JPS6050137A - 硬質粒子分散型耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金部材 - 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】 この発明は、内燃機関のシリンダライナやカークーラ用
ロータリコンプレッサのベーンのような部材に適する耐
熱耐摩耗性高力アルミニウム合金部材とその製造方法に
関する。

自動車用エンジンのシリンダーブローツクを鋳鉄からア
ルミニウム合金鋳物に置換すると軽量化の効果は大であ
るが、その場合でもビストシリンダやピストンと摺動す
る内周側はアルミニウム合金鋳物では耐摩耗性が不充分
なために、片状黒鉛鋳鉄材からなるシリンダライナを鋳
包んで使用している。このシリンダライナをアルミニウ
ム合金にすると一段と軽量化の効果が得られるほか、そ
の熱伝導率が鋳鉄よりも良いことと、鋳鉄よりも熱膨張
係数が大きく、シリンダブロックのアルミニウム合金鋳
物の熱膨張係数に近いので、運転時の昇温した状態でも
ライナ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、ライナの内壁温度が低下することから
潤滑油の寿命を長くすることが出来たり、低粘度の潤滑
油の使用が可能となり燃費の向上も可能になる等の効果
が期待されている。

また、高Ｓｉアルミニウム合金は鋳鉄に比べて熱膨張係
数が大きいので、アルミニウム合金のピストンとの間の
クリアランスを小さく設定出来る可能性があり、ピスト
ンとの間のクリアランスを小さくすると、燃費の向上の
他に潤滑油の消費量を押えることが出来る。また、高Ｓ
ｉアルミニウム合金は摩擦係数が低いために、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
も燃費の向上が期待される。

このようにシリンダライナにアルミニウム合金を適用す
ることの長所は多いが、従来公知のアルミニウム合金で
はこのよな鋳包み用シリンダライナ材としては不充分で
ある。例えばＡＡ規格のＡ３９０．Ｏ合金（Ｓｉ：１６
−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
に、健全な鋳物を得るためには大きい押湯を必要とし、
歩留りが悪くコストの高いものとなる他に、微細化処理
や金型鋳造法によっても初晶Ｓｉ粒は尚粗大であるため
に被削性が悪い。更に致命的欠点はシリンダブロックに
鋳包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ゃ
すく、ホーニング加工を困難とする。また、近年粉末冶
金法により、Ａ、３９０．０に近い組成の合金を粉末と
し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）、こ九は高Ｓｉのア
ルミニウム合金溶湯をア］−マイズ法または遠心力によ
る微粒化法により急冷された微粒または粉末とし、これ
を熱間押出しすることにより中空体を得る方法であり、
鋳造法により得られる中空体よりもはるかに重量歩留り
のすぐれた製造法である。また、この方法によると初晶
Ｓｉ粒が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Ａ１合金特有の定摩擦係
数の性質をも有している。また、この方法により、１．
５〜２０％Ｓｉ、１〜５％Ｃｕ。

０．５〜５％Ｍｇ＋　ｏ、　５〜１．５％Ｎｉ、残部Ａ
ｌの合金や或はこれにＳ　Ｉ　ＣＩ　Ｓｎ　Ｈ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．
０３ｉ−４，０Ｃｕ−０，８Ｍｇ−０，５Ｎｉ−Ａｌ残
の組成とした粉末押出し材をシリンダライナ（外径７３
ｍｍ内径５５　ｍ　ｍ高さ１０５ｍ　ｍ　）として使用
し、ＡＤＣ−１２合金のシリンダブロック（重量３．４
Ｋｇ）に溶湯温度６７５℃でダイキャスト法で鋳包むテ
ストを行った結果、鋳包み前にＴ６処理により硬さがｌ
−Ｉ　ＲＢ　８０であったものが、鋳包み後はＨＲＢ４
０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ブロックに錆包む時
に軟化してしまい、鋳包み用シリンダライナとしては使
用に耐え得ないものである。

また、鍔包みはダイキャスト法や低圧鋳造法によるがラ
イナはコスト面からも出来るたけ薄肉とすることが望ま
しいが、前記の中空体は強度、特に硬度が充分でなく薄
肉化していくと鋳包み時のライナ搬送工程や位置決め時
等に加わる機械的応力により変形しやすくなる。

