JPH1036983A - 摺動材料 - Google Patents
摺動材料Info
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- JPH1036983A JPH1036983A JP19364496A JP19364496A JPH1036983A JP H1036983 A JPH1036983 A JP H1036983A JP 19364496 A JP19364496 A JP 19364496A JP 19364496 A JP19364496 A JP 19364496A JP H1036983 A JPH1036983 A JP H1036983A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ａｌ合金、とくにＡｌ−Ｓｉ系合金の耐摩耗
性をさらに向上させ、Ａｌ−Ｓｉ系合金の有する他の金
属材料と比べ優れている軽量性、熱伝導性、加工性、コ
ストの利点を生かし摺動材料（耐摩耗性部品）としての
適用の拡大を図るものである。 【解決手段】 粉末冶金により、急冷凝固粉末より作っ
たＡｌ−Ｓｉ系粒合金の表面を平滑に加工した後に、Ａ
ｌ合金部２をエッチングによりＳｉ粒だけを突き出した
面を摺動面とした。
性をさらに向上させ、Ａｌ−Ｓｉ系合金の有する他の金
属材料と比べ優れている軽量性、熱伝導性、加工性、コ
ストの利点を生かし摺動材料（耐摩耗性部品）としての
適用の拡大を図るものである。 【解決手段】 粉末冶金により、急冷凝固粉末より作っ
たＡｌ−Ｓｉ系粒合金の表面を平滑に加工した後に、Ａ
ｌ合金部２をエッチングによりＳｉ粒だけを突き出した
面を摺動面とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は摺動材料に係り、耐
摩耗性アルミ合金であるアルミニウム−シリコン系合金
の耐摩耗性をさらに向上させた摺動材料に関するもので
ある。
摩耗性アルミ合金であるアルミニウム−シリコン系合金
の耐摩耗性をさらに向上させた摺動材料に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、アルミニウム（Ａｌ）合金は軽量
で適度な強度を有し、耐食性や加工性に優れ幅広い分野
で用いられている。その中でも、シリコン（Ｓｉ）を添
加したアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）系合金
は、耐摩耗性Ａｌ合金として知られ、近年、その合金組
成や製造方法の開発が積極的に進められた。そして、ピ
ストン等の自動車部品、ＶＴＲシリンダ、ＯＡ部品、油
圧部品などに用いられるようになってきている。
で適度な強度を有し、耐食性や加工性に優れ幅広い分野
で用いられている。その中でも、シリコン（Ｓｉ）を添
加したアルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）系合金
は、耐摩耗性Ａｌ合金として知られ、近年、その合金組
成や製造方法の開発が積極的に進められた。そして、ピ
ストン等の自動車部品、ＶＴＲシリンダ、ＯＡ部品、油
圧部品などに用いられるようになってきている。
【０００３】特に、その製造方法の開発では、従来の溶
解鋳造法により製造したＡｌ合金では、その特性に限界
があり、大幅な改良は困難であったが、急冷凝固法によ
り作ったＡｌ合金粉末から粉末冶金法により製造するＡ
ｌ合金はその特性が大きく向上した。
解鋳造法により製造したＡｌ合金では、その特性に限界
があり、大幅な改良は困難であったが、急冷凝固法によ
り作ったＡｌ合金粉末から粉末冶金法により製造するＡ
ｌ合金はその特性が大きく向上した。
【０００４】すなわち、従来、Ｓｉを添加した場合、溶
解鋳造法による過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は大きな初晶Ｓｉ
粒を有するため、熱間加工性や切削加工性が劣り、Ｓｉ
添加量に大きな制約を生じていた。
解鋳造法による過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金は大きな初晶Ｓｉ
粒を有するため、熱間加工性や切削加工性が劣り、Ｓｉ
添加量に大きな制約を生じていた。
【０００５】これに対し、急冷凝固法でＡｌ合金を溶融
状態から急速に凝固させ微細な均一組織からなる粉末を
作り、そしてその粉末を用いた粉末合金でのＡｌ−Ｓｉ
系合金では初晶Ｓｉが微細に均一分散するため、熱間
（押し出し）加工が容易で切削性も良好となるばかりで
なく、粉末冶金の特徴であるＳｉ添加量を任意に選ぶこ
とができ、他元素（金属や無機物）の添加も容易であ
る。
状態から急速に凝固させ微細な均一組織からなる粉末を
作り、そしてその粉末を用いた粉末合金でのＡｌ−Ｓｉ
