JPH02254105A - アルミニウム合金複合材料の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば紙送りローラーやスチールベルトの駆
動用ブーりのように耐摩耗性が良好でかつ高摩擦係数を
要求されろアルミニウム合金複合材料の製造方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来、耐摩耗性が良好でかつ高摩擦係数を要求される表
面層を有した複合材料の製造方法とし・ては、特公昭５
７−４４８６４号に開示されているように、アルミニウ
ム製のブーり表面を機械加工によって仕上げ、その上に
酸化クロム、アルミナ、タングステン、タングステンカ
ーバイドなどの硬質セラッミクスあるいは金属を溶剤に
より被膜として形成させる方法が提案されている。　ま
た特開昭６３−１５８３５６号に開示されているように
、硬化性の添加粒子を非硬化性の素材中に混合溶解した
あと、円筒体のプーリー形状に成型し、添加粒子を硬化
熱処理した後、素材を腐食加工してプーリー表面より添
加粒子を突出するようにし・たことを特徴とするプーリ
ーの製造方法が提案されている。

前者の方法にあっては、被膜の厚さの制御が難しく、ま
た均一性が不十分なため精密機械の駆動用装置の部品と
し・では不十分なものであった。

また後者の方法にあっては、化学腐食作用により添加粒
子と素材金属の界面も腐食作用を受けやすく、添加粒子
の７トリツクスの把持効果が不十分になり、特に腐食作
用を強めて添加粒子の突出の程度を増そうとするとその
傾向が強くなり、添油粒子が脱落しやすくなる等の欠点
があった。

［発明が解決しようとする問題点コ 本発明は、上記のような従来技術の欠点を改善し、マト
リックス層と添加硬質粒子との結合強度を増し、かつ耐
摩耗性を向上させ、摩擦係数の太き３表面層を兼ね備え
たアルミニウム合金複合材料を経済的に提供することを
目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 以下に本発明について詳細に説明する。

本発明は従来技術のかかる問題点を解決するため表面処
理方法を種々検討した結果達成したものであり、第１図
に示すように、アルミニウムもしくはアルミニウム合金
粉末にセラミックス粒子もしくはアルミニウム以外の硬
質金属粒子をブレンドした粉末を原料として粉末冶金法
により複合材料を得て、次に必要に応じて切削あるいは
研削加工を行なった後、さらに表層部にブラスト処理を
施こして軟質のマトリックス層を優先的に削り去り、硬
質なセラミックスもしくは金属合金の粒子あるいは短繊
維の一部をマトリックスから突出させることを特徴とす
る。

アルミニウムあるいはアルミニウム合金の複合材料を得
る方法としては、常法の粉末冶金法を用いることができ
る。すなわち、 第１の方法はアルミニウムもしくはアルミニウム合金粉
末にセラミックス粒子もしくはアルミニウム系以外の硬
質金属粒子をブレンドした粉末を、静水圧プレスや油圧
プレスによって圧縮成形して押出し用のビレットとし、
熱間押出しを行なうことで各種断面形状の中実材や中空
材とする。

第２の方法はアルミニウムもしくはアルミニウム合金粉
末にセラミックス粒子もしくはアルミニウム系以外の硬
質金属粒子をブレンｌζした粉末を、機械式もしくは油
圧式プレスによって圧縮成形、焼結により最終製品形状
に近い粉末成形体とする。

次にこのようにして得た押出材あるいは成形体を、必要
に応じて切断、切削あるいは研削等の機械加工を行ない
所定の形状及び寸法精度に仕上げる。さらに、ブラステ
ィングにより軟質のマトリックス層を優先的に研削除去
して硬質粒子を表面から突出させる。ブラスティング法
は乾式の表面処理方法のため、例えば前記第２の方法に
よる成形体のようにある程度ボアが存在しても、その中
に腐食液が残留したりする問題も生じない。また従来の
エツチング法ではマトリックスと硬質粒子の界面が優先
的に浸食されやすく、マトリックスへの硬質粒子の把持
効果が弱まる傾向が認められたのに対して、プラスティ
・ング処理法ではマトリックス表面層は加工硬化を受け
、さらに圧縮応力が残留するため硬質粒子の把持効果は
一層高まり、使用時の脱落等の問題も生しにくくなる。