本発明者らは、これらの従来のアルミニウム合金の難点
を解消し、鋳包み時などに負荷さＩＬる熱負荷に対して
も軟化することがなく、更に使用時の熱負荷の下におい
ても硬度低下の生ずることの少ない耐熱耐摩耗性高力ア
ルミニウム合金とその製造方法を開発し先に提案した　
（特願昭５７−１１９９０１号、特願昭５７−１１９９
０２号）。

先きの提案に係る高カアルムニウム合金においては、そ
の高温強度を向上させることを目的として、Ａｔ中での
拡散速度の遅いＦｅ、Ｍｎ、Ｎｉ等の元素を含む金属間
化合物の微粒子を合金基地中に微細に分散させたもので
あるが、実機エンジンテストによる結果、潤滑油中にダ
ストや燃焼酸物であるカーボン粒子等が混入する場合に
シリンダライナの摩耗が多くなる傾向を示し易いことが
判明した。また、カークーラ用ロータリコンプレッサの
ベーンとしてこの種の合金材をテス１へしてみると、摺
動相手部材の表面粗さが粗い場合に摩耗が多くなること
が判明した。

この発明は、上記アルミニウム合金の耐Ｉ？耗耐焼付特
性を更に改善し上記難点を解消することを目的としてな
されたもので、第１の発明は１重量比で５ｉ１０．Ｏ〜
　３０．０％と、Ｆ（３３゜０−１．５．０％、Ｍｎ　
５．０−１５．０％のうち１種または２種と、さらに必
要に応じてＣｕＯ９５〜５．０％およびＭｇ　０．２〜
３．０％を含み、残部が不可避的不純物を含むＡ１から
なり、Ｓｉ結晶粒子の大きさが１５μｍ以下に、かつ金
属間化合物粒子の大きさが２０μｍ以下に微細化分散し
ているアルミニウム合金基地中に、該基地よりも高硬度
であり、その粒径が前記Ｓｉ結晶粒子および金属間化合
物粒子より大で且つ６０μｍ以下である硬質粒子が２〜
２０（重量）％分散している組織を有する硬質粒子分散
型耐熱耐摩耗性高力アルミニウム合金、第２の発明は、
重量比でＳｉ　１０．０〜３０．０％と、Ｆｅ３．０〜
１２．０％、またはＭｎ　５．０　１２．０％のうち１
種または２種と、Ｎｉ　３．０〜１０゜０％（ただしＦ
ｅ＋Ｍｎ＋Ｎｉ合泪で６．０−１５．０％）と、さらに
必要に応じてＣｕ０゜５−５．０％およびＭｇ０．２−
３．０％を含み、残部が不可避的不純物を含むＡｌから
なり、Ｓｉ結晶粒子の大きさが１５μｍ以下に、かつ金
属間化合物粒子の大きさが２０μｒｎ以下に微細化分散
しているアルミニウム合金基地中に、該基地よりも高硬
度であり、その平均粒径が前記Ｓｉ粒子および金属間化
合物粒子より大で且つ６０μＩＩＩ以下である硬質粒子
が２〜２０（重置）３６３敗している組織を有する耐熱
耐摩耗性高力アルミニウム合金に係り、更にこＩｃらア
ルミニウム合金の製造方法をも提供するものである。

以下、本発明をさらに説明する。

まず、本発明になる合金における硬質粒子を除く部分の
成分限定理由について説明する。

Ｓｉは１０％以下ではＳｉ結晶粒子の分散基が少なく、
耐摩耗性におよぼす効果が不充分である。

Ｓｔ　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。Ｓｉの添加量が増
すとともにＳｉが初品として晶出するようになり、耐熱
性、耐摩耗性も向上してくる。

しかしながらＳｉ、が３０％を越えると後述する本発明
の骨子である硬質粒子と混合して熱間押出しすることが
著しく困難になる。また、アルミニウム合金製シリンダ
ブロックに鋳包まれてシリンダライナ等として使用する
場合、Ｓｉの添加量と共に熱膨張係数が小さくなり、Ｓ
ｉが３０％を越えるとシリンダブロック材との密着性が
悪くなったり、ピストンと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Ｓｉの添加量は１０．０〜
３０．０％、好ましくは１２．０〜２３．０％とするの
が良い。

