JPH0657363A - 窒素化合アルミニウム焼結合金及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度、高密度で機械的特性、物理的特性、
及び耐摩耗性に優れたアルミニウム焼結合金と、その合
金を塑性加工によらず常圧焼結により高い経済性で製造
する方法を提供する。 【構成】 Ｍｇを０．４〜４．０重量％含有するアルミ
ニウム合金溶湯を１０²℃／sec 以上の凝固速度で凝固
した急冷凝固アルミニウム合金粉末を必要に応じて２５
０〜４５０℃の温度域で焼鈍した後に、冷間で圧縮成形
し、この成形体を窒素化合促進ガス成分として還元性ガ
ス成分を０．０１atm 以上添加した窒素分圧０．８atm
以上かつ水蒸気分圧０．０１atm 以下の常圧雰囲気下に
おいて粉末表面に窒素との化合物を生成させて焼結さ
せ、Ｍｇを０．４〜４．０重量％かつ窒素を０．２〜
４．０重量％含有する窒素化合アルミニウム焼結合金を
得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度、高密度で機械
的特性や物理的特性に優れ、耐摩耗性にも優れたアルミ
ニウム焼結合金、及びその合金を塑性加工によらず常圧
焼結により高い経済性で製造する方法に関するものであ
る。本発明は、機械構造部品に要求される特性を満たす
アルミニウム合金を高い自由度で形状付与できる常圧焼
結法により提供するものであり、利用分野としては、コ
ンプレッサー部品のサイドプレート、ハウジング、シリ
ンダー、ケース、ベーン、シュー、ローター等、自動車
部品のタイミングプーリー、オイルポンプローター、ブ
ッシュ等、または、事務機器のローラー、ギヤ、軸受け
等が挙げられる。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム粉末あるいはアルミニウム
合金粉末の表面には還元が不可能な強固な酸化膜が存在
しているため、アルミニウム焼結合金を製造するにはこ
の酸化膜を破り粉末同士の金属接触部を形成させ金属原
子の拡散を可能とさせる必要がある。金属原子の拡散に
より粉末を強固に結合させなければ強固な焼結体は得ら
れないからである。従来、この方法は大きく次の２つの
方法があった。

【０００３】焼結助剤を混合する方法 アルミニウムあるいはアルミニウム合金組成の融点より
低温側で共晶液相を発生する合金成分を有する粉末を焼
結助剤として原料に添加混合後に圧縮成形し、焼結工程
の昇温過程中に成形体内に形成された焼結助剤とアルミ
ニウム粉末またはアルミニウム合金粉末との金属接触部
から共晶液相を発生させることで金属接触部の拡大を図
り焼結を進行させる方法である。特開昭４７−３４００
６は、アルミニウム粉にＣｕまたはＣｕ−Ｓｎ粉末を混
合した粉末成形体を無酸化あるいは還元性雰囲気で焼結
するアルミニウム（Ａｌ）焼結合金の製造方法を提案し
ている。特公昭５１−１３４４４は、焼結助剤としてＭ
ｇ，Ｚｎ等の粉末を添加する方法を提案している。特開
昭５０−９６４０９は、焼結助剤としてＭｇ粉末あるい
はＣｕ−Ｍｇ母合金粉末を焼結助剤として添加する方法
を提案している。特公昭６１−１７８９５，特公昭６１
−５４８５５，特公昭６１−６２４３，特公昭６２−６
６２６には、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｚｎ等の元素粉末ある
いは合金粉末を焼結助剤として混合する方法が開示され
ている。

【０００４】Ｓｉを含有する焼結合金の製造方法を次に
説明する。特公昭５３−１１８２０９に共晶組成である
Ａｌ−１１．７Ｓｉ近傍の組成を有したＡｌ−Ｓｉ二元
合金粉末に焼結助剤として金属Ｓｉ粉末と必要に応じて
合金粉末を混合してＳｉを合計で２０〜５０％含有した
焼結体の製造法が提案されている。特公昭６０−３８４
４２は、Ａｌ粉末またはＡｌ−Ｓｉ合金粉末にてＡｌ−
Ｃｕ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ合金粉末を焼結助剤として３０wt％未満の配合率で混
合し圧縮成形後５５０〜６５０℃の温度範囲で焼結し、
２．１％Ｓｉ以下の低Ｓｉ含有低密度焼結体の製造方法
を提案している。特公昭５９−３７３３９は、Ａｌ−１
０〜３５Ｓｉ粉末にて、Ｃｕ，Ｍｇ，Ｓｉ成分を単組成
粉末あるいは合金粉末として添加配合する高Ｓｉ含有焼
結体の製造方法が提案されている。また、これにはＭｇ
成分を若干量含有するＡｌ−２５Ｓｉ−２Ｃｕ−０．５
Ｍｇ合金粉末を高純度窒素ガス（露点−７０℃以下）雰
囲気中で５５５℃×６０分焼結した例が記載されている
が、焼結体の引張強度は９．２kg/mm²しか得られていな
い。

【０００５】塑性加工を加える方法 新しい粉末冶金技術として近年になって開発されてきた
方法で、塑性変形により粉末同士を結合させる方法であ
る。粉末に強力な塑性加工を加えることで粉末を塑性変
形させ、粉末表面の酸化膜を破り、分断し、隣接粉末間
をつなぎ金属接触部を生成させる。物理的手法で酸化膜
を破るから焼結助剤を不要とする。塑性加工方法として
は、ホットプレス法、粉末鍛造法、粉末押出法、粉末圧
延法等が用いられる。塑性加工による方法は、比較的低
温度域で処理できるため、急冷凝固の効果をある程度保
持した高密度合金を得ることが出来る。特開昭６０−１
２１２０３は、アルミニウム合金粉末を温度２５０〜５
５０℃で押出比４：１〜１５：１にて押出する方法を提
案している。強力なせん断力でアルミニウム合金粉末を
押し出すため、粉末表面の酸化膜が破れて隣接粉末同士
の内部の金属が結合するのである。特開昭６１−１３６
６０２にはアルミニウム合金粉末を加熱成形後にホット
プレスする方法を提案している。ホットプレスにより、
粉末表面の酸化膜を破り内部金属同士の接触させ金属原
子を拡散させるものである。

【０００６】以上、焼結助剤を混合する方法、塑性
加工による方法のいずれによっても酸化膜を破り金属同
士の接触を実現し、接触部を通じて金属原子が拡散出来
るようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上説明した
アルミニウム焼結合金を製造する従来法２つにはそれぞ
れ次のような難点がある。 焼結助剤を用いる方法の難点 共晶液相を発生する焼結助剤粉末を混合した粉末を圧縮
成形後に焼結させる方法では、焼結助剤を混合法で分散
させるために、共晶液相の発生個所が偏在するという難
点がある。このため、組成的にも濃度斑や偏析が生じ易
く、粉末の焼結状態の均質性に劣る。粗大な気孔や流出
孔が残り易いため高精度・高密度焼結体が得難い。ま
た、この方法で得られた焼結体は急冷凝固により生成さ
れた微細析出物が粗大化しており、機械的特性が塑性加
工法による焼結体に比較して大きく劣る。 塑性加工による方法の難点 塑性加工法による焼結は比較的低温度域で処理でき、高
密度材料が得られるという長所がある。しかし、高い圧
力を加えて加工しなければならないから、設備が高価で
製造コストが高い。さらに形状的制約があり従来の粉末
冶金法の特徴であるニアネットシェイプ材の製造が困難
であり材料歩留まりが低い。