上記製造方法のうち第１の方法によれば成形体ＩＩＩｊ
ｉｌが緻密であり、マトリックス（アルミニウムもしく
はアルミニウム合金Ｎ）と硬質粒子が強固に結合し、耐
摩耗性に優れた良好な表面層を得ることができる。一方
、最終製品形状を得るには多くの機械加工を必要とする
。第２の方法によれば、最終製品形状に近い成形体がで
きるため、第１の方法に比べて切削・研削加工を必要と
しないか必要としてもその程度がわずかで済むといった
利点がある。特にセラミックスを含む複合材料は切削・
研削加工が難しく、高価につくため第２の方法はコスト
的に有利な方法である。一方、第２の方法は密度が９０
〜９８％でありボアが一部残留し、マトリックス層と硬
質粒子との結合強度が弱いといった難点はある。このよ
うに両者一長一短があり、必要とする特性、コスト等を
考慮してこれらの方法の中から選択することができる。

次に本発明に使用するセラミックス及び硬質金属の粒子
あるいは短繊維の材質、配合量等を決める際に留意する
べき事項について延べる。

（ロ）硬質粒子種類、配合量 例えば、硬質粒子の種類としてはアルミナ、シリカ、チ
タニア、ムライト、スピネル、５ｉＣ１ＷＣ，ＴｉＣ，
金属シリコン、ＳＵＳ、３０’４、Ｆｅ−Ｃｒ合金など
を用いることができる。

これらの硬質粒子あるいは短繊維の配合量は３〜３０Ｖ
旧％、好ましくは５〜２０ＶＯ１％が適している。３ｖ
０１％未満ては、分散による耐摩耗性の＝　６ 改善効果と９）充分に青られず、また３０ＶＯ１％以」
−Ｃは、特に第２の粉末冶金法による場合、成形１４こ
の相対密度（嵩窓度／理論密度比）＃）９０％以下とな
り、ボア等の欠陥か著しく多くなり、マドノックス層（
アルミニウム及びアルミニウム合金層）と硬質粒子との
結合強度か著し・く弱くなるため、良好な機械的特性が
得られない。

（イ）均一分散性と粒子径 アルミニウム及びアルミニウム合仝Ｖ５）中に均一に分
散し・易いものを選定する。そのためには宰度が近１見
、のちのを選定する必要かあり、また粒子径も大きく異
ならないようζこする必要かある。

粒子径は要求されろ表面イメ（伸に応し・て選定するこ
とが必要である。例えは紙送り１コーラ−やスチール・
・＼ルトの駆動用ブーりの場合、硬質粒子のマトリック
ス表面からの突出高ざはぞれそね５０へ・１００μ及Ｕ
１０〜５０７）程度が適当とされている。

−・般に粒子径は小ざずぎると摩擦係数も小さくなり、
またでトリツクスから脱落し・易い。一方、加工性の面
からは粒子径が大きすぎるとマｊ・リックス合金扮と分
離しやすく、均一に硬質粒子がマトリックス中に分散し
た複合材料の製造が難しくなる。これらを考慮して粒子
径は５００メツシユ（２５μ）以上、２０メ・ソシュ（
８４０μ）以下の範囲から選択するのか望ましい。

また、硬質粒子をマトリックス中に強固に保持するため
には、粒子径は前記の要求される硬質粒子の７トリツク
ス表面からの突出高さの２倍以上とすることが望ましく
、粒子径は以上の条件を満足するように選定する。

なお必要に応して硬質粒子の替りに短繊維形状のものを
用いることも可能である。

次にプラスト処理法について説明ずろ。

プラスト処理時に用いろブラスト材材としてはアルミナ
、ＳｉＣ等のセラミックスあるいはステンレス鋼、炭素
鋼製等の金属製プラスト（Ａを用いろことかできる。ブ
ラスト材材の粒径としては分散硬質粒子の周辺近傍も効
率良く研削するため、硬質粒子よりも粒径の小ざいブラ
スト材を用いる。

ブラスト材とし・て硬質のアルミナ、ＳｉＣ等のセラミ
フクスを用いる場合プラスト材の吐出圧力を低めにして
分散硬質粒子そのものを研削し・ないよう配慮して実施
する。その場合の［吐出圧力は１〜３　ｋｇｆ／ｃｍ’
とするのが望まし・い。

一方ステンレス鋼あるいは炭素鋼製のブラスト材材を用
いることにより、比較的広い範囲のプラスト条件て（ブ
ラスト材の吐出圧力、口」出量、吐出時間、吐出距離）
安定して目標とする表面状態、すなわち硬質粒子かマト
リックス層に強固に把持され、かつ適度に突出した状態
を容易に得られることを見い出した。（第３図） ［発明の実施例コ 以下本発明の実施例ｔこついて説明する。