ＦｅおよびＭｎは本発明合金においては重要な度が遅い
ことを利用して微細な金属間化合物として基地中に分散
させ、高温強度を高める目的で特に添加するものである
。固溶限界を越えてＦ　ｅまたはＭｎを添加すると、Ａ
　Ｉ　−（Ｆ　ｅ　、、　Ｍ　ｎ　）　−３ｉ系の金属
間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粗大となる。これらの金属間化
合物は本発明の重要な骨子である分散急冷凝固法により
う得られる合金粉末中においては棒状の組織として存在
して、後の熱間押出工程によって分断され、基地中に微
細に分散される。これら化合物は高温においても安定で
かつ成長し難く、それ故、長時間高温に保持しても合金
の硬度を高い値に維持する効果を示す。

従って、鋳包み用シリンダライナのように高温にさらさ
れた後も硬度の低下がなく、良好な耐摩耗性を保持する
ことが可能となる。

過共晶Ａｌ−Ｓｉ合全中にＦｅまたはＭ　ｒ＋を添加し
ていくと初晶Ｓｉは少なくなるが、代って析出するＡＩ
　（Ｆｅ、Ｍｎ）−Ｓ　ｉ基金属間化合物によって耐摩
耗性、耐熱性を改善し維持するものである。このように
ＦｅとＭ　ｎは同様な作用効果を示すものであるから、
ＦｅまたはＭｎのうち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単独の場合はＪｒ、　Ｑ　〜’
１５．０％、ＦｅおよびＭｎを合せて使用する場合は２
種合計で３．０〜１５．０％の範囲とするのが適当であ
る。添加量が上記範囲より少な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出量が不足するので
効果が充分に得られない。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
ナ材等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、粉末を押出成形扉ゴユする
場合は圧縮性を悪くし、押出変形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、Ｆ　ｅまたはＭ
ｎの添加量の上限は１５．０％とした。

更に本発明においては、上記アルミニウム合金基地中に
、該基地よりも高硬度で、その粒径が後述する初晶Ｓｉ
粒や金属間化合物粒子の粒径より大であり且つ６０μｍ
よりは小さい硬質粒子を２〜２０％分散させている。こ
れら硬質粒子はアルミニウム合金基地中に分散して存在
することにより、摺動中に摺動面に露出して低速の摺動
条件下においても油膜の形成を容易にする他に相手の摺
動面が粗い場合や潤滑油中にダストやカーボン粒子等が
含まれている場合であっても良好な耐摩耗特性を発揮す
る。

上記硬質粒子としては、金属Ｓ　ｉ　、　Ｓ　１ＢＮ４
゜ＳｉＣのほか、ＴｉＮ等の窒化物、ＡＩＬ０３等のク
スやフェロモリブデン、フェロタングステンのような硬
質合金の粉末が使用できる。　こＪＬらの硬質粉末のう
ち　特に金属Ｓ　ｓ　、　Ｓ　ｒＢ　Ｎ４およびＳｉＣ
はその比重が前記の分散急冷凝固法によって得られた合
金粉末の比重に近いので本発明合金の製造過程において
偏析を生ずることがなく、均一に混合でき、また、Ａ　
ｌ　−Ｓ　ｉ合金との密着性がよい上に、安価であるの
で有利である６前記硬質粒子の粒径は低速摺動条件下で
の耐摩耗性改善のためには、アルミニウム合金基地中に
微細化分散している初晶Ｓｉ結晶粒や金属間化合物粒子
の粒径よりも大きくする必要がある。然しこ九が６０μ
Ｉｎよりも大きくなると熱間押出し加工が困難になるの
で大きくとも６０μｍ以下、好ましくは４０μｒｎ以下
とする。

これらの硬質粒子は、分散急冷凝固法によって得られた
アルミニウム合金粉末に混合されて熱間押出し加工され
るに際して該合金粉末によって周囲から大きな圧縮力を
受けるので該合金に良好に密着し、摺動中に成形体から
剥離脱落するようなことがない。