【０００８】共晶反応により液相を発生させて焼結させ
る焼結助剤を用いる従来の方法は、共晶液相の偏在、濃
度斑、偏析等の問題があって高精度・高品質の焼結合金
を得ることができない。これはＡｌ粉末あるいはＡｌ合
金粉末と焼結助剤の界面において共晶液相を発生させ、
酸化膜を分断し、焼結を行うという点に起因している。
焼結助剤の分布が不均一であるから共晶液相の分布が均
一にならず濃度斑、偏析等が生ずる。そこで本発明は焼
結助剤を用いずＡｌ焼結合金を製造することを第１の目
的とする。また、塑性加工を用いると前述のように設備
費、製造コストが嵩む。そこで本発明は塑性加工を用い
ないで、Ａｌ焼結合金を製造することを第２の目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の窒素化合アルミ
ニウム焼結合金は、Ｍｇを０．４〜４．０重量％かつ窒
素を０．２〜４．０重量％含有することを特徴とする窒
素化合アルミニウム焼結合金である。また、製造方法
は、Ｍｇを０．４〜４．０重量％含有するアルミニウム
合金溶湯を１０² ℃／sec 以上の凝固速度で凝固した急
冷凝固アルミニウム合金粉末を必要に応じて２５０〜４
５０℃の温度域で焼鈍した後に、冷間で圧縮成形し、こ
の成形体を窒素化合促進ガス成分として還元性ガス成分
を０．０１atm 以上添加した窒素分圧０．８atm 以上か
つ水蒸気分圧０．０１atm 以下の常圧雰囲気下において
粉末表面に窒素との化合物を生成させて焼結させること
を特徴とする。

【００１０】簡単に言えば、本発明のアルミニウム焼結
合金は、Ｍｇを含有したアルミニウム合金粉末を成形
し、焼結雰囲気ガス中の窒素成分との窒素化合反応によ
り焼結を促進させて粉末組成の融点以下で塑性加工なし
に常圧で高精度に焼結した合金である。常圧というの
は、焼結において成形体にかかる圧力が雰囲気ガスによ
る通常の圧力のことで、前記の塑性加工の様な非常な高
圧力を用いないということである。

【００１１】Ｍｇ添加による粉末表面改質及び雰囲気窒
素との化合反応を兼ね合わせることで従来困難とされて
きたアルミ合金粉末の焼結現象を促進化させることが可
能となったが、焼結合金の物理的特性や機械的特性は、
焼結体の密度に大きく支配されるため、如何に緻密化し
た焼結合金を製造できるかが、焼結合金製造の第２のポ
イントとなる。この緻密化の方法として、急冷凝固合金
粉末を用いた次の２つの手法を見いだした。

【００１２】成形時に高密度化する方法 高精度で高密度な焼結体を得るには成形時に高密度化し
ておくことが有効である。成形方法としては、金型成形
や、冷間静水圧成形などがある。金型成形の場合は金型
との焼き付きを防止したり、粉末の流動性を改善するた
めに、粉末状の潤滑剤を混合したり、金型に直接潤滑剤
を塗布したりする。一般に成形圧力を高めると、高密度
の成形が可能となる。しかし、金型への負荷が大きくな
るので成形形状が制約を受け、金型寿命も短くなるた
め、例えば８〜１０t/cm² を越えるような高圧力の成形
は通常採用されない。よって、成形時に高い成形密度を
得るためには圧縮性や成形性に優れた原料粉末を用いる
必要がある。成形密度は粉末形状等にも影響を受ける
が、粉末硬度に大きく支配される。成形時に高密度化す
るには、粉末のマトリックスが軟質であることが重要で
ある。硬度の観点からはマトリックス組成は低合金であ
る方が望ましい。しかし、実用強度を確保する必要から
時効析出硬化型元素を添加し、熱処理による特性向上が
図れる組成とするため、粉末に過時効処理を施し軟質化
を図る。物理的特性や機械的特性あるいは耐摩耗性を確
保するためには、硬質粒子をマトリックス中に分散させ
ることが有効である。硬質粒子は、粉末の成形性を劣化
させないようにマトリックスに固溶しないセラミックス
等の硬質粒子や固溶度の小さいＳｉ晶が良い。硬質粒子
を分散あるいはＳｉを溶解した溶湯を粉末化することで
急冷凝固させると硬質粒子やＳｉ晶を微細均質に分散さ
せることができ、多量の粒子やＳｉを含有させても粒子
やＳｉ晶のブリッジングが抑制でき高密度化への影響が
低減できる。また、一部に軟質の粉末を混合し、成形性
や圧縮性を改善し、焼結体の高強度化を図ることができ
る。

【００１３】焼結時に高密度化する方法 耐熱性や熱安定性あるいは高い機械的特性を要求される
用途に対しては、硬質で安定な金属間化合物が分散した
高合金マトリックスが必要となる。急冷凝固法によれ
ば、素地の硬化や耐熱性の改善を図るために、溶製法で
は少量しか添加出来ないＦｅ，Ｎｉ，Ｍｎや、或いはＴ
ｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｚｒ等を有効に含有させる事が可
能である。しかしながら、マトリックス硬度が高く粉末
焼鈍により成形性や圧縮性は幾分は改善されるものの、
成形のみで高密度化することは困難となるため、焼結時
に緻密化を図る製法が必要となる。一般に、焼結時に液
相を発生させると緻密化するが、液相量が多かったり、
発生する液相の分布が不均質であったりすると寸法精度
が悪くなる。また、多量の液相発生は、組織の粗大化も
招く。液相焼結方法としては、従来の共晶反応により液
相を発生させて焼結させる方法があるが、この方法の問
題は共晶液相をＡｌ粉末あるいはＡｌ合金粉末と焼結助
剤の界面において発生させて焼結を行うことに起因して
いる。そこで、全く焼結助剤を添加混合しないで焼結さ
せる方法により焼結助剤添加法による焼結法の問題を解
決する。つまり、個々の粉末内に少量の液相を均質に生
成させることで、成形体内に高密度・均質に液相を分布
させ焼結時の均一収縮を実現し高い寸法精度を得る。本
発明では、粉末内に液相を生成させるには、まずＣｕ，
Ｍｇを同時に含有する組成の溶湯を粉末化に際して、急
冷凝固させて所要の合金組成の融点以下で液相が生じる
様な準安定相を形成させた粉末を製造する。この粉末の
加熱工程中に発生した準安定相の液相は、粉末表面の酸
化膜を分断させ金属接触部の拡大を図り焼結が進行す
る。成形体内の相状態が均質であるため、少量の液相量
であっても短時間に均等に収縮し、組成斑や偏析がきわ
めて小さい高精度・高密度焼結体が製造できる。この場
合も、液相の生成を損なわない範囲での粉末焼鈍により
粉末を軟化させると低圧で高密度の成形体が得ることが
でき焼結体の高精度化を図るに有効である。また、一部
に軟質粉末を混合することで、成形密度を上げて焼結性
を向上させることもできる。この合金はＣｕ，Ｍｇを含
有しているので熱処理による強度改善も図れる。焼結時
に高密度化する方法において、さらに機械的・物理的特
性の改善が必要な場合には、微細粒子の分散によって改
善することが出来る。分散粒子の添加手段としては、混
合法により分散させることが容易であるが粒子の凝集等
の問題があり機械的特性の改善効果を引き出せない。そ
こで、本発明では、粉末製造時に分散粒子を含有した溶
湯を粉末化する方法や混合粉末を機械的粉砕再凝集処理
する方法で分散粒子を微細化し均一且つ高密度に分散す
ることで大きな機械的特性値の改善を図る。

