JPH0699771B2

JPH0699771B2 - アルミニウム合金多孔質部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0699771B2
Application number: JP3018886A
Authority: JP
Inventors: 良一村樫; 治男椎名
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-02-14
Filing date: 1986-02-14
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2009-12-07
Also published as: JPS62188742A

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は、アルミニウム合金多孔質部材およびその製造
方法に関する。

（２）従来の技術従来、例えば摺動部材用構成材料としては、軽量で、優
れた耐摩耗性を有する高Siアルミニウム合金が用いられ
ている。

（３）発明が解決しようとする問題点前記アルミニウム合金は、本来鋳造用合金であって粗大
な初晶Siが晶出するため、改善処理を施して強度等を向
上させることが必要となるが、前記改善処理では初晶Si
の微細化に限度がある。

また前記アルミニウム合金は潤滑油との濡れ性が悪く、
苛酷な摺動条件の下で使用すると油膜が切れて焼付きを
起こす。そこで摺動面にラッピング、特殊エッチング処
理等を施して初晶Si粒子の周囲に凹部を形成し、その凹
部に潤滑油を滞留させるといった手段が採用されている
が、このような手段は技術的に難しく、量産性に乏し
い。

本発明は上記問題を解決し得る、摺動部材等に好適な前
記多孔質部材およびその製造方法を提供することを目的
とする。

B.発明の構成（１）問題点を解決するための手段本発明に係るアルミニウム合金多孔質部材は、10.0重量
％≦Si≦30.0重量％、3.0重量％≦Fe≦10.0重量％、0.8
重量％≦Cu≦7.5重量％、0.5重量％≦Mn≦5.0重量％、
0.5重量％≦Mg≦3.5重量％、および5.0重量％≦Zn≦15.
0重量％の各化学成分を含有するアルミニウム合金粉末
よりなる成形体のZnの一部を蒸発させたものであって、
気孔率が0.25％以上、75％以下に設定され、また微細な
初晶Siが分布していることを特徴とする。

また、本発明に係るアルミニウム合金多孔質部材の製造
方法は、10.0重量％≦Si≦30.0重量％、3.0重量％≦Fe
≦10.0重量％、0.8重量％≦Cu≦7.5重量％、0.5重量％
≦Mn≦5.0重量％、0.5重量％≦Mg≦3.5重量％、および
5.0重量％≦Zn≦15.0重量％の各化学成分を含有し、冷
却速度10²℃/sec以上の条件の下に製造されたアルミニ
ウム合金粉末を用いてビレットを圧粉成形する工程と；
ビレット温度300℃以上、450℃以下の条件の下に前記ビ
レットに熱間押出し加工を施して微細な初晶Siが分布す
る成形体を得る工程と；前記成形体を真空下で450℃以
上、500℃以下に保持することにより、該成形体の気孔
率が0.25％以上、7.5％以下になるようにZnの一部を蒸
発させる工程と；を用いることを特徴とする。

（２）作用前記多孔質部材は、微細な初晶Siが均一に分布した金属
組織を備え、また気孔率が0.25％以上、7.5％以下に設
定されているので、優れた機械的強度を有し、その上多
孔質部材を構成材料とする摺動部材等においてそれらに
要求される耐焼付き性等の諸特性を十分に具備するもの
である。

但し、気孔率が0.25％を下回ると、耐焼付き性等の諸特
性を期待することができず、一方気孔率が7.5％を上回
ると機械的強度が低下し、特に切欠き感度が鋭敏にな
る。

前記のように各化学成分およびその範囲を特定した理由
は以下の通りである。

Siは、耐摩耗性、ヤング率、強度および熱伝導率を向上
させ、また熱膨脹係数を低下する効果を有する。但し、
Siの含有量が10.0重量％を下回ると、前記効果が得られ
ず、一方、30.0重量％を上回ると熱間押出し加工におけ
る成形性が悪化し、成形体にクラックが発生するおそれ
がある。

