JPS5913041A - 耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成形体およびその製造方法 - Google Patents

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】 本発明は、常温から高温までの強度がすぐれた高Ｓｉア
ルミニウム合金粉末および該合金粉末の成形部材とその
製造法に関するもので、特に内燃機関のシリンダーライ
ナーのような熱負荷が高く、又耐摩耗性耐焼付性が要求
される部品に最適のものである。

最近自動車の軽量化やフロントエンジンフロントドライ
ブ（ＦＦ）方式のためエンジンの軽量化が必要となって
おシ、そのためシリンダーブロックは鋳鉄からＭ合金が
使用されるようになってきている。その場合、鋳鉄製シ
リンダーライナーが鋳ぐるまれて使用されている。この
シリンダーライナーをＭ合金にすると軽量化の他に熱伝
導率が鋳鉄よりもはるかに良いことと、鋳鉄よりも熱膨
張係数が大きく、シリンダーブロックのＭ合金に近いの
で、昇温時でもライナーとブロックの密着性が良いこと
から放熱性の良いエンジンとなり、ライナーの内壁温度
が低く出来ることから潤滑油の寿命を長く出来たシ低粘
度の潤滑油の使用が可能と［Ｌ燃費の向上が可能になる
とされている。

又、ピストン材料のアルミニウム合金のそれと同程度で
あるので、ピストンどの間のクリ、アラ、ンスを小さく
設定出来るために潤滑油の消費量牟押え用すればピスト
ンリングとの間のフリクションロスが低減されることか
ら燃費の向上が期待される。

このようにシリンダーライナーにＭ合金を適用すること
の長所は多いが、従来の公知のアルミニウム合金ではこ
のような鋳ぐるみ用シリンダーライナー材としては否充
分である。例えばＡＡ規格の３９０．０合金（８ｉ＝１
６〜１８％、Ｃｕ＝４〜５　％、Ｍｇ＝０．５０〜０．
６５％、Ｆｅ　＝　０．５　％、Ｔｉ＝０．２％、Ｚｎ
、＝、０．１　％、残Ａｌ）の様な鋳造材は固液共存温
度域が広いため、健全な鋳物を得るためには大、きな押
湯を１必要とするため歩留りが悪くコストの高いものと
なる坤に。

微細化処理や金型鋳造法によっても初晶８ｉ１ｄ、伺粗
大であるたｉＫ被剛性が悪い。更に致命的欠点はシリン
ダーブロックに鋳ぐるむ時に熱によって材料が軟化する
ために、耐摩耗性が著しく低下する他、被削面にビビリ
やムシレを生じやすく、ホーニング加工を困難とする。

又、近年粉末冶金法によｐＡ３９０．０に近い組成の合
金を粉末にして、これを熱間押出しして中空体とする技
術が提案されている。（特開昭５２−１０９４１５　）
。これは高Ｓｉのアルミニウム合金溶湯をアトマイズ法
又は遠心力による。微粒化法により急冷された微粒、又
は粉末とし、これを、熱間押出しすることによシ中空体
を得る方法で、あシ１．鋳造法により得られる。中空体
よ。

シも、はるかに重量歩留シのすぐれた製造法である。

又、この方法によると初晶８ｉが２０μｍ以下の大きさ
、となるために延性や機械加工性にすぐれ、更に高ケイ
素Ｍ合金特有の低摩擦係数の性質をも有してい、る。又
、この製造法により、１５〜２０係Ｓｉ、１〜５％Ｃｕ
、　　０．５〜１．５％Ｍｇ、　　０．５〜１．５％Ｎ
ｉ、　　残部Ｍの合金や或はこれにＳｉ０％Ｓｎ、黒鉛
を混合して押出した中空体が提案されている。本発明者
らはこのトレース実験を行ったところ、２０．ＯＳｉ　
−４，ＯＣｕ−０，８Ｍｇ−０，５Ｎｉ−Ａｌ残の組成
とした粉末押出し材をシリンダーライナー（外径７３ｍ
ｍ内径６５闘高さ１０５＋ｍｎ）として使用し、ＡＤＣ
−１２合金のシリンダーブロック（重量３．４Ｋｇ）に
溶湯温度６７５℃でダイキャスト法で鋳ぐるむテストを
行った結果、鋳ぐるみ前にＴ６処理により硬さがＨ１！
８８０であったものが、鋳ぐるみ後はＨＩＩＩＩ４０程
度に軟化してしまうことが判明した。従ってこの中空体
もアルミニウム合金製シリンダーブロックに鋳ぐるむ時
に軟化してしまい、鋳ぐるみ用シリンダーライナーとし
ては使用不可能である。

また、鋳ぐるみはダイキャスト法や低圧鋳造法によるが
ライナーはコスト面からもできるだけ薄肉とすることが
望ましい。しかし薄肉化していくと鋳ぐるみ時のライナ
ー搬送工程や位置決め時に加わる機械的応力により変形
しやすくなるために、高剛性（高硬度）であることが必
要である。