なお、これらの硬質粒子は相手慴動材の硬度や表面粗さ
あるいは摺動条件等に応じて１種類で、あるいは数種類
を併せて用いることができる。

これら硬質粒子の分散量は、合計で２％未満では前記の
効果が不充分であり、２０％を越えると押出し加工が困
難となって押出成形体に亀裂が生じ易くなる。それ故、
本発明においては該硬質粒子の量を２〜２０％の範囲と
する。

本発明による合金粉末成形体は必要に応じて０．５〜５
．０％のＣｕおよび０．２−３．０％のＭｇを添加する
ことができる。ＣｕやＭｇはアルミコウム合金に時効硬
化性を付与して材質を強化するに有効な元素として知ら
れている。本発明においても溶体化処理温度での固溶限
度内程度の前記範囲内でＣｕおよびＭｇを添加すると材
質強化に有効である。

さらに本発明では、Ｆｅ、Ｍｎ等と併せてＮｉを添加す
ることができる。Ｎｉの添加効果はドｅまたはＭｎの添
加によって減少した初晶Ｓｉを回復させ、高温強度や耐
摩耗性を向上させると同時に、耐焼付性を改善できる点
にある。即ち、過共晶Ａ　ｌ　−Ｓ　ｉ合金中にＮｉ、
Ｆｅ、Ｍｎを合せて添加すると、微細な初晶Ｓｔや共晶
Ｓｉと、Ａｌ−Ｎｉ系金属間化合物、およびＡｌ−（Ｆ
’ｅ、Ｍｎ）−８ｉ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いう新たな効果が得られる
。Ｎｉの添加量は初晶Ｓｉ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Ａ１合金中でのＳｉの溶解度が減少し、過剰のＳ
ｉが初品として晶出する。これにＦｅ３．０〜１２．０
％またはＭｎ　５．０〜１２．０％のうら１種または２
種を添加するのが良い。ただしく　Ｆ　ｅ　＋　Ｍ　ｎ
　＋Ｎｉ）合計で６．０〜１５．０“Ｘ、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ない場合は
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
するので効果が充分ではない。また、添加量が上記範囲
を越える場合には１強度が低下する他に、硬質粒子を混
合しての押出成形加工が困難になるので好ましくない。

なお、本発明では分散急冷凝固法によって合金粉末を得
る過程でさらにＴｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｏ等を
添加して高温強度を改善することも可能である。

Ｓｉ結晶粒子の大きさを１５μｍ以下としだのは押出し
加工を容易にするという製造上の要請の他に、得られる
合金の延性を良好にし被剛性を改善するためでもある。

また、Ｓｉの微細結晶により耐摩耗性が向上し、摩擦係
数が低下するのでシリンダライナ等の摺動部材に適した
ものとするためである。

Ａｌ−（Ｆｅ、Ｍｎ）−３ｉ系、Ａｌ−Ｎｉ系等の金属
間化合均粒の大きさは実質的には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従来品に比較して著しく
改善される。

本発明の硬質粒子分散型耐熱耐摩耗性高力アルミニウム
合金部材は、上記の金属間化合物の微細化分散によって
分散強化されて特に高温強度が改善され、Ｓｉ結晶粒の
微細化分散によって耐摩耗性が改善されているアルミニ
ウム合金基地中に、これら金属間化合均粒やＳｉ結晶粒
の粒径よりも大なる粒径を有する硬質粒子を分散させる
ことによって部材の耐摩耗性、耐焼付性を更に一段と向
上させたものであり、従来品に比べて耐摩耗性に優れて
いる他、鋳包み等により熱履歴を受けることがあっても
材質が軟化することがなく、特に使用条件の苛酷な内燃
機関のシリンダライナやカークーラ用ロータリコンプレ
ッサの部品等として好適なものである。

