JPS58210145A - 高強度耐摩耗性焼結アルミニウム合金 - 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】 この発明は、高強度耐摩耗性焼結アルミニウム合金に係
り、特に、タイミングプーリのほか、オイルポンプサイ
ドプレート、軸受、ピン、シリンダおよびシリンダライ
ナ、集電子などの摺動材料として広く適用することがで
きる高強度耐傘耗性焼結アルミニウム合金に関する。

アルミニウム合金は、構造部品の軽量化を実現するのに
有利であるため、その適用分野を広めることについて数
多くの研究がなされているが、なかても粉末を用いた焼
結アルミニウム合金は、材料歩留りが高く、生産性にも
すぐれていることから、多くの注目を集めている。

このような従来の焼結アルミニウム合金においては、焼
結体の耐摩耗性全向上させるために、Ａｔ中にＳｔ＋比
較的多ｔに添加することも行われている。この理由は、
３ｉはＡｔとの反応性が瘍く、良好に固溶されるほか、
Ｓｉ量が多い場合にはこのＳｉが初晶として析出し、こ
のＳｉはマトリックスのＡｔとの密着性が良く、同時（
（耐摩耗性にも優れているためである。

従来、−焼結アルミニウム合金譬こおいて、Ａｔ中にＳ
ｉを添加する方法としては、Ｓｉ単体で添加する方法と
、Ａｔ−８１などの合金で添加する方法がある。

これらのうち、Ｓｉ単体で添加する方法は最も簡便であ
るが、多量に添加する場合は焼結強度が著しく低下する
ので好ましい方法とはいえない。

そのため、Ｓｉを多量に添加する場合には、ＡＬ−８ｉ
合金粉末で添加することが試みられている。

しかし、Ａｔ−８ｉ合金粉末（叶一般に粉末硬変が高く
、純ｋｌ粉末と混合しても成形性が悪く、焼結強度が低
いという問題がある。そこで、Ａｔ−８ｉ合金粉末を焼
なましすることによって粉末硬度を下゛げることも考え
られているが′：ｓ、ｑ′強度がいま一つ不足している
のが現状であり、さらに、成形性の悪さから圧粉体にラ
ミネーションが入りやすく、複雑形状部品を成形するこ
とはかなり難かしいという問題がある。

それゆえ、Ａｔ−５ｔ系の焼結アルミニウム合金におい
て比較的高強度が要求される場合には、衡緒後に鍛造や
押出しなどの強カロエ會行って製品強度全同上させる手
法がとられることもあるが、工程が余分にかかる之めに
コスト高北なってしまうという欠点がある。

この発明は、上記し友従来の欠点を解消するためになさ
れたもので、焼結後に鍛造や押出しなどの加工を行わな
くとも、焼結のままで十分な強度を有し、加えて、粉末
成形の際の成形性にも優れているためａ離形状部品をも
容易に製作することができる焼結アルミニウム合金を提
供することを目的としている。

この発明による焼結アルミニウム合金は、Ｓｌ：１０〜
２０重量％、Ｐｂ：１〜１２重量％、Ｃｕ：２〜４．５
−重ｔチ、Ｍｇ　：　０．３〜０．８重量チ、残余が実
質的にｌｔよりなることを特徴とし、Ａｔ−８ｉ系粉末
、よシ望ましくはｈｔ−ｓｔ系合金粉末。

珈粉末、　Ｃｕ粉末に、Ｐｂ粉宋を添加することに゛よ
って、圧粉成形の際の成形性を向上させると共に、焼結
時に発生する液相の挙動を変化させ、焼結体の強度を向
上させるようにしたことを特徴とするものである。

この発明のアルミニウム合金は、Ｓｉのほか、Ｃｕ　、
　Ｍｇ　ｆ含み、さらにＰｂヲ含むアルミニウム合金そ
あるが、このｐｂは、通常はＡｔとほとんど反応せず、
固溶しないために、Ａｌｔ−強化する元素−とはならな
い。そして、一般のＡＡ系焼結の場合にｐｂ　６添加す
ると、ｐｂは粒界の不純物としてはたらくためにかえっ
て強度を低下させてしまう。

