JPS5881948A - 耐摩耗性ならびに振動減衰能に優れたアルミニウム複合材料 - Google Patents

耐摩耗性ならびに振動減衰能に優れたアルミニウム複合材料

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JPS5881948A
JPS5881948A JP17962381A JP17962381A JPS5881948A JP S5881948 A JPS5881948 A JP S5881948A JP 17962381 A JP17962381 A JP 17962381A JP 17962381 A JP17962381 A JP 17962381A JP S5881948 A JPS5881948 A JP S5881948A
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activated carbon
weight
ceramic
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aluminum composite
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JP17962381A
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Kimihiro Shibata
公博 柴田
Harumichi Hino
治道 樋野
Shunsuke Suzuki
俊輔 鈴木
Takeshi Miyata
武 宮田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発、明は、軽量でかつ耐摩耗性ならびに振動減衰能
に優れたアルミニウム複合材料に関するものである。
本出願人は先に防振性および耐摩耗性を有する複合材料
として、アルミニウム基地合金中に活性炭を分散させた
アルミニウム系の防振耐摩耗複合材料を開発した。この
複合材料は、前記基地合金中に平均粒径100〜500
μmの活性炭を5〜15重jtチ含有することを特徴と
し、固体潤滑材としての活性炭のもつ優れた耐摩耗性と
、活性炭と基地合金との広範囲の界面で生ずる粘性流動
に基づく高い振動減衰能とをもつこと1−特徴とした材
料であって、内燃機関のシリンダブロック、シリンダラ
イナー、ピストン等の機械構成要素に適していることを
確認した。しかしながら、前記アルミニウム複合材料を
大きな負荷のかかる例えば自動車用クランクシャフトを
締結するベアリングキャップ等の摺動部に使用し九場合
、基地合金であるアル電ニウム合金が軟質材料であり、
また活性炭自体も崩壊しゃすい九めに、耐かじり性中耐
焼付性(耐スカッフィング性)がやや不十分である。ま
た、活性炭を多く含むと機械的性質が劣化しやすいとい
う問題がある。
この発明は上記した問題点に着目してなされたもので、
アルミニウム合金素材中に活性炭のほかに粒状および(
ま九団蔵維状のAt、O,、8i0□。
zro、 t MgOy SiC、,81,N、 、 
TiN 、 AMt Tic *Wc、 B4CI B
N等のセラミックス會1種あるいはそれ以上添加するこ
とにより、活性炭のもつ高い振動減衰能と潤滑性とを失
わせることなく、上記問題点を解決し、軽量で振動減衰
能が高くかつ耐摩耗性に優れ念新規なアルミニウム複合
材料を提供することを目的とするものである。
アルミニウム合金素材中に活性炭と粒状および(または
)繊維状のセラミックスを添加して分散させるに際して
は、活性炭については1〜10重量%、セラミックスに
ついては0.5〜20重量%の範囲とするのが良い。す
なわち、活性炭の添加量が1重量−よりも少ないと、゛
活性炭のもつ嵩い振動減衰能と潤滑性を発揮させること
ができず、また10重量−よりも多いと機械的性質−6
を劣イヒしやすくなるためである。他方、セラミックス
の添加量が0.5重量%よりも少ないと、耐摩耗性や耐
スカッフィング性等を向上させることができず、ま九2
0重量%よりも多いと強度等の機械的性質が低下するた
めである。さらに、セラミックスの添加に際しては、粒
状および(または)繊維状のものとして用いるのが望ま
しく、粒状のものを用いる場合にはその平均粒径が0.
