JPH0499101A - Ｃｕ―Ｎｉ系合金粉末およびその製造法 - 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〕 この発明は、特に、すぐれた耐摩耗性および耐食性を有
する焼結体の製造に用いるのに適したＣｕ−Ｎｉ系合金
粉末並びにその製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば特開昭８３　−　２４１１２８号公報およ
び特開昭５９−　１５００４３号公報に記載される通り
、重量％で（以下％は重量％を示す）、 ＡｆＩ：０．１〜１％、 を含有し、残りが実質的にＡｌｌからなる組成を有する
Ｃｕ−Ａｌ合金原料粉末に、 大気中、３００〜５００℃の温度に加熱保持、の条件で
表面酸化処理を施した後、 不活性ガス雰囲気中、８００〜９００℃の温度に加熱保
持、 の条件で内部酸化処理を施し、 引続いて余剰の酸素を除去する目的で、還元性雰囲気中
、４００〜８００℃の温度に加熱保持、 の条件で還元処理を施して、上記内部酸化によって生成
した微細な酸化アルミニウム（以下Ａｆ１２０３で示す
）がＣｕまたはＣｕ−Ａｌ）合金の素地に均一に分散し
た組織を有するＣｕ合金粉末を製造する方法が知られて
いる。

また、この方法で製造されたＣｕ合金粉末が、含油軸受
やガイドブツシュ、さらにバルブシートなどの各種駆動
装置の構造部材を通常の粉末冶金法により製造するに際
して、原料粉末として用いられていることも良く知られ
るところである。

〔発明が解決しようとする課題〕

一方、近年の各種駆動装置の高性能化および高速化はめ
ざましく、これに伴ない、これの構造部材の使用環境も
一段と苛酷さを増し、このため構造部材にはより一層の
耐摩耗性と耐食性が要求されているが、上記の従来内部
酸化による方法で製造されたＣｕ合金粉末を用いて製造
された焼結体製構造部材では、耐摩耗性が十分でなく、
かつ厳しい腐食環境下では十分な耐食性を示さず、した
がってこれらの要求に満足して対応することができない
のが現状である。

なお、上記の内部酸化により製造された従来Ｃｕ合金粉
末において、素地に均一に分散するＡ　Ｉ　２　０　ｇ
の含有割合を多くして耐摩耗性の向上をはかる試みもな
されたが、Ａ　Ｉｌ　２　０　ａの含有割合を増すと、
これに比例して粉末表面に露出するＡｌｌ２０３粒の割
合も多くなり、この結果Ａ　Ｉｌ　２　０　ａ粒が粗大
化し品くなることと相まって、焼結性が著しく低下する
ようになることから、焼結体の強度が低下し、強度の面
で実用に供することができないものである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、各種駆
動装置の構造部材として用いた場合に、すぐれた耐摩耗
性と耐食性を発揮する焼結体を製造すべく、これの原料
粉末であるＣｕ合金粉末に着目して研究を行なった結果
、 上記の従来内部酸化によるＣｕ合金粉末の製造に用いら
れているＣｕ−Ａ４７合金原料粉末における０．１〜１
％のＡｌ含有量に比して相対的に多い割合の１．５〜ｌ
Ｏ％のＡｐを含有させると共に、Ｎｉ−を１〜４５％含
有させたＣｕ　’Ｎｉ　　−Ａｌ１合金粉末を用い、 このＣｕ　−Ｎｉ−　　−Ａｌ合金原料粉末に、上記の
従来内部酸化による製造法における３００〜５００℃の
酸化温度より相対的に高温の７００〜１１００℃の温度
で、望ましくは粉末流動化状態で、酸化処理を施すと、 主体がＣｕとＮｉ−の複合酸化物（以下、（Ｃｕ。