本発明は、更に前記の硬質粒子分散型耐熱耐摩耗性高力
アルミニウム合金部材の製造方法をも提供するものであ
る。

その製造方法の要旨とするところはＦｅ、Ｍｎ。

Ｎｉ等を含む高Ｓｉアルミニウム合金溶湯を分散急冷凝
固させ、得られたアルミニウム合金粉末に所定量の硬質
粒子を加えて混合したのち、熱間押出成形することにあ
る。

合金溶湯を分散急冷凝固させるのは、Ｓｉ。

Ｆｅ、Ｎｉ　ｙ　Ｃｕ、Ｍｇ等の合金元素を過飽和に固
溶させるとともに、初晶Ｓｉや金属間化合物相を微細化
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０．５ｍｍ
以下に微細化し急冷凝固させれば満足する組織の合金粉
末が得られる。

次に前記アルミニウム合金粉末に前述した硬質粒子を２
〜２０％添加し混合する。該硬質粒子の粒径としては若
干の小径粒子の混入は許容されが、耐摩耗性、耐焼付性
の改善の為には概ね前記の分散急冷凝固法によって得ら
れた合金粉末中に分散晶出あるいは分散析出したＳｉ結
晶粒および金属間化合物が押出し成形加工後に呈する粒
径より大であることが望ましく、また、成形加工性の観
点から６０μｍ以下とすることが望ましい。

なお、熱間押出に先だって、ビレッ１〜を製造する工程
を加えることが望ましいく、金型中で圧縮成形してこれ
を製造する場合には、金型と粉末材料とを２００〜３５
０℃程度の温度としておこなう。３００℃を越えると酸
化が著しくなるので窒素ガスやアルゴンのような非酸化
性雰囲気中でおこなうのが望ましい。成形圧力は０．５
〜３し。ｎ／ｃｍ程度でおこない、圧粉体密度は真密度
比７０％以上とするのが圧粉体のハンドリング上望まし
塾Ａ０ 冷間静水圧プレスによりビレットの成形加工をおこなう
こともできるがこの場合には５ｔｂ以上の圧力が必要で
ある。

熱間押出しは３５０℃以上の温度、好ましくは４００〜
４７０℃の温度域でおこなう。こ牡は圧粉体の成形加工
を容易にすると同時に粒子間の結合を促進させて強固な
成形体とするためである。

さらには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
出しは圧粉体（ビレット）を大気中または非酸化雰囲気
中で予熱し、はゾ同温度のコンテナ中に挿入しておこな
うのがよい。

また、押出加工比は１０以上が好ましい。押出加工比が
１０未満だと押出材中に空隙が残存し、また粉末相互間
の拡散結合や棒状金属間化合物の分断効果が不充分なた
めに、強度や靭性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、分散急冷凝固法によって得られ
たアルミニウム合金粉末中には極めて微細な初晶Ｓｔの
結晶粒と棒状の金属間化合物とが含まれているが、この
合金粉末に前記の金属Ｓｉ粒子、５ｉ９Ｎ４粒子あるい
はＳｉＣ粒子等の硬質粒子を所定量混合して熱間押出し
加工をおこなうことにより棒状金属間化合物は極めて微
細に分断され微細均一に分散され、一方、前記混合され
た硬質粒はその粒径をほとんど変えることなく、前記の
初晶Ｓｔや分断された金属間化合物粒子よりも大なる粒
径をなして基地中に分布し材料の耐摩耗性、耐焼付性の
一層の改善に寄与する。

実施例−１ 表−１に示す各種合金組成を有する高Ｓｉアルミニウム
合金溶湯を空気アトマイズして急冷凝固粉末とし、得ら
れた粉末を一６０ｍｅｓｈとなるようにフルイ分けをお
こなった。次いで表−１に示すような硬質粉末を前記急
冷凝固合金粉末に配合し、■型コーンミキサにて窒素ガ
ス封入下で均一に混合した。硬質粒子として使用した金
属Ｓｉは純度９８．５％、平均粒径１５　ｐ　ｒｎのも
の、Ｓ　Ｉ　：ｌ　Ｎ４は平均粒径２０μｍ、ＳｉＣは
平均粒径ｌＯμｍのＧＣ型のものである。

これらの混合粉を２５０℃に１時間加熱し、同温度に加
熱された内径８７　ｍ　ｍの３分割金型中に充填し上下
パンチにより圧縮成形して真密度７２％の長さ２００　
ｍ　ｍのビレットとした。

