JPH10140265A - 耐摩耗性複合材料 - Google Patents
耐摩耗性複合材料Info
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- JPH10140265A JPH10140265A JP30070396A JP30070396A JPH10140265A JP H10140265 A JPH10140265 A JP H10140265A JP 30070396 A JP30070396 A JP 30070396A JP 30070396 A JP30070396 A JP 30070396A JP H10140265 A JPH10140265 A JP H10140265A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 粉末冶金法により形成される焼結金属の耐摩
耗性向上を図ることの可能な耐摩耗性複合材料を提供す
ること。 【構成】 粉末冶金法により形成される焼結金属におい
て、Ａｌ基の金属粉末に、添加材として、平均粒径５〜
３０μｍの非晶質カーボンを用いた耐摩耗性複合材料で
ある。また、前記非晶質カーボンが球状粒子であるこ
と。更に、非晶質カーボン表面に金属元素をコーティン
グしたこと。また、原料の金属粉末に、Ａｌ−Ｓｉ合金
もしくはＡｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合粉末を用いたこ
と。また、原料の金属粉末に、Ａｌ−Ｓｉ合金もしくは
Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合粉末を用いて、適宜割合
でＳｉ粒子及び非晶質カーボンを分散させたこと。
耗性向上を図ることの可能な耐摩耗性複合材料を提供す
ること。 【構成】 粉末冶金法により形成される焼結金属におい
て、Ａｌ基の金属粉末に、添加材として、平均粒径５〜
３０μｍの非晶質カーボンを用いた耐摩耗性複合材料で
ある。また、前記非晶質カーボンが球状粒子であるこ
と。更に、非晶質カーボン表面に金属元素をコーティン
グしたこと。また、原料の金属粉末に、Ａｌ−Ｓｉ合金
もしくはＡｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合粉末を用いたこ
と。また、原料の金属粉末に、Ａｌ−Ｓｉ合金もしくは
Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合粉末を用いて、適宜割合
でＳｉ粒子及び非晶質カーボンを分散させたこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、粉末冶金法により
形成される焼結金属に関するもので、より詳しくは、焼
結金属の耐摩耗性を向上させた複合材料に関する。
形成される焼結金属に関するもので、より詳しくは、焼
結金属の耐摩耗性を向上させた複合材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】粉末冶金法により得られる焼結金属は、
高融点合金のように他の加工法では製造が困難なもの
や、超硬合金、複合合金等のように溶解法ではその特性
が得られないもの、また、多孔質を利用した軸受合金
や、一定の形状が焼結により形成されて機械加工を省略
できる構造用機械部品等に利用されている。
高融点合金のように他の加工法では製造が困難なもの
や、超硬合金、複合合金等のように溶解法ではその特性
が得られないもの、また、多孔質を利用した軸受合金
や、一定の形状が焼結により形成されて機械加工を省略
できる構造用機械部品等に利用されている。
【０００３】粉末冶金法は、その目的に応じて加工法は
異なるが、基本的な工程は、一般に原料の金属粉末の混
合、成形、及び焼結であり、その間又はその後において
目的に応じて追加加工や他の処理が介在する。
異なるが、基本的な工程は、一般に原料の金属粉末の混
合、成形、及び焼結であり、その間又はその後において
目的に応じて追加加工や他の処理が介在する。
【０００４】更に、焼結方法は、金属粉末を圧縮成形も
しくは封缶等に充填し、必要に応じて脱ガスを行い、加
熱中に圧縮して焼結を行うホットプレス法や、粉末に通
電して加熱する通電焼結法、押出し機で押出して固化成
形する粉末押出し法、熱間で鍛造して行う粉末鍛造法、
金属粉末を直接圧延して薄板に成形する粉末圧延法、そ
の他、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓ
ｓ）法、スプレーフォーミング等が知られている。
しくは封缶等に充填し、必要に応じて脱ガスを行い、加
熱中に圧縮して焼結を行うホットプレス法や、粉末に通
電して加熱する通電焼結法、押出し機で押出して固化成
形する粉末押出し法、熱間で鍛造して行う粉末鍛造法、
金属粉末を直接圧延して薄板に成形する粉末圧延法、そ
の他、ＨＩＰ（Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓ
ｓ）法、スプレーフォーミング等が知られている。
【０００５】また、一般的なＦｅ母材のほかに、機械部
品等で軽量化が求められているものについては、Ａｌ合
金を母材とする所謂Ａｌ基焼結金属が多く利用されてい
る。そして、Ａｌ基焼結金属において、耐摩耗性を向上
させるために、粉末材料にセラミックスや金属間化合物
等の硬質粒子を添加したり、固体潤滑剤等の潤滑粒子を
添加して焼結することもなされている。尚、硬質粒子と
しては、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＣ、Ｔｉ3
