JPH0593205A - アルミニウム焼結合金部品の製造方法 - Google Patents

アルミニウム焼結合金部品の製造方法

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JPH0593205A
JPH0593205A JP3252676A JP25267691A JPH0593205A JP H0593205 A JPH0593205 A JP H0593205A JP 3252676 A JP3252676 A JP 3252676A JP 25267691 A JP25267691 A JP 25267691A JP H0593205 A JPH0593205 A JP H0593205A
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Yasuo Kamitsuma
康夫 上妻
Yusaku Nakagawa
雄策 中川
Yoshihiro Kobayashi
良弘 小林
Shoichi Nakajima
昌一 中島
Tadashi Iizuka
董 飯塚
Keiichi Nakamura
敬一 中村
Hideo Yomo
英雄 四方
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Resonac Corp
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ａｌ合金粉末を用いて渦巻状部品のような複
雑形状部品を製造するにあたり、加工工数を減らし、簡
易な設備で、軽量、高強度で安価な製品を生産すること
ができるような製造方法を提供する。 【構成】 Ａｌに有効成分を添加して造った急冷凝固粉
末を圧縮成形後、通電してプラズマ放電により焼結し、
加圧して高密度素形材を加工する。 【効果】 本発明により、軽量で、高強度、高靱性のＡ
ｌ−Ｓｉ系焼結合金製の渦巻状部品のような形状複雑な
部品を簡易な加工工程により、効率よく、安価に製造す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末
を原料とした粉末合金部品の製造方法に係り特に原料組
成と、焼結方法を改善したアルミニウム粉末合金部品の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えばスクロ−ル型圧縮機の
旋回、固定渦巻状部品の材料は、鉄系材料では鋳鉄およ
び焼結材等が知られている。また、非鉄系のものでは、
軽量材料としてアルミニウム合金（例えばＡｌ−Ｓｉ合
金）が用いられ、鋳造およびダイキャスト鋳造法が公知
となっている。また、Ａｌ焼結合金製部材の製造法につ
いては、特開昭６２−９６６０３号公報がある。
【０００３】特開昭６４−５６８０６号公報には、Ａｌ
合金を溶製後ガスアトマイズ法により得られた急冷凝固
粉末を用いて、合金粉末を圧縮成形後、熱間押出し、ま
たは熱間押出して熱間鍛造、あるいは熱間鍛造により渦
巻状部品を製造することが開示されている。しかし、Ａ
ｌにＳｉを添加したＡｌ−Ｓｉ粉末を用いると熱膨張係
数を低減化する効果はあるが、高温加熱工程により、酸
化がはげしく、加工性が著しく悪化するので、これを防
止しなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
方法で、Ａｌ合金の急冷凝固粉末にＳｉなどの有効な元
素を添加した合金粉末を圧縮成形後、熱間鍛造および押
出し加工等により、渦巻状部品のような形状複雑な部品
を製造する場合は、高温酸化による脆化のため加工が困
難となり、したがって製造に長時間を要し、その上製品
の強度、靱性に問題があり、生産コストが高くなるとい
う欠点があった。
【０００５】本発明の目的は、高Ｓｉ−Ａｌ合金粉末を
使用して、高密度Ａｌ焼結体が得られるような製造工程
を経て、軽量で、強度および靱性の優れた複雑形状のＡ
ｌ焼結合金部品の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のアルミニウム焼結合金部品の製造方法の構成
は、Ａｌ粉末に、Ｓｉ１〜４５ｗｔ％、IIIa族元素０．
１〜２０ｗｔ％、ＩＶａ族元素および／またはＶａ族元
素の少なくとも１種の元素０．０１〜５ｗｔ％の粉末を
添加してなる急冷凝固合金粉末を、圧縮成形した後、加
圧しながら通電してプラズマ放電加熱により焼結するよ
うにしたことである。
【０００７】
【作用】例えば、スクロ−ル型圧縮機の性能を向上させ
るには旋回および固定の渦巻状部品のクリアランスを小