系合金では初晶Ｓｉが微細に均一分散するため、熱間
（押し出し）加工が容易で切削性も良好となるばかりで
なく、粉末冶金の特徴であるＳｉ添加量を任意に選ぶこ
とができ、他元素（金属や無機物）の添加も容易であ
る。
【０００６】以上の特徴から粉末合金Ａｌ−Ｓｉ系合金
は低熱膨張率、高強度、耐熱性さらに耐摩耗性も注目さ
れている。
は低熱膨張率、高強度、耐熱性さらに耐摩耗性も注目さ
れている。
【０００７】しかしながら、粉末冶金により作ったＡｌ
−Ｓｉ系合金でも基本的にはＡｌを主成分とするため、
比較的軟かいＡｌは摩耗し易く、そして、摩耗したＡｌ
の摩耗粉はＡｌ合金部と容易に凝着を起こし摩耗はさら
に進み、最終的に致命的な摩耗となり易いと言わざるを
得ない。
−Ｓｉ系合金でも基本的にはＡｌを主成分とするため、
比較的軟かいＡｌは摩耗し易く、そして、摩耗したＡｌ
の摩耗粉はＡｌ合金部と容易に凝着を起こし摩耗はさら
に進み、最終的に致命的な摩耗となり易いと言わざるを
得ない。
【０００８】そのため、Ａｌ合金の有する軽量性、熱伝
導性、加工性、リサイクル性、コストの特徴を最大限生
かしながら、様々な工夫を行い耐摩耗性部品としての適
用が検討されていた。
導性、加工性、リサイクル性、コストの特徴を最大限生
かしながら、様々な工夫を行い耐摩耗性部品としての適
用が検討されていた。
【０００９】例えば、耐摩耗表面処理として陽極酸化処
理、溶射、めっき、イオンプレーティングなどで様々に
Ａｌ合金の耐摩耗性向上のための検討が行なわれてい
る。また、例えば米国特許Ｒｅ．２７，０８１のよう
に、鋳造Ａｌ−Ｓｉ系合金（過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金）
の表面のＡｌを優先的に除去してＳｉ粒子を表面上に突
出させて耐摩耗性を良くする表面処理なども提案されて
いた。
理、溶射、めっき、イオンプレーティングなどで様々に
Ａｌ合金の耐摩耗性向上のための検討が行なわれてい
る。また、例えば米国特許Ｒｅ．２７，０８１のよう
に、鋳造Ａｌ−Ｓｉ系合金（過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金）
の表面のＡｌを優先的に除去してＳｉ粒子を表面上に突
出させて耐摩耗性を良くする表面処理なども提案されて
いた。
【００１０】しかし、通常の溶解鋳造法で耐摩耗性を高
める為に、２０％を越えるＳｉを添加した合金を作成
し、これに表面処理を実施しようとした場合、融点の上
昇による溶解水素量の増加の結果、凝固後に発生するピ
ンホールや初晶Ｓｉの粗大化を防ぐＰ（燐）及び凝固速
度の低下から粗大となるＣｕ，Ｍｇの晶出物が、Ａｌ合
金を均一に除去する表面処理を困難にして、良好な摺動
面を得ることが出来ない。
める為に、２０％を越えるＳｉを添加した合金を作成
し、これに表面処理を実施しようとした場合、融点の上
昇による溶解水素量の増加の結果、凝固後に発生するピ
ンホールや初晶Ｓｉの粗大化を防ぐＰ（燐）及び凝固速
度の低下から粗大となるＣｕ，Ｍｇの晶出物が、Ａｌ合
金を均一に除去する表面処理を困難にして、良好な摺動
面を得ることが出来ない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本出願に係る発明の目
的は、Ａｌ合金、とくにＡｌ−Ｓｉ系合金の耐摩耗性を
さらに向上させ、Ａｌ−Ｓｉ系合金の有する他の金属材
料と比べ優れている軽量性、熱伝導性、加工性、コスト
の利点を生かし摺動材料（耐摩耗性部品）としての適用
の拡大を図ろうとするものである。
的は、Ａｌ合金、とくにＡｌ−Ｓｉ系合金の耐摩耗性を
さらに向上させ、Ａｌ−Ｓｉ系合金の有する他の金属材
料と比べ優れている軽量性、熱伝導性、加工性、コスト
の利点を生かし摺動材料（耐摩耗性部品）としての適用
の拡大を図ろうとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】このような目的のために
本出願に係る第１の発明は、粉末冶金により、急冷凝固
粉末より作ったＡｌ−Ｓｉ粒合金の表面を平滑に加工し
た後に、Ａｌ合金部をエッチングによりＳｉ粒だけを突
き出した面を摺動面としたことを特徴とする摺動材料に
ある。
本出願に係る第１の発明は、粉末冶金により、急冷凝固
粉末より作ったＡｌ−Ｓｉ粒合金の表面を平滑に加工し
た後に、Ａｌ合金部をエッチングによりＳｉ粒だけを突
き出した面を摺動面としたことを特徴とする摺動材料に
ある。
【００１３】このような目的のために本出願に係る第２
の発明は、上記した第１の発明のＡｌ合金部を表面から
０．２〜２μｍ以下除去した。
の発明は、上記した第１の発明のＡｌ合金部を表面から
０．２〜２μｍ以下除去した。
【００１４】このような目的のために本出願に係る第３
の発明は、上記した第１、第２または第３の発明におけ