Ａｌ、チタン酸カリウム、ほう酸Ａｌ等が、また、潤滑
粒子としては、ＭｏＳ2、グラファイト等が、用いられ
る。
品等で軽量化が求められているものについては、Ａｌ合
金を母材とする所謂Ａｌ基焼結金属が多く利用されてい
る。そして、Ａｌ基焼結金属において、耐摩耗性を向上
させるために、粉末材料にセラミックスや金属間化合物
等の硬質粒子を添加したり、固体潤滑剤等の潤滑粒子を
添加して焼結することもなされている。尚、硬質粒子と
しては、ＳｉＣ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＴｉＣ、Ｔｉ3
Ａｌ、チタン酸カリウム、ほう酸Ａｌ等が、また、潤滑
粒子としては、ＭｏＳ2、グラファイト等が、用いられ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】Ａｌ基焼結金属の前述
した耐摩耗性向上の手法において、硬質粒子を添加する
場合は、原料粉末により形成される焼結金属自身の耐摩
耗性は向上するが、当該焼結金属は例えば摺動部材の一
方として用いられると、相手方金属への激しい攻撃及び
大きな摩擦を生ぜしめる原因となる。
した耐摩耗性向上の手法において、硬質粒子を添加する
場合は、原料粉末により形成される焼結金属自身の耐摩
耗性は向上するが、当該焼結金属は例えば摺動部材の一
方として用いられると、相手方金属への激しい攻撃及び
大きな摩擦を生ぜしめる原因となる。
【０００７】他方、潤滑粒子としてＭｏＳ2を用いる場
合は、Ａｌとの反応により潤滑効果が発揮されないこと
や、大気による酸化が問題となり、そのため特殊な焼結
手法を用いたり、焼結雰囲気を真空乃至不活性ガス等の
下で行う必要がある。また、潤滑粒子としてグラファイ
トを用いる場合は、グラファイトが層状の粒子配列を有
していて、これが外力で壊れ（劈開）やすいものである
ため、Ａｌ粉末との混合プロセス中にグラファイトが破
壊され、これにより生成された微細なグラファイト粉末
がＡｌ粉末表面に付着し、これにより焼結性を妨げると
いう不都合を生じる。
合は、Ａｌとの反応により潤滑効果が発揮されないこと
や、大気による酸化が問題となり、そのため特殊な焼結
手法を用いたり、焼結雰囲気を真空乃至不活性ガス等の
下で行う必要がある。また、潤滑粒子としてグラファイ
トを用いる場合は、グラファイトが層状の粒子配列を有
していて、これが外力で壊れ（劈開）やすいものである
ため、Ａｌ粉末との混合プロセス中にグラファイトが破
壊され、これにより生成された微細なグラファイト粉末
がＡｌ粉末表面に付着し、これにより焼結性を妨げると
いう不都合を生じる。
【０００８】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、粉末冶金法により形成される焼結金属の耐摩耗性向
上を図ることの可能なＡｌ基耐摩耗性複合材料を提供す
ることを目的とする。
で、粉末冶金法により形成される焼結金属の耐摩耗性向
上を図ることの可能なＡｌ基耐摩耗性複合材料を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願第１請求項に記載さ
れた発明は、粉末冶金法により形成される焼結金属にお
いて、Ａｌ基の金属粉末に、添加材として、平均粒径５
〜３０μｍの非晶質カーボンを用いた構成の耐摩耗性複
合材料である。
れた発明は、粉末冶金法により形成される焼結金属にお
いて、Ａｌ基の金属粉末に、添加材として、平均粒径５
〜３０μｍの非晶質カーボンを用いた構成の耐摩耗性複
合材料である。
【００１０】このように、所定範囲内の粒径を備えた非
晶質カーボン（以下において「グラッシーカーボン」と
もいう。）を添加材として焼結すると、潤滑性に優れる
非晶質カーボンが、当該非晶質カーボンの粒径と相俟っ
て、耐摩耗性の向上がもたらされ、他方、相手材攻撃性
と摩擦係数の低減化が図られる。
晶質カーボン（以下において「グラッシーカーボン」と
もいう。）を添加材として焼結すると、潤滑性に優れる
非晶質カーボンが、当該非晶質カーボンの粒径と相俟っ
て、耐摩耗性の向上がもたらされ、他方、相手材攻撃性
と摩擦係数の低減化が図られる。
【００１１】この非晶質カーボンは、従来添加材として
用いられているＭｏＳ2やグラファイトに比べて強度が
高いので、複合材たる焼結金属自体の強度の点からも有
利である。尚、グラファイトのような粉末混合時の粒子
破壊を生じない。
用いられているＭｏＳ2やグラファイトに比べて強度が
高いので、複合材たる焼結金属自体の強度の点からも有
利である。尚、グラファイトのような粉末混合時の粒子
破壊を生じない。
【００１２】また、非晶質カーボンの平均粒径が５μｍ
未満の場合は、所期の目的である潤滑性の向上が得られ
なかったり、ベース金属の粒子間に凝集を生じてしまっ
て一様に分散しないので、焼結性が十分に得られないと
いう不都合を生じる。とりわけ凝集は、焼結後に当該凝
集部分のカーボンが離脱することと、強度が不足する点
で問題となる。
未満の場合は、所期の目的である潤滑性の向上が得られ
なかったり、ベース金属の粒子間に凝集を生じてしまっ
て一様に分散しないので、焼結性が十分に得られないと
いう不都合を生じる。とりわけ凝集は、焼結後に当該凝
集部分のカーボンが離脱することと、強度が不足する点
で問題となる。
【００１３】他方、非晶質カーボンの平均粒径が３０μ
ｍを超えるような大きなものになると、加工性の点で不
都合を生じる。すなわち、非晶質カーボンの粒径が大型
化すると、バイト等による研削時に、刃が非晶質カーボ
ンに引掛って、当該非晶質カーボンが離脱する不都合を
生じる。非晶質カーボンの粒径が大型化すれば、これに
