JPS591781B2

JPS591781B2 - 多孔質アルミニウム焼結合金摺動部材

Info

Publication number: JPS591781B2
Application number: JP7752578A
Authority: JP
Inventors: 赳夫瀬川
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 1978-06-28
Filing date: 1978-06-28
Publication date: 1984-01-13
Also published as: JPS556439A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、多孔質アルミニウム焼結合金摺動部材に関
するものである。

従来、アルミニウムを主成分とした焼結合金摺動部材は
、比較的速度特性が優れていること、耐蝕性を有し軽量
であることなどの利点がある反面、機械的強度、耐摩耗
性、耐荷重性が十分でなく、また焼結条件の設定が難し
いなどの問題があつて、必ずしも満足すべき結果が得ら
れていない。

この発明は従来のこのような問題点を大巾に改善するこ
とに成功したものであり、重量比で銅０．５〜６％、マ
グネシウム０．２〜２％、けい素５〜３０％、三二酸化
ホウ素、ホウ砂、コレマナイト、ボロナトロカルサイト
から選択されたホウ素化合物０．５〜８％そして残部ア
ルミニウムからなる多孔質アルミニウム焼結合金摺動部
材を提供するものである。そして上記成分に錫およびア
ンチモンのいずれか一種または二種の合量が１０％以下
、およびあるいは鉛２０Ｃｆｌ７以下を合金成分として
加えることによつてなじみ性、耐焼付き性を一層向上せ
しめた摺動部材として提供することもできる。

上述した多孔質アルミニウム焼結合金摺動部材はいずれ
も大気中での焼結が可能であり、しかも機械的強度が優
れていることを特長とするものである。

この発明で、とくにけい素を多く含む点については、本
発明者等がなした特公昭４７−３２１６３号、特公昭５
１−３５３６４号に係わる発明ですでに詳細に開示した
ように、摺動部材として耐焼付き性、耐荷重性などの摺
動特性の向上のほか、成形性を向上せしめる点にある。

けい素が５重量％以下では、この発明においては耐荷重
・姓、耐焼付き性が改善されず、摺動部材としては使用
に供し難い。

そして１０重量％前後の配合で、ロックウェル硬さ、圧
環強度常数ともに最大の値を示すが、それ以上に配合量
を増加せしめると、これらの値は徐々に減少する。けい
素の配合はまた焼結合金の多孔度（この発明では含油率
をもつて示した）を増大せしめる。

。とくに、けい素配合量が１０重量％前後から含油率は
ほぼ直線的に増加するが、機械的強度の低下との兼ね合
いから３０重量％をもつて上限とした。ホウ素化合物に
ついては、三二酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、ホウ砂（Ｎａ
２Ｂ４０７・１０Ｈ２０）、コレマナイト（Ｃａ、Ｂ、
Ｏ、、・５Ｈ、Ｏ）、パンデルミツト（Ｃａ，Ｂ６Ｏ
ｌｌ−３Ｈ２０）、ボロナトロカルサイト（ＣａＢ４Ｏ
７・ＮａＢＯ，・６Ｈ，０）などが使用されるが、とく
に三二酸化ホウ素ついでホウ砂が有効である。

結晶水を含むホウ酸塩を使用する場合は、結晶水を全部
飛ばしてから使用することが重要である。さもないと効
果が現れない。ホウ素化合物は、圧粉体の焼結性を向上
せしめ焼結合金の機械的強度を著しく向土せしめる効果
がある。本発明者の実験によれば、三二酸化ホウ素は０
．５重量％前後の添加ですでに効果が現われ、２重量％
前後で機械的強度向上にもつとも寄与し、無添加のもの
に比較して約２倍の強度上昇が確認された。２重量％を
超えてさらに多く添加すると強度は減少し始め、１０重
量％前後の添加では三二酸化ホウ素無添加の合金と反程
度の強度となる。

上述したホウ素化合物は、金属酸化物を溶解せしめる作
用があり、また圧粉体焼結時において成分の酸化を防止
する効果があるから、アルミニウム粉末の焼結性を向上
せしめ、とくに大気中においても焼結を可能ならしめた
ものと考えられるが、さらに大きな効果は銅およびマグ
ネシウムおよびあるいはマグネシウムとけい素との化合
物（Ｍｇ２Ｓｉ）のアルミニウム中への拡散を助長し、
均一な合金組織とすることで本発明者はＸ線マイクロア
ナライザーによる解析の結果この事実を確認した。

すなわちホウ素化合物を添加しない合金にあつては、た
とえば銅成分は焼結合金中の粒界もしくはボードの周辺
に多く存在するが、該化合物を添加すると銅の分布は著
しく均一となり、アルミニウム中への拡散が順調に進ん
でいることが確認された。

