JPH1129833A - アルミニウム合金複合材料及びその製造方法 - Google Patents
アルミニウム合金複合材料及びその製造方法Info
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- JPH1129833A JPH1129833A JP9188614A JP18861497A JPH1129833A JP H1129833 A JPH1129833 A JP H1129833A JP 9188614 A JP9188614 A JP 9188614A JP 18861497 A JP18861497 A JP 18861497A JP H1129833 A JPH1129833 A JP H1129833A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
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Abstract
(57)【要約】
【課題】耐摩耗性や靱性の確保、リサイクル性の確保に
有利なアルミニウム合金複合材料及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】アルミニウム合金複合材料は、実質的に粒
状をなす初晶アルミニウムが多数分散した初晶組織と、
初晶組織間を埋めるＡｌ−Ｓｉ系の共晶組織と、共晶組
織に分散すると共に合金材料全体において１〜３０ｖｏ
ｌ％含まれたＳｉ粒子またはアルミニウム合金粒子とを
具備する。亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合金をその固
相線以上で液相線以下の温度に保持して固液共存状態と
し、そのＡｌ−Ｓｉ系合金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子ま
たはアルミニウム合金粒子を固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ
系合金に添加する。
有利なアルミニウム合金複合材料及びその製造方法を提
供する。 【解決手段】アルミニウム合金複合材料は、実質的に粒
状をなす初晶アルミニウムが多数分散した初晶組織と、
初晶組織間を埋めるＡｌ−Ｓｉ系の共晶組織と、共晶組
織に分散すると共に合金材料全体において１〜３０ｖｏ
ｌ％含まれたＳｉ粒子またはアルミニウム合金粒子とを
具備する。亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合金をその固
相線以上で液相線以下の温度に保持して固液共存状態と
し、そのＡｌ−Ｓｉ系合金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子ま
たはアルミニウム合金粒子を固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ
系合金に添加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はアルミニウム合金複
合材料及びその製造方法に関する。
合材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金材料として、初晶Ｓｉ
を分散させた過共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金が知られて
いる。また、Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶解した後、温度を徐
々に低下させ、固相線以上で液相線以下の温度に保持し
て固液共存状態とし、そのＡｌ−Ｓｉ系合金を攪拌しつ
つ、その合金にＡｌ2 Ｏ3 粒子やＳｉＣ粒子等のセラミ
ックス粒子を添加し、上記した溶解、攪拌、添加を高真
空中で実行する技術が知られている（特開平１−３１３
１７９号公報）。
を分散させた過共晶組成のＡｌ−Ｓｉ系合金が知られて
いる。また、Ａｌ−Ｓｉ系合金を溶解した後、温度を徐
々に低下させ、固相線以上で液相線以下の温度に保持し
て固液共存状態とし、そのＡｌ−Ｓｉ系合金を攪拌しつ
つ、その合金にＡｌ2 Ｏ3 粒子やＳｉＣ粒子等のセラミ
ックス粒子を添加し、上記した溶解、攪拌、添加を高真
空中で実行する技術が知られている（特開平１−３１３
１７９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前者の場合には、過共
晶組成であり、初晶Ｓｉの微細化、均一化は必ずしも容
易ではない。このような初晶Ｓｉが共晶組織中に分散し
ているため、合金複合材料の耐摩耗性のばらつきが大き
い。更に靱性も充分ではない。また初晶Ｓｉを微細化す
べくＰを含有すると、共晶組織の微細化のために添加す
るＮａを添加したとしても、Ｎａの効果が低下する傾向
があり、粗い共晶組織となり易く、靱性の面で不利であ
る。
晶組成であり、初晶Ｓｉの微細化、均一化は必ずしも容
易ではない。このような初晶Ｓｉが共晶組織中に分散し