本発明はこれらの欠点をすべて解消し、鋳ぐるみ時の熱
負荷に対しても軟化することがなく、さらに使用時に負
荷される温度域においても軟化せず、耐摩耗性、耐焼付
性にすぐれたアルミニウム合金材料を経済的にも安価に
提供することを目的とする。

本発明のアルミニウム合金粉末の第一の要旨は、重量比
で８ｉ　１０．０〜３０．０　％と、Ｆｅ　３．０〜１
５．０　％またはＭｎ　５．０〜１５．０％のうち１種
または２種を必須成分とし、さらに必要に応じてＣｕ　
Ｏ，５〜５．０係および隨０．２〜３．０係を含み残部
がＭからなるものであり、第二の要旨は８ｉ　１０．０
〜３０．０係と、Ｎｉ　３．０〜１０．０係と、Ｆｅ　
３．０〜１２．０　％またはＭｎ　５．０〜１２．０　
％のうち１種または２種とを必須成分とし、さらに必要
に応じてＣｕ　０．５〜５．０　％およびＭｇ０．２〜
３．０％を含み残部がＭからなる合金であり、これらの
合金はいずれも８％結晶粒の大きさが１５μｍ以下に微
細化し、高温強度を高めるＦｅ％Ｍｎ、Ｎｉ々どを含む
金属間化合物が析出していることを特徴としている。

また、本発明のアルミニウム合金粉末成形体の第一の要
旨は、重量比で８ｉ　１０．０〜３０．０　％と、Ｆｅ
３．０〜１５．０　％またはＭｎ　５．０〜１５．０％
のうち少くとも１種を必須成分とし、さらに必要に応じ
てＣｕ　Ｏ，５〜５．０％およびＭｇ０．２〜３．０％
を含み、残部がＭからなる組成を有し、Ｓｉ結晶粒の大
きさが１５μｍ以下で、かつＦｅ、■等を含む金属間化
合物の大きさが２０μｍ以下に微細に分散していること
を特徴とする。

また、第二の要旨は重量比で８ｉ１０．０〜３０．０％
と、Ｎｉ　３．０〜１０．０　％と、′Ｆｅ３．０〜１
２．０％またはＭｒ＋５．０〜１２０チのうち少くとも
１種を必須成分とし、さらに必要に応じてＣｕ　Ｑ、５
〜５．０　％およびＭｇ　０．２〜３．０　％を含み、
残部がＭからなる組成を有し、Ｓｉ結晶粒の大きさが１
５μｍ以下、かつＦｅ％Ｍｎ、Ｎｉ等を含む金属間化合
物の大きさ２０ｐｍ以下に微細に分散していることを特
徴とする。

さらに本発明のアルミニウム合金成形体の製造方法は、
原料として前記アルミニウム合金粉末を使用するもので
あり、前記アルミニウム合金溶湯を分散急冷凝固させて
得られた粉末を熱間押出することを要旨とし、Ｓｉ結晶
粒およびＦｅ％鳩、Ｎｉ等を含む金属間化合物が微細に
分散した組織を重子る合金粉末成形体を得ることを要旨
とする。

以下この発明をさらに詳細に説明する。

まず、本発明の合金粉末について説明する。

一般に過共晶Ａｌｌ　−Ｓ　ｉ合金はＭよシも小さな熱
膨張係数を有し、耐熱性耐摩耗性に優れていることは広
く知られている。過共晶Ａｌ　−Ｓ　ｉ合金鋳造材では
８ｉが初晶あるいは共晶としてマトリックス中に分散す
ることにより、高温強度や耐摩耗性、耐焼付性に優れた
効果を発揮する。しかしながら初晶Ｓｉはしばしば粗大
結晶として晶出するため、延性や衝撃値を低下させ、被
剛性を悪くする。また、シリンダーライナー材などに使
用する場合は相手材を傷付けるので適当ではない。

これらの問題点を解決するため、過共晶Ａｄ　−８％合
金を急冷凝固させて初晶Ｓｉを微細化した合金粉末をつ
〈シ、押出成形によシ部材に加工して耐熱性、耐摩耗性
に優れた材料を得ることが提案されている（特開昭５２
−１０９４１５）。しかしながら耐熱性、特に高温強度
に関してはなお充分ではない。

本発明は）Ｊ　−Ｓ　ｉ合金ＫＦ′ｅまたは鳩を添加す
ることにより粗大な初晶８ｉの晶出を抑制するとともに
、高温における強度と耐摩耗性を著しく改善せんとする
ものである。

また、第二の発明ではｋｅ　−Ｓ　ｉ合金−にＦｅまた
はＭｎとＮｉとを添加して初晶Ｓｉの粗大化を阻止ｊ−
て微細に分散晶出させ、同時に微細な金属間化合物を析
出させることにより、高温における強度と耐摩耗性を改
善し、さらに耐焼付性を著１〜〈改善せんとするもので
ある。

次に本発明による合金粉末中の各成分の限定理由を説明
する。

８ｉは１０係以下では分散量が少く、耐熱性耐摩耗性に
およばず効果が不充分である。Ｓｉ　１０　％近傍の亜
共晶域では初晶Ｓｉは晶出せず、微細な共晶組織を有す
るものとなる。８ｉの添加量が増すと共にＳｉ初晶が晶
出するようになシ、耐熱性、耐摩耗性も向上してくる。