【００１４】本発明法によって得られた焼結材は、従来
の粉末冶金法のメリットであるニアネットシェイプ素材
を得ることが出来、適当量の気孔を分布させた焼結体と
すればサイジングやコイニングによる高精度加工が可能
で、形状付与自由度の高い高精度焼結体の製造法と言え
る。

【００１５】

【作用】本発明では組成と製造条件を限定している。以
下にこれら限定の意味を説明する。

【００１６】［Ｍｇの添加量］本発明ではＭｇの添加が
重要である。Ｍｇは、焼結時に噴霧時に形成された粉末
表面の酸化膜を還元する働きと同時に雰囲気窒素との反
応を助長し金属接触部を拡大し焼結現象を促進させる働
きを行う。ＳｉあるいはＣｕと共存すると、溶体化、時
効処理を施すことにより機械的特性を改善することがで
きる。Ｍｇの添加量が０．４重量％以下であると上記の
ような効果が不十分になる。逆に４．０重量％を越える
と焼結体の寸法精度が劣化したり、素地の耐熱性や靭性
が低下する。従って望ましいＭｇ含有量は０．４〜４．
０重量％である。

【００１７】［窒素の含有量］本発明では窒素の含有が
特に重要である。窒素は、焼結時に粉末表面に雰囲気窒
素とアルミ合金が反応して生成する窒素化合物として存
在し、焼結現象を促進させる。また、窒素化合物は硬質
であるため耐摩耗性が向上する。窒素の含有量が０．２
重量％以下であると上記のような効果が不十分になる。
逆に窒素含有量で４．０重量％を越えるような窒素化合
物量が存在すると焼結体の靭性が低下する。従って望ま
しい窒素含有量は０．２〜４．０重量％である。

【００１８】［窒素化合物の形態］原料粉末と窒素との
化合反応は粉末表面で起こり、窒素化合物は旧粉末界面
あるいは旧粉末表面上に生成するため、粉末同士の結合
に寄与し焼結を促進させる。また、窒素化合物を粒子と
して分散させる場合と異なり、本発明の窒素化合物は反
応により生成しているため密着性に優れ、極めて密に分
散しているため、耐摩耗性や硬さを大いに向上させる。
但し、窒素化合物層が１０μｍを越えると、靭性低下の
原因となるため、厚みは１０μｍ以下であるとする。通
常の焼結条件では、窒素化合物の厚みは０．１〜５μｍ
程度である。

【００１９】［噴霧粉末の凝固速度］本発明では噴霧粉
末製造時のアルミニウム合金溶湯の凝固速度が重要であ
る。焼結時に準安定相を液化して液相焼結する方法にお
いては、原料粉末に準安定相が生成されていることが不
可欠であり、この準安定相は急冷凝固により生成され
る。凝固速度が１０² ℃/sec未満であると、準安定相が
生成しないか、生成しても量が少なく焼結が十分進行し
ない。また、成形時に高密度化する方法においては、焼
結現象を促進させるために急冷凝固により焼結時の拡散
エネルギを蓄積させることが有効である。凝固速度が１
０² ℃/sec未満であると上記のような効果が不十分にな
るため望ましい凝固速度は１０² ℃/sec以上である。

【００２０】［粉末粒度］噴霧法により粉末を製造する
場合、粉末の粒度により凝固速度が異なってくる。ま
た、粉末同士の金属接触部分の頻度や窒素と反応する表
面積も粉末の粒度により大きく影響される。粉末の最大
粒度が３５０μｍを越えたり、平均粒度が７５μｍを越
えたりすると焼結性が低下する。従って、最大粒径は３
５０μｍ以下、平均粒度は７５μｍ以下であることが望
ましい。

【００２１】［粉末の造粒］噴霧粉末の粒度が細かい場
合、粉末の金型への流動性や充填性が良くない。そこ
で、噴霧粉末を機械的に造粒する事で、粉末の急冷度や
物性を充分維持した状態で流動性や充填性に優れた粉末
として、焼結体の高精度化を図ることができる。

【００２２】［粉末の焼鈍］成形性や圧縮性を改善する
必要がある場合は粉末を焼鈍処理すると良い。噴霧粉末
は急冷凝固されておりいわゆる焼きが入った状態にあり
高硬度であるため、合金の時効処理温度以上で焼鈍する
と軟化するため成形性や圧縮性を改善できる。焼鈍は２
５０℃未満では、粉末を過時効により軟化するに長時間
を要し、４５０℃を越える場合は、粉末同士が焼結して
しまったり急冷凝固により蓄積された焼結エネルギーが
消費されてしまったり、準安定相が安定化してしまった
りする問題が生じる。そこで、焼鈍は２５０〜４５０℃
で行う。この温度範囲であれば、焼鈍温度に粉末が通常
の加熱速度で昇温すれば、純分粉末は軟化するが、均質
性の高い焼鈍を行う場合は、焼鈍の保持時間は最低３０
〜６０分必要である。

【００２３】［冷間成形］高密度成形するために温間で
成形することも可能であるが、本発明の場合は、経済性
とその効果から考えて冷間成形で充分である。

【００２４】［潤滑剤］金型成形の場合は、金型との焼
き付きを防止するために原料粉末に粉状の潤滑剤を混合
したり、金型に直接潤滑剤を塗布するのが普通である。
添加する潤滑剤は、焼結温度より低い温度で気化し、焼
結性を阻害しないものである必要がある。

【００２５】［低硬度粉末の場合］原料粉末より低硬度
な粉末を混合すると成形性や圧縮性を改善することがで
きる。混合すべき低硬度粉末のＭｇ含有量は、前述した
理由により０．４〜４．０重量％とする。粉末の軟質性
を確保するためＡｌ成分は８５重量％以上である必要が
ある。その他の成分は主たる原料粉末より低硬度であれ
ば、含有させることができる。低硬度粉末の混合量は３
０重量％以下とする。これを越えると添加した低硬度粉
末同士が焼結する部分が生じ強度改善効果が減ずる。こ
のために３０重量％以下とする。

