JPS62112706A - アルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルミニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造
方法に関し、特に自動車のピストン、パルプリフタ、シ
リンダライナ、アルミシフトフォーク等に好適なアルミ
ニウム粉末冶金製摺動部材及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

自動車のピストン等のような摺動部材の材料として、一
般に軽量で比較的強度の高いアルミニウム合金が用いら
れている。そして、この摺動部材の耐摩耗性を向上させ
るために、アルミニウム合金のうち特に耐摩耗性に優れ
た過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金を用いることが提案され、更に
は、シリンダライナ等を過共晶３ｌ−Ａｌ合金で鋳造し
、摺動面のみＥＣＭ処理（ｅｌｅｃｔｒｏ　ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）によりアルミニウム母材
を除去し、初晶シリコンを突出させたのち、研磨して仕
上げることにより耐摩耗性を更に向上させる方法が提案
されている（米国特許第３３３３５７９号）。

ところで、上記米国特許第３３３３５７９号に係るシリ
コンライナ等の摺動部材は、全体が過共晶Ｓｉ−ＡＩ！
合金を用いて鋳造されているため、強度、靭性の点で十
分とは言えないところがあり、高強度や高靭性が要求さ
れる部品への適用が制限されるという問題がある。

そこで、鋳造アルミニウム合金に比べ、高強度、高靭性
、高耐熱性という長所を有する粉末冶金（熱間加工）製
過共晶Ｓｉ−Ａｌ１合金を用いることが考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、熱間押出成形等の熱間加工（粉末加工の
一種）で成形した過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金製摺動部材は組
織が緻密であり、鋳造材より強度、靭性、耐熱性で勝る
ものの、初晶シリコンの粒径が、鋳造材の場合の数十μ
ｍ程度に比べ、一般に１０μｍ以下（通常２μｍ〜３μ
ｍ）と小さいため、耐摩耗性に劣るという問題がある。

そこで、過共晶Ｓｉ−Ａｎ合金粉末冶金製摺動部材の強
度、靭性、耐熱性に優れた点を活がしつつ、耐摩耗性を
向上させる工夫が求められていた。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題は、次に述べる本発明のアルミニウム粉末冶金
製摺動部材及びその製造方法によって解決される。

部ち、本発明のアルミニウム粉末冶金製摺動部材は、粉
末冶金により所定形状に成形された過共晶Ｓ　ｉ　−Ａ
／合金粉末冶金製摺動部材であって、この摺動部材の少
なくとも摺動面には、表面から０．１目以上の深さにわ
たって、初晶シリコンの粒径が２５μｍ〜１００μｍの
摺動層が形成されていることを特徴としている。−・・
・−・・第１の発明また、本発明のアルミニウム粉末冶
金製摺動部材の製造方法は、過共晶Ｓｉ−Ａ４合金粉末
から粗形材を成形し、この粗形材の完全脱ガス処理を行
った後、熱間加工により所定形状の摺動部材を成形し、
得られた摺動部材の少なくとも摺動面に高密度エネルギ
を照射して再溶融させ、０．１℃／秒〜７．０℃／秒の
降温速度で冷却させることを特徴としている。・−・・
−第２の発明 以下に、本発明を更に詳細に説明する。

本発明において使用する過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は、
噴霧法等の急冷凝固処理により得られる。

このとき、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の初晶シリコンの
粒径は、第６図に示すように、凝固過程の冷却速度に依
存する。急冷凝固粉末の冷却速度は一般に１×１０３℃
／秒以上であるため、初晶シリコンの粒径は１０μｍ以
下となり、通常は２μｍ〜３μｍである。

本発明において、粉末冶金を用いた過共晶Ｓｉ−Ａ４合
金粉末の成形法としては、熱間押出し、ＨＩＰ、焼結鍛
造等の熱間成形を用いることができる。これらの方法に
より、過共晶Ｓｉ−Ａｎ合金粉末は、シリンダライナ、
バルブリフタ、ピストン等の所定形状に成形される。