さくする必要がある。そのためには、Ａｌ焼結合金は従
来から用いられている鋳鉄並の小さい熱膨張係数であ
り、熱変形もできるだけ小さくする必要がある。単に、
熱膨張係数を小さくおさえるには、例えばＳｉを１〜４
５ｗｔ％添加すればよいが、熱間加工性、時効硬化性、
高温強度および靱性等を付与するためには、Ｃｕ、Ｍ
ｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｗ等の有効成分を適量添加す
る。すなわち、Ｓｉは１ｗｔ％以下では十分な強度、耐
摩耗性が得られず、逆に４５％を越えると延性が低下す
るので１〜４５ｗｔ％（好ましくは１２．５〜２５％）
とする。強度を高めるのに、Ｃｕは１〜５％、Ｆｅは
０．１〜１．０％、Ｍｎは０．１〜２％、Ｍｇは０．１
〜１％、Ｚｒは０．５〜５％、Ｃｅは０．５〜５％を含
むものが好ましい。
【０００８】また、Ａｌ合金粉末を焼結した後の強度の
低下は、粉末粒子表面の酸化皮膜の残存による粒子間結
合力の弱体化によることが判明した。したがって、粒子
間結合力の強化策として、合金粉末の脱酸成分としてII
Ia族元素、特に希土類元素のＣｅとIVaおよびVa族元素
の少なくとも１つ、特にＺｒとを添加するのが有効であ
ることが判り、予めこれらを適量添加する。
【０００９】Ａｌ合金粉末を圧縮成形後、成形体を低圧
力で加圧してから通電して、圧粉粒子間にプラズマ放電
を発生させて、前記酸化膜を除去する。この場合、プラ
ズマ電圧２〜１０Ｖ、電流１０００〜６５００Ａにする
と最高のプラズマ放電が発生するので、粒子表面の吸着
ガスを放出しながら加圧力を調製する。本プラズマ放電
は、大気中で行なうものである。
【００１０】ガス放出終了後には、さらに加圧すること
によって、粒子間を強固に結合した焼結成形体を造るこ
とができる。焼結体を高密度化するための加圧力は、５
０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2、全焼結時間は５〜２０分間
の範囲であればよい。以上の製造方法で製造された焼結
合金製品は、高密度で強度、靱性に優れたものとなり、
例えばスクロ−ル型圧縮機用の渦巻状部品のような軽量
小型で、形状複雑な部品製造法として最適である。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例およびその実験結果を図
１〜図７を用いて説明する。図１は本発明の１実施例の
渦巻状部品の製造工程の模式図である。図１において、
１は圧粉成形工程、２は圧粉成形体、３はプラズマ焼結
工程、４は焼結体である。
【００１２】Ａｌ合金粉末の組成は、Ｓｉ２５ｗｔ％、
Ｃｕ３．５ｗｔ％、Ｍｇ０．５ｗｔ％、Ｆｅ０．５ｗｔ
％、Ｍｎ０．５ｗｔ％、Ｚｒ１．０ｗｔ％、Ｃｅ２．０
ｗｔ％残りＡｌのものを用い、溶製後、エアアトマイズ
した（粒径５００μｍ以下）ものである。
【００１３】まず、前記Ａｌ合金粉末を黒鉛ダイスを用
いて圧粉成形し１、圧粉成形体２を作製し、圧粉成形体
２を渦巻状部品と同じ黒鉛ダイスに挿入し、電流５００
０Ａ電圧５Ｖとしてプラズマ放電しながら加圧圧力を２
００ｋｇｆ／ｃｍ2までに加圧して、焼結体４を得た。
ただし、焼結体は８５φ×４０ｔ成形体を渦巻状にして
処理した。
【００１４】図３は、前記工程におけるプラズマ焼結処
理時間と密度比との関係図である。この結果から、最適
保持時間は１２分であり、５分以上で密度比は９０％で
あることがわかる。図４は加圧圧力と密度比との関係図
である。プラズマ焼結処理時間を１２分、プラズマ電流
５０００Ａ、電圧５Ｖとした場合、加圧圧力１００ｋｇ
ｆ／ｃｍ2で密度比は９０％以上であり、最適加圧圧力
は２００ｋｇｆ／ｃｍ2である。
【００１５】図５はプラズマ電流と密度比との関係図で
ある。プラズマ焼結処理時間を１２分、電圧５Ｖ、加圧
圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2の場合、最適電流は５０００
Ａであり、１５００Ａ以上で密度比９０％以上が確保で
きる。図６はプラズマ電圧と密度比との関係図である。
プラズマ焼結処理時間を１２分、電流５０００Ａ、加圧
圧力２００ｋｇｆ／ｃｍ2の場合、最適電圧は５Ｖであ
り、電圧３Ｖ以上で密度比９０％以上が確保できる。
【００１６】図７は処理時間と引張強さとの関係図であ
る。プラズマ電流５０００Ａ、電圧５Ｖ、加圧圧力２０
０ｋｇｆ／ｃｍ2の場合の処理時間は、５分では引張強
さは１６ｋｇ／ｍｍ2であるが、最適処理時間１２分で