Feは、高温強度およびヤング率を向上させる効果を有す
る。但し、Feの含有量が3.0重量％を下回ると高温強度
の向上を期待できず、一方、10.0重量％を上回ると熱間
押出し加工における成形が不可能となる。

Cuは、熱処理によりAlマトリックスを強化する効果を有
する。但し、Cuの含有量が0.8重量％を下回ると前記効
果が得られず、一方、7.5重量％を上回ると、熱間押出
し加工における成形性および耐応力腐食割れ特性が悪化
する。

Mnは、重要化学成分であり、特にFe≧４重量％の範囲に
おいて、高温強度および耐応力腐食割れ特性を改善し、
また熱間押出し加工における成形性を向上させる効果を
有する。但し、Mnの含有量が0.5重量％を下回ると前記
効果が得られず、一方、5.0重量％を上回ると前記成形
性が悪化する。

Mgは、Cuと同様に熱処理によりAlマトリックスを強化す
る効果を有する。但し、Mgの含有量が0.5重量％を下回
ると前記効果が得られず、一方、3.5重量％を上回る
と、熱間押出し加工における成形性および耐応力腐食割
れ特性が悪化する。

Znは、多孔質部材の気孔率を設定するための必須化学成
分であり、アルミニウム合金粉末のZn含有量を前記のよ
うに5.0重量％以上、15.0重量％以下に特定し、その粉
末よりなる成形体におけるZnの一部を蒸発させることに
よって気孔率を前記のように0.25％以上、7.5％以下に
設定することができる。

前記製造方法において、アルミニウム合金粉末の冷却速
度を前記のように10²℃/sec以上に特定することによ
り、前記合金粉末を急冷凝固させて初晶Siを微細化し、
その強度を向上させることができる。

また熱間押出し加工において、前記のようにビレット温
度を300℃以上、450℃以下に設定することにより、全体
に亘って微細で、且つ均一な金属組織を有する成形体を
スムーズに成形することができる。この熱間押出し加工
においても初晶Siの微細化が行われる。

さらに成形体を真空下で450℃以上、500℃以下に保持す
ることにより、その成形体に溶体化処理を施すと同時に
Znの一部を蒸発させてその気孔率を0.25％以上、7.5％
以下に設定することができる。

なお、前記合金粉末の冷却速度が10²℃/secを下回る
と、高剛性、高耐熱性を得るためにSi、Feを多量に含有
しているので粗大なAl−Si−Fe系金属間化合物が晶出
し、その金属間化合物が押出し加工後においても十分に
破壊されないので伸び、衝撃値が極端に低くなってい実
用に供し得ない。

また熱間押出し加工において、ビレット温度が300℃を
下回ると変形抵抗が大きくなって押出し加工が不可能に
なり、また脱水素ガス処理を十分に行うことができな
い。一方、450℃を上回ると組織の粗大化が進行して部
材の強度が低下する。

さらに成形体の、真空下における加熱温度が450℃を下
回ると、Znの蒸発が迅速に行われないため気孔の発生が
緩慢であると共に溶体化処理を同時に行うことができな
いので量産性が損なわれる。一方、500℃を上回ると、
液相を生じ易く強度低下の原因となる。

（３）実施例前記アルミニウム合金粉末の製造には、例えばエア噴霧
法が適用される。

また圧粉成形法としては、冷間静水圧プレス成形法（CI
P法）または金型圧縮成形法が適用される。

さらに熱間押出し加工法は直接押出し（前方押出し）お
よび間接押出し（後方押出し）の何れも適用可能であ
る。

さらにまた成形体としての焼結押出し材に時効処理を施
すことにより、残存するZnの、溶体化処理後における時
効効果促進作用により多孔質部材の強度を大幅に向上さ
せることができる。残存Znは時効後耐応力腐食割れ特性
に悪影響を及ぼすおそれがあるが、この点は前記Mnの含
有により補われているので、多孔質部材の耐応力腐食割
れ特性を何等損なうことはない。

