JPS5871352A - 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】 本発明は、耐摩耗性焼結アルミニウム合金に関するもの
で、特に内燃機関のシリンダライナー。

オイルポンプサイドプレート、軸受、ピン、集電子など
の摺動材料に用いられる耐摩耗性焼結アルミニウム合金
に関するものである。

従来、耐摩耗性を有するアルミニウム系合金に対する需
要はかなり多く、珪素（Ｓｔ）、鉛（ｐｂ）。

黒鉛、窒化ホウＸ（ＢＮ）などを添加したアルミニウム
合金鋳物や、表面にＰｂ　、　ＢＮ　、二硫化モリブチ
ｙ（Ｍｏ８．）などを固着したアルミニウム合金や、Ｓ
ｌ、黒鉛などを添加した焼結アルミニウム合金などがあ
る。

ところで、Ｓｉはアルミニウム（Ａｔ　）との反応性が
高く、かつ硬質で耐摩耗性に優れた元素であるが、鋳造
においてもまた焼結においてもＡｔＫＳｉを添加しただ
けではＡｔの耐摩耗性を改善するには不十分であること
が多い。

そこで、他の耐摩耗性改善のための元素が種々添加され
ているが、高荷重が加わるような摩耗条件においては％
　Ｍｏｂ、が最もその効果を示すといわれている。しか
しながら、アルミニウム合金鋳物においては、ＭｏＳ、
を均一に分散させることが困難であるばかりか、鋳造時
に溶湯へＭｏ８２を添加する際に、Ｍｏｂ、が分解する
ことが多い。一方、メッキによってアルミニウム合金の
表面にＭＯＳ。

を付着させることは可能であるが、ｖＭ−Ｒ性が患い。

他方、焼結アルミニウム合金中にＭｏＳ、を添加するこ
とは今まで困難であつ九。その理由は、瞬結によると均
一にＭｏ８２を混合することけり能であるが、混合時に
アルミニウム粉末表面にＭｏ８２が付清し、そのＭＯＳ
　２がアルミニウムと反応しないため焼結阻止材として
作用し、その結果焼結強雇を著しく低下させてしまうこ
とによる。したがって、従来はアルミニウム合金にＭｏ
Ｓ、を添加し２あるいは付着させ念ものが満足のいくも
のとして得られなかり之。

本発明は耐摩耗性のあるアルミニウム合金を提供するこ
とを目的とするもので、Ｍｏｂ、粉末表面をＣｕであら
かじめ被覆しておくことにより、混粉時にｋｌ粉末表面
にＭｏＳ、粉末が付着することがなく、Ａｔ粉末にＭｏ
５ｓ粉末を均一混入した状態でと反応し、　Ａｔの融点
よりもかなり低い約５４８℃で液相を生成し、前記焼結
を進行させ、しかもこの０％１はＡｔ１ｆｔ：強化する
ばかりでなく、ＭＯＳ、を確実に保持し、長時間にわた
って使用してもＭｏＳ。

が脱落しにくいように作用することに着目して、ルウへ
のＭＯＳ、の添加の困難性を解決し、合金組成ｔｃｕ：
２〜１０％、Ｓｌ　：　１０〜２９％％Ｍｇ：　０．２
〜２　’４．　Ｍｏｂ、　：　１〜４５ｋ、残部ＡＡと
することにより前記問題点を解決したものである。

次に、本発明による焼結アルミニウム合金の成分範囲（
重量ｔｓ）の限定理由について説明する。

Ｃｕ　＃ｉＭｏｂ、表Ｗｉｔ−被覆する九めの元素とし
てだけでなく、単体で添加してもさしつかえない。しか
し、Ｃｕの合計重量が１０チより多くなると焼結時に液
相量が多くなりすぎ、焼結の途中で圧粉体が変形したり
、強度が低下した抄する。また、２１１未満であると、
Ｍｏ８Ｂ粉末がＣｕで十分に被覆されず、被覆されなか
ったＭＯＳ、粉末が焼結阻止材として作用する。このた
め、Ｃｕの全体重量は２〜１０９ＩＩが望ましい。