【００２６】［成形体密度比］成形時に高密度化を図る
方法では、成形体密度比が９０％未満であると、焼結体
の強度が低くなる。これを避けるためには密度比９０％
以上とするのが望ましい。強度や靭性に優れた焼結体を
得るためには、成形密度は高い方がよい。また、焼結時
に高密度化する液相焼結法では、粉末が硬質であるため
高い成形密度を得ることが困難であるが、成形体密度比
が７０％未満では成形体の強度が低くなる。それゆえ、
密度比は７０％以上とする。

【００２７】［焼結雰囲気］本発明では焼結の雰囲気が
特に重要である。焼結時に粉末表面に窒素化合物を生成
させて、焼結現象を促進と焼結材の耐摩耗性を向上を図
るために、主に窒素ガスで構成する雰囲気を形成する必
要がある。そのためには、窒素分圧が０．８atm 以上で
あることが必要となる。同時に、粉末表面での窒素化合
を促進させるガス成分として還元性ガス成分を０．０１
atm 以上添加させなければならない。雰囲気の圧力は、
加圧することでいくらかの焼結促進が図れるが経済性と
設備の観点から、常圧で充分である。また、雰囲気中の
水蒸気分圧が高いと、焼結時に粉末表面酸化膜を還元す
る働きと同時に雰囲気窒素との反応を助長する働きを行
うＭｇ成分と水蒸気分が反応し、Ｍｇ成分の添加効果を
阻害する。さらに、水蒸気は、粉末表面に形成される窒
素化合物を分解する働きもある。また、粉末に吸着して
いる水分を焼結温度迄の昇温過程で蒸発・分解してやる
ためにも水蒸気分圧を低くしなければならない。それゆ
え、水蒸気分圧は０．０１atm 以下に抑えることが重要
となる。

【００２８】［焼結温度］成形体は適正な温度に加熱さ
れて焼結される。焼結温度は、成形時に高密度化する
製造法の場合の合金系と焼結時に高密度化する製造法
の場合の合金系とでは異なる。前者の場合は、焼結温
度範囲は５００〜５７０℃が望ましい。５００℃未満で
は雰囲気窒素との反応量が乏しく、固相拡散による焼結
現象も充分進行しない。逆に５７０℃を越えると、Ａｌ
−Ｓｉの共晶点５７８℃に近づき、合金が軟化変形し精
度が著しく劣り、組織が粗大化する。焼結を充分に進行
させて、精度確保し、組織の粗大化を抑えるには焼結温
度を５００〜５７０℃とする。より精度が要求される場
合は、５２０〜５５０℃が望ましい。一方、後者の場
合は、焼結温度、急冷凝固法により得られた準安定相の
液相発生温度Ｔｃより高く、粉末の融点Ｔｍより低い温
度とする。もちろん、準安定相の液相発生温度Ｔｃや融
点Ｔｍは粉末の合金組成によって異なる。本発明の合金
系では、準安定相の液相発生温度は、およそ５００℃近
辺であり、粉末の融点はおよそ５８０℃近辺である。

【００２９】［焼結時間］成形体は、焼結温度域で適正
な時間加熱されて焼結される。焼結時間が、２０〜３０
分でも焼結は進行する。しかし、実際には焼結の均一性
やより高い強度を確保するために、１〜４時間の加熱を
行うことが望ましい。焼結時間が増加するにつれ雰囲気
窒素との反応量も増加し焼結現象が進行し緻密化しなが
ら耐摩耗性向上に有効な析出物の形態・大きさが変化す
る。それゆえ、焼結時間は、要求される特性や寸法精度
に応じて選定する必要がある。また、焼結時に高密度化
する製造法では、焼結時に液相が生じるため焼結の進行
が速く、成形時に高密度化する製造法の場合と比較して
かなり短時間でよい。

【００３０】［焼結時の寸法変化］成形時に高密度化す
る製造法の合金系では、焼結時の寸法変化を抑えて高精
度焼結する事が可能となる。この寸法精度確保のための
寸法変化率は、１．５％以内とする。より高い寸法精度
が必要な場合は、１％以内であることが望ましい。

【００３１】［焼結体密度比］焼結体のヤング率や機械
的特性は、焼結体密度比が高い方が優れる。成形時に高
密度化する焼結合金系で引張強度２５kg/mm²を、また、
焼結時に高密度化する焼結合金系で引張強度３０kg/mm²
を確保するためには、焼結体密度比は９０％以上とする
必要がある。より高い機械的特性等が要求される場合
は、密度比９７％以上の焼結体を製造することも可能で
ある。また、密度比を９４〜９６％程度にすると良好な
サイジングやコイニングが可能となり高精度の製品を得
ることができる。また、焼結体中の気孔に含油すれば潤
滑性を持たせることもできる。この様な効果を持たすた
めに焼結密度比の上限を９９％とする。

【００３２】［成形時に高密度化する場合の合金組成］
成形時に高密度化する製法における原料粉末への要件
は、成形前のマトリックスが軟質であることである。よ
って、合金成分を次のように限定する必要がある。Ｍｇ
成分は、本発明において不可欠な成分であるが、前述し
た０．４〜４．０重量％の範囲では焼鈍処理を施せば、
粉末の成形性や圧縮性を大きく損なうことはない。しか
し、マトリックスの強度やマトリックスの硬度を上げて
耐摩耗性を改善したり、耐熱性を改善を図るために、Ｃ
ｕ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉ等を含有させる場合は、添加の総
量が２．０wt％を越えると成形時の圧縮性が悪化するた
め、これらの総量は２重量％を上限とした。また、成形
性や圧縮性を損なわずに材料の特性を改善する添加元素
として、マトリックスへの固溶量が少なく粒子分散型組
織を呈するＳｉ成分を見いだした。Ｓｉの添加は熱膨張
率の低下、剛性の向上、耐摩耗性の改善等に効果があ
る。この効果は、Ｓｉ添加量が４．０wt％以下では小さ
い為、本発明では添加下限量を４．０wt％とした。Ｓｉ
添加量が４０．０wt％を越えると成形性や圧縮性への悪
影響も無視できなくなる上、焼結体中のＳｉ晶径が大き
くなり靭性が劣化し、被削性も悪化するため、添加上限
量を４０．０wt％とした。本合金系は、ＳｉとＭｇを含
むので熱処理が可能である。

