JPS6312136B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は耐摩耗性、摺動性に優れたアルミニウ
ム―シリコン―グラフアイト製シリンダーライナ
ーの製造方法に関するものである。 Al―Si―グラフアイト製シリンダーライナー
は、自動車用エンジンをはじめ、各種内燃機関や
圧縮機等に使用すると、著しく機関の寿命や効率
を高めることが知られている。しかしながら、グ
ラフアイトを均一に分散させることは容易でな
く、例えばNiめつきを施したグラフアイト粉末
をAl合金溶湯に投入し、圧力下で鋳造する等の
高価な製造工程を必要としていた。しかも、この
ようにして得られたAl―Si―グラフアイト合金
は、Siの析出粒子が数十μmか数千μmと粗く、又
グラフアイトも同様に粗く、従つてシリンダーラ
イナーとしての性能も充分でないものであつた。 一方、粉末冶金法でAl―Si―グラフアイト製
シリンダーライナーを作る方法として、通常の型
押と焼結による方法は、Alが難焼結材である上
に、添加されたグラフアイトが焼結を阻害するた
めに、シリンダーライナーとして必要な強度が得
られず、実用に至らなかつた。 又、粉末を熱間で押出す方法も試みられたが、
シリンダーライナーのような薄肉のパイプを粉末
熱間押出しするのが技術的に困難であり、更に熱
間押出設備が大型化せざるを得ず、やはり実用に
至らなかつた。 又、粉末熱間鍛造によつて製造する試みは、薄
肉円筒の圧縮による高密度化が困難であるため、
充分な高密度化が計れず、従つて満足な性能が得
られなかつた。 静水圧成形法によつて真密度の粉末体を得る方
法は、既に種々の合金やセラミツクスで実用化さ
れており、Al―Si―グラフアイト合金への応用
も容易に類推することができたが、Al―Si合金
粉末の難焼結性故に、未だ成功していなかつた。 何故ならAlやAl合金粉末は、その粒子表面に
極めて薄いが、強固な、還元不可能なアルミナ等
の酸化膜を有している。この酸化膜は基地層から
の溶媒原子、即ちAlの原子の拡散を阻害するの
で、Alの焼結が殆んど生じない原因となる。 従つて熱間静水圧成形によつて、個々のAl又
はAl合金粉末粒子は塑性変形し、空孔を殆んど
消滅させることができるにも拘わらず、粉末粒子
間の化学的又は物理的結合力が皆無で、機械的な
結合のみであるため、充分な機械的性能を得るこ
とが出来なかつた。 本発明は、上述の問題点を解決するため成され
たもので、Al―Si―グラフアイトに銅又は銅合
金粉末を混合し、冷間静水圧成形と熱間静水圧成
形を行なうことにより、Al合金粒子表面の酸化
物被膜をCuとの反応により除去し、Al原子の拡
散を活性化することにより、静水圧圧縮による
Al合金粒子の焼結を可能にし、結合力が高く、
耐摩耗性、摺動性の優れたシリンダーライナーを
製造する方法を提供せんとするものである。 本発明は、Al合金粒子表面の酸化物被覆を除
去する手段として、Alとその融点以下で反応す
る金属元素、例えばFe、Cu、Zn、Mg、Ni、Si、
Snのうち、Cuが最も効果的に使用しうることを
見出した。即ち、Al合金粉末粒子の表面に形成
されたアルミナ酸化被膜を、反応性金属（例えば
Cu）との化合反応もしくは液相出現によつて除
去又は破壊分散し、Al原子の拡散を活性化する
ことにより、静水圧圧縮によつて粉末粒子の結合
力の高いAl―Si―グラフアイト合金を得るもの
である。 本発明は、シリコンを10〜26重量％含有したア
ルミニウム合金粉末に、グラフアイト粉末１〜30
重量％および銅又は銅合金粉末0.5〜10重量％を
添加して混合した粉末混合体を、冷間で静水圧成
形した後、さらに450゜〜600℃の温度範囲内で、
熱間静水圧成形することを特徴とするシリンダー
ライナーの製造方法である。 本発明の方法が、熱間静水圧成形によるAl―
Si―グラフアイト合金製シリンダーライナーの製
法に特に適している点は、熱間押出しのような仕
上げ精度の悪い製法によらないで、しかも全く材
質が等方性で、均質な合金が容易に得られること
にある。シリンダーライナーのような薄肉円筒が
仕上げ寸法精度の良い静水圧成形法により得るこ
とが可能になつたことにより、シリンダーライナ
ーの製造コストは著しく低減され、しかも使用機
関の性能を高めることが可能になつた。 本発明において、Al合金粉末中のSiを10〜26
重量％（以下、単に％と記す）と規定したのは、
シリンダーライナーとしてSi10％未満の亜共晶合
金は、Si粒子析出量が少なく、耐摩耗性が充分で
なく、一方Si26％を越える過共晶合金は反対に初
晶Si粒子が過剰でかつ粗大化し易いので、材料が
脆くなるためである。 又本発明において、グラフアイト粉末を１〜30
％と規定したのは、固体潤滑剤としての機能を果
すグラフアイトを添加する場合、30％を越えると
Alマトリツクス素材の強度を大きく損なうため、
シリンダーライナーとしての強度を満足すること
ができず、又１％未満ではグラフアイト添加の効
果が顕著でなく、潤滑性が不足して耐摩耗性が不
充分となるためである。 本発明において、銅又は銅合金粉末は、銅のみ
でなく、安価な真鍮や青銅、鉛入り青銅等が利用
でき、銅と全く同じ効果が認められることから、
同様に使用できる。これらの量を0.5〜10％と規
定したのは、0.5％以上で上述のAl合金粉末粒子
表面の酸化物被膜に対する除去効果があり、上限
10％までは汗かき現象や異常膨脹を生じないため
である。 又本発明において、粉末混合体を冷間で静水圧
成形する理由は、シリンダーライナーのような薄
肉で脊高の円筒は、金型によるプレス型押作業が
困難である上、型押体に大きな密度分布不均一が
生じやすく、後工程の熱間静水圧成形が不可能と
なり易いため、成形が容易で均質なものが得られ
る冷間静水圧成形による必要があるためである。 又本発明において、熱間静水圧成形の温度範囲
を450゜〜600℃としたのは、450℃未満では本発明
による前述の銅又は銅合金の効果が全く発揮でき
ず、600℃を越えるとSi粒子が粗大化したり、軟
化のために形崩れが生じるためである。 上述のように構成することにより、本発明方法
は、Al―Si―グラフアイト銅合金の熱間静水圧
成形による焼結成形が可能となり、粉末粒子の結
合力が高く、均質であり、耐摩耗性、摺動性の優
れたシリンダーライナーが得られる利点がある。 実施例： 表１に示す組成のAl合金アトマイズ粉末４種
を準備し、これらの内からＢを選んで表２に示す
配合で混合した粉末混合体を、プラスチツク製の
モールドに充填し、冷間で3ton／cm²の圧力で静水
圧成形した後、その圧粉体を厚さ２mmのAl容器
へ封入し、回転ポンプで真空に引きながら450℃
で２時間脱気を行なつた後、内部を真空に保つた
まま溶接封入した。これを100Kgｆ／cm²の圧力下
で500℃の温度で１時間保持することにより熱間
静水圧成形し、高密度化をはかつた。 なお比較のため銅又は銅合金無添加のAl合金
粉末Ｂを熱間静水圧成形、熱間押出し、熱間鍛造
した試料も作成した。熱間押出しは490℃で減面
率75％で行ない、粉末熱間鍛造はコイニング法で
520℃で行つた。 成形した試料の形状は外径52mm、内径48mmの薄
肉円筒であつた。 これらの円筒試料を高さ10mmの輪切りにし、圧
環強度を測定した結果は表２に示す通りである。

