JPH0623416B2 - 耐摩耗性アルミニウム複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、アルミニウムを成分とする軽量の耐摩耗性
複合材料およびその製造方法の改良に関する。

［従来の技術］ アルミニウムは、軽量であるが、硬度が比較的低いた
め、種々の元素を添加することにより、強度を向上し、
それによって軽量性を生かした耐摩耗性アルミニウム材
料が種々提案されている。この種の耐摩耗性アルミニウ
ム材料としては、Ｓｉを共晶や過共晶組成の状態で多量
に添加されいるアルミニウム合金や、ＣｕおよびＭｇな
どが添加されたアルミニウム合金が公知である。これら
のアルミニウム合金は、たとえば「Ａｌ−ある」（１９
８４年７月号，第２５頁）に開示されている。

他方、ＳｉＣなどの炭化物を複合させたアルミニウム複
合材料も、「自動車技術」（第３７巻，第８号，１９８
３年，第８４４頁）に開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、前者すなわちＳｉ，ＣｕあるいはＭｇな
どを添加したアルミニウム合金では、耐摩耗性の向上が
十分でないという問題があった。

また、ＳｉＣなどの炭化物繊維を複合させたアルミニウ
ム複合材料では、該繊維とアルミニウムとの間の濡れ性
が良好でないため、予め混入される繊維の表面を前処理
しておかなかればならない。また、この種の強化繊維は
比較的高価格でもあり、そのためＳｉＣなどの炭化物繊
維を複合させてなるアルミニウム複合材料も、工業的な
利用はほとんど進んでいない。

それゆえに、この発明の目的は、上述の問題点を解消
し、十分な耐摩耗性を有し、かつ安価に製造することが
可能な耐摩耗性アルミニウム複合材料およびその製造方
法を提供することにある。

問題点を解決するための手段］ 本願発明者は、上述の問題点を鋭意検討した結果、Ｎｉ
を主成分とする粒子もしくは繊維をアルミニウムもしく
はアルミニウム合金中に分散させ、かつ分散粒子もしく
は分散された繊維の表面にＡｌとの金属間化合物を形成
すれば、十分な耐摩耗性を有し、かつ軽量のアルミニウ
ム複合材料を得ることを見出した。すなわち、本願発明
のうち第１の発明は、ＡｌもしくはＡｌを主成分とする
合金中にＮｉを主成分とする粒子もしくは繊維が分散さ
れており、かつ該粒子もしくは繊維の少なくともの一部
が、ＡｌとＮｉとを主成分とする金属間化合物とされち
る、耐摩耗性アルミニウム複合材料であり、第２の発明
は、溶融アルミニウムもしくは溶融アルミニウム合金に
Ｎｉを主成分とする粒子もしくは繊維を混合し、凝固さ
せ、しかる後熱処理を行うことを特徴とする、上記耐摩
耗性アルミニウム複合材料の製造方法である。

本願発明の製造方法において、溶融アルミニウム合金
に、Ｎｉを主成分とする粒子もしくは繊維を混合させ、
凝固させるに際しては、該Ｎｉを主成分とする粒子もし
くは繊維の分散状態は、Ａｌ合金の固相と液相とが共存
し得る領域で決定され得る。

なお、第１図は、この発明により得られる耐摩耗性アル
ミニウム複合材料の拡大断面図を示し、１がＡｌ合金マ
トリックス、２がＮｉ粒子、３は金属間化合物を示す。

［作用］ この発明では、アルミニウムマトリクス中に分散されて
いるＮｉ粒子もしくは繊維の表面にＡｌとの間で金属間
化合物が形成されるので、Ｎｉ粒子もしくは繊維は前処
理を施さずともＡｌと強固に接合されている。

［実施例の説明］ 実施例 １ 第２図に示すように、底面に貫通孔１０，１０…が形成
された容器１１内に、粒径０．２mmのＮｉ粒子を入れ、
しかる後ＥＣアルミニウムの溶湯を該容器１１内に注ぎ
込んだ。次に、加圧プレート１２を矢印Ｘ方向に移動さ
せることにより、加圧し、凝固させた。得られた板状体
１３では、第２図から明らかなように、下方部分にＮｉ
粒子１４が分布されていた。

上述のようにして得られた板状体１３を５２０℃の温度
に２時間加熱した後、水焼入れを行ない、さらに１７０
℃の温度で８時間焼鈍した。このようにして得られたア
ルミニウム複合材料を観察したところ、ＡｌとＮｉとの
反応による金属間化合物が、Ｎｉ粒子の表面に形成され
ているのが認められた。この金属間化合物は、上述した
加熱処理により生じるものであると考えらえる。