【００３３】［焼結時に高密度化する場合の合金組成］
焼結時に準安定相を液化させて高密度化を図る製法での
合金組成には、準安定相を形成するに必要なＣｕの添加
が不可欠である。Ｃｕの添加量が少ないと準安定相が生
成しなかったり、生成しても緻密化に必要な液相量が得
られない。Ｃｕの添加量が多いと液相量が多くなり寸法
精度が悪くなる。よって準安定相を必要量生成させるた
めのＣｕ添加量は１．０〜８．０重量％である。本系合
金はＭｇも同時に含有しており時効硬化熱処理が可能で
ある。液相焼結により緻密化を図る焼結法では、成形時
に高密度化する必要性が低く、耐摩耗性や耐熱性に優れ
る硬質な粉末を用いることができる。Ｃｕは、準安定相
の生成のための必須成分である他、マトリックスを硬質
化する。さらに、同時に特性改善効果に優れる成分とし
てＦｅ，Ｎｉ，Ｍｎ等の遷移元素がある。Ｆｅ，Ｎｉ，
Ｍｎの遷移元素の添加は、熱膨張率の低下、剛性の向
上、耐摩耗性の改善等に効果がある。従来の鍛造法で
は、これら遷移元素は少量しか添加できない。本発明で
用いる急冷凝固法によれば高濃度で添加可能で、急冷凝
固時に硬質で微細な晶出物・析出物を生成し、合金の耐
焼き付き性や強度を大きく向上させる。また、この晶出
物・析出物は比較的熱的にも安定であり、耐熱性の改善
に有効であり、焼結温度域においても粗大化の程度が小
さい。この効果は、全含有量（Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｍｎ）量が
５．０wt％以下では小さいので、５．０wt％以上が望ま
しい。反対に（Ｎｉ＋Ｆｅ＋Ｍｎ）量が３０．０wt％を
越えると溶解温度が高くなり溶湯にすることが難しくな
る上、焼結体中の析出物が大きくなり靭性が劣化し、被
削性も悪化するため望ましくない。従って、（Ｆｅ＋Ｎ
ｉ＋Ｍｎ）添加量は５．０〜３０．０wt％が望ましい。
さらに、機械的・物理的特性を改善する必要がある場合
は、ＳｉあるいはＴｉ、Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｚｒ等の添加
が有効である。特に、Ｓｉの添加効果は、前述の通り熱
膨張率の低下、剛性の向上、耐摩耗性の改善等に有効で
ある。しかし、液相焼結の場合は、Ｓｉ晶が粗大化し靭
性が低下するため、成形時に高密度化する焼結法に比較
して添加可能な量が少なくなる。本発明者は、この準安
定相の液化現象を利用したＡｌ−高Ｓｉ合金の焼結法を
特願平３−１２４８４６で開示しているが、この場合は
Ｓｉ添加量が多いため、材料の靭性や信頼性を必要とす
る用途には問題があった。そこで、本発明では、遷移元
素の添加により靭性を維持し熱膨張や耐摩耗性を向上さ
せることが可能で、Ｓｉ添加量の上限は靭性を大きく劣
化させない８．０重量％とした。また、Ｔｉ，Ｃｒ，
Ｖ，Ｍｏ，Ｚｒの成分は高価である上、添加量が８．０
重量％を越えると靭性を低下させるため、添加上限量を
８．０重量％とした。本発明においてはこれらの元素は
含有しなくても良い。

【００３４】［硬質粒子の分散］特に機械的・物理的特
性の改善が必要な場合は、微細粒子の分散によって改善
することが出来る。分散粒子としては、複合化すること
で熱膨張率・剛性・強度・耐摩耗性等が改善できるもの
であればよく、焼結で分散拡散もしくは凝縮成長しない
ことが望ましい。このために選ばれる粒子は、金属間化
合物、炭化物、酸化物、窒化物、ほう化物、硅化物など
である。例を列げる。 金属間化合物・遷移金属アルミナイド、遷移金属間化
合物 炭化物・・・アルミカーバイド、シリコンカーバイ
ド、チタンカーバイド、ボロンカーバイド等 酸化物・・・アルミナ、シリカ、ムライト、酸化亜
鉛、イットリア等 窒化物・・・アルミナイトライド、窒化珪素、チタン
ナイトライド等 ほう化物・・・チタンボライド等 硅化物・・・モリブデンシリサイド等

【００３５】［分散粒子の粒径］粒子の大きさも重要な
因子である。これも主たる目的によって異なる。 分散強化を目的とする場合・・・０．１〜１μｍ 分散物によって転移の動きを止める働きを持たせる。こ
の場合は０．１〜１μｍ程度の細かい粒径のものが望ま
しい。 複合効果を目的とする場合・・・１〜２０μｍ 複合粒子のマトリックス界面での結合度を確保し体積率
を高めるためである。 耐摩耗性改善を目的とする場合・・・５〜３０μｍ 摺動により粒子が脱落しないように５〜３０μｍの比較
的粗い粒子を分散させる。これらの粒子は単独で添加し
ても良いし、複数種類添加しても良い。

【００３６】［分散粒子の量］分散粒子の量が、０．５
体積％以下であると粒子を添加した効果が現れない。反
対に３０重量％を越えると被削性や靭性が劣る。従っ
て、分散粒子の量は０．５〜３０重量％とするのが望ま
しい。

【００３７】［分散粒子の添加手段］分散粒子の添加手
段としては、原料粉末にこれら分散粒子を混合する混合
法が経済的かつ容易であり、物理的特性値の改善には効
果がある。しかし、単純な混合法では、分散させた粒子
が旧粉末粒界にのみ存在し粉末内に粒子を分散させるこ
とができず、粒子分散による特性改善が十分はかりにく
い。また、微細な粒子を分散する場合には粉末粒子間の
焼結結合を阻害するのでふさわしくない。この解決には
粉末粒子内に分散させることが有効であり、その方法と
しては、つぎの２つの方法がある。 粉末製造時において分散粒子を含有させた溶湯を粉末
化する方法。 これは、粒子を添加した溶湯を急冷凝固法によって粉末
化する方法である。粉末化する前に粒子を添加するので
粉末の内部に粒子が分散する。粒子の偏析や凝集を防ぐ
ため溶解鋳造法により予め製造した分散粒子を均一に含
有するインゴットを用いたり、溶湯中に分散粒子を添加
して攪拌能力の高い誘導溶解したりする必要がある。 分散粒子を添加した混合粉末を機械的粉砕再凝集処理
する方法 これは、急冷凝固粉末に、粒子を添加し機械的に粉砕し
再凝集する方法である。この機械的粉砕再凝集処理によ
ってアルミニウム合金粉末中に添加粒子を微細均一に一
体化できる。また、処理中に炭化物、酸化物あるいは金
属間化合物は機械的粉砕再凝集処理により生成分散させ
ることも可能である。この処理は、従来のボールミル粉
砕や混合のような湿式法ではなく乾式でおこなう。場合
によってＰＣＡ（Process Control Agent ）としてステ
アリン酸やアルコールなどを少量添加することで過度の
凝集を防ぐこともある。処理装置はアトライターが高速
処理に適している。一方、ボールミルは、長時間処理が
必要となるが雰囲気制御が容易であり、投入エネルギー
の設計さえ適切に行なえば比較的経済性に優れている。
このようにして得られた処理粉末は含有されていた分散
粒子が微粉砕され粉末中に均一に分散しており、該粉末
を焼成すれば微細な粒子を均一に偏析なく分散させたア
ルミニウム基粒子複合焼結合金が製造できる。