しかしながらＳｌが３０俤を越えると分散急冷凝固法に
よって粉末としても粗大な初晶Ｓｉが消、失しなくなる
。粗大な初晶８ｉ組織を有するアルミニウム合金粉末は
押出成形加工して使用するに際しては、粉体の圧縮性を
著しく悪化させ圧粉体を造シにくぐするほか、熱間押出
においても変形抵抗が大きくなり、大きな押出力を必要
とす縮させる難点がある。このような製造上の問題の他
に、材質特性においても鋳造材の場合と同様な難点がア
シ、シリンダーライナー材としては不適当なものとなる
ので、粗大な初晶Ｓｉの晶出は避けなければならない。

また、アルミニウム合金製シリンダーブロック材に鋳ぐ
まれてシリンダーライナーとして使用される場合、Ｓｉ
の添加量と共に熱膨張係数は小さくなり、Ｓｉが３０係
を越えるとシリンダーブロック材との密着状況が悪くな
ったり、ピストンとの間のクリアランスを大きくする必
要性が生じてくる。

従って出の添加量は１０．０〜３０．０％、好ましくは
１５．０１〜２５．０１とするのが良い。

Ｆｅおよび■社本発明合金においては重要な成分であり
、Ｍ中への溶解度が低くかつ拡散速度が遅いことを利用
して微細な化合物として分散させ、高温強度を高める目
的で添加する。さらに固溶限界を越えてＦｅまたは鳩を
添加すると、Ａｄ　−（Ｆｅ　。

Ｍｎ）−８ｉ系の化合物として析出し、その形状は添加
量が多いほど、また冷却速度が遅いほど一大となる。こ
れらの金属間化合物は本発明の製造方法の骨子である分
散急冷凝固法による合金粉本においては棒状の組織とし
て存在して、後の熱間押中±程によ？て分断され、基地
中に微細に分弊スる。

これら化合物は高温にお−でも安定でかつ成長し讐く、
長時間高温保持しても強度の低下は起ζさ。

ない。従って鋳ぐるみ用シリンダーライナーのように高
温にさらされた後も一度の低下がなく、耐摩耗性を保持
することが可能となる。　　　　、過共晶Ａｌ　−Ｓ　
ｉ合金中にＦｅまたは鳩を添加、していくと初晶Ｓｉは
少くなるが、代って析出するＭ−（Ｆｅ　、Ｍｎ）−８
ｉ系金金属化合物咳よって耐熱性、耐摩耗性を維持し改
善するものである。午ヤようにＦｅとＭｎは同様の作用
効果を有しているので、ＦｅまたはＭｎのうちいずれ桁
１種または２種、を使用することができる。Ｆｅまたは
Ｍｎの添加量はＦｅ単独の場合は３．０〜１５．０％、
Ｍｎ警独の場合は５．０〜１５．０％、ＦｅおよびＭｎ
を合わせて使用する場合は、２種合計で３．０〜１５．
０１の範囲とするのが適当である。添加量がよ記範囲よ
、シ少い場合は高温強度を維持向上させるための金属間
化合物の析串量が不足するので効果が上がらない。また
添加量が上記範囲を越えた場合は硬さや耐摩耗性がかえ
って低下するのでライナー材としては好ましくない。ま
た、アルミニウム合金の有する軽量特性を失わせ、粉末
を押出成形加工する場合は圧縮性を悪くシ、押出変雫抵
、抗を大きくし加工を困難にするので好ましくない。従
ってＦｅまたは論の添加量の上限は１５チとした。

さらに本発明合金粉末ではＮｉを合わせて使用するこ、
とができる。Ｎｉの添加効果はＦｅまたは鳩の添加によ
って減少した初晶８ｉを回復させ、高温強度や耐摩耗性
を向上させると同時に１耐焼付性を改善できる点にある
。即ち、過共晶ｋｌ　−Ｓ　ｉ合金中にＮｉ％Ｆｅ、Ｍ
ｎを合わせて添加すると、微細な初晶Ｓｉと、Ａｌｔ−
Ｎｉ系金属間化合物、およびＭ　−（Ｆｅ　、Ｍｎ　）
Ｓｉ系金属間化合物が同時に析出する。この結果合金の
高温強度や耐摩耗、性を向上さ、せ、さらに耐焼付性を
著しく改善すると部う新たな効果が現われる。

Ｎｉの添加量はＳｉ初晶と金属間化合物相の析出を考慮
すると３．０〜１０．０％が適当である。Ｎｉの添加に
よりＭ合金中でのＳｉ溶解度が減少し、過剰のＳｌが初
晶として晶出する。これにＦｅ３．Ｏ〜］、２．０％ま
たはＭｎ　５．０〜１２．０％のうち１種または２種を
添加するのが良い。タソしＣＮｌ十Ｆｅ十Ｍ＋１）合量
で６．０〜１５．０％の範囲内にとどめるべきである。