次に該ビレットをＡｒガス中で４５０℃で３０分加熱し
た後、４３０℃に加熱保持された内径９０ｍｍのコンテ
ナ中に挿入し、内径２３ｍｍのダイスを用いて間接押出
法により丸棒の押出材とした。押出比は１５．３である
。得られた押出材次にこの押出材より引張試験片を削り
出して３５０℃ＸＩＯＨｒのＯ処理をおこなった後、２
００℃、２５０℃に１００時間保持後、その温度で引張
試験をおこなった。なお、比較のために高Ｓｉアルミニ
ウム合金（鋳造材）のＡ３９０゜０合金と耐熱性にすぐ
れたピストン用鋳造アルミニウム合金であるＡＣ８Ｂ合
金の　０処理材についても引張試験をおこなった。その
結果を表−２に示す。表−２から明らかな如く本発明の
合金は高温強度が高く、また高温保持後の硬度が高い。

次に、これらの合金について摩耗試験をおこなった。

試験は第１図に示す方法で実施した。試験片（１）を試
験片ホルダ（２）で保持し、相手方回転円板（３）の外
周面に一定圧力で圧接させ、潤滑油供給管（４）から潤
滑油を供給しながら摺動させる。

試験片は５Ｘ５Ｘ２０ｍｍの角柱状を呈し、先端摺動面
には半径６　ｍ　ｍの丸みが（＝Ｊせられ、研磨仕上げ
が施されている。相手円板（３）は球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ
５０に焼入、焼戻が施されＨＲＣ５０の硬さを有し、外
径４４．２ｍｍで、摺動外周面は表面粗さ約１．５μｍ
に研磨仕上げが施しである。このような装置によって相
手円板（３）を１．３．５ｍ／秒の周速で回転させ、８
０±１℃に加熱されたコンプレッサオイル（スニソ５Ｇ
Ｓ）を３００　ｍ　ｌ　／分の割合で供給管から給油し
ながら試験片（１）を相手円板（３）の外周面に３ｋｇ
　／　ｍ　ｍの押圧力で押付け、摩擦距離を１５０ｋｍ
として試験片（１）と相手円板（３）とを摺動させた。

供試材として、前記の本発明実施例の１〜３の押出丸棒
より試験片（１）を削り出した後、Ｏ処理を行ったもの
と、比較のために本発明実施例の１〜３で硬質粉末を添
加していない押出丸棒より試験片を削り出し同じ熱処理
を施したものについて試験を行った。その結果を第２図
に示す。なお、摩耗量は試験片先端部の摩耗［１」で示
している。

第２図から明らかなように、硬質粉末粒子を添加しない
比較例１〜３の押出材は硬質粉末粒子を添加した本発明
合金に比べて摩耗量が多く、特に低速域と高速域におい
て摩耗が増大する傾向を示している。これに対して、硬
質粉末粒子を添加した本発明の合金１〜３は低速域から
高速域まで安定して良好な耐摩耗性を示しており、比較
例１〜３に比べて大巾な耐摩耗性改善効果を示している
。

特に金属Ｓｉ粒の添加に比べてＳｉ３Ｎ、ＦやＳｉＣの
ように硬度の高い粒子を添加した場合に摩耗が少なくな
る傾向が認められる。

実施例−２ １５，１％５ｔ−７，６％Ｆｅ−３，０％Ｃｕ−１，２
％Ｍｇ−残Ａ１からなる合金溶湯を実施例−１と同じ方
法でアトマイズして急冷凝固粉末を得た後、これを−６
０ｍｅｓｈにフルイ分けして原料アルミニウム合金粉末
とした。

該合金粉末に前記実施例−１で用いたと同じ金属Ｓｉ粒
、Ｓｉ３Ｎ４粒および８１０粒を全体の０゜３．５，１
０，１５，２０％になるように各々配合し、前記実施例
−１におけると同様にして直径２３ｍｍの押出材とした
。押出比は１５．３であった。これら押出材から試験片
を削り出し、実施例−１におけると同様の方法で摩耗試
験を行ない、硬質粒子の配合割合による影響を調べた。