ているため、合金複合材料の耐摩耗性のばらつきが大き
い。更に靱性も充分ではない。また初晶Ｓｉを微細化す
べくＰを含有すると、共晶組織の微細化のために添加す
るＮａを添加したとしても、Ｎａの効果が低下する傾向
があり、粗い共晶組織となり易く、靱性の面で不利であ
る。
【０００４】後者の場合には、Ａｌ−Ｓｉ系合金のリサ
イクルのために、再溶解しても、Ａｌ2 Ｏ3 粒子やＳｉ
Ｃ粒子等のセラミックス粒子の分離が困難であり、リサ
イクル性に劣る。本発明は上記した実情に鑑みなされた
ものであり、その課題は、耐摩耗性や靱性の確保、リサ
イクル性の確保に有利なアルミニウム合金複合材料及び
その製造方法を提供するにある。
イクルのために、再溶解しても、Ａｌ2 Ｏ3 粒子やＳｉ
Ｃ粒子等のセラミックス粒子の分離が困難であり、リサ
イクル性に劣る。本発明は上記した実情に鑑みなされた
ものであり、その課題は、耐摩耗性や靱性の確保、リサ
イクル性の確保に有利なアルミニウム合金複合材料及び
その製造方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るアルミニウ
ム合金複合材料（以下、合金複合材料ともいう）は、実
質的に粒状をなす初晶アルミニウムが多数分散した初晶
組織と、初晶組織間を埋めるＡｌ−Ｓｉ系の共晶組織
と、共晶組織に分散すると共に合金複合材料全体におい
て１〜３０ｖｏｌ％含まれたＳｉ粒子またはアルミニウ
ム合金粒子とを具備していることを特徴とするものであ
る。
ム合金複合材料（以下、合金複合材料ともいう）は、実
質的に粒状をなす初晶アルミニウムが多数分散した初晶
組織と、初晶組織間を埋めるＡｌ−Ｓｉ系の共晶組織
と、共晶組織に分散すると共に合金複合材料全体におい
て１〜３０ｖｏｌ％含まれたＳｉ粒子またはアルミニウ
ム合金粒子とを具備していることを特徴とするものであ
る。
【０００６】本発明に係るアルミニウム合金複合材料の
製造方法は、実質的に亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合
金をその固相線以上で液相線以下の温度に保持して固液
共存状態に保持し、その固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合
金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒
子を、合金複合材料全体において１〜３０ｖｏｌ％含ま
れるように固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金に添加する
工程と、その後、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒子
を含むＡｌ−Ｓｉ系合金を成形する工程とを実施するこ
とを特徴とするものである。
製造方法は、実質的に亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合
金をその固相線以上で液相線以下の温度に保持して固液
共存状態に保持し、その固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合
金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒
子を、合金複合材料全体において１〜３０ｖｏｌ％含ま
れるように固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金に添加する
工程と、その後、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒子
を含むＡｌ−Ｓｉ系合金を成形する工程とを実施するこ
とを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施形態】本発明に係る合金複合材料は、実質
的に粒状をなす初晶アルミニウムが多数分散した初晶組
織をもつ。実質的に粒状をなす初晶アルミニウムは、一
般的に、アルミニウムの初晶デンドライドを分断手段に
より分断することにより形成でき、従って、丸粒状、球
状に近い形態にできる。分断手段としては、後述する攪
拌手段を採用できる。
的に粒状をなす初晶アルミニウムが多数分散した初晶組
織をもつ。実質的に粒状をなす初晶アルミニウムは、一
般的に、アルミニウムの初晶デンドライドを分断手段に
より分断することにより形成でき、従って、丸粒状、球
状に近い形態にできる。分断手段としては、後述する攪
拌手段を採用できる。
【０００８】粒状をなす初晶アルミニウムのサイズは、
合金複合材料の種類等に応じて選択でき、例えば、平均
直径は上限値が６０μｍ、１００μｍ、下限値は５μ
ｍ、１０μｍにできるが、これに限定されるものではな
い。本発明に係る合金複合材料には、強化材として機能
するＳｉ粒子及びアルミニウム合金粒子の少なくとも一
方が共晶組織に分散している。Ｓｉ粒子及びアルミニウ
ム合金粒子としては、機械的破砕粉末、アトマイズ粉末
を採用できる。これらの粒子の形状は、丸形状、多角形