添加量が上記範囲より少い場合は高温強度を向上させる
ための金属間化合物の析出が不足するので効果が上がら
々い。また添加量が上記範囲を越えた場合は硬さや耐摩
耗性がかえって低下するので、ライナー材としては好ま
しくない。さらには合金粉末を押出成形加工する場合は
圧縮性を悪くし、押出変形抵抗を大きくして加工を困難
とするので好１しくない。

本発明による合金粉末は必要に応じて０．５〜５．０係
のＣｕおよび０．２〜３０係のＭｇを添加することがで
きる。Ｑｌや１電はＭ合金に時効硬化性を付与して材料
を強化する成分として知られている。本発明においても
溶体化処理温度での固溶限度内の前記範囲でＣｕおよび
Ｍｇを添加すると材質を強化するのに有効である。

また、本発明合金粉末においてはさらにＴｉ　、Ｚｒ。

Ｍｏ　、Ｖ　、　Ｃｏ等を添加して高温強度を改善する
ことも可能である。しかしながら添加量があまり増大す
ると成分管理、溶解温度の上昇などの製造上の困難が生
じてくる。

Ｓｉ結晶粒の大きさを１５μｍ以下としたのは、主とし
て初晶Ｓｉの大きさが１５μｍ以上になると、後続の合
金粉末の成形加工性が悪くなり、材料特性も悪化するか
らである。もちろんＳｌが共晶として晶出する場合は微
細結晶となるので問題はおこらない。

本発明による合金粉末は上記合金組成を有する溶湯をア
トマイズ法、遠心力による微粒化法等の通常用いられて
いる金属溶湯からの微粉末製造手段を使用して急速分散
凝固させることにより得られるものである。このように
して得られた合金粉末は大きさが１５μｍ以下の８ｉ結
晶粒と、成長を抑えられた金属間化合物の棒状晶を有し
、従来の高Ｓｌ系アルミニウム合金粉末には見られない
新規々合金粉末である。またこのような組織を有する合
金を鋳造法で得ることは不可能である。参考までに２３
．４８ｉ　〜４．８Ｃｕ−１．２Ｍｇ−８．７　Ｆｅ−
残Ｍの組成を有する本発明によるアルミニウム合金粉末
の顕微鏡組織写真を第３図に示す。第４図は２０．６Ｓ
ｉ　−２，７Ｃｕ−１，１Ｍｇ−７，８Ｍｎ−残Ｍの組
成を有する本発明によるアルミニウム合金粉末の顕微鏡
組織写真である。

なお比較の為、第３図と同一組成を有する鋳造材の組織
写真を第５図に、第４図と同一組成を有する鋳造材の組
織写真を第６図に示しだ。また第７図には従来知られて
いる２１．Ｉ　Ｓｉ　−３，１■−１，０Ｍｇ−残Ｍの
組成を有する高Ｓｉアルミニウム合金粉末の顕微鏡組織
写真を示した。第３図、第４図において塊状を呈してい
るのが初晶Ｓｉで、棒状を呈しているのがＡ１１−（Ｆ
ｅ、Ｍｎ）−＝Ｓｉ系金属間化合物である。第５図、第
６図では粗大々多角形をした初晶Ｓｉが見られ、大きな
棒状の金属間化合物が認められる。第７図では粒状の初
晶Ｓ１と共晶組織を呈している。

本発明による合金粉末は熱間押出加工に適したものであ
り、特に耐熱耐摩耗性を要求される高力アルミニウムの
成形体用に最適なものである。

次に本発明のアルミニウム合金粉末成形体について説明
する。

本発明の第３の要旨とするところは、重量比で８ｉ　１
０．０〜３０．０％と、Ｆｅ　３．０〜１５．Ｏｆｂ　
’４たはＭｎ５．０〜１５．０％のうち少くとも１種を
含むＭ合金からなり、Ｓｉ結晶粒の大きさが１５μｍ以
下であシ、かつまたＦｅまたはＭｎを含む金属間化合物
の大きさが２０μｍ以下に微細化分散していることを特
徴とする耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成形体
である。

第４の発明の要旨とするところは、重量比で８ｉ１０．
０〜３０．ＯＳと、　Ｎｉ　３．０〜１０．０％と、Ｆ
ｅ　３．０〜１２．０　％またはＭｎ５．０〜１２．０
％のうち少くとも１種を含むＭ合金からなり、Ｓｉ結晶
粒の大きさが１５μｍ以下であり、かつまたｋｌ−Ｎｉ
系およびＭ　−（Ｆｅ　９Ｍｎ　）＝Ｓｉ系の金属間化
合物の大きさが加μｍ以下に微細化分散していることを
特徴とする耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成形
体である。

本発明で８ｉ含有景を１０．０〜３０．０％としたのは
成形体の耐熱性、耐摩耗性、耐焼付性を改善するためで
あり、　Ｆｅ含有量を３．０〜１５．０％（但しＮｉを
含有する場合は３．０〜１２．０％）、鳩舎有量を５．
０〜１５．ｏ俤（但しＮｉを含有する場合は５．０〜１
２，０チ）　、Ｎｉ含有量を３．０〜１０．０％とした
のは成形体の強度、特に高温における強度、耐熱性、耐
摩耗性を改善するためである。