伴って脱落するものが多くなり、その結果、摺動面にお
ける非晶質カーボンの含有量が少なくなって、所期の目
的である潤滑性の向上が得られなくなる。
ｍを超えるような大きなものになると、加工性の点で不
都合を生じる。すなわち、非晶質カーボンの粒径が大型
化すると、バイト等による研削時に、刃が非晶質カーボ
ンに引掛って、当該非晶質カーボンが離脱する不都合を
生じる。非晶質カーボンの粒径が大型化すれば、これに
伴って脱落するものが多くなり、その結果、摺動面にお
ける非晶質カーボンの含有量が少なくなって、所期の目
的である潤滑性の向上が得られなくなる。
【００１４】本願第２請求項に記載された発明は、前記
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボンが球
状粒子である構成の耐摩耗性複合材料である。
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボンが球
状粒子である構成の耐摩耗性複合材料である。
【００１５】すなわち、非晶質カーボンの離脱は、適宜
であれば、その離脱部位にオイルが溜まって所謂オイル
ポットが形成されるので、潤滑性向上の観点から好まし
い。そこで、本願第２請求項においては、非晶質カーボ
ンが球状粒子であることが記載されている。つまり、球
状の場合は、非球状のものに比べて脱落しやすいが、一
方で、前述したように、大型粒径の場合は脱落傾向が大
きいものであるのに対し、平均粒径が５〜３０μｍであ
るから、脱落傾向もそれほど大きくはない。従って、適
宜の離脱を生じる。また、他方で、非晶質カーボンの平
均粒径が５〜３０μｍであるから、オイルポットとして
の大きさが適当である。そして、これら両者（適宜の離
脱と適当な大きさ）が相俟って、より一層の潤滑性の向
上がもたらされる。
であれば、その離脱部位にオイルが溜まって所謂オイル
ポットが形成されるので、潤滑性向上の観点から好まし
い。そこで、本願第２請求項においては、非晶質カーボ
ンが球状粒子であることが記載されている。つまり、球
状の場合は、非球状のものに比べて脱落しやすいが、一
方で、前述したように、大型粒径の場合は脱落傾向が大
きいものであるのに対し、平均粒径が５〜３０μｍであ
るから、脱落傾向もそれほど大きくはない。従って、適
宜の離脱を生じる。また、他方で、非晶質カーボンの平
均粒径が５〜３０μｍであるから、オイルポットとして
の大きさが適当である。そして、これら両者（適宜の離
脱と適当な大きさ）が相俟って、より一層の潤滑性の向
上がもたらされる。
【００１６】本願第３請求項に記載された発明は、前記
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボン表面
に金属元素をコーティングした構成の耐摩耗性複合材料
である。
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボン表面
に金属元素をコーティングした構成の耐摩耗性複合材料
である。
【００１７】前述したように、非晶質カーボンの脱落は
オイルポットを形成するが、他方で、摺動環境がドライ
の場合はオイルポットの効果は期待できない。また、摺
動相手材の種類によっては脱落のない方が摩擦特性が向
上する場合もある。このような場合に、非晶質カーボン
表面に金属元素をコーティングすることにより、非晶質
カーボンの密着性を改善し、脱落を減少させることが有
効である。密着性を改善すると、強度特性も上昇する。
尚、金属元素としては、基材たるＡｌと反応して脆い化
合物を生成しないもの、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａ
ｇ、Ａｌ等が用いられる。
オイルポットを形成するが、他方で、摺動環境がドライ
の場合はオイルポットの効果は期待できない。また、摺
動相手材の種類によっては脱落のない方が摩擦特性が向
上する場合もある。このような場合に、非晶質カーボン
表面に金属元素をコーティングすることにより、非晶質
カーボンの密着性を改善し、脱落を減少させることが有
効である。密着性を改善すると、強度特性も上昇する。
尚、金属元素としては、基材たるＡｌと反応して脆い化
合物を生成しないもの、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａ
ｇ、Ａｌ等が用いられる。
【００１８】本願第４請求項に記載された発明は、前記
請求項１記載の発明において、原料の金属粉末に、Ａｌ
−Ｓｉ合金、もしくは、Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合
粉末を用いた構成の耐摩耗性複合材料である。Ａｌ合金
中に荷重保持性に優れた硬質粒子であるＳｉ粉末と前記
非晶質カーボンを共存させると、双方の特性が結合した
ハイブリッド効果により、耐摩耗性が向上することが確
認されている。
請求項１記載の発明において、原料の金属粉末に、Ａｌ
−Ｓｉ合金、もしくは、Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合
粉末を用いた構成の耐摩耗性複合材料である。Ａｌ合金
中に荷重保持性に優れた硬質粒子であるＳｉ粉末と前記
非晶質カーボンを共存させると、双方の特性が結合した
ハイブリッド効果により、耐摩耗性が向上することが確
認されている。
【００１９】本願第５請求項に記載された発明は、前記
請求項４記載の発明において、前記Ｓｉ含有量が１０体
積％以上で非晶質カーボン含有量が１０体積％以上、又
は、Ｓｉ含有量が５体積％以上で非晶質カーボン含有量