前記時効処理としては、２段時効が最適であり、この場
合、１段目として125℃以上、130℃以下において５時間
以上、８時間以下の加熱処理が、また２段目として175
℃以上、185℃以下において８時間以上、12時間以下の
加熱処理がそれぞれ行われる。この２段時効処理によ
り、残存Znの存在に拘らず耐応力腐食割れ特性を大幅に
向上させることができる。

次に多孔質部材の製造方法について説明する。

表Ｉは実施例において用いられるアルミニウム合金Ｉ、
IIおよび比較例において用いられるアルミニウム合金II
I〜Ｖの組成を示す。

（ａ）表Ｉのアルミニウム合金I,IIを用いてエア噴霧法
を適用し、冷却速度10²〜10⁵℃/secの条件下で合金粉末
を製造した。この場合、冷却速度が10⁵℃/secを上回る
と設備の大型化を招き、また量産性が悪化する。

（ｂ）各合金粉末を用いて冷間静水圧プレス成形法また
は金型圧縮成形法を適用し、密度比75％の押出し加工用
ビレットを圧粉成形した。

冷間静水圧プレス成形法においては、ゴム製チューブ内
に合金粉末を入れ、1.5〜3.0ton/cm²の静水圧下で成形
を行い、また金型圧縮成形法においては、金型内に合金
粉末を入れ、常温大気中で1.5〜3.0ton/cm²の圧力下で
成形を行った。

（ｃ）各ビレットを炉内温度500℃の均熱炉内に設置し
てAr雰囲気にて４時間加熱し、各ビレットの水素ガス量
を２〜13cc/100g・Al程度まで除去すると共にビレット
の焼結を進行させた。

（ｄ）ビレット温度380℃、押出し比20で各ビレットに
押出し加工を施し、同時に各ビレットを焼結して焼結押
出し材を得た。

（ｅ）各焼結押出し材を真空炉内に設置し、炉内を10^-2
〜10^-5Torrに保って450〜490℃に２〜４時間加熱し、こ
れによりZnの一部を蒸発して気孔を発生させ、その後各
焼結押出し材を急冷した。

（ｆ）各焼結押出し材に、それを130℃で６時間加熱
し、次いで180℃で10時間加熱する２段時効処理を施し
た。

以上の各工程を経て実施例多孔質部材を得た。

比較のため前記表Ｉのアルミニウム合金III、IVを用い
て、前記同様に粉末の製造、ビレットの圧粉成形、ビレ
ットの加熱処理、熱間押出し加工および真空下での加熱
処理の各工程を経て比較例部材を得た。

表IIは、実施例多孔質部材および比較例部材の真空下に
おける加熱温度（450℃,490℃）および加熱時間（2,3,4
hr.）に対する気孔率の関係を示す。各実施例多孔質部
材Ia,IIaおよび各比較例部材IIIa,IVaは前記合金Ｉ〜IV
にそれぞれ対応する。

表IIより、各実施例多孔質部材Ia,IIaにおいてはZnの蒸
発による気孔率の上昇が明らかである。なお、各実施例
多孔質部材Ia、IIaの気孔は殆どZnの蒸発により生じる
ものであるが、前記気孔率には焼結体に不可避の僅かな
気孔も算入されている。

次に実施例多孔質部材Ia,IIaより引張り試験片を切出し
てそれらに引張り試験を施したところ表IIIの結果が得
られた。

表IIIから、実施例多孔質部材Ia,IIaは気孔率が高いに
も拘らず所定の強度を有し、例えば摺動部材として用い
た場合十分な耐久性を備えていることが判る。

さらに実施例多孔質部材Ia,IIa、比較例部材IIIa,IVaお
よび表Ｉのアルミニウム合金Ｖを用いた溶製比較例部材
Vaより直径70mmの円板状試験片を切出して次のような焼
付き試験を行った。