【表】

【表】 表２より、本発明によるNo.１〜３は、いずれも
比較例に比べ、圧環強度が格段に高いことが分つ
た。 次に、表１に示す４種のAl合金粉末に、銅粉
末５％、グラフアイト粉末５％を添加した粉末混
合体を3ton／cm²の圧力で冷間静水圧成形した後、
上述と同様に450℃で真空脱気を２時間行ない、
その後に100Kgｆ／cm²の圧力下、500℃の温度で１
時間保持することにより、熱間静水圧成形して上
述と同様の円筒試料を作成し、同様な圧環強度お
よび耐摩耗性を測定した結果は表３に示す通りで
ある。 なお耐摩耗性は、合金Ｂ使用の場合のすべり摩
耗減量を100として相対的に評価した。 表３より、Si量12〜25％の範囲では、いずれも
安定した圧環強度、耐摩耗性が得られることが分
る。

【表】 以上述べたように、本発明方法は、前述のよう
に、シリコンを含有したアルミニウム合金粉末
に、グラフアイト粉末および銅又は銅合金粉末を
添加してそれぞれ適量混合した粉末混合体を、冷
間で静水圧成形した後、さらに熱間静水圧成形す
るから、Al合金粉末粒子表面の酸化物被膜を銅
又は銅合金により除去し、Al原子の拡散を活性
化することにより、熱間静水圧圧縮による焼結が
可能になり、粉末粒子の結合力が高く、材質が均
質で、精度の良いシリンダーライナーが得られる
とともに、Si粒子が粗大化せず、適量のSiの析出
により、耐摩耗性が優れ、又適量のグラフアイト
の分散により、摺動性に優れたシリンダーライナ
ーが得られる利点がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコンを10〜26重量％含有したアルミニウ
   ム合金粉末に、グラフアイト粉末１〜30重量％お
   よび銅又は銅合金粉末0.5〜10重量％を添加して
   混合した粉末混合体を、冷間で静水圧成形した
   後、さらに450゜〜600℃の温度範囲内で熱間静水
   圧成形することを特徴とするシリンダーライナー
   の製造方法。