Ｎｉ）Ｏで示す）からなる素地に、粉末中心部を通るあ
らゆる断面において、粉末中心部と粉末周辺部との間に
、微細なＣｕとＮｉ−とＡｌの複合酸化物（以下、（Ｃ
ｕ．Ｎｉ．／ｌ）Ｏで示す）が環状に凝集してなる環状
複合酸化物相、いいかえれば粉末内部に層をなしてシェ
ル状に凝集分布する微細な（Ｃｕ．Ｎｉ．Ａｌｌ　）Ｏ
で構成された環状複合酸化物相が存在する組織をもった
酸化物粉末が形成されるようになり、 この酸化物粉末に、同じく上記の従来方法における４０
０〜８００℃の還元温度に比して相対的に低温の２００
〜４５０℃の温度で還元処理を施すと、上記酸化物粉末
の素地を形成していた主体の（Ｃｕ、Ｎｉ）ＯがＣｕ−
Ｎｉに還元され、かつ上記の（Ｃｕ、Ｎｉ、ＡｆＩ）Ｏ
で構成された環状複合酸化物相が微細なＡｌ２Ｏ３を主
体とする環状硬質相に変化し、 したがって、この結果得られたＣｕ−Ｎｉ系合金粉末は
、上記の通りＡｌ２Ｏ３粒が粉末表面に実質的に存在せ
ず、内部に層をなしてシェル状に分布した組織をもつよ
うになるので、Ａｌ１２０３の含有割合が相対的に高い
にもかかわらず、焼結性が損なわれることがないことか
ら、高強度をもった焼結体の製造を可能とし、かつこの
焼結体は、Ｎｉ含有によってすぐれた耐食性をもつと共
に、Ａ　Ｉ　２０　ａの高含有によってすぐれた耐摩耗
性を示すようになるという研究結果を得たのである。

この発明は、上記研究結果にもとづいてなされたもので
あって、 Ａ、Ｑ：１．５〜１０％、　　　Ｎｉ　：１〜４５％、
を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成を有
するＣｕ　−Ｎｉ−　　−Ａｌ１合金原料粉末に、酸化
性雰囲気中、７００〜１１００℃の温度に、望ましくは
粉末流動化状態で加熱保持、 の条件で酸化処理を施して、主体が（Ｃｕ、Ｎｊ）０か
らなる素地に、粉末中心部を通るあらゆる断面において
、粉末中心部と粉末周辺部との間に、微細な（Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ａｌ７　）　Ｏが環状に凝集してなる環状複合酸化
物相が存在する組織をもった酸化物粉末を形成し、 引続いて、上記酸化物粉末に、 還元性雰囲気中、２００〜４５０℃の温度に加熱保持、 の条件で還元処理を施して、上記酸化物粉末の素地を実
質的にＣｕ−ＮｉまたはＣｕ　−Ｎｉ−　　−Ａｌ合金
とすると共に、上記環状複合酸化物相を微細なＡｌ１２
０３を主体とする環状硬質相とする、主要工程によって
Ｃｕ−Ｎｉ系合金粉末を製造する方法、 並びに、この方法で製造された、 １）：　１．５〜９．２％、　　酸素＝１．３〜８．２
％、Ｎｉ：０．９〜４１．３％、 を含有し、瓶りがＣｕと不可避不純物からなる組成、 および実質的にＣｕ−ＮｉまたはＣｕ−Ｎｉ−Ａｇ合金
からなる素地に、粉末中心部を通るあらゆる断面におい
て、粉末中心部と粉末周辺部との間に、環状に凝集した
微細なＡｌ２ｏ３を主体とする環状硬質相が存在する組
織、 を有するＣｕ−Ｎｉ−系合金粉末、 に特徴を有するものである。

つぎに、この発明のＣｕ−Ｎｉ系合金粉末およびその製
造法において、成分組成並びに製造条件を上記の通りに
限定した理由を説明する。

Ａ、Ｃｕ−Ｎｉ系合金粉末の成分組成 （ａ）　　Ａｌ２および酸素 Ａ、Ｑは酸素と結合して粉末内部で層をなしてシェル状
に凝集分布する微細なＡ　Ｉｆ’　２０３を形成し、粉
末の焼結性を損なうことなく、かつこれを原料粉末とし
て用いて製造された焼結体の耐摩耗性を著しく向上させ
る作用があり、この場合ＡΩ含有量がきまれば必然的に
酸化処理で酸素含有量もきまるものであり、したがって
Ａｌｌ含有量が１．５％未満になると酸素含有量も１．
３％未満となり、Ａ　１１２０　ａの形成割合が不十分
で所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一
方ＡＩ含有量が９．２％を越えると、酸素含有量も８．
２％を越えて多くなり、この結果多量のＡｇ２Ｏ３が形
成されることになるので、Ａ　１’　２０　ａ粒の粗大
化が避けられず、相手攻撃性が現われるようになること
から、ＡｆＩ含有量を１．５〜９．２％、酸素含有量を
１．３〜８．２％と定めた。

（ｂ）　　Ｎｉ Ｎ＋成分には、耐食性を向上させる作用があるが、その
含有量が０．９％未満では所望の耐食性向上効果が得ら
れず、一方その含有量が４１．３％を越えると、これを
用いて焼結体を製造した場合に、これの靭性が低下する
ようになることから、その含有量を口、９〜４１．３％
と定めた。