05〜800μ常の範囲とするのがより望ましい。これ
は、平均粒径が0.5μmよりも小さいと基地合金素材
中への分散性が低下して凝集を生じやすくなるためであ
り、また、平均粒径が800−を超えるとセラミックス
粒子の脱落を生じて摩耗が促進されるおそれがある九め
である。一方、繊維状のものを用いる場合にはその長さ
が3000μm未満のものを用いるのがより望ましい。
これは、長さが3000μm以上であると、耐スカッフ
ィング性カ孟低下した9、強度にばらつきを生じやすく
なるためである。
以下に実施例をもって本発明の詳細な説明する。
(実施例1) 本実施例では基地合金としてCu : 3.98重量−
1Fe : 0.59重量%、81 : 4.70重量
%、zn:0.18重量%、Mg : 0.19重量%
、Mn : 0.10重量%、残AAの組成からなるJ
IS AC2A合金を用い、このAC2A合金に、活性
炭として市販品で平均粒径100μmと500pnのも
のを添加分散させ、またセラミックスとして、平均粒径
3μmのアルミナ(AA、O,)粒子を第1表に示すよ
うに割合を変えて添加分散して7種類の試料を作成し九
。また、比較のため、活性炭の添加量は5mとし、アル
ミナ粒子の添加量t−01,0,2%。
22チとしたもの3種の試料を作成した。次いで、これ
らの合計10種類の複合材料の損失係数、引張強さ、摩
耗減量、スカッフィング発生圧力を測定した。その結果
を同じく第1表に示す。
なお前記複合材料の試料を作成するに際しては、基地合
金であるAC2A合金を加熱し、固相率が約5OIsの
固液共存状態に保ち、機械的に強攪拌を加えながら上記
添加材を均一に分散させたものを半溶融状態にて140
0気圧で加圧成形して直径約10−1高さ約5cwtの
複合材料を作成し、しかるのち前記複合材料から後記す
る所定寸法の試験片を切り出し、T6熱処理を施したの
ち、振動減衰能測定試験、摩耗試験および引張試験用の
試験片とした。そして、損失係数はインパルスノ・ンマ
ーキットを用いた振動解析装置を用いて試験片の共振曲
線から求めた。また、摩耗試験はチムケン式摩耗試験機
を用いて評価した。このときの摩耗試験条件は、潤滑油
(80℃)供給下で、相手材(鋳鉄FC25,Crメッ
キ材)に接触面圧100 Kf/ cm”で押え、摩擦
速Eij 3 m / sec 、−すべり距離110
0Kで評価し次。また、スカッフィング試験は上記の潤
滑条件の下で、摩擦速度t−8@ / 1II6eとし
、接触面圧は30 Kg / ox”より3分おきに1
0 h / am”ずつ増圧する方法で行った。
また、引張試験はインストロン引張試験機により室温で
試験した。さらに、試験片は、損失係数は長さ96−x
幅18mX厚さ5mの恒量状の試験片1個を用い、引張
り強さは標点距離50■、厚さ81111幅12箇のJ
IST号試験片2枚を用い、摩耗減量は5■×5■X1
0mの試験片8個用い、スカッフィング発生圧力は摩耗
減量を測定した後の試験片を用いた。なお、測定値は、
損失係数は5回測定した結果の平均値、引張り強さは2
枚の試験片のデータの平均値、摩耗減量およびスカッフ
ィング発生圧力は8個の試験片に対する測定値の平均値
とした。
第1表の結果から明らかなように、アルミナを添加する
ことによって、アルきす無添加の場合に比べて損失係数
、引張強さ、摩耗減量およびスカッフィング発生圧力が
改善される。特に、アルミナ粒子の添加による摩耗減量
とスカッフィング発生圧力の改善が著しい。しかしなが
ら、アルミナ粒子を222重量%添加たもの(試料A7
)では、引張強さが低下する傾向が見られた。一方、ア
ルミナ粒子を0.2重量%添加した程度では耐スカッフ
ィング性に関して著しい効果は認められず、少なくとも
第1表の結果から0.5重量−以上の添加が必要である
。従って、本発明に使用すべきアルミナの重量%は0.
5〜20嗟が好ましい。なお、試料I&4と8とから明
らかなように、活性炭の粒径の違いによる上配諸特性へ
の影響はほとんどなく、後述のごとくその添加量の影響
が大であった。
なお、上記アルミニレム合金に添加するアルiす粒子の
粒径to、02 pm 〜2400 pw+1で変化さ
せたところ、800μmを超えるアルミナ粒子を添加し
た場合には摩耗試験においてアルミナ粒子の脱落が起こ
り、摩耗が促進される現象が中には認められた。一方、
0.05 pm未満のアルミナ粒子では、上記アルミニ
ウム合金中で均一に分散しに〈<、基地合金中で凝集し
て塊状となりやすぐ、製造上あまり好ましくなかった。
以上のことから、アルミナが粒状の場合には、その平均
粒径は0.05〜800 pgの範囲とするのがより好
ましいといえる。上記の範囲は、アルミナの脱落現象と
基地合金への分散性からその範囲を定めたのであるが、
ソノ他ノセラミックス例えばSin、 l ZrO,t
 MgO#SIC、Tic 、 Wc、 TIN 、 
AM 、 BN 、 81.N4なども同様であった。
(実施例2) 実施例1のアルミニウム合金(ACZA材)中に、アル
ミナ粒子′f:5重量−と一定量添加し、活性炭の添加
tを種々変えて試料をvI411シ、この試料より作製
した試験片から求めた損失係数と引張強さとを図面に示
す。なお、試験片の作製方法と評価方法は実施例1の方
法と同じ方法によった。
図に示すように、活性炭が1重量%よりも少ない場合に
は高い引張強さを示すものの、損失係数が小さく、活性
炭による防振効果が顕著でない。一方、活性炭が10重
量qkを超すものは損失係数は大きいが引張強さが着る
しく低下する。以上の結果から、上記アルミニウム合金