また、単体でＣｕを添加する場合、このＣｕ粉末として
は、Ａｔ−Ｃｕ合金粉、電解粉、アトマイズ粉が望まし
い。これに対して搗砕粉を用いると、搗砕粉に含まれる
不純物のためか、あるいは粉末の酸化のためか、引張強
度のばらつきが大きくなる。そして、搗砕粉以外の粉末
を用いると引張強度のばらつき社平均値に対して±７に
＃／■３以内に押えられるのに対し、搗砕粉を用いると
引張強度のばらつきは±１３　Ｋｇ　／　ｍ”程度とな
る。

陶はｋｌに固溶し、母材であるＡｊを強化するばかりで
はなく、一部はＳｉと反応して鞠、８１を析出し、Ａｔ
の機械的特性を向上させる。この目的に有効なＭｇの量
は０．２〜２％である。そして、陶が０．２１６未満で
あるかあるいは２チを超えると焼結を有効におこなうこ
とが不可能となる。

５ｉｔｉＡｔの高荷重時の耐摩耗性を改善する効果の優
れた元素であり、多量に添加する必要があるといえるが
、ｓｉｖ巣体で多量に添加すると、強度の低下が著しく
使用に耐えない。このため耐摩耗性をＡｔに付与する意
味で５ｌｔ−多量に添加する場合は、Ａｔ−８１合金粉
で添加するのが望ましい。

この場合、ＡＡ−８ｋ合金粉中の８１量は１５〜３゜−
が望ましい。すなわち、Ｓｉ量が１５１未満の場合には
析出するＳｉ量量が少なく、耐摩耗性改善の効果が少な
くなる。また、８１量が３０−を超えると成形性が悪く
なり、実用には不適当である。したがって、全体の８１
量は、Ｍｇ　、　Ｃｕ　。

Ｍｏ８　ｇの添加量とＡｔ−８ｋ合金中のＳｉ量の割合
より決まるが最大２９チとする。また、Ａｔ−８１合金
粉は粉末硬度が高く、アトマイズのままでは成形性が極
めて悪い。このため、Ａｔ−８ｋ合金粉は粉末硬Ｉｎ低
下させる処理が必要となる。この処理としては焼なまし
処理が適切であり、その条件は非活性・非酸化性雰囲気
中で４００〜５００℃。

０．５〜２時間が望ましい。

すなわち、ＡＡ−８１合金粉は酸化されやすく、酸化さ
れるとその酸化皮膜が強固であり、焼結阻止材として作
用する念め、焼なまし雰囲気は非活性・非酸化性雰囲気
とすることが望ましい。この場合、焼なまし温度が４０
０℃未満ではその効果が少なく、ま＆５５０’Ｃｉ超え
ると温ｆを高める効果があまりないばかりか、Ａｊ−８
１の共轟温度（約５７７℃）を超えると部分的に液相を
発生するので好ましくない。また、処理時間は短いほど
酸化される可能性が低くなるため、短い方が良いといえ
るが、０．５時間よりも短いと焼なましの効果が少ない
。また、２時間を超えて暁なまし処理を行なっても効果
が少な（、Ａｊ−８ｔ粉末が酸化される可能性が増加す
るため、焼なまし処理は０．５〜２時間が望ましい。

Ｍｏｂ、はへき開性に優れた物質であり、耐摩耗性およ
び摩擦係数の低下に対して極めて優れ次効果を示す。そ
して、Ｍｏｂ、を添加してアルミニウムに耐摩耗性を付
与させる場合、Ｍｏｂ、の添加は少量でよく、１−以上
の添加でその効果を示す。

しかし、４チを超える添加は耐摩耗性の改善に効果が少
ないばかりか、アルミニウム焼結体の強度を低下させて
しまうので好ましくない。

また、ＭｏＳ　＠に対するＣｕの禎覆量は、ＭｏＳ　ｚ
に対して２０チ以上なければＣｕ被覆の効果を得ること
ができず、強度低下となる。し九がって、Ｍｏｂ、の添
加は、表面にＣｕを２０１！以上被覆したＭｏＳ、ｌ）
末によって行ない、Ｍｏｂ！量が１〜４ｔｓとなるよう
和するのが望ましい。