るエッチング処理するＡｌ−Ｓｉ系合金は、平均Ｓｉ粒
径２μｍ〜６μｍとした。
の発明は、上記した第１、第２または第３の発明におけ
るエッチング処理するＡｌ−Ｓｉ系合金は、平均Ｓｉ粒
径２μｍ〜６μｍとした。
【００１５】このような目的のために本出願に係る第４
の発明は、上記した第１、第２、第３の発明において、
Ｓｉが２０〜４０ｗｔ％含まれている。
の発明は、上記した第１、第２、第３の発明において、
Ｓｉが２０〜４０ｗｔ％含まれている。
【００１６】このような目的のために本出願に係る第５
の発明は、上記した第１、第２、第３、第４の発明にお
いて、Ａｌ合金部はＣｕ，Ｍｇが添加されている。
の発明は、上記した第１、第２、第３、第４の発明にお
いて、Ａｌ合金部はＣｕ，Ｍｇが添加されている。
【００１７】このような目的のために本出願に係る第６
の発明は、上記した第５の発明において、Ａｌ合金部に
Ｆｅ，Ｎｉまたは無機物が添加されている。
の発明は、上記した第５の発明において、Ａｌ合金部に
Ｆｅ，Ｎｉまたは無機物が添加されている。
【００１８】このような目的のために本出願に係る第７
の発明は、上記した第１、第２、第３、第４、第５、第
６の発明において、Ａｌ−Ｓｉ系合金の酸素含有量が
０．１重量％以下、水素含有量が０．７ｃｍ3 ／１００
ｇＡｌ以下である。
の発明は、上記した第１、第２、第３、第４、第５、第
６の発明において、Ａｌ−Ｓｉ系合金の酸素含有量が
０．１重量％以下、水素含有量が０．７ｃｍ3 ／１００
ｇＡｌ以下である。
【００１９】このような目的のために、本出願に係る第
８の発明は、上記した第７の発明において、Ａｌ−Ｓｉ
系合金がスプレーフォーミング法により作ったものであ
る。このようにして作ったＡｌ−Ｓｉ系合金の摩擦摺動
面は表面に硬いＳｉ粒子がありＡｌ合金部の摩耗が起き
にくく、耐摩耗性が向上し、良好な摩擦摺動面を提供す
ることができ、摩擦摺動材としてのＡｌ−Ｓｉ系合金の
適用の範囲の拡大が可能となる。
８の発明は、上記した第７の発明において、Ａｌ−Ｓｉ
系合金がスプレーフォーミング法により作ったものであ
る。このようにして作ったＡｌ−Ｓｉ系合金の摩擦摺動
面は表面に硬いＳｉ粒子がありＡｌ合金部の摩耗が起き
にくく、耐摩耗性が向上し、良好な摩擦摺動面を提供す
ることができ、摩擦摺動材としてのＡｌ−Ｓｉ系合金の
適用の範囲の拡大が可能となる。
【００２０】
【実施例】摺動材料としての評価をリング−ディスク式
の摩耗試験機を用いて行い、評価の対象となる試料は、
試料１として、代表的なアルミ合金であるＡｌ−Ｍｇ合
金（Ａ５０５６）を用いた。
の摩耗試験機を用いて行い、評価の対象となる試料は、
試料１として、代表的なアルミ合金であるＡｌ−Ｍｇ合
金（Ａ５０５６）を用いた。
【００２１】また、試料２〜試料４としては、エアーア
トマイズ法で急冷凝固されたＡｌ−Ｓｉ系合金粉末を熱
間押出により固化させたＡｌ−Ｓｉ系合金でそれぞれＳ
ｉ量が２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、４０ｗｔ％であって、
銅、マグネシウムが添加され、残部をＡｌとしたもの
（試料２：Ａｌ−２０Ｓｉ−４Ｃｕ−１．５Ｍｇ、試料
３：Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−０．５Ｍｇ、試料４：Ａ
ｌ−４０Ｓｉ−３Ｃｕ）を用いた。
トマイズ法で急冷凝固されたＡｌ−Ｓｉ系合金粉末を熱
間押出により固化させたＡｌ−Ｓｉ系合金でそれぞれＳ
ｉ量が２０ｗｔ％、３０ｗｔ％、４０ｗｔ％であって、
銅、マグネシウムが添加され、残部をＡｌとしたもの
（試料２：Ａｌ−２０Ｓｉ−４Ｃｕ−１．５Ｍｇ、試料
３：Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−０．５Ｍｇ、試料４：Ａ
ｌ−４０Ｓｉ−３Ｃｕ）を用いた。
【００２２】一方、評価試験を行うためのリング−ディ
スク式の摩耗試験機のリングの寸法は、外径（φ）が２
５．６ｍｍ、内径（φ）が２０ｍｍで、高さが１５ｍｍ
の円筒状であり、ディスクの寸法は外径（φ）が４０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの円盤状であり、両者（前記リングと
前記ディスク）を接触させ、前記ディスクを固定して前
記リングに１０ｋｇｆの加圧を加え、毎分１００回転で
無潤滑、すなわちドライの状態で回転させ試験を行っ
た。
スク式の摩耗試験機のリングの寸法は、外径（φ）が２
５．６ｍｍ、内径（φ）が２０ｍｍで、高さが１５ｍｍ
の円筒状であり、ディスクの寸法は外径（φ）が４０ｍ
ｍ、厚さが５ｍｍの円盤状であり、両者（前記リングと
前記ディスク）を接触させ、前記ディスクを固定して前
記リングに１０ｋｇｆの加圧を加え、毎分１００回転で
無潤滑、すなわちドライの状態で回転させ試験を行っ
た。
