JPH11500183A - 改善された摩擦学的特性を有するアルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 減摩アルミニウム合金と鉛なしのアルミニウム合金を製造する方法が提供される。合金は、改善された摩擦学的な特性とシリコンが3.0 から6.0 重量％、銅が2.0 から5.0 重量％、亜鉛が0.5 から5.0 重量％、マグネシウムが0.25から0.5重量％、ニッケルが0.2 から0.6 重量％、錫が0.5 から5.0 重量％、ビスマスが0.1 から1.0 重量％、鉄が0.7 重量％までであり、アルミニウムが実質的に残りの重量％からなるベース化合物を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 改善された摩擦学的特性を有するアルミニウム合金 本発明の分野 本発明は、ベアリングおよび一般的な目的の用途のための鋳造アルミニウム、 減摩性合金およびこの合金を製造するための方法に関する。発明の背景 可動ベアリングを含む、摩擦状態で作動する部品に関し、十分な摩耗抵抗およ び強度を維持しながら金属の摩擦特性を最小にすることが極めて重要である。従 来、アルミニウム合金を含む鉛が、摩擦環境で用いられてきた。しかしながら、 環境問題のために、鉛を使用しないようにする傾向にある。また、鉛の使用に関 する規制がますます一般的になってきている。本発明の概要 本発明は、一般的にアルミニウムがベースの合金と、高耐摩耗性と優れた減摩 特性とを有するアルミニウム合金を作り出す方法に関する。本発明の合金は、硬 質および軟質成分を含む化合物および構造を利用し、耐摩耗性、強度および減摩 特性との間で必要とされる均衡を取ることを可能にさせる。 さらに、本発明は、合金の減摩性特性を顕著に減少させることなく、鉛を取り 除く。 さらに、本発明の合金は、従来の合金に比較すると銅の必要性が極めて減少し た。従って、本発明の合金のコストがより安くなる。好ましい実施例の詳細な記載 本発明の１実施例に関し、アルミニウムがベースの合金が、以下のベース化合 物を重量％の単位で有して形成される。 上述の合金化合物は、またコバルト(Co)、ニッケル(Ni)またはモリブデン(Mo)、 もしくはこれらの混合物を0.1 から1.0 重量％の量で含む。合金が作られるキル ンからの鉄の分散のために、0.7 重量％までの微量の鉄も存在していてもよい。 本発明の独特のアルミニウム合金は、硬質および軟質な成分を含む化合物と構 造を有しており、有効な耐摩耗性、高強度性および優れた減摩特性との間で必要 とされる均衡を取ることを可能にする。 その結果得られる合金は上述の成分から成形された硬質構造的な成分を含んで おり、合金強度、硬度、耐疲労性、プラスチック変形および耐摩耗性を高めるこ とになる。これらの硬質成分は、例えば、Si、Mg₂Si およびCuAl₂を含む。合金 は、また例えばSnおよびBiの軟質成分を含み、摩擦傾向を小さくし、すり減って 結合する傾向を減少させ、摩擦面の潤滑が損なわれた状態で、かつオイル層の厚 さが減少した状態で合金寿命を高めることになる。 合金に関し上述に挙げたレベルで存在するシリコンが、溶融温度が577°C の アルミニウム- シリコン- 共融混合物の生成により改善された鋳造特性を与える ことになる。さらに、シリコンが、上述したように合金硬度を高め、静的疲れ強 度を高め、耐摩耗性を高めることになる。 合金に関し上述に挙げたレベルで存在する銅が、異なる温度で固形アルミニウ ムがベースの溶液中で可変な溶融性を有し、二元、三元、およびより複雑な共融 混合物の化合物の構成要素となることのできるアルミニウム--CuAl₂-- で金属間 化合物を形成する。このために銅は、硬度性が大きくなることを促進し、静的疲 れ強度を高め、破壊靭性を高め、さらに塑性変形および摩耗に対する耐性を高め ることになる。 本発明の合金のレベルで存在する亜鉛は、別の相において可溶であるが、アル ミニウム内で全体的に可溶であり、独立し分離した相を形成しない。亜鉛は錫ま たはビスマスと組み合わされて合金になり、170 から190 °C の範囲内の溶融温 度を有するアルミニウム- 亜鉛- 錫、またはアルミニウム- 亜鉛- 錫- ビスマス の低溶融共融混合物を形成する。