状等にできる。アルミニウム合金粒子としては、Ａｌ−
Ｓｉ系合金粒子を採用でき、またはＭｇ、Ｃｕ、Ｆｅ等
の合金元素を過飽和に固溶して硬質化した急冷凝固粉末
粒子を採用することもできる。
合金複合材料の種類等に応じて選択でき、例えば、平均
直径は上限値が６０μｍ、１００μｍ、下限値は５μ
ｍ、１０μｍにできるが、これに限定されるものではな
い。本発明に係る合金複合材料には、強化材として機能
するＳｉ粒子及びアルミニウム合金粒子の少なくとも一
方が共晶組織に分散している。Ｓｉ粒子及びアルミニウ
ム合金粒子としては、機械的破砕粉末、アトマイズ粉末
を採用できる。これらの粒子の形状は、丸形状、多角形
状等にできる。アルミニウム合金粒子としては、Ａｌ−
Ｓｉ系合金粒子を採用でき、またはＭｇ、Ｃｕ、Ｆｅ等
の合金元素を過飽和に固溶して硬質化した急冷凝固粉末
粒子を採用することもできる。
【０００９】添加するＳｉ粒子及びアルミニウム合金粒
子の平均粒径は適宜選択できるものの、本発明に係る合
金複合材料に要請される性質や添加粒子の脱落防止性を
考慮すれば、その平均粒径の上限値は５０μｍ、８５μ
ｍを採用できる。本発明に係る合金複合材料が摺動材料
として使用される場合には、Ｓｉ粒子及びアルミニウム
合金粒子の平均粒径が大きすぎると、脱落性や相手攻撃
性が高くなる。平均粒径が小さすぎると、期待する耐摩
耗性が得られにくい。従って、Ｓｉ粒子及びアルミニウ
ム合金粒子の平均粒径は、１〜５０μｍ程度、特に２〜
１０μｍ程度が好ましい。
子の平均粒径は適宜選択できるものの、本発明に係る合
金複合材料に要請される性質や添加粒子の脱落防止性を
考慮すれば、その平均粒径の上限値は５０μｍ、８５μ
ｍを採用できる。本発明に係る合金複合材料が摺動材料
として使用される場合には、Ｓｉ粒子及びアルミニウム
合金粒子の平均粒径が大きすぎると、脱落性や相手攻撃
性が高くなる。平均粒径が小さすぎると、期待する耐摩
耗性が得られにくい。従って、Ｓｉ粒子及びアルミニウ
ム合金粒子の平均粒径は、１〜５０μｍ程度、特に２〜
１０μｍ程度が好ましい。
【００１０】摺動材料で形成される車両系の摺動部品と
しては、ピストン、マスタシリンダ、シフトフォーク等
があり、或いは、これらの部品を部分的に強化する強化
部がある。Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒子は、そ
の添加割合が多すぎると、流動性の面で不利となり、添
加割合が少なすぎると、耐摩耗性等の所望の特性が得ら
れにくい。そのため、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金
粒子の添加割合は、本発明に係る合金複合材料全体を１
００％としたとき、１〜３０ｖｏｌ％とする。殊に５〜
１５ｖｏｌ％が好ましい。
しては、ピストン、マスタシリンダ、シフトフォーク等
があり、或いは、これらの部品を部分的に強化する強化
部がある。Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒子は、そ
の添加割合が多すぎると、流動性の面で不利となり、添
加割合が少なすぎると、耐摩耗性等の所望の特性が得ら
れにくい。そのため、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金
粒子の添加割合は、本発明に係る合金複合材料全体を１
００％としたとき、１〜３０ｖｏｌ％とする。殊に５〜
１５ｖｏｌ％が好ましい。
【００１１】特に、固液共存状態で鋳造するレオキャス
ティング法やチクソキャスティング法等の鋳造系に適用
する場合には、上記した添加割合が多すぎると、流動性
に欠けるため、３０ｖｏｌ％以下が好ましい。本発明に
係る合金複合材料に添加されているＳｉ粒子またはアル
ミニウム合金粒子は、合金複合材料を再溶解すれば、セ
ラミックス粒子の場合とは異なり、Ａｌ−Ｓｉ系合金に
溶け込むため、本発明に係る合金複合材料のリサイクル
性が向上する。
ティング法やチクソキャスティング法等の鋳造系に適用
する場合には、上記した添加割合が多すぎると、流動性
に欠けるため、３０ｖｏｌ％以下が好ましい。本発明に
係る合金複合材料に添加されているＳｉ粒子またはアル
ミニウム合金粒子は、合金複合材料を再溶解すれば、セ
ラミックス粒子の場合とは異なり、Ａｌ−Ｓｉ系合金に
溶け込むため、本発明に係る合金複合材料のリサイクル
性が向上する。
【００１２】本発明に係る合金複合材料では、共晶組織
を微細化するために、ナトリウム（Ｎａ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）、アンチモン（Ｓｂ）等を添加しても良
い。初晶アルミニウムには他の合金成分が含まれていて
も良い。本発明に係る合金複合材料全体を１００％とし
たとき、重量比で、Ｎａの場合には５〜１５０ｐｐｍ、
Ｓｒの場合には１０〜３００ｐｐｍ、Ｓｂの場合には
０．０５〜０．５％含まれていても良い。
を微細化するために、ナトリウム（Ｎａ）、ストロンチ
ウム（Ｓｒ）、アンチモン（Ｓｂ）等を添加しても良
い。初晶アルミニウムには他の合金成分が含まれていて