【００２３】評価する試料１〜試料４は前記のリング形
状に加工し、前記ディスクとの接触面（摺動面）はあら
かじめ表面粗さを０．５μｍに仕上げた。
状に加工し、前記ディスクとの接触面（摺動面）はあら
かじめ表面粗さを０．５μｍに仕上げた。
【００２４】また、相手側の前記ディスクも前記ディス
クの形状に鋼を加工し、その表面に相手材として厚さ
０．５ｍｍのポリイミドを含有したフッ素樹脂（四フッ
化エチレン樹脂）のシートを同じ直径に加工し、表面を
できるだけ均一に加圧してディスクに接着剤ではり付
け、摺動面を酸化クロムのラッピングシートで研摩し、
表面粗さを０．５μｍに仕上げた。
クの形状に鋼を加工し、その表面に相手材として厚さ
０．５ｍｍのポリイミドを含有したフッ素樹脂（四フッ
化エチレン樹脂）のシートを同じ直径に加工し、表面を
できるだけ均一に加圧してディスクに接着剤ではり付
け、摺動面を酸化クロムのラッピングシートで研摩し、
表面粗さを０．５μｍに仕上げた。
【００２５】試験は、通常各々の試料の試験時間とその
摩耗量を測定することが行なわれているが、単純に摩耗
量を測定するだけではＡｌ合金の摩耗現象を明らかにす
ることはできないので、一定時間試験後の摺動面を光学
顕微鏡や電子顕微鏡を使って観察し、その表面がどのよ
うに変化するのか観察することを中心に行った。
摩耗量を測定することが行なわれているが、単純に摩耗
量を測定するだけではＡｌ合金の摩耗現象を明らかにす
ることはできないので、一定時間試験後の摺動面を光学
顕微鏡や電子顕微鏡を使って観察し、その表面がどのよ
うに変化するのか観察することを中心に行った。
【００２６】試験の結果は以下の通りであった。
【００２７】試料１であるＡｌ−Ｍｇ合金は、試験開始
１０分後で表面には既に多数の傷が摺動面全面に生じ、
摩耗したＡｌ粉が相手の樹脂材にも付着し、一部は樹脂
材表面上で凝集し固りとなってみえた。さらに試験を続
けると、開始後３０分でＡｌ−Ｍｇ合金の摺動面は深さ
０．５μｍ〜２μｍの凹凸があり、全面摩耗を呈した。
１０分後で表面には既に多数の傷が摺動面全面に生じ、
摩耗したＡｌ粉が相手の樹脂材にも付着し、一部は樹脂
材表面上で凝集し固りとなってみえた。さらに試験を続
けると、開始後３０分でＡｌ−Ｍｇ合金の摺動面は深さ
０．５μｍ〜２μｍの凹凸があり、全面摩耗を呈した。
【００２８】試料３であるＳｉ３０ｗｔ％含有のＡｌ−
Ｓｉ系合金（Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−０．５Ｍｇ）で
は、試験開始３０分後でも表面に傷は多少あるものの大
きな深さにはなっておらず良好の様に思われ、さらに試
験を続け開始後６０分後にはその表面には明らかな特徴
すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系合金のうちＳｉ粒子を残してＡ
ｌ合金部が深さサブμｍ〜１μｍ程度削られている状態
であることがわかった。
Ｓｉ系合金（Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−０．５Ｍｇ）で
は、試験開始３０分後でも表面に傷は多少あるものの大
きな深さにはなっておらず良好の様に思われ、さらに試
験を続け開始後６０分後にはその表面には明らかな特徴
すなわち、Ａｌ−Ｓｉ系合金のうちＳｉ粒子を残してＡ
ｌ合金部が深さサブμｍ〜１μｍ程度削られている状態
であることがわかった。
【００２９】そして、突き出したＳｉ粒子の形状が明瞭
に観察できた。また、相手材の樹脂を主成分とする薄い
膜がその表面にほぼ全面にわたり付着していることがわ
かった。但し一部には幅１０μｍ〜３０μｍのＳｉ粒子
の削れたり、脱落した傷もみられた。
に観察できた。また、相手材の樹脂を主成分とする薄い
膜がその表面にほぼ全面にわたり付着していることがわ
かった。但し一部には幅１０μｍ〜３０μｍのＳｉ粒子
の削れたり、脱落した傷もみられた。
【００３０】そして、試験開始後９０分後には、Ａｌ−
Ｓｉ系合金の表面に生じた傷は徐々に拡大し大きくなる
とともに深さを増し、また相手材の樹脂の摺動面は黒色
化し、ＡｌとＳｉ粒子の摩耗粉が除々に樹脂へ付着して
いた。
Ｓｉ系合金の表面に生じた傷は徐々に拡大し大きくなる
とともに深さを増し、また相手材の樹脂の摺動面は黒色
化し、ＡｌとＳｉ粒子の摩耗粉が除々に樹脂へ付着して
いた。
【００３１】さらに試験開始後１２０分後には試料１と
同様に摺動面全面にわたりＡｌ−Ｓｉ系合金の深さ０．
５〜２μｍ程度の摩耗が生じ、Ａｌ合金とＳｉ粒子との
区別もわからない状態となった。
同様に摺動面全面にわたりＡｌ−Ｓｉ系合金の深さ０．
５〜２μｍ程度の摩耗が生じ、Ａｌ合金とＳｉ粒子との
区別もわからない状態となった。
【００３２】この結果、Ａｌ−Ｓｉ系合金は通常のＡｌ
合金より耐摩耗性は良いものの、本試験条件ではＡｌ合