【００３８】［サイジング・コイニング］焼結体は、内
部に気孔を有しているため、サイジングやコイニングが
可能であり表面粗度や寸法精度を大きく改善することが
できる。熱処理体でのサイジングやコイニングの加工も
可能である。

【００３９】

【実施例】

〈実施例１〉エアアトマイズ法により製造した最大粒径
が３００μｍ以下、平均粒径が３５μｍである下記表１
に示す，の２種類の粉末を用意した。

【００４０】

【表１】

【００４１】この粉末を４００℃で焼鈍処理を施した
後、ミリスチン酸のアセトン溶液を金型に塗布し成形圧
力７t/cm² で１０×１０×５５mmの試験片に成形した。
成形体は、窒素化合促進成分ガスを０．００５atm 導入
した下記３種類の常圧雰囲気中で５４０℃にて４時間焼
結した。 (a)窒素分圧０．９９atm 以上、水蒸気分圧０．００５a
tm 以下の常圧雰囲気中 (b)アルゴン分圧０．９９atm 以上、水蒸気分圧０．０
０５atm 以下の常圧雰囲気中 (c)窒素分圧０．９０atm 以上、水蒸気分圧０．０５atm
以上の常圧雰囲気中 焼結体は焼結温度と同一温度で溶体化処理した後に１７
０℃で時効処理を施した。表２に、焼結時の寸法変化率
及び特性値を示した。

【００４２】

【表２】

【００４３】水蒸気分圧を抑えた窒素雰囲気中において
窒素と化合させながら焼結することにより優れた特性を
有する焼結合金が得られるのが判る。図１に、粉末組成
及びの焼結体中に観察できる窒素化合物の走査型電
子顕微鏡による組織を示す。

【００４４】〈実施例２〉エアアトマイズ法により製造
した最大粒径が３００μｍ以下、平均粒径が４２μｍで
ある下記表３に示す，の２種類の粉末を用意した。

【００４５】

【表３】

【００４６】この粉末を３００℃で焼鈍処理を施した
後、ミリスチン酸のアセトン溶液を金型に塗布し成形圧
力７t/cm² で成形体密度比９３．０〜９３．５％の範囲
になるように１０×１０×５５mmの試験片に成形した。
成形体は、還元ガスを０．００４atm 添加した窒素分圧
０．９９atm 以上、水蒸気分圧０．００３atm 以下の常
圧雰囲気中で５６０℃にて０．５〜４時間焼結し水冷し
た。表４に、焼結体の特性値を示した。図２には、４時
間焼結した焼結体の顕微鏡組織を示した。

【００４７】

【表４】

【００４８】Ｍｇの含有により、旧粉末粒界を越えてＳ
ｉが拡散しオストワルド成長しており、焼結性が著しく
改善されているのが観察でき、優れた焼結体特性が得ら
れているのが判る。

【００４９】〈実施例３〉エアアトマイズ法により製造
した粒径が５〜１４９μｍの下記〜の３種類のＡｌ
−Ｓｉ系合金粉末を用意した。 Ａｌ−９．０Ｓｉ−１．４Ｍｇ−０．５Ｃｕ−０．３
Ｍｎ−０．５Ｆｅ合金粉末 Ａｌ−１６．６Ｓｉ−１．５Ｍｇ−０．５Ｃｕ−０．
４Ｍｎ−０．６Ｆｅ合金粉末 Ａｌ−２４．８Ｓｉ−１．８Ｍｇ−０．４Ｃｕ−０．
３Ｍｎ−０．７Ｆｅ合金粉末 この粉末を４００℃で焼鈍後、粉状の潤滑剤を１wt％添
加して混合粉末を機械的造粒装置で２０〜４００μｍの
大きさに造粒した。造粒粉末は、油圧の２００ｔプレス
を用いて加圧面積が２６cm² の図６に示すようなサイド
プレート形状に成形密度が９０〜９４％になるように成
形した。成形体は、還元ガスを０．００２atm 添加した
水蒸気分圧が０．００３atm 以下であるＮ₂ ガスを流入
させた炉中で焼結した。炉内温度は５４０℃にして、炉
内での加熱時間は２Ｈｒとした。焼結体は焼結後に水冷
し、１７０℃×８Ｈｒの時効処理を施した。表５に焼結
時の寸法変化率と特性を示した。図３に熱処理体及び鋳
造Ａ３９０合金の熱処理材の組織写真を示した。尚、比
較材としてＡｌ粉末＋Ｓｉ粉末＋Ｍｇ粉末を混合し組成
相当の混合粉末を作製し同一の製造条件で製造したも
のの特性及び鋳造ＡＤＣ１２材の特性も示した。

【００５０】

【表５】

【００５１】本発明法によると、サイドプレートのよう
な複雑形状を有する製品を、熱膨張が低く特性に優れた
アルミ焼結合金で高精度で経済的に製造できるのが判
る。

【００５２】〈実施例４〉エアアトマイズ法により製造
した下記表６に示す〜の４種類のＡｌ−Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｍｎ系合金粉末を用意した。

【００５３】

【表６】

【００５４】次に、１０５μｍ以下の粉末に分級した粉
末を４００℃で焼鈍後、粉状潤滑剤を１wt％添加した混
合粉末を面圧６〜８t/cm² で１０×１０×５５mmの試験
片に成形し密度比が８２〜８８％の成形体を作成した。
成形体は、還元ガスを０．００２atm 添加した水蒸気分
圧が０．００３atm 以下であるＮ₂ ガスを流入させたベ
ルト炉中で焼結した。炉内温度は５４０℃にして、炉内
での加熱時間は１Ｈｒとした。焼結体は焼結後に水冷
し、１７０℃×８Ｈｒの時効処理を施した。表７に焼結
体の特性を示した。図４に焼結体の顕微鏡組織を示す。
各焼結体は、サイジングを実施したところ最大表面粗度
が３μｍ、寸法精度は１０μｍと向上した。尚、比較材
として組成相当の合金を、凝固速度の遅い１４９〜３
５０μｍの粉末を用いて同条件で製造した焼結合金、及
びＡｌ−４．４Ｎｉ−５．５Ｆｅ−０．４Ｍｎ粉末にＣ
ｕ粉末を４wt％とＭｇ粉末を２．５wt％添加した混合粉
末を用いて同条件で製造した焼結合金、さらに鋳造法に
て製造した鋳造合金の熱処理材特性を示した。

【００５５】

【表７】

【００５６】凝固速度の速い粉末を用いると準安定化相
の液化により緻密化が進行し、鋳造法では製造できない
優れた特性を有する合金を製造できる。本発明の焼結体
の切削粉を加熱しても液相の発生は見つけられず、準安
定化相が全て安定化相に遷移していることが判る。