さらにＳｉ結晶粒の大きさを１５μｍ以下とすることに
より、耐摩耗性にすぐれ、摩擦係数を低下させてシリン
ダでライナー等に適した材質にするためであり、さらに
また、従来法による成形品よシも延性が良くなり被剛性
が改善されるので加工中のどとりゃムシレの発生が少く
なるなどの、機械加工を容易にする効果をもたらす。

Ｍ−（Ｆｅ　、　Ｍｎ　）−８ｉ％Ａｌ−Ｎｉ等の金属
間化合物の大きさを実質的には５μｍ以下で、大きなも
のでも２０μｍ以下に微細かつ均一に分散させることに
より、高温強度と耐摩耗性が著しく改善されたものとな
る。さらにこれら金属間化合物の微細結晶とＳｉの微細
結晶とが混ざシ合って均一に分布すると、一段と優れた
効果を発揮する。第８図および第９図に本発明によるア
ルミニウム合金粉末成形体の、押出方向に平行な断面の
顕微鏡組織写真を示す。

第８図は第３図と同様な２３．４Ｓｉ　−４，８Ｃｕ−
１，２Ｍｇ−８，７Ｆｅ−残Ｈの組成を有するもの、第
９図は第４図と同様２０．６５ｉ−２，７Ｃｕ−１，１
Ｍｇ−７，８Ｍｎ−残Ｍの組成を有するものである。第
８図および第９図において色の濃い部分が初晶Ｓｉ１色
の淡い部分が共晶と金属間化合物である。比較のため第
１０には第７図と同様の組成を有する公知の高Ｓｉアル
ミニウム合金粉末成形体の断面の顕微鏡組織写真を示す
。図に見られるごとく、本発明による合金成形体では初
晶Ｓ１１共晶、金属間化合物が微細に入シくんで均一に
分布しているのがわかる。このような組織を有する成形
体は従来の成形体には見られなかった新規なものである
。

本発明によるアルミニウム合金粉末成形体は、従来品に
比較して高温強度が著しく改善されており、耐摩耗性、
耐焼付性にも優れたものである。

さらに摩擦係数が小さいので特に内燃機関のシリンダー
ライナーのような高温で使用され、かつ耐摩耗性耐焼付
性が要求される部材として最適なものである。

本発明の第５の要旨は上記アルミニウム合金粉末成形体
の製造方法に関するものであり、前記組成を有する合金
溶湯を分散急冷凝固させ、得られた合金粉末を熱間押出
成型することにある。

合金溶湯を分散急冷凝固させるのはＳｉ、Ｃｕ、Ｍｇ。

ｒｅ　、Ｍｎ　、Ｎｉ等の合金元素を゛過飽和に固溶さ
せるとともに、初晶８ｉや金属間化合物を微細化し材質
を強化するためである。分散急冷凝固させる方法として
は、アトマイズ法、遠心微粉化法等既知の金属粉末製造
方法が利用できる。これらの方法に・より粉末粒径を０
．５　ｔａｇ以下に微細に分散させ急冷凝固させれば満
足する組織の合金粉末が得られる。

次に、該合金粉末を利用して熱間押出により成型体を製
造する。熱間押出は合金粉末中に晶出している初晶Ｓｉ
１共晶相、金属間化合物相の結晶粒を微細化し、材料の
機械的特性を改善すると同時に、強固な成型体に仕上げ
るための必須要件である。

熱間押出に先だって圧粉体を準備す右と作業上都合が良
い。圧粉体の製造は合金粉末を温度２００〜３５０℃程
度の領域にしておこなう。３００℃を越　、えると酸化
が著しくなるのでＮ２ガスやＡｒガスのような非酸化性
雰囲気中でおこなうのが望ましい。

成型圧力は０．５〜３　ｔＯｎ７７程度でおこない、圧
粉体密度は真密度比７０チ以上とするのが圧粉体のハン
ドリング上望ましい。

熱間押出は３５０℃以上の温度域、好ましくは４００〜
４７０℃の温度領域でおこなう。これは圧粉体の加工が
容易な範囲で粒子間の結合を促進させて強固な成型体に
するためである。さらには過飽相同溶分の元素を微細析
出させるとともに、初晶Ｓｉや金属間化合物の棒状組織
を分断して微細化し、成形体の強度と摩擦特性を改善す
るためである。

熱間押出は圧粉体を大気中または非酸化性雰囲気中で予
熱しＪはぼ同温度のコンテナー中に挿入しておこなう。

押出比は１０以上が好ましい。押出十準 比が１０咬千だと押出材中に空隙が残存し、また粉末相
互間の拡散接合や棒状金属間化合物の分断効果が不充分
なため、強度の高い材料が得られないためである。

本発明の方法によればＳｉ初晶、共晶、金属間化合物相
のいずれをもきわめて微細に均一分散させることが可能
となシ、特に材料の耐摩耗性と摩擦特性に優れた部材を
容易に得ることが可能となる。