金の摩耗が原因で充分な耐摩耗性を有してはいないと判
断できる。
合金より耐摩耗性は良いものの、本試験条件ではＡｌ合
金の摩耗が原因で充分な耐摩耗性を有してはいないと判
断できる。
【００３３】また、試料２〜試料４であるＳｉ量２０〜
４０ｗｔ％の違いをみると、Ｓｉ量が多いほど前述の摩
耗が時間的に遅れるようであるが、時間の差はあるもの
の結果として同様になった。
４０ｗｔ％の違いをみると、Ｓｉ量が多いほど前述の摩
耗が時間的に遅れるようであるが、時間の差はあるもの
の結果として同様になった。
【００３４】そこでＡｌ−Ｓｉ系合金の摩耗形態を試験
開始から見直し改善案を検討することとした。
開始から見直し改善案を検討することとした。
【００３５】そこで、次に評価したＡｌ−Ｓｉ系合金は
耐摩耗性の改善を次の様に考え実施した。
耐摩耗性の改善を次の様に考え実施した。
【００３６】Ｓｉ粒子を残してＡｌ合金部がまず初めに
削れるという事実から、前述の従来例にあるように、予
め意図的なＡｌ合金部の除去を検討した。従来例で示し
た過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の場合には、Ｓｉ粒径が平均
でも２０μｍ〜３０μｍはあるため、エッチング処理は
荒加工後、Ａｌ合金部を数μｍ〜１０μｍ程度除去し、
最終的に仕上げ加工を行うことは簡単であると思われる
が、今回使用したＡｌ−Ｓｉ系合金のＳｉ粒径は平均で
２μｍ〜６μｍ程度しかなく、例えばＡｌ合金部を過度
にエッチング処理すると、逆に硬いＳｉ粒の脱落も引き
起こし、却って耐摩耗性を悪くしてしまうことになる。
削れるという事実から、前述の従来例にあるように、予
め意図的なＡｌ合金部の除去を検討した。従来例で示し
た過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金の場合には、Ｓｉ粒径が平均
でも２０μｍ〜３０μｍはあるため、エッチング処理は
荒加工後、Ａｌ合金部を数μｍ〜１０μｍ程度除去し、
最終的に仕上げ加工を行うことは簡単であると思われる
が、今回使用したＡｌ−Ｓｉ系合金のＳｉ粒径は平均で
２μｍ〜６μｍ程度しかなく、例えばＡｌ合金部を過度
にエッチング処理すると、逆に硬いＳｉ粒の脱落も引き
起こし、却って耐摩耗性を悪くしてしまうことになる。
【００３７】そこで、エッチング処理は厳密な管理のも
とで行い、Ａｌ合金部を除去する方法について以下のよ
うな検討を行った。
とで行い、Ａｌ合金部を除去する方法について以下のよ
うな検討を行った。
【００３８】その条件は、予めＡｌ−Ｓｉ系合金の摺動
面を研磨により鏡面化し、できれば０．１μｍ程度以上
に平滑に研磨加工し、例えば２０℃の水酸化ナトリウム
の水溶液（濃度１０％）にＡｌ−Ｓｉ系合金を６０秒浸
すことにより、Ａｌ合金部は約０．５±０．１μｍの除
去が可能であり、この時間を変えることで例えば１２０
秒で約１μｍ、逆に３０秒で約０．２μｍ程度の除去が
可能である。図１に処理前後のＡｌ−Ｓｉ系合金摺動面
の状況を示す。
面を研磨により鏡面化し、できれば０．１μｍ程度以上
に平滑に研磨加工し、例えば２０℃の水酸化ナトリウム
の水溶液（濃度１０％）にＡｌ−Ｓｉ系合金を６０秒浸
すことにより、Ａｌ合金部は約０．５±０．１μｍの除
去が可能であり、この時間を変えることで例えば１２０
秒で約１μｍ、逆に３０秒で約０．２μｍ程度の除去が
可能である。図１に処理前後のＡｌ−Ｓｉ系合金摺動面
の状況を示す。
【００３９】また、孔食等を防ぎ、摺動面の全面にわた
り均一なエッチングを施すために、図２のように、水酸
化ナトリウムの水溶液で処理する前に、例えば硝酸（濃
度２０％）に浸して均一な薄い酸化膜３を作っておき、
水酸化ナトリウムの水溶液から出した直後に硝酸（例え
ば濃度１０％）に浸して、水酸化ナトリウムのエッチン
グを酸で中和してすぐに停止させる方法がより精度よく
エッチング深さのコントロールができた。
り均一なエッチングを施すために、図２のように、水酸
化ナトリウムの水溶液で処理する前に、例えば硝酸（濃
度２０％）に浸して均一な薄い酸化膜３を作っておき、
水酸化ナトリウムの水溶液から出した直後に硝酸（例え
ば濃度１０％）に浸して、水酸化ナトリウムのエッチン
グを酸で中和してすぐに停止させる方法がより精度よく
エッチング深さのコントロールができた。
【００４０】なお、Ａｌは両性金属であることから、水
酸化ナトリウムのようなアルカリ性以外のフッ酸や塩酸
などの酸性の液でもエッチングは可能である。以上のよ
うな条件でのエッチング処理を、摺動面を研磨した（例
えばサブミクロンの酸化シリコン粉とバフ布を用いてバ
ブ研磨した）リング状に加工したＡｌ−Ｓｉ系合金に施
した。
酸化ナトリウムのようなアルカリ性以外のフッ酸や塩酸
などの酸性の液でもエッチングは可能である。以上のよ