【００５７】〈実施例５〉表８に示す２種類の地金を溶
解した溶解炉中に、平均粒径が４μｍのＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子
を２．０体積％及び平均粒径が９μｍのＳｉＣ粒子を１
０体積％添加した後に、エアアトマイズ法により平均粒
径が４０μｍ程度の粒子分散複合粉末を製造した。

【００５８】

【表８】

【００５９】この粉末を４００℃で焼鈍処理を施した
後、ステアリン酸のアセトン溶液を金型に塗布し成形圧
力７〜８t/cm² で１０×１０×５５mmの試験片に成形し
た。成形体は、還元ガスを０．００２atm 添加した窒素
分圧０．９９atm 以上、水蒸気分圧０．００５atm 以下
の常圧雰囲気中で５５０℃にて２時間焼結した後、熱処
理を施した。表９に熱処理体の特性値を示した。

【００６０】

【表９】

【００６１】粒子の分散により物理的・機械的特性が改
善されていることが判る。

【００６２】〈実施例６〉エアアトマイズ法により製造
した最大粒径が３００μｍ以下、平均粒径が３５μｍで
ある下記表１０に示す，の２種類の粉末を用意し
た。

【００６３】

【表１０】

【００６４】この粉末に平均粒径１．２μｍのイットリ
ア粒子を２体積％を混合したのちに高エネルギーボール
ミルを用いて機械的粉砕再凝集処理を行なった。この粉
末を４２０℃で焼鈍処理を施した後に金型にステアリン
酸のアセトン溶液を塗布し、面圧１１t/cm² で３０×４
０mmのタブレットに成形した。成形体は、還元ガスを
０．０２atm 添加した窒素分圧０．９９atm 以上、水蒸
気分圧０．００５atm 以下の常圧雰囲気中で５４０℃に
て４時間焼結し熱処理を施した。焼結体はコイニング加
工を施し真円度を１０μｍのタブレットとした。表１１
に、熱処理体の特性値を示した。

【００６５】

【表１１】

【００６６】粒子の分散により物理的・機械的特性が改
善されていることが判る。

【００６７】〈実施例７〉エアアトマイズ法により製造
した最大粒径が３００μｍ以下、平均粒径が３５μｍで
ある下記表１２に示す，の２種類の粉末を用意し
た。

【００６８】

【表１２】

【００６９】この粉末を３５０℃で焼鈍後に２０２４
（Ａｌ−４．１Ｃｕ−１．４Ｍｇ−０．４Ｍｎ−０．３
Ｓｉ）合金粉末を、１０及び２０重量％添加し、更に１
重量％の粉潤滑剤を添加しＶブレンダーで混合した。混
合粉末を面圧７t/cm² で１０×１０×５５mmの試験片に
成形した。成形体は、還元ガスを０．０４atm 添加した
窒素分圧０．９９atm 以上、水蒸気分圧０．００５atm
以下の常圧雰囲気中で５５０℃にて２時間焼結した後、
熱処理を施した。表１３に、熱処理体の特性値を示し
た。図５に５４０℃で焼結した粉末に２０２４粉末を
１０重量％混合した熱処理体及び粉末に２０２４粉末
を１０重量％混合した熱処理体の組織写真を示した。

【００７０】

【表１３】

【００７１】軟質粉末の混合添加により機械的特性が改
善されていることが判る。

【００７２】〈実施例８〉実施例２で評価した粉末を用
いて焼結材及び粉末鍛造材を作製した。焼結材の作製条
件は、実施例２に準じ焼結時間は４Ｈｒとした。

【００７３】試験は、リング状試験片とプレート状試験
片を湿式で摺動させるスラスト式摩擦試験機を用いた。
プレート材はＡ３９０（Ａｌ−１７Ｓｉ合金）材の熱処
理材とした。摺動面積は１．２cm² で摺動速度は４ｍ／
秒一定とし、荷重はステップアップ式１分毎に５ｋｇｆ
づつ増加させて５００ｋｇｆ迄加圧するが、最終荷重に
いたる前に焼き付きが発生すると試験機は停止し、その
荷重を焼き付き荷重とした。表１４に試験の結果を示し
たが、本発明焼結材と粉末鍛造材に比較して耐摩耗性に
有効な適当形態のＳｉ晶あるいは硬質析出物が均一に分
散しており、優れた耐摩耗特性を有している。特に焼結
材はＨmv２００を越えるマトリックス組織を呈してお
り耐摩耗性に優れている。

【００７４】

【表１４】

【００７５】〈実施例９〉エアアトマイズ法により製造
した最大粒径が１０５μｍ以下、平均粒径が３８μｍで
あるＡｌ−５．５Ｍｎ−３．４Ｎｉ−１．４Ｆｅ−３．
７Ｃｕ−２．２Ｍｇ合金粉末を用意した。この粉末を４
００℃で焼鈍処理を施した後、粉潤滑剤を０．７wt％混
合し成形圧力７t/cm² で４０×１６×５mmの試験片に成
形した。成形は、還元ガスを０．００３atm 添加した窒
素分圧０．９９atm 以上、水蒸気分圧０．０４atm 以下
の常圧雰囲気中で５４０℃にて２時間焼結した後、熱処
理を施した。熱処理体は、研削加工の後に両面を研磨し
３８．８×１５．６×４．４mmのロータリーコンプレッ
サー用摺動ベーンに加工した。

【００７６】また、エアアトマイズ法により製造した最
大粒径が１４９μｍ以下、平均粒径が４２μｍであるＡ
ｌ−１６．６Ｓｉ−１．５Ｍｇ−０．５Ｃｕ−０．３Ｍ
ｎ−０．６Ｆｅ合金粉末を用意した。この粉末を４００
℃で焼鈍処理を施した後、粉潤滑剤を１wt％混合し成形
圧力６t/cm² で、幅３．８mmのベーン溝を４溝持つ外径
５９．５mmローター形状に成形した。成形は、ベーン材
と同一の常圧雰囲気中で５４０℃にて４時間焼結した
後、熱処理を施した。熱処理体は、端面を旋削加工の後
にベーン溝を研磨しコンプレッサーローターに加工し
た。

【００７７】次に、本焼結ローターと本焼結ベーンを組
み合わせて、回転数４８００rpm で３００Ｈｒ運転した
ところ、ローター材もベーン材も摩耗量は５μｍ以下で
あり、実用レベルであった。また、同一設計の鉄系コン
プレッサーに比べて、回転中の振動及び発生音が２０％
以上も小さくなり、効率も８％向上した。さらに、ベー
ン材にＮｉ−Ｐメッキを処理して同一回転数運転したと
ころ、１０００Ｈｒの運転後も効率の低下は見られなか
った。