が１５体積％以上、である構成の耐摩耗性複合材料であ
る。このように、適宜割合でＳｉ粒子及び非晶質カーボ
ンを分散させて焼結金属を形成すると、特に耐摩耗性が
優れた複合材料を得ることができる。
請求項４記載の発明において、前記Ｓｉ含有量が１０体
積％以上で非晶質カーボン含有量が１０体積％以上、又
は、Ｓｉ含有量が５体積％以上で非晶質カーボン含有量
が１５体積％以上、である構成の耐摩耗性複合材料であ
る。このように、適宜割合でＳｉ粒子及び非晶質カーボ
ンを分散させて焼結金属を形成すると、特に耐摩耗性が
優れた複合材料を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００２１】ホットプレス法の焼結金属作成プロセスに
より、焼結金属を形成した。作成プロセスは、既存のも
のと同様であり、ベース金属がＡｌ基の場合は、（１）
原料粉末を用意し、（２）粉末を混合し、（３）圧粉体
を作製し、（４）脱ガスし、（５）熱間プレス（ホット
プレス）を行って、（６）焼結金属が形成される。
より、焼結金属を形成した。作成プロセスは、既存のも
のと同様であり、ベース金属がＡｌ基の場合は、（１）
原料粉末を用意し、（２）粉末を混合し、（３）圧粉体
を作製し、（４）脱ガスし、（５）熱間プレス（ホット
プレス）を行って、（６）焼結金属が形成される。
【００２２】本発明に係る耐摩耗性複合材料として、前
記（１）の母材は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金（Ａｌ−１７
％Ｓｉ−１％Ｍｇ）、及び、７０９１Ａｌ合金を用い
た。粉末粒径は−＃２００（７８μｍ以下）である。こ
れに、粒径１０μｍの非晶質カーボン（グラッシーカー
ボン）を１０体積％添加した。それぞれの場合、ブレン
ダー（混合機）で前記（２）の粉末混合を行い、前記
（３）の圧粉体は冷間プレスにより形成し、前記（４）
の脱ガスでは、真空加熱脱ガスを行い、前記（５）のホ
ットプレスは、５００℃、４ｔ／ｃｍ2で５分、行っ
て、前記（６）の焼結金属を形成した。
記（１）の母材は、過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金（Ａｌ−１７
％Ｓｉ−１％Ｍｇ）、及び、７０９１Ａｌ合金を用い
た。粉末粒径は−＃２００（７８μｍ以下）である。こ
れに、粒径１０μｍの非晶質カーボン（グラッシーカー
ボン）を１０体積％添加した。それぞれの場合、ブレン
ダー（混合機）で前記（２）の粉末混合を行い、前記
（３）の圧粉体は冷間プレスにより形成し、前記（４）
の脱ガスでは、真空加熱脱ガスを行い、前記（５）のホ
ットプレスは、５００℃、４ｔ／ｃｍ2で５分、行っ
て、前記（６）の焼結金属を形成した。
【００２３】図１は、前述したホットプレス法の焼結金
属作製プロセスにより形成した焼結金属のうち、過共晶
Ａｌ−Ｓｉ合金に前記球状グラッシーカーボン（平均粒
径１０μｍ）を添加した組織状態を示すもので、母材の
過共晶Ａｌ−Ｓｉマトリックス中に黒丸状の球状グラッ
シーカーボンが点在している。図中、球状グラッシーカ
ーボンの中に白丸状のものが見えるが、これは脱落した
球状グラッシーカーボンの跡を示すもので、これらが所
謂オイルポットを形成している。
属作製プロセスにより形成した焼結金属のうち、過共晶
Ａｌ−Ｓｉ合金に前記球状グラッシーカーボン（平均粒
径１０μｍ）を添加した組織状態を示すもので、母材の
過共晶Ａｌ−Ｓｉマトリックス中に黒丸状の球状グラッ
シーカーボンが点在している。図中、球状グラッシーカ
ーボンの中に白丸状のものが見えるが、これは脱落した
球状グラッシーカーボンの跡を示すもので、これらが所
謂オイルポットを形成している。
【００２４】次に、本発明に係る原料粉末を用いて形成
される焼結金属（以下において、複合材料ともいう。）
と、従来の原料粉末を用いて形成される焼結金属（以下
において、比較材ともいう。）との間で、摩耗特性評
価、及び、相手材攻撃性、の試験を行った。
される焼結金属（以下において、複合材料ともいう。）
と、従来の原料粉末を用いて形成される焼結金属（以下
において、比較材ともいう。）との間で、摩耗特性評
価、及び、相手材攻撃性、の試験を行った。
【００２５】比較材は、前記ホットプレス法の焼結金属
作成プロセスにより形成したものであり、以下のもので
ある。
作成プロセスにより形成したものであり、以下のもので
ある。
【００２６】 （ａ）７０９１合金＋ホウ酸Ａｌ（３０体積％）、 （ｂ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ（５体積％）、 （ｃ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ（１０体積％）、 （ｄ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ（２０体積％）、 （ｅ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ（３０体積％）、 （ｆ）Ａ３９０（Ａｌ−Ｓｉ鋳造材）、 （ｇ）Ａｌ−１６％Ｓｉ−３．５％Ｃｕ−７．５％Ｆｅ
−１％Ｍｇ（市販Ｐ／Ｍ材） 試験装置は、図２に示すボールオンデイスク摩耗試験機
で、複合材料を回転させ、これに所定の荷重でボールを
摺接させるものである。試験条件は下記の通りである。
−１％Ｍｇ（市販Ｐ／Ｍ材） 試験装置は、図２に示すボールオンデイスク摩耗試験機
で、複合材料を回転させ、これに所定の荷重でボールを
摺接させるものである。試験条件は下記の通りである。
【００２７】ボール：軸受鋼（ＳＵＪー２，直径６ｍ