も良い。本発明に係る合金複合材料全体を１００％とし
たとき、重量比で、Ｎａの場合には５〜１５０ｐｐｍ、
Ｓｒの場合には１０〜３００ｐｐｍ、Ｓｂの場合には
０．０５〜０．５％含まれていても良い。
【００１３】本発明方法では、凝固させたときに実質的
に亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合金を用いる。実質的
に亜共晶組成とは、冷却速度の如何によって共晶点が高
Ｓｉ側に移行したときの見掛上の亜共晶組成をも含める
意味である。従って、添加粒子添加前の状態のＡｌ−Ｓ
ｉ系合金のＳｉ含有量は、重量比で１〜１１％にできる
が、場合によっては見掛け上、亜共晶であれば１３％、
１４％でも良い。
に亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合金を用いる。実質的
に亜共晶組成とは、冷却速度の如何によって共晶点が高
Ｓｉ側に移行したときの見掛上の亜共晶組成をも含める
意味である。従って、添加粒子添加前の状態のＡｌ−Ｓ
ｉ系合金のＳｉ含有量は、重量比で１〜１１％にできる
が、場合によっては見掛け上、亜共晶であれば１３％、
１４％でも良い。
【００１４】Ａｌ−Ｓｉ系合金の固相線以上で液相線以
下の温度にＡｌ−Ｓｉ系合金を保持して固液共存状態と
する。本発明方法では、その固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ
系合金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合
金粒子を、固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金に添加す
る。攪拌にあたっては、攪拌手段を用いる。代表的な攪
拌手段としては、インペラー等による機械的攪拌方式、
電磁力を応用した電磁攪拌による電磁方式、アルゴンガ
ス等の吹き込みによるバブリング方式を採用できる。
下の温度にＡｌ−Ｓｉ系合金を保持して固液共存状態と
する。本発明方法では、その固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ
系合金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合
金粒子を、固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金に添加す
る。攪拌にあたっては、攪拌手段を用いる。代表的な攪
拌手段としては、インペラー等による機械的攪拌方式、
電磁力を応用した電磁攪拌による電磁方式、アルゴンガ
ス等の吹き込みによるバブリング方式を採用できる。
【００１５】本発明方法では、固液共存状態のときにＳ
ｉ粒子またはアルミニウム合金粒子を添加するため、添
加したＳｉ粒子またはアルミニウム合金粒子が分散し易
い。固液共存状態における固相が添加粒子に攪拌中に衝
突し易いため、また、液相と添加粒子との間の比重が異
なる場合であっても、固相による添加粒子の捕捉を期待
でき、添加粒子の沈下や浮上の抑制に有利であるため等
である。
ｉ粒子またはアルミニウム合金粒子を添加するため、添
加したＳｉ粒子またはアルミニウム合金粒子が分散し易
い。固液共存状態における固相が添加粒子に攪拌中に衝
突し易いため、また、液相と添加粒子との間の比重が異
なる場合であっても、固相による添加粒子の捕捉を期待
でき、添加粒子の沈下や浮上の抑制に有利であるため等
である。
【００１６】なお上記した攪拌、添加等は大気雰囲気で
行ってもよいし、減圧雰囲気や真空雰囲気で行っても良
い。本発明方法では、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金
粒子を含むＡｌ−Ｓｉ系合金を成形し、成形品を得る。
成形としては、固液共存状態で鋳造するレオキャスティ
ング法やチクソキャスティング法等の鋳造成形が代表的
である。場合によっては、固液共存状態のまま成形型で
圧縮成形する加圧成形、ダイスから押し出す押出成形で
も良い。溶湯鍛造成形でも良い。
行ってもよいし、減圧雰囲気や真空雰囲気で行っても良
い。本発明方法では、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金
粒子を含むＡｌ−Ｓｉ系合金を成形し、成形品を得る。
成形としては、固液共存状態で鋳造するレオキャスティ
ング法やチクソキャスティング法等の鋳造成形が代表的
である。場合によっては、固液共存状態のまま成形型で
圧縮成形する加圧成形、ダイスから押し出す押出成形で
も良い。溶湯鍛造成形でも良い。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 溶解 亜共晶組成であるＡｌ−Ｓｉ系合金（ＪＩＳ−ＡＣ４Ｃ
Ｈ）を用いる。この合金は重量比で、一般的に、Ｓｉ：
６．５〜７．５％、Ｍｇ：０．２５〜０．４５％、Ｚ
ｎ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．２０％％以下を含む。