したがつて焼結体の合金化力塙度にはかられ、焼結体の
強度が著しく向上したものと考えることができる。この
ホウ素化合物の添加はまた焼結体の多孔度を大きくする
傾向がある。

機械的強度への影響と若干趣きを異にし、２重量％位ま
での添加に対しては著しい変化は無いが、さらに添加量
を増すと含油率は徐々に向上する。しかし前述したよう
にホウ素化合物は１０重量％の添加でほぼ無添加のもの
と同程度もしくはそれ以下の強度にまで低下するから、
この強度との兼ね合いから０．５〜８重量％とくに１〜
６重量％とすることが望ましい。銅成分については、合
金の強度向上に寄与する。この発明の組成においては、
０．５重量％以下ではほとんど効果がなく、また６重量
％を超えて添加すると材質を脆くする傾向がでてくるか
ら、添加量は０．５〜６重量％とした。マグネシウム成
分については、銅と共存して合金の機械的強度向上に寄
与する。

またマグネシウムはけい素とＭｇ２Ｓｉの形でアルミニ
ウム焼結合金の時効硬化性に寄与する。この発明の組成
においては、０．２重量％以下ではほとんど効果がなく
、また２重量％を超えると反つて強度低下をきたし焼結
性も悪くなる。錫、アンチモンおよび鉛成分は、摺動部
材としての合金のなじみ性および耐焼付き性の向上に寄
与する。

錫、アンチモンはそれぞれ単独または二者の合量が０．
３〜１０重量％とすることが望ましい。０．３重量％以
下では添加の効果が明確でない。

また１０重量％を超えて添加すると合金の強度を低下せ
しめる。鉛は５〜２０重量％添加すると、なじみ性の向
上に寄与するほか、耐焼付き性を向上せしめる。

５重量％以下では添加効果に再現性が乏しく、２０重量
％を超えて添加すると合金の強度を損なつ。

これらなじみ性、耐焼付き性の向上に寄与する金属成分
は、使用目的に応じてそれぞれ単独もしくはいずれか二
種以上を混じて使用することができる。

この発明の焼結合金を得るに際し、成形圧力は１〜５ト
ン／Ｃ７７ｌ、就中２〜４トン／〜が適当である。

成形圧力を高くすると圧環強度常数などの機械的強度は
向上するが多孔度（含油率）は減少する。焼結温度は５
５０〜６４０℃とアルミニウムの融点以下の温度とし、
焼結時間は５〜６０分である。

中性もしくは環元性雰囲気中で焼結を進めても構わない
が、この発明の特徴は大気中における焼結が可能なこと
で、しかも得られた焼結体の機・械的強度は中性もしく
は環元性雰囲気中で焼結したものと比較して著しい差が
ないということである。さらに、ホウ素化合物を含まな
い同様の組成のアルミニウム焼結合金に比較しても、大
気中焼結であるにもかかわらず、その強度が著しく大き
いということである。

大気中焼結では焼結時間を過大にとることは何んら益が
ない。

所定の温度に調整された炉内で迅速に焼結を進めること
が望ましい。焼結時間３０分前後で焼結体の機械的強度
はほば最高強度に達する。そして得られた焼結体の外表
面も中性もしくは還元性雰囲気中で焼結したものと比較
してほとんど遜色がない。

表は、銅４重量％、マグネシウム０．５重量％、けい素
１０重量％とし、ホウ素化合物として三二酸化ホウ素の
配合量を変えた場合、圧環強度常数、含伸率が如何に影
響を受けるかについて示したものである。

成形圧力は３トン／ｏ／ｌ、焼結条件は大気中で５８０
℃±１０℃の温度に保持した炉内で１０分間焼結したも
のである。以上のように、本発明の多孔質アルミニウム
焼結合金摺動部材（上表の黒２〜黒８）は、機械的強度
が高く摺動特性にすぐれ、しかもその製造においては焼
結が容易であること、特別の雰囲気調整も不要で大気中
焼結が可能であることなどの特長を有するものである。

以下実施例にもとずいて説明する。

（実施例１）２００メツシユを通過する電解銅粉末４重量％、同じく
２００メツシユを通過するアグネシウム粉末０．５重量
％、２５０メツシユを通過するけい素粉末１０重量％、
２００メツシユを通過する三二酸化ホウ素粉末２重量％
、そして残部を２５０メツシユを通過するアトマイズア
ルミニウム粉末とし、これに少量のラウリルアルコール
、ステアリン酸亜鉛などの滑剤′全合金粉末に対して２
重量％）を均一に混合し、得られた混合粉末を金型中で
成形圧力３トン／ｄで圧粉したのち型から取り出し、こ
れを大気中で５８０℃±１０℃の温度に保持した炉内で
１０分間焼結した。