ｍ） 荷重：１．０ニュートン 周速：６０ｍｍ／秒 摺動距離：２００×１０3ｍｍ 試験雰囲気：無潤滑大気中 摩耗特性評価のうち、摩擦係数は、図３に示すように、
本願の複合材料がいずれの比較材よりも低い摩擦係数を
備えている。すなわち、潤滑性に優れている。
ｍ） 荷重：１．０ニュートン 周速：６０ｍｍ／秒 摺動距離：２００×１０3ｍｍ 試験雰囲気：無潤滑大気中 摩耗特性評価のうち、摩擦係数は、図３に示すように、
本願の複合材料がいずれの比較材よりも低い摩擦係数を
備えている。すなわち、潤滑性に優れている。
【００２８】摩耗量は、図４に示すように、本願の複合
材料が、Ａｌ−Ｓｉ合金を母材とした場合、特に優れた
耐摩耗性を示す。７０９１合金を母材とした場合は、前
記（ｅ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ（３０体積％）に
は耐摩耗性が劣るが、他の比較材に対しては同等もしく
はそれ以上の耐摩耗性を示している。
材料が、Ａｌ−Ｓｉ合金を母材とした場合、特に優れた
耐摩耗性を示す。７０９１合金を母材とした場合は、前
記（ｅ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ（３０体積％）に
は耐摩耗性が劣るが、他の比較材に対しては同等もしく
はそれ以上の耐摩耗性を示している。
【００２９】尚、図５に示すように、粒径５，１０，３
０μｍに比例して耐摩耗性が良好になることを確認して
いる。
０μｍに比例して耐摩耗性が良好になることを確認して
いる。
【００３０】相手材攻撃性は、図６にボール側の摩耗痕
を示すように、前記（ｃ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ
（１０体積％）及び、前記（ｆ）の耐摩耗性あるＡｌ合
金たるＡ３９０と比較した結果、本願の複合材料は非常
に小さい摩耗痕を示しており、相手材攻撃性の点も優れ
ていることが判明した。
を示すように、前記（ｃ）Ａｌ−Ｓｉ合金＋ホウ酸Ａｌ
（１０体積％）及び、前記（ｆ）の耐摩耗性あるＡｌ合
金たるＡ３９０と比較した結果、本願の複合材料は非常
に小さい摩耗痕を示しており、相手材攻撃性の点も優れ
ていることが判明した。
【００３１】更に、純Ａｌ金属粉末を母材として用い
て、０〜２０体積％のＳｉ粉末及び、０〜２０体積％の
前記非晶質カーボンを適宜割合で添加して形成した焼結
金属の摩耗特性評価の試験を行い、耐摩耗性に優れた焼
結金属を形成するＳｉ粉末及び非晶質カーボンの添加割
合を確認した。
て、０〜２０体積％のＳｉ粉末及び、０〜２０体積％の
前記非晶質カーボンを適宜割合で添加して形成した焼結
金属の摩耗特性評価の試験を行い、耐摩耗性に優れた焼
結金属を形成するＳｉ粉末及び非晶質カーボンの添加割
合を確認した。
【００３２】母材として用いた純Ａｌ金属粉末の粒径
は、−＃２００（７８μｍ以下）である。これに粒径５
μｍのＳｉ粉末及び粒径１０μｍの非晶質カーボンをそ
れぞれ０〜２０体積％添加し、前述した焼結金属作成プ
ロセスにより本願の複合材料を成形した。
は、−＃２００（７８μｍ以下）である。これに粒径５
μｍのＳｉ粉末及び粒径１０μｍの非晶質カーボンをそ
れぞれ０〜２０体積％添加し、前述した焼結金属作成プ
ロセスにより本願の複合材料を成形した。
【００３３】比較材は、代表的な耐摩耗性Ａｌ合金たる
Ａ３９０鋳造材である。
Ａ３９０鋳造材である。
【００３４】試験を行ったＳｉ粉末及び非晶質カーボン
の添加割合は、以下のとおりである。
の添加割合は、以下のとおりである。
【００３５】 （ｈ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ０体積％、 ０体積％）、 （ｉ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ５体積％、 ０体積％）、 （ｊ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１０体積％、 ０体積％）、 （ｋ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１５体積％、 ０体積％）、 （ｌ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（２０体積％、 ０体積％）、 （ｍ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ０体積％、 ５体積％）、 （ｎ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ５体積％、 ５体積％）、 （ｏ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１０体積％、 ５体積％）、 （ｐ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１５体積％、 ５体積％）、 （ｑ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ０体積％、１０体積％）、 （ｒ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ５体積％、１０体積％）、 （ｓ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１０体積％、１０体積％）、 （ｔ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１５体積％、１０体積％）、 （ｕ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ０体積％、１５体積％）、 （ｖ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ５体積％、１５体積％）、 （ｗ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１０体積％、１５体積％）、 （ｘ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（１５体積％、１５体積％）、 （ｙ）Ｓｉ粉末＋非晶質カーボン（ ０体積％、２０体積％）、 試験装置は、前記ボールオンデイスク摩耗試験機を用い