Ｂ、製造条件 （ａ）　　Ｃｕ　−Ｎｉ−　　−Ａｊｌ１合金原料粉末
の成分組成Ａｌｌ含有量が１，５％未満では、酸化処理
で形成される（Ｃｕ、Ｎｉ、Ａρ）０の粉末内部での環
状凝集が十分に行なわれず、この結果還元処理後の粉末
表面に比較的多量のＡ　ｉ）　２０　ｓが存在するよう
になって焼結性が低下し、焼結体の強度低下の原因とな
り、一方ＡｆＩ含有量が１０％を越えると、酸化処理で
形成される（Ｃｕ、Ｎｉ．ＡＩＩ）０並びに還元処理で
形成されるＡｇ２Ｏ３の粒径が粗大化し、これを焼結体
とした場合、相手攻撃性が増すようになることから、Ａ
Ｎ含有量を１．５〜ｌＯ％と定めた。

また、Ｎｉ含有量が１％未満では、製造されたＣｕ−Ｎ
ｉ系合金粉末におけるＮｉ含有量が０．９％未満となっ
てしまい、所望の耐食性をもった焼結体を製造すること
ができなくなり、一方間様にその含有量が４５％を越え
ると、粉末のＮｉ−含有量が４１，３％を越えて高くな
ってしまい、これを用いて製造した焼結体の靭性が低下
するようになることから、Ｎｉ含有量を１〜４５％と定
めた。

（ｂ）　　酸化処理温度 その温度が７００℃未満では、（Ｃｕ、Ｎｉ．Ａｌｌ　
）Ｏの環状凝集が不十分であり、一方その温度が１１０
０℃を越えると、粉末を流動化しても粉末同志に融着が
起り易くなることから、その温度を７００〜１１００℃
と定めた。

（ｃ）還元温度 その温度が２００℃未満では、酸化物粉末の還元に長時
間を要し、実用的でなく、一方その温度が４５０℃を越
えると、還元処理で形成されるＡｌ１２０３が陰火化す
るようになり、この結果焼結体の相手攻撃性が増すよう
になることから、その温度を２００〜４５０℃と定めた
。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明のＣｕ−Ｎｉ系合金粉末およびその製
造法を実施例により具体的に説明する。

それぞれ第１表に示される平均粒径、並びにＮｉおよび
Ａｌ含有量のＣｕ　−Ｎｉ−　　−Ａｌ合金原料粉末を
用意し、これらのＣｕ　−、Ｎｉ　　−Ａｆｆ合金原料
粉末に、同じく第１表に示される条件で、酸化処理、必
要に応じて内部酸化処理、および還元処理を施すことに
より本発明法１〜８および従来法１〜３を実施し、それ
ぞれ本発明Ｃｕ−Ｎｉ系合金粉末１〜８および従来Ｃｕ
合金粉末１〜３を製造した。

ついで、この結果得られた各種の粉末について、成分組
成を測定すると共に、その断面組織を金属顕微鏡（倍率
：　１０００倍）を用いて賎察し、さらに本発明Ｃｕ−
Ｎｉ系合金粉末１〜８については、３０個の粉末のそれ
ぞれの断面の中心部を通る任意直線上における粒径、並
びに環状硬質相の外径および内径を１１１１定し、これ
らの平均値を算出した。

これらの結果を第２表に示した。

さらに、これらの各種粉末を原料粉末として用い、これ
を５ｔｏｎ／ｃｊの圧力で圧粉体にプレス成形し、この
圧粉体を、水素中、９００−１１００℃の範囲内の所定
温度に３０分間保持の条件で焼結して、断面：　１０１
０ｍｍＸ１Ｏ、長さ：　５５ｍ＋ｉの寸法をもった焼結
体を製造し、この焼結体について、強度を評価する目的
で引張強さを測定すると共に、耐摩耗性と耐食性を評価
する目的で、無鉛ガソリン燃焼ガス雰囲気中での摩耗試
験を行なった。

なお、摩耗試験は、回転軸を水平とした外径：４０＋ａ
ｍｘ内径：３０ｕ＋ｘ長さ：１５ｍｍの鋳鉄（Ｆｅ１２
）製熱処理リング（硬さ：　ＨＲＣ５０）の上方から、
上記焼結体から８■醜Ｘ８ｍ１１Ｘ３５１Ｈの寸法に切
出した試験片を水平に当接させ、この状態で上記試験片
に５ｋｇの荷重を垂直にかけ、かつ無鉛ガソリンを燃焼
させた後、６００℃に冷却した排ガスを１０ｆｆ／ｓｉ
ｎの割合で前記試験片に吹きかけながら、上記リングを
１．２ｍ／秒の周速で回転させ、１０分後の試験片の最
大摩耗深さをシ１定することにより行なった。これらの
結果も第２表に示した。

