JPS61170578A - 耐熱性Al合金部材 - Google Patents

耐熱性Al合金部材

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JPS61170578A
JPS61170578A JP1147185A JP1147185A JPS61170578A JP S61170578 A JPS61170578 A JP S61170578A JP 1147185 A JP1147185 A JP 1147185A JP 1147185 A JP1147185 A JP 1147185A JP S61170578 A JPS61170578 A JP S61170578A
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Takaaki Kanazawa
孝明 金沢
Joji Miyake
譲治 三宅
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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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】 産業上の利用分野 この発明は、例えば自動車用エンジンのピストンやバル
ブシートの如く、耐熱性が要求される部位に好適に使用
されるへQ合金部材に関し、特にレーザビームやTIG
アーク等の高密度エネルギー源を用いてへQ合金基材表
面に他の材料を合金化(アロインク)して耐熱性が高い
表面合金化層を形成した^Q合金部材に関するものであ
る。
従来の技術 周知のようにAl合金は汎用されている鉄系材料等と比
較して格段に軽量であるに加え、熱伝導特性に優れ、ま
た耐食性も優れるところから、最近では自動車等の各種
機械部品として広く使用されるようになっている。しか
しながら一般にAl合金は鉄系材料と比較して耐熱性が
劣り、このことが自動車等における軽量化等を目的とし
て鉄系部材をへρ合金部材に代える際の大きな障害とな
っていた。
そこで従来から、耐熱性が要求される部位に適用される
^Q合金部材の耐熱性向上策として、^Q合金部材の表
面にメッキや陽極酸化処理、あるいは溶射等によりセラ
ミックや耐火金属等からなる耐熱性表面被覆層を形成す
る試みがなされている。
発明が解決すべき問題点 へQ合金部材の表面に耐熱のための表面層を形成するに
あたって重要な要件は、 (a)充分に耐熱性を有すること、 (b)表面層の耐久性が充分であること、すなわち基材
に対する表面層の密着性が充分でしかも表面層が脆くな
く、高面圧下でも表面層の剥離や欠は落ちが生じないこ
と、 (c )製造が容易であること、 (d )低コストであること、 などが挙げられる。
しかるに前述のようにメッキや陽極酸化処理あるいは溶
射等により耐熱表面被覆層を形成した場合、上述のよう
な諸要件を全て充分に満足することは困難であり、特に
前述の諸要件のうち(b)の耐久性の要求を満足するこ
とが困難であった。
すなわち前述のような方法で形成された表面被覆層は一
般に基材に対する密着性が充分ではなく、そのためピス
トン等の高面圧が加わる部分で使用すれば表面被覆層が
剥離あるいは欠は落ちたりし、その結果充分な耐久性を
持たせることが困難であった。
この発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、上
述の問題を解決して、充分に高い耐熱性を示すと同時に
、高面圧下で使用しても充分な耐久性を示すAl合金部
材を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 この発明のAl合金部材は、近年開発されつつあるレー
ザあるいはTIGアーク等の高密度エネルギ源を用いた
表面合金化(アロイング)技術を適用してA2合金基材
の表面にFe (鉄)を合金化したものであり、しかも
その合金化にあたって、最終的に得られる合金化層がF
e−Ag系金属間化合物相とAl合金相との混合組織を
有する複合層となるようにその層中の平均Fe濃度を設
定し、これによって充分な耐熱性と耐久性を確保し、な
おかつ研摩、研削等における良好な加工性を確保すると
同時に優れた耐摩耗性を得るものである。
具体的には、この発明の耐熱性^Q合金部材は、耐熱性
が要求される部位のAl合金基材表面にFeを合金化す
ることによって、^Q合金マトリックスにFe−^Q系
金金属間化合物晶出した、平均Fe濃度が5〜38重量
%の複合層を形成したことを特徴とするものである。
作   用 この発明の合金部材は、前述のようにA9合金基材の表
面に高密度エネルギ源を用いてFeを合金化(アロイン
ク)して、^g合金71トリックス中にFe−^9系金
金属化合物を一晶出させた複合層、すなわちへQ合金相
とFe−Ag系金属間化合物相とが混ざり合った複合層