て、前述した試験条件により摩耗特性評価の試験を行っ
た。
て、前述した試験条件により摩耗特性評価の試験を行っ
た。
【００３６】摩耗特性評価のうち、本願の複合材料の摩
擦係数は、図７に示すように、比較材である既存の耐摩
耗材料とほぼ同じ程度の摩擦係数を備えている。
擦係数は、図７に示すように、比較材である既存の耐摩
耗材料とほぼ同じ程度の摩擦係数を備えている。
【００３７】摩耗量は、図８に示すように、純Ａｌ金属
粉末に前記（ｓ）、（ｔ）、（ｖ）、（ｗ）、（ｘ）に
示す割合でＳｉ粉末及び非晶質カーボンを分散させて形
成した複合材料が特にすぐれた耐摩耗性を示す。
粉末に前記（ｓ）、（ｔ）、（ｖ）、（ｗ）、（ｘ）に
示す割合でＳｉ粉末及び非晶質カーボンを分散させて形
成した複合材料が特にすぐれた耐摩耗性を示す。
【００３８】また、図９は、良好な耐摩耗性を示した複
合材料のＳｉ粉末及び非晶質カーボンの添加割合を示
す。
合材料のＳｉ粉末及び非晶質カーボンの添加割合を示
す。
【００３９】図７、図８及び図９に示すように、Ｓｉ含
有量が１０体積％以上で非晶質カーボン含有量が１０体
積％以上、又は、Ｓｉ含有量が５体積％以上で非晶質カ
ーボン含有量が１５体積％以上の割合で、Ｓｉ粒子及び
非晶質カーボンを分散させて複合材料を形成すると、既
存の耐摩耗性材料と同程度の摩擦係数を有し、更に、耐
摩耗性が優れた複合材料が得られることを確認してい
る。
有量が１０体積％以上で非晶質カーボン含有量が１０体
積％以上、又は、Ｓｉ含有量が５体積％以上で非晶質カ
ーボン含有量が１５体積％以上の割合で、Ｓｉ粒子及び
非晶質カーボンを分散させて複合材料を形成すると、既
存の耐摩耗性材料と同程度の摩擦係数を有し、更に、耐
摩耗性が優れた複合材料が得られることを確認してい
る。
【００４０】以上説明した本例によれば、柔らかくて摩
擦係数が高く、摩耗しやすい材料であるＡｌを用いた焼
結金属において、添加材として、所定粒径の非晶質カー
ボンを用いることにより、他の処理を行うことなく、粉
末冶金法により形成される焼結金属の耐摩耗性向上を図
ることが可能となる。すなわち、Ａｌを用いた焼結金属
は、軽量化に適合する利点を有する反面、柔らかくて摩
擦係数が高く、摩耗しやすい材料であるため、従来は表
面処理を施して耐摩耗性を付与してきたが、本例の耐摩
耗性複合材料を用いることにより、別途に表面処理を行
うことなく、従来の粉末冶金法のプロセスを行うだけで
耐摩耗性の向上する焼結金属を得ることができるもので
ある。
擦係数が高く、摩耗しやすい材料であるＡｌを用いた焼
結金属において、添加材として、所定粒径の非晶質カー
ボンを用いることにより、他の処理を行うことなく、粉
末冶金法により形成される焼結金属の耐摩耗性向上を図
ることが可能となる。すなわち、Ａｌを用いた焼結金属
は、軽量化に適合する利点を有する反面、柔らかくて摩
擦係数が高く、摩耗しやすい材料であるため、従来は表
面処理を施して耐摩耗性を付与してきたが、本例の耐摩
耗性複合材料を用いることにより、別途に表面処理を行
うことなく、従来の粉末冶金法のプロセスを行うだけで
耐摩耗性の向上する焼結金属を得ることができるもので
ある。
【００４１】
【発明の効果】本願第１請求項に記載された発明は、粉
末冶金法により形成される焼結金属において、Ａｌ基の
金属粉末に、添加材として、平均粒径５〜３０μｍの非
晶質カーボンを用いた構成の耐摩耗性複合材料である。
末冶金法により形成される焼結金属において、Ａｌ基の
金属粉末に、添加材として、平均粒径５〜３０μｍの非
晶質カーボンを用いた構成の耐摩耗性複合材料である。
【００４２】従って、前記所定範囲内の粒径を備えた非
晶質カーボンを添加材に用いて焼結すると、潤滑性に優
れる非晶質カーボンが、当該非晶質カーボンの粒径と相
俟って、耐摩耗性の向上がもたらされ、他方、相手材攻
撃性と摩擦係数の低減化が図られるものである。
晶質カーボンを添加材に用いて焼結すると、潤滑性に優
れる非晶質カーボンが、当該非晶質カーボンの粒径と相
俟って、耐摩耗性の向上がもたらされ、他方、相手材攻
撃性と摩擦係数の低減化が図られるものである。
【００４３】本願第２請求項に記載された発明は、前記
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボンが球
状粒子である構成の耐摩耗性複合材料である。
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボンが球
状粒子である構成の耐摩耗性複合材料である。
【００４４】このように構成すると、非晶質カーボンの
適宜の離脱を促進する。すなわち、前述したように平均
粒径が５〜３０μｍであるから、脱落傾向もそれほど大
きくなくて適宜の離脱を生じ、他方で、非晶質カーボン
の平均粒径が５〜３０μｍであるから、オイルポットと
しての大きさが適当である。このように、適宜の離脱と
適当な大きさが相俟って、より一層の潤滑性の向上がも
たらされるものである。