以下、本発明の実施例を比較例と共に説明する。

表１は本発明の実施例および比較例において使用し曳扮
末の混合比および得られた焼結体の性能を示すものであ
る。

表Ｉにおいて、／ｌ＆１〜２１に用いたＡＡ粉末は、８
０メツシユのふるいを通過する粒度（−８０メツシユ）
の粉末で、９９．７−以上の純度のものである。ｔた、
扁ｌ〜２１に用い念Ａｔ−８１合金粉は、５００℃×１
時間、露点−４０℃以下のＮ。

雰囲気中で焼なまし処理を行なつ九もので、−８０メツ
シユの粉末である。さらに、４１．３〜１０゜１２．１
３．１５〜２１に用いたＣｕ粉は、−３５０メツシユの
アトマイズ粉で、純度９９．０　嘔以上のものである。

さらにまた、Ｊｔ６１〜２１に用いた廟粉は、−２００
メツシユの粉末で、純度９９．５−以上のものである。

また、Ａ１−２１に用いた銅被１ｉＷｉｏ８．は、−１
００メツシユの粉末である。

この際、Ｍｏｂ、表面への銅被覆は、Ｍｏｂ、を活性化
処理した後、無電解Ｃｕめつき液中へＭｏＳ　、を所定
時間浸漬することにより行なった。

そこで、表１に示す成分割合になるように各粉末を秤量
し、成形時に金型と粉末との凝着を防止するために、通
常用いられるように潤滑材を各々１．０重量嘔添加して
それぞれＶ型混合機にて２０分間混合して焼結用粉末を
作成した。次いで、前、記焼結用粉末を引張試験用の金
型に入れ、３．５ｔｏｎ　／　ｘ”の圧力で圧粉成形し
た。成形後、窒素ガス雰囲気中で４００℃×１時間保持
して上記潤滑材を除去し、続いて露点−４０℃以下の画
素ガス雰囲気中で１時間保持して焼結した。このとき、
焼結温度は、供試材Ａ１〜７，９〜１８，２０゜２１が
５５０℃、供試付属８，１９が５７０℃である。そして
、焼結後にそれぞれＴ６処理をおこなつ念。このＴ、処
理条件は、供試材ム１〜２１において、４９０℃×１時
間保持後、８０℃で温水燐入れし、その後１６０℃×１
８時間時効処理の条件とした。

以上の工程により得られた各試験片について、各々イン
ストロン引張試験機により引張試験をおこなつ友。その
結果を同じく表１に示す。また、同一条件でチムケン岸
耗試験用の金型を用いて試験片を作成し、摩耗試験をヤ
こなった。このときの試験条件は、荷重２０　Ｚｂａ　
ｅ周速２ｍ／ｓｅｃ。

潤滑油（機械油＋５０　）　０．５　ＣＣ／　ｍｉｎ　
、試験時間５０時間でおこなつ念。相手材としては、ね
ずみ鋳鉄品（Ｆｅ１２）を用い、これｆ　ＩＪング形状
圧して試験片側に形成された摩耗痕幅を試験結果とした
。この結果を同じく表１に示す。

表１から明らかなごとく、比較材（ＪＫ１２）のように
、Ｃｕ被覆が不十分なＭｏｂ、粉末を添加すると、引張
強度がかなり低下するのに対し、Ｃｕで十分に被覆した
ＭＯＳ、を用いた本発明材（崖１〜１１）ではいずれも
すぐれた引張強度を有していると共に、耐摩耗性も良好
であることがわかる。

また、ＭＯＳ、粉末表面にＣｕを被覆し、かつＣｕの単
体添加量を多くして全Ｃｕ量金増大させた比較材（崖１
３）では、焼結時に溶解を生じて強度の低下ならびに変
形をきたした。