うな条件でのエッチング処理を、摺動面を研磨した（例
えばサブミクロンの酸化シリコン粉とバフ布を用いてバ
ブ研磨した）リング状に加工したＡｌ−Ｓｉ系合金に施
した。
【００４１】なお、エッチング後はその面の仕上げは、
ほとんど必要としない。その結果は図１（ｂ）に示すよ
うに、Ｓｉ粒１が突出し、またＳｉ粒１の表面が平滑
で、Ａｌ合金部２が約０．５μｍほど凹んだ面状態とな
った。ここで、こうして作った試料を試料５とする。こ
のエッチング処理を施した試料５は、材料として試料３
であるＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−
０．５Ｍｇ）を用いた。
ほとんど必要としない。その結果は図１（ｂ）に示すよ
うに、Ｓｉ粒１が突出し、またＳｉ粒１の表面が平滑
で、Ａｌ合金部２が約０．５μｍほど凹んだ面状態とな
った。ここで、こうして作った試料を試料５とする。こ
のエッチング処理を施した試料５は、材料として試料３
であるＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−
０．５Ｍｇ）を用いた。
【００４２】評価試験の結果は、試料５は試験開始後６
０分後において、Ａｌ合金部に小さな傷が少しみられる
ものの、Ｓｉ粒子はほぼエッチング直後と同じ様相を呈
し、かなり安定した摺動面である。その結果、相手側の
樹脂もほぼ均一な定常的な摩耗を呈している。
０分後において、Ａｌ合金部に小さな傷が少しみられる
ものの、Ｓｉ粒子はほぼエッチング直後と同じ様相を呈
し、かなり安定した摺動面である。その結果、相手側の
樹脂もほぼ均一な定常的な摩耗を呈している。
【００４３】さらに開始後１２０分を経過すると、Ｓｉ
粒子の方には変化があまりないが、樹脂の摩耗により生
じた樹脂の摩耗粉がＡｌ合金除去部に埋まりはじめ、ま
たＳｉ粒子の表面にも樹脂の薄い膜が形成され、より安
定した摺動面の状態になっていることがわかった。この
結果はエッチングをしなかった前述の試料２〜試料４と
比べ、基本的にＡｌ合金部の摩耗が殆ど起こらず、した
がって摺動面の変化が殆どないことを示している。
粒子の方には変化があまりないが、樹脂の摩耗により生
じた樹脂の摩耗粉がＡｌ合金除去部に埋まりはじめ、ま
たＳｉ粒子の表面にも樹脂の薄い膜が形成され、より安
定した摺動面の状態になっていることがわかった。この
結果はエッチングをしなかった前述の試料２〜試料４と
比べ、基本的にＡｌ合金部の摩耗が殆ど起こらず、した
がって摺動面の変化が殆どないことを示している。
【００４４】なお、エッチング処理によるＡｌ合金部の
除去は平滑化されたＳｉ粒表面から０．２μｍ〜３μｍ
（Ｎｏ１〜Ｎｏ６）まで変えて別に１２０分間の試験を
行った。その結果を表１に示した。
除去は平滑化されたＳｉ粒表面から０．２μｍ〜３μｍ
（Ｎｏ１〜Ｎｏ６）まで変えて別に１２０分間の試験を
行った。その結果を表１に示した。
【００４５】エッチング処理を行わなかったＮｏ１の平
滑なＳｉ粒とＡｌ合金部と比べ、Ｎｏ２〜Ｎｏ５の０．
２μｍ程度から摺動試験時において、Ａｌ合金部の削れ
が少なくなる効果がみられ、逆にエッチング処理が過大
になると、Ｓｉ粒の脱落を引き起こすが、２μｍ程度の
Ａｌ合金部の除去では少しは脱落するＳｉ粒も出るがそ
の影響は殆どみられなかった。しかし、Ｎｏ６の３μｍ
のエッチング処理ではＳｉ粒の脱落が増え摺動面に傷の
発生が目立った。
滑なＳｉ粒とＡｌ合金部と比べ、Ｎｏ２〜Ｎｏ５の０．
２μｍ程度から摺動試験時において、Ａｌ合金部の削れ
が少なくなる効果がみられ、逆にエッチング処理が過大
になると、Ｓｉ粒の脱落を引き起こすが、２μｍ程度の
Ａｌ合金部の除去では少しは脱落するＳｉ粒も出るがそ
の影響は殆どみられなかった。しかし、Ｎｏ６の３μｍ
のエッチング処理ではＳｉ粒の脱落が増え摺動面に傷の
発生が目立った。
【００４６】
【表１】
【００４７】なお本実施例において、上記の試料５は代
表的な例（Ｓｉ３０ｗｔ％（Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−
０．５Ｍｇ））であるが、他にＳｉ含有量（ｗｔ％）が
２０，４０ｗｔ％のＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａｌ−２０Ｓｉ
−４Ｃｕ−１．５Ｍｇ，Ａｌ−４０Ｓｉ−３Ｃｕ）、Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金にＦｅまたはＮｉを添加したＡｌ−Ｓｉ
系合金（Ａｌ−２０Ｓｉ−２Ｆｅ−２Ｃｕ−１Ｍｇ，Ａ
ｌ−２０Ｓｉ−２Ｎｉ−２Ｃｕ−１Ｍｇ）、さらには無
機物としてＳｉＣを添加したＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａｌ−
２０Ｓｉ−２Ｍｇ／２％Ｓｉｃ）を用いて試料５と同様