即ち、各試験片を5m/secの速度で回転させ、これにCuメ
ッキを施した縦5mm、横5mm、厚さ10mmの球状黒鉛鋳鉄製
相手材を押圧し、その押圧力を100kg/cm²から１分経過
毎に5kg/cm²の割合で増加させ、また潤滑油として温度9
0℃のエンジンオイルを500ml/min割合で摺動面に滴下
し、この状態下で焼付きを発生したときの面圧（kg/c
m²）を求めた。

表IVは、前記焼付き試験結果を示す。

表IVから明らかなように、実施例多孔質部材Ia,IIaはそ
の気孔に潤滑油が滞留されるので、潤滑特性に優れてい
る。

本発明において用いられるアルミニウム合金は前記のよ
うにZnを5.0重量％以上、15.0重量％以下含有している
が、前記真空下における加熱処理後はZnの含有量は1.2
重量％以上、12.0重量％以下に減少する。この場合、特
に靱性が要求される多孔質部材においてはZn残存量は1
0.0重量％以下がよく、後の時効処理による強化を考慮
するとZn残存量は2.0重量％以上が好ましい。

前記熱間押出し加工前における加熱処理温度は430〜520
℃が好ましい。その温度が430℃を下回ると脱ガス効果
が少ないので部材の強度低下を来たし、また焼結も十分
に進行せず、一方、520℃を上回ると液相を生じて部材
の強度低下を来たすので粉末製造時急冷凝固法を採用し
た意義が失われる。

また熱間押出し加工における押出し比は５以上、35以下
が望ましい。押出し比が５を下回ると強度のばらつきが
発生し、一方、35を上回ると、変形抵抗が大きくなり、
成形性が悪化して量産性が損なわれる。

本発明に係る多孔質部材は、その気孔による潤滑油滞留
効果を狙ったシリンダスリーブ等の摺動部材、内周面に
開口する気孔による消音効果を狙った消音器、気孔の連
続性を利用したフイルタ等の構成材料として適用可能で
ある。

C.発明の効果本発明に係る前記多孔質部材は、微細な初晶Siが均一に
分布した金属組織を備え、また気孔率が0.25％以上、7.
5％以下に設定されているので、優れた機械的強度を有
し、その上多孔質部材を構成材料とする摺動部材等にお
いて、それらに要求される耐焼付き性等の諸特性を十分
に具備するものである。

また本発明に係る前記製造方法によれば、前記多孔質部
材を安価に量産することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】10.0重量％ ≦Si≦30.0重量％ 3.0重量％ ≦Fe≦10.0重量％ 0.8重量％ ≦Cu≦ 7.5重量％ 0.5重量％ ≦Mn≦ 5.0重量％ 0.5重量％ ≦Mg≦ 3.5重量％ 5.0重量％ ≦Zn≦15.0重量％上記範囲の各化学成分を含有するアルミニウム合金粉末
よりなる成形体のZnの一部を蒸発させたものであって、
気孔率が0.25％以上、7.5％以下に設定され、また微細
な初晶Siが分布していることを特徴とするアルミニウム
合金多孔質部材。
【請求項２】10.0重量％ ≦Si≦30.0重量％ 3.0重量％ ≦Fe≦10.0重量％ 0.8重量％ ≦Cu≦ 7.5重量％ 0.5重量％ ≦Mn≦ 5.0重量％ 0.5重量％ ≦Mg≦ 3.5重量％ 5.0重量％ ≦Zn≦15.0重量％上記範囲の各化学成分を含有し、冷却速度10²℃/sec以
上の条件の下に製造されたアルミニウム合金粉末を用い
てビレットを圧粉成形する工程と；ビレット温度300℃
以上、450℃以下の条件の下に前記ビレットに熱間押出
し加工を施して微細な初晶Siが分布する成形体を得る工
程と；前記成形体を真空下で450℃以上、500℃以下に保
持することにより、該成形体の気孔率が0.25％以上、7.
5％以下になるようにZnの一部を蒸発させる工程と；を
用いることを特徴とするアルミニウム合金多孔質部材の
製造方法。