にAA、0. ?添加し、さらに活性炭を入れた複合材
料において、活性炭の添加敏は1〜10重量%が好まし
い。この結果はSiC−? Tic等のAj、O,以外
のセラミックスを使用した場合も同様な傾向を示した。
(実施例3) 本実施例ではCu : 2.56重量%、Fe : 0
.45重量%、St : 9.45重量%、Zn : 
0.08重量%、Mn:0.07重量%、Mg : 1
.24重量%、Ni : 0.69重量%、Ti : 
0.12重量%、残λtからなるAC8B合金に、前記
活性炭2重量−と、長さ110μm、500μmおよび
比較のために3000μmとした3s@の繊維状のアル
ミナ5重量%とを添加した3種類の複合材料を実施例1
と同じ方法で調製した。これらの複合材料の評価に用い
九試験片の製作方法ならびに評価試験は、前記実施例1
と同様な方法によった。そして、第2表にその評価結果
を示す。
第2表より明らかなように、損失係数に関しては繊維長
さによる違いがほとんどないことが判かる。しかしなが
ら、3000μ慣以上の繊維では耐スカッフィング性が
劣り、さらにその前段階である上記アルミニウム合金中
への添加に際して、繊維同士のもつれ合いによる分布の
不均一性が高まった。そのため、引張強さにおいてもば
らつきが多くなった。一方、10μm以下でも上記した
不均一性は認められないことから、添加する繊維の長さ
を3000μm未満とすることがより一層望ましいこと
がわかった。
(実施例4) 本実施例では、Cu : 0.19重量%、F@ : 
0.31重量%、81 : 7.10重量係、Zn :
 0.09重量−1Mn : 0.24重量%、Mg 
: 0.27重量%、残AtからなるAC4C合金に、
上記活性炭t−2重量−と、粒径3μmのアルミナ粒子
4重量%と、繊維長さ500 pmのアルミナ繊維2重
量%とを添加した。
添加方法ならびに試験片製作方法は実施例1と同様であ
る。この場合、第1表に示す試料A9と概ね同一の値を
示し、平均値として損失係数4.5×10”l引張強さ
21.4初/w2.摩耗減量0.80W / Kn t
スカッフィング発生圧力150陶15I3という値であ
り、粒状と繊維状のアルミナを添加することにより、活
性炭単独添加材よりも優れていることが明らかとなった
(実施例5) 本実施例では、前記アルミニウム合金(AC2A)に、
上記活性炭5重量%と、AA、O,の代りに平均粒径1
0μmの810粒子を5重量%添加した試料と、同じ<
 At、O,の代りに平均粒径15μmの81、N4粒
子を2重量−添加した試料とを用いて評価したところ、
それぞれ平均値として、損失係数7、OX 10  と
4.9 X 10−” l引張強さ16.2と17、O
Kt /■3.摩耗減量0.39と0.82岬/−、ス
カッフィング発生圧力160−と120 Kf/ cm
”であり、上記AA、03t−添加した場合と同様に活
性炭の性質を失うことカ<、摩耗特性を改善できること
が確認で1!念。
なお、上記AA、0. t SiC、St、N4以外に
もTic 。
訳など、同様の性質を有するセラミックス粒子  1あ
るいは繊維を用いることにより、上記各実施例に示され
るのと同様の特性を付与することができる。また、本発
明において、アルミニウム合金中に、活性炭および上記
セラミックスを均一に分散させるに際して、該合金の固
液共存状態で添加すると良いため、いわゆる液相と固相
が存在する合金であることが好ましい。しかし、活性炭
とセラミックスをある程度の量たとえば5重量−以上添
加する場合にはアルミニウム合金が完全な液相状態であ
っても粘度が高くなるので、活性炭が浮いたりセラミッ
クスが沈んだりして分離することがなく均一に分散でき
るので、必ずしも液相と固相が存在する合金組成でなく
ても良い。
以上説明したように、本発明によるアルミニウム複合材
料は、アルミニウム合金素材中に、活性炭1〜10重量
%と粒状および(を食は)繊維状のht、O,p 81
C# 818N4. TiC、BN等の1種以上のセラ
ミックスを0.5〜20重量−とを添加してなるもので
あるため、アルミニウム合金およびセラミックスの軽比
重材料から構成されることにより軽量でかつ耐摩耗性お
よび振動減衰能に優れ、その工業的利用価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
図面はアルミニウム合金(AC2A)に平均粒径3 p
mのアルミナt−5重量%添加し、更に添加量を種々変
えた活性炭を添加した複合材料の損失係数と引張強さの
評価結果を示すグラフである。 特許出願人  日産自動車株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  アルミニウム合金葉材中に、活性炭1〜10
    重量−と、セラミックス0.5〜20重量%とを分散さ
    せ九ことを特徴とする耐摩耗性ならびに振動減衰能に優
    れたアルミニウム複合材料。
  2. (2)  セラミックスが粒状をなし、該セラミックス
    の平均粒径が0.05〜800 ptmの範囲である特
    許請求範囲第(1)項記載の耐摩耗性ならびに振動減衰
    能に優れたアルミニウム複合材料。
  3. (3)  セラミックスが繊維状をなし、該セラミック
    ス繊維の長さがa o o o pm未満の範囲である
    特許請求範囲第(1)項記載の耐摩耗性ならびに振動減
    衰能に優れたアルミニウム複合材料。
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