しかし、ｈｔ−ｓｔ系粉末、より望ましくはＡ／＝　−
８ｉ系合金粉末、Ｃｕ粉末および珈粉末にＰｂヲ添加し
た場合に、その添加量が適正であるときには焼結強度が
向上することがわかった。この原因とじて、祉、次のよ
うなことが考えられる。

子なわち、一般のＡｔ系焼結と同様（＾Ａｌ−８ｉ系！
結においても、液相の発生温度と発生量が焼結体の強度
全決定するうえで重要な因子となる。

このｐｂは、その融点が３２７℃であってＡｔ系の焼結
温度よりも低いため、どの液相よりも早く液相として生
成される。そして、ＰｂＱ液相が発生した後、４３０℃
付近からＡｔ　−６７，７重ｔｑｂＭｇの共晶による液
相が発生し、その後逐次Ａ１−Ｃｕ。

Ａｚ−ｓｔ　、　ｐ、ｔ−Ｍｇ−ｃｕ等の他の共晶Ｋ　
！　ル液相が発生するが、この発生液相量は初期段階に
おいては特に少ないものとなっている。

この液相は唾液拡散によって、固体拡散による場合より
も共晶成分のＡｔ？早く形成する。このため、初期段階
の液相量を増やすと、！！ｌＶｉ後期においては必要以
上の液相量となることが多く、また、その制＃が難かし
くなるため、焼結体の変形やふくれ４に生じる原因とな
るので好ましくない。

したがって、１！！！結初期において生成される液相量
は焼結強度を上昇させる上で多い方が好ましいが、上記
の理由によって、液相ｔを増加させることは困難である
。

ところで、Ｐｂは融点が低いばかりでなく、Ａｔや３ｉ
、Ｃｕなどともほとんど反応しない元素であるため、Ｐ
ｂの添加は見かけ上において焼結初期゛　の段階での液
相量金増加させたこととなる。そしてこの場合、焼結後
期において必要以上の液相全発生させて焼結体に悪影ｔ
＃ヲ与えるという不具合もない。

それゆえ１、適正な蝋のＰｂの添加は、好ましい液相発
生＠度と発生ｔをもたらすこととなり、焼結アルミニウ
ム合金の強度を同上させることになる。そしてこの場合
、適正な竜のＰｂを添加することによって強度の向上が
はかれるのは、ｐｂ’１添加することによって好ましい
液相発生温度と発生量が得られることとなるＣｕ　、　
Ｍｇ　ｋ含有するｋｌ−１０〜２０重量％Ｓｉの場合で
あり、これを外れたときには液相の発生量が少なすぎた
り、反対に多すぎたりし、Ｐｂ添加の悪影響の方が強く
なりて強度が逆に低下してしまう。そして、マトリック
スの組゛成が上述した範囲にある場合において、Ｐｂの
良好なる添加量は１〜１２重量％、より好ましくは３〜
１０重量％である。すなわち、ｐｂ添加１”が１重ｔＳ
よりも少ないとＰｂヲ添加した効果が小さすぎるし、１
２重量％よりも多く添加したときにはｐｂを添加した効
果よりも粒界に存在するｐｂが不純物としてはたらく影
響の方が大きくなり、強度が低下してしまうので好まし
くない。

加えて、添加したｐｂは極めて軟質である友め、ｐｂを
添加したＡＡ−８ｉ混合粉末の成形性が良好なものとな
り、比較的硬いムｔ　−ｓｉ粉末の成形性がｐｂの存在
によって改善され、成形時のラミネーションの発生を防
止する作用’！４たらすという利点も有する。このため
、タイミングプーリなどのような大型複雑形状部品の成
形に際しては極めて有効に作用することとなセ、従来の
ようにｐｂを添加しない場合においてラミネーションが
発生し友ようなときにもｐｂ　を添加することによって
ラミネーションの発生を回避することが可能となる。そ
して、この成形性の改善においてもｐｂは１重ｔチ１試
上、より望ましくは３重量％以上の添加が良く、１重Ｊ
！！：ｓ未満では成形性改善の効果が小さい。