試験条件は相手円板の表面粗さを０．８〜１．０μｍに
、周速を１ｍ／秒とし、その他の各条件は前記実施例１
に於けると同様である。

第３図に金属Ｓｉ粒を配合した場合の結果を、第４図に
５１３Ｎ＋粒を配合した場合の結果を、また、第５図に
８１０粒を配合した場合の結果を示す。なお、図中、摩
耗量は硬質粒子無配合の場合の摩耗量を１として、相対
摩耗量で示している。

これらの図から、硬質粒子の配合！＃、（添加量）が３
％を越えると摩耗量が著しく低下することが認められる
。なお、Ｓｉ３Ｎ４粒を２０％配合したものについては
、押出材の加工性が悪く試験片に加工することができな
かった。

実施例−３ 前記実施例−２で用いたと同様な原料アルミニウム合金
粉末に、平均粒径の異なる金属Ｓｉ粒、５ｉ−３Ｎｑ粒
、８１０粒を重量で５％配合して混合し、実施例１と同
様にして熱間押出しをおこない、得られた押出材より摩
耗試験片を削り出し、実施例１と同様な熱処理を施した
後、実施例１と同じ摩耗試験をおこなった。その他の試
験条件は実施例１におけると同じにした。

その結果を第６図に示す。第６図から明らかなように、
平均粒径が１μｒｎ以下の８１０粒やＳｉ３Ｎ４粒の添
加では摩耗量が大であり、また、３０μｍを越えても摩
耗量は僅かではあるが増加の傾向を示している。

以上説明した通りで、本発明の硬質粒子分散型耐熱耐摩
耗性高力アルミニウム合金は、ＡＪ中での拡散速度の遅
い元素を含む微細な金属間化合物微粒子による分散強化
によって高温強度が高められ、また同じく微細均一に分
散さＩシた初晶Ｓｉ粒や共晶Ｓｉによって耐摩耗性が向
上さ４しているアルミニウム合金の基地中に、更に、こ
Ｊシら微細な金属間化合物粒子や初晶Ｓｉ粒の粒径より
も平均粒径の大なる硬質粒子を分散させて有するもので
あり、このように構成されることにより格段と優汎た耐
摩耗耐焼付性を発揮するものである。

なお、本発明の硬質粒子散型耐熱耐摩耗高力アルミニウ
ム合金の特記すべき特徴の−は１本合金がアルミニウム
合金部材を摺動相手として使用する場合においても極め
て良好な耐摩耗性を発揮するということである。

Ａ、３９０．０合金組成の金型鋳造）才のＴ７処理材を
摺動相手材とし１周速５ｍ／秒、潤滑油（スニソ５ＧＳ
）、油温８０℃の条件で本発明合金の前記実施例−１の
１〜３合金（Ｏ処理材）の摩耗テストを実施−１におけ
ると同様に行った。

なお、比較のために本発明実施例−１の各合金から硬質
粒子を除いた合金およびＡ３９０．０合金（Ｔ７処理材
）についても同様な摩耗テストを行った。このテスト結
果によると、本発明の硬質粒子分散型耐熱耐摩耗高力ア
ルミニウム合金は１本発明合金から硬質粒子を除いた構
成の比較材やＡ３９０．０合金に比べ格段に優れた耐摩
耗耐焼付性を示すことが確認された。従って、本発明の
アルミニウム合金は、従来タブ−とされていたアルミニ
ウム合金部材同種を組合せて摺動部材として使用するこ
とをも可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は摩耗試験機の概要を示す。第２〜６図は摩耗試
験の結果を示す。第７図は実施例Ｉにおける本発明合金
ｌの合金相）１（４ｏｏ倍）を示す。 第８図は実施例１における本発明合金２の組織を示す。 また第９図は実施例１における本発明合金３の組織を示
す。 図中：１．、、＄耗試験片 ２００．ホルダー ３００．相手材 ５１１．金属Ｓｉ粒 ６２６．アルミニウム合金の基地 ７　、　、　、　Ｓ　ｉａ　Ｎ４粒 ９、、、ＳｉＣ粒 出願人　株式会社リケン 昭和電工株式会社 代理人　桑　原　英　明