このＡｌ−Ｓｉ系合金を炉内で、液相線以上の温度（７
００〜７５０°Ｃ）に加熱して溶解し、溶湯を得る。
Ｈ）を用いる。この合金は重量比で、一般的に、Ｓｉ：
６．５〜７．５％、Ｍｇ：０．２５〜０．４５％、Ｚ
ｎ：０．１０％以下、Ｃｕ：０．２０％％以下を含む。
このＡｌ−Ｓｉ系合金を炉内で、液相線以上の温度（７
００〜７５０°Ｃ）に加熱して溶解し、溶湯を得る。
【００１８】共晶組織微細化剤の添加 上記したように溶解したら、共晶組織微細化剤を溶湯に
添加する。共晶組織微細化剤としてはＡｌ−９０ｗｔ％
Ｓｒ（平均粒径：１〜５ｍｍ）を添加した。これの添加
としては、Ｓｒ添加量で、合金複合材料全体を１００％
としたとき、重量比で１５０ｐｐｍ相当である。
添加する。共晶組織微細化剤としてはＡｌ−９０ｗｔ％
Ｓｒ（平均粒径：１〜５ｍｍ）を添加した。これの添加
としては、Ｓｒ添加量で、合金複合材料全体を１００％
としたとき、重量比で１５０ｐｐｍ相当である。
【００１９】冷却 共晶組織微細化剤を添加したＡｌ−Ｓｉ系合金の溶湯を
インペラーで攪拌しながら、液相線以下で固相線以上で
の温度（５９０°Ｃ）にまで冷却し、固液共存状態に恒
温保持する。冷却中は、インペラーによる攪拌を継続す
る。攪拌により、初晶アルミニウムのデンドライドが分
断される。
インペラーで攪拌しながら、液相線以下で固相線以上で
の温度（５９０°Ｃ）にまで冷却し、固液共存状態に恒
温保持する。冷却中は、インペラーによる攪拌を継続す
る。攪拌により、初晶アルミニウムのデンドライドが分
断される。
【００２０】Ｓｉ粒子の添加 固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金をインペラーで攪拌し
ながら、強化材としてのＳｉ粒子を添加する。Ｓｉ粒子
の平均粒径は２０μｍである。Ｓｉ粒子の添加割合は、
合金複合材料全体を１００％としたとき、１〜３０ｖｏ
ｌ％の範囲で添加割合を適宜変化させて行った。３０〜
４０ｖｏｌ％の範囲においても、添加割合を変化させて
行った。
ながら、強化材としてのＳｉ粒子を添加する。Ｓｉ粒子
の平均粒径は２０μｍである。Ｓｉ粒子の添加割合は、
合金複合材料全体を１００％としたとき、１〜３０ｖｏ
ｌ％の範囲で添加割合を適宜変化させて行った。３０〜
４０ｖｏｌ％の範囲においても、添加割合を変化させて
行った。
【００２１】Ｓｉ粒子の添加割合が３０ｖｏｌ％を越え
た場合には、固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金は粘性が
高くなり過ぎ、攪拌混合、鋳造が良好にできなかった。 冷却凝固 Ｓｉ粒子を添加した固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金を
型のキャビティに供給し、冷却して凝固させ、鋳塊を得
る。
た場合には、固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金は粘性が
高くなり過ぎ、攪拌混合、鋳造が良好にできなかった。 冷却凝固 Ｓｉ粒子を添加した固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金を
型のキャビティに供給し、冷却して凝固させ、鋳塊を得
る。
【００２２】秤量 所望の重量となるように、上記した鋳塊を所望のサイズ
に切断して切断体とする。 再加熱 上記した切断体を加熱して、再び、液相線以下で固相線
以上の間の温度とし、固液共存状態とする。
に切断して切断体とする。 再加熱 上記した切断体を加熱して、再び、液相線以下で固相線
以上の間の温度とし、固液共存状態とする。
【００２３】鋳造 固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金を、高圧鋳造機にて鋳
型（金型）の成形キャビティに供給し、凝固させ、鋳造
品を得る。Ａｌ−Ｓｉ系合金は固液共存状態であるた
め、流動性が確保される。上記した〜の操作を図１
に模式的に示す。図１から理解できるように、及び
の操作は、液相線以下で固相線以上の間の温度領域で行
われる。
型（金型）の成形キャビティに供給し、凝固させ、鋳造
品を得る。Ａｌ−Ｓｉ系合金は固液共存状態であるた
め、流動性が確保される。上記した〜の操作を図１
に模式的に示す。図１から理解できるように、及び
の操作は、液相線以下で固相線以上の間の温度領域で行
われる。
【００２４】（試験）上記のように製造した鋳造品のう
ち、Ｓｉ粒子の添加割合が５ｖｏｌ％のものを選び、顕
微鏡で観察した。その金属組織を図２に示す。図２にお
いて、白色の粒状の初晶アルミニウムが島状に分散して
いるのがわかる。これは初晶アルミニウムのデンドライ
ドが分断されたものと考えられる。粒状の初晶アルミニ
ウムの間は、共晶組織で埋められている。共晶組織に
は、黒色がかったＳｉ粒子が分散している。このような
金属組織は、Ａｌ−Ｓｉ系合金を平衡状態で凝固させた
だけでは得られない鋳造組織、つまり、非平衡鋳造組織
である。図２によれば、粒状をなす初晶アルミニウムの
粒サイズは、一般的に、１０〜８０μｍ程度、殊に２０