を形成したものである。
ここで、Fe−Al系金属間化合物としては、主として
FeAl!3、Fe2^Q5などが晶出する。これらの
Fe −AQ系金金属間化合物、いずれも高融点(例え
ばFe AQ 3の場合1160℃)であって、耐熱性
を高める作用を果たし、また同時に高硬度であるため耐
摩耗性を向上させる作用も果たす。但し、Fe−Al系
金属間化合物自体は脆く、そのためこの化合物相単相と
した場合には研磨や研削加工の際にチッピングやミクロ
クラックが生じ易くなって加工が困難となり、また高面
圧下で使用した場合に欠は落ちが生じ易くなる。そこで
この発明ではFe−AQQ金属間化合物相単相とせず、
^Q合金マトリックス相とFe−Ag系金属間化合物相
とが混在した複合層としているのである。すなわち複合
層中の^Q合金マトリックス相は後述するように各種固
溶元素が固溶したα−八へ相を主体とするものであり、
このα−八へ相は軟質であるため複合層全体が前記Fe
−へρ系金!jA間化合物によって脆くなることを防ぎ
、複合層の加工性を向上させ、かつ高面圧下での使用時
における欠は落ちを防止する作用を果たす。そしてまた
、上述のような複合層は、AQMQ表面層とFeとの合
金化によって形成したものであるから、その複合層中の
Al合金マトリックス相はA0合金基材の母材部分に連
続一体化しており、したがって複合層とA2合金基材の
母材部分との密着性、耐剥離性は充分に高く、そのため
高面圧下で使用しても複合層が剥離するおそれは極めて
少ない。
上述のようにこの発明のへ〇合金部材では、Al合金基
材表面にFeを合金化してFe−へQ系金R間化合物相
とへQ合金マトリックス相が共存する複合層を形成する
ことにより、優れた耐熱性を得ると同時に高面圧下での
使用に対する耐久性と耐摩耗性を得、しかもFe−Al
系金属間化合物単相の場合と比較して格段に優れた加工
性を得ることができたのである。
但し、前記複合層中の平均Fe濃度が38重量%を越え
れば、複合層全体がFe −At!系金属間化合物相単
相あるいはそれに近い状態となってしまい、前述のよう
なへQ合金マトリックス相の存在による効果が得られな
くなる。すなわち複合層が脆くなって加工が困難となる
とともに高面圧下で欠は落ちが生じ易くなる。一方複合
層中の平均Fe11度が5重量%未渦の場合には、Fe
 −へl!系金属間化合物の晶出1が極めて少なくなっ
て相対的にへQ合金相の割合が大きくなり、その結果充
分な耐熱性が得られなくなって高温下で使用される耐熱
部材として不適当となる。したがって複合層中の平均F
e1度は5〜38重量%の範囲内とする必要がある。
なおへQ合金基材としては機械部品等に使用されている
任意のAl合金を用いることができる。また前述の説明
ではFe−へQ系金属間化合物相以外の部分を一括して
AQ合金マトリックス相と称したが、基材として用いる
へQ合金の成分によっては実際には各種合金元素が固溶
したα−八へ相のみならず、そのα−^Q相中にMg−
AQ系化合物あるいはCu −AQ系化−合物相等が晶
出する場合もあることは勿論である。
以上のようなへQ合金部材を製造するにあたっては、先
ずへQ合金部材のうち耐熱性が要求される部位の^Q合
金基材表面を純FeあるいはFe−Al母合金で被覆す
る。その被覆手段としては、例えば溶射法、メッキ法、
あるいはスラリー塗布法などを用いることができる。こ
のようにして純FeあるいはFe −AI!母合金から
なる被覆層を形成した後、その表面にTIGアーク、レ
ーザビームあるいは電子ビームなどの高密度エネルギを
照射して急速短時間加熱し、前記被覆層とその下側の^
9合金基材の一部(所要深さまでの部分)を溶融させ、
合金化させる。この合金化にあたっては、合金化層(複
合層)中の平均Fe濃度を5〜38重量%の範囲内に収
めるべく、被覆層の厚みに対する^Q合金基材の溶融深
さが適切な深さとなるように高密度エネルギ照射条件(
出力や基材とエネルギ源との相対移動速度など)を適切
に設定することが肝要である。
実施例 鋳物用アルミニウム合金として知られるJISA02C
のΔ9合金(Cu 3,10%、9i 6.32%、M
lIO834%、zn O,01%、Fe O,43%
、un O,30%、残部へQ)からなる60■ax 
25 mmx 8 amの試片の表面に、純Fs粉末を
溶射した後、TIGアークによってFe溶射層と母材の
へQ合金とを平均Fe11度が5〜38重量%の範囲内
となるような条件で合金化させた。合金化によって形成
された複合層の表面を研磨した後、複合層の金属組織調
査、および高温硬さ測定を行なった。
ここで、高温硬さ試験は、空温、100℃、200℃、
300℃の各温度1.: オuN r荷重300g、荷
重時間10秒で5点測定にて行なった。なお各測定温度
への昇温速度は100℃/15分、測定温度保持時間は
5分とした。
第1図に高温硬さ測定結果を示す。第1図において本発
明材1は複合層中の平均Fe濃度が11重量%のもの、