第１の発明において、摺動部材の少なくとも摺動面には
、０．１　組以上の深さにわたって摺動層が形成される
。ここで、摺動層は０．１　ｍｍ以上ないと十分な耐摩
耗性、耐焼付性を得ることができない。

この摺動層には、粒径が２５μｍ−１００μｍの初晶シ
リコンが設けられている。ここで、初晶シリコンの粒径
を２５μｍ−１００μｍとしたのは、２５μｍより小さ
いと十分な耐摩耗性が得られないためであり、１００μ
ｍより大きくなると相手部材を傷付けるおそれがあるた
めである。また、気孔率は略０％である。

第２の発明において、過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を棒状
あるいは矩形状等に成形して粗形材とする。そして、こ
の粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加工を行う
。次いで、所定形状に成形した摺動部材の少なくとも摺
動面に高密度エネルギを照射して再溶融した摺動層を形
成する。このとき、高密度エネルギ源としてＴＩＧアー
ク、レーザ、プラズマアーク、電子ビーム等を用いるこ
とができる。なお、再溶融した後の摺動部材の冷却速度
は、初晶シリコンの粒径を２５μｍ−１００μｍに制御
するために、０．１℃／秒〜７°Ｃ／秒程度とすること
が必要である。従って、例えば摺動部材としてバルブリ
フタを製造する場合には、再溶融処理はバルブリフタを
２００℃程度に加熱してから行う。

〔作用〕

本発明のアルミニウム粉末冶金製摺動部材は、従来の粉
末冶金製摺動部材に比べ、摺動層の初晶シリコンの粒径
が２５μｍ〜１００μｍと約３倍〜１００倍となってい
るため、耐摩耗性が大幅に向上する。このことは、過共
晶Ｓｉ−Ａｌ合金の摩耗特性が、第７図に示すように、
初晶シリコンの粒径に依存し、初晶シリコンの粒径が大
きくなれば耐摩耗性が大幅に向上することから理解でき
る。

更に、上記粒径の初晶シリコンが形成されるのは摺動層
のみであり、他の部分は過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を熱
間成形したままの状態であるため、鋳造アルミニウムを
用いる場合に比べ、強度、靭性、耐熱性が優れていると
いう利点をそのまま活かすことができる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面を参考にして説明する。

ここで、第１図は本発明の実施例で得られた試料の摺動
層近傍を模式的に示す概略構成図、第２図は本発明の実
施例で得られた試料の摺動層表面の金属組織を示す顕微
鏡写真（ｘＬＱＯ）、第３図は本発明の実施例で得られ
た試料の母材の金属組織を示す顕微鏡写真（×１００）
、第４図は本発明の実施例における試料作製の一工程を
示す概略構成図である。

重量％で２５％Ｓｉ−３％Ｃｕ　−０，５％Ｍｇ−残部
Ａｌからなる過共晶Ｓ　１−Ａｊ！合金のガスアトマイ
ズ粉末を予備成形して粗形材を形成する。

次いで、この粗形材を完全脱ガス処理した後、熱間押出
し加工により直径４０１層の棒状部材に成形した。この
棒状部材の密度比は９９．８％、初晶シリコンの粒径は
２μｍ〜３ｔｔｍ、引張り強さは３５　ｋｇｆ　／　ｆ
ｌ”であった。

この棒状部材をＩｏｎの厚さに輪切りして＋ｎ　ｔ、ｔ
の試料片を作製し、第４図に示すように、この試料片１
の片方の端面の幅Ｌｏｗ、長さ２０龍の範囲に、高密度
エネルギ源としてＴＩＧトーチ２を用いて再溶融処理を
行った。このとき、ＴＩＧ再溶融処理は、試料片１を２
００℃に加熱したのち、処理部にシールドガスとしてア
ルゴンガスを２５１層分の割合で供給しながら、φ３６
２鶴のタングステン電極３を用い、電流波形として２１
０Ａ−１８０Ａで０．２秒間隔の矩形波を使って、送り
速度＝１．５鶴／秒で行った。