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量比で５ｉｌＯ，Ｏ〜３０．０％と、Ｆｅ　３
   ．０−１５．０％またはＭｎ５．０〜１５．０％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％お
   よびＭｇ　Ｏ０２〜３．０％を含み、残部が不可避的不
   純物を含むＡＩからなり、Ｓｉ結晶粒の大きさが１５７
   ｚｍ以下に、かつ金属間化合均粒の大きさが２０μｍ以
   下に微細化分散しているアルミニウム合金基地中に、該
   基地よりも高硬度であり、その平均粒径が前記Ｓｉ結晶
   粒および金属間化合均粒の粒径より大で且つ６０μｍ以
   下である硬質粒子が２〜２０（重量）％分散している組
   織を有することを特徴とする硬質粒子分散型耐熱耐摩耗
   性高力アルミニウム合金部材。
2. （２）重量比で５ｉｌＯ，Ｏ〜３０．０％と、Ｆｅ　３
   ．Ｏ〜１２．０％またはＭｎ５．０〜１２．０％のうち
   １種または２種と、Ｎｉ３．０〜１０．０％（ただしＦ
   　ｅ　＋　Ｍ　ｎ　＋　Ｎ　ｉ合計で６゜０〜１５．０
   ％）と、さらに必要に応じてＣｕＯ０５〜５．０％およ
   びＭｇ　０．２〜３．０％を含み、残部が不可避的不純
   物を含むＡＩからなり、Ｓｉ結晶粒の大きさが１５μｍ
   以下に、かつ金属間化合均粒の大きさが２０μｍ以下に
   微細化分散しているアルミニウム合金基地中に、該基地
   よりも高硬度であり、その平均粒径が前記Ｓｉ結晶粒お
   よび金属間化合均粒の粒径より大で且つ６０μｍ以下で
   ある硬質粒子が２〜２０（重ｆｆ１）％分散している組
   織を有することを特徴とする硬質粒子分散型耐熱耐摩耗
   性高力アルミニラ１１合金部材。
3. （３）前記アルミニウム合金基地中に分散する前記硬質
   粒子が、金属Ｓｉ粒子、Ｓ　ｉ３Ｎ４粒子およびＳｉＣ
   粒子のうち１種または２種以上でなる特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の硬質粒子分散耐熱耐摩耗性高力
   アルミニウム合金部材（４）重量比で５ｉｌＯ，Ｏ〜３
   ０．０％と、Ｆｅ　３．Ｏ〜１５．０％またはＭｎ５．
   ０〜１５．０％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
   　０．５−５．０％およびＭｇ　０．２〜３％を含み、
   残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる合金溶湯か、
   または５ｉｌＯ，Ｏ〜３０゜０％と、Ｆｅ　３．０−１
   ２．０％またはＭｎ５゜０〜１２．０％のうち１種また
   は２種と、Ｎｉ３゜０−１．０．０％（ただしＦ　ｅ　
   ＋　Ｍ　ｎ　十Ｎ　ｉ合計で６．０〜１５．０％）と、
   さらに必要に応じてＣｕ０．５−５．Ｑ％およびＭｇ０
   ．２−３゜０％を含み、残部が不可避的不純物を含むＡ
   ｔからなる合金溶湯を分散急冷凝固させて合金粉末とし
   、得られた合金粉末に、該合金粉末より高硬度で且つそ
   の平均粒径が６０μｍ以下である硬質粒子を２〜２０（
   重量）％配合して混合し、押出し比１０以上で熱間押出
   成形することを特徴とするＳｉ結晶粒の大きさが１５μ
   ｍ以下に、かつ金属間化合均粒の大きさが２０μｍ以下
   に微細化分散しているアルミニウム合金基地中に、該基
   地よりも高硬度であり、その平均粒径が前記Ｓｉ結晶粒
   および金属間化合均粒の粒径より大で且つ６０μｍ以下
   である硬質粒子が２〜２０（重量）％分散している組織
   を有する硬質粒子分散型耐熱耐摩耗性高力アルミニウム
   合金部材の製造方法。