（実施例） 第１表に示す原料配合組成で、第１図に示す工程に沿っ
て第２図に示すプーリー形状の圧粉成形複合材料を作成
し、この複合材Ｔ−↓の外周部を研削加工した後、ざら
にフラノＩ・材としＩて１００メツシユのステンレス鋼
製のグリッドお上Ｕ２２０メツシュのアルミナを用いて
、それぞれの場合について吐出圧力５　Ｉ（ｇ　／　ｃ
　ｍ　２および３）ｃｇ／ｃｍ２てフラノ）・処理を施
こし・、マトリックス層の一部を研削除去した。プラス
トはサンプルを回転させながら実施して、プラスト時間
はともに計１５秒とした。

第１表　アルミニウム合金複合（オ料の配合上記の様な
条件で作成した複合材料サンプルを切断、研磨して走査
型電子顕微鏡により断面観察した結果、硬質粒子のマト
リックス表面からの突出高さはともに２０〜４０μであ
った。また、ブラスト材としてステンレス鋼あるいはア
ルミナを用いたいずれの場合も第３図に示すことく７ト
リツクス３中に硬質粒子２が強固に固着した、表面層を
容易に得られることを確認した。

このようにして得た複合材料にスチールヘルドを装着し
て、１０００時間の実機試験を行ない、試験後のサンプ
ルについても試験前のサンプルと同様にして断面の組織
観察を１テなった。その結果、いずれの場合も試験後の
サンプルについても硬質粒子の脱落は認められなかった
。また、プーリーを往復動させたときもプーリとヘルド
とのズしは認められず、耐摩耗性に優れかつ高摩擦係数
を兼ね備えた良好な表面層であることが確認できた。

（比較例） 実施例−１と同様な方法にて圧粉成形複合を才料を作成
し、さらにこの複合材料の外周表層部に５％Ｎ　ａ　Ｏ
Ｈｙｋ溶液を用いてエツチング工程を施こした。その際
、液温は５０℃、時間は５分とし・た。

上記の様な峯件で作成した複合材料を切断、研摩し走査
型電子顕微鏡により切断面を観察した結果、第５図に示
すごとくエツチング工程で硬質粒子周囲６にもエツチン
グ液が浸透し、マトリックス層が深部まで腐食され硬質
粒子が脱落した箇所５及び脱落しやすい箇所が認められ
た。

このようにして得たサンプルについても実施例−１と同
様にして実機試験を行ない、試験後のサンプルについて
断面の組織観察を行なった。その結果、残っていた硬質
粒子の半分以上が脱落していることが確認できた。

［発明の効果コ 本発明を適用することにより、軟質のマトリックス層を
優先的に削り去り、硬質なセラミックスもしくは金属合
金の粒子あるいは短繊維の一部をマトリックスから突出
させ１、しかもでトリツクス中への硬質粒子の固着強度
を増すことにより、例えば紙送り−ラーやスチールヘル
ドの駆動用ブーり用の材料として最適な、耐摩耗性が良
好で、かつ高摩擦係数を兼ね備えた表面層を有する複合
材料を高能率かつ経済的に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工程の一実施例を示す図、第２図は本
発明に用いる中空円筒形状の粉末成形体の外観を示す図
、第３図は本発明であるプラスト処理法にステンレス鋼
製ブラスト材を用いた時の成形体断面組織を示す図、第
４図はブラスト材としてアルミナを用いたときの成形体
断面組織を示す図、第５図は従来のエツチング法により
表面処理した時の成形体断面組織を示す図。 第１図 第２図 １−ブラストもしくはエツチング処理面２−硬質粒子（
アルミナ） ３−マトリックス層（アルミニウムもしくはアルミニウ
ム合金層） ４−ボア ５−硬質粒子（アルミナ）の脱落箇所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　粉末冶金法により、アルミニウム合金をマトリックス
   として粒子状あるいは短繊維状のセラミックスもしくは
   アルミニウム以外の硬質金属・合金を分散させた複合材
   料を得る工程と、該複合材料を切削あるいは研削加工す
   る工程と、前記複合材料の表層部にブラスト処理を施こ
   すことを特徴とするアルミニウム合金複合材料の製造方
   法。