また、本発明により得られた合金粉末成形体に安定化熱
処理を施し、材料特性をさらに改善することは何らさし
つかえない。

次に実施例をあげて本発明を説明する。

実施例 表−１に示す組成の高８ｉアルミニウム合金溶湯をガス
でアトマイズし、−４３ｍｅｓｈの粉末を得た。

次で２５０℃の温度に予熱したこれらの粉末を同じ温度
に加熱保持した金型中に充填し、１．５　ｔｏ％、（の
圧力で圧縮成形し、直径１００ｕ＋、長さ２００簡の圧
粉体を得た。次に圧粉体を４５０℃に加熱し、同じ温度
に加熱保持された内径１０４ｍのコンテナ中に挿入し、
直径３０閤のダイスで間接押出法によシ押出（押出比１
２）を行い供試材Ａ１−１７迄の成形体を得た。押出の
まま（Ｆ）又はＴ６処理や３００℃×１００Ｈｒ（０）
処理を施こした後、標点間距離５０ｍｎ。

平行部直径６調の引張試験片に加工して常温から２５０
℃までの間で引張試験を行った。岡、引張試験は各試験
温度で、１００Ｈｒ保持後に行った。又、硬さを各温度
での引張試験後の試験片のチャッキング部の端部につい
て測定した。なお、供試甘煮１〜Ａ６は比較例であり、
＆７〜Ａ１７が本発明例である。さらに鋳造材との比較
のためＡ３９０．Ｏ合金の金型鋳造材を比較材（鋳造）
として５００℃×１ｏ　Ｈｒ保持後、水冷し、１７５℃
Ｘ　１０Ｈｒ　（Ｚ）時効処理を行ったものについて同
様の試験を行った。これらの結果を表−１に示す。表−
１中熱処理区分の記号Ｆは押出のま＼、記号Ｔ６は４８
０　Ｘ　２Ｈｒ保持後水冷し１７５℃Ｘ１０Ｈｒの時効
処理、記号Ｏは３００℃Ｘ１００Ｈｒ保持の処理を示す
。

表−１から明らかなように、比較材（鋳造）／１６．１
〜６のものに比べ、本発明の実施例Ａ７〜１７の成形体
は高温強度及び高温に保持後の硬度が高い。

次に熱間押出成形体を切断し、熱間鍛造によシ直径７０
＋ｍ＋＋、高さ１０ｍｍの素材を作シ、機械加工により
試験片とした後、耐焼付性試験、耐摩耗性試験、摩擦係
数の測定を行った。

０・耐焼付性試験 試験装置は、第１図及び第２図に概要を図解的に示すも
のであって、ステータ（１）に取外し可能に取付けられ
た直径７０簡の円板（２）の中央には、裏側から注油孔
（３）を通じて潤滑油が注油される。ステータ（１）に
は油圧装置（図示せず）によって右方へ向けて所定圧力
で押圧力Ｐが作用するようにしである。円板（２）に相
対向してロータ（４）があシ、駆動装置（図示せず）に
よって所定速度で回転するようにしである。ロータ（４
）の円板（２）に対する端面に取付けられ試料保持具（
４ａ）には、５．×５゜Ｘ　１０＋ｍｎの角柱状試験片
（相手材）（５）が、同心円上に等間隔に３個取外し可
能にかつ正方形端面が円板（２）に対して摺動自在に取
付けである。この様な装置に於いてステータ（１）に所
定の押圧力Ｐをかけ所定の面圧で円板（２）と試験片（
相手材）（５）とが接触するようにしておいて、注油孔
（３）から摺動面に所定給油速度で給油しなからロータ
（４）を回転させる。一定時間毎にステータ（１）に作
用する圧力を階段的に増加して行き、ロータ（４）の回
転によって相手の試験片（５）と、円板（２）との摩擦
によって、ステータ（１）に生ずるトルク（摩擦力によ
って生ずるトルク）Ｔをスピンドル（６）を介してロー
ドセル（７）に作用せしめ、その変化を動歪計（８）で
読み、記録計（９）に記録させる。トルクＴが急激に上
昇するときに焼付が生じたものとして、その時の接触面
圧をもって焼付面圧とし、この大小をもって耐焼付性の
良否を判断する。試験に供した円板状試験片（２）は、
３００℃Ｘ１００Ｈｒの熱処理後研摩仕上げをしたもの
を使用し相手の試験片（５）は、球状黒鉛鋳鉄で摺動面
に硬質Ｃｒメッキを施したものと、平均粒径０．８μの
８ｉＣを面積率で１５〜２０チ基地中に分散させた鉄メ
ッキの２種類とし研摩仕上げを行った。

比較材としては、シリンダーライナー用として使用され
ている片状黒鉛鋳鉄についても行った。試験条件は、速
度８ｍ／ｓｅｃ、、潤滑油はエンジレオイ　ル（ＳＡＥ
２０ベースオイル）１犬温度９ｏｙＱｏ’ｏｍｌｌ　−
’：。

／―とし、接触圧力は、２０−一で２０分間の馴らし運
転後３０Ｋｇ／ｃｒＡで３分間、そも後３分経過毎に１
０Ｋｇ／　ｃｔＩＩづつ上昇させていく。′１結果を表
−２に示す。□結果から明らかなように１．竺在多くの
ガソリンエ　。