の試験を行った。
表的な例（Ｓｉ３０ｗｔ％（Ａｌ−３０Ｓｉ−２Ｃｕ−
０．５Ｍｇ））であるが、他にＳｉ含有量（ｗｔ％）が
２０，４０ｗｔ％のＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａｌ−２０Ｓｉ
−４Ｃｕ−１．５Ｍｇ，Ａｌ−４０Ｓｉ−３Ｃｕ）、Ａ
ｌ−Ｓｉ系合金にＦｅまたはＮｉを添加したＡｌ−Ｓｉ
系合金（Ａｌ−２０Ｓｉ−２Ｆｅ−２Ｃｕ−１Ｍｇ，Ａ
ｌ−２０Ｓｉ−２Ｎｉ−２Ｃｕ−１Ｍｇ）、さらには無
機物としてＳｉＣを添加したＡｌ−Ｓｉ系合金（Ａｌ−
２０Ｓｉ−２Ｍｇ／２％Ｓｉｃ）を用いて試料５と同様
の試験を行った。
【００４８】いづれのＡｌ−Ｓｉ系合金でもエッチング
処理は効果がみられた。これらのＡｌ−Ｓｉ系合金はい
づれもＡｌ合金部が硬くなっており、耐摩耗性の改善に
さらに効果があった。
処理は効果がみられた。これらのＡｌ−Ｓｉ系合金はい
づれもＡｌ合金部が硬くなっており、耐摩耗性の改善に
さらに効果があった。
【００４９】また、急冷凝固粉末を用いた製造方法と異
なるＡｌ−Ｓｉ系合金（各々Ｓｉ量２０ｗｔ％，３０ｗ
ｔ％，４０ｗｔ％でＣｕ，Ｍｇを添加したＡｌ合金）は
溶融金属を不活性ガス中で不活性ガスによりスプレイし
急冷凝固させながら堆積させて作られており、その特徴
として従来の粉末治金的に作るＡｌ−Ｓｉ系合金に比べ
水素および酸素含有量が極めて少なく（水素含有量が
０．７ｃｍ3 ／１００ｇＡｌ以下、酸素含有量が０．１
重量％以下）高品位である。
なるＡｌ−Ｓｉ系合金（各々Ｓｉ量２０ｗｔ％，３０ｗ
ｔ％，４０ｗｔ％でＣｕ，Ｍｇを添加したＡｌ合金）は
溶融金属を不活性ガス中で不活性ガスによりスプレイし
急冷凝固させながら堆積させて作られており、その特徴
として従来の粉末治金的に作るＡｌ−Ｓｉ系合金に比べ
水素および酸素含有量が極めて少なく（水素含有量が
０．７ｃｍ3 ／１００ｇＡｌ以下、酸素含有量が０．１
重量％以下）高品位である。
【００５０】この特徴はとりわけ酸またはアルカリ水溶
液でのエッチング処理の際に起こり易い孔食（酸化被膜
が局部的に破壊して、そこから深さ方向へピット状（大
きさ２０〜３０μｍ、深さ５μｍ前後の）の腐食が起こ
る）が少なくなることがわかった。例えば従来の３０ｗ
ｔ％Ｓｉ含有のＡｌ−Ｓｉ系合金に対しスプレーフォー
ミング法による３０ｗｔ％Ｓｉ含有のＡｌ−Ｓｉ系合金
では、１ｍｍ2 当りの孔発生数が平均７〜８ヶに対し平
均１〜２ヶ以下になった。これは摺動面としてエッチン
グによる過度の凹みの部分が減ったことになり、また、
Ｓｉ粒の脱落を起こす可能性も減り、Ｓｉ粒の突き出し
が面全面に渡りより均一であることを意味するもので、
摺動面としては好ましい。
液でのエッチング処理の際に起こり易い孔食（酸化被膜
が局部的に破壊して、そこから深さ方向へピット状（大
きさ２０〜３０μｍ、深さ５μｍ前後の）の腐食が起こ
る）が少なくなることがわかった。例えば従来の３０ｗ
ｔ％Ｓｉ含有のＡｌ−Ｓｉ系合金に対しスプレーフォー
ミング法による３０ｗｔ％Ｓｉ含有のＡｌ−Ｓｉ系合金
では、１ｍｍ2 当りの孔発生数が平均７〜８ヶに対し平
均１〜２ヶ以下になった。これは摺動面としてエッチン
グによる過度の凹みの部分が減ったことになり、また、
Ｓｉ粒の脱落を起こす可能性も減り、Ｓｉ粒の突き出し
が面全面に渡りより均一であることを意味するもので、
摺動面としては好ましい。
【００５１】本実施例では相手材として樹脂を使用した
が、相手材としては他の金属例えば鉄系材料、アルミ系
材料またセラミックス材でも効果があり、基本的に摩耗
にとって悪影響を及ぼす凝着性の強いアルミ合金の摩耗
を減らすため、他のどのような相手材でも効果がある。
が、相手材としては他の金属例えば鉄系材料、アルミ系
材料またセラミックス材でも効果があり、基本的に摩耗
にとって悪影響を及ぼす凝着性の強いアルミ合金の摩耗
を減らすため、他のどのような相手材でも効果がある。
【００５２】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、粉末治金またはスプレーフォーミング法により作っ
たＡｌ−Ｓｉ系合金において、Ｓｉ粒子をＡｌ合金部よ
り突出させることで耐摩耗性の向上ばかりでなく、相手
摺動材とＳｉ粒子だけが接触することになり、摩擦係数
が下がる効果も有しより安定した摩擦摺動面の形成が可
能となる。
ば、粉末治金またはスプレーフォーミング法により作っ
たＡｌ−Ｓｉ系合金において、Ｓｉ粒子をＡｌ合金部よ
り突出させることで耐摩耗性の向上ばかりでなく、相手
摺動材とＳｉ粒子だけが接触することになり、摩擦係数
が下がる効果も有しより安定した摩擦摺動面の形成が可
能となる。
【００５３】そして、何よりも低コストの表面処理であ
ることは実用上最大の効果である。
ることは実用上最大の効果である。