は４０ｋｇ／ｍｍ2となり十分に強度を確保することが
できる。ミクロ組織写真（図は省略）からも粉末粒子間
の境界面は十分に密に結合され、強度を保持しているこ
とが認められた。
【００１７】図２は本発明の他の実施例の渦巻状部品の
製造工程の模式図である。図２において、５は温間、冷
間鍛造工程、６は鍛造成形体である。その他の符号は図
１と同じである。この実施例においては、圧粉成形１−
プラズマ焼結３により製造した平板の焼結体４に温間あ
るいは冷間鍛造を加へて５、鍛造成形体６、すなわち渦
巻状部品を製造することができる。この方法により、焼
結体を塑性加工して、内部欠陥を消滅させ強度の向上を
図ることができる。なお、本発明では渦巻状部品につい
て記載したが、その他複雑形状のＡｌ焼結部品について
も適用できることはゆうまでもない。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、軽量で、強度および靱
性の優れたＡｌ−Ｓｉ系焼結合金製の複雑形状部品を容
易に製造することができる。プラズマ焼結法によるた
め、真空設備等は不要であり、設備費は安価となるから
生産コストも安くなり、短時間で焼結可能なので生産効
率は向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の渦巻状部品の製造工程の模
式図である。
【図２】本発明の他の実施例の渦巻状部品の製造工程の
模式図である。
【図３】本実施例のプラズマ焼結処理時間と密度比の関
係図である。
【図４】本実施例の焼結加圧圧力と密度比の関係図であ
る。
【図５】本実施例のプラズマ電流と密度比の関係図であ
る。
【図６】本実施例のプラズマ電圧と密度比の関係図であ
る。
【図７】本実施例のプラズマ焼結処理時間と引張強度の
関係図である。
【符号の説明】
１ 圧粉成形工程 ２ 圧粉成形体 ３ プラズマ焼結工程 ４ 焼結体 ５ 温間、冷間鍛造工程 ６ 鍛造成形体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 良弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 中島 昌一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 飯塚 董 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所栃木工場内 (72)発明者 中村 敬一 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 四方 英雄 千葉県松戸市稔台520番地 日立粉末冶金 株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ａｌ粉末に、Ｓｉ１〜４５ｗｔ％、IIIa
    族元素０．１〜２０ｗｔ％、ＩＶａ族元素および／また
    はＶａ族元素の少なくとも１種の元素０．０１〜５ｗｔ
    ％の粉末を添加してなる急冷凝固合金粉末を、圧縮成形
    した後、加圧しながら通電してプラズマ放電加熱により
    焼結することを特徴とするアルミニウム焼結合金部品の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のＡｌ粉末合金が、Ｓｉ１
    〜４５ｗｔ％、Ｃｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚ
    ｎ、Ｌｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、ＮｂＭｏの少
    なくとも１種の元素０．１〜２０ｗｔ％と残部がＡｌか
    らなることを特徴とするアルミニウム焼結合金部品の製
    造方法。
  3. 【請求項３】 請求項１および２記載の製造方法におい
    て、前記プラズマ放電による焼結条件は、プラズマ電圧
    ２〜１０Ｖ、プラズマ電流１０００〜６５００Ａ、焼結
    圧力５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ2、焼結時間０．５〜２
    ０分間であることを特徴とするアルミニウム焼結合金部
    品の製造方法。
JP3252676A 1991-10-01 1991-10-01 アルミニウム焼結合金部品の製造方法 Pending JPH0593205A (ja)

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