〔発明の効果〕

第１．２表に示される通り、本発明法１〜８によれば、
粉末内部に微細なＡｌ２Ｏ３が断面組織でみて環状に凝
集してなる環状硬質相が存在したＣｕ−Ｎｉ系合金粉末
（本発明Ｃｕ−Ｎｉ系合金粉末１〜８）を製造すること
ができ、この本発明Ｃｕ−Ｎｉ系合金粉末１〜８は、上
記の通りＡｌ含有量が高いにもかかわらず、Ａｊ７２０
３が粉末内部に封じ込められた状態になっているので、
これを原料粉末として用いて焼結体を製造した場合、良
好な焼結性が確保されることから、高強度の焼結体を製
造することができるばかりでなく、相対的に高含有量の
Ａｌ２Ｏ３並びにＮｉ含有によって、これより製造さた
焼結体は、腐食環境下で、相手材である熱処理リングの
損耗がきわめて少ない状態、すなわち相手攻撃性が著し
く抑制された状態で、すぐれた耐摩耗性を示すのに対し
て、従来法１〜３で製造されたＣｕ合金粉末（従来Ｃｕ
合金粉末１〜３）は、Ａｌ２Ｏ３が粉末全体に均一に分
散分布した組織をもつので、Ａｌ含有量が相対的に低い
ことと相まって、焼結性の低下はあまりないものの、Ｎ
ｉによる素地の強化がないことから、製造された焼結体
は相対的にやや低い強度を示し、かつ腐食環境下での耐
摩耗性の而でもかなり劣った結果しか示さないことが明
らかである。

上述のように、この発明の方法によれば、相対的に多量
の微細なＡｌＩ２Ｏ３が粉末内部に層をなしてシェル状
に封じ込められたＣｕ−Ｎｉ系合金粉末を製造すること
ができ、したがってこの結果製造されたＣｕ−Ｎｉ系合
金粉末は焼結性がきわめて良好で、これを用いて製造さ
れた焼結体は、高強度をもち、かっＮｉ含有と相まって
、腐食環境下ですぐれた耐摩耗性を示すようになるので
、これを用いて上記のほかに、ブロックリングやロッカ
ーアーム用チップ、ブレーキ用バット、さらにクラッチ
板などの各種駆動装置の構造部材を製造した場合、すぐ
れた性能を発揮するようになるなど工業上有用な効果が
もたらされるのである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｌ：１．５〜９．２％、酸素：１．３〜８．２
   ％、Ｎｉ：０．９〜４１．３％、 を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成（以
   上重量％）、 並びに実質的にＣｕ−ＮｉまたはＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ合金
   からなる素地に、粉末中心部を通るあらゆる断面におい
   て、粉末中心部と粉末周辺部との間に、環状に凝集した
   微細な酸化アルミニウムを主体とする環状硬質相が存在
   する組織、 を有することを特徴とするＣｕ−Ｎｉ系合金粉末。
2. （２）Ａｌ：１．５〜１０％、Ｎｉ：１〜４５％、を含
   有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成（以上重
   量％）を有するＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ合金原料粉末に、 酸化性雰囲気中、７００〜１１００℃の温度に加熱保持
   、 の条件で酸化処理を施して、主体がＣｕとＮｉの複合酸
   化物からなる素地に、粉末中心部を通るあらゆる断面に
   おいて、粉末中心部と粉末周辺部との間に、微細なＣｕ
   とＮｉとＡｌの複合酸化物が環状に凝集してなる環状複
   合酸化物相が存在する組織をもった酸化物粉末を形成し
   、 ついで、上記酸化物粉末に、 還元性雰囲気中、２００〜４５０℃の温度に加熱保持、 の条件で還元処理を施して、上記酸化物粉末の素地を実
   質的にＣｕ−ＮｉまたはＣｕ−Ｎｉ−Ａｌ合金とすると
   共に、上記環状複合酸化物相を微細な酸化アルミニウム
   を主体とした環状硬質相とすることを特徴とするＣｕ−
   Ｎｉ系合金粉末の製造法。
3. （３）上記酸化処理が、上記Ｃｕ−Ｎｉ−Ａｌ合金原料
   粉末を流動化させながら行なわれることを特徴とする上
   記特許請求の範囲第（２）項記載のＣｕ−Ｎｉ系合金粉
   末の製造法。