適宜の離脱を促進する。すなわち、前述したように平均
粒径が５〜３０μｍであるから、脱落傾向もそれほど大
きくなくて適宜の離脱を生じ、他方で、非晶質カーボン
の平均粒径が５〜３０μｍであるから、オイルポットと
しての大きさが適当である。このように、適宜の離脱と
適当な大きさが相俟って、より一層の潤滑性の向上がも
たらされるものである。
【００４５】本願第３請求項に記載された発明は、前記
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボン表面
に金属元素をコーティングした構成の耐摩耗性複合材料
である。
請求項１記載の発明において、前記非晶質カーボン表面
に金属元素をコーティングした構成の耐摩耗性複合材料
である。
【００４６】前述したように、非晶質カーボンの脱落は
オイルポットを形成するが、他方で、摺動環境がドライ
の場合はオイルポットの効果は期待できない。また、摺
動相手材の種類によっては脱落のない方が摩擦特性が向
上する場合もある。このような場合に、非晶質カーボン
表面に金属元素をコーティングすることにより、非晶質
カーボンの密着性を改善し、脱落を減少させることが有
効である。密着性を改善すると、強度特性も上昇するも
のである。
オイルポットを形成するが、他方で、摺動環境がドライ
の場合はオイルポットの効果は期待できない。また、摺
動相手材の種類によっては脱落のない方が摩擦特性が向
上する場合もある。このような場合に、非晶質カーボン
表面に金属元素をコーティングすることにより、非晶質
カーボンの密着性を改善し、脱落を減少させることが有
効である。密着性を改善すると、強度特性も上昇するも
のである。
【００４７】本願第４請求項に記載された発明は、前記
請求項１記載の発明において、原料の金属粉末に、Ａｌ
−Ｓｉ合金、もしくは、Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合
粉末を用いた構成の耐摩耗性複合材料である。このよう
に、Ａｌ合金中に荷重保持性に優れた硬質粒子であるＳ
ｉ粉末と前記非晶質カーボンを共存させると、双方の特
性が結合したハイブリッド効果により、耐摩耗性が向上
するものである。
請求項１記載の発明において、原料の金属粉末に、Ａｌ
−Ｓｉ合金、もしくは、Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合
粉末を用いた構成の耐摩耗性複合材料である。このよう
に、Ａｌ合金中に荷重保持性に優れた硬質粒子であるＳ
ｉ粉末と前記非晶質カーボンを共存させると、双方の特
性が結合したハイブリッド効果により、耐摩耗性が向上
するものである。
【００４８】本願第５請求項に記載された発明は、前記
請求項４記載の発明において、前記Ｓｉ含有量が１０体
積％以上で非晶質カーボン含有量が１０体積％以上、又
は、Ｓｉ含有量が５体積％以上で非晶質カーボン含有量
が１５体積％以上、である構成の耐摩耗性複合材料であ
る。このように、適宜割合でＳｉ粒子及び非晶質カーボ
ンを分散させて焼結金属を形成すると、特に耐摩耗性が
優れた複合材料を得ることができる。
請求項４記載の発明において、前記Ｓｉ含有量が１０体
積％以上で非晶質カーボン含有量が１０体積％以上、又
は、Ｓｉ含有量が５体積％以上で非晶質カーボン含有量
が１５体積％以上、である構成の耐摩耗性複合材料であ
る。このように、適宜割合でＳｉ粒子及び非晶質カーボ
ンを分散させて焼結金属を形成すると、特に耐摩耗性が
優れた複合材料を得ることができる。
【００４９】このように、本発明によれば、粉末冶金法
により形成される焼結金属の耐摩耗性向上を図ることの
可能な耐摩耗性複合材料を得ることができるものであ
る。
により形成される焼結金属の耐摩耗性向上を図ることの
可能な耐摩耗性複合材料を得ることができるものであ
る。
【図１】過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金に球状グッラシーカーボ
ン（１０体積％）を添加した組織状態を示す図である。
ン（１０体積％）を添加した組織状態を示す図である。
【図２】ボールオンディスク摩耗試験機を示す図であ
る。
る。
【図３】本願の複合材料及び比較材の摩擦係数を示す図
である。
である。
【図４】本願の複合材料及び比較材の摩耗量を示す図で
ある。
ある。
【図５】非晶質カーボン粒径と摩耗体積との関係を示す
図である。
図である。
【図６】ボールオンディスク摩耗試験機によるボール側
摩耗痕を示す図である。
摩耗痕を示す図である。
【図７】本願の各添加割合の複合材料及び比較材の摩擦
係数を示す図である。
係数を示す図である。
【図８】本願の各添加割合の複合材料及び比較材の摩耗
量を示す図である。
量を示す図である。
【図９】本願の各添加割合の複合材料の耐摩耗性を示す
図である。
図である。
【手続補正書】
【提出日】平成９年１月１６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】過共晶Ａｌ−Ｓｉ合金に球状グラッシーカーボ
ン（１０体積％）を添加した組織状態を示す顕微鏡写真
である。
ン（１０体積％）を添加した組織状態を示す顕微鏡写真
である。
【図２】ボールオンディスク摩耗試験機を示す図であ
る。
る。
【図３】本願の複合材料及び比較材の摩擦係数を示す図
である。
である。
【図４】本願の複合材料及び比較材の摩耗量を示す図で
ある。
ある。
【図５】非晶質カーボン粒径と摩耗体積との関係を示す
図である。
図である。
【図６】ボールオンディスク摩耗試験機によるボール側
摩耗痕を示す顕微鏡写真である。
摩耗痕を示す顕微鏡写真である。