〜７０μｍ程度と考えられる。
ち、Ｓｉ粒子の添加割合が５ｖｏｌ％のものを選び、顕
微鏡で観察した。その金属組織を図２に示す。図２にお
いて、白色の粒状の初晶アルミニウムが島状に分散して
いるのがわかる。これは初晶アルミニウムのデンドライ
ドが分断されたものと考えられる。粒状の初晶アルミニ
ウムの間は、共晶組織で埋められている。共晶組織に
は、黒色がかったＳｉ粒子が分散している。このような
金属組織は、Ａｌ−Ｓｉ系合金を平衡状態で凝固させた
だけでは得られない鋳造組織、つまり、非平衡鋳造組織
である。図２によれば、粒状をなす初晶アルミニウムの
粒サイズは、一般的に、１０〜８０μｍ程度、殊に２０
〜７０μｍ程度と考えられる。
【００２５】また上記のように製造した鋳造品から試験
片を採取し、耐摩耗試験及び引張試験を行った。耐摩耗
試験は、ピン回転円板型摩耗試験機により窒化クロム鋼
を相手材として行った。引張試験は、ネジ引張試験機に
より行った。比較例として、ＪＩＳ−ＡＣ９Ａの溶湯を
鋳造した鋳造品から試験片を作製し、同様に試験した。
ＪＩＳ−ＡＣ９Ａは、Ｓｉ含有量が重量比で２２〜２４
％と共晶点よりも多く含まれた過共晶のＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金である。
片を採取し、耐摩耗試験及び引張試験を行った。耐摩耗
試験は、ピン回転円板型摩耗試験機により窒化クロム鋼
を相手材として行った。引張試験は、ネジ引張試験機に
より行った。比較例として、ＪＩＳ−ＡＣ９Ａの溶湯を
鋳造した鋳造品から試験片を作製し、同様に試験した。
ＪＩＳ−ＡＣ９Ａは、Ｓｉ含有量が重量比で２２〜２４
％と共晶点よりも多く含まれた過共晶のＡｌ−Ｓｉ−Ｃ
ｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系合金である。
【００２６】耐摩耗試験の結果を図３に示す。図３にお
いて、横軸がＳｉ粒子の添加量を示し、縦軸が試験片の
摩耗量（ＡＣ９Ａの摩耗量を１としたときの相対値）を
示す。比較例では初晶Ｓｉ粒子は７〜８ｖｏｌ％であ
る。図３の□印は、比較例の摩耗量を示す。
いて、横軸がＳｉ粒子の添加量を示し、縦軸が試験片の
摩耗量（ＡＣ９Ａの摩耗量を１としたときの相対値）を
示す。比較例では初晶Ｓｉ粒子は７〜８ｖｏｌ％であ
る。図３の□印は、比較例の摩耗量を示す。
【００２７】本実施例では、図３の特性線Ａ１から理解
できるように、Ｓｉ粒子の添加量が増加するにつれて、
摩耗量が低減し、耐摩耗性が向上していることがわか
る。図３の特性線Ａ１から理解できるように、Ｓｉ粒子
の添加量が２０ｖｏｌ％までの領域では、殊に１０ｖｏ
ｌ％までの領域では、摩耗量が急激に低下し、耐摩耗性
の改善効果が大きい。Ｓｉ粒子の添加量が３０ｖｏｌ％
になると、耐摩耗性はまだ向上するものの、改善効果は
飽和に近くなる。
できるように、Ｓｉ粒子の添加量が増加するにつれて、
摩耗量が低減し、耐摩耗性が向上していることがわか
る。図３の特性線Ａ１から理解できるように、Ｓｉ粒子
の添加量が２０ｖｏｌ％までの領域では、殊に１０ｖｏ
ｌ％までの領域では、摩耗量が急激に低下し、耐摩耗性
の改善効果が大きい。Ｓｉ粒子の添加量が３０ｖｏｌ％
になると、耐摩耗性はまだ向上するものの、改善効果は
飽和に近くなる。
【００２８】比較例であるＡＣ９Ａ（初晶Ｓｉ：７〜８
ｖｏｌ％）と、これの初晶Ｓｉと同程度のｖｏｌ％をも
つＳｉ粒子をもつ場合（図３における仮想線Ｓと特性線
Ａ１との交点ＡS ）とを比較すると、本実施例（交点Ａ
S ）の方が摩耗量が少なく、比較例（□印）よりも耐摩
耗性が優れていることがわかる。引張試験の結果を図４
に示す。図４において、横軸がＳｉ粒子の添加量を示
し、縦軸が引張強さ及び伸びを示す。図４において特性
線Ｂ１は引張強さを示し、特性線Ｂ２は伸びを示す。比
較例として、ＪＩＳ−ＡＣ９Ａの溶湯を鋳造した鋳造品
から試験片を作製し、同様に引張試験を行った。図４に
おいて、□印は比較例の引張強さを示し、■印は比較例
の伸びを示す。
ｖｏｌ％）と、これの初晶Ｓｉと同程度のｖｏｌ％をも
つＳｉ粒子をもつ場合（図３における仮想線Ｓと特性線
Ａ１との交点ＡS ）とを比較すると、本実施例（交点Ａ
S ）の方が摩耗量が少なく、比較例（□印）よりも耐摩
耗性が優れていることがわかる。引張試験の結果を図４
に示す。図４において、横軸がＳｉ粒子の添加量を示
し、縦軸が引張強さ及び伸びを示す。図４において特性
線Ｂ１は引張強さを示し、特性線Ｂ２は伸びを示す。比
較例として、ＪＩＳ−ＡＣ９Ａの溶湯を鋳造した鋳造品
から試験片を作製し、同様に引張試験を行った。図４に
おいて、□印は比較例の引張強さを示し、■印は比較例
の伸びを示す。
【００２９】本実施例では、図４の特性線Ｂ１、Ｂ２か
ら理解できるように、Ｓｉ粒子の添加により引張強さや
伸びが比較例よりも向上し易い。しかしながらＳｉ粒子
の添加割合が増加するにつれて、引張強さ及び伸びが減
少する傾向がある。従って耐摩耗性（耐凝着性も含む）
の確保、引張強さ及び伸びの確保を総合的に考慮すれ
ば、Ｓｉ粒子の添加量は、試験片つまり合金複合材料全