この結果、第１図に示すように、長さ２０鶴、幅１０１
）、深さ３．８ｆｉの摺動層（処理層）４を有する試料
片Ａが得られた。なお、第１図において、５は母材、６
は初晶シリコンである。この摺動層４と母材５の金属組
織の顕微鏡写真を第２図、第３図に示す。第２図、第３
図からも明らかなように、この試料片Ａの摺動層１の初
晶シリコンの粒径は２５μｍ〜７０μｍ、母材５の初晶
シリコンの粒径は２μｍ〜３μｍであり、気孔率は双方
とも約０％であった。

（比較例） 比較例において、実施例と異なる点は、摺動面の再溶融
処理をしなかったことにあり、他は実質的に実施例と同
様にして試料片Ｂを製造した。

この結果得られた試料片Ｂの初晶シリコンの粒径は全て
が１０μｍ以下であり、気孔率は略０％であった。

（評価試験） 上記実施例および比較例で得られた試料片Ａ、Ｂを、そ
れぞれ３０ｍＸ３Ｑ龍×５龍の大きさに切り出して摩耗
試験片を製作した。そして、これらの摩耗試験片を用い
て摩耗試験を行った。このとき、相手側試験片としてＪ
ＩＳ　　５ＵＪ２製リンプリング用い、ＬＦＷ摩擦摩耗
試験機により、試験条件を次のように設定して行った。

すべり速度＝１ｍ／秒 負荷：６０ｋｇ 時間＝１時間 潤滑油：低粘度エンジンオイル 油温：４０℃ この結果を第５図に示す。第５図からも明らかなように
、本実施例の試料片は比較例のものに比べ摩耗量が約１
／３に低減していることが判る。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲内において種々の実施態様を包含するものである。

〔発明の効果〕

以上より、本発明のアルミニウム粉末冶金製摺動部材及
びその製造方法によれば、以下の効果を奏する。

（イ）初晶シリコンの粒径が大きくなるため、耐摩耗性
が向上する。

（ロ）従来の粉末冶金製摺動部材の製造方法を大きく変
えることなく、アルミニウム粉末冶金製摺動部材を製造
することができる。従って、製造が比較的簡便に行える
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例で得られた試料の摺動層近傍を
模式的に示す概略構成図、 第２図は本発明の実施例で得られた試料の摺動層表面の
金属組織を示す顕微鏡写真（×１“００）、第３図は本
発明の実施例で得られた試料の母材の金属組織を示す顕
微鏡写真（ｘｌｏｏ）、第４図は本発明の実施例におけ
る試料作製の一工程を示す概略構成図、 第５図は本発明の実施例で得られた試料と比較例で得ら
れた試料の摩耗試験結果を示すグラフ、第６図は過共晶
Ｓｉ−Ａｌ合金の冷却速度と初晶シリコンの粒径９９関
係を示すグラフ、第７図は初晶シリコンの粒径と摩耗量
の関係を示すグラフである。 １−・−試料片 ２−・−・−ＴＩＧ）−チ ３−・−一一一一・タングステン電極 ４・・・−・−摺動層 ５−−−−−−・母材 ６−・−初晶シリコン 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 （ｘｌＣＯ’） 第３図 （Ｘ　１）００） 第４図 第５図 ■ 、９１色量−友

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉末冶金により所定形状に成形された過共晶Ｓｉ
   −Ａｌ合金粉末冶金製摺動部材であって、この摺動部材
   の少なくとも摺動面には、表面から０．１ｍｍ以上の深
   さにわたって、初晶シリコンの粒径が２５μｍ〜１００
   μｍの摺動層が形成されていることを特徴とするアルミ
   ニウム粉末冶金製摺動部材。
2. （２）過共晶Ｓｉ−Ａｌ合金粉末から粗形材を成形し、
   この粗形材の完全脱ガス処理を行った後、熱間加工によ
   り所定形状の摺動部材を成形し、得られた摺動部材の少
   なくとも摺動面に高密度エネルギを照射して再溶融させ
   、０．１℃／秒〜７．０℃／秒の降温速度で冷却させる
   ことを特徴とするアルミニウム粉末冶金製摺動部材の製
   造方法。