較例５の場合に
は５１５℃にならないと液相発生が始まらないとの相違
が認められた。この結果、実施例では５００℃で生じる
Ｍｇを多く含む液相の効果により焼結材を大きく収縮さ
せる必要なしに、かなり良好な圧環強さを示す。これに
対し、比較例５の場合では高Ｍｇを含む液相は生じない
ので、実施例に比して粉末同士の結合が弱く、圧環強さ
が低い値となる。

【００４９】 −表４− 混 成形条件 焼結体諸性質 合 成形 圧粉 焼結 昇温 焼結 外径変化 圧環強さ＊ 粉 圧 密度 温度 速度 密度 ────────────────────────────────── 実施例 ａ 5 2.55 570 2 2.49 −0.13 40.0 ３ 2.56 575 2 2.50 −0.15 35.7 2.57 575 10 2.47 −0.24 43.8 ────────────────────────────────── 比較例 ｆ 5 2.58 575 2 2.53 −0.55 27.9 ５ 2.58 575 10 2.41 0.05 11.2 ────────────────────────────────── 単位 成形圧 ：ｔｆ／ｃｍ² 圧粉密度： ｇ／ｃｍ³ 昇温速度： ℃／ｍｉｎ 焼結密度： ｇ／ｃｍ³ 外径寸法変化：℃／ｍｉｎ 圧環強さ：ｋｇｆ／ｍｍ² ＊ Ｔ６処理後の値 焼結：昇温２℃／ｍｉｎ、窒素中（露点−４０℃以下）

【００５０】実施例４ 実施例１と同様の混合粉末（表１、ａ）を金型により成
形圧力５ｔｆ／ｃｍ²で圧粉成形し、ＪＩＳ Ｚ２５５
０−１９８３に規定された引張試験片形の圧粉体（長さ
９６．５ｍｍ）として、これを実施例１と同様に焼結温
度５７５℃で３０ｍｉｎ保持して焼結した。このアルミ
ニウム系焼結材の長さ方向の寸法変化は−０．１１％で
絶対値として低い値であった。この焼結材をＴ６処理す
ると引張強さ２２ｋｇｆ／ｍｍ² の良好な値を示した。

【００５１】実施例５ これまでの実施例と同様の混合粉末（表１、ａ）を、金
型により外径が８２ｍｍで厚さ８ｍｍ、内径側に特殊形
状の歯を有する自動車エンジンのオイルポンプ用部品の
形状に圧粉成形した。

【００５２】この圧粉成形は給粉末装置付きの連続プレ
スおよび金型を用い、成形圧力を３．７ｔｆ／ｃｍ² で
行った。これは、鉄系の焼結部品として実際に生産され
ている部品と同様の形状のものを、生産用金型およびプ
レスを用いて圧粉成形することを試みたものであり、こ
れにより正常に圧粉体が作製できることを確認した。こ
の圧粉体を実施例１と同様の方法で焼結温度５７５℃を
３０ｍｉｎ保持して焼結を行った。その結果得られたア
ルミニウム系焼結材は、焼結による外径寸法変化が平均
で−０．０１％とその絶対値が小さかった。

【００５３】この焼結材は、実施例１と同様にＴ４処
理、Ｔ６処理したところ、硬さ（ＨＲＢ）が各々３４，
４３とかなり高い値となった。更に本発明のアルミニウ
ム系焼結材は鉄系焼結部品の場合と同様のサイジング用
金型を用い、焼結後、溶体化処理、Ｔ４処理あるいはＴ
６処理後にサイジングすることにより高寸法精度の焼結
部品が製造可能であった。Ｔ４処理後、Ｔ６処理後にサ
イジングした同焼結材では硬さ（ＨＲＢ）は各々３８，
５５と高い値となった。

【００５４】

【発明の効果】以上詳細に説明し実施例に示したよう
に、本発明の製造方法により得られるアルミニウム系焼
結材は（１）焼結時の寸法変化が少なく、（２）良好な
機械的強さを持ち、高寸法精度を持つ軽量の機械部品と
して自動車、電子機器、事務機器などの広い用途に適す
るものであり、（３）１回の焼結によって上記性質の焼
結を得ることができる。したがって本発明法により安定
してかつ経済的にアルミニウム系焼結材を製造すること
ができる。さらに、（４）純アルミニウム粉末と第１〜
３の母合金粉末の混合粉末を組み合わせ、その構成比率
を変えることにより、焼結材の合金組成を容易に変更・
調整することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 隆志 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社ア ツギユニシア内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量分率で６０〜９５％の純アルミニウ
   ム系粉末と、重量分率で各１％以上のＡｌ−２８〜４０
   ％Ｃｕ系第１母合金粉末およびＡｌ−６〜２０％Ｍｇ系
   第２母合金粉末を含む混合粉末を部品形状に圧粉成形し
   た後、保護雰囲気中にて最終的に得られる焼結材の固相
   線以上の温度で焼結することを特徴とするアルミニウム
   焼結材の製造方法。
2. 【請求項２】 前記混合粉末が重量分率で１％以上のＡ
   ｌ−４〜３０％Ｓｉ系第３母合金粉末をさらに含むこと
   を特徴とする請求項１記載のアルミニウム焼結材の製造
   方法。
3. 【請求項３】 焼結温度を最終的な焼結材の合金組成に
   対応する固相線から、これより３０℃高い温度までの範
   囲とする請求項１または２記載のアルミニウム焼結材の
   製造方法。