他方、Ｓｉはｈｔと反応し、Ａｔｉ固溶強化するほか、
焼結アルミニウム合金の耐琴耗性を向上するのに寄与す
る。このｍｅ耗性に対して特に効果があるのは析出した
８１であるため、Ｓｉ’ｔ”添加するに際してはＳｔ粉
末単体で添刀Ωするか、あるいはＡｔ−過共晶Ｓｉ合金
粉本で添加することがより望ましい。しかし、Ｓｉ単体
で添加する場合に、多量に添加すると焼結体強度が低下
して実用に供することが蝿かしくなることもあるので、
ｓ１’？多量に添加する場合には、Ａｔ−過共晶Ｓｔ合
金粉末で添加することの方がより望ましい。また、粉末
の成形性および焼結後の強度を改善するために、Ａｔ−
８ｉ合金粉末全焼なまししておくことも望ましい。

Ｃｕ　＊　ＭｇはＡｔと共晶液相を生じて焼結を補助す
るほか、時硬効果を生ぜしめるための熱処理時にＡ［ｕ
、　、　Ｍｇ、８ｉ等の金属間化合＊１−生ぜしめ、強
度を高めるが、Ｍｇが０．８重量％を頻えあるいはＣｕ
が４．５重量−ヲ超えると、これら金属間化合物が粗大
化してもろくなり好ましくない。また、禽が０．３重量
−未満、　Ｃｕが２重量％未満であると、それぞれ添加
の効果がない。

以下、実施例について説明する。

実施例　１ 第１表に示した粉末音用い、第２表に示した成分割合に
混合した粉末を引張試験片用金型に入れ、３．５　ｔｏ
ｎ　／　６Ｂ”の圧力で成形した。なお、粉末の混合に
はＶ型ブレンダを用い、２０分間混合し友。

また、バインダとしてワックスを用いたが、これは一般
に市販されているものであって、全体重量に対して１．
５重量嗟添加した。

第　　１　　表 次いで、上記成形後の成形体全窒素ガス雰囲気中で４０
，０℃、１時間保持して混粉時忙添加したワックスを取
除い友。その後、露点−４０℃以下の窒素ガス雰囲気中
で５５０℃で１時間焼結し友。

次いで焼結後にＴ６処理を行った。このときの処理条件
は、４９０℃１時間保持後８０℃の温水焼入れし、その
後１６０℃で１８時間時時効性うものである。

このようにして得られた引張試験片をインストロン・型
側Ｉ４試験機に取付けて引張試験を行った。

この結Ｊ４！：を第３−８に示す。

第　　３　　表 第３表に示すように、ｓｉの添加量を１０〜２０重量％
、Ｐｂの添加ｔ’ｔ−１〜１２重量％とし九ム１〜４お
よびＡ１３〜１５ではいずれも引張強度が２２Ｋｆｆ／
喝”を超えており、高い強度が得られることを示してい
る。しかし、Ｐｂ含有量が多すぎる／［２０では、引張
強度が低下していた。また、４１４　、４１５にツいテ
は、Ｓｉが８ｉｉｔ％と低く、シたがって耐摩耗性が低
く、Ｐｂを添加しても９度が上らない。さらに、ｌ６１
３はＡ１と比較して明らかなようにｐｂが添加されてい
ないので引張強度が低い、 実施例　２ ここでは第２表の４４および比較例の屋１１゜１９、さ
らに追加の実施例（＆５）として、Ａｔ−１７Ｓｉ−４
Ｃｕ−０，５Ｍｇ−Ｉ　Ｐｂ　（Ａｔ−２０Ｓｔ合金粉
未使用）の会計４種類の混合粉末を用意し、第１図に示
す形状のタイミングプーリ１（Ａ　＝　１２０　ｖｓｒ
　、　Ｂ　＝　２２　ｍ　、　Ｃ＝　３０　ｗｎ　、　
Ｄ　＝８　ｗ　）　ｆダイセット法により加圧成形した
。こΩときの加圧力はａ　ＥａＶ−”である。この加圧
後においてはそれぞれ各粉末とも形状を保持しているが
、第２図（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれ崖
１１および、各１９のタイミングプーリ１にラミネ」ジ
ョン（符号ｔ）が発生していた、これに対してＡ４，５
にはこのようなラミネーションは発生せず、完全な成形
体が得られ友。このように、ｐｂ含有量がＯであるか少
ない場合には、圧粉成形時・′ｌζラミネーションが発
生するという不具合を有している。