すなわち複合層の平均組成が重量%で^Q−11%Fe
−5.3%5i−2,8%CUノもノテアリ、また本発
明材2は複合層中の平均Fe1度が27重量%のもの、
すなわち複合層の平均組成が重量%で^l!−27%l
”e−4,6%9i−1,9%Cuのものである。また
比較材としてはFeの合金化処理を行なっていないAC
2C材(JIS7Jl格 T6処理済)を用いた。
第1図から、Feを合金化した本発明材はいずれもFe
を合金化していない比較材と比べて高温での硬さが高く
、耐熱性が優れていることが明らかである。すなわち複
合層中のFe1度が27重量%の本発明材2の場合はv
温から300℃の高温までHV 500以上の高硬度を
示し、またFe1度が11重量%の本発明材1の場合も
150℃以上の高温における硬さの低下が少なかった。
上述の本発明材1(複合層Fe濃度11重層%)におけ
る複合層の金属組織断面写真を第2図に、また本発明材
2(複合層Fe1度27重量%)における複合層の金属
組織断面写真を第3図に示す。
第2図および第3図において、地の比較的白い。
部分がへe合金?トリッ?ス相であり、、また灰色の部
分がFe−へQ系金lE−化合物相である。これらの図
から、いずれの場合もFe−Ag系金属間化合物相とへ
Q合金マトリックス相とが均一に混在ゆでおり、しかも
複合層の全域にわたってほぼ均ニな組織となっているこ
とが確認された。         )なβ以上の実施
例において、、合金化処理4Iの研磨加工においては特
にクラックやチッピングが生。
しることなく、円滑に研磨加工を行なうことができた。
また複合層は^l!台金基材の母材部分と一体化してお
り、複合層が剥離するおそれもないq、とが確認された
。              。
発明の効果:、、・ 以上の説明で明らかな−うにこの発、明のAl合金部材
は、^Q合金基材表面にFeを合金化させて、^g合金
マトリックス中にFe−へ〇系金!閑、化合物を晶出さ
せかつ平均Fe11度を5〜38重量%の範囲内とした
複合、層を形成(たものpあるから、複合層の耐熱性が
高いと同時に耐久性が充分にあり、しかも加工性も良好
でなおかつ耐摩耗性も高く、したがって高温条件下で使
用される部位に適用して優れた耐熱性、耐摩耗性、耐久
性を発揮できると共に、實11 als 1m q適用
するための研磨加工あるいは研削加工等をも容易になし
得る利点を有する。
したがってこの発明のAl合金部材は、例えば^g合金
製ピストンのヘッド部あるいはM合金製シリンダヘッド
のバルブシート等に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例および比較例の高温W1杢試
験結果を示すグラフ、第2図および第3図はそれ−f7
t’tこ9発明の実施例のAl合金部材における複合層
の金属組織を示す顕微鏡写真(倍率:400倍)である
。  。 出願人  トヨタ自動車株式会社 代理人  弁理士 豊 1)武 久 (ほか1名) 第を図 媚 Jlv4  き  i6ノ λ ・携 リ ニ、・ 1.2  砂水  タ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 耐熱性が要求される部位のAl合金基材の表面にFeを
    合金化することにより、Fe−Al系金属間化合物をA
    l合金マトリックス中に晶出させて、平均Fe濃度を5
    〜38重量%の範囲内とした複合層をAl合金基材表面
    に形成したことを特徴とする耐熱性Al合金部材。
JP1147185A 1985-01-23 1985-01-23 耐熱性Al合金部材 Granted JPS61170578A (ja)

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JP1147185A JPS61170578A (ja) 1985-01-23 1985-01-23 耐熱性Al合金部材

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JPH0480993B2 JPH0480993B2 (ja) 1992-12-21

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02149680A (ja) * 1988-11-30 1990-06-08 Showa Alum Corp 耐摩耗性に優れたアルミニウム合金材の製造方法
JP2010265513A (ja) * 2009-05-15 2010-11-25 Kagoshima Univ アルミニウム又はアルミニウム合金材及びその製造方法
CN103526200A (zh) * 2013-10-08 2014-01-22 山东电力工程咨询院有限公司 一种在低碳钢基体上制备Fe-Al金属间化合物涂层的方法

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