また、比較材（Ａ２０）のように、Ｍｏｂ、量が１−未
満ではその効果がなく、比較材（扁２１）のように４チ
を超えると強度低下が著しい。また、比較材（４１９）
のようにＳｉ量が、１０１未満では耐摩耗性にとぼしく
なる。さらに、Ａｔ−８ｔ合金粉においては、比較材（
ム１７）のようにＳｉ量が１５係未満のＡｔ−８ｔ粉で
は耐摩耗性にとぼしい。ま念、比較材（ム１８）のよう
にＳｉ量が３０１を超えるＡｔ−８ｉ粉では成形性が悪
い念め強度不足となる。また、比較材（４１５，１６）
のように陶が０．２〜２チの範囲を外れて添加され次も
のでは適切な焼結ができず、ｇ１度不足と々る。

次に、Ａｊ−８ｔ合金粉の暁なまし条件による影響ｔ−
閾べた結果を表２に示す。

表２において、供試材に用いたＡＡ粉、Ｍｏｂ、粉。

Ｃｕ粉、造粉は、表１において用いた粉末と同様で、Ｍ
ｉｓ、粉のＣｕ被覆量は５０％であり、Ｃｕ粉はアトマ
イズ粉であり、Ａｔ−８ｉ合金粉はＡＡ　−２０９１Ｓ
ｉ粉である。そして、焼結合金の一成としては、Ａｔ−
１７％Ｓｉ　−４％Ｃｕ　−０，５＊ｈｋ　−２慢Ｍｏ
８．となるようにした。なお、焼なまし雰囲気は、露点
−４０℃以下のＮ、雰囲気である。

その結果、表２から明らかなように１．Ｕ−Ｓｔ。

合金粉の焼なまし条件は、４００℃未満の焼なまし温度
では粉末硬度が高すぎ、５５０℃を超える温蜜では部分
的に溶解を生じてしまう。さらに、焼結時間は、０．５
時間未満では焼なまし処理の効果が少なく粉末硬度が高
すぎ、２時間を超えると時間を長くした効果が少ないば
かりか、強度低下をもたらす。

第１図ないし第４図はそれぞれ表２に示すＡ３１．４２
２．４２６　、ム２３の顕微鏡組織写真（Ｘ４００）で
あって、各供試材を１０−Ｎ峙Ｈ嬉液（７０℃）で腐食
して調べた結果を示すものである。図に示す結果から、
焼なまし条件によって組織がかなり相異してくることが
明らかであり、表２の結果からもｋｌ−８ｉ合金粉の情
なまし条件１−４００〜５５０℃の温度で０．５〜２時
間とするのが望ましいことが明らかであった。

また、本発明材のものにおいて、Ｍｏｂ、の残留率を−
べたところ約９２チ残留しており、本発明ではＭｏｂ！
の分解阻止にも効果があるものと考えられる。

以上のように、この発明によれば、焼結後に鍛造などの
加工を行なわなくとも十分使用可症であり、原価の低減
に寄与するばかりでなく、複雑形状部品であっても製造
可能となり、生産性の向上などのすぐれた効果をもたら
す。なお、本発明品の強賓をさらに上げるため、焼結後
に鍛造などの加工を行ってもなんらさしつかえない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、Ａｔ−８ｉ合金粉の焼なまし条
件による組織の変化を調べた結果を示す顕微鏡組織写真
（４００倍）であって、第１図は暁なまし処理なし、第
２図は４００℃×１時間焼なまし、第３図は５００℃×
１時間暁なまし、第４図は５５０℃×１時間焼なましし
た結果を示す。 特許出願人　　日産自動車株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　重量−で、鋼：２〜１０−１珪素１０〜２９
   ％、マグネシウム：０．２〜２嗟、二硫化モリブデン＝
   １〜４％、残部アルミニウムの組成からなることを特徴
   とする耐摩耗性焼結アルミニウム合金。
2. （２）　　二硫化モリブデンは、焼結前にあらかじめ鋼
   で被覆された粉末として添加されたものである特許請求
   の範囲！　（１）項記載の耐摩耗性＃ＩＮアルミニウム
   合金。
3. （３）珪素は、焼結前に非活性雰囲気中であらかじめ焼
   なましされたアルミニウムー珪素合金粉末として添加さ
   れたものである特許請求の範囲第（１）項１＋は第（２
   ）項記載の耐摩耗性改善アルミニウム合金。