これらの低溶融共融混合物は、本発明の合金の 減摩特性を極めて高めることになる。 本発明の合金のレベルで存在するマグネシウムは、主にシリコンと組み合わさ り、金属間化合物Mg₂Si を形成する。この化合物の合金強化効果は、CuAl₂と類 似する。しかしながら、CuAl₂の割合が大きくなれば、循環荷重における合金疲 れ強度がますます高まり、Mg₂Si は静的状態でより大きな強度を与える。さらに Mg₂Si は、切断により製品としてのアルミニウム合金の機械加工を容易にする。 本発明の合金のレベルで存在する錫とビスマスは、アルミニウムと単融混合物 タイプの状態を形成し、不溶性であるが、粒子境界に主に発する。これらの低溶 融点成分は、合金の摩擦係数を減少させ、摩擦面の接触領域における擦れと結合 に対する合金抵抗を大きくする。これは、純粋な錫と、温度が境界または乾燥摩 擦のために上昇するにつれ、一部の面上に拡散するビスマスとからなる極微小の フィルムを生成することによって達成される。 本発明の合金を高温で安定にするために、ニッケル、モリブデンまたはコバル トを含む構成成分が合金化合物に導かれる。モリブデンまたはコバルトが、合金 特性におよぼす鉄のマイナスの影響を減少させるために取り入れられる。鉄は通 常結晶化し、大きな針状結晶を形成する。モリブデンまたはコバルトは、鉄を含 む相で溶解せず、Fe - Mo - Co相のより圧縮された結晶に対しこれらの相結晶の 形状の変化を促進し、特に高温で、合金の硬質性と強度および耐摩耗性とを高め ることになる。 本発明の好ましい実施例は、以下の化合物を有し、重量％の単位で表す。 シリコン: 5.0 銅: 4.0 亜鉛: 2.0 マグネシウム: 0.4 ニッケル: 0.5 錫: 1.5 ビスマス: 0.5 鉄: 0.5 モリブデン: 0.3 コバルト: 0.3 アルミニウム: 実質的残り 本発明の合金は、３０キログラムの初期容量を有する誘導炉で製造できる。ア ルミニウムが炉の中に配置され、温度を７００°Ｃまで上げる。誘導炉の温度が 安定すると、シリコンが加えられて、３−６重量％のシリコンを有する製品合金 が作り出され、銅のフィード合金が加えられて本発明の製品合金において２から ５重量％の銅を有することになる。 モリブデン、ニッケルまたはコバルト合金のいずれかが加えられてもよい。次 いで、亜鉛と錫が純粋な形に加えることができる。ビスマスも加えられる。 特定の重量％のアルミニウムになるように加えられた銅合金が、５０／５０の 銅とアルミニウム合金となる。特定の重量％となるように用いられるニッケル合 金は２０％ニッケルと８０％アルミニウムとなる。特定の重量％となるように加 えられるモリブデン合金は、もし使用される場合には、１０％モリブデンと９０ ％アルミニウムとなる。同様に、コバルト合金が加えられる場合には、１０％コ バルトと９０％アルミニウムとなる。 上述の合金元素が加えられた後に、誘導炉の温度が７３０°Ｃまで上昇して、 １５分から３０分の間保持される。 モルテン合金の混合物は、次いでガス抜きされ、フっ素または塩化物タブレッ トを加えることによって純化される。次いで、スラグが除かれる。スラグが取り 除かれると、マグネシウムを溶融合金に加えることができる。次いで、溶融合金 を再びガス抜きできる。 次いで、溶融された合金が、予め１００°Ｃにまで加熱された鉄鋳造物に注が れる。アルミニウム製品は、空冷され、切断されて押湯とゲートに入る。１８０ °Ｃの最終的な加熱処理が６時間から８時間の間行われて処理を終了する。 本明細書において開示された本発明の実施例は、本明細書において好ましいも のと考えられるが、様々な変更例と改良が本発明の精神と範囲から逸脱すること なくなされることができる。本発明の範囲は請求の範囲において示されており、 均等例の意味および範囲内にある全ての変形例が本発明に含まれるものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．シリコンが約3.0 から6.0 重量％、銅が約2.0 から5.0 重量％、亜鉛が約0. 5 から5.0 重量％、マグネシウムが約0.25から0.5 重量％、錫が約0.5 から5.0 重量％、ビスマスが約0.1 から1.0 重量％、アルミニウムが実質的に残りの重量 ％からなる合金。 ２．