体を１００％としたとき、１〜３０ｖｏｌ％程度が好ま
しい。合金複合材料が摺動材料として使用される場合に
は、Ｓｉ粒子の添加量は、５〜１５ｖｏｌ％程度が好ま
しい。
ら理解できるように、Ｓｉ粒子の添加により引張強さや
伸びが比較例よりも向上し易い。しかしながらＳｉ粒子
の添加割合が増加するにつれて、引張強さ及び伸びが減
少する傾向がある。従って耐摩耗性（耐凝着性も含む）
の確保、引張強さ及び伸びの確保を総合的に考慮すれ
ば、Ｓｉ粒子の添加量は、試験片つまり合金複合材料全
体を１００％としたとき、１〜３０ｖｏｌ％程度が好ま
しい。合金複合材料が摺動材料として使用される場合に
は、Ｓｉ粒子の添加量は、５〜１５ｖｏｌ％程度が好ま
しい。
【００３０】ちなみに、比較例であるＡＣ９Ａと、これ
の初晶Ｓｉと同程度のｖｏｌ％をもつＳｉ粒子をもつ場
合（図４における仮想線Ｓと特性線Ｂ１、Ｂ２との交点
ＢS、Ｂt ）とを比較すると、本実施例（交点ＢS ）の
方が比較例（□印）よりも、引張強さがかなり優れてい
る。また図４の特性線Ｂ２と■印との比較から理解でき
るように、本実施例（Ｂt ）の方が比較例（■印）より
も、伸びがかなり優れている。
の初晶Ｓｉと同程度のｖｏｌ％をもつＳｉ粒子をもつ場
合（図４における仮想線Ｓと特性線Ｂ１、Ｂ２との交点
ＢS、Ｂt ）とを比較すると、本実施例（交点ＢS ）の
方が比較例（□印）よりも、引張強さがかなり優れてい
る。また図４の特性線Ｂ２と■印との比較から理解でき
るように、本実施例（Ｂt ）の方が比較例（■印）より
も、伸びがかなり優れている。
【００３１】（他の例）なお上記した実施例は、固液共
存状態で鋳造すると共に鋳塊からの切り出し操作をも含
むチクソキャスティング法に適用した場合であるが、こ
れに限らず、鋳塊からの切り出し操作を含まないレオキ
ャスティング法に適用しても良い。即ち、図１における
の操作を廃止し、の状態からの操作を直接実
行しても良い。
存状態で鋳造すると共に鋳塊からの切り出し操作をも含
むチクソキャスティング法に適用した場合であるが、こ
れに限らず、鋳塊からの切り出し操作を含まないレオキ
ャスティング法に適用しても良い。即ち、図１における
の操作を廃止し、の状態からの操作を直接実
行しても良い。
【００３２】（適用例）図５は本発明に係る合金複合材
料を内燃機関のピストンに適用した例を示す。この例で
は、ピストン２は、ピストン本体２０と、ピストン本体
２０に保持されリング溝２１ａをもつ強化部２１とを備
えている。強化部２１は、リング溝２１ａに保持された
ピストンリングと摺動するものであり、本発明に係る合
金複合材料で形成されている。
料を内燃機関のピストンに適用した例を示す。この例で
は、ピストン２は、ピストン本体２０と、ピストン本体
２０に保持されリング溝２１ａをもつ強化部２１とを備
えている。強化部２１は、リング溝２１ａに保持された
ピストンリングと摺動するものであり、本発明に係る合
金複合材料で形成されている。
【００３３】またピストン全体を、本発明に係る合金複
合材料で形成しても良い。 （付記）上記した記載から次の技術的思想も把握でき
る。 ・請求項１または請求項２に係る合金複合材料は摺動材
料である。
合材料で形成しても良い。 （付記）上記した記載から次の技術的思想も把握でき
る。 ・請求項１または請求項２に係る合金複合材料は摺動材
料である。
【００３４】
【発明の効果】本発明に係る合金複合材料では、初晶ア
ルミニウムをマトリックスとするため、良好な引張強
さ、伸びが得られ、靱性が優れる。更に強化材として機
能するＳｉ粒子やアルミニウム合金粒子が分散している
ため、耐摩耗性が向上している。また分散しているＳｉ
粒子やアルミニウム合金粒子は、Ａｌ2 Ｏ3 粒子やＳｉ
Ｃ粒子等のセラミックス粒子とは異なり、再溶解により
溶け込み可能であるため、特開平１−３１３１７９号公
報に係る技術とは異なり、本発明に係る合金複合材料の
リサイクル性が向上する。
ルミニウムをマトリックスとするため、良好な引張強
さ、伸びが得られ、靱性が優れる。更に強化材として機
能するＳｉ粒子やアルミニウム合金粒子が分散している
ため、耐摩耗性が向上している。また分散しているＳｉ
粒子やアルミニウム合金粒子は、Ａｌ2 Ｏ3 粒子やＳｉ
Ｃ粒子等のセラミックス粒子とは異なり、再溶解により
溶け込み可能であるため、特開平１−３１３１７９号公
報に係る技術とは異なり、本発明に係る合金複合材料の
リサイクル性が向上する。
【００３５】本発明方法では、Ａｌ−Ｓｉ系合金が固液
共存状態のときに、これを攪拌しながら、Ｓｉ粒子また
はアルミニウム合金粒子を添加するため、添加したＳｉ
粒子またはアルミニウム合金粒子の分散性が高まる。従
って、本発明に係る合金複合材料の所望の特性を得るの
に有利である。
共存状態のときに、これを攪拌しながら、Ｓｉ粒子また
はアルミニウム合金粒子を添加するため、添加したＳｉ
粒子またはアルミニウム合金粒子の分散性が高まる。従
って、本発明に係る合金複合材料の所望の特性を得るの
に有利である。
【図１】実施例に係る製造方法におけるＡｌ−Ｓｉ系合
金の温度の変遷過程を示すグラフである。
金の温度の変遷過程を示すグラフである。