上記板状体１３中に形成されていた金属間化合物層の硬
度を試験したところ、マイクロビッカース硬度は５００
〜７００の値を示した。したがって、この金属間化合物
層の硬度はかなり高いことがわかる。

上述のようにして得られたアルミニウム複合材料の下面
すなわちＮｉ粒子が多く分布した側の面を、大越式摩耗
試験機で試験したところ、従来のＥＣアルミニウム鋳物
と比べて、摩耗量は約１／１５であることが確められ
た。また、熱伝導性および電気伝導性についても試験し
たところ、この実施例のアルミニウム複合材料は、従来
のＥＣアルミニウム鋳物に比べてかわり高い熱伝導性お
よび電気伝導性を示すことがわかった。

実施例 ２ Ａｌ−５．６％Ｃｕ合金の溶湯中に、直径約０．１mm、
長さ約３mmのＮｉ−３０％Ｃｒ合金の単繊維を５体積％
投入し、撹拌し、Ａｌ合金の固相と液相とが共存する状
態まで撹拌を続けた。しかる後、Ｎｉ−３０％Ｃｒ合金
の短繊維が均一に分布した状態で凝固を完了させた。こ
のようにして得られた部材を、５４０℃の温度にて２時
間保持した後、水焼入れし、しかる後１８０℃の温度で
１０時間加熱処理を施した。

上述のようにして得られたこの実施例のアルミニウム複
合材料を用いて、実施例１と同様に摩耗試験を行なっ
た。比較のために、同一組成のアルミニウム合金すなわ
ちＡｌ−５．６％Ｃｕ合金についても摩耗試験を行なっ
た。その結果、この実施例のアルミニウム複合材料の摩
耗量は比較例に比べて約１／１０であった。

次に、この実施例のアルミニウム複合材料を切断加工し
て、コンプレッサのベーン材として使用したところ、軽
量であり、かつ耐摩耗性が良好であるため耐久性に優れ
たベーン材であることが確められた。

［発明の効果］ この発明によれば、Ａｌ中もしくはＡｌを主成分とする
合金中に、Ｎｉを主成分とする粒子もしくは繊維が分散
されており、かつ該粒子もしくは繊維の少なくとも一部
がＡｌとＮｉとを主成分とする金属間化合物とされてお
り、該金属間化合物はそれ自身硬度が高く、またマトリ
ックス金属であるＡｌと強固に接合しているものである
ため、十分な耐摩耗性を有するアルミニウム複合材料を
得ることが可能となる。また、Ａｌ合金マトリックス
に、少量のＮｉを添加することにより耐摩耗性を大幅に
改善し得るものであるため、Ｎｉ濃度の高い合金とすぜ
とも耐摩耗性を向上させることができ、したがって良好
な電気伝導性および熱伝導性をも兼備えた耐摩耗性アル
ミニウム複合材料を得ることができる。また、この発明
の製造方法では、ＮｉとＡｌとの金属間化合物は熱処理
により形成されるものであるため、強化物質たるＮｉ粒
子もしくは繊維に特別な前処理は必要としない。よっ
て、十分な耐摩耗性を有するアルミニウム複合材料を安
価に製造し得ることも可能となる。

この発明は、実施例の項で例示した軸受およびコンプレ
ッサのベーンに限らず、回転摺動部材および歯車等の様
々な耐摩耗性の要求される部材一般に利用し得るもので
あることを指摘しておく。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明における金属間化合物の形成状態を
説明するための拡大断面図である。第２図は、この発明
の一実施例を説明するための断面図であり、Ａｌ溶湯を
加圧成型する仮定を示す図である。 図において、１はＡｌ合金マトリックス、２はＮｉ粒
子、３は金属間化合物を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金中
   に、Ｎｉを主成分とする粒子もしくは繊維が分散されて
   おり、かつ前記粒子もしくは繊維の少なくとも一部が、
   ＡｌとＮｉとを主成分とする金属間化合物とされてい
   る、耐摩耗性アルミニウム複合材料。
2. 【請求項２】溶融アルミニウムもしくは溶融アルミニウ
   ム合金にＮｉを主成分とする粒子もしくは繊維を混合し
   凝固させ、しかる後熱処理を行なうことにより、Ａｌも
   しくはＡｌを主成分とする合金中に、Ｎｉを主成分とす
   る粒子もしくは繊維が分散されており、かつ前記粒子も
   しくは繊維の少なくとも一部がＡｌとＮｉとを主成分と
   する金属間化合物とされている、耐摩耗性アルミニウム
   複合材料の製造方法。
3. 【請求項３】アルミニウム合金の固相と液相とが共存す
   る状態で、前記Ｎｉを主成分とする粒子もしくは繊維の
   分散状態が決定される、特許請求の範囲第２項記載の耐
   摩耗性アルミニウム複合材料の製造方法。