約4.0 から5.5 重量％でシリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の 合金。 ３．約3.0 から4.5 重量％で銅を含むことを特徴とする請求項１に記載の合金。 ４．約1.0 から3.0 重量％の亜鉛を含むことを特徴とする請求項１に記載の合金 。 ５．約0.35から0.45重量％でマグネシウムを含むことを特徴とする請求項１に記 載の合金。 ６．約0.35から0.55重量％でニッケルを含むことを特徴とする請求項１に記載の 合金。 ７．約1.0 から3.0 重量％の錫を含むことを特徴とする請求項１に記載の合金。 ８．約0.3 から0.75重量％のビスマスを含むことを特徴とする請求項１に記載の 合金。 ９．コバルト、ニッケルまたはモリブデンおよびこれらの組合せからなる群から 選択された0.1 から1.0 重量％の構成成分からなることを特徴とする請求項１に 記載の合金。 10．コバルトからなることを特徴とする請求項９に記載の合金。 11．ニッケルからなることを特徴とする請求項９に記載の合金。 12．モリブデンからなることを特徴とする請求項９に記載の合金。 13．前記構成成分は約0.2 から0.6 重量％で存在することを特徴とする請求項９ に記載の合金。 14．シリコンが約4.5 から5.5 重量％、銅が約3.5 から4.5 重量％、亜鉛が約1. 0 から3.0 重量％、マグネシウムが約0.35から0.45重量％、錫が約1.0 から3.0 重量％、ビスマスが約0.3 から0.7 重量％、アルミニウムが実質的に残りの重量 ％からなる合金。 15．コバルト、ニッケルまたはモリブデンおよびこれらの組合せからなる群から 選択された約0.1 から1.0 重量％の構成成分からなることを特徴とする請求項１ ４に記載の合金。 16．前記構成成分は約0.2 から約0.6 重量％で存在することを特徴とする請求項 １５に記載の合金。 17．シリコンが約5.0 重量％、銅が約4.0 重量％、亜鉛が約2.0 重量％、マグネ シウムが約0.4 重量％、ニッケルが約0.5 重量％、錫が約1.5 重量％、ビスマス が約0.5 重量％、鉄が約0.5 重量％、モリブデンが約0.3 重量％、コバルトが約 0.3 重量％、アルミニウムが実質的に残りの重量％からなることを特徴とする請 求項１５に記載の合金。 18．アルミニウムを誘導炉に配置し、 該炉を700°C に加熱し、 約3 から6 重量％のシリコンを加え、 約2 から5 重量％の銅を加え、 亜鉛と錫を純粋な形に加え、 前記誘導炉の前記温度を上昇させ、所定の時間の間保持し、 前記溶融された合金をガス抜きして、純化し、 マグネシウムを加え、 前記溶融された合金をガス抜きする、 段階からなるアルミニウムがベースの低摩擦合金を製造するための方法。 19．コバルト、ニッケル、またはモリブデンおよびこれらの組合せからなる前記 群から選択された0.1 から1.0 重量％の構成成分を加える段階を含むことを特徴 とする請求項１８に記載の方法。 20．添加された前記構成成分は、ニッケルであることを特徴とする請求項１９に 記載の方法。 21．添加された前記構成成分は、モリブデンであることを特徴とする請求項１９ に記載の方法。 22．添加された前記構成成分は、コバルトであることを特徴とする請求項１９に 記載の方法。 23．ビスマスを添加する段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 24．前記銅が、銅とアルミニウムフィード合金の形に加えられ、ニッケルがニッ ケルとアルミニウムフィード合金の形に加えられることを特徴とする請求項１８ に記載の方法。 25．前記銅とアルミニウムフィード合金は、前記フィード合金の約50重量％の銅 からなることを特徴とする請求項２４に記載の方法。 26．前記ニッケルとアルミニウムフィード合金は、前記フィード合金の約20重量 ％からなることを特徴とする請求項２５に記載の方法。 27．シリコンが約3.0 から6.0 重量％、銅が約2.0 から5.0 重量％、亜鉛が約0. 5 から5.0 重量％、マグネシウムが約0.25から0.5 重量％、錫が約0.5 から5.0 重量％、ビスマスが約0.1 から1.0 重量％、アルミニウムが実質的に残りの重量 ％の構成成分を含む合金からなるベアリング。