【図２】顕微鏡で観察した金属組織を示す写真図であ
る。
る。
【図３】摩耗量を示すグラフである。
【図４】引張強さを示すグラフである。
【図５】適用例を示す要部断面図である。
図中、２はピストン、２１は強化部を示す。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年７月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｃ２２Ｃ 1/10 Ｇ 21/02 21/02 Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ｚ
Claims (2)
- 【請求項１】実質的に粒状をなす初晶アルミニウムが多
数分散した初晶組織と、 前記初晶組織間を埋めるＡｌ−Ｓｉ系の共晶組織と、 前記共晶組織に分散すると共に合金複合材料全体におい
て１〜３０ｖｏｌ％含まれたＳｉ粒子またはアルミニウ
ム合金粒子とを具備していることを特徴とするアルミニ
ウム合金複合材料 - 【請求項２】実質的に亜共晶組成となるＡｌ−Ｓｉ系合
金をその固相線以上で液相線以下の温度に保持して固液
共存状態に保持し、その固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合
金を攪拌しながら、Ｓｉ粒子またはアルミニウム合金粒
子を、合金複合材料全体において１〜３０ｖｏｌ％含ま
れるように固液共存状態のＡｌ−Ｓｉ系合金に添加する
工程と、 その後、前記Ｓｉ粒子または前記アルミニウム合金粒子
を含む前記Ａｌ−Ｓｉ系合金を成形する工程とを実施す
ることを特徴とするアルミニウム合金複合材料の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9188614A JPH1129833A (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | アルミニウム合金複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9188614A JPH1129833A (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | アルミニウム合金複合材料及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1129833A true JPH1129833A (ja) | 1999-02-02 |
Family
ID=16226769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9188614A Pending JPH1129833A (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | アルミニウム合金複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1129833A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008238175A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Nissin Kogyo Co Ltd | 複合材製品及びその製造方法 |
| JP2012126959A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Isuzu Motors Ltd | Ａｌ−Ｓｉ系合金及びその製造方法 |
| CN107214309A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-29 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种改善高硅铝合金组织性能的方法 |
-
1997
- 1997-07-14 JP JP9188614A patent/JPH1129833A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008238175A (ja) * | 2007-03-23 | 2008-10-09 | Nissin Kogyo Co Ltd | 複合材製品及びその製造方法 |
| JP2012126959A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Isuzu Motors Ltd | Ａｌ−Ｓｉ系合金及びその製造方法 |
| CN107214309A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-09-29 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种改善高硅铝合金组织性能的方法 |
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