次に、ラミネーションの発生がなかった還４゜５による
タイミングプーリ１に対し、第３図に示すように２０メ
ツシユのアルミナ粉末２中で実施例１と１司様の条件で
焼結およびＴ６処処理台つ友。

次いで、第４表に示す条件−で耐久実験を行ったところ
、同じ＜８４表に示す結果となった。

第　　４　　表 第４表に示すように、タイミングプーリ１の摩耗量は実
用上伺んら問題のない小さな値であることが明らかであ
り、耐摩耗性の優れた暁硝アルミニウム合金であること
が確認できた。

実施例　３ ここでは、ＡＡ−ｘｓｉ−ｙＰｂ−４Ｃｕ−０，５Ｍｇ
合金粉末を用意し、バインターとしてワックスを用いて
実施例１と同様の条件で成形および肴結し、４＃、結構
にＴ６処理を行い、得られた引張試験片を用いて引張試
験を行った。なお、このときＳｉの添加は、Ａｔ−２０
Ｓｉまたは、Ａｔ−２５Ｓｉ合金粉末で行い、Ｓｉ　％
　（ｘの値）およびｐｂ　＊　（ｙの値）を変えｔとき
の引張強度に及ぼす影場全調べ友。

その結果を第５表に示す。

第５表に示すように、焼結体の強度に関しては、Ｓｉ　
：　１０〜２０重量％、Ｐｂ　：　１．０〜１２ｉ１ｒ
、ｆチ程度の範囲が比較的良好な値を示しているが、Ｓ
ｉ：１５〜１８重量％、Ｐｂ　：　３．０〜８．０重量
％とするのが特に良いことがわかる。

以上説明してきたように１この発明によれば、Ｓｉ：１
０〜２０重量％、Ｐｂ　：　１〜１２重量％、Ｃｕ　：
　２〜４．５重量％、１１１１ｇ　：　０．３〜０．８
重量％、残余が実質的にＡｔよりなる焼結アルミニウム
合金を得るようにしたから、混合粉末の成形性が良好で
あるため複雑形状部品の成形が可能であり、成形後にラ
ミネーション等の欠陥が発生するのを防止することがで
き、加えて焼結後の強度が高いため、焼結後に鍛造や押
出し等の強加工を行うことなくそのままで使用すること
も可能であり、使用条件に応じて含油させたり、あるい
は鍛造や押出しなどの加工ケ行ったりすることももちろ
ん可能であり、耐摩耗性にもすぐれ、構造部品の重量軽
減をはかることができるなどの数々のすぐれた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例２において夷遺したタイミン
グプーリの形状を示す断面図、第２図（ＳＬ）（ｂ）は
第１図のタイミングプーリに発生したラミネーションの
様子を示す各々説明図、第３図は第１図のタイミングブ
ーりを焼結する状況を示す断面図である。 第２図 （８ン　　　　　１　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）ノ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｓｉ：１０〜２０重量％、Ｐｂ　：　１〜１２重
   量％、Ｍｇ　：　０．３〜０．８重量嗟、Ｃｕ　：　２
   〜４．５重量％および残部が実質的ＫＡｔよりなること
   を特徴とする高強度耐戚耗性焼結アルミニウム合金。