【００７８】

【発明の効果】本発明により、高精度・高密度で機械的
特性や物理的特性に優れ且つ耐摩耗性にも優れたアルミ
ニウム焼結合金を、塑性加工によらず高い自由度で形状
付与できる常圧焼結法により製造することができ、コン
プレッサー部品のサイドプレート、ハウジング、シリン
ダー、ケース、ベーン、シュー、ローター等、自動車部
品のタイミングプーリー、オイルポンプローター、ブッ
シュ等、または、事務機器のローラー、ギア、軸受け等
の各種機械部品や摺動部品への広範な適用が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１での粉末組成及びの焼結
体中に観察できる窒素化合物の走査型電子顕微鏡による
組織。

【図２】本発明の実施例２での粉末組成及びの焼結
体の顕微鏡組織。

【図３】本発明の実施例３での粉末組成，，焼結
体及び鋳造Ａ３９０合金熱処理体の顕微鏡組織。

【図４】本発明の実施例４での粉末組成，，，
焼結体の顕微鏡組織。

【図５】本発明の実施例７での粉末組成及び焼結体
の顕微鏡組織。

【図６】本発明の実施例３でのサイドプレート形状の成
形体を示す斜視図。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年５月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１での粉末組成及びの焼結
体中に観察できる窒素化合物の走査型電子顕微鏡による
金属組織の写真。

【図２】本発明の実施例２での粉末組成及びの焼結
体の顕微鏡による金属組織の写真。

【図３】本発明の実施例３での粉末組成，，焼結
体及び鋳造Ａ３９０合金熱処理体の顕微鏡による金属組
織の写真。

【図４】本発明の実施例４での粉末組成，，，
焼結体の顕微鏡による金属組織の写真。

【図５】本発明の実施例７での粉末組成及び焼結体
の顕微鏡による金属組織の写真。

【図６】本発明の実施例３でのサイドプレート形状の成
形体を示す斜視図。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇを０．４〜４．０重量％かつ窒素を
   ０．２〜４．０重量％含有することを特徴とする窒素化
   合アルミニウム焼結合金。
2. 【請求項２】 窒素化合物が旧粉末界面あるいは旧粉末
   表面上に生成しており、窒素化合物層の厚みが１０μｍ
   以下であることを特徴とする請求項１記載の窒素化合ア
   ルミニウム焼結合金。
3. 【請求項３】 Ｍｇを０．４〜４．０重量％含有するア
   ルミニウム合金溶湯を１０² ℃／sec 以上の凝固速度で
   凝固した急冷凝固アルミニウム合金粉末を必要に応じて
   ２５０〜４５０℃の温度域で焼鈍した後に、冷間で圧縮
   成形し、この成形体を窒素化合促進ガス成分として還元
   性ガス成分を０．０１atm 以上添加した窒素分圧０．８
   atm 以上かつ水蒸気分圧０．０１atm 以下の常圧雰囲気
   下において粉末表面に窒素との化合物を生成させて焼結
   させることを特徴とする窒素化合アルミニウム焼結合金
   の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のアルミニウム焼結合金の
   製造方法において、噴霧粉末の粒度が、最大粒径が３５
   ０μｍ以下、平均粒径が７５μｍ以下であることを特徴
   とする寸法精度が高い請求項３記載のアルミニウム焼結
   合金の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４記載のアルミニウ
   ム焼結合金の製造方法において、噴霧粉末に機械的な造
   粒処理を施すことを特徴とする寸法精度が高い請求項３
   又は請求項４記載のアルミニウム焼結合金の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項３から請求項５記載のアルミニウ
   ム焼結合金の製造方法において、成形体の密度比が９０
   ％以上であって、５００〜５７０℃の範囲で焼結体密度
   比９０％以上、９９％以下に焼結し、焼結時の寸法変化
   率が１．５％以内で、焼結体の引張強度が２５kg/mm²以
   上であることを特徴とする寸法精度が高い請求項３から
   請求項５記載のアルミニウム焼結合金の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項３から請求項５記載のアルミニウ
   ム焼結合金の製造方法において、成形体の密度比が７０
   ％以上であって、粉末の急冷凝固によって生成した準安
   定相の液相発生温度以上粉末の融点未満の温度域で焼結
   体密度比９０％以上、９９％以下に焼結し、焼結体の引
   張強度が３０kg/mm²以上であることを特徴とする請求項
   ３から請求項５記載のアルミニウム焼結合金の製造方
   法。
8. 【請求項８】 請求項６記載のアルミニウム焼結合金の
   製造方法において、アルミニウム合金溶湯がＳｉを４．
   ０〜４０．０重量％を同時に含有し、さらに必要に応じ
   てＣｕ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｎｉの内選ばれた１種類以上の成
   分を合計で２重量％を越えることなく含有し、残部が実
   質的にアルミニウムからなる組成を有する溶湯であるこ
   とを特徴とする寸法精度が高く耐摩耗性に優れ低熱膨張
   率を有する請求項６記載のアルミニウム焼結合金の製造
   方法。
9. 【請求項９】 請求項７記載のアルミニウム焼結合金の
   製造方法において、アルミニウム合金溶湯がＣｕを１．
   ０〜８．０重量％含有し、同時にＦｅ，Ｎｉ，Ｍｎの内
   選ばれた１種類以上の成分を合計で５．０〜３０．０重
   量％含有し、さらに必要に応じてＳｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，
   Ｖ，Ｍｏ，Ｚｒから選ばれた１種類以上の成分を８重量
   ％以下含有し、残部が実質的にアルミニウムからなる組
   成を有する溶湯であることを特徴とする耐摩耗性に優れ
   低熱膨張率を有する請求項７記載のアルミニウム焼結合
   金の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項３から請求項９記載のアルミニ
    ウム焼結合金の製造方法において、アルミニウム合金溶
    湯中に、金属間化合物、炭化物、酸化物、窒化物、ほう
    化物、硅化物から選ばれた少なくとも１種以上の粒子を
    ０．５〜３０体積％添加した溶湯であることを特徴とす
    る耐摩耗性に優れ低熱膨張率を有する請求項３から請求
    項９記載のアルミニウム焼結合金の製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項３から請求項９記載の製造方法
    において、急冷凝固粉末製造から圧縮成形の工程間に、
    アルミニウム合金粉末に金属間化合物、炭化物、酸化
    物、窒化物、ほう化物、硅化物から選ばれた少なくとも
    １種以上の粒子を０．５〜３０体積％添加混合し、必要
    に応じて機械的粉砕再凝集処理によって該アルミニウム
    合金粉末粒子中に微細均一に一体化する工程を設けるこ
    とを特徴とする耐摩耗性に優れ低熱膨張率を有する請求
    項３から請求項９記載のアルミニウム焼結合金の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 請求項３から請求項１１記載の製造方
    法において成形工程以前に、当該アルミニウム合金粉末
    より低硬度であるＭｇを０．４〜４．０重量％含み、残
    りが実質的に８５重量％以上のアルミニウムからなる組
    成を有するアルミニウム合金粉末を３０重量％以下添加
    混合することを特徴とする請求項３から請求項１１記載
    のアルミニウム焼結合金の製造方法。