ンジンでの組合せに見ら５．れ、る片状黒鉛鋳鉄（シリ
ンダーライナー材）とＣｒメッキ（ピストンリング、　
。

表面）の組合せよシも本発明のものはすぐれ屍耐焼付性
を示している。又、比較材（鋳造）や、ｆＡ、、　　　
　１．Ａ２ｊに見られるように□ＳｉＣ分散鉄メッキに
比　□□　　　べ、硬質Ｃ・メッキとの組合せあ場合は
、焼付発生面圧が大巾に低くなっている空、本発明によ
る場い結果となっている点が注目される。更に比較材（
鋳造）やＡ’　１　、　Ａ　２に比べ□本発明の実施例
の成形体の焼付発生面圧が高いが、これは届基地味分散
する硬質相の量が多く、微小な凹凸となって油膜の保持
作用として働く他に、基地が分散強化されているので摩
擦表面が塑性流動によって相手、＊！−二！上うとする
のを防ぐためと考えられる。

表−２ ・摩耗試験及び摩擦係数の測定 耐焼付性試験に使用したと同じ試験機により、研摩仕上
げを行った円板状の試験片（２）に、球状黒鉛鋳鉄の摺
動面に硬質Ｃｒメッキを施したものと、平均粒径０．８
μのＳｉ％面積率で１５〜２０％基地中に分散させた鉄
メッキを施し各々研摩仕上げをしたものを相手材試験片
（５）として、次の条件でテストした。結果を表３に示
す。

（条件） 速度は３ｍ／　ＳｅＣ％　５ｍ／　ｓｅＣ，８ｍ／　ｓ
ｅｃの３水準とし潤滑油としてエンジンオイル（ＳＡＥ
２０ペースオイル）を使用し、油温９０℃、油量５００
ｍ１／＃Ｉ＃Ｉ、面圧１００Ｋｙ／ｃａで摺動距離５０
０　Ｋｍとした。

（摩耗量の測定） ０円板状の試験片の摩耗量は、表面粗す計にて９０゜づ
＼ずれた位置で４ケ所摺動方向と直角となるように触針
を走らせ、摩耗痕の状況をチャート上に記録する。しか
る後、摩耗痕の凹部の面積を求め、材料間の相対比較を
行う。表−３では片状黒鉛鋳鉄の円板の速度５７７１／
ｓｅｅ時の摩耗痕の断面積を１としたときの相対比で表
わした。

ｒ相手材試験片の摩耗量は試料保持具（４ａ）に取付け
られた４本の角状試験片（５）の高さ寸法をテスト前後
にマイクロメーターで測定し、その平均の差を求める方
法によった。

摩擦係数の測定は、２００Ｋｍ走行後にトルクを記録計
（ａ）より読み取り算出した。結果を表−３に示すが、
片状黒鉛鋳鉄（シリンダーライナー材）と、Ｃｒメッキ
の組合せの場合よりも、著しく摩擦係数＝１ の低いことが明らかである。更に、　　例あのように鋳
ぐるみ時の熱負荷に相当する３００℃Ｘ１００Ｈｒ量は
、片状黒鉛鋳鉄と比較しても同等以下である。

又、相手の表面処理が硬質Ｃｒメッキであっても、又Ｓ
ｉＣ分散鉄メッキであっても、その差はない。

以上のように本発明合金は、Ｍ合金製シリンダーブロッ
クに鋳ぐるまれ、且つ、使用時に比較的高い温度域で使
用されるシリンダーライナーのような用途に適するもの
である。同、本発明合金はＴｉ、Ｃｒ　、Ｖ、Ｍｏ　、
Ｚｒ等を含んでも、急冷凝固ニヨる粉末を出発原料とし
ているため耐熱性に寄与するものと考えられる。又、Ｚ
ｎ　ｔ−Ｃｕ　、　Ｍｇの代りに時効硬化性を与える目
的で、置換することも可能である。従って、本発明合金
は、従来、鋳造用又は展伸用合金としては、脆い化合物
を作るために、使用出来なかったようなＦｅ、Ｎｉ、Ｍ
ｎを多量に含む低級スクラップの使用をも可能とするた
めに、経済的メリットも大である。