【図１】本発明の摺動材料の表面処理を示すＡｌ−Ｓｉ
系合金の摺動面
系合金の摺動面
【図２】摺動面の均一エッチングを行うための前処理の
状態
状態
１…Ｓｉ粒子 ２…Ａｌ合金部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 昭雄 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内 (72)発明者 大久保 喜正 東京都港区新橋５丁目11番３号 住友軽金 属工業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 粉末冶金により製造されたアルミニウム
−シリコン系合金からなり、表面を予め平滑化した後、
アルミニウム合金部をエッチングにより除去しＳｉ粒だ
けを突き出させた面を摺動面とすることを特徴とする摺
動材料。 - 【請求項２】 請求項１において、前記摺動面は表面か
ら除去するアルミニウム合金部の深さを０．２μｍ〜２
μｍとすることを特徴とする摺動材料。 - 【請求項３】 請求項１または２において、Ｓｉ粒の平
均粒径が２μｍ〜６μｍであることを特徴とする摺動材
料。 - 【請求項４】 請求項１、２または３において、アルミ
ニウム−シリコン系合金の化学組成のうちＳｉが２０〜
４０重量％が含まれることを特徴とする摺動材料。 - 【請求項５】 請求項１、２、３または４において、ア
ルミニウム合金部にＣｕとＭｇが添加されていることを
特徴とする摺動材料。 - 【請求項６】 請求項５において、アルミニウム合金部
にＦｅ、Ｎｉ、無機物のいずれかが添加されていること
を特徴とする摺動材料。 - 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５または６にお
いて、アルミニウム−シリコン系合金の酸素含有量が
０．１重量％以下、水素含有量が０．７ｃｍ3／１００
ｇＡｌ以下であることを特徴とする摺動材料。 - 【請求項８】 請求項７において、アルミニウム−シリ
コン系合金がスプレーフォーミング法で製造されたこと
を特徴とする摺動材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19364496A JPH1036983A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 摺動材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19364496A JPH1036983A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 摺動材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1036983A true JPH1036983A (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=16311379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19364496A Pending JPH1036983A (ja) | 1996-07-23 | 1996-07-23 | 摺動材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1036983A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012107285A (ja) * | 2010-11-16 | 2012-06-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム合金部材 |
| JP2016117935A (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 株式会社不二製作所 | 摺動部材の表面処理方法及び摺動部材 |
-
1996
- 1996-07-23 JP JP19364496A patent/JPH1036983A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012107285A (ja) * | 2010-11-16 | 2012-06-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | マグネシウム合金部材 |
| JP2016117935A (ja) * | 2014-12-22 | 2016-06-30 | 株式会社不二製作所 | 摺動部材の表面処理方法及び摺動部材 |
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