かくして得た焼結合金の圧環強度常数は２０．５ｋ９／
Ｍｄ、含油率３．２重量％、初期摩擦係数（μＲ）０．
１２０、定常状態における摩擦係数（μｃ）０．１００
であった。

（実施例２）ホウ素化合物として三二酸化ホウ素の代りにホウ砂を４
００℃で焼いて結晶水を飛ばして得た四ホウ酸ソーダ（
Ｎａ２Ｂ４Ｏ７）を２００メツシユを通過する粉末に粉
砕し、この粉末を２重量％添加して以下実施例１と同様
にして焼結合金を得た。

このものの圧環強度常数は１６．０ｋｇ／Ｍ７７ｆ、含
油率３．０重量％、μＲＯ．ｌ２Ｏ、μＣＯ．ｌＯＯで
あつた。（実施例３）銅、マグネシウム、けい素、三二酸化ホウ素を実施例１
と同様の配合比にとり、これにさらに２５０メツシユを
通過する搗砕錫粉末を２重量％加えて残部をアルミニウ
ム粉末とし、以下実施例１と同様にして焼結合金を得た
。

このものの圧環強度常一数１９．０ｋｇ／Ｍｄ、含油率
３．０重量％、μＲＯ．ｌｌＯ、μＣＯ，Ｏ９５であつ
た。（実施例４）実施例３において、錫粉末の代りに２５０メツシユを通
過するアンチモン粉末を２重量％加えて残部をアルミニ
ウム粉末とし、以下同様にして焼結合金を得た。

このものの圧環強度常数１８．５ｋＶ龍、含油率３．０
重量％、μＲＯ．ｌｌＯ、μＣＯ．Ｏ９５であつた。（
実施例５）実施例３において、錫粉末の代りに２５０メ．ツシユを
通過する鉛粉末を１０重量％加えて残部をアルミニウム
粉末とし、以下同様にして焼結合金を得た。

このものの圧環強度常数１４．０ｋｇ／Ｍ７ｌ、含油率
２．７重量％、μＲＯ．Ｏ９５、μＣＯ．Ｏ９Ｏであつ
た。比較例として、前記表に示した崖１の焼結合金、す
なわち銅４重量％、マグネシウム０．５重量％、けい素
１０重量％、残部アルミニウムからなる混合粉末を実施
例と同様の条件で成形・焼結して得た焼結合金の圧環強
度常数は９．５ｋｇ／７ｎ７ｉ、含油率３、１重量％、
μＲＯ．ｌ５，μＣＯ．ｌ２であつた。

また、実施例３の比較例として、前述した従来技術の特
公昭４７−３２１６３号に開示された焼結合金を実施例
３と同様の成分組成に調整、すなわち、銅４重量％、マ
グネシウム０．５重量％、けい素１０重量％、錫２重量
％、残部アルミニウムとし、これを実施例と同様の条件
で成形・焼結して得た焼結合金の圧環強度常数は１８．
５ｋ９／Ｍ７ｉ、含油率１．５重量％、μＲＯ．ｌ３、
μＣＯ．ｌｌであつた。そして、これら比較例の焼結合
金には、焼結時における酸化が認められた。

なお、各実施例および比較例で示したμＲ，μｃは、モ
ービル油を含浸させたものを周速２０ｍ／朋、負荷１０
０ｋｇ／Ｃ−ＦＬで機械構造用炭素鋼を相手材としてス
ラスト摩擦摩耗試験機によつて試験した結果について示
した。

以上述べた実施例の焼結合金は、比較例との比較におい
て、機械的強度が高く、かつ摺動特性にすぐれているこ
とがわかる。

なお、実施例では混合粉末を成形後、焼結する方法につ
いて述べたが、焼結合金の使用目的によつては、加圧し
ながら焼結を進める方法を採用することにより、一層高
密度、高強度の焼結合金を得ることもできる。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で銅０．５〜６％、マグネシウム０．２〜２
％、けい素５〜３０％、三二酸化ホウ素、ホウ砂、コレ
マナイト、ボロナトロカルサイトから選択されたホウ素
化合物０．５〜８％そして残部アルミニウムからなる多
孔質アルミニウム焼結合金摺動部材。２重量比で銅０．５〜６％、マグネシウム０．２〜２
％、けい素５〜３０％、錫およびアンチモンのいずれか
一種または二種の合量が１０％以下、およびあるいは鉛
２０％以下、三二酸化ホウ素、ホウ砂、コレマナイト、
ボロナトロカルサイトから選択されたホウ素化合物０．
５〜８％そして残部アルミニウムからなる多孔質アルミ
ニウム焼結合金摺動部材。