【図面の簡単な説明】

第３図、第４図は本発明によるアルミニウム合金粉末の
顕微鏡組織写真倍率７４０倍であって、第３図は２３．
４８ｉ−４，８Ｃｕ−１，２Ｍｇ−８，７Ｆｅ−残Ａ１
１（Ｄ組成のもの、第４図は２０．６Ｓｉ−２，７Ｃｕ
−１，１Ｍｇ−７，８Ｍｎ−残Ｍの組成のものである。 第５図と第６図は鋳造材の顕微鏡組織写罵声率９７倍Ｆ
あって、第５図は第３図と同一組成のもの、第６図は第
４図と同一組成のものである。第７図は２１．１８ｉ　
−３，Ｉ　Ｃｕ　−１，０Ｍｇ−残Ｍの組成を有する公
知の高Ｓｉアルミニウム合金粉末の顕微鏡組織写真（倍
率＞１４０倍）である。第８図、第９図は本発明による
合金粉末成形体の押出方向に平行な断面の顕微鏡組織写
真（倍率７４０倍）でおって、第８図は第３図と同一組
成、第９図は第４図と同工組成のものである。 第１０図は第７図と同一組成を有する公知のアルミニウ
ム合金粉末成形体の押出方向に平行な断面の顕微鏡組織
写真（倍率７４０倍）である。 特許出願人　　株式会社　リケン 昭和電工株式会社 代理人　弁理士菊地精− ′　　　第１図　　　　　第２図 １■　　　　　　　　　　　　　斑　　　　　　　・□
、　、・１．　、　、１．、Ｂ、、　、１″ｆ１□　■
１川 （７４０糟） 悴　７　犯 Ｖ−ど　但 （７４０≦り 第　９　屯 峯　１０）ｊ ｔ’Ｈｏ　イυ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　重量比で８ｉ　１０．０〜３０．０％と、Ｆ
   ｅ　３．０〜１５．０係またはＭｎ　５．０〜１５．Ｏ
   ｔＩ６のうち１種または２種（２種の場合は合計で３．
   ０〜１５．０％）を必須成分とし、さらに必要に応じて
   Ｃｕ　Ｑ、５〜５．０係およびＭｇ　０．２〜３．０係
   、残部が不可避的不純物を含むＭとから成Ｊ、Ｓｉ結晶
   粒の大きさが１５μｍ以下であることを特徴とする耐熱
   耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末。
2. （２）重量比で５ｉｌＯ，Ｏ〜３０．Ｏチと、Ｎｉ　３
   ．０〜１０．０係と、Ｆｅ　３．０〜’１２．０％　ｉ
   ｉたはＭｎ　５．０〜１２．０　％のうち１種猶または
   ２種（たソしＮｉ＋Ｆｅ十Ｍｎ合量で６０〜１５０ｑ６
   ）とを必須成分とし、さらに必要に応じてＣｕ　ｏ、ｓ
   〜５０係およびＭｇＯ２〜３．０ｑｂ、残部が不可避的
   不純物を含むＭとからなシ、Ｓｉ結晶粒の大きさが１５
   μｍ以下であることを特徴とする耐熱耐摩耗性高力アル
   ミニウム合金粉末。
3. （３）重量比テＳ　ｉ　１０．０〜３０．０　％と、　
   Ｆｅ　３，０〜１５．０ｔＩ６ま大はＭｎ　５．０〜１
   ５．０’％のうち１種または２種（２種の場合は合計で
   ３．０〜１５０％）とを必須成分とし、さらに必要に応
   じてＣｕ　　Ｏ，５〜５．０係およびＭｇ　０．２〜３
   ，０チ、残部が不可避的不純物を含むＭとから々ｐ、Ｓ
   ｉ結晶粒の大きさが１５μｍ以下であり、かつ金属間化
   合物の大きさが２０μｍ以下に微細化分散してなること
   を特徴とする耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成
   形体。
4. （４）重量比で８ｉ１０．Ｏ〜３０．０チと、Ｎｉ３０
   〜１０．０係と、　Ｆｅ　３．０〜１２．０またはＭＪ
   Ｉ　５．０〜１２．０１　ｔ７）うち１種または２種（
   たソしＮ　ｉ　十Ｆｅ　十Ｍｎ合量で６０〜１５．０９
   １ｔ）とを必須成分とし、さらに必要に応じてＣｕ　Ｏ
   ，５〜５．０％およびＭｇ　　Ｏ１２〜３．０’４’、
   残部が不可避的不純物を含むＭとからなり、Ｓｉ結晶粒
   の大きさが１５μｍ以下であり、かつ金属間化合物の大
   きさが２０μｍ以下に微細化分散してなることを特徴と
   する耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金粉末成形体。
5. （５）重量比で５ｉ１０．θ〜３０，０％と、Ｆｅ　３
   ．０〜１５．０チまたはＭｎ　５．０〜１５．１のうち
   １種または２種（２種の場合は合計で３．０〜１５．０
   　％　）と、さらに必要に応じてＣｕ　Ｏ，５〜５．０
   俤およびＭｇ　０．２〜３．０％、残部が不可避的不純
   物を含むＭからなる合金溶湯か、または、８ｉｘｏ、０
   〜３０．０チと、Ｆｅ　３．０〜１２．０　％またはＭ
   ｎ　５．０〜１２．０　％　（Ｄうち１種または２種（
   たソしＮｉ−１−Ｆｅ＋論含量で６．０チ〜１５．０％
   ）とを必須成分とし、さらに必要に応じてＣｕ　Ｏ，５
   〜５．０％およびＭｇ　０．２〜３．０％、残部が不可
   避的不純物を含むＭからなる合金溶湯を分散急冷凝固さ
   せて粉末となし、次いで得られた合金粉末を熱間押出成
   形することを特徴とする、Ｓｉ結晶粒の大きさが１５μ
   ｍ以下であり、かつ金属間化合物が２０μｍ以下に微細
   化分散した組織を有する耐熱耐摩耗性高力アルミニウム
   合金粉末成形体の製造方法。