【図７】本願の各添加割合の複合材料及び比較材の摩擦
係数を示す図である。
係数を示す図である。
【図８】本願の各添加割合の複合材料及び比較材の摩耗
量を示す図である。
量を示す図である。
【図９】本願の各添加割合の複合材料の耐摩耗性を示す
図である。
図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 粉末冶金法により形成される焼結金属に
おいて、 Ａｌ基の金属粉末に、添加材として、平均粒径５〜３０
μｍの非晶質カーボンを用いたことを特徴とする耐摩耗
性複合材料。 - 【請求項２】 前記非晶質カーボンが球状粒子であるこ
とを特徴とする請求項１記載の耐摩耗性複合材料。 - 【請求項３】 前記非晶質カーボン表面に金属元素をコ
ーティングしたことを特徴とする請求項１記載の耐摩耗
性複合材料。 - 【請求項４】 原料の金属粉末に、Ａｌ−Ｓｉ合金、も
しくは、Ａｌ合金粉末とＳｉ粉末の混合粉末を用いたこ
とを特徴とする請求項１記載の耐摩耗性複合材料。 - 【請求項５】 前記Ｓｉ含有量が１０体積％以上で非晶
質カーボン含有量が１０体積％以上、又は、Ｓｉ含有量
が５体積％以上で非晶質カーボン含有量が１５体積％以
上、であることを特徴とする請求項４記載の耐摩耗性複
合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30070396A JPH10140265A (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 耐摩耗性複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30070396A JPH10140265A (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 耐摩耗性複合材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10140265A true JPH10140265A (ja) | 1998-05-26 |
Family
ID=17888076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30070396A Pending JPH10140265A (ja) | 1996-11-12 | 1996-11-12 | 耐摩耗性複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10140265A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103160702A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-06-19 | 山东大学 | 一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
| WO2014038459A1 (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-13 | 東洋炭素株式会社 | 金属－炭素複合材、金属－炭素複合材の製造方法及び摺動部材 |
| US10186404B2 (en) | 2013-03-01 | 2019-01-22 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | FePt—C-based sputtering target and method for manufacturing same |
| CN113051729B (zh) * | 2021-03-15 | 2023-11-03 | 大连大学 | 原子堆积理论烧结制备SiC/石墨强化Cu-基复合材料的方法 |
-
1996
- 1996-11-12 JP JP30070396A patent/JPH10140265A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014038459A1 (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-13 | 東洋炭素株式会社 | 金属－炭素複合材、金属－炭素複合材の製造方法及び摺動部材 |
| JP2014047127A (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-17 | Toyo Tanso Kk | 金属−炭素複合材、金属−炭素複合材の製造方法及び摺動部材 |
| US10186404B2 (en) | 2013-03-01 | 2019-01-22 | Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. | FePt—C-based sputtering target and method for manufacturing same |
| CN103160702A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-06-19 | 山东大学 | 一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法 |
| CN113051729B (zh) * | 2021-03-15 | 2023-11-03 | 大连大学 | 原子堆积理论烧结制备SiC/石墨强化Cu-基复合材料的方法 |
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